DE69126384T2

DE69126384T2 - Optische Speichervorrichtung

Info

Publication number: DE69126384T2
Application number: DE69126384T
Authority: DE
Inventors: Yoshiteru Murakami; Kenji Ohta; Kazuo Van
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1990-08-28
Filing date: 1991-08-28
Publication date: 1997-10-09
Anticipated expiration: 2011-08-29
Also published as: EP0473415A2; EP0473415B1; JPH04107545A; CA2050070A1; US5175079A; CA2050070C; DE69126384D1; EP0473415A3; JP2662308B2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine optische Speichervorrichtung zur Aufzeichnung, Löschung und Reproduktion von Informationen durch Licht, und genauer eine optische Speichervorrichtung, die aus einem photochromen Material als Aufzeichnungsfilm hergestellt ist.
In einer herkömmlichen, aus einem photochromen Material hergestellten, optischen Speichervorrichtung wird das photochrome Material in einem polymeren Bindemittel dispergiert. Beispielsweise beschreibt die japanische ungeprüfte Patentveröffentlichung Nr. SHO 64-87684 eine optische Speichervorrichtung, worin ein Aufzeichnungsfilm, der aus einem polymeren Binder mit einem photochromen Material besteht, auf dem Substrat ausgebildet ist. Die Bildung des Aufzeichnungsfilmes wird nach den folgenden Vorgehensweisen durchgeführt: Zuerst werden photochrome Materialien, wie beispielsweise Diarylethen-Derivate und polymere Bindemittel wie beispielsweise PMMA (Polymethylmethacrylat) oder Polystyrol in einem geeigneten Lösungsmittel aufgelöst oder dispergiert; die resultierende Lösung wird auf der Oberfläche des Glassubstrates oder ähnlichem durch Spin coating verteilt, und dann wird das Lösungsmittel verdampft.
Das herkömmliche Konstitutions- und Bildungsverfahren des oben genannten Aufzeichnungsfilms erfordert jedoch Lösungsmittel, worin das photochrome Material und der polymere Binder aufgelöst werden. Ferner erfordert es ein Temperungsverfahren oder eine ähnliche Vorgehensweise zum Verdampfen des Lösungsmittels, nachdem die Lösungsmittel auf dem Substrat ausgebreitet wurde, wodurch der Filmbildungsprozeß komplizierter wird.
Hinsichtlich des polymeren Bindemittels ist es wünschenswert, ein Material zu verwenden, das exzellente Witterungsbeständigkeitseigenschaften aufweist, wie beispielsweise ein dreidimensional vernetztes Polymer. Vernetzte Polymere können jedoch bei der herkömmlichen Herstellung aufgrund ihrer Unlöslichkeit nicht verwendet werden. Folglich verschlechtert sich bei der herkömmlichen Bildung ein photochromes Material in dem Aufzeichnungsfilm leicht und zeigt eine unbefriedigende photochrome Beständigkeit.
Zur überwindung dieses Problems wurden verschiedene Verfahren vorgeschlagen, worin ein UV-aushärtendes Harz als polymeres Bindemittel verwendet wurde. In dem Fall, daß ein typisches UV-aushärtendes Epoxyharz als polymeres Bindemittel verwendet wird, wird jedoch die Beständigkeit des photochromen Materials ebenfalls innerhalb kurzer Zeit verschlechtert. Aus diesem Grunde war dieses Verfahren nicht praktisch anwendbar.
Obwohl die japanische ungeprüfte Patentveröffentlichung Nr. 63-210118 die Herstellung eines optischen Disk-Materials beschreibt, worin als polymeres Bindemittel ein Polycarbonatdi(meth)acrylat und/oder ein Polyurethandi(meth)acrylat verwendet wird, werden in dem Material die Diarylethen-Typ photochromen Verbindungen, die vollkommen zufriedenstellend in zuvor bekannten optischen Speichervorrichtungen verwendet wurden, nicht verwendet.
Erfindungsgemäß wird nun eine optische Speichervorrichtung bereitgestellt, die von den Vorteilen der bekannten Diarylethen-Typ photochromen Verbindungen und UV-aushärtenden Polyurethanacrylatharzen profitieren.
Daher wird erfindungsgemäß eine optische Speichervorrichtung bereitgestellt, die folgendes umfaßt: ein transparentes Substrat, und einen Aufzeichnungsfilm, der auf dem transparenten Substrat abgelagert ist, der Aufzeichnungsfilm wird gebildet durch Herstellung einer Zusammensetzung, worin eine Diarylethen-Typ photochrome Verbindung in einem UV- aushärtenden Polyurethanacrylatharz vom lösungsmittelfreien Typ dispergiert wird und Aushärten der Zusammensetzung mit UV-Strahlung.
