DE4115159A1 - Optisches aufzeichnungsmaterial - Google Patents

Optisches aufzeichnungsmaterial

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DE4115159A1
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Shuichi Yanagisawa
Tatsuro Sakai
Takashi Chuman
Yasushi Araki
Fumio Matsui
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    • Y10S430/00—Radiation imagery chemistry: process, composition, or product thereof
    • Y10S430/146—Laser beam

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein optisches Aufzeichnungsmaterial, insbesondere ein beschreibbares optisches Aufzeichnungsmaterial mit einem licht-durchlässigen Substrat auf das eine licht-absorbierende Schicht zur Absorption eines Laserstrahls und eine licht-reflektierende Schicht zur Reflexion des Laserstrahls aufgebracht ist.
Aus dem Stand der Technik sind organische Farbstoffe wie Cyanin-Farbstoffe oder Phthalocyanin-Farbstoffe bekannt als Aufzeichnungsfilm eines beschreibbaren optischen Aufzeichnungsmaterials.
Zum Beschreiben eines solchen optischen Aufzeichnungsmaterials werden im allgemeinen Laserstrahlen auf einen Mikrobereich des Aufzeichnungsfilms gebündelt und dann die Lichtenergie in Wärmeenergie umgewandelt, um so den Aufzeichnungsfilm zu denaturieren, d. h. ein Loch zu bilden. Um die Denaturierung des Aufzeichnungsfilms flüssig durchführen zu können, werden zwei Platten, die beide aus einem Substrat und einem darauf aufgebrachten Aufzeichnungsfilm zusammengesetzt sind, im allgemeinen so hergestellt, daß die jeweiligen Aufzeichnungsfilme einander in einer Art des Aufzeichnungsmaterials gegenüberliegen, die als "Air-Sandwich"-Struktur bezeichnet wird.
Der für das Beschreiben der optischen Aufzeichnungsmaterialien mit der oben beschriebenen Struktur verwendete Laserstrahl strahlt durch das durchlässige Substrat und bildet im Aufzeichnungsfilm ein licht-lesbares Loch. Der Laserstrahl, der für das Lesen und Reproduzieren der im Aufzeichnungsfilm gespeicherten Daten verwendet wird, hat eine Auslaßenergie, die geringer ist, als die des Laserstrahls, der für das Beschreiben verwendet wird. Wird der Laserstrahl zum Lesen verwendet, wird der Kontrast zwischen einem Teil mit Loch und einem Teil ohne Loch als elektrisches Signal abgelesen.
Im Stand der Technik ist auch ein Aufzeichnungsmaterial vom sogenannten ROM-(Read Only Memory-)Typ bekannt, bei dem die Daten vorläufig aufgezeichnet werden und das sich von dem oben beschriebenen Aufzeichnungsmaterial unterscheidet. Derartiges Aufzeichnungsmaterial vom ROM-Typ findet in der Praxis breite Anwendung in der Höraufzeichnung und in der informationsverarbeitenden Technologie und ist nicht mit einem beschreibbaren Aufzeichnungsfilm versehen. Es werden nämlich Löcher (Prepits) und Stege (Pregrooves), die mit den zu reproduzierenden Daten korrespondieren, durch ein Preßverfahren auf einem Plastiksubstrat vorgebildet und eine aus einem Metall, wie Gold (Au), Silber (Ag), Kupfer (Cu), Aluminium (Al) und ähnlichen, hergestellte reflektierende Schicht wird auf dem Plastiksubstrat ausgebildet. Außerdem wird eine Schutzschicht auf die reflektierende Schicht aufgebracht. Ein typisches Beispiel für ein Aufzeichnungsmaterial vom ROM-Typ ist eine Kompakt-Disk, eine sogenannte CD. Die Beschreibung von Aufzeichnung und Lesen von Signalen der CD ist standardisiert, und eine Wiedergabevorrichtung für die CD findet in Übereinstimmung mit diesem Standard weite Anwendung als Kompakt-Disk-Player, d. h. als CD-Player.
Das beschreibbare optische Aufzeichnungsmaterial ist ähnlich der CD in seiner Form und in der Verwendung des Laserstrahls. Es besteht demnach der Wunsch, ein beschreibbares Aufzeichnungsmaterial zu entwickeln, das direkt für den CD-Player verwendet werden kann, ohne Änderungen oder Modifikationen vorzunehmen.
