KR20000006267A - 정보기록매체 - Google Patents

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이데이 노부유끼
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Abstract

고밀도 정보와 같은 정보 신호를 기록하는 경우에, 그 정보 신호를 충분히 전사할 수 있고, 더욱이 고속 회전시의 공진을 억제하여 내구성을 높일 수 있는 정보 신호 기록 매체가 개시된다.
이 기록 매체는 기판과, 이 기판에 배치되어 정보 신호를 기록하기 위한 기록층과, 이 기록층에 적층되는 광투과층을 가지며, 광투과층 측으로부터 광이 기록 매체 상에 입사됨으로써 정보 신호의 기록/재생이 행해진다. 상기 기판은 수지로 이루어진 코어층과, 수지로 이루어지고 코어층과 일체화되는 표면층을 포함하고 있다. 상기 표면층은 그 한면에 기록층 측의 요철 형상의 정보 신호를 가지며, 표면층 및 코어층이 동일한 온도에서 모두 용융 상태에 있는 경우에 코어층 보다 큰 유동성을 갖는다.

Description

정보 기록 매체{INFORMATION RECORDING MEDIUM}
본 발명은 오디오 신호 및 비디오 신호 등과 같은 다양한 정보 신호들을 기록하기 위한 디스크형 정보 기록 매체에 관한 것이다.
오디오 및 비디오 신호와 같은 여러 종류의 정보를 기록하기 위한 매체로서는 디스크형 광 기록 매체와, 자기 기록 매체가 알려져 있다. 이들 기록 매체에는 통상 엠보스화 피트(embossed pits)나 그루브에 정보 신호가 불규칙한 형태로 기록되는 상변화형 광디스크, 기록막의 자기 광학 효과를 이용한 광자기 디스크, 그리고 자기 디스크 등이 있다.
통상 프리피치(prepitch) 또는 그루브인 미세한 요철을 갖는 디스크 기판은 프라스틱 재료를 사출 성형(injection molding)함으로써 얻어진다.
사출 성형으로 얻어지는 플라스틱 기판의 최대의 단점은 용융된 수지가 금형 캐비티(cavity of the mold) 내에 사출되고 충전될 때, 금형(몰드;a mold)과 용융 수지와의 마찰, 그리고 용융 수지의 사출시 용융 수지에 가해지는 압력과 온도로 인해 응력이 발생하는 것이다. 냉각에서 고화까지의 주기 동안 발생하는 응력 완화에 의해 기판의 내부 응력이 다소 작아지지만, 대부분의 내부 응력은 고화할 때까지 완화되지 않고 잔류 응력으로서 기판 내에 남게 되고, 이러한 잔류 응력이 광의 복굴절이나 기판의 뒤틀림(warping)이나 요동(waviness)의 원인이 될 수도 있다.
기판의 내부 응력의 발생 단계는 다음과 같다.
(1) 수지의 사출; 캐비티 내를 수지가 유동할 때에 전단 응력(shear stress) 또는 분자 배향으로 인한 스트레인(strain)이 수지에서 발생한다.
(2) 충전 완료; 수지가 캐비티 내에 충전되었을 때에 스크류 운동의 급격한 정지와 함께 수지의 유동이 급격히 정지되어 수지와 스크류의 관성력이 모두 기판에 걸린다.
(3) 압력 보존 단계; 사출시의 수지가 게이트로 밀봉될 때 까지 수지의 역유동 방지와 체적 수축에 의한 수축(shrinkage)의 방지를 위해 수지에 압력이 가해지고 있기 때문에 기판 전체에 압력 분포가 발생한다.
(4) 냉각 단계; 열수축에 의해 온도 분포에 따라 기판에 응력이 발생한다.
광학적 정보 기록 매체 또는 자기 기록 매체용 플라스틱 기판은 성형에 의한 수축을 피할 수 없다. 여러 경우에 있어, 플라스틱 기판의 외주부의 성형 수축은 플라스틱 기판의 내주부의 성형 수축과는 상이한 경우가 많다. 즉, 외주부와 내주부의 성형 수축은 다음과 같이 발생한다.
(1) 외주부의 수축 < 내주부의 수축 = 프로펠러 형상의 변형
(2) 외주부의 수축 > 내주부의 수축 = 사발 형상(the form of bowl)의 변형
이 수축 성형으로 인한 변형과 수지의 주입시 유도된 잔류 응력으로 인한 변형 모두를 경감시키기 위해, 종래 기술의 성형 방법에서는 클램핑 압력(clamping pressure)을 약하게 하거나, 사출 속도를 느리게하거나, 캐비티 충전을 위한 수지의 양을 줄여 수지에 가해지는 내압을 작게 하는 것이 일반적이었다. 그러나, 이러한 시도는 디스크 외주부에서 수축(shrinkage) 또는 함몰(depression) 및/또는 팽윤(swelling)을 발생시켜 정보 신호의 전송 실패를 초래하여 신호 특성을 열화시키는 경향이 있었다.
또한, 디스크의 강도는 디스크 두께의 3승에 비례하기 때문에, 기록 밀도의 증대와 더불어 디스크의 두께가 얇아짐에 따라 굴곡 강도(flexural strength) 등의 기계 특성이 나빠지게 되고 추가로 성막시의 열이나 막응력 및 온도/습도의 환경에서는 흡습에 의한 바이메탈 변형이 편면 신호 기록형 광기록 매체(optical recording medium of a one-sided recording type)에서 현저하게 발생하기 쉽다.
이러한 문제를 해결하기 위해, 고강성(high stiffness)을 갖는 재료 즉, 고굴곡(high flexural) 또는 장력(tensile) 영률(Young's modulus)을 갖는 재료를 채택하는 것이 바람직하다. 그러나, 글래스나 금속 이외의 플라스틱 재료 단체(single plastic material)로는 이러한 고강도를 만족시킬 수 없고, 섬유(fibers)나 충전재를 첨가한 플라스틱 재료로 된 복합 재료(composite material)는 상기한 고강성을 만족시키지만 기판의 표면에서 충전재나 섬유의 표면부가 노출되어, 기판의 표면 거칠기를 초래하게 되므로, 전사된 미세 요철 (transferred fine irregularities)을 배제하면 기판 표면의 미소 평탄성(micro-flatness)을 보장할 수 없다. 따라서, 상기한 복합 재료는 디스크와 같이 nm 정도의 미세 구조를 필요로하는 기판에는 적용할 수 없었다. 또한, 충전재가 표면에 돌출하거나, 충전재의 팽창으로 인해 신호의 변형이 발생하기 쉬운 문제도 있었다.
