KR20060094084A - 고도로 착색된 ｄｖｄ의 제조 방법 - Google Patents

고도로 착색된 ｄｖｄ의 제조 방법 Download PDF

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반디타 파이-파란자페
필립페 스코틀랜드
버기스 토마스
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제너럴 일렉트릭 캄파니
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Abstract

본 발명은 고도로 착색된 광학 디스크 및 이의 제조 방법에 관한 것이다. 예를 들어, 본 발명은 그 사이에 배치된 결합 층 및 데이터 층을 포함하는 DVD 조성물에 관한 것으로, 이때 기판중 하나 이상은 광학 품질의 폴리카본에이트 수지 및 고도로 착색된 폴리카본에이트의 0.1 내지 0.4중량%의 착색제 배합물을 포함하는 고도로 착색된 폴리카본에이트를 포함하는 판독면 기판이다.

Description

고도로 착색된 ＤＶＤ의 제조 방법{METHOD FOR MAKING HIGHLY COLORED DVDs}
본 발명은 데이터 저장 매체, 특히 고도로 착색된 데이터 저장 매체 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
본원은 본원에 참고로 인용된 미국 특허 가출원 제 60/514,230 호(2003년 10월 24일자 출원)에 기초한 우선권을 주장한다.
디지털 다목적 디스크(또는 DVD)는 CD보다 상당히 더 많은 저장 용량을 제공하여, 8시간까지의 비디오/오디오 콘텐츠를 높은 디지털 품질로 기록할 수 있다. 이 때문에, DVD 시장 규모는 꾸준히 성장하고 있다. 시장에서 판매되는 DVD의 수는 2004년까지 약 40억개에 달할 것으로 예상된다.
CD와 동일한 전체 치수를 갖는 디스크에서 높은 저장 밀도를 달성하기 위하여, 디스크 구조는 변화되어 왔다. 가장 기본적이고 가시적인 차이는 DVD가 더 이상 1.2mm 두께의 플라스틱 기판 하나로 제조되지 않고, 0.6mm 두께의 반쪽 2개가 함께 결합되어 제조된다는 것이다["DVD Demystified", 짐 테일러(Jim Taylor) 편집, McGraw Hill, 1998]. 또한, 판독 레이저 파장이 CD의 경우 스펙트럼의 근적외 선 부분에 위치하는 780nm에서 DVD의 경우 가시광 스펙트럼에 위치하는 635 또는 650nm로 변화되었다. DVD 포맷(DVD-5, DVD-9, DVD-10, DVD-14, DVD-18, DVD-R, DVD-RW 등)의 유형에 따라, 구조는, DVD-R 및 DVD-RW와 같은 기록가능한 포맷은 말할 것도 없고, 단일면/단일 층(DVD-5)으로부터 이중면/이중 층(DVD-18)으로 상당히 변화될 수 있다. 광학 매체 협회(Optical Media consortium)에 의해 부여되는 엄격한 명세 사항(1.20mm DVD-판독용 디스크의 경우 정보 및 통신 시스템 표준화를 위한 유럽 협회("ECMA") 명세 사항 #267) 때문에 DVD를 제조하기가 어려워졌다. 한 명세 사항에서는 DVD가 모두 온도 및 습도 환경 노화 후에도 280 미만의 PISUM8 시험값(판독 에러의 측정)을 나타내어야 한다고 규정하고 있다. 그러나, 대부분의 광학 디스크 제조업체는 더욱 엄중한 조건을 갖고 있으며, 약 140보다 큰 초기 PISUM8 값(평균값 50 미만)을 용인하지 않는다.
기판의 광학 특성이 DVD에 대한 유일한 조건은 아니다. 예를 들면, 데이터 피트(pit)의 크기가 CD보다 DVD에서 훨씬 더 작은데, 이는 DVD가 CD보다 수지 품질(불순물)에 대해 더욱 민감함을 의미한다. 뿐만 아니라, DVD의 보다 얇은 게이지(1.2mm 대신 0.6mm) 때문에, DVD는 또한 CD보다 성형하기가 더욱 어렵다. 따라서, DVD를 제조하는데 사용되는 수지의 레올로지(유동 특징)가 중요하며 엄격하게 제어되어야 한다. 또한, 디스크 몸체 두께의 불균일성도 또한 광학 디스크의 결함의 원인이 된다. DVD는 더 얇고 가시광 스펙트럼에서 판독될 뿐만 아니라 통상적인 CD보다 더 높은 회전/주사 속도에서 판독되기 때문에 이러한 결함의 존재에 대해 훨씬 더 민감하다. 가장 진보된 다층 DVD 포맷(즉, DVD-9, DVD-14 및 DVD-18) 은 2개의 피트 층에 수반되는 완전 반사성 층과 반-반사성 층의 존재로 인해 제조시 가장 높은 난이도를 나타낸다. 단일 층 DVD 포맷(즉, DVD-5 및 DVD-10)은 반-반사성 층을 갖지 않고, 1개의 피트 층만 함유한다. 디스크 구조의 차이 때문에, 단일 층 디스크와 다층 디스크의 반사율 조건은 매우 상이하다.
이용가능한 착색제의 다양한 품질 때문에 착색된 수지가 기판 층에 사용될 때 고품질 DVD 제조의 어려움이 더욱 커진다. 이 때문에, DVD는 통상 착색된 수지로 제조되지 않는다. 최근, 신규 DVD 제품이 EZ-D(상표명)라는 상표명으로 시장에 도입되었다. 이 DVD는 빌려온 DVD 포맷의 필름의 작동가능한 시간을 한정하기 위하여 특수 착색제를 사용한다. 포장으로부터 꺼낸지 수시간 후면, 디스크 색상이 적색에서 흑색으로 변화되어 레이저에 의한 데이터의 판독이 방지되며, 디스크가 작동불가능해진다. 착색제의 이러한 특수한 용도를 제외하고는, 금속화에 의해 색상 효과가 달성될 때(즉, 데이터 층)를 빼면 착색된 DVD를 시장에서 통상적으로 구입할 수 없다. 예를 들어, 전형적인 알루미늄 반사 층 대신 금을 사용할 때 금색 디스크가 수득되고, 마찬가지로 은 또는 은 합금으로 밝은 은색 외관이 수득된다. 또한, DVD는 DVD의 사용 동안 판독하고자 하지 않는 기판에 착색제를 갖는 단일면 포맷으로 이용되었다. 착색된 CD도 공지되어 있으며 소니 플레이스테이션(Sony Playstation) I 및 II 게임 콘솔용으로 시판되고 있다. 이들 CD는 판독면 기판에 0.13중량%의 최대 염료 부가량을 갖는다.
시장에서 현재 발견되는 DVD는 투명한(무색) 수지로 주로 제조된다. 이들 디스크는 80℃ 및 85% 상대 습도(RH)에서 4일동안 노화시킨 후에도 우수한 광학/전 기적 특성(반사율, 지터(jitter), 패리티(parity) 내부(PI) 에러, 복굴절률 등), 및 우수한 기계적 특성(방사상/접선 방향/수직 틸트)을 나타낸다. 심미적으로 매력적인 제품을 갖고자 하는 소비자의 높은 흥미에도 불구하고, 고도로 착색된 DVD가 시장에 존재하지 않는 것은, 제조되는 고도로 착색된 DVD가 광학 매체 산업에서 요구되는 광학 및 전기적 특성과 노화 특징을 일관되게 충족시킬 것을 보장하는 신뢰성 있는 수단이 없기 때문에 나타난 결과이다.
일반적으로, DVD에서 심미적으로 매력적인 외관을 달성하기 위해서는, 착색제의 유형 및 목적하는 외관에 따라 수지의 중량에 대해 0.15중량%보다 많은 착색제 부가량이 필요하다. 그러나, 착색제는 불순물 함량, 특히 금속 불순물 함량 면에서 광범위하게 변한다. 높은 착색제 부가량에서, 이들 금속 불순물은 고도로 착색된 DVD의 단기 특성 및 장기 노화 특징에 불리하게 영향을 끼칠 수 있다.
착색제 및 DVD에 유용한 고도로 착색된 수지 배합물에 존재하는 금속 불순물은 2가지 부류에 속한다: 10㎛보다 큰 불순물, 및 10㎛보다 작거나 고도로 착색된 수지 배합물에 가용성인 것. 당업자는 수지의 용융 압출 동안 약 10㎛의 스크린 크기를 갖는 일련의 용융 필터를 사용하여 10㎛보다 큰 금속 불순물을 제거할 수 있다. 10㎛보다 작거나 고도로 착색된 수지 배합물에 가용성인 금속을 제거하기는, 이들 입자가 압출 공정동안 통상적인 압출 필터를 통해 통과해버리기 때문에, 훨씬 더 어렵다. 매우 미세한 메쉬 크기의 특수 압출 필터는 매우 작은 금속 입자를 더 많이 제거할 수 있으나, 이들의 사용에 따라 심각한 제조 속도 상의 불리함이 야기될 수 있으며, 이로 인해 고도로 착색된 수지 배합물의 제조 비용이 엄청나 게 비싸질 수 있다. 또한, 금속 불순물이 고도로 착색된 수지 배합물에 가용성인 경우, 이들은 임의의 여과 방법에 의해 제거될 수 없다.
