DE3507975C2 - - Google Patents

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Description

Die Erfindung betrifft einen optischen Informations­ aufzeichnungsträger vom reflektierenden Typ mit einem Farbstoffilm auf einem Substrat gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Ein optischer Informationsaufzeichnungsträger mit einem Farbstoffilm als Aufzeichnungsschicht ist bereits be­ kannt. Diese Art von Aufzeichnungsträger besteht im Grunde aus einem Substrat und einem Farbstoffilm. Eine Seite des Substrats liegt am Farbstoffilm an, während die andere in Kontakt mit der Luft oder einer Schutz­ schicht steht. Da sich dieser Typ von Aufzeichnungsträger durch ein hochproduktives Verfahren, wie Beschichtung, herstellen läßt, besitzt er den Vorteil, daß die indu­ strielle Fertigung preiswert erfolgen kann. Andererseits hat er den Nachteil, daß es technisch und wirtschaftlich schwierig ist, ein zufriedenstellendes Material zur Ausbildung eines Farbstoffilms auszuwählen.
Fig. 1 zeigt den Aufbau eines optischen Informations­ aufzeichnungsträgers.
Fig. 2 zeigt das Verhältnis von Reflexion und Absorption bei dem optischen Informationsaufzeichnungsträger.
Fig. 3 zeigt das Verhältnis zwischen den Extinktions­ koeffizientwerten und dem Reflexionswert.
Fig. 4 zeigt das Verhältnis zwischen den Extinktions­ koeffizientwerten und dem Reflexionswert.
Aus dem Fachmann geläufigen Überlegungen ergibt sich, daß es notwendig ist, für einen zufriedenstellenden optischen Informationsauf­ zeichnungsträger ein Farbstoffmaterial zu wählen, das für die Wiedergabe von Informationen notwen­ dige hohen Reflexionswert und für die Aufzeichnung von Informationen notwendige hohe Absorptionsfähigkeit besitzt.
Das heißt, diese Vorraussetzungen sind dann erfüllt, wenn der aus­ gewählte Farbstoff einen Extinktionskoeffizienten von mindestens 1 besitzt.
Der Extinktionskoeffizient K i wird durch folgende Gleichung bestimmt:
worin n i einen komplexen Brechungsindex eines jeden Elements, N i einen Brechungsindex eines jeden Elements und K i einen Extinktionskoeffizienten bedeutet. Wenn man dies z. B. anhand von Fig. 2 näher erläutert, bedeutet n₁ einen komplexen Brechungsindex eines Substrats, n₂ den eines Farbstoffilms und n₃ den der Luft oder einer Schutzschicht. Die anderen Werte werden genauso wie oben definiert.
Der Reflexionswert und der Absorpitonswert eines opti­ schen Informationsaufzeichnungsträgers werden durch die Dicke des Farbstoffilms und die optischen Konstanten nach folgenden Gleichungen bestimmt:
worin λ die Wellenlänge des verwendeten Laserlichts und Z die Dicke des Farbstoffilms bedeutet.
Es ergibt sich für den Fachmann auch, daß die Mindestdicke des Farbstoffilms etwa 20 nm betragen muß.
Es ergibt sich weiterhin, daß ein Farbstoff mit einem Extinktionskoeffizienten von mindestens 1 und einem Reflexionswert von nicht weniger als 16% einen Aufzeichnungsträger mit ausgezeichneten Eigenschaften ergeben sollte. Wenn der Extinktionskoeffizient eines Farbstoffilms hoch ist, wird aufzeichnendes Laserlicht auch dann absorbiert, wenn die Filmdicke sehr gering ist (50 nm [500 Å] oder weniger) und entsprechend ein zufriedenstellendes Auf­ zeichnungspit gebildet. Weiterhin kann man aus der obigen Gleichung erkennen, daß sich bei einem großen Extinktionskoeffizienten nicht nur die Lichtabsorption, sondern auch der Reflexionswert erhöhen läßt (dies läßt sich rechnerisch beweisen, indem man die Werte von N, K und Z für die obige Gleichung einsetzt).
Fig. 3 und 4 zeigen jeweils Kurven, die das Verhältnis zwischen Reflexionswert und dem Extinktionskoeffizienten K₂ und das Verhältnis zwischen Absorptionswert und dem Extinktionskoeffizienten K₂ zeigen.
