DE2841179C2 - - Google Patents
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf einen Aufzeichnungsträger
mit einer optischen Strahlung teilweise reflektierenden Aufzeichnungsschicht, welche über eine Hilfsschicht
auf ein optisch transparentes Substrat aufgebracht
ist.
Ein derartiger Aufzeichnungsträger ist durch die DE-AS
25 14 678 bekannt. Dort wird gemäß Fig. 2B ein
Aufzeichnungsträger über ein Substrat mit entsprechend der
einzuschreibenden Information moduliertem Laserlicht
belichtet. Dadurch werden in der Informationsaufzeichnungsschicht,
die nachstehend auch kurz als
Aufzeichnungsschicht bezeichnet wird, nahezu kreisförmige
Löcher mit einem sehr kleinen Durchmesser gebildet. Die
Löcher entstehen dadurch, daß das Material der Aufzeichnungsschicht
an den belichteten Stellen infolge Absorption
des amplitudenmodulierten Laserlichtes schmilzt und sich
dabei randförmig zurückzieht. Der bekannte Aufzeichnungsträger
besteht aus einem flexiblen transparenten
Polyestersubstrat, welches mit einer Antireflexionsschicht
aus Bi₂S₃, As₂S₃ oder Se beschichtet ist, sowie
einer auf die Antireflexionsschicht aufgebrachten
metallischen Aufzeichnungsschicht aus Bi, Ind oder Sn.
Durch Anwendung einer Antireflexionsschicht wird der von
der Aufzeichnungsschicht absorbierte Anteil des Laserlichts
erhöht. Damit ist die Laserenergie, die für die
Bildung eines Loches mit den gewünschten Abmessungen
benötigt wird, verringert. Nicht jedes Antireflexionsmaterial
ist geeignet. Es besteht ein deutlicher
Zusammenhang zwischen den Eigenschaften der
Antireflexionsschicht, der Aufzeichnungsschicht und dem
Substrat. So werden in der vorgenannten Auslegeschrift
drei diskrete Antireflexionsmaterialien in
Verbindung mit drei diskreten Aufzeichnungsmaterialien
erwähnt. Man ist hinsichtlich der Wahl der Antireflexionsschicht
und der Aufzeichnungsschicht beschränkt. Außerdem
muß eine Antireflexionsschicht genau, d. h. mit geringen
Dickenänderungen, aufgebracht werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen
Aufzeichnungsträger der eingangs genannten Art zu
schaffen, bei dem die für das Einschreiben von
Information in die Aufzeichnungsschicht benötigte Laserlichtenergiemenge
möglichst gering ist.
Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen nach Anspruch 1
gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den
Unteransprüchen gekennzeichnet.
Die lichtabsorbierende, farbstoffhaltige
Schicht ist zwischen Substrat- und
Aufzeichnungsschicht eingeschlossen und ist eine Hilfsschicht
oder Aktivierungsschicht, die die Bildung von
Löchern in einer strahlungsreflektierenden Aufzeichnungsschicht
fördert.
Beim Einschreiben oder Aufzeichnen von Information wird
ein entsprechend der Information impulsgesteuertes Laserlichtbündel,
das z. B. eine Impulsdauer von 5 · 10-7sec
aufweist, über das Substrat eingestrahlt. Das Laserlichtbündel
passiert das Substrat und die Hilfsschicht, wobei
abhängig von der Zusammensetzung der Hilfsschicht ein Teil
des Laserlichtes absorbiert wird. Der verbleibende Teil wird dann an der
Aufzeichnungsschicht reflektiert und - abhängig von der
Absorptions-Reflexionskennlinie der Aufzeichnungsschicht -
teilweise absorbiert. Das reflektierte Licht passiert
wieder die Hilfsschicht und wird auch dabei teilweise
absorbiert. Das Restlicht verläßt schließlich den
Aufzeichnungsträger auf der Seite des Substrats. Durch die
Absorption der Energie in der Hilfsschicht und der
Aufzeichnungsschicht steigt die Temperatur an. Die
Aufzeichnungsschicht schmilzt an den belichteten Stellen,
so daß dort ein Loch entsteht. In der Hilfsschicht werden
infolge deren Zersetzung und Verdampfung an den belichteten
Stellen ebenfalls Löcher gebildet.
