NL8102283A

NL8102283A - Optisch uitleesbare informatieschijf met een reflectielaag gevormd uit een metaallegering.

Info

Publication number: NL8102283A
Application number: NL8102283A
Authority: NL
Original assignee: Philips Nv
Priority date: 1981-05-11
Filing date: 1981-05-11
Publication date: 1982-12-01
Also published as: JPS57186244A; EP0064777A1; US4709363A

Description

* I

Λ ESN 10/045 1 N.V. Philips' Gloeilampenfabrieken te Eindhoven "Optisch uitleesbare inf ormatieschij f met een refleetielaag gevormd uit een metaallegering"

De uitvinding heeft betrekking op een optisch uitleesbare inf ormatieschij f die een substraatplaat bevat welke aan tenminste één zijde voorzien is van een kunststoflaag waarin een reflecterende optische structuur is aangebracht die een informatiespoor bevat van 5 afwisselend op hoger en lager niveau gelegen informat iegebiedj es afgedekt met een reflectielaagje van metaal.

Een dergelijke schijf is bekend uit de nederlandse octrooiaanvrage nr. 7/611,395 (EHN 8576) ten name van Aanvrager.

De bekende schijf is opgebouwd uit een bij voorkeur transit] par ante substraatplaat vervaardigd uit kunststof zoals in het bijzonder poljmethylroethacrylaat/ die aan tenminste één zijde voorzien is van een door middel van straling zoals ultraviolet licht, gehard laklaagje waarin het informatiespoor is aangebracht en die is afgedékt met een dun reflectielaagje van aluminium. Een' geschikt reflectielaagje is een 15 cpgedampte aluminiumlaag met een dikte van 30 nm. De informatiegebied-jes waarin geluid- of beeldinformatie kan zijn opgeslagen bezitten geringe afmetingen. Het hoogteverschil tussen de gebiedjes bedraagt circa 0,1-0,2^um. De lengteafmetingen van de gebiedjes die variëren al. naar gelang de opgeslagen informatie, bedragen globaal 0,3-3^um. De 20 cpgeslagen informatie wordt met behulp van laserlicht in reflectie uitgelezen op basis van phaseverschillen. Het laserlicht wordt bij voorkeur via het transparante substraat cp de optische structuur ge-focusseerd.

In de nederlandse octrooiaanvrage 7,803,069 (PHN 9076} even-25 eens op naam van Aanvrager worden optisch uitleesbare meerlaags-infor-matieschijven beschreven waarin partieel doorlatende reflectielaagjes van bijvoorbeeld Ag, Ni of Al toegepast kunnen warden.

Uit het aan de huidige uitvinding ten grondslag liggende onderzoek is gebleken dat de tot dusver toegepaste reflectielaagjes 30 van Ag of Al bezwaren vertonen. Zo is gebleken dat de stabiliteit van de dunne laagjes Ag en Al te wensen overlaat. Hierbij speelt, naar de mening van Aanvrager, de inwendige spanning van het metaallaagje een rol maar ook de te geringe weerstand tegen chemische aantasting.

8102283 ΕΗΝ 10,045 2 t λ * _______ Het onderzoek naar de kwaliteit van de optische uitlees- bare schijven en in het bijzonder naar de kwaliteit en duurzaamheid van het reflectielaagje is ondermeer uitgevoerd met behulp van de cyclische vochtproef, ook wel tropentest genoemd. Volgens deze test wor-5 den de schijven gedurende een lange testperiode van minimaal enkele weken bewaard bij periodiek wisselende klimatologische omstandigheden. Hiertoe werden de schijven in een klimaatkast geplaatst en per etmaal onderworpen aan een temperatuur- en vochtcyclus waarbij de schijven gedurende 8 uren op een temperatuur van 45°C werden gehouden bij een re-10 latieve vochtigheid van 70-90% en gedurende een periode van 16 uren op een temperatuur van 25°C bij een relatieve vochtigheid van 100%. Gebleken is dat de kwaliteit van een reflectielaagje van Al, na een testperiode van 3-5 weken, slecht is. De reflectielaag vertoonde gaatjes met een diameter van 1yum of groter. Het is duidelijk dat derge-15 lijke gaatjes de kwaliteit van de qpgeslagen, zeer fijn gestructureerde informatie sterk nadelig beïnvloeden. De kwaliteit van een Ag laagje bleek na voomoemde testperiode wat beter te zijn in vergelijk met Al doch op zich nog duidelijk onvoldoende. Voorts is gebleken dat een Ag laag onvoldoende hecht cp de eerder vermelde met licht geharde laklaag 20 in het bijzonder een geharde laag van een acrylaat. of methacrylaat kunststof.

