KR100387063B1 - 광학적정보기록매체의제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 광학적 방법에 의해 정보 신호의 판독을 행하기 위해서 반사층을 포함하는 광학적 정보 기록 매체에 관한 것이다. 이 광학적 정보 기록 매체는, 플라스틱 기판으로 이루어진다. 본 발명에서는, 광학적 정보 기록 매체의 기록 내용이, 예를 들면 게임 프로그램인지, 음악 정보인지 등, 어떠한 종류의 정보인지를 인간의 시각에 의해서 순간적으로 판단할 수 있도록, 기판에 염료를 혼입시켜 착색한다. 통상 염료 등의 불순물을 혼입시키면 판독장치의 광학계에 영향을 주어, 판독이 곤란하게 되지만, 염료의 입자직경을 50㎛ 이하로 하는 것으로, 광학계에의 영향을 배제할 수 있다.

Description

광학적 정보 기록 매체의 제조 방법

이른바 컴팩트 디스크(이하, CD라 칭한다)는, 지금까지 오디오 신호를 디지탈 기록한 것이 중심이었지만, 근년, 컴퓨터의 프로그램이나 데이터 등을 디지탈 기록하는, 이른바 CD-ROM이 개발되는 등, 그 종류, 용도가 확대하고 있다.

이와 같이 종류, 용도가 확대하면, 오사용을 방지하기 위해서 어떠한 식별수단을 CD에 부여함이 요망되고, 예를 들면 종류, 용도마다 CD에 다른 착색을 행하면, 사용자가 순간적으로 이것을 판단할 수 있게 되어 기대된다.

그런데, CD에 착색을 행하기 위해서는, 플라스틱 기판 자체를 색소로 착색하는 것이 간단하고, 또한 확실하다.

여기에서, 플라스틱의 착색 방법으로서는, 예를 들면 컬러링 컴파운드를 얻고 나서 성형기로 착색 성형물을 얻는 방법이 있다. 그 밖의 방법으로서는, 드라이 컬러라고 하는 분말상의 착색제와 미착색 수지를 혼합(건식 혼합법(dry blendmethod))하여 성형기로 분산하면서 착색 성형물을 얻는 방법이나, 고농도의 염안료를 분산한 마스터 배치(master batch)라고 칭해지는 착색제를 미착색 수지로 희석하여 착색하는 방법, 또한 액상의 비클(vehicle)에 염안료를 분산시킨 페이스트(paste)형 착색제를 사용하여 펌프 등으로 정량 공급하면서 착색하는, 이른바 유동성 킬러링법이라고 칭해지는 방법이 있다.

일반적으로, 염료는 플라스틱에 용해하기 위한 분산이 좋기 때문에, 건식 혼합법에 의해, 통상 시판되는 염료를 사용하더라도 충분히 만족할 수 있는 착색 성형물이 얻어진다.

그러나, CD인 경우는, 외관뿐만 아니라 다양한 광학적 특성이 요구되므로, 단지 이 같은 방법을 적용한 것으로는 양호한 결과가 얻어지지 않는다.

그래서, 본 발명은, 종류나 용도 등을 순간적으로 판별할 수 있도록 착색이행해지며, 또한 광학적 특성의 점에서도 양호한 특성을 가지는 광학적 정보 기록 매체와 그 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

발명의 개시

본 발명자 등은, 상술한 목적을 달성하기 위해서, 장기에 걸쳐 여러 가지의 검토를 거듭해 왔다. 그 결과, 플라스틱 기판에 혼입하는 색소 입자의 크기가, 광학적 정보 기록 매체로부터 데이터를 재생할 때, 에러율에 크게 영향을 준다는 결론을 얻기에 이르렀다.

본 발명은, 이러한 지식에 근거하여 완성된 것이다. 즉, 본 발명의 광학적 정보 기록 매체는, 색소의 혼입에 의해 착색된 플라스틱 기판 상에 광학적으로 정보 신호의 판독이 행하여지는 신호 기록부가 형성되어, 플라스틱 기판에 혼입하는 색소의 입자의 크기가 50㎛ 이하로 되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 것이다.