Das optische Aufzeichnungsmaterial, in dem organische Farbstoffe verwendet werden, hat jedoch keine zufriedenstellende Beständigkeit gegen optische Verschlechterung und hat außerdem keine zufriedenstellende Beständigkeit unter erschwerten Umgebungsbedingungen, wie hoher Temperatur oder hoher Luftfeuchtigkeit, so daß eine Verbesserung in diesen Punkten gefordert wird.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, die im Stand der Technik entgegengehaltenen Fehler und Nachteile im wesentlichen zu eliminieren und ein optisches Aufzeichnungsmaterial zur Verfügung zu stellen, das einen Reflexionskoeffizienten und eine Modulationsrate hat, die hoch genug sind, um den CD-Standards zu entsprechen, und das eine Beständigkeit gegen optische Verschlechterung und eine Beständigkeit sogar unter erschwerten Umgebungsbedingungen hat, wie hohe Temperatur und hohe Feuchtigkeit.
Diese und andere Aufgaben können erfindungsgemäß dadurch gelöst werden, daß ein optisches Aufzeichnungsmaterial zur Verfügung gestellt wird, das ein licht-durchlässiges Substrat, eine licht-absorbierende Schicht, die auf das licht-durchlässige Substrat aufgebracht ist und eine licht-reflektierende Schicht, die auf die licht-absorbierende Schicht aufgebracht ist, enthält, wobei die genannte licht-absorbierende Schicht einen Cyanin-Farbstoff der folgenden Strukturformel:
und einen Quencher der folgenden allgemeinen Formel:
enthält, worin R¹, R², R³ und R⁴ Wasserstoff bzw. eine Substituentengruppe bedeuten.
In einer bevorzugten Ausführungsform kann der Quencher die folgende Strukturformel besitzen:
Außerdem kann eine Schutzschicht auf den Verbund von licht-absorbierender Schicht und licht-reflektierender Schicht aufgebracht werden, um dieselben zu schützen.
Mit dem erfindungsgemäßen optischen Aufzeichnungsmaterial mit den oben beschriebenen Charakteristika wird ein Reflexionskoeffizient und eine Modulationsrate erreicht, die hoch genug sind, den CD-Standards zu genügen und es wird ebenfalls eine Beständigkeit gegen optische Verschlechterung und eine Beständigkeit sogar unter erschwerten Umgebungsbedingungen, wie hoher Temperatur und hoher Feuchtigkeit, erreicht.
Im folgenden werden die Figuren kurz beschrieben:
Fig. 1 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen optischen Aufzeichnungsmaterials mit einem teilweisen Ausschnitt;
Fig. 2 zeigt eine vergrößerte Ansicht der Schnittfläche des optischen Aufzeichnungsmaterials aus Fig. 1;
Fig. 3a bis 4c sind graphische Darstellungen der Durchlässigkeit der licht-absorbierenden Schicht von erfindungsgemäßen Proben und Vergleichsproben;
Fig. 5 ist eine graphische Darstellung der Verschlechterung der 11T-Amplitude des Aufzeichnungsteils in Abhängigkeit von der Zeit; und
Fig. 6 ist eine Ansicht zur Erklärung der Bezugspotentiale hinsichtlich der CD-Standards.
Wie in Fig. 1, die eine perspektivische Ansicht des erfindungsgemäßen optischen Aufzeichnungsmaterials mit partiellem Ausschnitt zeigt, dargestellt ist, ist das optische Aufzeichnungsmaterial 1 aus einem licht-durchlässigen Substrat 11, einer licht-absorbierenden Schicht 12, die auf dieses Substrat 11 aufgebracht ist, einer licht-reflektierenden Schicht 13, die als weitere darauf aufgebracht ist und eine Licht-Schutzschicht 14, die auch weiterhin darauf aufgebracht ist, zusammengesetzt.
Hinsichtlich der Verbesserung der Produktivität ist es bevorzugt, das licht-durchlässige Substrat 11 mit einem spritzgegossenen Harzsubstrat herzustellen, das aus einer transparenten Substanz wie Polycarbonat(PC)-Harz oder Polymethylmethacrylat(PMMA)-Harz mit einer Dicke von ungefähr 1,0 bis 1,5 mm hergestellt ist.
