SE509846C2

SE509846C2 - Method for optical thickness measurement of an adhesive layer and optical disk and its manufacture and adhesive and its use

Info

Publication number: SE509846C2
Application number: SE9604638A
Authority: SE
Inventors: Ove Oehman
Original assignee: Toolex Alpha Ab
Priority date: 1996-12-17
Filing date: 1996-12-17
Publication date: 1999-03-15
Also published as: WO1998029709A1; SE9604638L; AU7892398A; SE9604638D0

Abstract

There is suggested according to the invention that when gluing together information-carrying disc substrates into an optical, data-storing disc, there be used an adhesive in which there is mixed an evenly distributed trace amount of a fluorophore. This makes it possible, by measuring the fluorescent light, to determine and check the thickness of the adhesive layer between the substrates.

Description

20 25 30 509 846 E 2 En metod att kontrollmäta spalten mellan inforrnationsskikten, d.v.s. limskiktets tjocklek, är att låta en laserpickup fokusera på de olika infonnationsskikten och sedan beräkna avståndet dem emellan. Denna metod ger god upplösning av skikten, men mätningen tar lång tid att genomföra. 20 25 30 509 846 E 2 A method of control measuring the gap between the information layers, i.e. the thickness of the adhesive layer, is to let a laser pickup focus on the different information layers and then calculate the distance between them. This method provides good resolution of the layers, but the measurement takes a long time to complete.

En arman metod är att helt enkelt mäta totaltjockleken hos den färdiga DVD-skivan och utiﬁån antagande om substrattjockleken beräkna limskiktets tjocklek. Denna metod är väsentligt snabbare, men felkälloma är emellertid stora.Another method is to simply measure the total thickness of the finished DVD and, assuming the substrate thickness, calculate the thickness of the adhesive layer. This method is significantly faster, but the sources of error are large.

Ett ändamål med föreliggande uppﬁnning är att föreslå en snabbare och säkrare metod att noggrant fastställa eller kontrollera tjockleken hos limskiktet hos DVD- skivor.An object of the present invention is to propose a faster and safer method of accurately determining or controlling the thickness of the adhesive layer of DVDs.

Enligt en första grundläggande aspekt av uppfinningen föreslås att man vid samman- lirmiingen av substraten använder sig av ett limmedel i vilket är inblandad en jämnt fördelad spårmängd av en ﬂuorofor, d.v.s. ett fluorescensmedel. Härigenom blir det möjligt att med hjälp av en ljusstråle av en förutbestämd, lämplig våglängd excitera ﬂuoroforen i strålgängen genom limskiktet. Genom att samtidigt därmed detektera ett genom exciteringen emitterat ﬂuorescensljus från denna strålgång i limskiktet av en längre våglängd kan man på basis av styrkan hos det detekterade, ernitterade ﬂuorescensljuset beräkna limskiktets tjocklek respektive kontrollera att denna tjocklek ligger inom ett givet toleransområde.According to a first basic aspect of the invention, it is proposed that in the bonding of the substrates an adhesive is used in which an evenly distributed trace amount of a fluorophore, i.e. a fluorescent agent. This makes it possible to excite the fluorophore in the beam thread through the adhesive layer by means of a light beam of a predetermined, suitable wavelength. By simultaneously detecting an ores uorescence light emitted by the excitation from this beam path in the adhesive layer of a longer wavelength, it is possible to calculate the thickness of the adhesive layer and check that this thickness is within a given tolerance range on the basis of the strength of the detected, itter orescence light.