플라스틱 기판은 제조 공정 동안 초래된 열과 습기, 사용자 서비스 환경, 이상의 다양한 요인에 기초한 보유 환경에 의해 변형되기 쉽다. 현재의 환경하에서는 광학적으로 투명하면서 습기 흡수(moisture absorption)와, 잔류 응력으로 인한 변형, 그리고 막형성시 야기된 보호막의 수축 변형을 견딜 수 있는 단일 성형 재료(single molding material)는 존재하지 않는다.
고밀도 기록화 특히, 고 NA(numerical aperture)화의 경향에 따라, 디스크로부터 기록된 신호를 읽어내거나 디스크 상에 신호 기록시 장애를 일으키는 뒤틀림(warping)과 요동(waviness)의 허용치를 줄이는 경우 문제가 발생한다. 이러한 문제를 해결하기 위해서는 제조 처리 및 서비스 환경의 변화에 상관없이 변형과 요동이 적은 디스크를 개발해야 할 것으로 기대된다.
본 발명의 목적은 정보 신호를 충분히 전송하고, 고속 회전시의 공진을 억제하며, 내구성(durability)을 충분히 향상시킬 수 있는 정보 기록 매체를 제공하는 것이다.
도 1은 본 발명의 디스크형 정보 기록 매체의 바람직한 실시예를 나타내는 투시도.
도 2는 도 1에 도시된 디스크형 정보 기록 매체의 2층 구조의 단면예를 나타내는 도면.
도 3은 도 1에 도시된 디스크형 정보 기록 매체의 샌드위치 구조의 단면예를 나타내는 도면.
도 4는 디스크형 정보 기록 매체를 성형하기 위한 성형기(molding machine)를 나타내는 도면.
도 5는 도 4에 도시된 성형기의 노즐과 그 주변부를 나타내는 단면도.
도 6은 성형기에 의해 성형된 2층 구조를 갖는 디스크형 정보 기록 매체를 나타내는 도면.
도 7은 성형기에 의해 성형된 샌드위치 구조를 갖는 디스크형 정보 기록 매체를 나타내는 도면.
도 8은 본 발명에 따라 얻어진 샌드위치 구조의 디스크형 정보 기록 매체의 최외주부와 그 주변부의 상태를 나타내는 현미경 사진.
도 9는 본 발명에 따라 얻어진 샌드위치 구조의 디스크형 정보 기록 매체의중앙부와 그 주변부의 상태를 나타내는 현미경 사진.
도 10은 본 발명에 따라 얻어진 샌드위치 구조의 디스크형 정보 기록 매체의 내주부와 그 주변부의 상태를 나타내는 현미경 사진.
도 11은 샌드위치 성형에 의해 얻어진 디스크형 정보 기록 매체의 그루브의 전사 상태(transfer state)를 나타내는 현미경 사진.
도 12는 샌드위치 성형에 의해 얻어진 디스크형 정보 기록 매체의 피치의 전사 상태를 나타내는 현미경 사진.
도 13은 디스크형 정보 기록 매체의 각각의 예에 대한 주파수, 각각의 내부 손실 및 영율(Young's modulus)간의 관계를 나타내는 도면.
도 14는 비교를 위한, 종래 기술의 디스크형 정보 기록 매체의 진동 특성을 나타내는 도면.
도 15는 본 발명의 디스크형 정보 기록 매체의 실시예에 대한 진동 특성을 나타내는 도면.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1 : 디스크형 정보 기록 매체
2 : 기판
3 : 광반사층
4 : 기록층
6 : 코어층
7 : 표면층(스킨층)
본 발명에 따르면, 기판과; 기판에 제공되어 정보 신호를 기록하기 위한 기록층과; 기록층 상에 적층되는 광투과층(light transmission layer)을 기본적으로포함하는 디스크형 정보 기록 매체가 제공되며, 광투과층측으로부터 매체에 광을 입사시킴으로써 매체 상에 또는 매체로부터 정보 신호가 기록되거나 재생된다. 상기 정보 기록 매체는 수지로 제조된 코어층과; 수지로 제조되어 상기 코어층과 일체화되는 표면층을 기판이 포함하고 있는 것에 특징이 있으며, 상기 표면층은 상기기록층측에 요철 형태의 정보 신호를 한쪽면에 가지며, 표면층과 코어층이 모두 동일한 온도의 용융 상태에 있는 경우에는, 코어층에 비해 보다 큰 유동성을 갖는다.
이러한 구성에 의해, 표면층을 형성하는 수지는 코어층을 형성하는 수지보다 큰 유동성을 가지므로, 기록층측 상의 요철은 기록층과 광투과층이 수지로된 표면층에 배치되는 경우 표면층에 확실히 전사될 수 있다. 따라서, 고밀도 정보 기록 매체의 경우, 협트랙이나 깊은 글루브 또는 피트(pits)의 전사가 충분히 확실하게 행해진다.
본 발명에 따르면, 기판의 표면층을 형성하는 수지는 0.3% 이하의 흡수율을 갖는 것이 바람직하다.