De hierboven geschetste problemen kunnen achteraf althans ten dele verklaard worden uit het feit dat de aangebrachte reflectielaag een zeer geringe dikte heeft van omstreeks 70 nm. De eigenschappen van 25 het metaal, in casu Ag of Al, in een dergelijk dunne laag zijn duidelijk af wijkend van de eigenschappen van dezelfde metalen in bulkhoeveel-heden. Zo zijn de oxidatiegevoeligheid, de gevoeligheid voor aantasting door verontreinigingen in de atmosfeer en de gevoeligheid voor aantasting door die bestanddelen van de onderliggende geharde laklaag, die 30 niet zijn gepolymeriseerd tijdens de belichting, hoe gering de hoeveelheid van dergelijke in de geharde lak aanwezige monaneren ook moge zijn, duidelijk verhoogd. Voorts is de uitzetting van de onder de metaallaag aanwezige kunststof , als gevolg van temperatuurvariaties (thermische uitzetting) of als gevolg van vochtabsorptie een faktor 2-5 hoger dan 35 die van de metaallaag. Hieruit zou de conclusie kunnen worden getrokken dat een metaallaag van de voomoemde geringe dikte, geen werkelijk stabiele reflectielaag kan vormen op een kunststof substraat waarbij stabiliteit gerelateerd moet worden aan de zeer fijn gedetaileerde opti- 8102283 EEN 10,045 3 ' * - sche structuur.

Aanvrager heeft dit vooroordeel overwonnen. Meer In het bijzonder heeft de uitvinding betrekking op een optisch uitleesbare infarmatieschijf van het in de aanhef genoemde type die hierdoor is 5 gekenmerkt dat het reflectielaagje een metaallegering is, gekozen uit de groep bestaande uit Ag-Cu legering met meer dan 40 at.% Ag, Cu-Cr legering met meer dan 8 at.% Cr, Al-Cr legering met meer dan 75 at.% Al, Al-Cu legering met meer dan 40 at.% Al, Al-Φ legering met meer dan 70 at.% Al, Al-Μι legering met tenminste 75 at.% Al en een Al-lanthanide 10 legering met 0,1 tot 3 at.% van het lanthanide.

In tegenstelling tot de voomoemde zilverlaag of aluminiumlaag en eveneens in tegenstelling tot vele andere door Aanvrager onderzochte metaallegeringen, vertenen bovengenoemde legeringen, aangebracht in een- ' dunne laag met bijvoorbeeld een dikte van 30-300 nm op een kunststof 15 ondergrond, in het bijzonder een ondergrond van acrylaat of methacrylaat kunststof, een uitstekende stabiliteit onderzocht in de eerdergenoemde cyclische vochttest, een goede hechting en veearts een voldoend grote lichtreflectie. De hechting is bepaald in de zogenaamde ruitjeskras-proef waarbij in het oppervlak van de metaallaag een twaalftal kras-20 sen wordt aangebracht die zich over de gehele dikte van de metaallaag uitstrekken. Het krassenpatroon omvat 6 parallelle krassen met een onderlinge afstand van 1 nm die loodrecht worden gekruist door eveneens 6 krassen met een onderlinge afstand van 1irm zodat het krassenpatrocn 25 2 gebiedjes van 1 nm bevat. Op dit krassenpatroon wordt een plakstrodk 25 (cellotape) gedrukt die vervolgens van het oppervlak wordt afgetrokken.

Bij een goede hechting van de metaallaag bevat de plakstrock geen van het oppervlak verwijderd materiaal.