Man erhält diese Kurven durch Berechnungen aufgrund folgender Voraussetzungen:
komplexer Brechungsindex n₁:|1,5;
(Acrylharzsubstrat wie in Fig. 2 gezeigt) @ komplexer Brechungsindex n₃: 1,0;
(Luft wie in Fig. 2 gezeigt) @ Dicke des Farbstoffilms Z: 50 nm
Wellenlänge des Laserlichts λ: 790 nm
Fig. 3 zeigt das Verhältnis zwischen dem Reflexionswert und dem Extinktionskoeffizienten K₂ des Farbstoffilms mit dem Brechungsindex N₂ (reelle Zahl) als Parameter. Wie man aus Fig. 3 ersehen kann, schwankt der Reflexionswert mit den Werten von K₂ und N₂; meistens steigt der Reflexionswert jedoch mit einem Anstieg von K₂.
Fig. 4 zeigt das Verhältnis zwischen dem Absorptionswert und dem Extinktionskoeffizienten K₂ des Farb­ stoffilms mit dem Brechungsindex N₂ (reelle Zahl) als Parameter. Wie man aus Fig. 4 ersehen kann, schwankt der Absorptionswert nur wenig mit dem Wert von N₂, ist aber erheblich abhängig vom Wert von K₂.
Um die für einen optischen Informationsaufzeichnungsträ­ ger wichtige Aufzeichnungsempfindlichkeit zu steigern, ist es notwendig, Lichtenergie durch höchstmögliche Absorption von einfallendem Laserlicht in Wärme umzuwan­ deln. Der Absorptionswert steigt auf 50% oder mehr an, wenn man den Wert von K₂ bei 1 oder darüber fest­ setzt. Wie diese Berechnungskurven zeigen, kann man also einen Farbstoffilm mit hohen Reflexionswert und Absorp­ tionswert erhalten, wenn der Extinktionskoeffizient nicht geringer als 1 ist.
Grundlage für die vorstehenden Ausführungen finden sich zum Beispiel in F. CAP: Physik Griffbereit, Vieweg u. Sohn, Braunschweig 1972, insbesondere Seiten 523, 572, 573, 657, 661 und 662.
Zusätzlich zu der Voraussetzung des Extinktionskoeffi­ zienten ist es erforderlich, daß der Farbstoffilm (und besonders das zur Beschichtung des Farbstoffs verwendete Lösungsmittel) gegenüber dem Substrat chemisch inert ist. Wenn die Farbstoffschicht mit dem Substrat reagiert oder dieses auflöst, verwischt sich die Abgrenzung zwischen Farbstoff und Substrat, was zu einer Abnahme des Reflexionswertes führt. Lösen sich z. B. der Farbstoff und das Substrat gegenseitig auf, sinkt der Reflexionswert auf 5% oder weniger.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, Farbstoffe für einen optischen Informations­ aufzeichnungsträger anzugeben, die verbesserte Aufzeichungs- und Wiedergabe­ eigenschaften durch Laserlicht aufweisen.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch Farbstoffe gelöst, die den folgenden Formeln entsprechen.
Das für den optischen Informationsaufzeichnungsträger mit der erfindungsgemäßen Verbindung verwendete Laserlicht wird abhängig von der Absorptionswellenlänge des jeweiligen Farbstoffs gewählt. So sind z. B. Helium-, Neonlaser, Halbleiterlaser u. ä. geeignet.
Anhand der Zeichnungen wird die Erfindung näher erläutert.
Wie in Fig. 1 gezeigt, besteht der Aufzeichnungsträger 1 im wesentlichen aus einem Substrat 2 und einem Farbstoffilm. Eine Seite des Substrats liegt am Farbstoff 3 an und die andere steht mit der Luft oder der Schutzschicht 4 in Kontakt. Wenn der Aufzeichnungs­ träger als optischer Plattenspeicher verwendet wird, erfolgen Aufzeichnung und Wiedergabe durch Ausrichtung eines durch die Kondensierlinse 5 kondensierten Laserstrahls 6. Das Substrat 2 muß also für Laserlicht transparent sein.
