KR20230144543A - 초박형 데이터 캐리어 및 판독 방법 - Google Patents

초박형 데이터 캐리어 및 판독 방법 Download PDF

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KR20230144543A
KR20230144543A KR1020237027160A KR20237027160A KR20230144543A KR 20230144543 A KR20230144543 A KR 20230144543A KR 1020237027160 A KR1020237027160 A KR 1020237027160A KR 20237027160 A KR20237027160 A KR 20237027160A KR 20230144543 A KR20230144543 A KR 20230144543A
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KR1020237027160A
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마틴 쿤제
크리스티안 프플라움
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세라믹 데이터 솔루션즈 게엠베하
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Abstract

본 발명은 장기간 데이터 보존을 위한 초박형 데이터 캐리어 및 이러한 데이터 캐리어를 판독하는 방법에 관한 것이다.

Description

초박형 데이터 캐리어 및 판독 방법
본 발명은 초박형 데이터 캐리어 및 이러한 초박형 데이터 캐리어를 제조하는 방법에 관한 것이다.
평균적으로 인류는 하루에 약 250경 바이트를 생성하는 것으로 추정된다. 상기 데이터의 많은 부분은 단기 이용만을 위해 생성될 수 있지만, 장기 데이터 저장에 대한 수요는 날마다 증가하고 있다. 분명히, 플래시, 하드 디스크 드라이브(HDD) 및 자기 테이프 등의 최첨단 데이터 캐리어들은 장기 저장 측면에서 이상적인 것과는 멀다. 따라서, Microsoft 등의 회사들은 현재, 대체 스토리지 기술들을 위한 대안적 기술들을 탐색하고 있다(예를 들어, 소위 "Project Silica" 및 US 10,719,239 B2 참조).
정보의 장기 저장을 위한 상이한 기술이 WO 2021/028035 A1에 설명되어 있다. 상기 기술은, 상이한 재료의 층으로 코팅된 세라믹 기판의 이용, 및 상기 코팅된 기판의 국소 영역들을 조작하기 위해 예컨대 레이저를 이용함으로써 상기 코팅된 기판 상에 정보를 인코딩하는 것에 기초한다. 이 기술은, 습기, 전자기장들, 산성 및 부식성 물질들 등에 대한 높은 내성의 정보 저장을 허용하여 인코딩된 기입가능한 세라믹 플레이트가 흔히 이용되는 다른 정보 저장 매체들로부터 획득될 수 없는 내구성을 제공하는 것으로 입증되었다. 그러나, 상기 기술의 한 가지 잠재적인 단점은, 두께가 약 1 mm인 다소 부피가 큰 세라믹 플레이트들을 이용한다는 것이다. 따라서, 체적당 데이터 저장 밀도는 현재 이용되는 데이터 캐리어들의 데이터 저장 밀도들을 달성하지 못할 수 있다.
따라서, 장기간 이용 및 저장에 적합한 데이터 캐리어들에 대한 추가적인 개선이 필요하다.
이제 본 발명의 발명자들은 놀랍게도, WO 2021/028035 A1에서 설명된 기술들이, 유리 세라믹, 세라믹 또는 유리 재료의 박막들에 유사하게 이용될 수 있다는 것을 깨달았다.
따라서, 제1 양태에 따른 본 발명은, 제1 및 제2 대향 표면들을 갖고 최대 500 μm, 바람직하게는 최대 200 μm, 더욱 바람직하게는 최대 150 μm의 두께를 갖는 세라믹(유리 세라믹 또는 유리) 기판을 포함하는 데이터 캐리어에 관한 것이며, 여기서 기판의 제1 표면은 정보를 인코딩하는 복수의 레이저-절삭된 오목부를 포함하고, 각각의 오목부는 바람직하게는 최대 1 μm의 깊이를 갖는다. 상기 세라믹 필름들은, 그들의 두께로 인해, 예컨대 과도한 비틀림 동안에 파손될 수 있기 때문에 기계적으로 덜 안정적일 수 있지만, 습기, 전자기장들 및 산성 또는 부식성 물질들에 대한 그들의 내성은 WO 2021/028035 A1에서 설명된 세라믹 기판들만큼 높다. 동시에, 데이터 캐리어의 두께를 적어도 2배(바람직하게는 5배, 더 바람직하게는 6배) 감소시키면 체적당 데이터 저장 밀도가 자동으로 동일한 배수로 증가한다.
복수의 오목부에 의해 인코딩된 정보는 아날로그 및/또는 디지털 정보일 수 있다. 예를 들어, 복수의 오목부는 함께, 아날로그 이미지, 텍스트, 숫자들 등을 형성할 수 있다. 대안으로서, 복수의 오목부는, 예를 들어 CD, DVD 블루레이 디스크 또는 데이터 매트릭스 코드 상에 인코딩된 디지털 정보와 유사한 디지털 정보를 인코딩할 수 있다. 어쨌든, 인코딩된 정보는 바람직하게는, 육안에 의해 시각적으로 또는 현미경 등의 적절한 광학기기의 도움으로 또는 광학 디코더에 의해, 광학적으로 디코딩될 수 있다.