De kunststoflaag waarop de reflectielaag is aangebracht kan een apart laagje zijn dat wil zeggen afzonderlijk aangebracht op de substraat-30 plaat zoals bijvoorbeeld een met licht gehard acrylaatlaagje aangebracht cp een substraat vervaardigd uit bijvoorbeeld glas of uit een kunststof zoals polymethylmethacrylaat. Het is eveneens mogelijk dat het kunststof-laagje deel uitmaakt van de substraatplaat si van hetzelfde materiaal is vervaardigd als de substraatplaat. De substraatplaat is dan geheel uit 35 kunststof vervaardigd zoals een plaat van een geharde acrylaat lak of bijvoorbeeld een plaat van polynethylmethacrylaat.

In een gunstige uitvoeringsvorm van de infconatieschij f volgens de uitvinding wordt een metaallegering toegepast net een licht- 8102283 H3N 10,045 4 -....... reflectie bij 850 ran van minimaal 70% die gekozen is uit de groep be staande uit Ag-Cu legering met meer dan 40 at% Ag, Cu-Cr legering met een. chroomgehalte tussen 8 en 50 at%, Al-Cr legering met een chroom-gehalte kleiner dan 10 at%, Al-Cu legering met meer dan 40 at.% Al, 5 Al-B legering met tenminste 90 at.% Al, Al-Μη legering met een mangaan-gehalte kleiner dan 10 at.% en een Al-lanthanide legering met 0,1-3 at.% van het lanthanide.

De hoge lichtreflectie bij 850 ran maakt het mogelijk cm de optische schijf op optimale wijze uit te lezen met behulp van de voor 10 praktische toepassing zeer geschikte AlGaAs laser die een emissiegolf-lengte van omstreeks 850 ran heeft.

In een verdere gunstige uitvoeringsvorm van de schijf volgens de uitvinding bevat de Ag-Cu legering tevens Al. In een dergelijke legering kan dan met minder Ag worden volstaan zodat een kostenbesparing 15 mogelijk is. Eveneens wordt bereikt dan door de vorming van een oxyde-huidje on het Al, een nog wat betere bestendigheid tegen chemische aantasting zoals, oxidatie wordt verkregen.

De vorming van een gunstig oxydehuidje· vindt eveneens plaats, in legeringen: die Cr of lanthaniden zoals Y (Yttrium) , Er (Erbium) en.

20 Dy (Dysprosium) bevatten..

De in de schijf volgens de uitvinding toegepaste reflectie-laag kan in hoogvacuum door middel van een opdampproces worden aangebracht. Ook kan de laag door een sputterproces worden aangebracht hetgeen in technisch opzicht soms wat eenvoudiger is.

25 De uitvinding wordt met behulp van het uitvoeringsvoorbeeld als volgt nader toegelicht.

Uitvoerlngsvoorbeeld

Een schijf vormige steunplaat van polymethylmethacrylaat met een dikte van 1,2 irm die aan één zijde, voorzien is van een laagje van 3fl een met U.V. licht geharde lak op basis van acrylzure esters met een dikte van 20 ^um werd aan de zijde van de laklaag voorzien van een me-taallaagje met een dikte van 70 nm waarvan de samenstelling is weergegeven in kolom 1; van de onderstaande tabel. Het metaallaagje werd of- --8 wel opgedampt in een hoogvacuumklok bij een voordruk van 10 Torr en -7 35 een werkdruk van 10 Torr ofwel aangebracht onder toepassing van een magnetron sputterproces uitgevoerd in een argon atmosfeer bij. een ~3 werkdruk van omstreeks 10 Torr.