또한, 본 발명의 제조 방법은, 색소를 분산 매체로 분산한 뒤 필터에 의해 굵고 큰 입자를 제거하여 색소의 최대 입자직경이 50㎛ 이하인 액상 착색제를 조제하여, 이것을 사출 성형기의 수지투입 호퍼(hopper)로 공급하면서 플라스틱 기판을 사출 성형하는 것을 특징으로 하는 것이다.

본 발명에 있어서 플라스틱 기판의 착색에 사용되는 색소, 예를 들면 염료로서 바람직한 기본적인 성질로서는, 플라스틱 기판의 재료인 예를 들면 폴리카보네이트의 성형가공 온도에서 견디고, 목적으로 하는 착색을 용이하게 할 수 있는 것으로서, 가장 중요한 점은, 염료가 폴리카보네이트에 완전히 용해 분산할 수 있는 것이다. 그러나, 염료의 종류에 따라서는 고체 입자의 상태로 남은 것이 있다. 이들 고체 입자가 존재하게 되면, 블럭 에러율 등, CD의 성능과 관련하여 많은 유해한 점이 발생하게 된다.

이상의 문제를 해결하는 방법으로서 여러 가지 검토한 결과, 폴리카보네이트중에 존재하는 염료의 고체입자의 크기가, 약 50㎛이상일 때, 상술한 바와 같은 유해한 현상이 생기는 것이 판명되었다. 이러한 문제를 해결하기 위한 방법을 여러가지 검토하였다.

그 방법이란,

(1) 일반의 염료를 폴리카보네이트에 건식 혼합하여 성형하는 경우에는, 사출 성형기의 혼합을 강화하여 염료의 용해를 촉진하는 방법.

(2) 미리 압출기로 착색 컴파운드를 통과시키고 나서 성형하는 방법.

(3) 염료의 마스터 배치(master batch)를 만들어, 이것을 사용하여 성형하는 방법 등이다.

이상 서술한 방법에서 얻어진 CD의 성능은, 단지 드라이 컬러를 혼합하여 얻어진 CD보다 어느 것이든 개량은 되지만, 충분히 만족할 수 있는 것은 아니다. 그 이유로서는, 예를 들면 상기(1)의 방법에 있어서는, 드라이 컬러의 비산에 의한 오염이 발생하는 것을 들 수 있고, 또 최대의 문제는, 혼합을 강화했기 때문에 생산성의 현저한 저하를 일으켜 경제적이지 않다는 것이다.

또한, 상기(2)의 방법에서는, 폴리카보네이트의 분자량의 저하에 의한 특성의 문제와 오염에 의한 불량율의 증대 등을 들 수 있으며, 상기(3)의 방법에서는, 마스터 배치의 희석 얼룩짐과 오염의 문제 등을 들 수 있다.

본 발명자 등은, 액상의 비클에 염료를 분산시킨 페이스트형 착색제를 만들어, 성형기의 호퍼 하부에 주입하여 성형하는 방법을 검토하였다.

본 방법에 있어서는, 착색제를 3개의 롤로 몇 종류의 염료를 비클중에 분산시켜, 페이스트 상태로 사용하였다. 이것을 사용하여 성형하여 얻어진 CD의 불량율은 약 90%로 만족한 결과는 아니었다. 그 원인은, 착색제중의 염료 입자의 일부가, 완전 용해하지 않으며 굵고 큰 입자를 핵으로 한 주위의 반(semi)-용해부를 포함하지 않은 100μ이상의 결함으로서 폴리카보네이트내에 남아있기 때문이다.

그리하여, 이 결점을 해결하기 위해서, 염료의 분산 입자를 40μm 이하로 작게 한 착색제를 만들어, 동일한 방식으로 CD를 성형하여, 불량율을 조사하였다.