DVD에 사용하기 위한 고도로 착색된 수지를 제조하고자 하는 수지 제조업체에서 이용할 수 있는 다른 해결책은 전자 용도로 사용되는 것과 같은 고도로 정제된 염료를 사용하는 것이다. 이러한 염료는 10ppm 이하의 금속 불순물을 갖는다. 그러나, 이 해결책은 DVD에 사용하고자 하는 고도로 착색된 수지 배합물에 매우 높은 비용을 부가한다. 뿐만 아니라, 전자 등급 염료는 한정된 색상으로만 입수될 수 있다.
발명의 개요
본원은 고품질의 고도로 착색된 DVD를 제조하는 경제적인 방법 및 고도로 착색된 DVD 제품에 관한 것이다. 다양한 DVD 구조가 본원에 참고로 인용된 미국 특허 제 6,475,588 호에 도시되어 있다.
방법의 한 예는 광학 품질의 폴리카본에이트 수지를 착색제 배합물과 혼합하여, 착색제 배합물이 고도로 착색된 폴리카본에이트 혼합물의 0.15중량%보다 많은 양으로 존재하는 고도로 착색된 폴리카본에이트 혼합물을 제조함을 포함한다. 고도로 착색된 폴리카본에이트 혼합물중 착색제 배합물로부터의 금속 불순물의 함량은 전형적으로 1.90ppm 미만이고 0.04ppm보다 많다.
다른 방법 예는 유사하게 광학 품질의 폴리카본에이트 수지를 착색제 배합물과 혼합하여, 착색제 배합물이 고도로 착색된 폴리카본에이트 혼합물에 0.15중량% 보다 많은 양으로 존재하는 고도로 착색된 폴리카본에이트 혼합물을 제조함을 포함한다. 이 예에서, 고도로 착색된 폴리카본에이트 혼합물중 착색제 배합물로부터의 철, 나트륨 및 칼슘 금속 불순물의 총계는 1.90ppm 미만이고 0.04ppm보다 많다.
본 발명에 따른 DVD의 예는 제 1 기판, 제 2 기판, 결합 층 및 데이터 층을 포함한다. 제 1 기판 및 제 2 기판은 전형적으로 DVD의 두 주요 외표면을 형성하지만, 이들은 추가의 층으로 임의적으로 덮일 수 있다. 데이터 층 및 센딩(sending) 층은 임의의 순서로 기판 사이에 존재한다. 데이터 층은 의미있는 데이터에 상응하는 형상을 갖는다. 형상은 제 1 기판에 입사하는 레이저 빔의 반사를 검출함으로써 데이터를 판독할 수 있도록 배열된다. 제 1 기판은 상기 기재된 고도로 착색된 폴리카본에이트 혼합물이다. 고도로 착색된 폴리카본에이트 혼합물은 광학 품질의 폴리카본에이트 수지 및 고도로 착색된 폴리카본에이트의 0.15중량% 이상의 양의 착색제 배합물을 포함한다. 총 금속 불순물은 전형적으로 2.8ppm 미만이고 0.5ppm보다 많다. 이들 총 금속 불순물은 광학 품질의 폴리카본에이트 수지에 원래 존재하는 금속 불순물 및 착색제 배합물을 첨가함으로써 도입되는 금속 불순물을 포함한다. 착색제 배합물을 첨가함으로써 도입되는 착색된 폴리카본에이트 혼합물중의 불순물은 전형적으로 1.90ppm 미만이고 0.04ppm보다 많다.
이들 특징 및 다른 특징은 하기 도면의 간단한 설명, 발명의 상세한 설명 및 첨부된 도면으로부터 명백해진다.
도 1은 허용가능한 DVD의 수율(%) 대 고도로 착색된 폴리카본에이트 혼합물중 총 금속 불순물(ppm)의 플롯이다.
도 2는 허용가능한 DVD의 수율(%) 대 고도로 착색된 폴리카본에이트 혼합물중 철, 나트륨 및 칼슘 불순물의 총계(ppm)의 플롯이다.
본원에 사용되는 용어 "DVD"는 현재 시판되고 있거나 또는 디지털 데이터를 저장하기 위하여 추후 상품화되는 광학 매체 포맷(디지털 비디오 디스크)을 일컫는다. 데이터는 전형적으로 비디오에 상응하지만, 음악 또는 컴퓨터 프로그램 또는 다른 데이터일 수도 있다. DVD 포맷은 음악 파일에 전형적으로 사용된 보다 오래된 컴팩트 디스크(CD)보다 더 큰 저장 용량을 갖는다. 이 용어는 현재의 포맷 또는 현재 개발중인 포맷에만 상응하는 것으로 이해되어서는 안된다.
용어 "광학 품질의 폴리카본에이트 수지"는 광학 매체 용도에 사용되는 미립자 및 다른 물질로부터 적어도 충분히 깨끗한 투명 폴리카본에이트 수지를 말한다. 전형적인 시판중인 광학 품질의 폴리카본에이트 수지는 비교적 낮은 용융 점도 및 매우 낮은 염료 수준을 갖는다. 이들은 전형적으로 무색으로 보인다.
본원에 사용되는 용어 "착색제 배합물"은 착색제를 포함하는 물질을 의미한다. 이 물질은 착색제(예컨대, 염료 또는 안료) 또는 예컨대 염료 또는 안료를 포함하는 첨가제 패키지를 포함하는 폴리카본에이트 펠렛 또는 분말 농축물일 수 있다. "첨가제 패키지"는 판매되기 전에 폴리카본에이트 내로 전형적으로 첨가되는(예컨대, 압출에 의해) 상이한 화학물질의 조합을 의미하는 용어이다. 이러한 화학물질은 안정화제, 이형제 등일 수 있다.
본원에 사용되는 용어 "착색제 배합물로부터의 금속 불순물"은 광학 품질의폴리카본에이트 수지에 착색제 배합물을 첨가하여 고도로 착색된 폴리카본에이트 혼합물을 제조하는 상황을 일컫는다. 이 경우, 광학 품질의 폴리카본에이트 수지는 전형적으로 착색제 배합물이 첨가되기 전에도 몇몇 초기 금속 불순물을 함유한다. 생성된 고도로 착색된 폴리카본에이트 혼합물은 이들 초기 불순물과 착색제 배합물에 블렌딩함으로써 도입되는 불순물을 함유한다. 이 구는 착색제 배합물에 의해 고도로 착색된 폴리카본에이트 혼합물 내로 운반되는 추가적인 불순물만을 일컫는다.
본원에 사용되는 용어 "데이터 층"은 디스크에 저장되는 데이터에 상응하는 광학 디스크 부분을 말한다. CD-R 유형의 구조에서, 데이터 층은 데이터가 "기록"될 때 화학적으로 변화되는 홈에 배치된 염료를 포함한다. 대부분의 기본적인 DVD에서, 금속 층은 기판과 인접하고, 데이터 층으로서 인식될 수 있는 물리적으로 분리된 층은 없다. 이러한 디스크는, 본 발명자가 본원에서 이 용어를 "데이터 층은 데이터에 상응하는 형상을 갖는 접합점이다"라고 정의하기 위해 선택한 바, 여전히 "데이터 층"을 갖는다.
이후 본원에 사용되는 용어 "고도로 착색된 폴리카본에이트 배합물"은 사용되는 수지의 중량에 대해 0.15중량%보다 많은 착색제를 함유하는 수지 배합물로서 정의된다.
DVD를 제조하는데 사용될 때, 생성되는 고도로 착색된 DVD의 품질 또는 노화 특징을 위태롭게 하지 않고 고도로 정제된 값비싼 착색제를 사용할 필요가 없는, 고도로 착색된 DVD 기판 수지 배합물을 달성하는 수단을 제공하는 방법을 발견하였다. 분말로서 수지 배합물 내로 블렌딩될 수 있거나 착색제 농축물로서 첨가될 수 있는 하나의 착색제 또는 착색제의 혼합물을 사용하여, 이 방법을 성공적으로 이용할 수 있다. 분말은 착색제의 비교적 순수한 고체 형태이다. 착색제 농축물은 최종 생성물에 사용하고자 하는 것보다 더욱 농축된 형태로 착색제를 포함하는 수지이다.
본원에 기재된 방법을 발견하기 전에, 당업자는 고품질 및 우수한 노화 특징을 갖는 고도로 착색된 DVD를 달성하는데, 약 10ppm 미만의 금속 불순물을 갖는 전자 산업에 사용되는 것과 같은 매우 고순도의 착색제(착색제로부터 유래되는 고도로 착색된 폴리카본에이트 혼합물중 상응하는 금속 불순물 수준이 약 0.04ppm임)가 필요할 것이라고 예측하였다. 이러한 예측과는 달리, 사용되는 착색제가 특정한 총 불순물 수준을 초과하지 않는다면, 더 낮은 순도의 덜 비싼 착색제를 사용하여 허용가능한 DVD를 제조할 수 있음을 발견하였다.
