ES2204729T3 - Procedimiento para la fabricacion de medios de almacenamiento optico. - Google Patents

Abstract

Procedimiento para fabricar un substrato para la producción de medios de almacenamiento, en el que los datos se almacenan en forma seriada con hoyos y trazos, y en el que se recubre una tira de película sintética en un proceso continuo con un material líquido endurecible por radiaciones UV hasta un espesor de recubrimiento predeterminado, caracterizado por el hecho de que el recubrimiento de la tira se seca después por la aplicación de calor en un proceso cíclico si es necesario, hasta que se alcanza un estado en que ya no está líquido pero aún es susceptible de estampación, y porque la cinta recubierta se dispone en forma de bobina para un futuro uso.

Description

Procedimiento para la fabricación de medios de almacenamiento óptico.

La presente invención se refiere primeramente a un procedimiento para fabricar un substrato para la producción de medios de almacenamiento óptico, en los cuales se almacenan datos en forma de hoyos y trazos, y en segundo lugar a un procedimiento para producir dichos medios de almacenamiento óptico.

La forma más conocida de medios de medios de almacenamiento conocidos del tipo en considerado aquí comprende los formatos CD-Audio y CD-ROM, cuyos parámetros mecánicos y eléctricos están ampliamente normalizados y difundidos, y se exponen en DIN EN 60908 o IEC 908+A1 y el Libro Amarillo. Los medios de almacenamiento se fabrican por un procedimiento de moldeo por inyección de un policarbonato usando una estampadora, con metalización de la cara que contiene la estructura superficial formada por hoyos y trazos, lacado de protección de dicha cara y en general impresos con detalles del contenidos, etc. Los datos se leen por la cara transparente opuesta, es decir, a través del policarbonato.

Se han realizado ensayos para substituir el procedimiento antedicho de producción o duplicación discontinuo por un proceso continuo, véase WO 97/12279. La idea básica es disponer la superficie estampadora que lleva el negativo de la estructura superficial a reproducir a lo largo de la periferia de un cilindro y hacer pasar una banda de una película sintética saliente de un tambor por entre el cilindro y un rodillo de contra presión, a fin de transferir la estructura superficial por estampación. A pesar del conocimiento de esta técnica, aún no se ha llegado a la etapa de producción.

Para producir una estructura superficial micro óptica, en especial para la fabricación de hologramas impresos, se conocen de hecho procedimientos continuos, pero la transferencia de aquéllos a los medios de almacenamiento óptico del tipo mencionado no se ha intentado anteriormente.

Por DE 4.132.476 A1, por ejemplo, se conoce un procedimiento para la duplicación simultánea y la aplicación directa de hologramas y otras retículas de difracción sobre un material de impresión, en que se aplica sobre este último por lo menos una película de laca endurecible mediante una radiación, por medio de la cual se forma la estructura superficial en una estampadora dispuesta sobre un rodillo huevo. La película de laca tiene que ser endurecida al mismo tiempo que el proceso de formación, haciendo pasar luz UV a través del rodillo hueco transparente a la luz UV y de la análogamente transparente estampadora. La realización práctica de este procedimiento, sin embargo, presenta inconvenientes debidos al elevado coste de los rodillos huecos transparentes a la luz UV y a un tipo similar de estampadora.

Por DE 197 46 268 A1 se conoce otro procedimiento para fabricar estructuras de superficies micro ópticas, tales como hologramas. Como en el procedimiento mencionado anteriormente, se aplica una película de laca endurecible a una película sintética. La viscosidad de esa película de laca se establece a un valor predeterminado y se mantiene constante durante su aplicación y consiguiente formación por medio de una aplicación regulada de calor. Durante el propio proceso de formación, la película de laca se endurece por radiación con luz UV. Por ello, ese procedimiento sólo puede llevase a cabo con lacas especiales. Asimismo, el establecimiento y el mantenimiento de una viscosidad constante de la película a cierto nivel presupone un rendimiento muy alto y una regulación rápida.

Por US 4.758.296 y 4.906.315 se conocen otros procedimientos para la producción continua de hologramas en relieve de superficie, basados en la formación de un holograma maestro a partir de la aplicación de una capa de resina sintética endurecible por radiación en contacto con el holograma maestro y su posterior eliminación por medio de una tira de transferencia aplicada hecha de poliester.