그 결과는 불량율 5% 이하가 되고, 이 결과에 근거하여 본 발명에 도달하였다.

그런데, 본 발명에 있어서 필요로 하는 착색제중의 염료의 입자 직경은, 염료의 종류에 따라서도 다르다. 그 주된 이유는, 염료의 폴리카보네이트의 용해도(상용성)와 염료의 융점이 원인이 되여 영향을 준다고 생각된다. 예를 들면, 페릴논계 염료인 솔벤트 R.135인 경우는, CD의 성능 적성을 얻기 어렵다. 그 원인은, 이 염료의 융점이 307℃로 높아서, 거의 폴리카보네이트의 성형 온도에 가깝든지 그 이상이므로 양호한 분산에 도달하지 못했기 때문이라고 여겨진다. 어떻든 간에, 성형된 CD의 폴리카보네이트 기판 중에 염료의 고체 입자가 존재하지 않든지, 또는, 적어도 50μm 이하의 입자가 될 수 있는 방법을 채용하면 좋다.

본 발명에서 사용되는 색소는, 염료, 안료 등, 임의의 것이 사용 가능하지만, 실용적으로는 염료가 바람직하다. 사용 가능한 염료계에는, 안트라퀴논계, 복소환계, 메틴계, 페릴논계, 페릴렌계, 티오인디고계 등이 있다. 상기 성능 이외에 금형에 대한 오염의 원인이 되는 승화성도 고려하여 대표적인 염료를 들면, 안트라퀴논계에서는, 솔벤트레드 52(Solvent Red 52), 솔벤트레드 149(Solvent Red 149), 솔벤트블루 94(Solvent Blue 94), 솔벤트그린 3(Solvent Green 3)이 있다. 복소환계에서는, 솔벤트옐로우 33(Solvent Yellow 33), 솔벤트옐로우 54(Solvent Yellow 54), 솔벤트옐로우 105(Solvent Yellow 105) 등이 있다. 메틴계에서는, 솔벤트 Y93(Solvent Y93), 솔벤트오렌지 80(Solvent Orange 80) 등이 있다. 페릴논계에서 는, 솔벤트오렌지 60(Solvent Orange 60), 솔벤트레드 135(Solvent Red 135) 등을 들 수 있다. 페릴렌계에서는, 솔벤트그린 5(Solvent Green 5) 등을 들 수 있다. 티오인디고(thioindigo)계에서는, 바트레드 1(Vat Red 1) 등이 바람직하다. 이들은, 단독으로 사용해도 좋고, 2 종류 이상을 혼합하여 이용해도 된다.

본 발명에 있어서는, 상기 염료 등의 색소를 비클에 분산하여 액상 착색제의 형태로 사용하는 것이 바람직하다. 이때, 비클로서는, 고비점의 유기용제나 가소제가 사용된다. 비클로서 바람직한 기본적인 성질로서는, 착색제로서의 적성, 즉, 안전성, 염료의 분산 안정성, 펌프에서의 계량성은 기본적인 것이며, 성형할 때의 온도(약 300℃∼350℃)에서 견디는 것, 또한 폴리카보네이트의 분자량 저하를 동반하지 않는 것은 물론, 성형된 CD의 기계적 물성(충격 강도, 열변형 온도, 크랙, 블 리딩(bleeding)등)에 영향을 미치지 않는 것이다.

이러한 이유에서, 특히, 일반적으로 입수가 용이하면서도 가격과 여러 가지 물성의 면에서 가소제가 권장된다. 기타, 고비점의 오일이나 계면 활성제 등을 사용할 수 있다. 또, 비클은 한 종류, 또는 2종류 이상 혼합 비클이라도, 하등 제한 되지 않는다.