도 1은 고품질 DVD의 수율에 영향을 끼치는 고도로 착색된 수지 배합물중 착색제로부터 유래되는 금속 불순물 수준의 임계값이 존재한다고 하는 놀라운 발견을 도시한다. 10㎛ 필터를 사용하지 않고서 압출기에서 고도로 착색된 수지 배합물을 제조하였다. 혼입물, 표면 스크래치, 결합 결함, 틸트 등과 같은 결함을 측정하고 인라인 공정 수율을 평가하기 위하여 DVD 산업에서 광범위하게 사용되는 인라인 스캐너 닥터 쉥크(Dr. Schenk) 장치를 이용하여, 수지 배합물로부터 제조된 성형된 DVD 상에서 수율을 측정하였다. 용융 여과가 없는 상태에서는 약 20%보다 높은 수율이 허용가능한 수율인 것으로 생각되는데, 용융 필터를 사용하면 이 수율이 90%보다 높게 증가되기 때문이다. 약 20% 이상의 수율을 달성하기 위한 이 임계값은 착색제로부터의 수지 배합물중 총 금속 불순물 약 1.9ppm인 것으로 밝혀졌다. 불순물 수준이 1.9ppm 미만으로 되어야 수율은 순도 증가에 따라 급격히 증가된다. 이 굴절 지점 후에는, 수율이 순도 증가에 따라 급격히 증가된다. 따라서, 이전에 필요할 것으로 생각되었던 전자 등급 염료는 필요하지 않다. 1.5ppm 미만의 총 불순물 수준이 더욱 바람직하다.
도 2는 나트륨, 철 및 칼슘 금속 불순물의 조합에 있어서 더욱 엄격한 임계 금속 불순물 수준이 있다는 추가적인 놀라운 발견을 도시한다. 혼입물, 표면 스크래치, 결합 결함, 틸트 등과 같은 결함을 측정하고 인라인 공정 수율을 평가하기 위하여 DVD 산업에서 광범위하게 사용되는 인라인 스캐너 닥터 쉥크 장치를 이용하여, 수지 배합물로부터 제조된 성형 DVD 상에서 수율을 측정하였다. 약 20%보다 높은 수율이 용융 여과의 부재하에서 허용될만한 수율인 것으로 간주되었는데, 왜냐하면 용융 필터를 사용하면 이 수율이 90%보다 더 높이 증가될 것이기 때문이다. 약 20%보다 높은 수율을 달성하기 위한 이 임계 값은 착색제로부터의 나트륨, 철 및 칼슘을 합쳐서 1.50ppm 미만이었다. 더욱 전형적인 값은 1.25ppm 미만이었다.
따라서, 착색제에 의해 고도로 착색된 수지 배합물에 부여되는 총 금속 불순물이 총 금속 1.9ppm을 초과하지 않도록, 또한 착색제에 의해 고도로 착색된 수지 배합물에 부여되는 나트륨, 철 및 칼슘 불순물의 총량이 1.5ppm을 넘지 않도록 착색제 배합물에 사용될 착색제를 선택함으로써, 고도로 정제된 값비싼 착색제를 사용하지 않고도 고품질 DVD를 제조할 수 있다. 더욱 전형적으로는, 고도로 착색된 수지 배합물은 총 금속 불순물이 1.5ppm을 초과하지 않으며, 총 나트륨, 철 및 칼슘 금속 함량이 1.25ppm 미만이다. 이들 수준은 가장 전형적으로는 각각 1.2ppm 및 1.00ppm 미만이다.
또한, 당업자에게 널리 공지되어 있는 통상적인 10㎛ 필터 및 압출 방법을 이용하여 반응 혼합물을 용융 여과하면, 착색제에 의해 고도로 착색된 수지에 부여되는 총 금속 불순물 함량이 1.9ppm을 초과하지 않고 나트륨, 철 및 칼슘의 합쳐진 총량이 1.5ppm을 초과하지 않는 한, 고도로 착색된 수지 배합물로부터 제조된 DVD의 경우 95% 이상의 수율을 달성할 수 있음도 발견하였다. 상기 수준이 초과되면, 95% 이상의 수율이 달성될 수 없었다.
PISUM8 시험 방법에 의해 결정되는 DVD의 노화 특징은 또한 고도로 착색된 수지 배합물에 존재하는 금속 불순물의 수준에 따라 달라졌다. 1.9ppm의 총 금속 불순물 수준을 초과하거나 1.5ppm의 합쳐진 철, 나트륨 및 칼슘 수준을 초과하는 고도로 착색된 배합물로부터 제조된 DVD는 노화 전에 140 미만의 목적하는 초기 PISUM8 최대값을 달성하지 못하였다.
착색제를 폴리카본에이트 수지와 건식-블렌딩시키거나 압출기에서 미리-화합시켜, 착색제 부가량이 최종 마무리된 광학 품질의 수지의 최종 착색제 부가량의 5 내지 1000배인 착색된 폴리카본에이트(전형적으로는 "농축물" 또는 "마스터배치"라고 함) 수지를 생성시킬 수 있다. 더욱 바람직하게는, "농축물"은 최종 착색제 부가량의 20 내지 400배, 또는 50 내지 200배인 착색제 부가량을 함유한다. 더욱 전형적인 실시태양에서, "농축물"은 펠렛화된 형태이고, 색상 균일성을 보장하기 위하여 중량 측정 공급기를 사용하여 압출 라인으로 직접 공급된다. 착색제가 혼합 요소의 존재하에 2회의 가열 싸이클에 노출될 것이기 때문에 전형적으로 농축물을 사용함에 주의해야 한다. 농축물은 최상의 기계적 분산이 달성되도록 한다. 폴리카본에이트 수지중에서의 불량한 분산은 일부 형광 페릴렌 유도체 같이 300℃보다 높은 융점을 갖는 착색제를 사용할 때 문제가 될 수 있다. 어느 착색제 배합물 또는 착색제 첨가 방법이 이용되든지, 기판의 투명성(예를 들어, 판독 파장에서 약 60% 이상의 투명성)은 공업 품질 규격을 충족시키는 작동가능한 DVD를 제조하기 위하여 유지되어야 한다.
기판의 투명성은 기판에 존재하는 산란 입자의 양 및 크기에 직접 연관된다. 이들 입자가 가시광 파장보다 더 작으면, 산란은 눈에 띄지 않는다. 착색제가 산란 입자의 주요 공급원일 수 있기 때문에, 전형적으로 용융 압출을 이용하여 고도로 착색된 폴리카본에이트 혼합물을 제조한다. 구체적으로는, 용융 필터를 압출기 단부에 고정시킨다. 광학 품질의 폴리카본에이트 수지 및 착색제 배합물은 상이한 압출기(용융 필터가 있거나 또는 없음) 또는 염료 분말 배합물을 사용하여 착색제를 광학 품질의 폴리카본에이트 내로 혼합시킴으로써 미리 제조된 마스터배치일 수 있다. 착색제 배합물은 또한 추가의 첨가제를 포함할 수 있다. 바람직하게는, 여과된 착색제 입자(및 이들의 응집체)의 크기는 약 200nm 이하이다. 약 50nm 이하의 입자(및 응집체) 크기가 전형적이다.
착색제는 또한 착색제가 배치되는 층을 형성하는데 사용되는 물질에 가용화되도록 바람직하게 선택된다. DVD 층에 사용되는 물질에 가용성인 착색제는 염료(예컨대, "솔벤트 염료"), 유기 착색제, 안료 등을 포함한다. 플라스틱에 분산되고 약 200nm 이상의 크기를 갖는 응집체를 형성하지 않는 착색제가 바람직하며, 약 50nm 이하의 응집체 크기가 전형적이다. 몇몇 적합한 착색제는 안트라퀴논, 안트라피리돈, 페릴렌, 페리논, 인단트론, 퀴나크리돈, 잔텐, 옥사진, 옥사졸린, 티오잔텐, 인디고이드, 티오인디고이드, 퀴노프탈론, 나프탈이미드, 사이아닌, 메틴, 락톤, 쿠마린, 비스-벤즈옥사졸릴티오펜(BBOT), 나프탈렌테트라카복실산 유도체, 모노아조 안료, 디스아조 안료, 트라이아릴메테인, 아미노케톤, 비스(스티릴)바이페닐 유도체 등, 및 상기중 하나 이상을 포함하는 조합을 포함하지만, 이들로 한정되지는 않는다.
플라스틱/착색제 조합 및 사용되는 착색제의 양을 결정함에 있어서의 인자는 현재 상기 언급된 DVD 명세 사항(예컨대, 본원에 참고로 인용된 EMCA 명세 사항 #267)에 기초한다. 착색된 다층 DVD에 대한 명세 사항 내의 반-반사성 데이터 층 반사율 및 완전 반사성 데이터 층 반사율을 수득하기 위하여, 광 투과율과 착색제 농도가 균형을 이루어야 한다. DVD 리드백(readback) 레이저 파장에서 제 1 기판을 통한 광 투과율은 바람직하게는 약 60% 이상이다. 착색제 부가량 및 착색제 특성(예를 들어, 스펙트럼 투과 곡선의 형태)은 표적 색상 및 광 투과율에 따라 달라진다.