El documento WO-A-9912160 describe un procedimiento según el preámbulo de las reivindicaciones 1 y 2.

Durante muchos años, los especialistas consideraron que estos procedimientos conocidos eran demasiado costosos y/o demasiado inexactos para la producción de soportes de registro ópticos, ya que los hoyos, o más exactamente, las transiciones hoyo/trazo, tienen que ser reproducidas muy exactamente, puesto que cada transición hoyo/trazo comporta un elemento de dato binario, mientras que en un holograma una reproducción no exacta, en los términos más sencillos, no produce pérdidas de datos, sino pérdidas de contraste.

La presente invención se basa en la tarea de desarrollar un procedimiento que permite una producción por lo menos semicontinua de soportes de registro óptico.

Una solución inicial a esta tarea consiste en un procedimiento en el que se reviste una tira de película sintética, mediante un proceso continuo, con un material líquido y endurecible por rayos UV, hasta un espesor predeterminado de la película, secándose después el revestimiento de la película por la aplicación de calor, posiblemente en un proceso cíclico hasta un estado en que ya no está líquido sino todavía apto para ser estampado, y a seguido la tira se enrolla para su empleo posterior.

El procedimiento propuesto difiere de los procedimientos conocidos en el principio, seguido para la producción de diagramas impresos, retículas de difracción, microlentes, etc., en los que el revestimiento de la banda no se endurece, sino que sólo se seca, etc. hasta un punto suficiente en que la banda revestida pueda primeramente ser enrollada sin que las diferentes capas o espiras se adhieran una a otra, y después que el revestimiento pueda aún ser estampado. La frase "aún ser estampado" se considera que significa que el relieve superficial en forma de hoyos y trazos de una correspondiente matriz de estampación pueda tomarse de una correspondiente matriz de estampación con el exigible alto grado de precisión. Ese proceso de estampación puede realizarse en una fase posterior utilizando procedimientos conocidos, por ejemplo, conformación, de modo que la banda revestida, esto es, el substrato, se bobina y se hace pasar entre dos rodillos, de los cuales el que se enfrenta a la cara de revestimiento lleva la estampa. Después se endurece el revestimiento, la superficie estampada se separa del substrato y se trata para formar un medio de almacenamiento preparado para su empleo. Como que los procesos de revestimiento y de secado duran considerablemente más que el proceso de estampación y todas las fases siguientes, este procedimiento tiene la ventaja en su configuración de que la fabricación de substratos para estampar y la producción del medio de almacenamiento definitivo se realizan por separado en términos de tiempo y de localización, y por ello pueden optimizarse según convenga. Por ejemplo, dos o más plantas de producción pueden tratar el substrato como material de base, para su tratamiento posterior a fin de fabricar los soportes de registro definitivos en una sola planta de producción situada a continuación.

Si esta ventaja particular no es un requisito previo, los soportes de registro pueden fabricarse, en vez de por el procedimiento semicontinuo descrito más arriba, por un procedimiento continuo, caracterizado en la forma de la invención por el hecho de que se recubre una banda de película sintética, en un proceso continuo, con un material líquido y endurecible por rayos UV, hasta llegar a un espesor determinado de la película, después se seca el recubrimiento de la película por aplicación de calor, posiblemente en un proceso cíclico, hasta llegar a un estado en que ya no está líquido, pero todavía es apto para ser estampado, después la banda recubierta se hace pasar por entre dos rodillos, de los cuales el que se enfrenta a la cara recubierta comporta el relieve superficial, que es el negativo de por lo menos una parte del relieve superficial del medio de almacenamiento que se debe producir y que grava en el recubrimiento, después se hace pasar la banda por debajo de una fuente de rayos UV para endurecer el recubrimiento, se estampan las partes de la banda y se practica un orificio central en la parte al mismo tiempo o en una fase separada.

Este procedimiento produce un medio de almacenamiento o soporte de registro final que puede ya ser reproducido de esta forma.