이러한 구성에 의해서는 흡수율이 0.3% 이하이기 때문에 흡수율에 의한 상기 흡수 변형이 작고, 예를 들면, 디지털 다용도 디스크(DVD:Digital Versatile Disk - High density information recording medium: 고밀도 정보 기록 매체)의 경우에는, 굴곡 변형이 규격에 따라 0.4도 이내이다. 상기 DCD는 통상의 흡수율 0.3% 이상의 폴리카보네이트 기판을 사용하고 있지만, DVD는 두께 0.6mm 인 디스크를 서로 접합하여 신호 측이 내측을 향하도록 구성하고 있기 때문에, 흡수율이 큰 경우에도 흡수율의 균형이 양호하므로 변형이 덜 발생한다. 한편, 고 개구율(NA)을 갖는 고밀도 디스크는 표면층의 한쪽에 정보 신호를 포함하고 있기 때문에 DVD와는 다른 흡수율 균형을 나타낸다.
따라서, 고 개구율(NA)을 갖는 고밀도 디스크의 경우에는, 0.4。 이내의 흡수율로 인한 굴곡 변형각 또는 방사 스큐각(radial skew angle)을 유지하기 위해,디스크의 기판은 0.3% 이하의 흡수율을 갖도록 요구되고 있다.
그러나, 표면층의 흡수율이 0.3%를 초과해 버리면, 기록막과 보호막이 형성되는 디스크에서는 성막시의 기판에 가해지는 응력 이외에 온도, 습도의 환경 하에서 기록측 또는 표면측으로부터 흡수와 탈수가 행해져 불편(inconvenience)이 발생하며, 이러한 흡수와 탈수는 보존 및 서비스 환경에서 평형을 이룬다.
이러한 상이한 환경하에서는 표면측 상의 기록막과 보호막이 반대측의 기판 재료의 흡수비와는 상이하므로(일반적으로 작음), 흡수시에는 신호측이 내측으로 굴곡되고, 건조시에는 외측으로 변형된다. 특히, 디스크의 구동 중에는 디스크의 내부 온도가 높고 습도가 낮기 때문에 급격한 변화가 발생하기 쉬워 신호가 독출되지 않는 포커스 에러를 발생시키기 쉽다.
기판의 표면층을 형성하는 수지는 흡수율이 0.1% 이하인 수지가 가장 바람직하다.
흡수율이 0.3% 이하의 범위인 경우에도 흡수율이 균형을 이룬 경우 굴곡각이 제로라면, 흡수 변형은 0.4。 이내의 각을 유지할 수 있다. 그러나, 디스크를 제조하는 동안의 크기의 편차(variation)나 보유 환경을 고려하면, 표면층이 0.1% 이하인 즉, 실질적으로 물을 흡수하지 않는 디스크는 보존, 사용 환경에서의 디스크의 흡수 변형을 고려하지 않고, 제조시의 디스크의 변형만을 억제할 필요가 있기 때문에 시스템 여유가 증가하는 이점이 있다.
본 발명에 따르면, 기판의 수지층을 형성하는 수지는 정보 기록 매체의 회전시 야기되는 공진 현상을 억제하기 위한 진동 댐핑 수지(vibration damping resin)가 바람직할 수도 있다.
이러한 구성에 의해, 기판의 코어층이 진동 댐핑 수지로 제조되기 때문에 정보 기록 매체의 고속 회전시에 야기된 공진 현상을 확실히 억제하는 것이 가능하다.
본 발명에 따르면, 진동 댐핑 수지는 폴리머와 충전제를 함유하는 복합 재료가 바람직할 수도 있다.
이러한 구성에 의해, 신호 전송층과 디스크의 고강성 또는 진동 특성층이 상이한 재료로 되어 있기 때문에, 단일의 공통 재료를 이용하는 것으로는 서로 호환되지 않았던(incompatible) 2층의 특성이 서로 호환가능하게 될 수 있다. 예를 들어, 피치가 0.5μm이고 깊이가 150nm인 요철 형태의 신호들이 전사되고 고강성이 주어지는 디스크를 얻을 수 있으며, 이러한 디스크는 충전재와 같은 첨가물을 함유하는 관련 기술 분야의 고강성 단일 재료를 이용하여 얻을 수 있다.
이러한 구성에서는 고강성 뿐만 아니라 진동 특성 역시 개선될 수 있다. 또한, 표면층이나 스킨층과 코어층이 2층의 성형 또는 샌드위치 성형에 의해 일체로 성형될 필요는 없지만, 서로 상이한 재료를 접합함으로써 형성될 수도 있다.
본 발명에 따르면, 애스펙트비가 높은 평판형 재료를 기판의 코어층을 형성하는 수지에 충전재로서 부가하는 것이 바람직할 수도 있다.
이러한 구성에 의해, 각각 고 애스펙트비를 갖는 평판형 재료가 코어층을 형성하는 수지에 부가될 수 있기 때문에 코어층의 강성이 개선될 수 있다. 애스펙트비는 충전재의 직경에 대한 길이의 비이며, 수지의 강성은 수지에 부가된 충전재의애스펙트비에 기초하여 결정된다. 애스펙트비가 작은 예를 들면 구형상의 충전재가 소정량 부가되는 수지는 애스펙트비가 높은 예를 들면 판 형상의 충전재가 동일양 부가되는 수지보다 강성이 낮다.
고 애스펙트비를 갖는 충전재로는 평판형 충전재와 섬유형 충전재가 알려져 있다. 그러나, 섬유 형태의 충전재는 이방성이 크기 때문에 바람직하지 않다. 보다 구체적으로는 충전재가 부가되는 수지를 사용하는 디스크 기판을 성형하는 경우, 주변 방향(peripheral direction)의 수축률이 방사 방향(radial direction)의 수축률과는 크게 다르기 때문에 기판이 프로펠러 형상으로 변형되는 것을 피할 수 없다. 이 때문에 애스펙트비가 높고 코어층을 형성하는 수지에 대해 이방성이 작은 판형상 충전재를 부가할 필요가 있다.
본 발명에 따르면, 중공체(hollow) 또는 발포체(foam bodies) 형태의 충전재가 수지에 부가되어 기판의 코어층을 형성하는 것이 바람직하다.
이러한 구성에 따르면, 코어층의 경량화를 도모할 수 있으므로 정보 기록 매체의 고속 회전시의 부하를 줄일 수 있다.
본 발명에 따르면, 광투과층은 광경화 수지 또는 광학적으로 투명한 수지로 제조된 시트(sheet)가 바람직할 수도 있다.
