KR20010069012A - 광 디스크 및 그의 스크래치 방지방법 - Google Patents

Abstract

스크래치(scratch) 방지를 위한 광 디스크 및 그의 스크래치 방지방법에 관한 것으로, 정보가 기록된 기록층을 가지며 레이저 빔에 의해 기록층에 정보를 기록 및 재생하며 레이저 빔의 입사면에 보호층이 형성되고 보호층은 아크릴레이트계 수지와 용매의 혼합물이나 광개시제, 아크릴레이트계 단량체 및 저분자량체, 반응형 희석제를 일정한 비율로 혼합한 혼합물로 이루어진다. 여기서, 보호층 중에서, 광 디스크의 외주부에 형성되는 보호층은 보호층을 분리하기 쉽도록 단차를 가지며, 보호층에 스크래치가 발생하면, 보호층을 레이저 빔의 입사면으로부터 분리하여 보호층을 재형성하거나, 보호층을 폴리싱한다. 이와 같이, 제작되는 본 발명은 광 디스크의 레이저 입사면 스크래치로 인한 디스크의 손상과 그에 따른 디스크 수명의 단축 문제를 해결하여 디스크의 수명을 반영구적으로 연장시킬 수 있다.

Description

광 디스크 및 그의 스크래치 방지방법{optical disk and method for protecting scratch of the same}

본 발명은 광 기록 매체에 관한 것으로, 특히 스크래치(scratch) 방지를 위한 광 디스크 및 그의 스크래치 방지방법에 관한 것이다.

일반적으로, 두께 1.2mm, 지름 12cm인 CD의 개발이래, 광 디스크의 기록 밀도를 향상시키기 위한 많은 연구가 이루어졌다.

그 결과, 현재 두께 0.6mm, 지름 12cm의 기판 두 장이 접합된 형태를 기본으로, 기록 밀도를 높이기 위한 다양한 구조를 지닌 DVD-5, DVD-9, DVD-10, DVD-18 타입(수치는 Gigabyte 단위의 기록용량임), 일회 기록 가능한 DVD-R, 재기록이 가능한 DVD-RAM 등 DVD 패밀리의 연구 진행 및 새로운 광 디스크 시장을 형성해 가고 있다.

DVD-5 타입 광디스크의 경우, 편면 4.7Gbyte의 기록 용량을 가지고 있으며, 이것은 CD의 용량 780Mbyte의 약 7배에 상당한다.

기록 밀도의 향상은 광 스팟(spot)의 미소화, 변조 부호나 에러 정정 부호의 신호 처리 효율화 및 광 디스크의 물리적 변화, 즉 피트 크기(pit size), 트랙 피치(track pitch)의 축소, 그리고 광 입사면과 광 반사면 사이의 거리 감소 등에 의해 실현되었다.

광 기록은 잘 알려진 바와 같이 회절한계 광학계에 의해 좁힐 수 있는 레이저 스팟에 의한 비접속 기록 재생을 한다.

광의 스팟 크기는 다음의 식으로 표현된다.

D = 1.22 λ/NA

여기서, D는 스팟 직경, λ는 레이저 파장, NA는 렌즈의 개구수이다.

따라서, 레이저의 파장이 짧고 렌즈의 개구수가 커지면 스팟 사이즈는 작아지며 기록 밀도는 스팟 사이즈의 2승값에 역비례하여 증가한다.

렌즈의 개구수는 CD의 경우 0.45의 값을 갖는 렌즈를 사용하고 DVD의 경우 0.6의 값을 갖는 렌즈를 사용하고 있다.

개구수의 이론 한계는 공기중에서 1이하인데, 종래의 1매 렌즈 구성으로는 렌즈 재료의 굴절율이나 가공법에서의 최대 개구수가 0.7정도가 한계라고 한다.

그러나, 최근 들어서는 1매의 렌즈가 아닌 여러 개의 렌즈를 사용하여 0.7에서 0.95까지 개구수를 실현 가능하게 되었고 고밀도화가 될 수록 고 개구수의 대물렌즈를 요구하고 있다.