WO 2021/028035 A1에 따른 정보 저장 매체와는 상이하게, 본 발명의 제1 양태에 따른 데이터 캐리어는 추가적인 코팅을 요구하지 않는다. 본 발명의 데이터 캐리어에 이용되는 세라믹 필름들은 롤 상에서 권취되기에 충분히 유연하기 때문에, 소정의 전제들 하에서, 상기 세라믹 필름을 코팅하고 데이터 인코딩 및 기판의 구부러짐 후에 상기 코팅을 유지하는 것이 어려울 수 있다. 따라서, 정보를 인코딩하는 복수의 오목부를 포함하는 것은 제1 양태에 따른 데이터 캐리어의 기판이다. 이들 오목부들은 레이저 빔에 의해 생성되고 WO 2022/002418 A1에 매우 상세하게 설명된 바와 같이 다양한 형상 및/또는 깊이를 가질 수 있으며, 이 문서는, 특히 오목부 깊이에 의해 정보를 인코딩하는 방법을 상세히 설명하는 임의의 개시내용과 관련하여, 참조에 의해 본 명세서에 완전히 포함된다. 이 제1 양태의 가장 단순한 형태에서, 각각의 오목부는 거의 동일한 깊이를 가지며 광학 디코더는, 오목부가 없는 기판 영역과 오목부 사이의 차이를, 예를 들어 위상 차이를 측정하거나 (예를 들어, 기판 표면이 연마되고 오목부의 바닥이 만곡되거나 거친 상태인 경우) 반사율의 변화들을 검출함으로써 검출한다. 얇은 세라믹 필름 재료를 최소한으로 왜곡시키기 위해, 오목부들이 가능한한 작은 깊이, 예를 들어 최대 100 nm, 바람직하게는 최대 50 nm, 더욱더 바람직하게는 최대 30 nm의 깊이를 갖는 것이 바람직하다. 각각의 오목부의 깊이는 기판 두께의 1% 미만, 바람직하게는 0.1% 미만, 더욱 바람직하게는 0.05% 미만인 것이 또한 바람직하다.
쉽게 검출될 수 있는 명확하게 정의된 오목부들을 생성하기 위해, 피코초 또는 펨토초 펄스 레이저를 이용하는 레이저 절삭에 의해 오목부들이 생성되는 것이 바람직하다. 실제로, 이러한 펄스 레이저들을 이용하면 각각의 오목부의 상단 둘레에 어떠한 용융된 재료 엣지들도 없는 원통형 오목부들이 생성된다.
데이터 저장 밀도를 더욱 증가시키기 위해, 기판의 제2 표면도 역시 정보를 인코딩하는 복수의 레이저-절삭된 오목부를 포함하는 것이 바람직하며, 각각의 오목부는 최대 1 μm의 깊이 및 위에서 논의된 것들과 유사한 속성들을 갖는다. 기판의 두께가 각각의 오목부의 깊이보다 적어도 2자릿수 더 크므로, 널리 알려진 기술들을 이용하여 광이 제1 표면 상에서 반사되었는지, 제1 표면의 오목부의 바닥에서 반사되었는지 또는 대향하는 제2 표면에서 반사되었는지를 구별할 수 있다.
제2 양태에 따르면, 본 발명은, 최대 500 μm, 바람직하게는 최대 200 μm, 더욱 바람직하게는 최대 150 μm의 두께와 제1 및 제2 대향 표면들을 갖는 세라믹 기판을 포함하는 데이터 캐리어에 관한 것이며, 여기서 기판의 제1 표면은 제1 코팅으로 코팅되고, 제1 코팅의 재료는 세라믹 기판의 재료와는 상이하며, 제1 코팅은 정보를 인코딩하는 복수의 레이저-절삭된 오목부를 포함한다. 위에서 논의된 본 발명의 제1 양태와 비교하여, 추가 코팅은 더 복잡한 광학 효과들을 허용하는 이점을 제공하며, 이것은 WO 2021/028035 A1에 상세히 설명되어 있으며, 그 전체 내용은 참조에 의해 본 명세서에 포함된다. 예를 들어, 제1 코팅의 재료는 세라믹 기판의 광학적 속성과 비교하여 상이한 광학적 속성들을 가질 수 있다. 예를 들어, 세라믹 기판의 재료가 밝은 색상 또는 흰색을 나타내는 반면, 제1 코팅의 재료는 어둡거나 검은색을 나타내는 경우, 제1 코팅의 재료를 절삭하여 세라믹 기판을 향하여 또는 심지어 세라믹 기판 내로 연장되는 오목부들을 생성하는 것은, 한편으로는 제1 코팅의 전체 표면과 다른 한편으로는 각각의 오목부 간에 강한 광학적 콘트라스트를 생성할 것이다. 이 콘트라스트는, 이미지, 텍스트 등의 인상을 생성하는 가시적(예를 들어, 육안으로)일 수 있거나 광학 디코더에 의해 쉽고 확실하게 디코딩될 수 있는 디지털 인코딩(오목부 대 비오목부)을 제공할 수 있다.
