TW509936B - Optical recording medium - Google Patents
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Description
509936 A7 B7 五、發明說明(1 發明背景 請 先 閱 讀 背 © 發明領域 本發明所敘述的光學記錄媒體’當中的薄的光傳導層 接合於基板上的記錄層,光從光傳導層的側邊照射出來以 記錄和/或再生資訊。 相關技藝之敘述 I 訂 在光學碟片中,比如所謂的光碟(C D ),光是從厚 度1 · 2毫米的透明基板的側邊照射出來’以讀取信號’ 透明基板是由透明的熱塑性樹脂組成’表面上有坑洞’也 就是說,光學碟片包含了一光傳導層’厚度爲1·2毫米 ,在其底部面有坑洞形成。 在這樣的情形下,所產生的反射光點直徑· Φ 可由下 列公式表不: φ— 1 . 22Χλ//ΝΑ 其中λ爲反射光之波長,ΝΑ爲透鏡之鏡徑。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 例如,當反射光之波長爲7 8 0奈米,透鏡之鏡徑 Ν Α爲〇 · 4 5,則反射光點直徑約爲2 · 1微米;既然 在厚度1 · 2毫米的光傳導層表面之點直徑約爲7 1 5微 米,反射光並沒有被遮斷,即使在光傳導層表面有灰塵等 附加物,在大部分的情況下,誤差仍能予以修正。 能夠記錄比C D密度還高的光學媒體也被提出過,例 如具有單片3至1 7 7微米厚度形式的光傳導層的光學記 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公釐)-4 - 509936 Α7 Β7 五、發明說明(2 ) 錄媒體,它被改成從片狀光傳導層的側邊來照射光線·。 在光傳導層遠比傳統透明基板爲薄的光學記錄媒體中 ,光的記錄和/或再生之障礙會產生嚴重的問題,這些障 礙可由灰塵沈積、光學讀取頭之間碰撞而來的擦傷,或是 在光學讀取頭與光傳導層之間的附加灰塵夾合而來。 以光的記錄和/或再生波長λ = 5 1 5 nm而言,若 光學物鏡之鏡徑N A二〇 . 8 5,光傳導層的折射係數η 二1 · 58,我們來估算一下反射光點直徑與厚度100 微米光傳導層表面的光點直徑:反射光點直徑約爲 0 · 7 4微米,而光傳導層表面的光點直徑約爲1 3 0微 米,既然光傳導層表面的光點面積約爲C D的1 / 3 0, 接近於日常生活中的塵埃或污垢,此類光學記錄媒體的灰 塵污垢沈積或刮擦就必須特別注意。 迄今爲止,普遍認爲多晶碳酸脂形成的透明基板在光 學讀取頭碰撞時容易擦傷;在厚度減少的光傳導層側邊照 射光線的光學記錄媒體中,使用Ν Α高達〇 . 8 5的光學 讀取頭,光傳導層與光學讀取頭的距離(工作距離)設爲 不長於3 0 0微米,由碰撞而來的擦傷或是光學讀取頭與 光傳導層之間的灰塵污垢夾合,比起傳統光學記錄媒體來 要嚴重的多。因此,若以tetrafluoroethylene物質做爲光學 讀取頭的主要材質,在線性速度5 m / s e c時,碰撞的 產生爲2 0 Η z ,軌道馬達就會碰到發生約1 0 0次碰撞 的麻煩,造成讀取時的誤差修正,事實上,在多晶碳酸脂 片的表面也觀察到同心刮擦的發生。 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公釐)-5 - (請先閱讀背面之注意事項^填寫本頁)
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經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 509936 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明(3 ) 發明槪述 ‘ 所以,本發明之目標在於提供一光學記錄媒體,其光 傳導層能夠避免擦傷或變形,在光的記錄和/或再生時沒 有阻礙。 本發明的另一目標在於提供一光學記錄媒體’在生產 效率和大量製造時較佔優勢。 本發明者已執行過各種硏究’發現在一開始對光傳導 層所做的表面處理,包括爲了增加表面硬度、減低摩擦係 數與避免帶電性,雖然會發生光學記錄媒體與光學讀取頭 的碰撞,但在誤差修正的範圍內可做到記錄和/或再生; 本發明者亦發現藉由微佛科(micro-Vickers )方法或奈据 齒(nano-indentation )方法來量測光傳導層表面硬度’測 定能忍受光學讀取頭碰撞的硬度數量是有可能的。 本發明者已完成厚度0·3微米至1·2微米的支柱 (support )、在支柱上的記錄層與記錄層厚度3至17 7 微米上的光傳導層,資訊的的記錄和/或再生是經由表面 處理的光傳導層側邊所照射的光線。 最好的情況是:光傳導層的佛科硬度(vickers hardness )不小於1 3 Η Μ V,奈鋸齒方法量得的硬度不小 於0 · 5 G P a,或是奈鋸齒方法量得的楊氏模數(
