NL8401995A - Optische informatiedrager met mozaiekstructuur. - Google Patents

Description

^ Η f N. 0.32624 1

Optische informatiedrager met mozaïekstructuur.

De uitvinding heeft betrekking op een optische informatiedrager voorzien van een substraat waarop een door middel van een lichtstraal optisch uitleesbare mozaïekstructuur is aangebracht omvattende aangrenzende gebieden met zodanig verschillende eigenschappen dat ze de aftas-5 tende lichtstraal op verschillende wijze beïnvloeden.

Dergelijke optische informatiedragers zijn in diverse uitvoeringsvormen en voor verschillende doeleinden bekend.

Het is onder andere bekend om in een fotogevoelige laag van een fotografische film lokale verschillen in optische brekingsindex te cre-10 'éren, die door interferentie een intensiteitsverandering van een doorgaande lichtbundel veroorzaken. Op deze wijze kan informatie worden op-geslagen in de vorm van een hologram. Ook kunnen op deze wijze optisch actieve elementen worden gecreëerd die de functie van een prisma of een lens kunnen vervullen.

15 Anderzijds is het bekend om interferentiepatronen te cre'éeren door het oppervlak van een reflector van een transparante las® op microscopische schaal te structureren. Voorbeelden hiervan zijn tralievensters en optische platen, zoals de compact-disc van Philips, die voorzien is van een reflecterende laag en in een reflectiemodus wordt uit-20 gelezen of de beeldplaten van Thomson-Brandt die in een transmissiemo-dus worden uitgelezen.

Het vervaardigen van dergelijke structuren blijkt in de praktijk zeker niet eenvoudig te zijn. Fotografische films zijn gelatineus en derhalve mechanisch kwetsbaar. Onder inwerking van vocht kan de gelati-25 neuze laag verder gemakkelijk gaan zwellen hetgeen al snel leidt tot een ontoelaatbare vervorming van de in de laag vastgelegde informatiestructuur of optische structuur. Dergelijbe fotografische producten moeten dan ook met veel zorg worden behandeld. Ook zijn de bereikbare verschillen in optische brekingsindex van de aangrenzende gebieden van 30 de informatiestructuur klein, in de praktijk kleiner dan 0,05.

Bij de compact disc wordt een transparante drager voorzien van een reliëfstructuur in overeenstemming met de vast te houden informatie en deze reliëfstructuur wordt vervolgens in vacuüm bekleed met een metaal-laag. Een blijvend mechanisch contact tussen de reflecterende metaal-35 laag en de drager blijkt daarbij echter moeilijk te realiseren te zijn.

De uitvinding heeft nu ten doel aan te geven op welke wijze een optische informatiedrager van in de aanhef genoemde soort moet worden 8401995 2 uitgevoerd om de gesignaleerde problemen te vermijden.

Aan deze doelstelling wordt volgens de uitvinding voldaan, doordat op het vlakke substraat van de optische informatiedrager een vlakke optisch transparante laag aanwezig is, die in overeenstemming met de in-5 formatiestructuur verdeeld is in tenminste twee groepen gebieden waarbij de gebieden van een groep onderling dezelfde optische brekingsindex hebben en de brekingsindex van de gebieden van beide groepen tenminste 0,2 van elkaar verschillen, waarbij de dikte van de optisch transparante laag zodanig wordt gekozen dat afhankelijk van het verschil in opti- 10 sche brekingsindex en afhankelijk van de golflengte van het licht van de uitlezende lichtstraal een optisch weglengteverschil tussen de lichtstralen die de gebieden van beide groepen doorlopen ontstaat gelijk aan of ongeveer gelijk aan een halve golflengte of een oneven veelvoud daarvan.

15 Bij het uitlezen van de optische informatiedrager volgens de uit vinding zal aan de randen van de gebieden uitdoving of althans verzwakking van de lichtbundel optreden doordat een deel van de aftastende lichtbundel loopt door een gebied van de ene groep en het andere deel van dezelfde lichtbundel loopt door een gebied van de andere groep.