Die vorliegende Erfindung basiert auf der Entdeckung, daß der Film aus einer Diarylethen-Typ photochromen Verbindung in dem UV-aushärtenden Harz aus einer Dispersion in einem einfachen Verfahren gebildet werden kann und stabile und umkehrbare photochrome Stabilität für einen langen Zeitraum zeigt.
Der erfindungsgemäße Aufzeichnungsfilm kann erhalten werden durch Dispergierung der photochromen Verbindung in dem UV- aushärtenden Harz, Verteilung der resultierenden Mischung auf der, Substratoberfläche und Aushärtung unter Verwendung von UV-Strahlung. Daher kann der Aufzeichnungsfilm in einem einfachen Verfahren ohne Verwendung eines Lösungsmittels gebildet werden.
Da ferner die Vernetzung während der Aushärtung erfolgt, besitzt das UV-aushärtende Harz exzellente wetterbeständigkeitseigenschaften und schützt die photochromen Verbindungen vor der Atmosphäre. Da ferner die Farbe der photochromen Verbindung durch das UV-aushärtende Harz nicht verschmutzt wird, zeigt sie eine exzellente Stabilität über einen langen Zeitraum.
Figur 1 ist eine vertikale Schnittansicht, die die Konstitution einer Ausführungsform einer optischen Speichervorrichtung zeigt.
Die Figuren 2(a) bis 2(c) sind Ansichten, die das Verfahren der Aufzeichnungsfilmbildung illustrieren.
Figur 3 ist ein Schema, das das Verhältnis der Extinktion im Dunklen bei 80ºC zur anfänglichen Extinktion, aufgetragen gegen die verstrichene Zeit (Tage) zeigt.
Figur 4 ist eine Ansicht, die das Absorptionsspektrum von Diarylethen zeigt, worin sich die Extinktion in Abhängigkeit von aufgebrachten Licht verändert.
Eine erfindungsgemäße Ausführungsform wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Figuren 1 bis 4 beschrieben.
Wie in Figur 1 gezeigt, umfaßt eine erfindungsgemäße optische Speichervorrichtung ein transparentes Substrat mit Spurführungen 2, die in einem konvex-konkaven Muster auf einer Seite davon ausgebildet sind, einen Aufzeichnungsfilm 3, der auf der Seite des Substrates abgelagert ist, auf dem die Spurführungen 2 ausgebildet sind, und einen reflektierenden Film 4, der auf der Oberfläche des Aufzeichnungsfilmes 3 abgelagert ist. Der Aufzeichnungsfilm 3 besteht aus einem UV-aushärtenden Harz, worin eine photochrome Verbindung dispergiert ist.
Die Diarylethen-Typ photochrome Verbindung wird als photochrome Verbindung verwendet, während ein UV-aushärtendes Polyurethanacrylatharz als UV-aushärtendes Harz verwendet wird. Das Substrat 1 ist aus Glas oder Plastik, wie beispielsweise PC (Polycarbonat).
Die oben genannten Diarylethen-Typ photochromen Verbindungen sind Verbindungen der folgenden Formel (I) oder (II):
worin X und Y jeweils -NR&sub6;- (R&sub6; ist eine niedere Alkyl- Gruppe) oder ein Schwefelatom repräsentieren, R&sub1; repräsentiert ein niederes Alkyl, R&sub2;, R&sub3;, R&sub4; und R&sub5; können jeweils ein niederes Alkyl repräsentieren, oder R&sub2; und R&sub3; oder R&sub4; und R&sub5; können zusammen mit den Kohlenstoffatomen, an die sie gebunden sind, ein Phenyl bilden. Das niedere Alkyl hat vorzugsweise 1 bis 3 Kohlenstoffatome, unter ihnen ist Methyl am meisten bevorzugt. Es ist möglich, einen wohlbekannten Klebstoff vom lösungsmittelfreien Typ als UVaushärtendes Polyurethanacrylatharz zu verwenden. Ein Beispiel für das Harz wird hergestellt durch Zugabe eines Photopolymerisationsinitiators (z.B. Benzyl, Benzom und Acetophenon) zu einem polyfunktionellen Präpolymer, das erhalten wird aus der Reaktion einer Polyisocyanat-Verbindung mit einem Acrylat mit einer Hydroxyl-Gruppe, und das die Hauptkomponente des resultierenden Harzes bildet. Die Verbindung (I) oder (II) kann leicht gemäß bekannter Verfahren hergestellt werden. Ein Vertreter der Verbindung (I) ist URETHANACRYLATE SD-301 (erhältlich von DAINIPPON INK, Inc., Japan). Die kombinierte Verwendung der Verbindung (I) und der Verbindung (II) ist ebenso möglich.