본 발명에 따르면, 코어층을 형성하는 수지는 표면층을 형성하는 수지와 동일하거나 상이한 수지에 강성 특성과 진동 댐핑 특성 모두를 부여하는 충전재를 부가함으로써 얻어지는 혼합물이 바람직할 수도 있다.
이러한 구성에 의해, 코어층에는 강성과 댐핑 특성이 주어지기 때문에 정보기록 매체의 고강성을 유지하고, 정보 기록 매체의 고속 회전시 그 진동을 약화시킬 수 있다.
본 발명에 따르면, 표면층과 코어층은 요철 형상의 정보 신호가 표면층의 한 측면에 전사되는 방식으로 표면층과 코어층을 동시에 사출 성형함으로써 서로 적층되는 것이 바람직하다.
이러한 구성에 의해, 표면층과 코어층을 사출 성형에 의해 서로 동시에 적층함으로써 2층 구조물(two-layered structure)을 갖는 기판을 얻을 수 있고, 표면층 상에 요철 형상의 정보 신호를 전사하는 것도 가능하다.
본 발명에 따르면, 표면층은 코어층의 한쪽면에 형성되어 기록층 상에 요철 형태의 정보 신호를 갖는 제1 표면층과; 코어층의 다른쪽면 상에 형성된 제2 표면층을 포함하는 것이 바람직하다. 이러한 구성에 의해 3층 구조를 갖는 기판을 얻는 것이 가능하다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다.
실시예
도 1은 본 발명의 디스크형 정보 기록 매체의 바람직한 실시예를 나타내는 도면이다. 디스크형 정보 기록 매체(1)는 중앙홀 H를 갖고 있다.
도 2와 도 3은 도 1에 도시된 디스크형 정보 기록 매체(1)의 단면 구조의 예를 나타내고 있다.
도 2에 도시된 디스크형 정보 기록 매체는 2층 구조를 가지며, 도 3에 도시된 디스크형 정보 기록 매체는 3층의 샌드위치 구조를 갖고 있다.
디스크형 정보 기록 매체 예를 들면, 오디오 정보나 비디오 정보 또는 그밖의 각종 정보를 기록하는 광정보 기록 매체로서는, 광조사에 의해 그 기록 또는 재생을 행하는 각종의 광정보 기록매체가 존재하고 있다.
예를 들면, 디스크형 정보 기억 매체로서는 콤팩트 디스크(CD:상표명)나, 재기록형의 광자기 디스크, 상변화 디스크 등이 알려져 있으며, 이러한 유형의 디스크형 정보 기록 매체의 정보 기록층에는 데이터 정보, 트랙킹 서보 신호 등을 기록하기 위한 프리피트(prepits)나 그루브 등의 미세 요철 패턴 열을 형성할 필요가 있다.
도 2에 도시된 2층 구조의 기판을 포함하는 형태의 디스크형 정보 기록 매체(1)는 광투과층(5), 기록층(4), 및 광반사층(3)을 2층 구조의 기판(2)에 적층함으로써 제조된다.
기판(2)은 표면층(스킨층이라고도 함;7)을 코어층(6)에 적층함으로써 형성된다. 코어층(6)의 두께는 표면층(7)의 두께보다 두껍다. 프리피트 또는 그루브들은 표면층(7)의 한쪽면에 형성된다. 광반사층(3), 기록층(4), 및 광투과층(5)이 표면층(7) 상에 적층된다.
도 2를 참조하면, 레이저빔 L이 광투과층(5) 측으로부터 정보 기록 매체(1)상에 입사되어, 정보 기록 매체(1)로부터 정보 신호를 판독하거나 그 매체에 정보 신호를 기록한다. 렌즈 LS로부터 유도된 레이저빔 L은 광투과층(5)과 기록층(4)을 지나가며 광반사층(5)으로부터 반사되어 렌즈 LS측으로 되돌아간다.
도 3에 도시된 샌드위치 구조를 갖는 디스크형 정보 기록 매체(10)는 광투과층(14)과, 기록층(13)과, 광반사층(12)을 3층의 샌드위치 구조로 된 기판(11) 상에 적층함으로써 형성된다.
표면층(스킨층;16, 17)은 기판(11)의 코어층(15)의 양 표면 상에 적층된다. 코어층(15)의 두께는 표면층(16, 17)의 각각의 두께보다 크다.
프리피트 또는 그르부와 같은 요철이 표면층(17)의 한쪽면 내에 형성된다. 광반사층(12), 기록층(13), 및 광투과층(14)이 표면층(17) 상에 적층된다. 광투과층(14)과 기록층(13)을 지나가는 렌즈 LS 로부터 유도된 레이저빔 L은 광반사층(12)에 투사되고, 광반사층(12)으로부터 반사된 레이저 L은 렌즈 LS측으로 되돌아간다.
도 2에 도시된 디스크형 정보 기록 매체의 구조에 대한 예에서는, 기판(2)의 코어층(6)은 표면층(7)을 일체적으로 유지하고 있고, 도 3에 도시된 디스크형 정보 기록 매체의 구조예에서는, 기판(11)의 코어층(15)은 표면층(16,17)을 일체적으로 유지하고 있다. 각각의 코어층(6,15)은 수지로 형성되며, 각각의 표면층(7, 16, 17)은 동일 온도 환경에서는 코어층 보다 큰 유동성(fluidity)을 갖는 수지로 형성된다. 광투과층은 예를 들어, 광경화 수지, 보다 바람직하게는 자외선 경화 수지 또는 광학적으로 투명한 수지 시트로 형성된다.
도 2에 도시된 기판(2) 또는 도 3에 도시된 기판(11)을 성형하기 위한 성형기를 도 4 및 도 5를 참조하여 설명한다.
도 4와 도 5는 성형기(70)를 나타낸다.