Wegen der notwendigen
Aufheizung der Hilfsschicht durch das Laserlicht ergeben
sich bei dickeren Hilfsschichten geringere
Energieersparungen. Auch Hilfsschichten mit einer
verhältnismäßig niedrigen Absorption des Laserlichtes
ermöglichen weniger Energieersparnis als Hilfsschichten,
die eine verhältnismäßig hohe Laserlichtabsorption
aufweisen.
Die Absorption der Hilfsschicht läßt sich mit Hilfe des
Gesetzes von Lambert Beer berechnen, das zwar für Lösungen
von Farbstoffen gilt, mit welchen aber trotzdem in guter
Annäherung die Festschichtabsorption der erfindungsgemäß
ausgebildeten Hilfsschicht zu berechnen ist. Nach diesem
Gesetz ist die optische Dichte (OD) gleich dem Produkt des
molekularen Extinktionskoeffizienten (E), der Farbstoffkonzentration
(c) in Mol/1, und der Dicke (d) in cm.
Gemäß einer Ausführungsform weist die
Hilfsschicht eine Laserlichtabsorption von 20 bis 50%
auf. Bei dieser Ausführungsform soll nicht so sehr Laserlichtenergie
gespart werden, jedoch bietet sich die
interessante Möglichkeit, den erfindungsgemäßen Aufzeichnungsträger
über das Substrat in Reflexion auszulesen.
Wenn der Aufzeichnungsträger über das Substrat ausgelesen
wird, gibt es zwei Möglichkeiten, und zwar Auslesung in
Durchsicht und Auslesung in Reflexion. Beim Auslesen in
Durchsicht passiert das Abtastlaserlichtbündel, das naturgemäß
viel weniger energiereich als das Einschreiblaserlichtbündel
und z. B. um einen Faktor 10 schwächer ist, das
Substrat und die in der Hilfsschicht und in der
Aufzeichnungsschicht vorhandenen Löcher und wird auf der
von dem Substrat abgekehrten Seite aufgefangen und in den
Auslesegeräten verarbeitet. Beim Auslesen in Reflexion
passiert das Abtastbündel das Substrat und die vorhandenen
Teile der Hilfsschicht, wird an der Aufzeichnungsschicht
reflektiert, passiert wieder die Hilfsschicht und das
Substrat und wird auf der Seite des Substrats aufgefangen
und weiter verarbeitet. Beim Auslesen in Reflexion wird
der Vorteil erhalten, daß in den Aufzeichnungsgeräten
weniger optische Elemente wie Objektive benötigt werden,
weil das reflektierte Bündel zu einem großen Teil
denselben Lichtweg, aber dann in umgekehrter Richtung, wie
das Abtastbündel durchläuft.
Ein zweiter Vorteil ist der, daß Fehler infolge von
Schwingungen in dem optischen System, wie Objektivschwingungen,
teilweise ausgeglichen werden.
Bei der vorgenannten günstigen Ausführungsform wird
noch genügend Laserlicht reflektiert, um in dem optischen
System verarbeitet werden zu können. In der Regel wird
dazu mindestens 20% und vorzugsweise mindestens 30% der
Lichtmenge des Abtastbündels benötigt.
In einer weiteren Ausführungsform enthält die in
den Aufzeichnungsträger nach der Erfindung verwendete Hilfsschicht
einen organischen Farbstoff oder eine Lösung oder
Dispersion eines organischen Farbstoffes in einem
polymeren Bindemittel.
Eine derartige Hilfsschicht weist eine sehr geringe
Wärmeleitfähigkeit auf, so daß die in der Hilfsschicht
erzeugte Wärme infolge von Lichtabsorption auch optimal
der Aufheizung der Schicht an den beiden belichteten
Stellen zugute kommt. Der Abfluß von Wärme zu den nicht
belichteten Stellen und zu der Umgebung wird dabei
unterdrückt. In diesem Zusammenhang sei bemerkt, daß die
aus einem anorganischen Material bestehende
Antireflexionsschicht gemäß der DE-AS 25 14 678 eine
beträchtlich höhere Wärmeleitfähigkeit aufweist.