20 Vanwege het optische weglengteverschil tussen de lichtbundeldelen zal bij de overgangen tussen de gebieden uitdoving van de lichtbundel optreden door interferentie tussen de twee bundeldelen. Dat houdt in dat de contouren van de gebieden als donkere lijnen zichtbaar worden tijdens de aftasting.

25 De optische informatiedrager volgens de uitvinding kan derhalve gebruikt worden voor het vastleggen en reproduceren van analoge informatie in de vorm van lijnpatronen. Daarbij kan enerzijds gedacht worden aan optische tralies, Fresnelpatronen of andere op zichzelf bekende hulpmiddelen. Anderzijds kan echter ook gedacht worden aan tekeningen, 30 al dan niet regelmatige lijnstructuren of kurves, codepatronen zoals streepjescodes of andere informatie bevattende patronen.

Het praktische toepassingsgebied van de uitvinding is dus niet beperkt tot optische hulpmiddelen, hologrammen en beeld- of geluidsdragers, maar omvat ook etiketten, betaalpassen, microfiches en dergelij-35 ke.

In een voorkeursuitvoeringsvorm is het substraat van de optische informatiedrager transparant. In dat geval ontstaat een optische informatiedrager die bestemd is om in een transmissiemodus te worden uitgelezen.

40 De dikte van de optisch transparante laag kan aanzienlijk worden 8401995 + V- 3 gereduceerd indien het substraat van de optische informatiedrager reflecterend is. In dat geval moet de informatiedrager natuurlijk in een reflectiemodus worden gebruikt.

Bij voorkeur is, ongeacht het al dan niet transparant zijn van het 5 substraat, de optisch transparante laag aan de andere zijde afgesloten door een transparante beschermlaag. Een dergelijke beschermlaag heeft geen invloed op het uitlezen van de informatie.

Een relatief eenvoudig te fabriceren uitvoeringsvorm ontstaat indien de gebieden van een groep in de optisch transparante laag vervaar-10 digd zijn uit hetzelfde materiaal als het beschermlaagmateriaal. In dat geval moeten door middel van een geschikte techniek de gebieden van de andere groep op het substraat worden aangebracht waarna ingieten van de resulterende structuur met het beschermlaagmateriaal voldoende is om de optische informatiedrager te voltooien.

15 In verband met de vervaardiging van de optische informatiedrager verdient het in veel gevallen de voorkeur dat de gebieden van een groep uit de optisch transparante laag zijn vervaardigd uit een anorganische of organische fotoresist. Dergelijke optische informatiedragers kunnen * worden vervaardigd door op het vlakke substraat een laag fotoresist aan 20 te brengen van geschikte dikte, deze fotoresist selectief te belichten en vervolgens de fotoresistlaag selectief weg te etsen zodanig dat de gebieden van de ene groep overblijven. Daarna kan het resulterende patroon weer met een transparant materiaal worden ingegoten welk- materiaal zowel de gebieden van de tweede groep vormt als ook de ruimte boven 25 de informatielaag kan vullen en dus dienst kan doen als beschermlaag.

Het is echter ook mogelijk om voor de gebieden van de tweede groep een vloeistof te gebruiken. Bij voorkeur wordt in dat geval een vloeistof met een relatief hoge brekingsindex gebruikt zodat de totale resulterende optisch transparante informatielaag slechts een geringe dik-30 te verkrijgt. Geschikte vloeistoffen zijn arseentribromide, koolstof-disulfide, arseendisulfide, thalliumbromide of thalliumjodide. Ook kunnen vloeistoffen worden toegepast zoals siliconenolie en/of optische vetten die voorzien zijn van submicroscopisch gedispergeerde vaste stoffen met grote brekingsindex zoals silicium, germanium of seleen/-35 germanium, om de brekingsindex van de vloeistof als geheel te verhogen.