Young / smodulus)不小於 4 G P a。 藉由表面處理,光傳導層的表面可避免損壞或變形’ 以確保高可靠度的記錄和/或再生。 也就是說,根據本發明,即使光學讀取頭與光傳導層 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公釐) -6 -
509936 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明(4 ) 相碰撞’光傳導層不會損壞或變形,以確保在誤差修正範 圍內的記錄和/或再生。 再者’根據本發明,既然使用了表面處理片,可省略 碟片製造之後的碟片表面處理步驟,這步驟是在完成一碟 片至另一碟片時執行的,所以可增進產能效率。 圖示簡單說明 圖一是實現本發明中光學碟片示意結構的剖面圖解。 圖二顯示用於奈鋸齒方法量測裝置的整個結構。 圖三之圖表是由奈鋸齒方法量得的負載位移曲線。 較佳實施例之說明 參考圖示,以下將對本發明之光學記錄媒體做更深入 的解說。 主要元件對照表 1 支撐基板 2 記錄層 3 光傳導層 4 光學讀取頭 5 鑽石壓力計 6 電磁石 7 彈簧 8 磁石 9 樣本 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公釐)-7 - ^ I I — ^ I I^OJ ϋ ϋ I ϋ «I ϋ I . (請先閱讀背面之注意事項¾填寫本頁} ft裝 5再填寫太 509936 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明(5 ) 10 電容位移計 ’ · 圖一是實現本發明光學記錄媒體之範例;在光學記錄 媒體中,記錄層2在支撐基板1之上,光傳導層3則接合 躺於記錄層2上方,資訊是從光傳導層3之側邊被寫入或 讀出,所以光學讀取頭4是置於面向光傳導層3。 任何可被使用的光學記錄媒體記錄層都可做爲記錄層 2 ’例如,反射性薄膜的一種、相變的記錄薄膜、光磁記 錄薄膜與有機染料記錄薄膜都可形成記錄層2。 支撐基板1爲鑄型物件,例如熱塑性樹脂,在其表面 有細微坑洞或導引溝紋,適合於記錄層2在上方形成。 光傳導層3是多晶碳酸脂薄片,至少在它的記錄區域 內其厚度爲3至1 7 7微米,將光傳導層3的厚度減少, 高N A的光學讀取頭可使記錄密度提高。 本發明的特色是爲了至少實現增加表面硬度、減低摩 擦係數與避免帶電性之一,一開始就使用表面處理的薄板 做爲光傳導層3。 表面硬度會因使用而增加,因爲光傳導層3的薄板, 是至少矽氧化物、矽氮化物、矽碳化物、矽氧化物和氮化 物混合物與硬質碳的其中一個在之前已經形成的薄板,或 是液狀輕數脂(a liquid light curable resin )或液狀熱硬樹 脂(aliquid thermohardening resin)已鍍在表面的薄板。 最好的情況是:光傳導層3的表面硬度,其値之佛科 硬度(Vickers hardness )不小於1 3 HMV ’奈鋸國方法 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公釐) -8 - (請先閱讀背面之注意事項 裝--- 7再填寫本頁)
-a— ϋ ϋ ϋ —Hi ·ϋ ϋ i^i I # 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 509936 A7 B7 五、發明說明(6 ) 量得的硬度不小於0 · 5 G P a,或是楊氏模數(‘ Young' s modulus)不小於 4 GP a ° 利用微佛科硬度測試方法,將鑽石壓力計(微佛科壓 力計)壓至樣本表面以測試硬度,當鑽石壓力計之形式爲 四角角錐、對角平面爲1 3 6度時,以刺穿硬度而言,在 測試表面會形成角錐型之鋸齒狀’這時負載可用表面區域 分類,是由鋸齒對角線之平均長度而來’若量測此時產生 的裂縫長度,可發現破壞性頑強,而堅硬機制可經由觀察 裂縫與細微結構的交互作用來加以得知。 這樣的方法有個特色,就是小的測試片就能完成測試 硬度或頑強之測試。 