Die licht-absorbierende Schicht 12, die auf das licht-durchlässige Substrat 11 mit den oben beschriebenen Eigenschaften aufgebracht ist, enthält einen Cyanin-Farbstoff mit der folgenden Strukturformel:
Zusätzlich enthält die licht-absorbierende Schicht 12 erfindungsgemäß außerdem einen Quencher, der durch die folgende allgemeine Formel [I] dargestellt werden kann:
In der allgemeinen Formel [I], stehen R¹, R², R³ bzw. R⁴ für Wasserstoff oder eine Substituentengruppe wie
CH₃O-, CH₃OCH₂CH₂O-, CH₃COO-, (n-C₃H₇)₂N-,
(C₂H₅)₂N- and Cl-.
Als konkrete Beispiele für die Quencher dienen diejenigen mit den folgenden Strukturformeln [Q-1] bis [Q-4]:
Unter diesen Quenchern sind die Quencher mit der Strukturformel [Q-1] hinsichtlich des effektiven Schutzes des Cyanin-Farbstoffes vor optischer Verschlechterung besonders bevorzugt. Der Quencher mit einer solchen Strukturformel [Q-1] kann die optische Verschlechterung des Farbstoffs verhindern und insbesondere wird er verwendet, um die Entfärbung (Verschlechterung durch Reproduktion, die vom Leselicht hervorgerufen wird) zu verhindern. Bevorzugterweise ist der Quencher in einer Menge von 0,01 bis 10 mol bezogen auf 1 mol Farbstoff enthalten.
Die licht-absorbierende Schicht 12 enthält den Quencher und den Cyanin-Farbstoff mit den oben beschriebenen Eigenschaften und ist auf das Substrat 11 durch übliche Methoden wie Schleuderüberzugsverfahren (Spin-Coat-Method) in einer Dicke von 20 bis 2000 nm aufgebracht. Für dieses Schleuderüberzugsverfahren werden bekannte Lösungsmittel wie Diacetonalkohol, Ethylcellosolve, Methylcellosolve, Isophoron, Methanol, Tetrafluoropropanol und Dichlorethan verwendet.
Die licht-reflektierende Schicht 13, die auf die licht-absorbierende Schicht 12 mit den oben beschriebenen Charakteristika aufgebracht ist, ist aus Metall, wie Gold (Au), Silber (Ag), Kupfer (Cu) oder Aluminium (Al), zusammengesetzt. Die licht-reflektierende Schicht 13 wird als Film auf die licht-absorbierende Schicht 12 durch eine der verschiedenen Dampf-Aufbringungsmethoden, wie Vakuumverdampfen, Spritzen und Ionenüberzugsmethoden aufgebracht, um so eine Filmdicke von ungefähr 0,02 bis 2,0 µm zu erzielen.
Die Schutzschicht 14 wird gewöhnlich auf die licht-reflektierende Schicht 13 aufgebracht, um die licht-absorbierende Schicht 12 und die licht-reflektierende Schicht 13 zu schützen. Die Licht-Schutzschicht 14 wird im allgemeinen durch Aufbringen eines Schleuderüberzugs eines UV-härtbaren Harzes auf die licht-reflektierende Schicht 13 hergestellt und dann mit ultravioletten Strahlen bestrahlt, um so den Überzugsfilm aus UV-härtbarem Harz zu härten. Es können z. B. ein Epoxidharz, ein Acrylharz, ein Silikonharz oder ein Urethanharz als Substanz für die Schutzschicht als Ersatz für das obengenannte UV-härtbare Harz verwendet werden. Die gewünschte Dicke der Schutzschicht beträgt normalerweise 0,1 bis 100 µm.
Um das Substrat 11 vor dem Lösungsmittel zu schützen, kann eine Zwischenschicht zwischen das licht-durchlässige Substrat 11 und die licht-absorbierende Schicht 12 aufgebracht werden. Außerdem kann eine weitere Zwischenschicht zwichen der licht-absorbierenden Schicht 12 und der licht-reflektierenden Schicht 13 aufgebracht werden, um die Effektivität der Licht-Absorption und der Licht-Reflexion zu steigern.
Das erfindungsgemäße optische Aufzeichnungsmaterial mit den oben beschriebenen Charakteristika wird von dem Aufzeichnungslicht im allgemeinen in einer Pulsfrequenz bestrahlt, während das Aufzeichnungsmaterial rotiert.