I enlighet med ovannämnda princip ligger följande kravkategorier inom ramen för föreliggande uppfinning: a) ett forfarande för optisk kontrollmätning av tjockleken av ett limskikt hos en optisk, datalagrande skiva genom ﬂuorescensljusmätning; b) ett förfarande för framställning av en optisk, datalagrande skiva med ett lim- skikt innehållande en spårmängd av en ﬂuorofor; 10 15 20 25 509 846 b) c) användning av ett bindemedel innehållande en spårmängd av en ﬂuorofor vid sammanlimning av skivsubstrat till en optisk, datalagrande skiva; d) ett límmedel innehållande en spårmängd av en ﬂuorofor för sammanlirnning av skivsubstrat till en optisk, datalagrande skiva; samt e) en optisk, datalagrande skiva innefattande ett limskikt innehållande en spår- mängd av en ﬂuorofor.In accordance with the above principle, the following categories of requirements fall within the scope of the present invention: a) a method for optical control measurement of the thickness of an adhesive layer of an optical, data storage disc by ores uorescence light measurement; b) a process for producing an optical data storage disk having an adhesive layer containing a trace amount of a or fluorophore; B) c) use of an adhesive containing a trace amount of a fluorophore in gluing disk substrates together into an optical data storage disk; d) an adhesive containing a trace amount of a ﬂorophore for bonding disk substrate to an optical data storage disk; and e) an optical, data storage disk comprising an adhesive layer containing a trace amount of a or uorophore.

Dessa kategorier bygger på en gemensam, enhetlig uppﬁnningstanke.These categories are based on a common, unified idea of discovery.

Ytterligare särdrag hos uppfinningen beskiives närmare nedan under hänvisning till bifogade ritning och är definierade i de efterföljande patentkraven.Further features of the invention are described in more detail below with reference to the accompanying drawing and are defined in the appended claims.

På bifogade ritning visar: ﬁg. 1 schematiskt en tvärsektion av en s.k. DVD-skiva med två informations- skikt, vid vilken företas en kontrollmätning av tjockleken av ett ﬂuorofor innehållan- de limskikt mellan två skivsubstrat; ñg. 2 en DVD-skiva som genomlyses av ett linjeforrnigt ljusknippe; och ﬁg. 3 ett kurvdiagram visande styrkan av ett emitterat ﬂuorescensljus av en bestämd våglängd som funktion av vinkelpositionen på skivan.The attached drawing shows: ﬁ g. 1 schematically shows a cross section of a so-called DVD disc with two information layers, in which a control measurement of the thickness of a ett uorophore-containing adhesive layer is performed between two disc substrates; ñg. 2 a DVD disc illuminated by a linear light beam; and ﬁ g. 3 is a graph showing the strength of an emitted ores uorescence light of a certain wavelength as a function of the angular position on the disk.

Iﬁg. 1 betecknas generellt med 10 en optisk, datalagrande skiva av s.k. DVD-typ, närmare bestämt en DVD-skiva med två informationsskikt och av en typ som brukar benämnas ”SD9”.I ﬁ g. 1 is generally denoted by an optical, data storage disk of so-called DVD type, more specifically a DVD with two layers of information and of a type usually referred to as "SD9".

Skivan 10 innefattar två transparenta skivsubstrat 12 och 14 av exempelvis polykar- bonat med normalt en tjocklek av ca 0,6 mm och en diameter av ca 120 mm. Skiv- substraten 12 och 14 har vart och ett ett informationsskikt 16 respektive 18 på sina motstående sidor, innehållande ett mycket stort antal spiralformiga spår, innehållan- de relativt korta och långa gropar med ett djup av ca 0,1 tim. Infonnationsskiktet 16 på det ena skivsubstratet 12 är belagt med ett för laserljus halvreﬂekterande skikt av exempelvis Al, Au eller SiN, medan informationsskiktet 18 på det andra skivsubstra- 10 15 20 25 30 846 4 509 tet 14 är framställt på liknande sätt men helreﬂekterande. De båda skivsubstraten 12, 14 är sammanhållna medelst ett tunt limskikt 20, vars brytningsindex skall vara komplementärt med brytningsindex hos substraten (polykarbonat) för att inte orsaka brytningsfel då ett laserljus av bestämd våglängd skall avläsa det övre informations- skiktet 18. Limmedlet kan exempelvis vara av lämplig epoxityp eller vara akrylat- baserat.The disc 10 comprises two transparent disc substrates 12 and 14 of, for example, polycarbonate with a normal thickness of about 0.6 mm and a diameter of about 120 mm. The disc substrates 12 and 14 each have an information layer 16 and 18, respectively, on their opposite sides, containing a very large number of helical grooves, containing relatively short and long pits with a depth of about 0.1 hour. The information layer 16 on one disc substrate 12 is coated with a laser light semi-echoing layer of, for example, Al, Au or SiN, while the information layer 18 on the other disc substrate 14 is made in a similar manner but rather ﬂ-echoing. The two disc substrates 12, 14 are held together by a thin adhesive layer 20, the refractive index of which must be complementary to the refractive index of the substrates (polycarbonate) in order not to cause refractive errors when a laser light of a certain wavelength is to read the upper information layer 18. The adhesive may be of suitable epoxy type or be acrylate based.