목적하는 파장에서 높은 흡수율을 갖는 착색제의 선택은 기능성 다층 DVD를 수득할 수 있는 최대 착색제 부가량을 한정한다. 목적 파장에서 더 낮은 흡수율을 갖는 착색제를 더 높은 부가량으로 배합물에 사용할 수 있다(왜냐하면, 이 경우 기능성 디스크에서 표적 색상을 수득하기가 더욱 용이해지기 때문임). 예를 들어, 솔벤트 바이올렛(Solvent Violet) 13은 650nm에서의 그의 더 낮은 흡수율 때문에 청색을 달성하기 위해 솔벤트 블루 97 대신 전형적으로 사용된다. 적절한 착색제의 선택은 본원에 참고로 인용된 미국 특허 제 6,475,589 호에 추가로 논의되어 있다.
고도로 착색된 DVD의 착색제 부가량은 전형적으로 착색제를 포함하는 기판의 총 중량에 기초하여 0.15중량% 이상 또는 0.25중량% 이상 또는 0.35중량% 이상이다. 염료 함량의 허용가능한 상한은 변하며, 허용불가능한 DVD 수율이 달성될 때까지 더욱 많은 양으로 실험함으로써 결정될 수 있다. 3.0중량% 이하, 2.0중량%, 0.5중량% 이하, 또는 0.4중량% 이하의 양으로 착색제를 사용하는 것이 더욱 전형적이다.
전형적인 디지털 다목적 디스크(DVD)는 각각 전형적으로 약 1.0mm 이하, 또는 약 0.7mm 이하의 두께를 갖는 2개의 결합된 플라스틱 기판(또는 수지 층)을 포함한다. 약 0.4mm 이상의 두께가 전형적이다. 대부분의 DVD는 함께 총 두께 1.2mm의 DVD를 형성하는, 각각 0.6mm의 두께를 갖는 2개의 절반으로 제조된다. 하나 이상의 기판은 하나 이상의 데이터 층(예컨대, 3', 5)을 포함한다. 통상적으로 0번 층(또는 L0)으로 불리는 판독 기판은 데이터가 판독되는 디스크 면에 가장 가깝다. 통상 1번 층(또는 L1)으로 불리는 다른 층은 판독 표면에서 더 멀리 위치한다. L0과 L1 사이에 배치되는 것은 전형적으로 접착제 층 및 임의적으로는 보호 코팅 또는 분리 층이다. 단일면 DVD(즉, DVD의 한쪽 면 상에 배치된 단일 표면으로부터 판독되는 DVD)는 리드아웃(readout) 표면 반대쪽 DVD의 후면 보호 기판 상에 배치되는 라벨을 추가적으로 포함할 수 있다. 후면 보호 기판 외부에 추가적인 층이 임의적으로 존재할 수 있다. 어느 경우에나, 현재 공지된 DVD는 모두 적어도 제 1 기판 및 제 2 기판을 갖는다.
단일 데이터 층을 갖는 단일면 DVD(예를 들어, DVD 5, DVD 10)의 경우, 데이터에 상응하는 형상 또는 데이터에 상응하는 특성을 갖도록 변화될 수 있는 화학약품을 갖는 스탬핑된(stamped) 표면은 스퍼티링 또는 다른 침착 방법에 의해 얇은 반사성 금속 층으로 덮여 있다. 이는 전형적으로 약 60 내지 약 100Å 두께의 금속 코팅을 생성시킨다. 단일면 데이터 층 DVD(예컨대, DVD 9, DVD 14, DVD 18)의 경우, 레이저는 제 1 층을 판독할 때에는 제 1 층으로부터 반사될 수 있어야 하지만, 제 2 층을 판독할 때에는 제 1 층을 통과하여(또는 투과하여) 초점이 맞춰져야 한다. 따라서, 제 1 반사 층은 "반-투과성"(즉, 반-반사성)인 반면, 입사 레이저가 만나게 되는 제 2 반사 층은 "완전-반사성"이다. 광학 매체 협회에 의해 설정된 현행 규격하에서, 전기적 매개변수 R14H(ECMA 명세 사항 #267에 기재되어 있음)에 의해 측정될 때 완전-반사성 데이터 층 및 반-반사성 데이터 층의 금속화 조합은 레이저 파장에서 약 18% 내지 약 30%이어야 한다. 유사하게, 단일-층 DVD 포맷의 경우, R14H는 45% 내지 85%이어야 한다. 현재의 DVD에 있어서, 통상적으로 사용되는 레이저 파장은 약 700nm 이하이고, 약 400nm 내지 약 675nm가 전형적이며, 약 600nm 내지 약 675nm가 더욱 전형적이다. 이들 금속화 규격이 무색의 광학 품질의 수지를 사용하는 DVD 데이터 층에 대해 설정된 것이긴 하지만, 착색된 수지를 사용한 DVD 시스템에도 이것이 똑같이 적용된다.
색상을 수지에 첨가하는 경우, 기판을 통한 또는 기판으로부터 반사되는 광 투과가 이루어진다. 다층 DVD의 경우, 반-반사성 층 및 완전 반사성 층 상의 금속화 및 두께는 기판의 광 투과율에 대해 적합하게 조정된다. 반-반사성 데이터 층의 반사율과 금속화 두께의 균형을 맞춤으로써, 또한 완전 반사성 데이터 층의 반사율이 목적하는 명세 사항 내에 있도록 그의 두께를 조정함으로써, 목적하는 반사율을 수득할 수 있다. 이러한 과정은 예를 들어 미국 특허 제 6,475,588 호에 기재되어 있다.
금속, 합금 등과 같은 다양한 반사성 물질을 사용하여 개별적인 데이터 층의 금속화를 수행할 수 있다. 바람직한 금속화 물질은 반-반사성 및/또는 완전 반사성 데이터 층으로서 사용되기에 충분한 반사율을 갖고, 기판 상으로 스퍼터링될 수 있다. 금, 은, 백금, 규소, 알루미늄 등 및 상기 물질중 하나 이상을 포함하는 합금과 조합이 유용한 반사성 물질일 수 있다. 예를 들어, 제 1/제 2 반사성 데이터 층 금속화는 금/알루미늄, 은 합금/알루미늄, 은 합금/은 합금 등일 수 있다.
각 층의 전체적인 반사율에 덧붙여, 후속 층의 충분한 반사율을 보장하기 위하여 후속 반사성 데이터 층 사이의 반사율 차이가 조절되어야 한다. 바람직하게는, 후속 층 사이의 반사율 차이는 5% 이하, 또는 4% 이하, 또는 3% 이하이다. 인접한 반사성 데이터 층 사이의 반사율 차이가 0.5% 이상 또는 1% 이상인 것이 전형적이다. 2개의 층과 관련하여 기재되었지만, 2개보다 많은 층을 사용할 수도 있고 후속 층 사이의 반사율 차이가 상기 기재된 바와 같아야 하는 것으로 이해된다. 이는 예를 들어 미국 특허 제 6,475,588 호에 기재되어 있다.
반사성 데이터 층은 전형적으로 성형, 엠보싱 등을 통해 기판의 표면에 형성된 패턴(예컨대, 피트, 홈, 꺼칠함, 및/또는 출발/정지 오리엔터(orientor) 등과 같은 표면 특징부) 상에 스퍼터링되거나 다른 방식으로 배치된다. 제 1 패턴화된 기판 표면 상에 스퍼터링함으로써 반-반사성 데이터 층을 생성시킬 수 있다. 이어, 반-반사성 데이터 층 상에 분리 층을 배치할 수 있다. 다중 데이터 층 DVD(예컨대, DVD 14, DVD 18 등)가 제조되어야 하는 경우에는, 반-반사성 데이터 층 반대쪽 분리 층 면에 제 2 패턴화된 표면을 형성시킬 수 있다(예컨대, 스탬핑 등). 이어, 완전 반사성 데이터 층을 분리 층 상에 스퍼터링시키거나 달리 침착시킬 수 있다. 다르게는, DVD 14 구조의 경우, 제 2 기판(또는 수지 층)의 패턴화된 표면 상에 완전 반사성 데이터 층을 침착할 수 있다. 이어, 분리 층 또는 보호 코팅을 반-반사성 데이터 층 및 완전 반사성 데이터 층중 하나 또는 둘 다에 배치한다. 두 기판 사이에 결합제 또는 접착제를 배치할 수 있고, 이들을 함께 결합하여 디스크를 형성할 수 있다. 임의적으로는, 각 후속 층 사이에 분리 층을 넣은 상태로 몇 개의 반-반사성 데이터 층을 침착시킬 수 있다.
반사성 데이터 층의 반사율은 반사성 층의 수에 따라 약 5% 내지 약 100%일 수 있다. 단일 반사성 데이터 층이 사용되는 경우, 반사율은 바람직하게는 30% 내지 100%, 또는 35% 내지 90%, 또는 45% 내지 85%이다. 이중 반사성 데이터 층이 사용되는 경우, 데이터 층의 반사율은 바람직하게는 5% 내지 45%, 10% 내지 40%, 또는 15% 내지 약 35%, 또는 18% 내지 30%이다. 마지막으로, 다중 반사성 데이터 층(예컨대, 단일 판독 표면으로부터 판독될 수 있는 2개보다 많은 반사성 데이터 층)을 사용하는 경우에는, 반사율은 바람직하게는 5% 내지 30%, 또는 5% 내지 25%이다. ECMA 명세 사항 #267 범위는 이중 층 DVD(예컨대, 하나 이상의 완전 반사성 층 및 하나 이상의 반-반사성 층)의 경우 18% 내지 30% 반사율, 또한 하나의 완전 반사성 층을 갖는 단일 층 DVD의 경우 45% 내지 85%이다.