Während dieses Prozesses werden Teile der licht-absorbierenden Schicht 12 geschmolzen und dadurch entfernt, was zur Bildung von Löchern führt. Diese so gebildeten Löcher werden durch Aufzeichnen der Differenz der Lichtmenge zwischen dem ursprünglichen Licht und dem reflektierten Licht des Leselichts gelesen.
Im folgenden werden konkrete Beispiele zum weiteren Verständnis der vorliegenden Erfindung gegeben.
Für die konkreten Beispiele wurde der Cyanin-Farbstoff mit den oben beschriebenen Charakteristika als in der Licht-Absorptionsschicht enthaltener Farbstoff verwendet und es wurde ein Quencher mit der Strukturformel [Q-1] oder der folgenden Strukturformel [Q*] verwendet. Diese Cyanin-Farbstoffe und die Quencher wurden in einem Ethylcellosolve-Lösungsmittel aufgelöst, womit dann das Polycarbonat-Substrat, das einen Durchmesser von 120 mm und eine Dicke von 1,2 mm hatte, in einer Dicke von 100 nm überzogen wurde. Farbstoff und Quencher wurden in einem Mischungsverhältnis von 5 mol Farbstoff und 1 mol Quencher vermischt. Drei Arten von optischen Aufzeichnungsmaterialien wurden auf die beschriebene Art und Weise hergestellt, wie in Tabelle 1 gezeigt wird.
Farbstoff
Quencher
Die Lichtstabilitäts-Charakteristika der drei Arten von so hergestellten optischen Aufzeichnungsmaterialien wurden auf die folgende Art bestimmt.
Mit dem Licht einer Xenonlampe (Wellenlänge 500 bis 850 nm, Energie 32 kW/m; Wellenlänge 380 bis 620 nm, Energie 21 kW/m) wurde von der Substratseite aus bestrahlt und die Variation oder Änderung der Durchlässigkeit vor und nach der Bestrahlung wurde mit einem Spektrophotometer in Abhängigkeit von der Zeit gemessen. Als ein Ergebnis der Messung wurde beobachtet, daß die Fähigkeit des Farbstoffs zur Licht-Absorption mit der Verschlechterung des Farbstoffs durch die Bestrahlung mit dem Licht der Xenonlampe verringert wurde und die Durchlässigkeit deshalb erhöht wurde. Die Variation oder Änderung der Durchlässigkeit in Abhängigkeit von der Zeit ist in den Kurven der Fig. 3a bis 3c und 4a bis 4c dargestellt, wobei die Kurven der Fig. 3a und 4a für die erfindungsgemäße Probe stehen, die Kurven der Fig. 3b und 4b für Vergleichsbeispiel 1 und die Kurven der Fig. 3c und 4c für Vergleichsbeispiel 2.
Wie aus diesen Kurven zu sehen ist, wurde herausgefunden, daß für die erfindungsgemäße Probe des Quenchers sehr bemerkenswerte Ergebnisse für die Verhinderung der optischen Verschlechterung des Farbstoffes erhalten werden.
Die folgenden Versuche wurden auch ausgeführt, um Werte für die Anti-Umgebungscharakteristika unter den Bedingungen hoher Temperatur und hoher Feuchtigkeit und hoher Temperatur und niedriger Feuchtigkeit zu erhalten.