그러나, 본 발명의 데이터 캐리어의 예상되는 장기간 이용의 관점에서, 바람직하게는 기판이 구부러지거나 롤 상에 권취된 경우에도, 제1 코팅이 세라믹 기판에 확실하게 부착된 상태로 유지된다는 것을 확인해야 한다. 따라서, 최대 10 μm, 바람직하게는 최대 1 μm, 더욱 바람직하게는 최대 200 nm, 더욱더 바람직하게는 최대 150 nm, 더욱더 바람직하게는 100 nm, 더욱더 바람직하게는 50 nm, 더욱더 바람직하게는 30 nm, 가장 바람직하게는 최대 20 nm의 두께를 갖는 다소 얇은 코팅층을 도포하는 것이 바람직하다. 예컨대 광학적 콘트라스트에 의해 달성될 광학 효과 측면에서, 상당한 흡수, 다중 산란, 반사 등을 허용하는 두께를 제공하는 것으로 충분하다.
코팅 프로세스, 특히 디코딩 프로세스의 용이성을 고려하여, 기판 표면 및 코팅 표면 양쪽 모두의 평균 거칠기(Ra)가 10 nm 미만, 바람직하게는 5 nm 미만, 더욱 바람직하게는 3 nm 미만인 것이 바람직하다. Ra는, 평가 길이를 따른 중심선에 대한 편차들로부터 결정된 필터링된 거칠기 프로파일의 산술 평균 값이다.
세라믹 기판의 제1 코팅은 데이터 캐리어에 변형을 생성할 수 있으므로, 대칭 변형을 달성하기 위해 세라믹 기판의 양쪽 표면을 코팅하는 것이 유리할 수 있다. 따라서 기판의 제2 표면이 제2 코팅으로 코팅되는 것이 바람직하며, 제2 코팅의 재료는 세라믹 기판의 재료와는 상이하다(그리고 바람직하게는 제1 코팅의 재료와 동일하다). 물론, 제2 코팅이 제공되는 경우, 상기 제2 코팅은 추가 정보를 인코딩하는데에도 이용될 수 있으므로, 데이터 캐리어에 저장될 데이터의 양이 2배가 된다. 따라서, 제2 코팅은 또한, 정보를 인코딩하는 복수의 레이저-절삭된 오목부를 포함하는 것이 바람직하다.
제1 및 제2 코팅과 세라믹 기판 사이의 강한 결합을 보장하기 위해, 데이터 캐리어는 코팅 프로세스 동안 및/또는 이후에 템퍼링(temper)될 수 있다. 이러한 템퍼링은 기판과 제1 코팅 사이 및/또는 기판과 제2 코팅 사이 소결된 계면(sintered interface)을 달성할 수 있고, 소결된 계면은 기판과 코팅(들) 사이의 결합을 강화한다. 바람직하게는, 소결된 계면은 기판으로부터의 적어도 하나의 요소 및 각각의 코팅으로부터의 적어도 하나의 요소를 포함한다.
위에서 언급된 바와 같이, 제2 양태에 따른 데이터 캐리어는, 교란되지 않은 코팅 영역들과 오목부가 있는 영역들 사이의 광학적 속성에서 광학적 콘트라스트 또는 다른 차이의 제공을 허용한다. 이 목적을 위해, 제1 및/또는 제2 코팅의 각각의 오목부는 각자의 코팅의 두께와 같거나 더 큰 깊이를 갖는 것이 바람직하다. 다시 말해서, 세라믹 기판의 재료가 광학 디코딩(예를 들어, 육안, 현미경, 카메라 또는 더 정교한 광학 디코더에 의해)을 위해 액세스가능하도록 하기 위해 코팅 재료가 각각의 오목부에서 실질적으로 완전히 절삭(또는 증발 또는 기타의 방식으로 제거)되는 것이 바람직하다. 이러한 맥락에서, 세라믹 기판에 영향을 주지 않고 오목부 위치에서 모든 코팅 재료를 정확하게 제거하는 것이 이상적일 것이다. 그러나, 이것은 확실하고 재현가능하게 제어하기가 어려울 수 있다. 따라서, 제1 및/또는 제2 코팅의 각각의 오목부가 각자의 코팅의 두께보다 약간 더 큰 깊이를 갖도록 절삭에 이용되는 레이저 시스템을 제어하는 것이 바람직할 수 있다. 예를 들어, 각각의 오목부의 깊이와 각자의 코팅의 두께 사이의 비율은, 1.01 내지 1.2 사이, 바람직하게는 1.01 내지 1.1, 더 바람직하게는 1.02 내지 1.05의 범위에 있을 수 있다. 바람직하게는, 각각의 오목부는, 최대 1 μm, 바람직하게는 최대 100 nm, 더욱 바람직하게는 최대 50 nm, 더욱더 바람직하게는 최대 30 nm, 더욱더 바람직하게는 최대 20 nm, 가장 바람직하게는 최대 10 nm의 깊이로 세라믹 기판 내로 연장된다.