가소제를 예를 들면, 프탈산디이소데실(DIDP), 프탈산트리데실(DTDP) 등의 프탈산 에스테르계 가소제, 에폭시화 대두유(ESO), 4,5-에폭시사이클로헥산-1,2-디카복실산 디-2-에틸헥실(E-PS), 4,5-에폭시사이클로헥산-1,2-디이소데실(E-PE), 올레산글리시딜, 9,10-에폭시스테아르산아릴, 9,10-에폭시스테아르산-2-에틸헥실, 에폭시화톨유지방산-2-에틸헥실, 비스페놀A 글리시딜에테르 등의 에폭시계 가소제, 인산트리부틸(TBP), 인산트리페닐(TPP), 인산톡실디페닐, 인산트리프로필렌글리콜등의 인산에스테르계 가소제, 스테아르산부틸(BS), 아세틸리시놀산메틸(MAR), 아세틸리시놀산에틸(EAR) 등의 지방산 에스테르계 가소제, 트리옥틸트리멜리테이트, 트리멜리트산에스테르, 디펜타에리스리톨에스테르, 피르멜리산에스테르 등의 가소제, 폴리(프로필렌글리콜, 아디프산)에스테르, 폴리(1,3-부탄디올, 아디프산)에스테르, 폴리(프로필렌글리콜, 세바크산)에스테르, 폴리(1,3-부탄디올, 세바크산)에스테르, 폴리(프로필렌글리콜, 프탈산)에스테르, 폴리(1,3-부탄디올, 프탈산)에스테르, 폴리(에틸렌글리콜, 아디프산)에스테르, 폴리(1,6-헥산디올, 아디프산) 에스테르 등의 폴리에스테프계 가소제를 들 수 있다.

또한, 비클에서 분산을 쉽게 하기도 하고 보존 안정성을 부여하기 위한 목적 으로 첨가제를 배합하는 것은 유효하다.

본 발명은, 광학적으로 정보 신호의 판독을 행하는 광학적 정보 기록 매체라면 어떠한 것이라도 적용 가능하고, 예를 들면 CD, CD-ROM 등과 같이, 플라스틱 기판에 요철 피트가 형성되고, 그 위에 반사층이 형성되어 신호 기록으로 된 광디스크에 적용하기에 매우 적당하다.

또한, 이상에서는, 플라스틱 기판 재료로서 폴리카보네이트를 사용한 경우를 중심으로 설명해 왔지만, 다른 플라스틱 재료를 사용한 경우에도 마찬가지로 적용할 수 있다.

CD 등의 광학적 정보 기록 매체에 있어서, 플라스틱 기판을 염료 등의 색소로 착색하는 경우, 혼입하는 색소의 입자 직경이 5O㎛를 초과하면, 광학 특성이 열화하여, 광학적 정보 기록 매체로부터 데이터를 재생할 때, 에러율이 증대한다. 이것에 대하여, 혼입하는 색소의 입자 직경을 50㎛ 이하로 하면, 광학적 특성도 충분히 확보되어, 에러율의 증가에 의한 불량이 억제된다.

그리고, 결과적으로 본 발명에 있어서는, 플라스틱 기판에 혼입하는 색소의 입자 직경을 적정한 것으로 하고 있기 때문에, 종류나 용도 등을 순간적으로판단할 수 있는 착색이 행해지고, 더욱이 광학적 특성의 점에서도 양호한 특성을 가지는 광학적 정보 기록 매체를 제공할 수 있게 된다.

또, 상기 염료의 혼합비에 대해서는, 플라스틱 기판 재료의 중량이 14.5 그램 내지 17.0 그램에 대하여 염료를 0.05 그램 내지 0.2 그램 정도로 하는 것이, 디스크에 착색하여 시각적으로 판단하려는 목적 달성을 위해 적당하다. 물론, 목적에 따라서 이 이상의 양의 염료를 첨가하는 것도 가능하지만, 플라스틱 기판 재료 자체가 기계적으로 약하게 되어 주의할 필요가 있다.

도면의 간단한 설명

제 1 도는, 실시예에 있어서 작성한 광디스크의 개략 구성을 나타내는 주요부 단면도이다.