Geeignete Farbstoffe sind z. B. Rhodamine, wie
Rhodamin-B und Rhodamin-6G, Xanthene, wie Pyromin-B und
Pyromin-G, Acridine, wie Acriflavin,
Bisphenylmethanfarbstoffe, wie Auramin und Michler's
Hydrol Blau, Triphenylmethanfarbstoffe, wie Malagit Grün
und Crystal Violet, sowie
Cyaninchromogenfarbstoffe, wie Monomethine, Trimethine und
Pentamethine.
Geeignete polymere Bindemittel sind z. B. Cellulose,
Polystrol, Polyester, Polyäther, Polyacrylat,
Polymethylacrylat, Polycarbonat, Polyamid, Polyvinylalkohol,
Polyvinylchlorid und Vinylchlorid/Vinylacetat-
Kopolymere. Eine Hilfsschicht, die aus Farbstoff besteht,
kann auf einfache Weise durch ein Aufdampfverfahren
angebracht werden.
Eine Hilfsschicht, die eine Lösung oder Dispersion des
Farbstoffes in einem polymeren Bindemittel enthält, kann
durch an sich bekannte Verfahren auf dem Substrat
angebracht werden. So kann eine Lösung des Bindemittels in
einem geeigneten Lösungsmittel, wobei in dieser Lösung
außerdem ein Farbstoff gelöst oder dispergiert ist, durch
ein Guß-, Sprüh- oder Zentrifugierverfahren auf der
Substratoberfläche angebracht werden, wonach das Lösungsmittel
abgedampft werden kann. Ein geeignetes organisches
Lösungsmittel ist z. B. Alkohol, wie Butanol, Glycol,
Methylglycol, ein aromatischer Kohlenwasserstoff, wie
Benzol, Toluol, ein Kreton, wie Aceton, Cyclohexanon, ein
Ester, wie Butylacetat, und weiter Tetrahydrofuran
und Dimethylformamid.
Unter einem
Zentrifugierverfahren ist ein Verfahren zu verstehen, bei
dem eine Menge der aufzubringenden Flüssigkeit zentral auf
dem Substrat angebracht wird, wonach durch Drehung des
Substrats die Flüssigkeit über die ganze Oberfläche
gleichmäßig verteilt wird.
Als polymeres Bindemittel ist ein unter der Einwirkung von
Strahlung polymerisierter Lack geeignet auf Basis
von mit ultraviolettem Licht
polymerisierbaren dünnflüssigen Gemischen von Mono-, Di-,
Tri- oder Tetraestern von Acrylsäure. Dies trifft vor
allem für mit ultraviolettem Licht härtbare lichtempfindliche
Lacke zu, die 40 bis 90 Gew.-% eines Monoacrylats, 5
bis 50 Gew.-% eines Di-, Tri- oder Tetraacrylats sowie 0,5
bis 3 Gew.-% eines lichtempfindlichen Initiators
enthalten.
Gut brauchbare Lacke bestehen aus einem Gemisch
einer durch Strahlung verknüpfbaren Polyenverbindung, die
pro Molekül zwei oder mehrere Aethylengruppen (-CH=CH-)
enthält, und einer Polythiolverbindung, die pro Molekül
zwei oder mehrere Thiolgruppen (-SH) enthält.
Polythiolverbindungen und Polyenverbindungen sind aus der
Literatur allgemein bekannt und käuflich erhältlich. Es
sei z. B. auf die USA-Patentschriften 36 97 395, 36 97 396,
36 97 397 und 40 08 341 verwiesen.
Eine Hilfsschicht, die durch Strahlung polymerisierte
Stoffe enthält, weist den Vorteil auf, daß die Schicht mit
Hilfe einer Matrize auf die Substratoberfläche aufgebracht
werden kann. Dann ist die von dem Substrat abgekehrte
Oberfläche der Hilfsschicht besonders gut definiert, so
daß die auf dieser Oberfläche angebrachte Aufzeichnungsschicht
ebenfalls eine definierte Struktur aufweist. Eine
gut definierte Grenzfläche zwischen der Hilfsschicht und
der Aufzeichnungsschicht, welche beim Einschreiben oder
Auslesen von Information im Bereich der Tiefenschärfe des
das Laserlicht fokussierenden Objektivs liegt, ist für
eine hohe Qualität der Information von Bedeutung.
Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der
Erfindung enthält die Hilfsschicht außerdem einen
endothermen Stoff. Bei Einstrahlung des Laserlichts wird
sich, sobald in der Hilfsschicht die Zersetzungstemperatur
des endothermen Stoffes erreicht ist, dieser Stoff unter
Abgabe von Energie zersetzen. Die chemische Energie des
endothermen Stoffes wird über die exotherme
Zersetzungsreaktion in kalorische Energie (Wärme) und
potentielle Energie (Druckaufbau) umgewandelt.
Infolgedessen werden in der Aufzeichnungsschicht und der
Hilfsschicht Löcher an den belichteten Stellen gebildet.
Die insgesamt für die Aufzeichnung der Information, d. h.
für die Bildung von Löchern in der Aufzeichnungsschicht,
benötigte Energie stammt nur teilweise von dem Laser und
wird zum übrigen Teil durch die exotherme Zersetzung des
in der Hilfsschicht vorhandenen endothermen Stoffes
geliefert. Die Einschreibenergie wird teilweise durch
chemische Reaktionen geliefert. Damit kann eine
zusätzliche Ersparnis von Laserenergie um 50% oder mehr
erhalten werden. Die benötigte Laserenergiemenge ist
gering und beträgt z. B. pro Bildpunkt 10⁸ bis 10-10
Joule, wobei der Bildpunkt einen Flächeninhalt von
1-3 µm² aufweist.
Die geringe Laserenergiemenge ermöglicht es, Laser mit
verhältnismäßig geringer Leistung, wie z. B. Feststofflaser
mit einer Leistung von 1 bis 10 mW, zu verwenden.
Derartige Laser weisen im Vergleich zu den vielfach
angewendeten Glaslasern viel kleinere Abmessungen und eine
wesentlich einfachere Bauart auf. Die Feststofflaser
lassen sich viel leichter einbauen und sind außerdem
erheblich preiswerter.
Die Erfindung wird nachstehend an Hand einiger
Ausführungsbeispiele und der Zeichnung näher erläutert. Es
zeigen
Fig. 1 einen Querschnitt durch einen Aufzeichnungsträger
bevor eine Belichtung stattgefunden hat, und
Fig. 2 einen Querschnitt durch den Aufzeichnungsträger
nach Fig. 1, nachdem Information eingeschrieben
ist.
In Fig. 1 bezeichnet 1 eine 1 mm dicke Substratplatte aus
Polymethylmethacrylat (Plexiglas), die mit einer Schicht 2
aus einem in Polyäther gelösten Farbstoff (Rhodamin-6G)
versehen wird. Die Schicht 2 ist dadurch angebracht, daß
10 ml einer 0,8%igen Lösung des Polyäthers in Methanol mit
50 ml Rhodamin-6G gemischt, das Gemisch bis zur
vollständigen Lösung des Farbstoffes geschüttelt und die
erhaltene Lösung nach Filtrierung auf die Substratplatte
gegossen wurde. Die Substratplatte 1, die mit der
vorgenannten Lösung versehen ist, wird mit Hilfe einer
Zentrifuge mit einer Geschwindigkeit von 1000
Umdrehungen/min gedreht, wobei die Farbstofflösung
gleichmäßig über die Substratoberfläche verteilt wird.
Nach Abdampfen des Lösungsmittels wurde die Schicht (oder
der Film) 2 erhalten, die (der) eine Dicke von 0,13 µm und
eine optische Dichte von 0,56 bei einer Wellenlänge von
530 nm aufweist.
Durch Belichtung mit einer Xenonlampe wurde die
farbstoffhaltige Schicht 2 auf einem Teil der Oberfläche
entfärbt. Die optische Dichte an den entfärbten Stellen
beträgt 0,005 bei einer Wellenlänge von 530 nm.
Auf der Schicht 2 wurde durch Aufdampfen ein 0,04 µm
dicker Wismutfilm 3 angebracht, wodurch man schließlich
den in Fig. 1 dargestellten Aufzeichnungsträger erhält.
Die obenerwähnte Entfärbung diente lediglich dazu,
Versuche anzustellen, wie nachstehend beschrieben wird.
Im erfindungsgemäßen Aufzeichnungsträger sind
normalerweise keine entfärbten Stellen vorhanden.