한편, 광디스크에 있어서도 광기록 특성을 제약하는 큰 요인은 각종의 수차에 의한 광 스팟의 악화이다.

이러한 광 스팟의 악화는 대물렌즈의 NA를 높이는 것이 기록 밀도의 향상과 관련이 되지만 NA를 높이면 기판이 조금만 기울어도 스팟의 악화가 커지게 된다.

이 원리적 그림을 도 1a 및 도 1b에 나타내었다.

이러한 경사로 인한 광 스팟의 악화는 대물렌즈의 실용적인 NA 한계를 결정하기 때문에 CD의 경우는 디스크의 두께를 1.2mm로 하였으며, DVD에 있어서는 디스크의 두께를 0.6mm로 하여 원리적으로는 1.77배의 기록 밀도 향상을 가져왔다.

광디스크의 소재로는 글래스(glass), PMMA(polymetamethylacrylate), PC(polycarbonate), 에폭시(epoxy) 수지, 비결정성 폴리올레핀(polyolefin) 등이 사용되었으나 현재 LD(laser disc)를 제외한 대부분의 광디스크용 재료는 PC를 사용하고 있다.

광디스크 기판으로 사용되는 재료들은 다음과 같은 특성을 만족해야 한다.

첫째, 레이저 파장의 약 85% 이상의 광선 투과율을 갖도록 투명성이 좋아야 한다.

둘째, 성형 가공성이 우수하여 미세한 피트(pit)를 충실히 메울수 있도록 전사성이 좋아야 한다.

셋째, 배향 복굴절이 작아야 한다.

넷째, 에러(error)의 원인이 되는 마이크론(micron) 크기의 먼지가 극히 작아야 한다.

다섯째, 내열성, 내습성이 우수해야 하고 환경 변화에 대한 휘어짐과 치수 변화 등이 적어야 한다.

여섯째, 기록막과 접합성이 우수하여 밀착이 잘 되어야 한다.

일곱째, 사출기 종류에 따라 용융 특성이 둔감해야 한다.

여덟째, 수지 칩에서 미세한 분말 등이 발생되지 말아야 한다.

아홉째, 수지 자체에 정전기가 없어야 한다.

열째, 금형에서 박리가 잘되어야 한다.

이러한 기판 재료로서 PC 수지는 위의 여러 요구 특성 중에서 저 복굴절성과 저 먼지(dust)화가 특히 중요시 되며, 또한 고밀도화가 되어가면서 전사성을 좋게 하기 위하여 PC의 저 분자량화가 이루어 졌으며, 현재 보통 점도 평균 분자량이 14,000 ∼ 16,000 정도의 저 분자량 PC가 광디스크의 기판 재료로 사용된다.

이러한 광디스크는 고밀도화로 발전되어 가면서 PC 수지의 광학적 특성과 전사성 등에 중점을 두어 PC를 개발 발전시켰으며 실제로 고밀도화하는데 지대한 공헌을 하였다.

그러나, 이러한 PC 재료의 발전은 고밀도화가 요구되면서 수지의 유동성을 좋게 하기 위하여 보통 점도 평균 분자량이 낮아지면서 광 디스크의 하드니스(hardness) 특성은 나빠지게 된다.

광 디스크에 있어서 스크래치는 크게 3가지로 구분할 수 있다.

첫째는 사용자가 먼지나 지문 등을 제거하기 위하여 면포나 휴지 등으로 닦아낼 때 발생하는 스크래치이고, 둘째는 케이스에 넣거나 뺄 때 또는 플레이어나 드라이브에 장착 실수를 할 때 발생하는 스크래치이며, 셋째는 광 픽업이 포커싱을 하기 위하여 상하로 움직이는 도중에 발생하는 스크래치이다.

이중에서도 대부분은 광디스크 제조 후 사용자의 부주의, 즉 먼지나 지문 등을 제거하기 위하여 닦아낼 때에 발생하는 확률이 가장 높은 불량 중의 하나로 대물렌즈의 NA가 높아지고 광디스크의 레이저 입사면과 반사면 사이의 거리가 짧아질수록 에러의 발생확률이 높아진다.