도 4를 참조하면, 성형기(70)는 성형 유닛(71), 사출 유닛(72), 또다른 사출유닛(73)을 구비하고 있다. 사출 유닛(72)의 사출 경로는 노즐(74)에서 사출 유닛(73)의 경로에 결합된다. 호퍼(72A)는 사출 유닛(72)의 중간에 배치되고, 호퍼(73A)는 사출 유닛(73)의 중간에 배치된다.
성형 유닛(71)은 노즐(74)에 면하고 있으며, 도 6에 도시된 고정된 몰드(71A)와 가동 몰드(71B)를 구비하고 있다. 가동 몰드(71B)는 클램핑 실린더(75; clamping cylinder)를 통해 피스톤을 동작시킴으로써 고정된 몰드(71A)에 대해 특정 위치에 유지될 수 있다.
도 5는 도 4에 나타낸 노즐(74)과 그 주변부를 나타내고 있다. 도 5에 도시된 바와 같이, 사출 유닛(72, 73)의 사출 경로는 노즐(74)에서 서로 결합된다. 예를 들어, 도 2에 도시된 표면층(스킨층;7)을 형성하기 위한 수지가 도 4에 도시된 호퍼(72A)에 공급되고, 도 2에 도시된 코어층(6)을 형성하기 위한 수지가 도 4에 도시된 호퍼(73A)에 공급된다.
도 6은 도 4에 도시된 성형 유닛(71)의 고정 몰드(71A)와 가동 몰드(71B)를 나타낸다. 수지는 사출 유닛(72,73)으로부터 고정 몰드(71A)와 가동 몰드(71B) 사이의 캐비티 내에 스풀(77)을 통해 사출되어 거의 동시에 코어층(6)과 표면층(7)을 성형한다. 이러한 경우에는, 프리피트 또는 그루브(78)를 형성하기 위한 부분이 몰드(71A)에 배치되어 표면층(7) 상에 코어층(6)과 표면층(7)의 성형과 동시에 피트 또는 그루브(78)를 형성한다.
도 7에 도시된 몰드(71)는 고정된 몰드(71C)와 가동 몰드(71D)를 포함한다. 도 3에 도시된 코어층(15)과 표면층(16, 17)은 고정 몰드(71C)와 가동 몰드(71D)를이용하여 샌드위치 구조의 기판을 구성한다.
이러한 경우에도, 사출 유닛(72,73)으로부터 고정 몰드(71C)와 가동 몰드(71D) 사이의 캐비티 내로 스풀(79)을 통해 수지가 사출된다. 이때, 표면층(17) 측에는 프리피트 또는 그루브(78)가 형성된다. 프리피트 또는 그루브(78)는 도 3에 도시된 요철에 대응한다.
프리피트 또는 그루브(78)와 같은 요철은 도 6 또는 도 7에 도시된 서로 적층되는 코어층과 표면층으로 이루어지는 기판 상에 미리 형성된다. 그리고, 도 2 또는 도 3에 도시된 광투과층과, 기록층, 광반사층은 기판에 순차적으로 형성된다.
다음의 예를 참조하여 본 발명의 디스크형 정보 기록 매체를 보다 구체적으로 설명한다.
1. 샌드위치 성형에 의해 강성이 개선된 디스크형 정보 기록 매체의 실시예
[스킨층 A에 대한 재료]
A-1) 폴리카보네이트 (테이진 주식회사제)
등급 : AD-9000TG
글래스 전이점 = 145 ℃
굴곡 탄성율(flexural modulus) = 2,200 MPa
흡수율 = 0.3 %
A-2) 제오넥스 (일본 제온주식회사제)
등급 : E48R
글래스 전이점 = 140 ℃
굴곡 탄성율 = 25,000 kgf/cm2
흡수율 < 0.01 %
[코어층 B에 대한 재료]
탤크(talc), 마이카(mica), 플래키 글래스(flaky glass)가 굴곡 탄성율 향상을 위해 첨가된 폴리카보네이트(등급 : AD-5503 테이진 주식회사제)
B-1) 폴리카보네이트 + 탤크 분말
첨가량 : 20
단체에 대한 굴곡 탄성률 = 3,900 MPa
( = 3,900 MPa)
B-2) 폴리카보네이트 + 마이카 분말
첨가량 : 20 %
단체에 대한 굴곡 탄성률 = 5,900 MPa
( = 5,400 MPa)
B-3) 폴리카보네이트 + 플래키 글래스 분말
첨가량 : 20 %
단체에 대한 굴곡 탄성률 = 3,600 MPa
( = 3,700 MPa)
단체에 대한 상기 굴곡 탄성률은 ASTM D790 표준하에 특정된 측정 방법에 의해 얻어지고, 괄호안의 값은 실험실 진동 유도 방법에 의해 실제 성형 디스크(molded disk)로부터 절취한 샘플을 측정한 결과이다. 이들 간에는 현저한 차이가 없기 때문에 다음의 데이터는 진동 유도 방법에 의해 얻어진 결과이다.
도 3에 도시된 샌드위치 구조의 기판(11)은 스킨층 A에 대해 상기 각각의 A-1 및 A-2 재료를 이용하고, 코어층 B에 대해 상기 각각의 B-1, B-2 및 B-3 재료를 이용하여 성형된다.
보다 구체적으로는 도 7에 도시된 바와 같이, 기판(11)은 도 4와 도 5에 도시된 성형기(70)를 이용하여 2개의 다른 재료를 동시에 성형하는 방법에 의해 성형된다. 여기서, 스킨층에 대한 재료는 사출 유닛(72) 내로 공급되고, 코어층에 대한 재료는 사출 유닛(73) 내로 공급된다.
도 8 내지 도 10은 이와 같이 하여 얻어진 샌드위치 구조의 디스크형 정보 기록 매체의 단면 구조예를 나타내는 사진으로서, 도 8은 디스크형 정보 기록 매체의 최외주부의 단면 상태를 나타내고, 도 9는 디스크형 정보 기록 매체의 중앙부의 단면 상태를 나타내며, 도 10은 디스크형 정보 기록 매체의 최내주부의 단면 상태를 나타낸다.
도 8 내지 도 10에 도시된 디스크형 정보 기록 매체에서는 재료 B-2(폴리카보네이트 + 마이카 분말)이 코어층을 형성하기 위한 재료로서 사용되었다.