제1 및/또는 제2 코팅의 각각의 오목부는 각자의 코팅의 두께보다 작은 깊이를 갖는 것이 역시 바람직할 수 있다. 예를 들어, 각각의 오목부의 깊이는 오목부가 세라믹 기판에 절대 닿지 않도록 최적화될 수 있으며, 동시에 각자의 코팅의 오목부 아래의 바닥 재료는 충분히 얇아서 특정한 파장의 레이저 광이 여전히, 적어도 부분적으로는, 상기 코팅 재료를 투과하여 위에서 논의된 광학적 콘트라스트를 달성하기 위해 세라믹 기판의 재료에 도달할 수 있다. 이 목적을 위해, 각각의 오목부의 깊이와 각자의 코팅의 두께 사이의 비율은, 0.9 내지 0.99, 바람직하게는 0.95 내지 0.99, 더 바람직하게는 0.97 내지 0.99의 범위인 것이 바람직하다. 대안으로서, 제1 및/또는 제2 코팅의 각각의 오목부는 각자의 코팅의 두께보다 상당히 더 작은 깊이를 가질 수 있다. 이 경우, 오목부들은 위에서 논의된 본 발명의 제1 양태와 유사한 방식으로 이용될 수 있다. 즉, 이 경우 세라믹 기판은 단지 코팅 재료에 관해서만 인코딩 및 디코딩이 발생하는 캐리어 기판으로서 역할할 뿐이다.
바람직하게는, 제1 및/또는 제2 코팅은 다음과 같은 재료들 중 하나 또는 조합을 포함한다: Cr, Co, Ni, Fe, Al, Ti, Si, W, Zr, Ta, Th, Nb, Mn, Mg, Hf, Mo, V; CrN, CrAlN, TiN, TiCN, TiAlN, ZrN, AlN, VN, Si3N4, ThN, HfN, BN 등의 금속 질화물; TiC, CrC, Al4C3, VC, ZrC, HfC, ThC, B4C, SiC 등의 금속 탄화물; Al2O3, TiO2, SiO2, ZrO2, ThO2, MgO, Cr2O3, Zr2O3, V2O3 등의 금속 산화물; TiB2, ZrB2, CrB2, VB2, SiB6, ThB2, HfB2, WB2, WB4 등의 금속 붕소화물; 또는 TiSi2, ZrSi2, MoSi2, MoSi, WSi2, PtSi, Mg2Si 등의 금속 실리사이드.
물론, 제2 양태의 맥락에서 채용될 수 있는 제1 양태와 관련하여 위에서 논의된 모든 피처는 제2 양태에 대해서도 개시된 것으로 간주되어야 한다. 더욱이, 아래에서 추가로 논의되는 모든 피처는 본 발명의 양쪽 양태들 모두에 동등하게 적용된다.
바람직하게는, 세라믹 기판은, 다음과 같은 재료들 중 하나 또는 조합을 포함한다: 실리콘 산화물, 알루미늄 산화물, 붕소 산화물, 소듐 산화물, 칼륨 산화물, 리튬 산화물, 아연 산화물, 마그네슘 산화물.
바람직하게는, 기판은, 가시 스펙트럼 내의 적어도 하나의 파장 범위에 대해, 바람직하게는 전체 가시 스펙트럼에 걸쳐, 즉, 400 nm 내지 700 nm에 대해 및/또는 UV 스펙트럼에 대해, 바람직하게는 전체 UV 스펙트럼에 걸쳐, 즉, 100 nm 내지 400 nm에 대해 투명하다. 바람직하게는, 기판은, 가시 스펙트럼 내의 적어도 하나의 파장 범위, 바람직하게는 전체 가시 스펙트럼에 걸쳐, 즉, 400 nm 내지 700 nm 및/또는 UV 스펙트럼 내, 바람직하게는 전체 UV 스펙트럼에 걸쳐, 즉, 100 nm 내지 400 nm에 대해, 적어도 80%, 바람직하게는 적어도 90% 및 더욱 바람직하게는 적어도 95%의 투과율을 나타낸다.
본 발명의 데이터 캐리어들은 서로의 상부에 적층될 수 있는 얇은 시트들로 제공될 수 있다. 예를 들어, 각각의 데이터 캐리어는, 원형, 디스크형, 직사각형, 또는 정방형 시트, 예를 들어 10 cm x 10 cm의 시트일 수 있다. 이러한 시트들은 인코딩 및 디코딩 동안에 쉽게 취급될 수 있고, 예컨대 50개 또는 심지어 500개의 시트가 하나의 스택을 형성하도록 서로의 상부에 적층될 수 있다.