Für die konkreten Beispiele wurde ein Cyanin-Farbstoff der oben beschriebenen Charakteristika als in der licht-absorbierenden Schicht enthaltener Farbstoff verwendet und der Quencher mit der Strukturformel [Q-1] wurde verwendet. Dieser Cyanin-Farbstoff und der Quencher wurden in Ethylcellosolve-Lösungsmittel aufgelöst und das Polycarbonatsubstrat, das einen Durchmesser von 120 mm und eine Dicke von 1,2 mm hat, wurde damit in einer Dicke von 100 nm überzogen. Der Farbstoff und der Quencher wurden in einem Mischungsverhältnis von 5 mol Farbstoff und 1 mol Quencher gemischt. Als Substrat wurde ein Substrat verwendet, auf das vorher durch ein Spritzgußverfahren eine spiralförmige Vertiefung (Vertiefungshöhe: 1,6 µm; Vertiefungsbreite: 0,6 µm; Vertierungstiefe: 600A) aufgebracht worden war. Auf die licht-absorbierende Schicht wurde eine licht-reflektierende Schicht aus Gold mit einer Dicke von 1000 Å durch das Vakuumverdampfungsverfahren aufgebracht. Außerdem wurde eine Schutzschicht aus einem Photopolymer auf die licht-reflektierende Schicht aufgebracht, um so die erfindungsgemäße Probe eines optischen Aufzeichnungsmaterials herzustellen. Als Vergleichsproben wurden handelsübliche Produkte anderer Firmen hergestellt. EFM(Eight to Fourteen Modulation)-Signale wurden auf diese Proben von optischen Aufzeichnungsmaterialien unter den nachstehenden Bedingungen aufgezeichnet und die Proben wurden dann unter den nachstehenden Umgebungsbedingungen belastet.
Bedingungen für die Messung der elektrischen Charakteristika (In der Aufzeichnungswiedergabezeit)
Wellenlänge: 778 nm
lineare Geschwindigkeit: 1,4 m/s
Schreib-Energie: 5,5 mW (6,0 mW für die Vergleichsprobe)
Lese-Energie: 0,5 mW
Umgebungsbedingungen
(1) 70°C, 90% rel. Feucht.
(2) 70°C, trocken
Die folgenden Tabellen 2(A) und 2(B) zeigen die Änderungen der Wiedergabesignale vor und nach dem Belasten der Proben unter den obengenannten Umgebungsbedingungen.
Tabelle 2(A)
Tabelle 2(B)
In den vorstehenden Tabellen 2(A) und 2(B) sind die jeweiligen Potentiale so definiert wie in Fig. 6:
I₀ gibt die Potentiale an der Spiegelfläche an,
Il gibt das Potential am Steg an,
Ig gibt das Potential in der Vertiefung an,
Itop gibt das Potential an der hellsten Stelle der 11T (196 KHz)-Amplitude im Aufzeichnungssignal an,
I11T gibt die 11T (196 kHz)-Amplitude im Aufzeichnungssignal an und
I3T gibt die 3T(720 kHz)-Amplitude im Aufzeichnungssignal an.
Fig. 5 zeigt die Änderung der 11T-Amplitude des aufzeichnenden Teils in Abhängigkeit von der Zeit in dem Fall, daß die Belastungszeit verlängert wird.

Claims (7)

1. Optisches Aufzeichnungsmaterial, enthaltend:
ein licht-durchlässiges Substrat;
eine licht-absorbierende Schicht, die auf das licht-durchlässige Substrat aufgebracht ist; und
eine licht-reflektierende Schicht, die auf die licht-absorbierende Schicht aufgebracht ist,
wobei die genannte licht-absorbierende Schicht einen Cyanin-Farbstoff der folgenden Strukturformel: und einen Quencher der folgenden allgemeinen Formel: enthält, worin R¹, R², R³ und R⁴ Wasserstoff bzw. eine Substituentengruppe bedeuten.
2. Optisches Aufzeichnungsmaterial nach Anspruch 1, worin der Quencher in einer Menge von 0,01 bis 10 mol, bezogen auf 1 mol Cyanin-Farbstoff, enthalten ist.
3. Optisches Aufzeichnungsmaterial nach Anspruch 1, worin der Quencher durch die folgende Strukturformel dargestellt werden kann:
4. Optisches Aufzeichnungsmaterial nach Anspruch 1, worin die licht-absorbierende Schicht eine Dicke von 20 bis 2000 nm aufweist.
5. Optisches Aufzeichnungsmaterial nach Anspruch 1, worin die licht-reflektierende Schicht mindestens ein Metall aus der Gruppe bestehend aus Gold (Au), Silber (Ag), Kupfer (Cu) und Aluminium (Al) enthält.
6. Optisches Aufzeichnungsmaterial nach Anspruch 5, worin die licht-reflektierende Schicht eine Dicke von 0,02 bis 2,0 µm aufweist.
7. Optisches Aufzeichnungsmaterial nach Anspruch 1, das außerdem eine Schutzschicht umfaßt, die auf die licht-reflektierende Schicht angebracht ist, um die licht-absorbierende Schicht und die licht-reflektierende Schicht zu schützen.
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