이 원리에 대한 그림을 도 2 및 도 3a 내지 도 3c에 나타내었다.

그러나, 여러 면에서 성능이 향상된 광디스크 제조용 PC 재료는 광디스크 제조시 발생할 수 있는 문제에 대해서만 재료적인 측면에서 해결하기 위한 방향으로 개발되었지 사용자가 광디스크를 사용하면서 발생할 수 있는 광디스크의 레이저 입사면의 스크래치에 대해서는 전혀 고려되지 않았다.

따라서, 광디스크 렌탈 시장이 형성되고 있는 시점에서 사용자의 부주의 등에 의한 광디스크 표면 손상은 광디스크 시장 확장에 앞서 꼭 해결해야 할 문제이다.

종래의 방법에 의하면 광투과층면에 흠집에 강한 물질을 코팅하는 것이었으나, 이러한 경우에도 생겨나는 스크래치에 의한 디스크 수명의 단축을 해결할 수 없다.

본 발명의 목적은 광 디스크의 스크래치 등에 의한 디스크 수명 단축을 방지하여 반영구적으로 사용할 수 있는 광 디스크 및 그의 스크래치 방지방법을 제공하는데 있다.

도 1a 및 도 1b는 광디스크 경사에 의한 광 스팟의 악화를 보여주는 도면

도 2는 일반적인 광디스크의 구조 및 그의 표면에 발생된 스크래치를 보여주는 도면

도 3a 내지 도 3c는 일반적인 광디스크에서 레이저 빔 입사면과 반사면 사이의 거리에 따른 스크래치 영향을 보여주는 도면

도 4는 기판의 두께에 따른 굴절률의 변화를 보여주는 그래프

도 5는 본 발명에 따른 광 디스크의 보호층 형성시, 연쇄 중합 반응에 의한 경화 구조를 보여주는 도면

도 6은 본 발명에 따른 광 디스크의 보호층을 제조하는 장치를 개략적으로 보여주는 도면

본 발명에 따른 광 디스크는 정보가 기록된 기록층을 가지며, 레이저 빔에 의해 기록층에 정보를 기록 및 재생하며, 레이저 빔의 입사면에 보호층이 형성되고 보호층은 아크릴레이트계 수지와 용매의 혼합물이나 광개시제, 아크릴레이트계 단량체 및 저분자량체, 반응형 희석제를 일정한 비율로 혼합한 혼합물로 이루어진다.

여기서, 보호층 중에서, 광 디스크의 외주부에 형성되는 보호층은 보호층을 분리하기 쉽도록 단차를 갖는다.

본 발명에 따른 광 디스크의 스크래치 방지방법은 보호층에 스크래치가 발생하면, 보호층을 레이저 빔의 입사면으로부터 분리하여 보호층을 재형성하거나, 보호층을 폴리싱한다.

여기서, 재형성되는 보호층은 레이저 빔의 입사면에 아크릴레이트계 수지를 용매에 녹여 스핀 코팅(spin-coating)하고, 용매를 건조시켜 형성한다.

그리고, 폴리싱하는 보호층은 레이저 빔의 입사면에 광개시제, 아크릴레이트계 단량체 및 저분자량체, 반응형 희석제를 일정한 비율로 혼합한 혼합물을 스핀 코팅하고, 혼합물을 자외선 경화하여 형성한다.

이와 같이, 제작되는 본 발명은 광 디스크의 레이저 입사면 스크래치로 인한 디스크의 손상과 그에 따른 디스크 수명의 단축 문제를 해결하여 디스크의 수명을 반영구적으로 연장시킬 수 있다.

본 발명의 다른 목적, 특징 및 잇점들은 첨부한 도면을 참조한 실시예들의 상세한 설명을 통해 명백해질 것이다.