Bij voorkeur worden vloeistoffen gebruikt die ook een hechtende functie kunnen vervullen tussen de optisch transparante laag en een daarop aan te brengen beschermlaag.

40 De uitvinding heeft verder betrekking op een werkwijze voor het 9401995 4 vervaardigen van een optische informatiedrager van het hoven beschreven type. Deze werkwijze heeft volgens de uitvinding het kenmerk, dat op het vlakke substraat een laag fotoresist wordt aangebracht waarbij de dikte van deze laag correspondeert met de gewenste dikte van de gebie-5 den van de ene groep, welke laag vervolgens selectief wordt belicht en daarna wordt geëtst zodanig dat de achterblijvende delen van de fotore-sistlaag de gebieden van de ene groep vormen waarna tenminste de tussenruimten tussen deze gebieden worden gevuld met een materiaal waarvan de brekingsindex tenminste 0,2 verschilt van die van de toegepaste fo-10 toresist.

In een uitvoeringsvorm wordt als vulmateriaal een hars gebruikt die met een zodanige dikte wordt opgebracht dat enerzijds de gebieden van de tweede groep worden gevormd terwijl anderzijds tegelijkertijd de beschermlaag over zowel de gebieden van de eerste groep als ook de ge-15 bieden van de tweede groep wordt gevormd.

Om het optreden van lucht- of gasinsluitsels in de gebieden van de tweede groep met grote zekerheid te voorkomen kan een vloeistof worden gebruikt voor het vullen van de genoemde tussenruimten waarna op deze vloeistof in vacuüm een vaste beschermlaag wordt aangebracht.

20 Het etsen van de laag kan op verschillende op zichzelf bekende wijzen plaats vinden. Een relatief scherp begrensde steil verlopende zijkanten van de gebieden van de ene groep en daarmee scherp afgebakende contouren in de informatie dragende structuur worden verkregen indien het etsen van de laag plaats vindt in een plasma.

25 Het belichten van de laag wordt bij voorkeur uitgevoerd met een gestuurde elektronenstraal.

In het volgende zal de uitvinding in meer detail worden beschreven aan de hand van enkele uitvoeringsvoorbeelden.

Figuur 1 toont een eerste uitvoeringsvoorbeeld van een optische 30 informatiedrager volgens de uitvinding bestemd om te worden uitgelezen in een reflectiemodus.

Figuur 2 toont een tweede uitvoeringsvoorbeeld van een informatiedrager volgens de uitvinding bestemd om in een transmissiemodus te worden uitgelezen.

35 Figuur 3 toont een derde uitvoeringsvoorbeeld van een optische in formatiedrager volgens de uitvinding.

Figuur 1 toont een eerste uitvoeringsvoorbeeld van een optische informatiedrager volgens de uitvinding. De informatiedrager is opgebouwd uit een reflecterend substraat waarop de optisch transparante in-40 formatiedragende laag aanwezig is die in dit geval bestaat uit ener- 84 G19 9 5 5 zijds de gebieden 2 en anderzijds de gebieden 3. De gebieden 2 zijn bijvoorbeeld vervaardigd uit een fotoresistmateriaal. De gebieden 3 vormen samen met de gebieden 2 een integrale laag op het substraat 1.

Als voorbeeld kan de optische informatiedrager uit figuur 1 worden 5 vervaardigd uitgaande van een gepolijst aluminium substraat 1. Op dit substraat 1 wordt een fotoresistlaag aangebracht bijvoorbeeld door een laag selenium/germanium of arsenicumtrisulfide op te dampen. Bij het opbrengen van deze laag wordt rekening gehouden met de naderhand gewenste dikte van de gebieden 2.

10 Na het opbrengen van de fotoresistlaag wordt deze laag selectief belicht. Daartoe kan gebruik worden gemaakt van een gestuurde elektro-nenstraal in daartoe op zichzelf bekende belichtingsinrichtingen. Ook kan met UV-licht belicht worden met behulp van een masker. De belich-tingsgolflengte hangt af van de gevoeligheid van het toegepaste fotore-13 sist.