도 8 내지 도 10에 도시된 디스크의 구조는 다음과 같다.
1.2mm 두께의 DC 글루브
신호 깊이 = 80 - 150nm
트랙 피치 = 0.7 - 0.85μm (가변)
[성형 절차]
1) 스킨층 수지를 쇼트슛(short-shot)으로 사출한다.
스킨층 수지의 사출된 양은 디스크 전체 중량의 대략 40 - 50%의 범위에 있다.
2) 코어층의 수지가 0.02 - 0.5초의 주기 내에 사출되고, 스킨층의 수지가 성형 상태에서 이 스킨층의 두께 방향에서 중앙부(코어층을 형성하게 됨)를 따라 방사 방향으로 진행하여 샌드위치 구조를 만든다.
코어층의 사출 수지는 사출된 스킨층을 위한 수지의 중앙 용융부(central molten portion)로 진행하여 샌드위치 구조가 얻어진다.
스킨층의 제1 수지의 쇼트-슛 량이 7g으로 설정되면 샌드위치 구조로된 각 스킨층의 두께는 0.3mm가 된다.
[성형조건]
몰드 온도 : 130℃
수지 온도 : 몰드(71A) 측 320 ℃
몰드(71B) 측 290 ℃
사출 속도 : 몰드(71A) 측 = 평균 140mm/초
몰드(71B) 측 = 평균 160mm/초
냉각 시간 : 9초
이와 같이 얻어진 각각의 디스크형 기판으로부터 절취한 길이 80mm, 두께 1.2mm, 폭 5mm를 갖는 스트립형 샘플이 진동 유도 방법에 의해 굴곡 탄성률이 측정되었으며, 그 결과는 다음과 같다.
(1) 코어층을 형성하기 위한 수지 B-1을 이용하는 기판의 굴곡 탄성률은 종래의 굴곡 탄성률 2,100 MPa의 1.2배인 2,500 MPa였다.
(2) 코어층을 형성하기 위한 수지 B-2를 이용하는 기판의 굴곡 탄성률은 종래의 굴곡 탄성률 2,100 MPa의 1.26배인 2,650 MPa였다.
(3) 코어층을 형성하기 위한 수지 B-3을 이용하는 기판의 굴곡 탄성률은 종래의 굴곡 탄성률 2,100 MPa의 1.34배인 2,800 MPa였다.
이에 따라 얻어진 표면층의 표면 특성의 실시예가 도 11과 도 12에 도시되어 있다. 도 11은 샌드위치 성형에 의해 성형된 디스크형 정보 기록 매체의 기판 내의 글루브의 전사예를 나타내고 있다. 이러한 도면으로부터 명확한 바와 같이 충전재의 영향은 표면층의 표면상에는 나타나지 않는다. 도 12는 샌드위치 성형에 의해 성형된 디스크형 정보 기록 매체의 기판 내의 피치의 전사예를 나타내고 있다.
2. 샌드위치 성형에 의해 공진특성이 개선된 디스크형 정보 기록 매체의 실시예
이 실시예에서, 코어층의 내부 손실을 증가시킴으로써 매체의 진동 특성이 개선된다.
[스킨층 A에 대한 재료]
폴리카보네이트 (테이진 화학 주식회사제)
광디스크 등급 : AD-9000TG
글래스 전이점 = 145 ℃
굴곡 탄성율 = 2,200 MPa
[코어층에 대한 재료]
A) 다음의 충전재의 혼합물이 부가된 폴리카보네이트(CD 등급 : AD-5503, 테이진 화학 주식회사제)
(1) 도전성 카본 블랙 : 16wt%
(2) 휘스커(whisker) : 10% (칼슘 실리케이드의 휘스커)
(3) 그래파이트 10% (입자 사이즈 300 내지 400μm)
상기 충전재는 (1) : (2) : (3) = 4 : 2 : 1의 혼합 비율로 혼합된다.
[성형 조건]
수지 성형 온도 :
표면층 : 320℃
코어측 : 320℃
노즐팁 온도 : 290℃
몰드 온도 : 125℃
냉각 시간 : 16초
평균 사출 속도 : 140mm/초
샌드위치 구조의 디스크로부터 절취된 폭 5mm, 두께 1.5mm, 길이 80mm의 샘플에 대한 내부 손실과 강성(영률)이 진동 유도 방법으로 측정되었다.
[코어층의 재료]
B) 폴리머 앨로이
(1) 폴리카보네이트와 비호환인(incompatible) 아크릴 수지를 50wt%로 폴리카보네이트 50wt%와 혼합하여 준비된 수지
(2) 충전재의 혼합물이 부가된 폴리카보네이트를 포함하는 상기 수지 A
수지 (1)은 (1) : (2) = 5 : 1의 혼합비로 수지 (2)와 혼합되어 폴리머 앨로이 B를 준비한다.
상기 예에서 설명한 바와 같이 동일한 조건하에서 샌드위치 구조의 디스크로부터 절취된 폭 5mm, 두께 1.5mm, 길이 80mm를 갖는 샘플에 대해 진동 유도 방법으로 내부 손실과 강성(영률)을 측정하였다.
도 13은 표면층(스킨층)에 폴리카보네이트가 사용되고, 코어층에 각각 폴리머 앨로이 B와 충전재 혼합 폴리카보네이트 A가 사용되고 있는 샌드위치 구조의 기판에 대한 강성을 나타내는 영률 (Pa)과 진동에 대한 내부 손실을 나타내는 손실 계수 η를 측정한 결과를 나타내는 도면이다.
도 13에서 실선 D3은 코어층에 비상용 폴리머 앨로이 B)가 사용되는 기판(11)의 내부 손실을 나타내고, 실선 D4는 코어층에 충전재 혼합 폴리카보네이트 A가 사용되는 기판(11)의 내부 손실을 나타낸다. 비교를 위해, 실선 D2는 코어층에 폴리카보네이트를 사용하고, 폴리카보네이트에 마이카 분말을 20% 첨가하여 강성만을 향상시킨 경우 기판(11)의 내부 손실을 나타내고, 실선 D1은 코어층에 폴리카보네이트를 사용한 경우 기판(11)의 내부 손실을 나타내고 있다.