기판은 레이저의 파장 영역에서 광의 60% 내지 94% 미만의 투과를 가능하게 하는 임의의 광학 품질의 플라스틱을 포함할 수 있다. 이러한 투과 범위 내에서, 70% 이상, 또는 74% 이상, 또는 78% 이상의 투과율이 바람직하다. 사용되는 착색제의 유형 및 양에 따라, 투과율은 착색제의 유형에 따라 92% 이하, 88% 이하, 또는 85% 이하일 수 있다. 착색된 기판의 UV-A 영역(즉, 400nm 미만)에서의 투과율이 감소됨에 따라, 기판의 목적하는 접착을 달성하기가 더욱 어려워짐에 주목해야 한다.
플라스틱 기판은 비정질, 결정질 또는 반-결정질 열가소성 수지, 열경화성 수지, 또는 상기 플라스틱중 하나 이상을 포함하는 조합과 같은 수지를 포함할 수 있다. 몇몇 가능한 플라스틱은 폴리에터이미드, 폴리에터에터케톤, 폴리이미드, 폴리비닐 클로라이드, 폴리올레핀(폴리에틸렌, 염소화 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등을 포함하는 선형 및 환상 폴리올레핀을 포함하지만, 이들로 한정되지는 않음), 폴리에스터(폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리뷰틸렌 테레프탈레이트, 폴리사이클로헥실메틸렌 테레프탈레이트 등을 포함하지만, 이들로 한정되지는 않음), 폴리아마이드, 폴리설폰(폴리에터설폰, 폴리에터에터설폰, 수소화 폴리설폰 등을 포함하지만, 이들로 한정되지는 않음), 폴리이미드, 폴리에터이미드, 폴리에터설폰, 폴리페닐렌 설파이드, 폴리에터케톤, 폴리에터에터케톤, ABS 수지, 폴리스타이렌(수소화 폴리스타이렌, 신디오택틱 및 어택틱 폴리스타이렌, 폴리사이클로헥실 에틸렌, 스타이렌-코-아크릴로나이트릴, 스타이렌-코-말레산 무수물 등을 포함하지만, 이들로 한정되지는 않음), 폴리뷰타다이엔, 폴리아크릴레이트(폴리메틸메타크릴레이트, 메틸 메타크릴레이트-폴리이미드 공중합체 등을 포함하지만, 이들로 한정되지는 않음), 폴리아크릴로나이트릴, 폴리아세탈, 폴리카본에이트, 폴리페닐렌에터(2,6-다이메틸페놀 및 2,3,6-트라이메틸페놀과의 공중합체 등으로부터 유도된 것을 포함하지만, 이들로 한정되지는 않음), 에틸렌-비닐 아세테이트 공중합체, 폴리비닐 아세테이트, 액정 중합체, 에틸렌-테트라플루오로에틸렌 공중합체, 방향족 폴리에스터, 폴리비닐 플루오라이드, 폴리비닐리덴 플루오라이드, 폴리비닐리덴 클로라이드, 테트라플루오로에틸렌 플루오로카본 공중합체(예를 들어, 테플론), 에폭시, 페놀, 알키드, 폴리에스터, 폴리이미드, 폴리우레탄, 폴리실록세인, 폴리실레인, 비스-말레이미드, 사이아네이트 에스터, 비닐 및 벤조사이클로뷰텐 수지, 및 상기 수지중 하나 이상을 포함하는 블렌드, 공중합체, 혼합물, 반응 생성물 및 복합체를 포함한다. 바람직하게는, 기판은 폴리카본에이트를 포함하며, 주로 폴리카본에이트인(예컨대 약 80% 이상이 폴리카본에이트인) 기판이 특히 전형적이다.
본원에 사용되는 용어 "폴리카본에이트", "폴리카본에이트 조성물" 및 "방향족 카본에이트 쇄 단위를 포함하는 조성물"은 하기 화학식 I의 구조 단위를 갖는 조성물을 포함한다:
Figure 112006027855096-PCT00001
상기 식에서,
R1 기의 총수의 약 60% 이상은 방향족 유기 라디칼이고, 그 나머지는 지방족, 지환족 또는 방향족 라디칼이다.
바람직하게는, R1은 방향족 유기 라디칼, 더욱 바람직하게는 하기 화학식 II의 라디칼이다:
-A1-Y1-A2-
상기 식에서,
A1 및 A2는 각각 일환상 2가 아릴 라디칼이고,
Y1은 A1을 A2로부터 분리시키는 1개 또는 2개의 원자를 갖는 가교 라디칼이다.
예시적인 실시태양에서는, 하나의 원자가 A1을 A2로부터 분리시킨다. 이러한 유형 의 라디칼의 예시적이고 비한정적인 예는 -O-, -S-, -S(O)-, -S(O2)-, -C(O)-, 메틸렌, 사이클로헥실-메틸렌, 2-[2,2,1]-바이사이클로헵틸리덴, 에틸리덴, 아이소프로필리덴, 네오펜틸리덴, 사이클로헥실리덴, 사이클로펜타데실리덴, 사이클로도데실리덴 및 아다만틸리덴이다. 가교 라디칼 Y1은 메틸렌, 사이클로헥실리덴 또는 아이소프로필리덴과 같은 탄화수소 기 또는 포화된 탄화수소 기일 수 있다.
하나의 원자가 A1을 A2로부터 분리시키는 다이하이드록시 화합물의 계면 반응에 의해 폴리카본에이트를 생성시킬 수 있다. 본원에 사용되는 용어 "다이하이드록시 화합물"은 예컨대 하기 화학식 III의 비스페놀 화합물을 포함한다:
Figure 112006027855096-PCT00002
상기 식에서,
Ra 및 Rb는 각각 할로겐 원자 또는 1가 탄화수소 기이고, 동일하거나 상이할 수 있으며;
p 및 q는 각각 독립적으로 0 내지 4의 정수이고;
Xa는 하기 화학식 IV의 기중 하나이다:
Figure 112006027855096-PCT00003
상기 식에서,
Rc 및 Rd는 각각 독립적으로 수소 원자 또는 1가 선형 또는 환상 탄화수소 기이며,
Re는 2가 탄화수소 기이다.
적합한 다이하이드록시 화합물의 일부 예시적이고 비한정적인 예는 미국 특허 제 4,217,438 호에서 명칭 또는 화학식(일반적이거나 특수한)에 의해 개시된 2가 페놀 및 다이하이드록시-치환된 방향족 탄화수소를 포함한다. 화학식 III으로 표시될 수 있는 비스페놀 화합물의 유형의 특수한 예의 배타적이지 않은 목록은 하기 화합물을 포함한다: 1,1-비스(4-하이드록시페닐) 메테인; 1,1-비스(4-하이드록시페닐) 에테인; 2,2-비스(4-하이드록시페닐) 프로페인(이후, "비스페놀 A" 또는 "BPA"); 2,2-비스(4-하이드록시페닐) 뷰테인; 2,2-비스(4-하이드록시페닐) 옥테인; 1,1-비스(4-하이드록시페닐) 프로페인; 1,1-비스(4-하이드록시페닐) n-뷰테인; 비스(4-하이드록시페닐) 페닐메테인; 2,2-비스(4-하이드록시-1-메틸페닐) 프로페인; 1,1-비스(4-하이드록시-t-뷰틸페닐) 프로페인; 2,2-비스(4-하이드록시-3-브로모페닐) 프로페인과 같은 비스(하이드록시아릴) 알케인; 1,1-비스(4-하이드록시페닐) 사이클로펜테인; 및 1,1-비스(4-하이드록시페닐) 사이클로헥세인과 같은 비스(하이 드록시아릴) 사이클로알케인 등; 및 상기 화합물중 하나 이상을 포함하는 조합.
또한, 둘 이상의 상이한 2가 페놀, 또는 단독중합체보다 카본에이트 공중합체를 사용하고자 하는 경우 글라이콜 또는 하이드록시- 또는 산-종결된 폴리에스터 또는 2가 산 또는 하이드록시산 또는 지방족 이산과 2가 페놀의 공중합체의 중합으로부터 생성되는 폴리카본에이트를 사용할 수도 있다. 일반적으로, 유용한 지방족 이산은 2 내지 약 40개의 탄소를 갖는다. 전형적인 지방족 이산은 도데칸다이오산이다. 폴리아릴레이트 및 폴리에스터-카본에이트 수지 또는 이들의 블렌드도 사용할 수 있다. 분지된 폴리카본에이트, 및 선형 폴리카본에이트와 분지된 폴리카본에이트의 블렌드도 유용하다. 중합 동안 분지제를 첨가함으로써 분지된 폴리카본에이트를 제조할 수 있다.