El material de revestimiento puede consistir en un polímero susceptible de adoptar enlaces cruzados por la aplicación de radiaciones que contenga un disolvente (reivindicación 3). Los polímeros adecuados comprenden los llamados fotopolímeros conocidos en el estado de la técnica.

Como alternativa, un tipo preferido de material de recubrimiento es un Sol-Gel de enlaces cruzados por radiación (reivindicación 4). Sistemas de Sol-Gel adecuados, basados en SiO_{2}, se conocen, por ejemplo, en el documento titulado "Substrato para disco óptico fabricado por el método Sol-Gel", de A. Matsuda y otros, que apareció en Key Engineering Materials, vol. 150 (1958), páginas 111 a 120, pero sólo para la fabricación de medios de almacenamiento óptico tipo escritura en forma de oblea de cristal debidamente revestida. En vez de SiO_{2} se pueden emplear otras substancias inertes con una granulometría en el campo de los nanometros. TiO_{2} ha mostrado ser especialmente útil.

La viscosidad del material de revestimiento en estado líquido debe estar preferentemente entre 10 y 100 mPa/s y en estado sólido, esto es, tras el secado, entre 20 y 100 Pa/s (reivindicaciones 5 y 6).

El espesor de la película de los materiales de recubrimiento no es crítico. Puede estar entre 1 y 100 \mum para el material líquido, y para el material plenamente solidificado, esto es, después del secado, entre 1 y 50 \mum (reivindicaciones 7 y 8).

Lo mismo se aplica a la velocidad del transportador de la banda a recubrir. Ésta viene dictada por el procedimiento de revestimiento escogido y sobre todo por la duración de la etapa de secado, teniendo en cuenta el espesor de la película, la máxima capacidad de calentamiento aplicable para obtener un secado uniforme en toda el espesor de la película y la longitud disponible para el secado. Una velocidad del transportador de entre 20 y 50 m/min sería especialmente apropiada (reivindicación 9).

Similares consideraciones de optimización se aplican a la temperatura de secado, cuyo límite inferior se determina teniendo en cuenta largos tiempos de secado a la temperatura ambiente y cuyo límite superior se calcula por la estabilidad química de los materiales de recubrimiento y las propiedades de evaporación del disolvente. La temperatura de secado debe estar idealmente entre 50 y 90ºC (reivindicación 10).

En el caso de un procedimiento continuo, la velocidad de estampación es de necesidad la misma que la del transportador de la película a recubrir en la gama del revestimiento y el secado. Si la estampación se hace en el substrato producido por el procedimiento en la reivindicación 1, la velocidad de estampación máxima queda limitada sólo por los parámetros de la planta utilizada. La velocidad de estampación puede, por ejemplo, estar entre 10 y 50 m/min (reivindicación 11).

Para los enlaces cruzados por radiación, el material de recubrimiento, idealmente el disolvente que contiene Sol-Gel puede irradiarse a 40 a 1000 ml/cm^{2}, durante, por ejemplo, un segundo (reivindicación 12). Debe buscarse la formación de enlaces cruzados más rápida posible y de ahí la adopción final de la estructura de la superficie estampada. La máxima salida de radiación que puede utilizarse y la duración de la radiación dependen naturalmente del tipo de polímeros de enlaces cruzados por radiación usados.

Lo mismo se aplica a la gama de longitudes de onda de la radiación utilizada. Para los polímeros usuales de enlaces cruzados por radiación, aquélla puede estar entre aproximadamente 200 y 500 mm (reivindicación 13).

El espesor de película del recubrimiento puede medirse eficazmente tras el secado y asociarse a un circuito de control para mantener constante ese espesor de la película (reivindicación 14).

Cuando se mide la geometría de los hoyos, especialmente su profundidad, es importante determinar si la estructura superficial producida forma una superficie barrera al aire o una película protectora transparente, cuando debe tenerse en cuenta un índice de refracción.