상기와 같은 특징을 갖는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 첫 번째 방법은 표면 보호층을 스핀 코팅한 후, 경화시키고, 디스크 사용 중 디스크 표면에 스크래치가 생겨 재사용이 필요한 경우, 폴리싱(polishing)하여 기판의 두께를 두께 마진(margin) 이내로 유지함으로써, 광 디스크의 재사용이 가능하며, 기판의 두께 마진을 벗어나는 경우, 다시 스핀 코팅함으로써 기판의 두께를 재조정하는 방법이다.

그리고, 두 번째 방법은 표면 보호층을 스핀 코팅하고 건조시킨 후, 사용 도중, 표면에 스크래치가 생겨 재사용이 필요한 경우, 코팅된 보호층을 떼어 내어 기판의 두께를 두께 마진 내로 유지함으로써 재사용이 가능하며, 기판의 두께 마진을 벗어나는 경우, 다시 스핀 코팅함으로써 기판의 두께를 재조정하는 방법이다.

이 때, 보호층을 떼어 내는 경우, 분리가 쉽도록 하기 위해 기판상의 데이터영역 외주, 즉 반경 약 58∼60mm 영역에 면진 특성을 고려하여 원주상으로 부분적인 단차를 주어 기판을 제조한다.

일반적으로, 기판으로 사용되는 폴리카보네이트의 광학적 특성을 고려해 보면, 굴절률이 약 1.55±0.10 이내이므로, 이 투명 기판 위에 올려질 물질의 굴절률도 이 값을 만족해야 한다.

도 4은 기판의 두께에 따른 굴절률의 변화를 보여주는 그래프로서, 도 4에 도시된 바와 같이 DVD의 경우, 굴절률 범위인 1.45∼1.65에 해당하는 기판의 두께는 약 0.570∼0.643 범위 값에 해당함을 알 수 있다.

본 발명은 도 2에 도시된 바와 같이, 레이저 빔 입사면 위에 보호층이나 보호 필름이 형성되는데, 이 보호층이나 보호 필름의 두께를 고려하여 기판의 두께를 허용 범위 내에서 변화를 주어 제작한다.

본 발명을 좀 더 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 두 가지 방법으로 제작하여 스크래치를 방지할 수 있다.

첫 번째 방법은 자외선 경화가 가능한 하드 코팅(hard coating) 물질 역할을 하는 광개시제(photoinitiator), 광중합(경화) 대상인 아크릴레이트(acrylate)계 단량체(monomer) 및 저분자량체(oligomer), 반응형 희석제를 일정한 비율로 혼합한 물질을 스핀 코팅한 후, 자외선(UV)을 조사하여도 5에 도시된 바와 같이, 연쇄 중합 반응(radial transfer polymerization)을 통해 경화시키고, 사용 중 디스크 재생을 방해하는 스크래치가 생기는 경우, 스크래치가 없어지는 만큼만 폴리싱하는 방법이다.

그러나, 여러 차례의 폴리싱 결과, 기판의 두께가 굴절률 범위를 만족하는 최소 두께인 약 0.570mm 이하가 될 때, 다시 스핀 코팅을 함으로써, 재사용이 가능하게 한다.

그리고, 보호 필름이 코팅될 기판의 두께가 약 0.570mm로 제조된 경우, 경화층의 두께는 약 1∼73㎛ 범위 내에서 조절될 수 있다.

그리고, 두 번째 방법은 폴리카보네이트와 유사한 광특성을 갖는 아크릴레이트(acrylate)계 수지를 용매에 녹여 스핀 코팅한 후, 고속의 회전수에서 용매를 건조시켜 필름 형태로 만든다.

수지량과 용매의 비율에 의해 얻어지는 다양한 농도 범위에 따라 회전수 범위도 다양해진다.

보호 필름이 코팅될 기판의 두께가 약 0.570mm로 제조된 경우, 보호 필름의 두께는 약 1∼73㎛ 범위 내에서 조절될 수 있으며, 디스크 재생을 방해하는 스크래치가 생기게 되면 보호 필름을 떼어 내고 다시 보호 필름을 스핀 코팅함으로써, 광 디스크의 재사용이 가능하다.