然而,要精確量得薄膜型無機物質的硬度還很困難, 其厚度不超過1微米,由氣相沈積或濺鍍方法置備,原因 在於下層會是影響因素,而當壓力計施於樣本本體時,薄 膜會龜裂,這樣就不可能精確量得鋸齒對角線。 另一方面,奈鋸齒方法的使用時機爲:當小尺寸鑽石 壓力計施於薄膜本體,以精確量測變形過程中的負載與位 移;這個方法也正用於薄膜的硬度或彈性係數脂量測,或 是檢視破壞行爲,然而,要注意的是樣本量測是在室溫下 進行,因爲樣本與壓力計接觸。 圖二是奈鋸齒方法的典型量測裝置,這個量測裝置包 括裝於鑽石壓力計5中央近側的電磁石6,由彈簧7所支 撐,磁石8放在鑽石壓力計5的背面,鑽石壓力計5對樣 本9的負載是由磁石8與電磁石6的交互作用來決定。 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公釐) · 9 - T · I 1 ^1 ·ϋ ϋ a··— ·ϋ 1"-、 I I (請先閱讀背面之注意事項®寫本頁) _裝 寫士 A7
509936 五、發明說明(7 ) 在鑽石壓力計5的中間部分則置有一電容位移計1 ,適於量測鑽石壓力計5之位移。 在上述量測裝置中,負載增加是利用電磁感應或是_ 電效應,負載値是由電流讀出値與前後狀況的負載胞決_ ,實驗用的負載通常是m N等級,解析度約爲1 // m,位 移的決定是由量測電容改變而來,解析度約爲0 · 2 m ]\[ 〇 圖三顯示典型的負載位移曲線,由奈鋸齒方法方法g 得,因爲隨施加壓力計的變型行爲很複雜,所以不可能分 析所得曲線的全部,然而,還是有可能從負載最大値( P m a X )附近的資料,推導彈性係數與硬度。 假設未接負載初期的變型爲彈性變型,彈性常數 E e f f與梯度S (最大負載P m a x的切線斜率)之關連爲 (請先閱讀背面之注意事 2 S=lTP,G,Eeff
另一方面,硬度由下列關係式推得:
H=P max / A 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 其中/3是取決於壓力計形狀的無單位因數,A爲壓力 計的面積常數,E e f f是彈性常數。 在BerkoV1ch壓力計的情況下,必須注意/3與A的値是 由下列方程式所定: 1.034 A = 24.5hc2·而 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公釐)-10- 509936 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明(8 ) 另一方面,薄膜的楊氏模數E f可由量得的彈性常數 E e f f利用下列方程式推導: 1/Eeff = (1 — vf2)Ef + (1 - Vinden J)/Einde_ 其已考慮壓力計形變;上述方程式中,V i n cl e n t e r =0 · 07,Eindenter=114lGPa。 在奈鋸齒方法方法中,實驗時必須注意到下列事實: 當壓力計施於過深的情況下,接面或基板就會成爲影響的 因素;A 1薄膜在S i基板上和使用有限元素法的實驗結 果顯示,若壓力計深度不超過薄膜厚度的1/1 0至1/ 5,基板效應可忽略,在其他薄膜中,此値就必須量測。 根據本發明,一開始就使用表面處理的薄板做爲光傳 導層3是可行的,其目的不僅爲了提高表面硬度,也是爲 了減低摩擦係數與避免帶電性,前者之表面處理利用塗層 ,例如起始的矽油(silicone oil ),然而後者的表面處理 之塗層則至少是陽離子表面活性劑(cationic surfactant ) 與兩性表面活性劑(a m p h ◦ t e r i c s u r f a c t a n t )之一。 本發明之解釋請參照逐一明示之範例。 範例一 一 1 0 0微米厚度之多晶碳酸脂薄板,以液態光感樹 脂塗層厚度至2微米,打孔成碟片形狀,接合至厚度 1 . 2毫米之光學碟片支撐基板,使用液態光感樹脂做爲 接合劑,以製造高密度的光學碟片。 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公釐) -11·