대안으로서, 데이터 캐리어는, 롤로 권취될 수 있는 길쭉한 필름일 수 있다. 이 목적을 위해, 기판(및 바람직하게는 전체 데이터 캐리어)이, 최대 80 GPa, 바람직하게는 최대 75 GPa의 영률(Young’s modulus)을 갖는 것이 특히 유리하다. 데이터 캐리어가, 100 mm, 바람직하게는 50 mm, 더욱 바람직하게는 25 mm, 더욱 바람직하게는 10 mm, 더욱 바람직하게는 5 mm, 더욱 바람직하게는 2.5 mm의 곡률 반경에서 파손되지 않는 것이 더 바람직하다. 이들 기계적 속성들을 달성하기 위해서는 데이터 캐리어를 가능한한 얇게 만드는 것이 바람직하다. 바람직하게는, 데이터 캐리어의 두께는, 최대 130 μm, 더욱 바람직하게는 최대 110 μm, 더욱더 바람직하게는 최대 100 μm, 더욱더 바람직하게는 최대 90 μm, 가장 바람직하게는 최대 80 μm이다.
위에서 논의된 바와 같이, 오목부들은 임의의 형상을 가질 수 있고, 타원형, 둥근형, 직사각형, 정사각형 등일 수 있다. 상이한 형상들의 상이한 오목부들이 이용되어 역시 정보를 인코딩할 수 있다. 그러나, 가장 간단하고 직접적인 접근법에서, 바람직하게는 피코초 또는 펨토초 레이저 펄스를 이용하는 레이저 빔에 의해, 복수의, 본질적으로 동일한, 실질적으로 둥근 오목부가 생성된다. 이들 오목부들은 디지털 정보를 인코딩하기 위해, 직사각형, 정사각형 또는 육각형 패턴 등의 규칙적인 패턴으로 배열될 수 있다. 바람직하게는, 상기 오목부들의 직경은 가능한한 작지만, 적절한 디코딩이 가능하도록 여전히 충분히 크다. 바람직하게는, 각각의 오목부는, 최대 1 μm, 바람직하게는 최대 500 nm, 더욱 바람직하게는 최대 300 nm, 더욱더 바람직하게는 최대 200 nm, 가장 바람직하게는 최대 150 nm의 깊이에 수직인 최대 확장을 갖는다.
바람직하게는, 데이터 캐리어는, cm²당(기판 표면당) 적어도 10 Megabyte의 인코딩된 정보, 더욱 바람직하게는 cm²당 적어도 100 Megabyte의 인코딩된 정보, 더욱더 바람직하게는 cm²당 적어도 1 Gigabyte의 정보를 포함한다.
본 발명은 또한, 전술된 데이터 캐리어를 제조하는 방법에 관한 것이다. 제1 양태에 따른 데이터 캐리어를 제조하기 위해, 세라믹 기판이 제공되고, 바람직하게는 피코초 또는 펨토초 레이저 펄스를 이용하는 레이저 절삭에 의해 기판의 어느 한쪽 또는 양쪽 표면에 복수의 오목부가 생성된다. 제2 양태에 따른 데이터 캐리어를 제조하기 위해, 세라믹 기판이 제공되고, 기판의 어느 한쪽 또는 양쪽 표면이 제1 및/또는 제2 코팅으로 코팅되고, 바람직하게는 피코초 또는 펨토초 레이저 펄스를 이용하는 레이저 절삭에 의해 제1 및/또는 제2 코팅에 복수의 오목부가 생성된다.
레이저 절삭은, 예컨대 펄스 레이저, 바람직하게는 펨토초 레이저를 이용함으로써 달성될 수 있다. 바람직한 원통형 오목부들을 달성하기 위해, Gaussian 또는 Bessel 형상을 갖는 레이저 빔을 이용하는 것이 바람직하다.
제1 및/또는 제2 코팅으로 기판의 어느 한쪽 또는 양쪽 표면을 코팅하는 것은 다양한 공지된 기술에 의해 수행될 수 있다. 특히 바람직한 기술들은 물리적 기상 퇴적 또는 화학적 기상 퇴적이다.
위에서 언급한 바와 같이, 템퍼링은 기판과 코팅 사이의 결합을 강화할 수 있다. 따라서, 이 방법은, 바람직하게는 적어도 200℃, 바람직하게는 적어도 500℃, 더욱 바람직하게는 적어도 1,000℃의 온도에서 코팅된 기판을 템퍼링하는 단계를 포함한다.
대안으로서, 세라믹 기판은, 다음과 같은 기술들: 가열, 스퍼터링, HiPIMS(High Power Impulse Magnetron Sputtering; 고출력 임펄스 마그네트론 스퍼터링), 질소 및/또는 수소 등의 형성 가스 적용 중 하나 이상으로 기판의 어느 한쪽 또는 양쪽 표면에서 처리될 수 있다. 이들 기술들은 기판의 표면 품질을 개선할 수 있고/있거나 기판과 코팅(들) 사이의 결합을 더 강하게 할 수 있다.