여기서, 보호 필름을 기판으로부터 떼어내는 경우, 분리가 쉽도록 하기 위해 기판상의 데이터 영역 밖 반경 58∼60mm에 면진 특성을 고려하여 원주상으로부터 부분적인 단차를 주어 사출한다.

한편, 상기의 두 방법은 장비 하나에서 모두 해결할 수 있다.

도 6은 본 발명에 따른 광 디스크의 보호층을 제조하는 장치를 개략적으로 보여주는 도면이다.

기판 위에 보호막을 필름 형태로 만드는 본 발명의 첫 번째 방법은 도 6에 도시된 바와 같이 아크릴레이트계 수지와 용매와의 혼합액이 저장된 용기로부터 디스펜서(dispenser)를 통해 스핀 코팅부에 올려진 기판 위로 혼합액이 원주상에 분사되고, 스핀 트레이(spin tray)가 일정한 회전수로 회전함에 따라 코팅 및 건조되어 공정이 끝난다.

그리고, 본 발명의 두 번째 방법은 도 6에 도시된 바와 같이 광개시제, 광중합(경화) 대상인 아크릴레이트계 단량체 및 저분자량체, 반응형 희석제를 일정한 비율로 혼합한 물질이 상기와 동일한 방법으로 스핀 코팅된 후, UV 램프(lamp)를 거치게 되면 공정이 끝난다.

그러나, 사용 중 스크래치가 발생하게 되면, 스크래치 복구를 위해 기판을 폴리싱부에 놓고 폴리싱을 행한다.

본 발명에 따른 광 디스크 및 그의 스크래치 방지방법에 있어서는 다음과 같은 효과가 있다.

본 발명은 사용자가 디스크를 사용하면서 발생할 수 있는 광디스크의 레이저 입사면 스크래치로 인한 디스크의 손상과 그에 따른 디스크 수명의 단축 문제를 해결함으로써, 디스크의 수명을 반영구적으로 연장시키는 효과가 있다.

따라서, 본 발명은 광 디스크 렌탈 시장이 형성되고 있는 시점에서, 광 디스크의 시장 확보를 위해 필히 해결해야 할 사항이다.

이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다.

따라서, 본 발명의 기술적 범위는 실시예에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의하여 정해져야 한다.

Claims (5)

1. 정보가 기록된 기록층을 가지며, 레이저 빔에 의해 상기 기록층에 정보를 기록 및 재생하는 광 디스크에 있어서,

   상기 레이저 빔의 입사면에 보호층이 형성되고, 상기 보호층은 아크릴레이트계 수지와 용매의 혼합물이나, 광개시제, 아크릴레이트계 단량체 및 저분자량체, 반응형 희석제를 일정한 비율로 혼합한 혼합물로 이루어지는 것을 특징으로 하는 광 디스크.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 보호층 중에서, 상기 광 디스크의 외주부에 형성되는 보호층은 단차를 갖는 것을 특징으로 하는 광 디스크.
3. 레이저 빔의 입사면에 보호층을 갖는 광 디스크의 스크래치 방지방법에 있어서,

   상기 보호층에 스크래치가 발생하면, 상기 보호층을 상기 레이저 빔의 입사면으로부터 분리하여 상기 보호층을 재형성하거나, 상기 보호층을 폴리싱하는 것을 특징으로 하는 광 디스크의 스크래치 방지방법.
4. 제 3 항에 있어서, 상기 재형성되는 보호층은

   상기 레이저 빔의 입사면에 아크릴레이트계 수지를 용매에 녹여 스핀코팅(spin-coating)하는 단계;

   상기 용매를 건조시키는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 광 디스크의 스크래치 방지방법.
5. 제 3 항에 있어서, 상기 폴리싱하는 보호층은

   상기 레이저 빔의 입사면에 광개시제, 아크릴레이트계 단량체 및 저분자량체, 반응형 희석제를 일정한 비율로 혼합한 혼합물을 스핀 코팅하는 단계;

   상기 혼합물을 자외선 경화하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 광 디스크의 스크래치 방지방법.