Los discos fabricados por el procedimiento según la invención se pueden metalizar por lo menos por una cara para aumentar la reflexión (reivindicación 6), por ejemplo, por un proceso de electroerosión por chispas con aluminio. Si el material de recubrimiento tiene suficiente índice de refracción, esto es, si consta esencialmente de TiO_{2}, por ejemplo, y no se aplica película protectora, la metalización puede, sin embargo, omitirse, ya que la reflexión generada en la interfaz TiO_{2}/aire ya proporciona una señal CA suficientemente grande. Esto es suficiente para los medios de almacenamiento que normalmente se leen sólo una vez, por ejemplo, para cargar un software dado en el disco duro.

Si, no obstante, los soportes de registro se fabrican para múltiples lecturas, se recomienda la aplicación de una laca protectora a la cara perfilada de la placa (reivindicación 17) o de una película protectora laminada.

Los medios de almacenamiento óptico producidos por el procedimiento según la invención pueden ser sensiblemente más delgados que los soportes de registros anteriores, por ejemplo, CD y CD-ROM. Los servocontroles de autoenfoque de los equipos de lectura normales se adaptan, sin embargo, al espesor normal de 1,2 mm. Por lo tanto, puede ser necesario equipar cada disco con un anillo exterior y un anillo interior (reivindicación 18) a fin de asegurar que la capa portadora de los datos se mantiene en el plano de autoenfoque de una unidad lectora convencional.

Los materiales sintéticos adecuados para la tira de película sintética se pueden escoger entre el grupo de poliésteres o policarbonatos (reivindicación 19).

La invención se explica con mayor detalle en los dibujos adjuntos, que reproducen ejemplos altamente esquemáticos de la constitución y detalles de construcción de aquéllos. Los dibujos muestran lo siguiente:

Figura 1: diagrama de una instalación para la fabricación continua de una banda en una sucesión de placas cada una de las cuales corresponde a un soporte de registro óptico.

Figura 2: sección de una forma inicial de construcción de un soporte de registro en la zona de un hoyo, con una vista simplificada del camino de los rayos de un haz de lectura.

Figura 2a: detalle de la zona "X" de la figura 2 a mayor escala.

Figura 3: sección como en la figura 2 de una segunda forma de construcción.

Figura 4: un adaptador par la lectura de un soporte de registro en un aparato de CD o CD-ROM según el último estado de la técnica.

La instalación representada en la figura 1 consiste en un rodillo de entrega 1 del cual se obtiene una película 2 de un material sintético, por ejemplo, una película de poliester de una anchura de 1 m y un espesor de 50 \mum. Después de pasar por un rodillo guiador 3, la banda 2 se hace pasar por entre un rodillo impregnador 6 y un rodillo prensor 7. El rodillo 6 aplica una capa de 1 \mum de espesor de Sol-Gel a la banda. El Sol-Gel está contenido en un depósito almacén 4 en el cual se halla sumergido parcialmente un rodillo intermedio que transmite el Sol-Gel adherente al rodillo aplicador. La aplicación de una película por este principio se conoce básicamente por la industria de las artes gráficas y por lo tanto no se describe con detalle aquí. También pueden utilizarse otros procedimientos de recubrimiento conocidos.

La banda recubierta pasa después por una estación de secado 8, en la cual el disolvente es ampliamente eliminado por la aplicación de calor, por ejemplo, con radiación infra roja. A la salida de la estación de secado 8, se mide el espesor del recubrimiento de la película seca, pero todavía estampable, usando el medidor de espesores de película 12, que puede ser interferométrico, y la señal de salida de éste se aplica a un controlador 13, accionado por un procedimiento conocido en un punto adecuado de la estación de recubrimiento, para mantener el espesor de la película en el valor establecido. La banda revestida y estampable puede entonces bobinarse y tenerse preparada para su uso ulterior (no representado). De otro modo, la banda revestida, como se ha explicado, puede dirigirse directamente hacia una estación estampadora. Ésta consiste en un rodillo estampador 9, cuya periferia exterior está formada por una matriz que lleva el negativo de la estructura superficial que se debe comunicar al revestimiento de la banda. Frente al rodillo de estampación 9 hay un rodillo de presión por contacto 10. Más debajo de la estación estampadora existe una estación endurecedora 11, la cual puede consistir, en particular, en una o más fuentes de luz UV. Éstas liberan el enlace cruzado de los fotopolímeros de radiación contenidos en el revestimiento. Tras la estación endurecedora 11 se mide la profundidad de los hoyos por medio del medidor interferométrico 14 de profundidad de hoyos. La señal de salida de éste se aplica a un control 15 que, según sea el resultado de la comparación del valor real y un valor predeterminado, modifica la presión de contacto del rodillo estampador 9 para obtener el valor establecido. Más debajo de un rodillo de inversión 16, la banda ya provista de su estructura superficial, se bobina para formar un rollo 17 para un ulterior empleo o bien se trata. Ese posterior tratamiento, que no se ha representado, comprende el troquelado de la placa a partir de la banda 2, la perforación simultánea o posterior del orificio central, cualquier proceso de metalización necesario, la aplicación de una laca protectora o la laminación de una película protectora y la aplicación de un adaptador que, por ejemplo, puede consistir en un anillo interior y exterior y eleva el soporte de registro producido el cual puede ser sensiblemente más delgado que un CD o un CD-ROM convencional, en el plano de lectura o autoenfoque de un mecanismo o unidad de lectura convencional.