이들 분지제는 하이드록실, 카복실, 카복실산 무수물, 할로폼일 및 상기 기중 하나 이상을 포함하는 혼합물일 수 있는 셋 이상의 작용기를 함유하는 다작용성 유기 화합물을 포함할 수 있다. 특정 예는 트라이멜리트산, 트라이멜리트산 무수물, 트라이멜리트산 트라이클로라이드, 트리스-p-하이드록시 페닐 에테인, 이사틴-비스-페놀, 트리스-페놀 TC(1,3,5-트리스((p-하이드록시페닐)아이소프로필)벤젠), 트리스-페놀 PA(4(4(1,1-비스(p-하이드록시페닐)-에틸)알파,알파-다이메틸 벤질)페놀), 4-클로로폼일 프탈산 무수물, 트라이메스산 및 벤조페논 테트라카복실산 등을 포함한다. 수지의 총 중량에 기초하여 약 0.05 내지 약 2.0중량%의 수준으로 분지제를 첨가할 수 있다. 분지제 및 분지된 폴리카본에이트를 제조하는 절차는 미국 특허 제 3,635,895 호 및 제 4,001,184 호에 기재되어 있다. 모든 유형의 폴리카 본에이트 말단기가 본원에서 고려된다.
전형적인 폴리카본에이트는 A1 및 A2가 각각 p-페닐렌이고 Y1이 아이소프로필리덴인 비스페놀 A를 기제로 한다. 바람직하게는, 폴리카본에이트의 중량 평균 분자량은 약 5,000 내지 약 100,000, 더욱 바람직하게는 약 10,000 내지 약 65,000, 가장 바람직하게는 약 15,000 내지 약 35,000이다.
폴리카본에이트 합성을 모니터링 및 평가함에 있어서는, 폴리카본에이트에 존재하는 프라이즈(Fries) 생성물의 농도를 결정하는 것이 특히 중요하다. 알려진 바와 같이, 상당한 프라이즈 생성물의 발생은 중합체 분지를 야기하여 제어불가능한 용융 행태를 불러일으킬 수 있다. 본원에 사용되는 용어 "프라이즈" 및 "프라이즈 생성물"은 하기 화학식 V를 갖는 폴리카본에이트중의 반복 단위를 일컫는다:
Figure 112006027855096-PCT00004
상기 식에서,
Xa는 상기 화학식 III과 관련하여 기재된 2가 라디칼이다.
폴리카본에이트 조성물은 또한 이러한 유형의 수지 조성물에 통상적으로 혼입되는 다양한 첨가제도 포함할 수 있다. 이러한 첨가제는 예를 들어 충전제 또는 보강제; 열 안정화제; 산화방지제; 광 안정화제; 가소화제; 대전방지제; 이형제; 추가적인 수지; 발포제 등, 및 상기 첨가제중 하나 이상을 포함하는 조합이다. 충전제 또는 보강제의 예는 유리 섬유, 석면, 탄소 섬유, 실리카, 활석 및 탄산칼슘을 포함한다. 열 안정화제의 예는 트라이페닐 포스파이트, 트리스-(2,6-다이메틸페닐)포스파이트, 트리스-(혼합 모노- 및 다이-노닐페닐)포스파이트, 다이메틸벤젠 포스폰에이트 및 트라이메틸 포스페이트를 포함한다. 산화방지제의 예는 옥타데실-3-(3,5-다이-3급-뷰틸-4-하이드록시페닐)프로피온에이트 및 펜타에리트리틸-테트라키스[3-(3,5-다이-3급-뷰틸-4-하이드록시페닐)프로피온에이트]를 포함한다. 광 안정화제의 예는 2-(2-하이드록시-5-메틸페닐)벤조트라이아졸, 2-(2-하이드록시-5-3급-옥틸페닐)-벤조트라이아졸 및 2-하이드록시-4-n-옥톡시 벤조페논을 포함한다. 가소화제의 예는 다이옥틸-4,5-에폭시-헥사하이드로프탈레이트, 트리스-(옥톡시카본일에틸)아이소사이아뉴레이트, 트라이스테아린 및 에폭시드화 대두유를 포함한다. 대전방지제의 예는 글라이세롤 모노스테아레이트, 나트륨 스테아릴 설폰에이트 및 나트륨 도데실벤젠설폰에이트를 포함한다. 이형제의 예는 스테아릴 스테아레이트, 밀랍, 몬탄 왁스 및 파라핀 왁스를 포함한다. 다른 수지의 예는 폴리프로필렌, 폴리스타이렌, 폴리메틸 메타크릴레이트 및 폴리페닐렌 옥사이드를 포함하지만 이들로 한정되지는 않는다. 상기 첨가제의 임의의 조합을 사용할 수도 있다. 조성물을 제조하기 위하여 성분을 혼합하는 동안 적합한 시점에 이러한 첨가제를 혼합할 수 있다.
중합체 및 착색 물질에 덧붙여, 조성물은 이러한 유형의 수지 조성물에 통상적으로 혼입되는 다양한 첨가제를 임의적으로 포함할 수 있다. 이러한 첨가제는 UV 흡수제; 광 및 열 안정화제(예컨대, 산성 인-계 화합물)와 같은 안정화제; 장애 페놀; 산화아연; 황화아연 입자 또는 이들의 조합; 윤활제(광유 등); 가소화제; 산화방지제; 대전방지제(테트라알킬암모늄 벤젠 설폰에이트 염, 테트라알킬포스포늄 벤젠 설폰에이트 염 등); 이형제(펜타에리트리톨 테트라스테아레이트, 글라이세롤 모노스테아레이트 등) 등; 및 상기 첨가제중 하나 이상을 포함하는 조합을 포함할 수 있다. 예를 들어, 기판은 중합체의 총 중량에 기초하여 열 안정화제 약 0.01 내지 약 0.1중량%; 대전방지제 약 0.01 내지 약 0.2중량%; 및 이형제 약 0.1 내지 약 1중량%를 포함할 수 있다.
몇몇 가능한 산화방지제는 예컨대 유기포스파이트, 예컨대 트리스(노닐-페닐)포스파이트, 트리스(2,4-다이-t-뷰틸페닐)포스파이트, 비스(2,4-다이-t-뷰틸페닐)펜타에리트리톨 다이포스파이트, 다이스테아릴 펜타에리트리톨 다이포스파이트 등; 알킬화 모노페놀, 폴리페놀 및 폴리페놀과 다이엔의 알킬화 반응 생성물, 예컨대 테트라키스[메틸렌(3,5-다이-3급-뷰틸-4-하이드록시하이드로신나메이트)] 메테인, 3,5-다이-t-뷰틸-4-하이드록시하이드로신나메이트 옥타데실, 2,4-다이-3급-뷰틸페닐 포스파이트 등; 파라-크레솔과 다이사이클로펜타다이엔의 뷰틸화 반응 생성물; 알킬화 하이드로퀴논; 하이드록실화 티오다이페닐 에터; 알킬리덴-비스페놀; 벤질 화합물; 베타-(3,5-다이-3급-뷰틸-4-하이드록시페닐)-프로피온산과 1가 또는 다가 알콜의 에스터; 베타-(5-3급-뷰틸-4-하이드록시-3-메틸페닐)-프로피온산과 1가 또는 다가 알콜의 에스터; 티오알킬 또는 티오아릴 화합물의 에스터, 예를 들어 다이스테아릴티오프로피온에이트, 다이라우릴티오프로피온에이트, 다이트라이데실 티오다이프로피온에이트 등; 베타-(3,5-다이-3급-뷰틸-4-하이드록시페닐)-프로피온산의 아마이드 등; 및 상기 산화방지제중 하나 이상을 포함하는 조합을 포함한다.
중합체, 특히 폴리카본에이트의 가공을 돕기 위하여, 이를테면 압출기 또는 다른 혼합 장치에서 촉매도 사용할 수 있다. 촉매는 전형적으로 생성되는 물질의 점도 조절을 돕는다. 가능한 촉매는 테트라알킬암모늄 하이드록사이드, 테트라알킬포스포늄 하이드록사이드 등과 같은 하이드록사이드를 포함하며, 다이에틸다이메틸암모늄 하이드록사이드 및 테트라뷰틸포스포늄 하이드록사이드가 전형적이다. 촉매를 단독으로 또는 산(예: 인산 등)과 같은 급랭제와 함께 사용할 수 있다. 또한, 화합하는 동안 중합체 용융물 내로 물을 주입하고 배기구를 통해 수증기로서 제거하여, 잔류 휘발성 화합물을 제거할 수 있다.
단일 또는 이중 스크류 압출기, 반죽기, 블렌더 등과 같은, 다양한 전구물질을 적절하게 혼합할 수 있는 반응 용기를 사용함으로써 중합체를 생성시킨다. 이어, 성형, 압출, 압연, 스탬핑 또는 유사한 기법을 통해 중합체를 기판으로 성형시킨다.
인접한 기판은 접착제 또는 결합제(예컨대, 분리 층 또는 결합 층)로 함께 부착시킨다. 목적하는 광학 품질을 갖는 임의의 결합제를 사용할 수 있다. 몇몇 가능한 결합제는 아교(예컨대, 고온 아교), 아크릴 수지(예컨대, 전형적인 자외선(UV) 경화성 아크릴 수지와 같거나 그보다 큰 투명성을 갖는 UV 경화성 아크릴 수지) 등; 및 상기 결합제중 하나 이상을 포함하는 조합을 포함한다.