Der Gehalt der Diarylethen-Typ photochromen Verbindung in dem Aufzeichnungsfilm ist vorzugsweise 5 bis 50 Gew.-%. Die Dicke des Aufzeichnungsfilms ist vorzugsweise 1 bis 20 µm.
Im folgenden wird eine Ausführungsform beschrieben, worin 1,2-Di(2,3,5-trimethylthienyl)-1,2-dicyanoethen der folgenden Formel:
als Diarylethen-Typ-Verbindungen verwendet wird, während URETHANACRYLAT SD-301 als UV-aushärtendes Harz verwendet wird.
Figur 2 illustriert das Verfahren zur Bildung des Aufzeichnungsfilms 3.
Zuerst wird das Diarylethen der obigen Formel mit dem UV- aushärtenden Harz in einem Gewichtsverhältnis von 1:10 gemischt und unter schwacher violetter Bestrahlung gerührt. Dann wurde, wie in Figur 2(a) gezeigt, die resultierende Mischung 3' tropfenweise auf die Oberfläche des Glassubstrates 1, auf dem Spurführungen 2 ausgebildet waren, aufgebracht, während das Glassubstrat 1 mit 2000 Upm rotierte, und ein spin coating durchgeführt (Figur 2(b)).
Anschließend wurde das UV-aushärtende Harz durch UV-Strahlung (UV-Licht in Figur 2(c)) aus einer Ultrahochdruck- Quecksilberlampe als Lichtquelle ausgehärtet, so daß der Aufzeichnungsfilm 3, bestehend aus dem in dem UV-aushärtenden Harz dispergierten Diarylethen, auf dem Glassubstrat 1 (Figur 2(c)) ausgebildet wurde. Die Dicke des Substrates 1 war ca. 1,2 mm, während die Dicke des Aufzeichnungsfilmes 3 ungefähr 50 µm betrug.
Wie oben beschrieben, ist ein Lösungsmittel zur Bildung des Aufzeichnungsfilms 3 in der erfindungsgemäßen Ausführungsform nicht erforderlich. Die Ausbildung des Aufzeichnungsfilmes 3 wurde vervollständigt durch ausschließliches Aufbringen der UV-Strahlung, was der Bereitstellung eines einfachen Fumbildungsverfahrens entspricht.
Der so erhaltene Aufzeichnungsfilm 3 war rot und sein Absorptionspeak lag bei 525 nm, wie in der Extinktionskurve 7 in Figur 4 gezeigt. Zur Überprüfung der Farbstabilität wurde die Wellenlängenveränderung der Peakabsorption im Dunklen bei 80ºC für 10 Tage gemessen. Dann wurde das Verhältnis der erreichten zur ursprünglichen Peakabsorption gegen die verstrichene Zeit (Tage) aufgezeichnet, wie durch Kurve 5 in Figur 3 angezeigt.
Auf der anderen Seite wurde eine weitere Probe herkömmlicher Konstitution zu Vergleichszwecken hergestellt. Die Vergleichsprobe war zusammengesetzt aus in PMMA dispergiertem Diarylethen. Die Extinktion der Kontrollprobe wurde unter den gleichen Bedingung wie oben beschrieben gemessen. Die Kurve 6 in Figur 3 wurde aus den Ergebnissen der Messung erhalten.
Die Kontrollprobe wurde nach den folgenden Vorgehensweisen hergestellt.
Das Diarylethen wurde mit PMMA mit einem durchschnittlichen Molekulargewicht von 12 000 in einem Gewichtsverhältnis von 1:10 gemischt. Die Mischung wurde dann zu Aceton als Lösungsmittel hinzugegeben und unter schwacher UV-Bestrahlung gerührt. Anschließend wurde die resultierende dispergierte Lösung tropfenweise auf die Oberfläche des Glassubstrates aufgebracht, auf dem Spurführungen ausgebildet waren, während das Glassubstrat mit ca. 2000 Upm rotierte, wodurch ein spin coating erzielt wurde. Das Aceton wurde dann bei ca. 70ºC verdampft, so daß der Aufzeichnungsfilm, bestehend aus in PMMA dispergiertem Diarylethen, auf dem Glassubstrat ausgebildet wurde. Die so erhaltene Kontrollprobe war ursprünglich farblos, verfärbte sich jedoch durch UV-Bestrahlung gelb, so daß die Veränderung der Extinktion in der gleichen Weise wie oben beschrieben gemessen wurde.
Aus Figur 3 ist ersichtlich, daß während die Extinktion der Kontrollprobe auf ca. 60 % der ursprünglichen Extinktion nach 10 Tagen abgesunken war, die Extinktion der erfindungsgemäßen Ausführungsform nach 10 Tagen noch ca. 90 % der ursprünglichen Extinktion betrug und somit eine deutlich verbesserte Farbstabilität zeigte.