509936 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明(9 ) 此液態光感樹脂具佛科硬度4 〇 Η Μ V,已被證實是 在未經處理的多晶碳酸脂基板表面的三倍。 結果是降低了光傳導層被損壞的風險,即使是較高硬 度的污染附加於光碟表面,比如沙或灰塵,或是夾合於光 學讀取頭與光傳導層之間。 範例二 一 1 0 0微米厚度之多晶碳酸脂薄板,其上有濺鍍法 形成厚度80奈米的Si〇x(i$x^2),打孔成碟片 形狀,接合至厚度1·2毫米之光學碟片支撐基板,使用 液態光感樹脂做爲接合劑,以製造高密度的光學碟片。 表面硬度與楊氏模數的量得使用奈鋸齒方法,爲一薄 膜硬度量測方法,所使用的NANO-INDICATOR II爲 NAN〇-INSTRUMENTS公司製造的商品名稱,其量測値分別 約爲2 G P a與1 7 G P a ,既然未經處理之多晶碳酸脂 薄板的表面硬度與楊氏模數分別約爲0 . 3 G P a與 4 G P a ,可看出高密度的光學碟片已理想的增進了表面 硬度。 而且,S i Ο X薄膜的形成結果,光碟表面的動態摩 擦係數可有效的從〇 · 2 5降低至0 · 1 5。 動態摩擦係數的量測是使用Η E I D〇N 2 2 ’是 SHINTO KAGAKU SHA有限公司量測裝置的商品名稱,其量 測條件爲負載2 0 g f ,量測速度6 0 m m / m i η,使 用直徑1 0 m m的不銹鋼(S U S )球。 (請先閱讀背面之注意事項為填寫本頁) I·1 :裝 15J· ,# 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公釐)· 12 - 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 509936 A7 _ B7 五、發明說明(10 ) 摩擦係數的降低造成了光學碟片媒體上的刮痕數目減 少’刮痕產生於光學讀取頭與光傳導層的接觸面。 範例三 一 1 〇 〇微米厚度之多晶碳酸脂薄板,其上有濺鍍法 形成厚度1 5 0奈米的s i 3 N 4,打孔成碟片形狀,接合 至厚度1.2毫米之光學碟片支撐基板,使用液態光感樹 脂做爲接合劑,以製造高密度的光學碟片。 表面硬度與楊氏模數的量得使用奈鋸齒方法,爲一薄 膜硬度量測方法,所使用的NANO-INDICATOR II爲 NAN〇-INSTRUMENTS公司製造的商品名稱,其量測値分別 約爲4 G P a與2 8 G P a ,既然未經處理之多晶碳酸脂 薄板的表面硬度與楊氏模數分別約爲0 . 3 G P a與 4 G P a ,可看出高密度的光學碟片已理想的增進了表面 硬度。 而且,Si〇x (1SXS2)薄膜的形成結果,光碟 表面的動態摩擦係數可有效的從0 · 2 5降低至0 . 1 8 〇 動態摩擦係數的量測是使用Η Ε I D〇Ν 2 2,是 SHINTO KAGAKU SHA有限公司量測裝置的商品名稱,其量 測條件爲負載2 0 g f ,量測速度6 0 m m / m i η,使 用直徑1 Omm的不銹鋼(SUS)球。 摩擦係數的降低造成了光學碟片媒體上的刮痕數目減 少,刮痕產生於光學讀取頭與光傳導層的接觸面;即使當 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公釐)-13 - ϋ an —Bi 1 一 s、 ϋ 1 ϋ >__1 ϋ I (請先閱讀背面之注意事項#ι填寫本頁) * # 509936 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明(11 ) 光學讀取頭以線性速度5 m / s e c與2 0 Η z碰到碟片 ,在區域內的讀取誤差頻率並無增加,這與使用未經處理 的多晶碳酸脂薄板之光學碟片有很大差別,後者做爲光傳 導層,很容易受到誤差修正頻率增加的影響;在多晶碳酸 脂薄板上形成S i 3 Ν 4薄膜,即使光學讀取頭碰撞到碟片 ,也沒有讀出的問題。 範例四 一陽離子表面改性劑IN—177B(由 TAKAMATSU YUS HI有限公司製造)施力口於厚度1 〇 〇微米 的多晶碳酸脂薄板之上,經過1 0 〇 ° C熱空氣中乾燥並在 1 2 0 ° C熱處理三次,將厚度1微米的表面改性劑塗層於 多晶碳酸脂薄板之上。 多晶碳酸脂薄板的上方有預先塗好厚度1微米的陽離 子表面改性劑,打孔成碟片形狀,接合至厚度1 · 2毫米 之光學碟片支撐基板,使用液態光感樹脂做爲接合劑’以 製造高密度的光學碟片。 結果,表面阻値從1 0 1 5 Ω / c m 2降低至1 0 7 Ω / cm2,量測狀況爲20°C與30 RH%,這表示由靜 電荷引起對光傳導層的附著量能夠降低。 範例五 一 1 0 0微米厚度之多晶碳酸脂薄板,打孔成碟片形 狀,接合至厚度1·2毫米之光學碟片支撐基板’使用液 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公釐) -14 - (請先閱讀背面之注意事項 裝--- 寫本頁)