La figura 2 muestra una representación muy ampliada de una sección transversal de la forma inicial de construcción de un soporte de registro correspondiente a una placa troquelada a partir de la banda revestida 2 de la figura 1. El soporte de registro consiste en una película de poliester 20, recubierta de una película 21 de Sol-Gel (alternativamente con una película de fotopolímero), aplicada utilizando la instalación de la figura 1, teniendo la cara opuesta a la película 20 de poliester unos hoyos estampados, como el 21a. La película 21 puede tener un índice de refracción de, por ejemplo, 1,5. Esta capa portadora de datos obtenida por un procedimiento conocido puede llevar una metalización 22 (ver figura 2a) y después una laca protectora 23. El rayo de lectura 24 lee la sucesión de hoyos y trazos estampados como con un CD o un CD-ROM convencional.

La figura 3 muestra una sección transversal de una segunda forma de construcción del soporte de registro. Sobre la película de poliester 20 hay una película 26 de Sol-Gel hecha de TiO_{2}. El índice de refracción de esta película puede estar entre 2 y 2,5. La capacidad de reflexión de la película 26 es así suficiente para poderse prescindir de la capa 21 de metalización adicional de la figura 2 es esta forma de construcción. En particular, si el soporte de registro se lee sólo una vez, para copiar su contenido en el disco duro de un ordenador, es posible prescindir del recubrimiento de laca protectora 23 representado en la forma de construcción de la figura 2. En su lugar, la superficie que se ha de leer con el rayo de lectura 24 puede estar cubierta sólo por una película adherida (no representada), que puede separarse fácilmente antes de insertar el soporte de registro en la unidad o dispositivo de lectura.

Dado que el medio de almacenamiento según la invención es sensiblemente más delgado que un CD o CD-ROM convencional se recomienda emplear para la lectura un adaptador que ponga la superficie de lectura del soporte de registro, tras su inserción en el dispositivo, en el mismo plano de lectura que se tendría con un CD o un CD-ROM.

En la figura 4 se muestra una vista esquemática, en sección transversal simplificada, de un adaptador adecuado. En general consiste en una placa circular portadora 30 hecha de un material sintético, que tiene un orificio central 31 de un diámetro del orificio central de un CD en un anillo interno 32 que sobresale de la cara que será de lectura. Ese anillo se emplea para centrar el medio de almacenaje 33 de estructura de película, por ejemplo, con la configuración de las figuras 2 y 3. En su periferia exterior, el medio de almacenamiento se fija por medio de un anillo exterior 34. El espesor del anillo exterior 34 y el espesor del anillo interior 32 se diseñan de manera que el medio de almacenamiento 33 de estructura de película, más concretamente la superficie de lectura, tras la inserción del adaptador, se sitúe en la bandeja de un dispositivo reproductor a la misma altura en que estaría la superficie portadora de datos recubierta de policarbonato de un CD o un CD-ROM.