세라믹 기판은 바람직하게는 레이저 절삭에 이용되는 레이저 광의 파장에 대해 투명하고, 레이저 절삭은 바람직하게는 세라믹 기판을 투과한 레이저 광으로 수행된다. 따라서, 절삭 동안에 생성된 파편은, 데이터 캐리어가 절삭된 재료와 광학기기 사이에 장벽을 형성하기 때문에, 절삭에 이용되는 광학기기에 영향을 줄 수 없다.
본 발명은 또한, 전술된 바와 같이 데이터 캐리어를 판독하는 방법에 관한 것이다. 이 방법에 따르면, 제1 또는 제2 양태의 데이터 캐리어는 제1 파장의 광으로 조명된다. 데이터 캐리어를 통해 투과된 및/또는 데이터 캐리어에 의해 반사된 광은, 데이터 캐리어의 오목부들에 인코딩된 정보를 디코딩하기 위해 검출되고 분석된다. 예를 들어, (제1 양태의 경우 기판의 또는 제2 양태의 경우 코팅의) 오목부들을 통과하는 광 및 어떠한 오목부도 존재하지 않는 곳마다(예컨대, 투명 기판 또는 불투명 코팅에 의해) 데이터 캐리어에서 차단되는 광은, 조합하여, 널리 공지된 기술들을 이용하여 디코딩될 수 있는 QR 코드 등의 패턴(밝은/어두운)을 생성할 수 있다.
바람직하게는, 데이터 캐리어는, 세라믹 기판, 및 세라믹 기판의 한 표면 상의 레이저-절삭된 오목부들을 갖는 코팅을 포함하고, 여기서 세라믹 기판은 제1 파장에 대해 투명하고, 세라믹 기판을 통해 투과된 광이 검출된다. 이것은 투과 및 반사 모드 양쪽 모두에서 발생할 수 있다. 특히, 데이터 캐리어는 바람직하게는 코팅의 반대 측으로부터 세라믹 기판을 통해 조명될 수 있다. 또한, 오목부들로부터 발생하는 광은 또한, 코팅 반대 측으로부터 세라믹 기판을 통해 검출될 수 있다. 이 기술은 오목부들이 있는 코팅의 반대 측면이 전형적으로 더 깨끗하고/하거나 촬상을 용이화하는 매끄러운 표면을 갖기 때문에 신호 대 잡음비를 개선시킨다. 오목부들을 포함하는 측면에 먼지 입자들이 존재할 가능성이 있는 경우, 광학 빔에 미치는 먼지(또는 다른 불순물들)의 영향의 최소화를 달성하기 위해 조명 및/또는 검출 초점이 오목부들의 바닥에 위치하게 하여 반대 측으로부터 조명하고 상기 반대 측에서 검출하는 것이 특히 유리하다.
본 발명의 한 예는 다음과 같은 도면들을 참조하여 후속해서 설명된다:
o 도 1은 5x 배율에서의 예시적인 데이터 캐리어의 투과 현미경 이미지이다;
o 도 2는 10x 배율에서의 도 1의 데이터 캐리어의 투과 현미경 이미지이다;
o 도 3은 20x 배율에서의 도 1의 데이터 캐리어의 투과 현미경 이미지이다;
o 도 4는 50x 배율에서의 도 1의 데이터 캐리어의 투과 현미경 이미지이다;
o 도 5는 100x 배율에서의 도 1의 데이터 캐리어의 투과 현미경 이미지이다;
o 도 6은 디지털 방식으로 인코딩된 정보가 새겨진 또 다른 예시적인 데이터 캐리어의 투과 현미경 이미지이다; 및
o 도 7은 2 내지 8 μm 높이의 1개-라인 글꼴로 알파벳 문자들이 새겨진 또 다른 예시적인 데이터 캐리어의 투과 현미경 이미지이다.
예를 들어, 10 mm x 10 mm의 크기를 갖고 두께가 100 μm인 사파이어 기판(Al2O3)으로 구성된 세라믹 기판이 물리적 기상 퇴적(PVD)에 의해 두께 100 nm를 갖는 CrN 코팅으로 코팅되었다. 약 1 μm(예 1) 및 약 500 nm(예 2 및 3)의 직경을 갖는 원형 오목부들이 파장 515 nm의 200펨토초 레이저를 이용하여 코팅으로부터 절삭되었다.
예 1의 결과적 데이터 캐리어는 다양한 배율에서 Olympus BX-51로 촬상되었다. 5x, 10x, 20x, 50x 및 100x의 배율에서의 각각의 투과 현미경 이미지들이 각각 도 1 내지 도 5에 도시되어 있다.