Der Grund dafür mag den befriedigenden Wetterstabilitätseigenschaften des UV-aushärtenden Harzes zugeschrieben werden, das in der Probe der erfindungsgemäßen Ausführungsform verwendet wurde, d.h. die Vernetzung in dem UV-aushärtendem Harz trat beim Aushärten auf und dadurch wurde eine kompaktere Struktur in dem UV-aushärtenden Harz realisiert, die wiederum das photochrome Material vor Umgebungsfeuchtigkeit schützt. Infolgedessen wird das photochrome Material des Aufzeichnungsfilms 3 nicht leicht zersetzt und zeigt als Ergebnis eine verbesserte Farbstabilität.
Nach Ausbildung des Aufzeichnungsfilmes 3 auf dem Substrat 1 wird der reflektierende Film 4 (Figur 1) auf dem Aufzeichnungsfilm 3 durch Gasphasenabscheidung abgelagert. Der reflektierende Film 4 ist beispielsweise aus Al oder Au hergestellt.
In der oben genannten Konstitution verändert sich das photochrome Material, das in dem Aufzeichnungsfilm 3 enthalten ist, reversibel zwischen einem farblosen und einem gefärbten Zustand durch Bestrahlen mit Licht von der Seite des Substrates 1. Wenn beispielsweise das Diarylethen im farblosen Zustand (Extinktionskurve 8 in Figur 4) mit einem UV-Strahl von ungefähr 400 nm bestrahlt wird, so geht es in einen gefärbten Zustand über (Extinktionskurve 7 in Figur 4). Anders herum verändert sich das im gefärbten Zustand vorliegende Diarylethen bei Bestrahlung mit einem sichtbaren Lichtstrahl von ungefähr 525 nm in einen farblosen Zustand.
Folglich wird das photochrome Material zuerst mit einem sichtbaren Lichtstrahl bestrahlt, der auf die gesamte Oberfläche der optischen Speichervorrichtung aufgebracht wird, so daß es farblos ist. Anschließend wird ein UV-Strahl auf die Oberfläche aufgebracht und der bestrahlte Anteil der Oberfläche geht in den gefärbten Zustand über, in Abhängigkeit von der Information, wodurch die Information aufgezeichnet wird. Wenn andererseits ein schwacher sichtbarer Lichtstrahl aufgebracht wird, so daß das photochrome Material nicht in den farblosen Zustand übergehen kann, und dann die Extinktion anhand des reflektierten Lichtes gemessen wird, dann kann die Information reproduziert werden.
Die Ausführungsform ist mit dem reflektierenden Film 4 ausgerüstet, so daß das ausgestrahlte Licht zweifach durch den Aufzeichnungsfilm 3 hindurchtritt. Als Ergebnis kann die Dicke des Aufzeichnungsfilm 3 in dem Reflexionstyp auf ungefähr die Hälfte im Vergleich zu derjenigen im Transmissionstyp reduziert werden. Darüber hinaus kann, da ein optisches System nur auf der Seite des Substrates 1 bereitgestellt werden muß, ein kompaktes optisches System in der optischen Aufzeichnungsvorrichtung realisiert werden. Da das Substrat ferner mit den Spurführungen 2 ausgestattet ist, kann Information entlang der Spurführungen 2 aufgezeichnet und reproduziert werden. Zum Abspielen können bekannte Techniken wie sie bei Compact Disks oder ähnlichem verwendet werden, angewendet werden
In der obigen Ausführungsform wurde eine optische Aufzeichnungsvorrichtung einer einseitigen Struktur beschrieben. Es ist jedoch ebenso möglich, eine optische Aiufzeichnungsvorrichtung einer doppelseitigen Struktur auszubilden durch Verbindung von zwei optischen Aufzeichnungsvorrichtungen der einseitigen Struktur in einen integralen Körper, so daß der reflektierende Film der einen Vorrichtung demjenigen der anderen Vorrichtung gegenüberliegt. Die erfindungsgemäße optische Aufzeichnungsvorrichtung ist nicht nur in scheibenförmigen optischen Disks anwendbar, sondern ebenso in rechtwinkligen optischen Karten. Alternativ dazu kann die erfindungsgemäße optische Speichervorrichtung auch als Transmissionstyp verwendet werden, worin die reflektierende Film 4 weggelassen wird.
Ebenso ist es möglich, einen Schutzfilm oder einen feuchtigkeitsundurchdringlichen Film auf dem Aufzeichnungsfilm oder dem reflektierenden Film der vorliegenden Erfindung auszubilden. Beispielsweise kann ein anorganischer Film aus SiO&sub2;, SiN oder AlN oder einem feuchtigkeitsundurchdringlicher Film aus einem Harz auf dem Aufzeichnungs- oder reflektierenden Film ausgebildet werden. Alternativ dazu kann ein Antistatikfilm darauf ausgebildet werden.