Der beschriebene Aufzeichnungsträger wurde über das
Substrat mit Laserlicht (λ=530 nm) pulsierend
(Impulsdauer 500 ns) in der mit Pfeilen 4 angegebenen
Richtung belichtet. Es hat sich herausgestellt, daß an den
entfärbten Stellen eine Laserlichtleistung von 4,2 mW
nötig war, um in der Wismutschicht 3 und der
darunterliegenden Farbstoffschicht 2 ein Loch mit einem
Durchmesser von 1 µm zu bilden. An den nicht entfärbten
Stellen ist 3,2 mW erforderlich, um ein Loch mit denselben
Abmessungen zu bilden. Durch Anwendung einer
farbstoffhaltigen Schicht 2 wird eine Energieersparung von
24% erhalten.
Nach Belichtung wird die in Fig. 2 dargestellte Situation
erreicht. In Fig. 2 sind für dieselben Teile dieselben
Bezugsziffern wie in Fig. 1 angewandt. Mit 5 wird das in
der Wismutschicht 3 und der Hilfsschicht 2 gebildete Loch
mit einem Durchmesser von 1 µm bezeichnet.
Auf gleiche Weise wie im obenstehenden Ausführungsbeispiel
wurde eine 1 mm dicke Platte 1 (Fig. 1) aus
Polymethylmethacrylat auf einer Seite mit einer
Hilfsschicht 2 versehen, die Rhodamin-6G, in Polyäther
gelöst, enthielt. Die Dicke der Hilfsschicht betrug
0,06 µm bei einer optischen Dichte von 0,53. Ein Teil der
Oberfläche der Hilfsschicht wird mit Hilfe einer
Xenonlampe entfärbt. An den entfärbten Stellen beträgt die
optische Dichte 0,002 bei einer Wellenlänge von 530 nm.
Auf der Hilfsschicht wird durch ein Aufdampfverfahren ein
0,04 µm dicker Wismutfilm 3 (Fig. 1) angebracht, wonach
das erhaltene Element über das Substrat pulsierend mit
Laserlicht belichtet wurde. Die Impulsdauer betrug
500 ns. Die Wellenlänge des Laserlichtes war 530 nm.
Es wurde gefunden, daß an den entfärbten Stellen eine
Laserleistung von 4,0 mW nötig war, um ein Loch 5 (Fig. 2)
mit einem Durchmesser von 1 µm in den Schichten 2 und 3 zu
bilden. Für die gefärbten Stellen war 2,7 mW erforderlich,
so daß sich eine Energieersparnis von 23% ergab.
Claims (10)
1. Aufzeichnungsträger mit einer optische Strahlung teilweise reflektierenden Aufzeichnungsschicht,
welche über eine Hilfsschicht auf ein optisch
transparentes Substrat aufgebracht ist,
dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfsschicht eine einen
Farbstoff enthaltende und Energie des Laserstrahlbündels
absorbierende Schicht (2) ist, welche eine Laserlichtabsorption von 20 bis 80% aufweist.
2. Aufzeichnungsträger nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfsschicht
eine Höchstdicke
von 0,25 µm aufweist.
3. Aufzeichnungsträger nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfsschicht eine
Laserlichtabsorption von 20 bis 50% aufweist.
4. Aufzeichnungsträger nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfsschicht einen
organischen Farbstoff oder eine Lösung oder Dispersion
eines organischen Farbstoffes in einem polymeren
Bindemittel enthält.
5. Aufzeichnungsträger nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, daß das polymere Bindemittel ein
durch Strahlung polymerisierter Lack auf Basis
strahlungsempfindlicher Monomere und/oder Oligomere ist,
in dem ein Farbstoff gelöst oder fein verteilt ist.
6. Aufzeichnungsträger nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfsschicht einen
endothermen Stoff enthält.
7. Aufzeichnungsträger nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß die Aufzeichnungsschicht
aus Metall oder einer Metallegierung besteht.
8. Aufzeichnungsträger nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß die Aufzeichnungsschicht
aus Bi, Te, Ind, Sn, Cu, Al, Pt, Au, Rh, As, Sb,
Ge, Se, Ga, Cd, Tl oder Amalgam besteht.
9. Aufzeichnungsträger nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke
der Aufzeichnungsschicht 0,01 bis 0,1 µm
beträgt.
10. Aufzeichnungsträger nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet, daß die
Aufzeichnungsschicht mit einer Schutzschicht
versehen ist.
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