Na het belichten wordt het fotoresist geëtst waarbij de niet belichte delen van de fotoresistlaag worden verwijderd. Voor dit etsen kan gebruik gemaakt worden van op zichzelf bekende etsvloeistoffen. De voorkeur verdient echter de toepassing van een etsend plasma. Bij het 20 etsen in een plasma kan de resulterende vorm van de zijwanden van de gebieden 2, met andere woorden de mate van onderetsing en dergelijke, met grote nauwkeurigheid worden gecontroleerd.

Na de etsbewerking resulteert een gepolijste aluminiumdrager 1 met daarop het patroon van gebiedjes 2. In het uitvoeringsvoorbeeld van fi-25 guur 1 wordt nu dit tussenproduct ingegoten in een polyesterhars 3 waarbij ervoor gezorgd wordt dat bij voorkeur het bovenvlak van de daardoor ontstane harslaag samenvalt met het bovenoppervlak van de gebiedjes 2.

Indien een organische fotoresist wordt toegepast in plaats van een 30 anorganische fotoresist, dan wordt bij voorkeur, teneinde het verschil in brekingsindex tussen beide gebieden te vergroten, submicroscopisch gedispergeerd silicium, germanium of selenium/germanium in de polyesterhars ingebracht.

In figuur 1 is verder aan de linker zijde aangegeven wat er ge-35 beurt tijdens het uitlezen van de informatie dragende structuur. De invallende lichtbundel 4, opgewekt door een niet getoonde lichtbron, loopt door de transparante informatie dragende laag 2, 3 en wordt door het substraat 1 gereflecteerd naar een niet getoonde lichtontvanger.

Komt de lichtbundel, zoals getoond is, terecht op de overgang tussen 40 twee gebieden 2 en 3 dan zal het deel 4a van de lichtbundel een opti- 8401995

. sA

6 sche weg doorlópen die, als resultaat van de gekozen materialen voor de gebieden 2 en 3, een halve golflengte of een oneven veelvoud daarvan verschilt van de weg die door het deel 4b van de lichtbundel wordt doorlopen. Het gevolg daarvan is dat de delen 4a en 4b van de lichtbun-5 del elkaar zullen uitdoven zodat er in feite geen licht bij de ontvanger terecht komt.

Valt de lichtbundel in op een van de gebieden 2 of 3 dan zal, zoals aan de rechter zijde van de figuur met de lichtbundel 4' is aangegeven, de ontvanger wel een gereflecteerde lichtbundel ontvangen.

10 Figuur 2 illustreert een verdere uitvoeringsvorm van een optische informatiedrager volgens de uitvinding. Deze optische informatiedrager is opgebouwd uit een transparant substraat 11, bijvoorbeeld een substraat van polyesterterephtalaat. Dit polyesterterephtalaat kan in de vorm van een plaat of in de vorm van een folie worden toegepast. Op dit 15 substraat 11 wordt weer een laag van een geschikte fotoresist aangebracht. Aangezien de in figuur 2 geïllustreerde optische informatiedrager bestemd is om te worden uitgelezen in een transmissiemodus zal over het algemeen een iets dikkere laag fotoresist aangebracht moeten worden omdat de uiteindelijk te realiseren gebiedjes 12 een iets grotere dikte 20 zullen moeten hebben. De dikte is overigens afhankelijk van het verschil in optische brekingsindex tussen het materiaal van de gebieden 12 en dat van de tussenliggende delen 13a van de optische informatiedra-gende laag.

Na het opbrengen van de fotoresistlaag wordt deze laag selectief 25 belicht bijvoorbeeld met een gestuurde laserstraal of via een masker met behulp van een geschikte lichtbron. Daarna worden de lichte gebieden van de fotoresistlaag wegge'étst zodat weer een tussenproduct wordt verkregen bestaande uit de transparante drager 11 met daarop de afzonderlijke gebiedjes 12.