Die Informationsaufzeichnung erfolgt durch Ausrichtung eines kondensierten Laserstrahls 6 mit hoher Leistung zur Umwandlung von durch den Farbstoffilm 3 absorbierter Lichtenergie in Wärme und damit zur Ausbildung von Pits.
Die Regenerierung der Information erfolgt durch Ausrich­ tung eines kondensierten Laserstrahls mit einer Kraft, die klein genug ist, den Farbstoffilm nicht zu beschädi­ gen und Erfassung der Pits durch vom Farbstoffilm zurück­ geworfenes Licht.
Für das Substrat 2 in dieser Erfindung kann man die üblicherweise als Unterlagen für Aufzeichnungsträger verwendeten Materialien nehmen, z. B. Glas, Quarz, Kera­ mik, Kunststoffe, Papier, Metallblech oder -folie u. ä. Davon sind Kunststoffe besonders geeignet, was Sicher­ heit, verbesserte Aufzeichnungsempfindlichkeit, Eben­ heit, Leichtigkeit, Bearbeitbarkeit usw. angeht. Zu den typischen Kunststoffen gehören Vinylchloridharz, Vinyl­ acetatharz, Acrylharz, Methacrylharz, Polyesterharz, Nitrocellulose, Polyäthylenharz, Polypropylenharz, Poly­ amidharz, Polystyrolharz, Polycarbonatharz, Epoxyharz u. ä.
Damit man die Wiedergabe zum Ablesen eines optischen Informationsaufzeichnungsträgers wirkungsvoll durchfüh­ ren kann, ist es vorzuziehen, vorher auf dem Substrat eine Rille anzubringen. Zu den bevorzugten Materialien zur Ausbildung dieser Rille gehören durch Licht härtbare Materialien, wie z. B. Harze vom Acryl- oder Methacryltyp.
Die Dicke des in dieser Erfindung verwendeten Farbstoffilms beträgt mindestens 10 nm bis 5 µm, vorzugsweise 20 bis 100 nm. Wenn diese Dicke weniger als 20 nm beträgt, sinken Reflexionswert und Absorptionswert gleichermaßen ab und die Auf­ zeichnung läßt sich nicht mehr zufriedenstellend durch­ führen. Ist die Aufzeichnungsschicht andererseits aber zu dick, verschlechtern sich der S/N-Wert und die Emp­ findlichkeit; die für die Aufzeichnung benötigte Ener­ giemenge wird zu groß und das Verfahren damit unwirt­ schaftlich.
Der Farbstoffilm dieser Erfindung wird durch herkömm­ liche Verfahren wie Aufdampfen, Beschichtung u. ä. aus­ gebildet. Bei einem Beschichtungsverfahren verwendet man üblicherweise Dichlorethanlösung; handelt es sich um einen Farbstoff vom Cyanintyp, ist der Schleuderbeschich­ tungsprozeß besonders vorzuziehen.
Wenn gewünscht, kann der Farbstoffilm dieser Erfindung ein Bindeharz und/oder einen Stabilisator enthalten, wie ein Antioxidationsmittel, lichtresistentes Mittel o. ä., und zwar in einer Menge, die den Extinktionskoeffizienten (K) nicht unter 1 absinken läßt. Wenn der Wert von K hoch ist, kann Licht auch von einem dünnen Film absor­ biert und die zur Ausbildung von Pits benötigte Energie­ menge deshalb gering gehalten werden. Entsprechend ist auch die Pitperipherie scharf und so kann ein geräusch­ loser Aufzeichnungsträger mit hoher Empfindlichkeit ge­ bildet werden. Besonders wenn K größer als 1,5 ist, wird der Reflexionswert zum bevorzugten Wert in der prakti­ schen Anwendung, d. h. er steigt auf über 20% an. Falls notwendig, kann man eine Schutzschicht 4 vorsehen. Die Schutzschicht 4 dient zum Schutz einer Aufzeich­ nungsschicht vor Beschädigung, Staub, Schmutz u. ä. und zur Verbesserung der chemischen Stabilität der Aufzeich­ nungsschicht. Beispiele für das Schutzschichtmaterial sind Ionomerharz, Polyamidharz, Vinyltypharz, hochmole­ kulare Naturverbindungen, Silikon, flüssiger Kautschuk u. ä. Neben den hochmolekularen Naturverbindungen können auch verschiedene anorganische Verbindungen verwendet werden, z. B. SiO₂, MgF₂, SiO, TiO₂, ZnO₂ u. ä., sowie metallische oder halbmetallische Schichten wie Zn, Cu, S, Ni, Cr, Ge, Se, Cd, Ag, Al u. ä. Die Schutzschicht weist eine Dicke von mehr als 0,1 µm, vorzugsweise mehr als 50 µm auf.