De lichtreflectie van de metaallaag werd garieten: door licht 81 02 2 83 - f EHN 10,045 5 van 630 ran en 850 nm via de steunplaat te focusseren op de metaal-laag en de hoeveelheid gereflecteerd licht te bepalen en uit te drukken in een percentage van de ingestraalde hoeveelheid licht. De verkregen gegevens zijn aangegeven in kolenmen 2 ai 3 van de tabel. De hechting 5 van de metaal laag cp de onderliggende kunststoflaag werd bepaald met de eerder beschreven ruitjeskrasproef. De resultaten zijn weergegeven in kolom 4 van de tabel waarbij de gebruikte symbolen de volgende betekenis hebben: 10 + = zeer goede hechting +/“ = voldoende hechting - = onvoldoende hechting

De stabiliteit van de metaallaag ward bepaald in de eveneens 15 in het voorgaande beschreven cyclische vochtproef met een testdnur van 3 waken. De resultaten zijn vermeld in de laatste kolom van de tabel waarbij de gebruikte symbolen betekenen; + = goede stabiliteit? de kwaliteit van de metaallaag beoordeeld in 20 een microscopisch onderzoek is na de test niet of niet zicht baar verminderd.

+ = voldoende stabiliteit; de metaallaag na de test is niet meer helemaal gaaf, vertoont enkele zeer kleine scheurtjes of gaatjes of heeft gedeeltelijk een wat matter oppervlak.

25 - = onvoldoende stabiliteit; de metaallaag vertoont vele gaatjes en/of scheurtjes.

Samenstelling lichtreflectie in procenten hechting stabiliteit reflectielaag 630 nm X = 850 nm 30 in at.%

Ag - Cu 93 7 95 98 +/- + 90 10 89 90 +/- + 35 80 20 93 95 +/- + 70 30 89 90 +/- + 60 40 88 89 +/~ + 8102283 PHN 10/045 6 * +

Samenstelling lichtreflectie in procenten hechting stabiliteit reflectielaag Λ. = 630 ran A* = 850 ran in at.% 5 Ag - Cu 50 50 87 91 +/- + 40 60 92 96 ..+

Ag - Cu - Al - t0 98 . 1 1 95 99 +/- + 92 8 1 92 95 +/- + 90 5 5 90 94 +/- + 80 10 10 - 89 93 +/~ + 15 _

Ca — AL

50 50 79 86 + . + 60 40 84 92 +/-

Ca - Cr 20 · 92 8 73 niet gemeten + 90 10 85 " + + 70 30 76 " + + 50 50 70 " + + 25

Al — B

96 4 75' 84 + + 94 6 74 83 + + 92 8 73 81 + + 30 90 1 0 72 79 ' + + 80 20 56 59 + + 70 30 44 . 43 +

Al - Cr 35 98 2 87 88 + + 96 ‘4 83 86 + + 94 6 78 81 + + ff 1 0 2 2 8 3 H5N 10,045 7 ^ β

Samenstelling lichtreflectie in procenten hechting stabiliteit reflectielaag ^ = 630 nm = 850 nm in at.% __ 5 Al - Cr 92 8 75 78 + + 90 10 68 71 + + 85 15 45 44 + + 80 20 43 44 + + 10 75 25 42 44 + ai - m 90 10 60 56 + + 85 15 52 51 + + 15 80 20 46 46 + + 75 25 44 44 + · +

Al - Dy + 2(J 99,5 0,5 79 82 + +/“ 99,0 1,0 79 81 + +/~

Al - Er 99,5 0,5 79 82 + +/“ 25 99,0 1,0 79 81 + +/“

Ag 95 95

Al 90 90 + 30 35 r 8102283

Claims

2. Optisch uitleesbare informatieschijf' volgens conclusie 1 net het kenmerk dat een metaallegering wordt toegepast met een lichtreflectie bij 850 nm van minimaal 70% gekozen uit de groep bestaande uit Ag-Cu 15 legering met meer dan 40 at.% Ag, Cu-Cr legering met een chrocmgehalte tussen 8 en 50 at.%, Al-Cr legering met een chrocmgehalte kleiner dan 10 at.%, Al-Cu legering met meer dan 40 at.%Al,Ai-B. legering met tenminste 90 at,% Al, Al-Μη legering met een mangaangehalte kleiner dan 10 at.% en een Al-lanthanide legering met 0,1-3 at.% van het lanthanl-20 de.
3. Optisch uitleesbare informatieschijf volgens conclusie 1 met het kenmerk dat de Ag-Cu legering tevens Al bevat. 25 30 35 8102283