30 Vervolgens wordt in dit voorbeeld het tussenproduct ingegoten met een polyesterhars die gedoped met submicroscopisch gedispergeerd germanium, silicium of seleen/germanium. In het geïllustreerde voorbeeld steekt de harslaag boven de eigenlijke optische Informatiedragende laag uit zodat de hars enerzijds de gebiedjes 13a vormt die behoren tot de 35 informatiedragende structuur en anderzijds in het gedeelte 13b dienst doet als beschermlaag voor de informatiedragende structuur.

Opgemerkt wordt dat ook de drager uit figuur 1 van een beschermlaag kan worden voorzien welke beschermlaag geen invloed heeft op de uitlezende lichtstraal.

40 Figuur 3 illustreert een verder uitvoeringsvoorbeeld van een opti- 84 0 1 9 S 5 7 sche informatiedrager volgens de uitvinding. Deze uitvoeringsvorm is opgebouwd op een substraat 21, bijvoorbeeld bestaande uit een polycar-bonaatfolie. Op deze folie zijn weer op de in het bovenstaande reeds besproken wijze de gebiedjes 22 gevormd behorend tot de optische infor-5 matiedragende transparante laag.

Na het vormen van de gebiedjes 22 wordt het dan verkregen tussen-product bevochtigd met een vloeistof zoals arseentribromide met een brekingsindex van 1,82, koolstofdisulfide met een brekingsindex van 1,85, arseendisulfide met een brekingsindex van 2,00, thalliumbromide 10 met een brekingsindex van 2,4 of thalliumjodide met een brekingsindex van 2,8, of bijvoorbeeld siliconenolie met daarin gedispergeerd submicroscopisch silicium, germanium of seleen/germanium. Indien voor het fotoresistmateriaal van de gebiedjes 22 een materiaal met lage brekingsindex is gekozen dan wordt zeer zeker voldaan aan de eis dat het 15 verschil tussen de brekingsindexen van het materiaal van de gebiedjes 22 enerzijds en 24a anderzijds groter moet zijn dan 0,2. De bevochti-gingsvloeistof vormt dus een laag 24 en op deze laag 24 wordt nu een beschermende laag aangebracht bijvoorbeeld in de vorm van een polycar-bonaatfolie 23. Bij voorkeur wordt deze laag 23 in vacuüm tegen de 20 vloeistoflaag 24 aangebracht om het optreden van eventuele luchtbelletjes tussen de lagen 23 en 24 te voorkomen, en tevens de aanhechting tussen de lagen te bevorderen.

Bij voorkeur wordt voor de vloeistoflaag 24 een vloeistof gebruikt met hechtende eigenschappen. Als laatste stap wordt tenslotte de gehele 25 structuur aan de randen, hetgeen in de tekening niet getoond is, verzegeld om een lange levensduur van het product te waarborgen.

S * o 1 3 9 5

Claims (18)

1. Optische informatiedrager voorzien van een substraat waarop een door middel van een lichtstraal optisch uitleesbare informatiestructuur is aangebracht omvattende aangrenzende gebieden met zodanig verschil- 5 lende eigenschappen dat ze de aftastende lichtstraal op verschillende wijze beïnvloeden, met het kenmerk, dat op het -jfclafefe^ substraat een vlakke optisch transparante laag aanwezig is die in overeenstemming met de informatiestructuur verdeeld is in tenminste twee groepen gebieden waarbij de gebieden van een groep onderling dezelfde optische brekings- 10 index hebben en de brekingsindexen van de gebieden van beide groepen tenminste 0,2 van elkaar verschillen, waarbij de dikte van de optisch transparante laag; zodanig wordt gekozen dat afhankelijk van het verschil in optische', brekingsindex en afhankelijk van de golflengte van het licht van de uitlezende lichtstraal een optisch weglengteverschil 15 tussen de lichtstralen die de gebieden van beide groepen ontstaat gelijk aan of ongeveer gelijk aan een halve golflengte of een oneven veelvoud daarvan.