결합제를 사용하는 경우, 분리 층은 투명한 물질을 포함할 수 있다. 몇몇 가능한 분리 층은 UV 경화성 투명 수지를 포함한다. 전형적으로는, 분리(결합) 층은 수백㎛ 이하 또는 수백㎛를 넘는 두께를 가지며, 약 40 내지 약 70㎛의 두께가 현재의 DVD 포맷에 전형적으로 사용된다.
반사 층 및 분리 층에 덧붙여, 보호 층(예를 들어, 래커 등), 자외선(UV) 억제 층, 수분 차단 층, 연성 층 등, 및 이들 층중 하나 이상을 포함하는 조합과 같은 층을 사용할 수 있다.
하기 비한정적인 실시예에 의해 본원을 추가로 예시한다.
몇몇 실시예는 아래 기재되는 바와 같이 시험되는 착색된 폴리카본에이트 수지 배합물 A 내지 G로부터 제조된 시험 DVD를 제공한다. 용융 여과 없이 배합물을 제조한 경우, 하기 과정을 이용하였다. 기계적 텀블러를 사용하여 균질한 혼합물이 수득될 때까지(전형적으로는 30kg 배치의 경우 30 내지 40분) OQ 폴리카본에이트 수지 분말을 첨가제(예컨대, 열 안정화제 및 이형제) 및 착색제와 혼합하였다. 이어, 혼합물을 베르너 앤드 플라이더러(Werner and Pfleiderer) ZSK-30 모델 이중-스크류 압출기 상에서 압출하였다. 압출 조건은 다음과 같았다: 대역 1=480℉; 대역 2=500℉; 대역 3=520℉; 대역 4=540℉; 대역 5=550℉; 다이 헤드=550℉; 및 스크류 속도=400 내지 450rpm. 다이 헤드로부터 나오는 중합체 스트랜드를 수욕으로 냉각시키고 펠렛화시켜, 최종 마무리된 고도로 착색된 수지를 수득하였다.
용융 여과를 이용하여 샘플을 제조한 경우에는 하기 과정을 이용하였다. OQ 폴리카본에이트 수지 분말을 착색제 및 0.03 내지 0.1pph의 열 안정화제와 블렌딩시켜, 1 내지 40% 착색제를 함유하는 혼합물을 생성시켰다. 이어, 43mm 이중-스크류 동시-회전 압출기 상에서 상기 기재된 것과 똑같은 조건을 이용하여 혼합물을 화합시킴으로써, 컬러 농축물("마스터배치")을 수득하였다. 마스터배치는 생산 라인 상의 공급기 용량에 기초하여 약 1 내지 약 80%의 착색제를 함유하였다. 전형적으로는, 10 내지 30%의 염료 부가량을 이용하였다. 99:1의 공급비(즉, 농축물이 실제 라인 속도의 1%로 공급되는 경우)에서 우수한 용량을 갖는 공급기의 경우 약 20%의 부가량이 가장 바람직하였다. 색상 균일성을 위하여 공급기로부터의 가변성을 최소화시키는 것이 중요하다. 결과적으로, 최종 화합 단계에서, 호퍼 및/또는 첨가제 공급기를 통해 분말 및 첨가제(열 안정화제 및 이형제)를 압출기로 공급하였다. 이어, 농축물을 라인 속도의 1 내지 2%의 부가량으로 라인에 공급하였다.
최종 화합 압출기 세부사항은 다음과 같았다:
- 압출기 모델/제조원 - 베르너 앤드 플라이더러(92mm 이중 스크류 압출기)
- 이용된 RPM - 580RPM
- 최대 RPM - 580RPM
- 사용된 암페어 - 700암페어
- 최대 암페어 - 800암페어
- 속도(lb/h 또는 kg/hr) - 4200lb/hr
- 온도 셋팅(각 대역에서의) - 420(Z1), 440(Z2), 460(Z3), 480(Z4), 500(Z5), 520(Z6), 540(Z7), 565(용융 필터), 565℃ 어댑터.
제조시 최종 화합 단계에 10-㎛ 용융 필터를 사용하였다.
실시예 1
하기 실시예에서, 본 발명자들은 DVD 9 디스크의 공정 수율 및 품질에 대한 유기 착색제 품질의 효과를 예시한다. 상이한 두 공급업체, 즉 로즈 컬러(Rose Color) 및 키스톤(Keystone)으로부터의 솔벤트 레드 207을 사용하여, 하기 표에 개시된 내역에 따라 용융 여과를 이용하지 않고 미리 착색된 수지 배합물을 제조하였다. 이어, 스티그-하마테크 언라인 3000 DVD 본더(Steag-Hamatech Unline 3000 DVD Bonder)가 설치된 스미토모(Sumitomo) SD30 성형기 상에서 수지를 DVD 9 디스크로 성형하였다. 인라인 스캐너 닥터 쉥크 장치(모델 #VCC.ISM)를 사용하여 혼입물, 표면 스크래치, 결합 결함, 틸트 등과 같은 결함을 측정한 후, 인라인 공정 수율을 평가하였다. 이러한 시판중인 장치는 수율을 계산하기 위하여 ECMA 명세 사항에 기초한 알고리듬이 미리 프로그래밍되어 있다.
Figure 112006027855096-PCT00005
표 2에서, 로즈 컬러로부터의 솔벤트 레드 207을 사용한 배합물(배합물 A 및 B)이 키스톤으로부터의 동일한 착색제를 사용한 배합물(배합물 C 및 D)보다 훨씬 더 낮은 공정 수율을 나타냄을 볼 수 있다. 수율 손실의 주된 원인은 혼입물로서 분류된 결함의 높은 수준에 기인한다. 분석 시험 결과는 로즈 컬러 솔벤트 레드 207 배합물 A 및 B 둘 다가 각각 1.16ppm 및 4.62ppm의 착색제 배합물로부터의 총 금속 함량을 갖고, 각각 1.01ppm 및 4.03ppm의 나트륨, 철 및 칼슘 함량의 합쳐진 총계를 가졌음을 확인해준다. 키스톤 레드 207 배합물 C 및 D는 각각 0.47 및 1.87의 착색제 배합물로부터의 총 금속 함량 및 각각 0.36 및 1.43의 나트륨, 철 및 칼슘의 합쳐진 총계를 가졌다. 수율 결과(아래 표 2에 기재됨) 대 총 금속 함량 및 나트륨, 철 및 칼슘 함량이 각각 도 1 및 도 2에 도시되어 있다. 도 1은 총 금속 불순물이 약 1.90ppm 미만으로 되어서야 수율이 불순물 수준 감소에 따라 급격히 개선되기 시작함을 보여준다. 도 2는 총 철, 나트륨 및 칼슘 불순물 수준이 약 1.50ppm 미만으로 떨어져서야 수율이 이들 불순물 수준 감소에 따라 급격히 개선되기 시작함을 보여준다.
Figure 112006027855096-PCT00006
실시예 2
공정 수율을 개선시키기 위한 노력으로, 방법이 용융 여과 단계를 포함하도록 수지 제조 방법을 추가로 변형시켰다. 용융-여과된 수지를 다시 DVD 9 디스크로 성형시키고 이전에서와 같이 공정 수율을 측정하였다.
Figure 112006027855096-PCT00007
추가의 용융-여과 단계에 의해 수율이 개선된 고품질 수지의 제조가 가능해짐이 명백하다. 배합물 C1(즉, 용융 여과된 배합물 C)은 0.47ppm의 착색제 배합물로부터의 최저 총 금속 불순물 및 0.36ppm의 합쳐진 철, 나트륨 및 칼슘 불순물을 갖는다. 배합물 D1은 착색제 배합물로부터의 총 금속 불순물이 1.88ppm이고, 착색제 배합물로부터의 합쳐진 철, 나트륨 및 칼슘 금속 불순물이 1.44ppm인 한편, 배합물 E1은 합쳐진 총 금속 불순물이 1.28ppm이고 착색제 배합물로부터의 철, 나트륨, 칼슘 금속의 합쳐진 총계가 1.44ppm이다. 결과는, 95% 이상의 수율을 달성하기 위해서는, 총 금속 불순물이 1.88ppm 미만이어야 하고, 합쳐진 철, 나트륨 및 칼슘 불순물이 약 1.25ppm 미만이어야 함을 보여준다.
실시예 3
수지의 제조 방법은 공정 수율뿐만 아니라 아래 실시예에 예시된 바와 같이 DVD 9 디스크의 기능 및 성능에도 영향을 갖는다. DVD 9 디스크의 기능 및 품질은 ECMA에 의해 확립된 DVD 명세 사항에 정의된 PISUM8 에러의 총수로 측정될 수 있다. 고품질 디스크가 성형된 상태에서 140 미만의 PISUM8 값(평균 50 미만)을 나타내고, 표준 시험에 따른 환경 노출 후에 DVD 명세 사항내의(즉, 280 미만) PISUM8 값(평균 140 미만)을 나타내는 것이 전형적이다. PISUM8 시험은 당해 산업에서 표준 시험이며, 예컨대 닥터 쉥크에 의해 판매되는 시판중인 기계에 의해 수행될 수 있다.