Förutom kravet på absolut avsaknad av luftblåsor i limmet och ett korrekt brytnings- index hos detsamma är det av yttersta vikt att tjockleken hos limskiktet inte varierar utanför ett ﬁirutbestämt område av 40 till 70 um mellan olika DVD-skivor, varvid alltså tjockleken mellan olika skivor kan variera i 15 um vid en medeltjocklek av 55 um. Vidare får limtjockleken variera med i l0 um inom en och samma skiva och maximalt i 4 um på ett varv, d.v.s. på en viss radie, inom samma skiva. Om dessa toleranser ej upprätthålles får DVD-spelarens laserpickup svårigheter med att korrekt fokusera på det helreﬂekterande infonnationsskiktet 18. l enlighet med föreliggande uppfinning föreslås nu en snabb och säker metod att noggrant fastställa och kontrollera att limtjockleken ligger inom ett förutbestärnt intervall och att variationema hos limskiktets tjocklek ligger inom förutbestämda toleransvärden. Käman i uppfinningen kan således anses ligga i att blott en liten spårmängd av en ﬂuorofor, exempelvis ﬂuorescein, inblandas och järrmt fördelas i ett limmedel med för laserljus lämpligt brytningsindex och som är lämpligt för sammanbindning av informationsbärande skivsubstrat, och att denna spårmängd av en ﬂuorofor utnyttjas som hjälpmedel för att bestämma och kontrollera lirnskiktets tjocklek eller tjockleksvariationer. Det kan härvid röra sig om en mängd ﬂuorofor som uppgår till någon tiondels mikrogram per liter lim. Limmedlet kan exempelvis vara av lämplig epoxityp eller vara akrylatbaserat.In addition to the requirement for the absolute absence of air bubbles in the adhesive and a correct refractive index thereof, it is of utmost importance that the thickness of the adhesive layer does not vary outside a predetermined range of 40 to 70 μm between different DVDs, whereby the thickness between different discs can vary in 15 μm at an average thickness of 55 μm. Furthermore, the adhesive thickness may vary by 10 μm within one and the same board and a maximum of 4 μm on one turn, i.e. on a certain radius, within the same disc. If these tolerances are not maintained, the laser pickup of the DVD player will have difficulty focusing correctly on the whole information layer 18. In accordance with the present invention, a fast and safe method is now proposed to accurately determine and check that the adhesive thickness is within a predetermined range and that the variations of the adhesive layer thickness is within predetermined tolerance values. The core of the invention can thus be considered to lie in the fact that only a small amount of trace of a ﬂ uorophore, for example ﬂ uorescein, is mixed in and evenly distributed in an adhesive with a refractive index suitable for laser light and which is suitable for bonding information-bearing disc substrates, and that this trace amount of a av is used. as an aid in determining and controlling the thickness or thickness variations of the liner layer. This can be an amount of or uorophore that amounts to a few tenths of a microgram per liter of glue. The adhesive may, for example, be of a suitable epoxy type or be acrylate based.