2. Optische informatiedrager volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat het substraat transparant is.

3. Optische informatiedrager volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat het substraat reflecterend is.

4. Optische informatiedrager volgens een der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de optisch transparante laag aan de andere zijde is afgesloten door een transparante beschermlaag.

5. Optische informatiedrager volgens conclusie 4, met het kenmerk, dat de gebieden van een groep in de optisch transparante laag vervaardigd zijn uit hetzelfde materiaal als het beschermlaagmateriaal.

6. Optische informatiedrager volgens een der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de gebieden van een groep zijn vervaardigd 30 uit een organische of anorganische fotoresist.

7. Optische informatiedrager volgens conclusie 6, met het kenmerk, dat de fotoresist bestaat uit selenium/germanium of arsenicumtrisulfi-de.

8. Optische informatiedrager volgens een der voorgaande conclu- 35 sies, met het kenmerk, dat een van de gebieden wordt gevormd door een transparante hardende gietbare vloeistof met daarin submicroscopisch gedispergeerd silicium, germanium of seleen/germanium.

9. Optische informatiedrager volgens een der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de gebieden van een groep worden gevormd 40 door een vloeistof. 8 Λ (51 9 9 5

10. Optische informatiedrager volgens conclusie 9, met het kenmerk, dat de toegepaste vloeistof bestaat uit siliconenolie.

11. Optische informatiedrager volgens conclusie 9 of 10, met het kenmerk, dat de toegepaste vloeistof voorzien is van submicroscopisch 5 gedispergeerd silicium, germanium of seleen/germanium.

12. Optische informatiedrager volgens conclusie 9, met het kenmerk, dat de toegepaste vloeistof gekozen is uit de groep arseentribro-mide, koolstofdisulfide, arseendisulfide, thalliumbromide of thallium-jodide.

13. Optische informatiedrager volgens een der conclusies 9 tot en met 12 voorzien van een beschermlaag, met het kenmerk, dat de vloeistof de functie van hechtmiddel vervult tussen de optisch transparante laag en de beschermlaag.

14. Werkwijze voor het vervaardigen van een optische informatie-15 drager volgens een der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat op het vlakke substraat een laag fotoresist wordt aangebracht waarbij de dikte van deze laag correspondeert met de gewenste dikte van de gebieden van de ene groep, welke laag vervolgens selectief wordt belicht en daarna wordt geëtst zodanig dat de achterblijvende delen van de fotore-20 sistlaag de gebieden van de ene groep vormen waarna tenminste de tussenruimten tussen deze gebieden worden gevuld met een materiaal waarvan de brekingsindex tenminste 0,2 verschilt van die van de toegepaste fotoresist.

15. Werkwijze volgens conclusie 14, met het kenmerk, dat als vul-25 materiaal een hars wordt gebruikt die met een zodanige dikte wordt opgebracht dat enerzijds de gebieden van de tweede groep worden gevormd terwijl anderzijds tegelijkertijd de beschermlaag over zowel de gebieden van de eerste groep als ook de gebieden van de tweede groep wordt gevormd.

16. Werkwijze volgens conclusie 14, met het kenmerk, dat voor het vullen van de genoemde tussenruimten een vloeistof wordt gebruikt, waarna op deze vloeistof in vacuüm een beschermlaag wordt aangebracht.

17. Werkwijze volgens een der conclusies 14 tot en met 16, met het kenmerk, dat het etsen van de laag plaats vindt in een plasma.

18. Werkwijze volgens een der voorgaande conclusies 14 tot en met 17, met het kenmerk, dat het belichten van de laag wordt uitgevoerd met een gestuurde elektronenstraal. ******** 8401995