-1 a— -ϋ ϋ 1 一一°4 -ϋ ϋ ϋ ϋ 1 1 I I # 509936 A7 B7 五、發明說明(12 ) 態光感樹脂做爲接合劑,在這多晶碳酸脂薄板之上以矽油 塗層,矽油由SHIN-ETSU KAGAKU K〇GY〇SHA有限公司製 造,商品名稱爲K F - 9 6 ,藉由沖壓系統,以製造高密 度的光學碟片。 結果,光學碟片的表面潤滑度改善了,動態摩擦係數 從0 . 2 6降至0 · 0 8 ,動態摩擦係數的量測是使用 HEIDON22 ,由 SHINTO KAGAKU SHA 製造,使用直徑 1 0 m m的不銹鋼(S U S )球,其負載爲2 0 g f ,量測速 度6〇mm/min。 在這樣的方式下,光傳導層與光學讀取頭碰撞的表面 填耗與惡化能夠降低。 -L. (請先閱讀背面之注意事項❸填寫本頁) 0 裝
I ϋ 1 1^"J ·_1 I I I an I 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 準 標 家 國 國 中 用 適 J張 紙 本 釐 公 97 一 2 X 10 2 /V 格 規 5
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- 509936 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A8 B8 C8 D8六、申請專利範圍 1 . 一種光學記錄媒體,包括: 一支柱,具厚度0 · 3mm至1 · 2mm, 一記錄層,在該支柱上方, 一光學傳導層’在該記錄層上方,該光學傳導層的厚 度在3微米至1 7 7微米,表面處理過,其中,記錄和/ 或再生資訊是藉由從光傳導層的側邊照射出的光線。 2 ·根據專利申請範圍第1項之光學記錄媒體,其中 ,該光傳導層是一接合於該記錄層之薄板。 3 ·根據專利申請範圍第1項之光學記錄媒體,其中 ,該光傳導層的表面硬度不小於1 3 Η Μ V,其値以佛科 石更度(Vickers hardness )言十。 4 ·根據專利申請範圍第1項之光學記錄媒體,其中 ,該光傳導層的表面硬度不小於〇 · 5 G P a ,其値以奈 鋸齒(nano-in dent a ti on )方法測得。 5 ·根據專利申請範圍第1項之光學記錄媒體,其中 ’該光傳導層之楊氏模數不小於4 G P a ,其値以奈鋸齒 (n a η 〇 - i n d e n t a t i ο η )方法測得。 6 ·根據專利申請範圍第2項之光學記錄媒體,其中 ’ 一液態光感樹脂或液態熱感樹脂在該薄板表面上被預先 塗層與處理。 7 ·根據專利申請範圍第2項之光學記錄媒體,其中 ’砂氧化物、矽氮化物、矽碳化物、矽氧化物和氮化物混 合物與硬質碳的至少其一,在該薄板上已預先形成。 8 · —種光學記錄媒體,包括: (請先閱讀背面之注意事項寫本頁) 裝· 訂 線- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4規格(210X297公釐)-16 _ 509936 A8 B8 C8 D8 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 六、申請專利範圍 一支柱,具厚度0 · 3mm至1 · 2mm, 一記錄層,在該支柱上方, 一光學傳導層,在該記錄層上方,該光學傳導層的厚 度在3微米至1 7 7微米,其表面經處理以防止帶電性; 其中, 記錄和/或再生資訊是藉由從光傳導層的側邊照射出 的光線。 9 .根據專利申請範圍第8項之光學記錄媒體,其中 ,該光傳導層表面之塗層則至少是陽離子表面活性劑( cationic surfactant )與兩性表面活性劑(amphoteric surfactant )之一。 1〇.一種光學記錄媒體,包括: 一支柱,具厚度0·3mm至1·2mm, 一記錄層,在該支柱上方, 一光學傳導層,在該記錄層上方,該光學傳導層的厚 度在3微米至1 7 7微米,其表面經處理以降低摩擦係數 ,其中, 記錄和/或再生資訊是藉由從光傳導層的側邊照射出 的光線。 1 1 .根據專利申請範圍第1 0項之光學記錄媒體, 其中,矽油塗層於該光傳導層之表面。 —--a-·· (請先閲讀背面之注意事項舄本頁) -裝- 、1Τ 線 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) Α4規格(210X 297公釐)-17 -
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