발명을 실시하기 위한 최적의 형태

이하, 본 발명을 적용한 실시예에 대하여, 구체적인 실험 결과를 기초로 상세하게 설명한다.

(1) 염료의 정제 방법

염료를 속슬렛 추출기(Soxhlet extractor)를 사용한 정제 방법으로 정제하였다. 필터로서는 원통여지(동양여지사 제품)를 사용하고, 또한 325-메쉬(mesh)의 스테인리스제 스크린을 세트하였다. 추출액으로서 염화메틸렌을 사용하고, 55℃로 조정한 맨틀 히터(mantle heater)에 의하여 환류를 반복하면서 염료를 정제하여, 이물과 불순물을 제거하였다. 둥근 밑바닥 플라스크(flask)로부터 정제 염료의 결정 입자를 꺼내어, 염화메틸렌을 제거하기 위해서 50℃에서 8시간 건조하여, 정제된 염료를 얻었다.

(2) 염료 입자의 미세화와 분산

가소제(아크릴계 가소제)에서, 상기 (1) 염료의 정제 방법에서 얻어진 염료를 임의의 비율(중량비)로 예비 혼합한 뒤, 3개 롤에서 염료의 입자를 미세화하면서 분산하였다. 미세화의 정도는, 3개 롤의 통과 회수와 클리어런스(clearance) 조정에 의해 행하였다. 분산한 입자 직경의 측정은, JIS 규격(K5400-4-4법)에 의하였다.

(3) 페이스트형 착색제의 여과

상기 (2) 염료 입자의 미세화와 분산으로 얻어진 페이스트형 착색제를, 200 메쉬(mesh)를 설치한 여과기(동양여지사 제품)로 여과하였다.

(4) 착색 방법

성형기의 압축기 상부에 설치된 호퍼에서 원료 수지(폴리카보네이트)가 낙하공급되는 부위에 착색기를 설치하고, 상기 (3) 페이스트형 착색제의 여과로 얻어진 페이스트형 착색제를 원료 수지에 혼입하였다. 착색제는, 계량 장치에서 미리 설정된 규정치를 계량하여, 호퍼 하부에 설치된 노즐에서 주입된다. 주입된 착색제는, 호퍼를 통과한 폴리카보네이트 원료 수지에 부착하여 압출기 내부에 도입된다.

착색제의 부착한 폴리카보네이트 원료 수지는, 압출기 내부의 필드부(field zone), 압축부(compression zone), 미터링부(metering zone)를 통과하고 혼합되어, 균일하게 착색된 사출 성형용 원료로 되어 금형내에 사출된다.

(5) 제작된 광디스크의 구성

사출 성형된 폴리카보네이트 기판을 사용하여, 제 1 도에서 나타내는 구성의 광디스크를 제작하였다.

이 광디스크(1)는, 요철 피트(2a)가 형성된 폴리카보네이트 기판(2)상에 반사층(3)을 형성하고, 그 표면을 자외선 경화 수지로 이루어진 보호층(4)으로 덮게되는 것이며, 보호층(4)의 표면(4a)이 인쇄면으로 되어 이루어진 것이다.

(6) 광디스크의 평가

CD를 착색하기 위해서 염료를 혼입하면, 염료의 입자 직경에 의해 폴리카보네이트에 용해 분산하지 않고, 폴리카보네이트 기판 중에 이물의 형태로 염료의 덩어리가 존재한다. 이 이물은, CD에서 데이터를 재생할 때, 레이저광을 차폐하여, CD의 신호면에 기록된 피트를 판독할 수 없게 하고, 디지털 신호가 정확한 재현을 할 수 없게 된다.

예를 들면, 입자 직경이 큰 염료가 기판 중에 존재한 경우, 다음에 나타내는 바와 같은 에러가 CD 플레이어에서 발생한다.