또한, 도 13에서 파선 D7은 코어층에 비상용 폴리머 앨로이 B가 사용되는 기판(11)의 영률을 나타내고, 파선 D8은 코어층에 충전재 혼합 폴리카보네이트 A가 사용되는 기판(11)의 영률을 나타낸다.
비교를 위해, 파선 D6은 코어층에 폴리카보네이트를 사용하고, 폴리카보네이트에 마이카 분말을 20% 첨가하여 강성만을 향상시킨 기판(11)의 영률을 나타내고, 파선 D5는 코어층에 폴리카보네이트를 사용한 기판(11)의 영률을 나타내고 있다.
도 13의 결과로부터, 진동에 대한 내부 손실과 영률 모두를 고려할 때, 실선 D3와 파선 D7으로 나타나는 코어층에 비상용 폴리머 앨로이 A를 사용하는 것이 바람직하다.
폴리머 앨로이로 형성된 코어층을 포함하는 기판을 이용하는 본 발명의 디스크의 내부 손실(dB)은 도 15에 도시된 바와 같이 각 주파수 마다 플롯되고, 도 14에 도시된 종래 기술의 폴리카보네이트 디스크의 그것과 비교된다.
물론, 샌드위치 구조의 복합 디스크의 값은 단일 기판(single substrate)인 경우보다 수치가 저하되고 있지만, 복합 디스크의 내부 손실은 종래 디스크의 내부 손실보다 크고, 디스크를 진동(oscillating)시켜 얻어진 공진 특성도 종래의 도 14와 본 발명의 실시예의 도 15를 비교하면, 본 발명의 실시예에서는 종래 디스크보다도 크게 개선되고 있다. 또한, 본 발명의 디스크의 3층 구조는 스킨층의 각각의두께가 0.3mm이고, 코어층의 두께가 0.6mm인 완전한 샌드위치 구조였다.
3. 샌드위치 성형에 의해 중량이 경감된 디스크형 정보 기록 매체의 실시예
[스킨층에 대한 재료]
제오넥스 (니폰 제온 주식회사제)
등급 : E280R
비중(specific gravity) = 1.01
(폴리카보네이트의 비중 = 1.20)
굴곡 탄성률 = 21,000 kgf/cm2
흡수율 < 0.01%
[코어층의 재료]
다음의 첨가물이 30% 첨가된 등급 E280R 제오넥스
첨가제 : 고밀도 0.2g/cm3의 페라이트계 과조제(過助劑;filler aid)
(상표명 : 로카헬프, 미쯔이 마이닝 & 스멜팅 주식회사제)
[성형 절차]
스킨층의 수지를 상기한 바와 같은 방식으로 쇼트-슛으로 사출한다.
스킨층의 수지의 사출량은 디스크 전체 중량의 대략 40%였다.
다음에, 스킨층이 고화되지 않는 0.02 ~ 0.5초 내에 코어층의 수지가 사출되어 샌드위치 구조를 얻는다. 이때 얻어진 샌드위치 구조의 각 스킨층의 두께는0.3mm였다.
[성형 조건]
몰드 온도 : 130℃
수지 온도 : 몰드(71A) 측에서 320℃
몰드(71B) 측에서 320℃
사출 속도 : 몰드(71A) 측 = 평균 140mm/초
몰드(71B) 측 = 평균 160mm/초
냉각 시간 : 9초
이에 따라 얻어진 샌드위치 구조 디스크의 중량은 종래 기술의 폴리카보네이트 디스크에 비해 40% 정도 경감되었다.
12cm 사이즈 1.2mm 두께인 디스크의 중량의 비교
(1) 종래의 폴리카보네이트 디스크의 종래 기술 : 평균 16.1 g/매
(2) 제오넥스로 제조된 단체인 디스크 : 평균 13.85 g/매
(3) 샌드위치 구조의 디스크 : 평균 9.46 g/매
이와 같이 하여, 종래 기술의 디스크보다 큰 강성을 나타내며, 하나의 수지 또는 하나의 복합 재료를 사용하는 것만으로는 얻어지지 않았던 특성인, 양호한 기계적 특성이 조화되어 요철에 대한 고전사 특성이 얻어지는 평판 디스크(flat disk ; 정보 기록 매체)를 제공할 수 있다.
종래 기술의 디스크는 열과 막응력(film stress), 보호막의 수축 응력, 그리고 성막시의 온도/습도에 대해 그 평탄성을 유지하는 것이 곤란하지만, 본 발명의 디스크는 고강성을 갖는 코어층을 삽입함으로써 상기 요인들에 대해 그 평탄성을 상당히 유지할 수 있다.
매체의 회전시 야기된 플레인 런아웃(plane runout)으로 인한 공진을 억제할 수 있는 고 댐핑 특성을 갖는 수지로 중간층 또는 코어층이 형성되는 정보 기록 매체의 경우, 매체가 고속으로 회전하는 경우에도 공진의 발생을 억제할 수 있다.
댐핑 특성을 개선할 수 있는 폴리머, 또는 충전제 혼합 복합 수지로 중간층이 형성되는 정보 기록 매체의 경우, 하나의 재료를 사용하는 것으로는 서로 호환되지 않던 특성이 서로 호환가능하게 될 수 있다. 예를 들어, 충전재 등의 첨가제를 함유하고 있는 종래 기술의 고 강성 단일 재료를 이용하는 것으로는 얻을 수 없었던 0.5μm 피치와 150nm 깊이의 요철 형태의 신호가 전사되고 고강성이 주어지는 디스크를 얻을 수 있다.