이들 도면들로부터 명백한 바와 같이, (투명한) 세라믹 기판의 재료와 (광을 흡수하는) 코팅 층 재료 사이에서 뛰어난 광학적 콘트라스트를 달성하도록 코팅에서 확실하고 불가역적으로 오목부들을 생성하는 것이 가능하다. 이 예 1의 오목부들은 아날로그 정보, 즉, 얼룩말 사진을 인코딩하지만, 도 6(예 2)에 도시된 디지털 정보(오목부 존재 대 오목부 비존재) 또는 도 7(예 3)에 나타낸 영숫자 문자들을 인코딩하기 위해 다양한 오목부를 이용하는 것이 유사하게 가능하다. 예 2에서, 개개의 "픽셀들"은 폭이 500 nm보다 작다. 예 3에서, 문자들의 라인 폭은 약 500 nm이다.
예들을 참조하여 위에서 설명된 코팅 및 절삭 기술은 최대 200 μm의 두께를 갖는 세라믹 기판에 유사하게 채용될 수 있다. 예를 들어, Nippon Electric Glass에서 입수할 수 있는 소위 유리-리본(레퍼런스 번호 2010-03E)에 동일한 코팅이 적용될 수 있다. 상기 유리-리본은 4 μm 내지 50 μm의 두께와 최대 100m 길이로 입수할 수 있다. 유사하게, Corning으로부터 입수가능한 Alumina Ribbon Ceramic 또는 지르코니아로 제조된 Ribbon 세라믹(양쪽 모두 두께가 20 μm로 작음)이 채용될 수 있다. 다른 적합하고 특히 바람직한 재료들은 다음과 같다: AGC Spool, AGC Dragontrail, Corning® Willow® Glass, Corning Standard Glass Carriers SGC 3.4, SGC 7.8 및 SGC 9.0, Nippon Electric Glass - G-Leaf (Ultra-thin Glass), SCHOTT AS 87 eco, SCHOTT AF 32 Eco, 및 SCHOTT Xensation® Flex.

Claims (24)

  1. 제1 및 제2 대향 표면을 갖고 최대 500 μm의 두께를 갖는 세라믹 기판을 포함하는 데이터 캐리어로서, 상기 기판의 상기 제1 표면은 정보를 인코딩하는 복수의 레이저-절삭된 오목부를 포함하고, 각각의 오목부는 최대 1 μm의 깊이를 갖는, 데이터 캐리어.
  2. 제1항에 있어서, 상기 데이터 캐리어의 두께는 최대 200 μm, 바람직하게는 최대 150 μm인, 데이터 캐리어.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 기판의 상기 제2 표면은 정보를 인코딩하는 복수의 레이저-절삭된 오목부를 포함하고, 각각의 오목부는 최대 1 μm의 깊이를 갖는, 데이터 캐리어.
  4. 제1항, 제2항 또는 제3항에 있어서, 각각의 오목부는, 최대 100 nm, 바람직하게는 최대 50 nm의 깊이를 갖고/갖거나, 각각의 오목부의 깊이는 기판 두께의 1% 미만, 바람직하게는 0.1% 미만, 더욱 바람직하게는 0.05% 미만인, 데이터 캐리어.
  5. 제1 및 제2 대향 표면을 갖고 최대 500 μm의 두께를 갖는 세라믹 기판을 포함하는 데이터 캐리어로서, 상기 기판의 상기 제1 표면은 제1 코팅으로 코팅되고, 상기 제1 코팅의 재료는 상기 세라믹 기판의 재료와는 상이하며, 상기 제1 코팅은 정보를 인코딩하는 복수의 레이저-절삭된 오목부를 포함하는, 데이터 캐리어.
  6. 제5항에 있어서, 상기 세라믹 기판의 두께는 최대 200 μm, 바람직하게는 최대 150 μm인, 데이터 캐리어.
  7. 제5항 또는 제6항에 있어서, 상기 기판의 상기 제2 표면은 제2 코팅으로 코팅되고, 상기 제2 코팅의 재료는 상기 세라믹 기판의 재료와는 상이하며, 상기 제2 코팅은 정보를 인코딩하는 복수의 레이저-절삭된 오목부를 포함하는, 데이터 캐리어.
  8. 제5항, 제6항 또는 제7항에 있어서, 상기 제1 및/또는 제2 코팅의 두께는 최대 10 μm, 바람직하게는 최대 1 μm, 더욱 바람직하게는 최대 100 nm, 더욱더 바람직하게는 최대 50 nm인, 데이터 캐리어.
  9. 제5항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 및/또는 제2 코팅의 각각의 오목부는 최대 10 μm, 바람직하게는 최대 1 μm, 더욱 바람직하게는 최대 100 nm, 더욱더 바람직하게는 최대 50 nm의 깊이를 갖는, 데이터 캐리어.
  10. 제5항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 및/또는 제2 코팅의 각각의 오목부는 각자의 코팅의 두께보다 작은 깊이를 갖거나; 또는 상기 제1 및/또는 제2 코팅의 각각의 오목부는 각자의 코팅의 두께와 실질적으로 동일한 깊이를 갖거나; 또는 상기 제1 및/또는 제2 코팅의 각각의 오목부는 각자의 코팅의 두께보다 큰 깊이를 갖는, 데이터 캐리어.