I ett i ﬁg. 1 schematiskt visat tillämpningsexempel av uppfinningen riktas en ljus- stråle L av exempelvis en våglängd runt 488 nm genom skivsubstraten 12 och 14 och genom limskiktet 20, varvid fluoroformolekyler som träffas av ljusstrålen L i strål- 10 15 20 25 5 509 84-6 gången genom limskiktet 20 bringas att exciteras och avge ett spektrum av i olika riktningar emitterat ﬂuorescensljus.In one i ﬁ g. 1 schematically shows an application example of the invention, a light beam L of, for example, a wavelength around 488 nm is directed through the sheet substrates 12 and 14 and through the adhesive layer 20, wherein fluoroform molecules struck by the light beam L in the beam through the adhesive layer 20 is caused to be excited and emit a spectrum of fluorescent light emitted in different directions.

Emellertid kan ljusstrålen L i praktiken med fördel utgöras av en linjeformig slråle A, bildad av en rad av ett stort antal, exempelvis 200-300, tätt åtskilda, icke visade ljuskällor, såsom är antytt i ﬁg. 2, varvid ljuslinjen A sträcker sig väsentligen axiellt genom skivan 10 i en radiell formation, så att hela limskiktet mellan informations- skikten 16, 18 kan snabbt belysas vid ett van/s rotation av skivan 10. På liknande sätt kan en rad av detektorer (icke visade) vara placerade på samma sida av DVD-skivan som ljuskälloma men anordnade att detektera i strålgången genom limskiktet 20 emitterat fluorescensljus E i en riktning som skiljer sig från riktningen för det infal- lande ljuslinjeknippet (ﬁg. 1), varvid detektorema avkänner styrkan av emitterat ﬂuorescensljus E med längre våglängd, exempelvis ca 530 nm. Ett blockeringsﬁlter 22 kan vara anordnat i strålgången för det utvalda, detekterade fluorescensljuset E för att filtrera bort störande ljusreﬂexer som kan uppstå från det exciterande ljus- knippet L i limskiktet 20, då det träffar eventuella föroreningspartiklar i limmet.However, in practice the light beam L can advantageously be constituted by a linear beam A, formed by a row of a large number, for example 200-300, closely spaced light sources, not shown, as indicated in ﬁ g. 2, the light line A extending substantially axially through the disc 10 in a radial formation, so that the entire adhesive layer between the information layers 16, 18 can be rapidly illuminated by a normal rotation of the disc 10. Similarly, a series of detectors ( not shown) are located on the same side of the DVD as the light sources but arranged to detect in the beam path through the adhesive layer 20 emitted fluorescent light E in a direction different from the direction of the incident light line beam (ﬁ g. 1), the detectors sensing the strength of emitted ﬂ uorescence light E with longer wavelength, for example approx. 530 nm. A blocking filter 22 may be provided in the beam path of the selected, detected fluorescent light E to filter out interfering light rays which may arise from the exciting light beam L in the adhesive layer 20, when it hits any contaminant particles in the adhesive.

Eftersom tjockleken hos de tunna informationsskikten 16, 18 av exempelvis Au och Al (ca 180-220 Å) kan variera något från skiva till skiva och dänned påverka värdet på det detekterade reflektionsljuset från ljusgången genom informationsskikten 16, 18 och limskiktet 20, kan en kalibrering av ljusreﬂektionen och ljustransmissionen genom det halvreﬂekterande infonnationsskiktet 16 och det helreﬂekterande infor- mationsskiktet 18 föregå mätproceduren av det detekterade reflektionsljuset. Detta kan exempelvis göras genom en provbelysning av vid skivans centmrnparti ﬁ-ilagda, ﬁån varandra skilda provytor av respektive infoimationsskikt 16, 18, varvid relevan- ta grunddata (konstanter) kan erhållas för informationsskikten i och för en direkt efterföljande beräkning av limskiktets tjocklek.Since the thickness of the thin information layers 16, 18 of, for example, Au and Al (about 180-220 Å) can vary slightly from disc to disc and thus affect the value of the detected reflection light from the light path through the information layers 16, 18 and the adhesive layer 20, a calibration can of the luminous och action and the light transmission through the half ﬂ realizing information layer 16 and the fully ﬂ realizing information layer 18 precede the measurement procedure of the detected reflection light. This can be done, for example, by a test illumination of sample surfaces of the respective information layers 16, 18 laid at the center portion sk of the board, whereby relevant basic data (constants) can be obtained for the information layers and for a directly subsequent calculation of the thickness of the adhesive layer.