표 4에 개시된 배합물에 따라 가공된 용융-여과된 수지를 DVD 9 디스크로 성형하고, 전기 시험기(DVDPRO) 상에서 PISUM8 에러에 대해 시험하였다. DVD 시험 결과는 표 5에 기재되어 있다.
Figure 112006027855096-PCT00008
Figure 112006027855096-PCT00009
0.06ppm 미만의 총 금속 함량 및 철, 나트륨 및 칼슘 함량을 갖는 배합물 F는 요구되는 PISUM8을 충족시키는 것으로 보인다. 배합물 G는 특히 환경 노출 후에 높은 PISUM8 값을 갖는 불량한 품질의 DVD 9 디스크를 생성시키는 것으로 보인다. 수지가 용융-여과되었다는 사실에도 불구하고, 착색제 배합물로부터의 총 철, 나트륨 및 칼슘 금속 불순물이 3ppm보다 큰 배합물 G를 생성시키는 뱃 레드 41의 높은 이온 함량(Ca 3000ppm, Fe 2100ppm 및 Na 308ppm)으로 인해, 수지 품질이 저하되어 불량한 디스크 성능이 야기된 것으로 밝혀졌다.
실시예 4
3개의 선행 실시예로부터, 디스크 품질이 최종 마무리된 고도로 착색된 수지중 착색제 배합물로부터 발생되는 금속 불순물에 따라 달라짐이 명백하다. 그러나, 본 발명자들은 또한, 압출 공정이 최종 마무리된 생성물에 추가의 미립자를 도입할 수 있는 추가의 현상(열, 전단)을 포함하기 때문에, 농축물중 미립자 수와 최종 생성물중 미립자 수 사이에는 선형 관계가 없어서 미립자의 최종 수준을 예측할 수 없음을 발견하였다. 표 6 및 표 7은 10개의 상이한 농축물의 미립자 수 데이터 및 최종 마무리된 생성물의 상응하는 미립자 수를 보여준다.
Figure 112006027855096-PCT00010
Figure 112006027855096-PCT00011
배합물 1 내지 8을 사용하여 고품질의 통상적으로 착색된 DVD 디스크를 제조한 반면, 배합물 9 및 10은 PISUM8 명세 사항에 실패한 디스크를 생성시켰다. 이들 결과는, 착색제 배합물로부터의 금속 불순물이 총 금속 및 합쳐진 철, 나트륨 및 칼슘에 대해 1.5ppm 및 1.25ppm 수준의 요구조건을 총족시키는 경우, 이들 착색제 배합물로부터 제조된 컬러 농축물이 바람직하게는 하기 미립자 수준을 충족시켜 고품질의 고도로 착색된 DVD를 생성시킴을 보여준다:
PT 1-3<7308개
PT 3-5<972개
PT 5-10<665개
PT 10-150<109개
질산(HNO3) 6㎖중에서 샘플 0.45g을 가열한 후 염산(HCl) 1nℓ를 첨가함으로써 폴리카본에이트를 분해시켜, 상기 보고된 샘플의 금속 분석을 수행한다. 이어, 샘플을 ICP 스펙트로미터에서 중화시키고 결과를 기준물과 비교하였다.
하기 청구의 범위는 전체 상세한 설명의 교시에 비추어 이해되어야 하고, 본원에 기재된 임의의 특정 실시태양 또는 실시예로 한정하는 것으로 이해되어서는 안된다.

Claims (11)

  1. 광학 품질의 폴리카본에이트 수지와 착색제 배합물을 혼합하여 고도로 착색된 폴리카본에이트 혼합물을 생성시킴을 포함하며, 이때
    상기 착색제 배합물이 고도로 착색된 폴리카본에이트 혼합물의 0.15중량% 이상의 양으로 존재하고,
    고도로 착색된 폴리카본에이트 혼합물중 착색제 배합물로부터의 금속 불순물의 총량이 1.90ppm 미만이고 0.04ppm보다 많은,
    고도로 착색된 DVD의 제조 방법.
  2. 광학 품질의 폴리카본에이트 수지와 착색제 배합물을 혼합하여 고도로 착색된 폴리카본에이트 혼합물을 생성시킴을 포함하며, 이때
    상기 착색제 배합물이 고도로 착색된 폴리카본에이트 혼합물의 0.15중량% 이상의 양으로 존재하고,
    고도로 착색된 폴리카본에이트 혼합물중 착색제 배합물로부터의 철, 나트륨 및 칼슘 금속 불순물의 합쳐진 총량이 1.90ppm 미만이고 0.04ppm보다 많은,
    고도로 착색된 DVD의 제조 방법.
  3. 광학 품질의 폴리카본에이트 수지와 착색제 배합물을 혼합하여 고도로 착색된 폴리카본에이트 혼합물을 생성시킴을 포함하며, 이때
    상기 착색제 배합물이 고도로 착색된 폴리카본에이트 혼합물의 0.15중량% 이상의 양으로 존재하고,
    고도로 착색된 폴리카본에이트 혼합물중 착색제 배합물로부터의 금속 불순물의 총량이 1.90ppm 미만이고 0.04ppm보다 많으며,
    상기 혼합 단계가 컬러 농축물을 광학 품질의 폴리카본에이트 수지에 첨가함을 포함하는,
    고도로 착색된 DVD의 제조 방법.
  4. 광학 품질의 폴리카본에이트 수지와 착색제 배합물을 혼합하여 고도로 착색된 폴리카본에이트 혼합물을 생성시킴을 포함하며, 이때
    상기 착색제 배합물이 고도로 착색된 폴리카본에이트 혼합물에 0.15중량% 이상의 양으로 존재하고,
    고도로 착색된 폴리카본에이트 혼합물중 착색제 배합물로부터의 금속 불순물의 총량이 1.90ppm 미만이고 0.04ppm보다 많으며,
    컬러 농축물이, 1㎛ 내지 3㎛의 입자가 7500개 미만이고, 3㎛ 내지 5㎛의 입자가 1000개 미만이고, 5㎛ 내지 10㎛의 입자가 700개 미만인 미립자 수 프로파일을 가지며,
    상기 혼합 단계가 컬러 농축물을 첨가함을 포함하는,
    고도로 착색된 광학 디스크의 제조 방법.
  5. (i) 제 1 기판,
    (ii) 제 2 기판,
    (iii) 결합 층, 및
    (iv) 데이터 층을 포함하며,
    상기 결합 층 및 데이터 층이 제 1 기판과 제 2 기판 사이에 배치되고,
    데이터 층이 제 1 기판 상에 입사되는 레이저 빔의 반사를 검출함으로써 판독될 때 의미있는 데이터에 상응하도록 배열된 형상을 가지며,
    제 1 기판이 광학 품질의 폴리카본에이트 수지 및 고도로 착색된 폴리카본에이트의 0.15중량% 이상의 착색제 배합물을 포함하는 고도로 착색된 폴리카본에이트 혼합물을 포함하고,
    고도로 착색된 폴리카본에이트 혼합물중 총 금속 불순물이 2.80ppm 미만이고 0.50ppm보다 많은,
    고도로 착색된 광학 디스크.
  6. 제 5 항에 있어서,
    제 1 기판이 5 이상의 UV 결합 지수(UV Bonding Index)를 갖는 고도로 착색된 DVD.
  7. (i) 제 1 기판,
    (ii) 제 2 기판,
    (iii) 결합 층, 및
    (iv) 데이터 층을 포함하며,
    주요 결합 층 및 데이터 층이 제 1 기판과 제 2 기판 사이에 배치되고,
    데이터 층이 제 1 기판 상에 입사되는 레이저 빔의 반사를 검출함으로써 판독될 때 의미있는 데이터에 상응하도록 배열된 형상을 가지며,
    제 1 기판이 광학 품질의 폴리카본에이트 수지 및 고도로 착색된 폴리카본에이트의 0.15중량% 내지 0.4중량%의 착색제 배합물을 포함하는 고도로 착색된 폴리카본에이트 혼합물을 포함하고,
    고도로 착색된 폴리카본에이트 혼합물중 착색제 배합물로부터의 총 금속 불순물이 1.50ppm 미만이고 0.04ppm보다 많은,
    착색제 배합물을 광학 품질의 폴리카본에이트 수지에 첨가하는 단계를 포함하는 방법에 의해 제조되는 고도로 착색된 DVD.
  8. 제 1 항 내지 제 4 항중 어느 한 항에 있어서,
    착색제 배합물이 고도로 착색된 폴리카본에이트 혼합물의 0.4중량% 미만의 양으로 존재하는 방법.
  9. 제 5 항에 있어서,
    착색제 배합물이 고도로 착색된 폴리카본에이트 혼합물의 0.4중량% 미만의 양으로 존재하는 고도로 착색된 DVD.
  10. 제 7 항에 있어서,
    착색제 배합물이 고도로 착색된 폴리카본에이트 혼합물의 0.4중량% 미만의 양으로 존재하는 고도로 착색된 DVD.
  11. 제 9 항 또는 제 10 항에 있어서,
    80℃ 및 85% 상대 습도에서 4일간 노화시킨 후 280 미만의 PISUM8 시험 값을 갖는 고도로 착색된 DVD.
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