또한, 고 애스펙트비를 갖는 평판형 재료가 중간층 또는 그 강성을 향상시키기 위한 코어층에 대한 응력 변형을 견딜 수 있도록 강성을 증가시키는 충전재로서 부가될 수도 있다. 애스펙트비는 충전재의 직경에 대한 길이의 비이며, 수지의 강성은 수지에 첨가된 충전재의 애스펙트비에 좌우된다. 예를 들어 구형의 충전재가 소정량 부가되는 작은 작은 애스펙트비를 갖는 충전재에 대한 수지는, 예를 들어 평판형 충전재가 동일한 양으로 부가되는 고 애스펙트비의 충전재에 대한 동일한 양의 수지보다 강성이 낮다.
고 애스펙트비를 갖는 충전재로는, 평판형 충전재와 섬유형 충전재가 알려져있다. 그러나, 섬유형 충전재는 고 이방성을 갖기 때문에 바람직하지 않다. 보다 구체적으로는 이러한 충전재가 첨가되는 수지를 사용하는 디스크 기판을 성형하는 경우에는, 주변 방향의 수축비가 방사 방향의 비와는 다르기 때문에 기판의 프로펠러형 변형을 피할 수 없다. 따라서, 고 애스펙트비를 가지며 코어층을 형성하는 수지에 대해 작은 이방성을 갖는 평판형 충전재를 첨가하는 것이 바람직하다.
고 애스펙트비를 갖는 충전재의 예는 다음과 같다.
평판형 글래스 마이카 탤크 글래스 섬유 (MF)
평균 길이 (L)평균 직경 (D) 405 400.5 - 0.8 2 - 30.2 - 0.3 259
L/D 6 - 9 50 - 80 6 - 9 2 - 3
상기 표에서 심벌 L/D는 애스펙트비이고; L은 충전재의 평균 길이이며; D는 충전재의 직경이고; MP는 섬유를 미세하게 절단함으로써 얻어지는 분쇄된 섬유에 대한 약어(abbreviation)이다. 글래스 섬유 또는 탄소 섬유가 첨가되는 수지를 성형하는 경우에, 방사 방향의 성형 수축은 주변 방향의 수축과는 상이하므로 프로펠러형 변형을 초래한다.
또한, 발포체(foam)와 같은 충전재가 부가되는 수지로 형성되는 중간층 또는 코어층을 사용함으로써 그 중량이 감소되는 정보 기록 매체의 경우, 매체의 회전시 스핀들에 가해지는 로드를 완화시키는 것이 가능하다.
특정 용어를 사용하면서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였지만, 이러한 설명은 단지 예시를 위한 것일 뿐이며, 첨부한 청구범위의 취지와 범위를 벗어나지 않는 다양한 변형 및 변경 실시가 행해질 수도 있음을 이해할 것이다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 정보 신호를 기록하는 경우, 그 정보 신호를 충분히 전사할 수 있고, 더욱이 고속 회전시의 공진을 억제하여 내구성을 높일 수 있다.

Claims (10)

  1. 디스크형 정보 기록 매체에 있어서,
    기판과;
    상기 기판 상에 제공되어, 정보 신호를 기록하기 위한 기록층과;
    상기 기록층 상에 적층된 광 투과층
    을 포함하되,
    상기 광 투과층측으로부터 광을 상기 기록 매체 상에 입사시킴으로써 정보 신호가 상기 기록 매체에 기록되거나 상기 기록 매체로부터 재생되며,
    상기 기판은,
    수지로 이루어진 코어층; 및
    수지로 이루어지며 상기 코어층과 일체로 형성된 표면층 - 상기 표면층은 그 일측면 상에 상기 기록층측의 요철 형태의 정보 신호들을 갖고, 상기 표면층과 상기 코어층이 동일한 온도에서 용융된 상태에 있는 경우에 상기 코어층보다도 큰 유동성을 가짐 -
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 정보 기록 매체.
  2. 제1항에 있어서, 상기 기판의 상기 표면층을 형성하는 상기 수지는 0.3% 이하의 흡수율을 갖는 수지인 것을 특징으로 하는 정보 기록 매체.
  3. 제1항에 있어서, 상기 기판의 상기 코어층을 형성하는 상기 수지는 상기 정보 기록 매체의 회전에 의해 생기는 공진 현상을 억제하기 위한 진동 댐핑 수지(vibration damping resin)인 것을 특징으로 하는 정보 기록 매체.
  4. 제3항에 있어서, 상기 진동 댐핑 수지는 폴리머와 충전재를 함유하는 복합 재료(composite material)인 것을 특징으로 하는 정보 기록 매체.
  5. 제1항에 있어서, 애스펙트비가 높은 평판형(plate-like shapes) 재료가 상기 기판의 상기 코어층을 형성하는 상기 수지에 충전재로서 첨가되는 것을 특징으로 하는 정보 기록 매체.
  6. 제1항에 있어서, 중공체(hollow) 또는 발포체(foam) 형태의 충전재가 상기 기판의 상기 코어층을 형성하는 상기 수지에 첨가되는 것을 특징으로 하는 정보 기록 매체.
  7. 제1항에 있어서, 상기 광 투과층은 광 경화 수지 또는 광학적 투명 수지로 이루어진 시트인 것을 특징으로 하는 정보 기록 매체.
  8. 제1항에 있어서, 상기 코어층을 형성하는 상기 수지는 상기 표면층을 형성하는 상기 수지와 동일하거나 그와 다른 수지에 대하여 강성 특성과 진동 댐핑 특성모두를 제공하는 충전재를 첨가하여 얻어진 혼합물인 것을 특징으로 하는 정보 기록 매체.
  9. 제1항에 있어서, 상기 표면층과 상기 코어층은, 요철 형태의 정보 신호가 상기 표면층의 일측면 상으로 전사되는 방법으로 상기 표면층과 상기 코어층을 동시에 사출 성형함으로써 서로 적층되는 것을 특징으로 하는 정보 기록 매체.
  10. 제1항에 있어서, 상기 표면층은
    상기 코어층의 일측면 상에 형성되며 상기 기록층측의 요철 형태의 정보 신호를 갖는 제1 표면층과;
    상기 코어층의 다른 측면 상에 형성된 제2 표면층을 포함하는
    것을 특징으로 하는 정보 기록 매체.
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