Claims

1. Optische Speichervorrichtung, umfassend:

ein transparentes Substrat und

einen Aufzeichnungsfiln, der auf dem transparenten Substrat abgelagert ist, der Aufzeichnungsfilm wird gebildet durch Herstellung einer Zusammensetzung, worin eine Diarylethen-Typ photochrome Verbindung in einem UV- aushärtenden Polyurethanacrylatharz vom lösungsmittelfreien Typ dispergiert ist, und durch Aushärtung der Zusammensetzung durch UV-Strahlung.

2. Optische Speichervorrichtung gemäß Anspruch 1, worin die Diarylethen-Typ photochrome Verbindung eine Verbindung der folgenden Formel (I) oder (II) repräsentiert

[worin X und Y jeweils -NR&sub6;- (R&sub6; ist ein niederes Alkyl) oder ein Schwefelatom repräsentierten; R&sub1; repräsentiert ein Niederalkyl, R&sub2;, R&sub3;, R&sub4; und R&sub5; können jeweils ein Niederalkyl repräsentieren, oder die Kombination von R&sub2; mit R&sub3; oder die Kombination R&sub4; mit R&sub5; kann ein Phenyl repräsentierten].

3. Optische Speichervorrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, worin der Gehalt der Diarylethen-Typ photochromen Verbindung im Aufzeichnungsfilm 5 bis 50 Gew.-% beträgt.

4. Optische Speichervorrichtung gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, worin die Dicke des Aufzeichnungsfilms 1 bis 20 µm beträgt.

5. Optische Speichervorrichtung gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, worin das transparente Substrat aus Glas oder Polycarbonat hergestellt ist.

6. Optische Speichervorrichtung gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, worin ein Film zur Lichtreflexion auf dem Aufzeichnungsfilm ausgebildet ist.

7. Optische Speichervorrichtung gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, worin die Diarylethen-Typ photochrome Verbindung 1,2-Di(2,3,5-trimethylthienyl)-1,2- dicyanoethen der folgenden Formel ist:

8. Aufzeichnungsfilm für eine optische Speichervorrichtung, der Film umfaßt eine UV-ausgehärtete Zusammensetzung, umfassend eine photochrome Diarylethen-Verbindung, dispergiert in einem UV-aushärtenden Polyurethanacrylatharz vom lösungsmittelfreien Typ.

9. UV-ausgehärtete Zusammensetzung, umfassend eine Diarylethen photochrome Verbindung, dispergiert in einem UV-aushärtenden Polyurethanacrylatharz vom lösungsmittel freien Typ.

10. Verfahren zur Herstellung eines Aufzeichnungsfilms für eine optische Speichervorrichtung, das Verfahren umfaßt die folgenden Schritte:

(a) Dispergierung einer photochromen Diarylethen- Verbindung in einem UV-aushärtenden Polyurethanacrylatharz vom lösungsmittelfreien Typ, und

(b) Aufbringen der Mischung aus Schritt (a) als Film auf einem Substrat und Bestrahlen der Mischung mit UV- Strahlung, wodurch der Film gehärtet wird.