  11. 제10항에 있어서, 각각의 오목부는 최대 1 μm, 바람직하게는 최대 100 nm, 더욱 바람직하게는 최대 50 nm의 깊이로 상기 기판 내로 연장되는, 데이터 캐리어.
  12. 제5항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 기판과 상기 제1 코팅 사이 및/또는 상기 기판과 상기 제2 코팅 사이에 소결된 계면(sintered interface)이 존재하고, 상기 소결된 계면은 바람직하게는 상기 기판으로부터의 적어도 하나의 요소 및 각자의 코팅으로부터의 적어도 하나의 요소를 포함하는, 데이터 캐리어.
  13. 제5항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 및/또는 제2 코팅은 다음과 같은 재료들: Cr, Co, Ni, Fe, Al, Ti, Si, W, Zr, Ta, Th, Nb, Mn, Mg, Hf, Mo, V 등의 금속; CrN, CrAlN, TiN, TiCN, TiAlN, ZrN, AlN, VN, Si3N4, ThN, HfN, BN 등의 금속 질화물; TiC, CrC, Al4C3, VC, ZrC, HfC, ThC, B4C, SiC 등의 금속 탄화물; Al2O3, TiO2, SiO2, ZrO2, ThO2, MgO, Cr2O3, Zr2O3, V2O3 등의 금속 산화물; TiB2, ZrB2, CrB2, VB2, SiB6, ThB2, HfB2, WB2, WB4 등의 금속 붕소화물; 또는 TiSi2, ZrSi2, MoSi2, MoSi, WSi2, PtSi, Mg2Si 등의 금속 실리사이드 중에서 하나 또는 조합을 포함하는, 데이터 캐리어.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 세라믹 기판은, 다음과 같은 재료들: 실리콘 산화물, 알루미늄 산화물, 붕소 산화물, 소듐 산화물, 칼륨 산화물, 리튬 산화물, 아연 산화물, 마그네슘 산화물 중에서 하나 또는 조합을 포함하는, 데이터 캐리어.
  15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 데이터 캐리어는 롤 형태로 권취된, 데이터 캐리어.
  16. 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항의 데이터 캐리어를 제조하는 방법으로서,
    세라믹 기판을 제공하는 단계; 및
    레이저 절삭에 의해 상기 기판의 어느 한쪽 또는 양쪽 표면에 복수의 오목부를 생성하는 단계
    를 포함하는 방법.
  17. 제1항 내지 제16항 중 어느 한 항의 데이터 캐리어를 제조하는 방법으로서,
    세라믹 기판을 제공하는 단계;
    상기 기판의 어느 한쪽 또는 양쪽 표면을 제1 및/또는 제2 코팅으로 코팅하는 단계; 및
    레이저 절삭에 의해 상기 제1 및/또는 제2 코팅에 복수의 오목부를 생성하는 단계
    를 포함하는 방법.
  18. 제17항에 있어서, 상기 코팅 프로세스 동안 및/또는 후에 상기 데이터 캐리어를 템퍼링(temper)하는 단계를 더 포함하는 방법.
  19. 제17항에 있어서, 상기 세라믹 기판은, 다음과 같은 기술들 : 가열, 스퍼터링, HiPIMS, 질소 및/또는 수소 등의 형성 가스 적용 중 하나 이상으로 상기 기판의 어느 한쪽 또는 양쪽 표면에서 처리되는, 방법.
  20. 제17항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 세라믹 기판은 레이저 절삭에 이용되는 레이저 광의 파장에 대해 투명하며, 상기 세라믹 기판을 투과한 레이저 광으로 레이저 절삭이 수행되는, 방법.
  21. 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항의 데이터 캐리어를 판독하는 방법으로서,
    제1 파장의 광으로 상기 데이터 캐리어를 조명하는 단계;
    상기 데이터 캐리어를 투과한 광 및/또는 상기 데이터 캐리어에 의해 반사된 광을 검출하는 단계; 및
    상기 데이터 캐리어의 오목부들에 인코딩된 정보를 디코딩하기 위해 상기 검출된 광을 분석하는 단계
    를 포함하는 방법.
  22. 제21항에 있어서, 상기 데이터 캐리어는, 세라믹 기판, 및 상기 세라믹 기판의 한 표면 상의 레이저-절삭된 오목부를 갖는 코팅을 포함하고, 상기 세라믹 기판은 상기 제1 파장에 대해 투명하고 상기 세라믹 기판을 통해 투과된 광이 검출되는, 방법.
  23. 제22항에 있어서, 상기 데이터 캐리어는 상기 코팅의 반대 측으로부터 조명되는, 방법.
  24. 제22항 또는 제23항에 있어서, 상기 데이터 캐리어에 의해 반사된 광은 상기 코팅의 반대 측에서 검출되는, 방법.
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