Claims (19)

1. Procedimiento para fabricar un substrato para la producción de medios de almacenamiento, en el que los datos se almacenan en forma seriada con hoyos y trazos, y en el que se recubre una tira de película sintética en un proceso continuo con un material líquido endurecible por radiaciones UV hasta un espesor de recubrimiento predeterminado, caracterizado por el hecho de que el recubrimiento de la tira se seca después por la aplicación de calor en un proceso cíclico si es necesario, hasta que se alcanza un estado en que ya no está líquido pero aún es susceptible de estampación, y porque la cinta recubierta se dispone en forma de bobina para un futuro uso.

2. Procedimiento para producir medios de almacenamiento óptico, en el que los datos se almacenan en forma seriada con hoyos y trazos, en que se recubre una tira de una película sintética en un proceso continuo con un material endurecible por radiaciones UV hasta un espesor de recubrimiento predeterminado, caracterizado por el hecho de que el recubrimiento de la tira se seca después por aplicación de calor en un proceso cíclico si es necesario, hasta que se llega a un estado en que ya no está líquido pero aún es susceptible de ser estampado; porque la tira recubierta se hace pasar por entre dos rodillos, de los cuales el que se enfrenta a la cara de recubrimiento presenta un relieve superficial que es el negativo de por lo menos una placa de relieve superficial del medio de almacenamiento que se debe producir y estampa el relieve superficial en el recubrimiento; porque la tira se envía para su endurecimiento del recubrimiento a una fuente de radiaciones UV; porque se troquela la placa a partir de la tira, y porque se practica un orifico central en la placa al mismo tiempo o en una operación separada.

3. Procedimiento según las reivindicaciones 1 ó 2, caracterizado por el hecho de que el material de recubrimiento es un fotopolímero que contiene un disolvente.

4. Procedimiento según las reivindicaciones 1 ó 2, caracterizado por el hecho de que el material de recubrimiento es un Sol-Gel de enlaces cruzados por radiaciones que contiene un disolvente.

5. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado por el hecho de que la viscosidad del material líquido de recubrimiento está entre 10 y 100 mPa/s.

6. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado por el hecho de que la viscosidad del material líquido de recubrimiento tras el secado está entre 20 y 100 Pa/s.

7. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado por el hecho de que el espesor de la película del material líquido de recubrimiento está entre 2 y 100 \mum.

8. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado por el hecho de que el espesor de la película del material líquido de recubrimiento está entre 1 y 50 \mum.

9. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado por el hecho de que la velocidad del transportador de la tira que se debe recubrir está entre 20 y 50 m/min y es preferentemente de 25 m/min.

10. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado por el hecho de que la temperatura de secado de la tira recubierta se escoge entre la temperatura ambiente y aproximadamente 150ºC e idealmente está entre 50 y 90ºC.

11. Procedimiento según una de las reivindicaciones 2 a 10, caracterizado por el hecho de que la velocidad de la estampación está entre 10 y 50 m/min e idealmente es de aproximadamente 25 m/min.

12. Procedimiento según la reivindicación 4, caracterizado por el hecho de que el material de recubrimiento que contiene un disolvente, en particular Sol-Gel, se irradia a entre 50 y 400 mJ/cm^{2} para generar enlaces cruzados por radiación hasta el momento en que el endurecimiento sea suficiente para que la estampación se fije permanentemente.

13. Procedimiento según la reivindicación 12, caracterizado por el hecho de que, para generación de enlaces cruzados, se aplica una radiación con una longitud de onda comprendida entre aproximadamente 200 y aproximadamente 500 mm.

14. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 13, caracterizado por el hecho de que el espesor de la película de recubrimiento se mide tras el secado y se asocia a un circuito de control para mantener constante el espesor de la película.

15. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 14, caracterizado por el hecho de que la profundidad del relieve superficial se mide después del endurecimiento por radiaciones UV y se asocia a un circuito de control que regula la presión de contacto del rodillo estampador.

16. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 15, caracterizado por el hecho de que la placa se metaliza, por lo menos en una de sus caras.

17. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 15, caracterizado por el hecho de que la laca de protección se aplica a la cara de la placa portadora del perfil estampado.

18. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 17, caracterizado por el hecho de que cada placa posee un anillo exterior y un anillo interior.

19. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 18, caracterizado por el hecho de que el material sintético para la tira de película sintética se escoge entre el grupo del poliester o el policarbonato.