Styrkan hos det utvalda emissionsljuset E från den genomlysta limspalten kan i det beskrivna fallet relateras till limskiktets tjocklek på ett direkt proportionellt sätt. Då 509 846 6 tvärsnittet av det exciterande ljusknippet L kan hållas konstant, kommer signalstyr- kan hos det detekterade ljuset E endast att bero av limskiktets tjocklek.In the case described, the strength of the selected emission light E from the illuminated adhesive gap can be related to the thickness of the adhesive layer in a directly proportional manner. Since the cross section of the exciting light beam L can be kept constant, the signal strength of the detected light E will only depend on the thickness of the adhesive layer.

Fig. 3 illustrerar en kurva som visar variationen av intensiteten hos det detekterade ﬂuorescensljuset E under ett van/s rotation av DVD-skivan 10 enligt ﬁg. 2. Interval- let mellan íntensitetsnivåerna Il och I; kan härvid beräknas att motsvara en variation av i 4 um hos limskiktets tjocklek. I det visade fallet ligger således tjockleksvaria- tionen hos limskiktet inom det specificerade toleransornrådet.Fig. 3 illustrates a graph showing the variation of the intensity of the detected fluorescent light E during a van / s rotation of the DVD 10 according to ﬁ g. 2. The interval between intensity levels II and I; can in this case be calculated to correspond to a variation of in 4 μm of the thickness of the adhesive layer. In the case shown, the thickness variation of the adhesive layer is thus within the specified tolerance range.

Claims

10 15 20 30 7 509 846 Patent claims

A method for optical control measurement of the thickness of an adhesive layer (20) between two disk substrates (12, 14), such as transparent disk substrates to optical, data storage disks of so-called DVD type, characterized in that a light beam (L) of a predetermined wavelength is directed through an adhesive layer (20) containing an evenly distributed track amount of a ororophore to excite the ﬂorophore in the beam path in the adhesive layer, that the fluorescence light (E) emitted by the excitation of longer wavelength is detected, and that on the basis of the strength of the detected light (E) the thickness of the liner layer (20) is calculated.

Method according to claim 1, characterized in that the exciting light beam (L) is formed into a linear beam (A), formed by a series of a plurality of closely spaced light sources, arranged to direct a light beam substantially axially through the disc. (10) in a radial formation, and that the disc (10) is rotated.

Method according to Claim 1 or 2, characterized in that the fluorescent light (E) emitted by the excitation is detected in a direction deviating from the beam path of the incident, exciting light beam (L).

A method of producing an optical data storage disk, in which two disk substrates (12, 14), one substrate (12) having a half-ter realizing information layer (16) and the other substrate (14) a whole ter-realizing information layer (18), are glued together with the information layers (16, 18) facing each other to form a disc (10) of so-called DVD type with a predetermined thickness of an adhesive layer (20) interconnecting the substrates (12, 14), characterized in that an adhesive is selected as the adhesive, which contains a trace amount of a fluorophore.

Process according to Claim 4, characterized in that the fluorophore is ﬁ uorescein. 10 15 509 34-6 8

An optical data storage disk comprising two glued disk substrates (12, 14), one substrate (12) having a semi-reflective information layer (16) and the other substrate (14) an integral information layer (18), the irrigation layers ( 16, 18) are facing each other with a sheet substrate (20) bonding together therebetween of a predetermined thickness, characterized in that the adhesive shield (20) contains a chip length of a fluorophore.

Optical disc according to Claim 6, characterized in that the ﬂ uorophore is ﬂ uorescein.

Use of an adhesive containing a trace amount of a fluorophore for joining two disk substrates (12, 14) to an optical data storage disk (10).

Adhesive means, in particular a laser light-transparent adhesive for aligning information-bearing disk substrates (12, 14) to an optical, data-storing disk (10) of so-called DVD type, characterized in that the adhesive contains an evenly distributed trace amount of a or uorophore.

Adhesive according to Claim 9, characterized in that the ﬂ uorophore is ﬂ uorescein.