표 1

CD 에 기록된 신호의 판독에 있어서, 이물, 손상 등에 의해 신호의 판독이 저해된 경우, 플레이어 내부의 에러 정정 회로에 의해 에러 정정이 행하여진다. 에러 정정 회로는, 주로 랜덤 에러를, CIRC(크로스·인터리브·리드솔로몬·코드)의 C1 코드를 사용하여 정정하고, 비교적 큰 결함에 의하여 발생하는 버스트 에러(burst error)를 C2 코드를 사용하여 정정한다.

이러한 디코드시에 발생한 에러 정정 회수를 나타낸 것이, 상술한 표 1 에서 나타내는 C1, C2 에러로, Cl 에러는 1초간의 평균값, C2 에러는 개수로 나타나고 있다.

여기에서는, CD 플레이어(상품명 CDP-3000)를 개조하여, CIRC 디코더로부터 출력되는 C1 플래그, C2 플레그의 회수를 계측하는 것으로, C1, C2 에러의 값을 얻었다.

그리고, 이물의 존재 없음(C2 에러 0개)의 샘플을 좋은 품질로 하여, 그 원 료에 대한 제품비에 의해 평가하였다.

(7) 염료의 배합예

상기 (1) 염료의 정제 방법의 항에 기재한 방법에 의해 얻어진 3종류의 염료를 아래의 표 2 에서 나타내는 중량비로 배합혼합하고, 상기 (2) 염료 입자의 미세 화와 분산의 항에 기재한 방법에 의해 3개 롤에서 회수와 클리어런스를 조정하면 서, 그라인드 게이지(grind gauge)에 의해 최대 입자직경이 80㎛, 60㎛, 50㎛, 40㎛의 페이스트형 착색제를 얻었다.

표 2

또한, 상기 (3) 페이스트형 착색제의 여과의 항에 기재한 방법에 의해 여과 하여 얻어진 착색제를, 각각 시료 No. 1, 2, 3, 4 로 하고, 상기 (4) 착색 방법의 항에 기재한 방법에 따라서 CD 기판을 성형하였다. 성형된 CD는, 검고 윤이 나는흑색이었다.

각 기판을 사용하여 제1도에서 나타내는 구성의 광디스크를 제작하고, 먼저 기술한 평가 방법에 따라서 평가한바, 각각 양품률 40%, 70%, 90%, 95%이며, 염료의 입자 직경을 50㎛이하로 했을 때, 90%를 초과하는 양호한 양품률이 되는 것이 확인되었다.

본 발명은, 레이저광에 의해서 광학적으로 정보 신호의 판독을 행하는 광학적 정보 기록 매체에 관한 것이며, 특히, 시각에 의해서 그 종류, 용도 등을 순간적으로 판단할 수 있도록 착색을 행한 광학적 정보 기록 매체에 관한 것이다.

이상의 설명에서도 명백한 바와 같이, 본 발명에서는, CD등의 광학적 정보 기록 매체의 플라스틱 기판에, 그 광학적 정보기록 매체의 종류나 용도에 따라서 색소를 혼입함으로써, 광학적 정보 기록 매체의 종류나 용도 등을 순간적으로 판별할 수 있고, 또한, 플라스틱 기판에 혼입하는 색소의 입자 직경을 적정한 것으로 해서, 광학적 특성의 점에서도 양호한 특성을 가질 수 있다.

Claims (1)

1. 광학적 정보 기록 매체의 제조 방법에 있어서,

   액체 색소를 생성하기 위해 색소를 분산 매체에 분산하는 단계와,

   상기 액체 색소를 필터를 통해 통과시켜 굵은 입자를 제거함으로써, 색소의 최대 입자 직경이 50㎛ 이하인 색소를 조제하는 단계와,

   상기 액체 색소를 사출성형 장치의 수지 투입 호퍼(hopper)에 공급하여 플라스틱 기판을 사출 성형하는 단계를 포함하는, 광학적 정보 기록 매체의 제조 방법.