Wenn gewünscht, kann man darüber hinaus eine Grundschicht zwischen dem Substrat 2 und dem Farbstoffilm 3 als Auf­ zeichnungsschicht aufbringen. Die Grundschicht dient dazu, (a) die Haftung zu verbessern, (b) Wasser, Gas u. ä. fernzuhalten, (c) die Konservierungsstabilität der Aufzeichnungsschicht zu erhöhen und (d) den Reflexions­ wert zu steigern. Zum Zweck von (a) kann man die er­ wähnten hochmolekularen Materialien für die Schutz­ schicht verwenden. Den Zweck von (b) erfüllen zusätzlich zu diesen hochmolekularen Materialien die erwähnten an­ organischen, metallischen oder halbmetallischen Materia­ lien der Schutzschicht. Für (c) kann man die Materia­ lien von (a) und (b) und für (d) Metalle wie Ag, Al u. ä. verwenden. Die Grundschicht hat eine Dicke von 0,1 bis 200 µm, vorzugsweise 0,2 bis 100 µm.
Fig. 2 zeigt das Verhältnis von einfallendem Licht, reflektiertem Licht und durchgelassenem Licht.
Die Erfindung wird durch die folgenden Beispiele weiter erläutert.
Beispiel
Man stellte einen Aufzeichnungsträger her, indem man eine durch Auflösung eines Farbstoffs in einem entspre­ chenden Lösungsmittel (siehe nachfolgende Tabelle) erhaltene Lösung durch Schleuderbeschichtung auf ein Acrylharzsubstrat mit einer Dicke von 1 mm aufbrachte und so einen Farbstoffilm mit einer Dicke von 50 nm bildete. Bei dem so erhaltenen Aufzeichnungsträger wurden Reflexionswert und C/N-Wert bei einer Pitlänge von 0,9 µm gemessen; die Ergebnisse sind in der folgen­ den Tabelle gezeigt.
Wie man aus den vorausgehenden Beispielen ersehen kann, hat der gemäß dieser Erfindung mit einem Farbstoff mit einem Extinktionskoeffizienten von mindestens 1 versehene Aufzeichnungsträger einen Reflexionswert von nicht weniger als 16% und einen C/N-Wert von nicht weniger als 50 dB. Zusätzlich zu diesen Eigenschaften ist für einen derartigen Aufzeichnungsträger ein Absorptionswert von nicht weniger als 30% vorzuziehen. So hat der nach obigen Vorgaben zusammengesetzte optische Informationsaufzeichnungsträger einen zufriedenstellend hohen Reflexionswert und einen für die Wiedergabe von Informationen brauchbaren C/N- Wert sowie eine für die Aufzeichnung von Informationen brauchbare zufriedenstellend hohe Empfindlichkeit.

Claims (4)

1. Optischer Informationsträger mit einem Reflexionswert von nicht weniger als 16%, einem Absorptionswert von nicht weniger als 30%, einem Extinktionskoeffizienten von mindestens 1, enthaltend ein Substrat und einen auf diesen aufgebrachten einschichtigen Farb­ stoffilm der Mindestdicke 20 nm, der gegenüber dem Substrat chemisch inert ist und kein Bindemittel enthält, dadurch gekennzeichnet, daß der Farbstoffilm eine maximale Dicke von 100 nm besitzt und aus folgenden Triarylmethan und/oder Cyaninfarbstoffen ausgewählt ist:
2. Optischer Informationsträger gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat eine vorgeformte Rille aufweist.
3. Optischer Informationsträger gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Farbstoffilm einen Stabilisator enthält.
4. Optischer Informationsträger gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Farbstoffilm durch Schleuderbeschichtung ausgebildet wird.
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