TWI413119B - 支持部厚記錄部薄之光碟片 - Google Patents
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Description
本發明係關於一種光碟片，尤其關於一種支持部厚資訊記錄區薄的光碟片。
光碟片可以儲存多種格式的資料，是新一代光儲存市場中最便利的儲存媒介，可應用的範圍相當的廣泛，諸如當作圖書館藏、資料備份、電子出版、影像資料儲存、個人醫療紀錄管理等應用。
由於對資訊傳遞速度的要求日益增高，因此光碟產業莫不戮力研究，期望在讀寫轉速上有所提昇。過去因光碟片之主要使用轉速並不高，所以上述問題常被忽略。然而，在高速讀寫的情況下，光碟片本身的變形以及運轉時的振動便成為必須正視的問題。光碟片常見的振動來源有例如氣流擾動或碟片本身平衡度不佳等。
為了避免在高速運轉的環境中變形，習知之光碟片具有一補償片貼合於基板上。由於此配置造成補償片需與基板對位後貼合，使得光碟片製程的複雜度及困難度增加，且必須增加補償片之材料成本，因此，中華民國第I267847號專利揭示了一種光碟片(以下稱為專利光碟片1)，其支持部與突出部疊合後的厚度大於記錄部的厚度，可直接供光碟機夾持，而不必如一般光碟片需另設補償片增加光碟片厚度以供光碟機夾持，故能降低光碟製造成本，但運轉時較容易產生圖1所示之變形及振動的問題。圖1中，光碟片10本身(實線部分)的結構強度不足，當光碟片運轉時，由於其共振頻率過低，便容易產生如垂直方向箭頭所指示之振動(虛線部分)，使雷射讀寫頭難以聚焦。為了解決光碟片振動的問題，已發展出例如以下所說明之若干技術來加強光碟片的結構。
中華民國專利第I322417號揭示一種光碟片(以下稱為專利光碟片2)，其所包含之阻尼層能縮短該光碟片受振動影響的時間，藉以改善光碟片因為厚度太薄或剛性不足而在各種倍速下振動所造成的讀寫問題。
然而，由於光碟片2之環形基板之記錄部的厚度很薄(例如0.55mm至0.65mm)，故當光碟製程中貼合於記錄部上的塗佈層及/或阻尼層因為材質特性而收縮時，會造成環形基板之記錄部向塗佈層以及阻尼層所在的那一側翹曲變形，甚至使光碟片喪失讀寫功能。因此，為了改善此問題，中華民國專利公開第200910342號提供了一種支持部厚資訊紀錄部薄之唯讀或可寫入式DVD光碟片(以下稱為專利光碟片3)，其除了具有加強之結構可用以減低振動的發生之外，更具有矯正層用以矯正光碟在製程中所造成的變形量。
將上述三種習知之光碟片進行比較，雖然專利光碟片1具有節省材料與不需貼合等製造上的優點，但目前僅限使用於1倍速(最高約1500rpm)至4倍速(最高約6000rpm)等較低的讀寫速度；而儘管專利光碟片2及專利光碟片3之讀寫速度可符合16倍速(16x，即每分鐘約9300轉)以上的需求，但卻有材料需求較大以及製程繁複等缺點。
本發明欲解決習知之可利用16倍速以上讀寫之光碟片的製造成本高且製程繁複之問題。
針對上述問題，本發明提供一種支持部厚資訊記錄區薄且可高速讀寫的光碟片，包含：一圓形開口部，其設於該光碟片中央；一環狀記錄部，其係用以記錄資訊；一環狀支持部，其係設於該環狀記錄部與該圓形開口部之間，用以支持該光碟片，且該環狀支持部之厚度大於該環狀記錄部之厚度；以及一環狀加強部，其係設於該光碟片之一側，並介於該環狀支持部與該環狀記錄部之間，用以強化該光碟片之結構。
本發明除可有效降低光碟片製造成本之外，更能有效抑制光碟讀寫時的振動，改善光碟片讀寫特性，以確保光碟片在高倍速光碟機內均能以其最高轉速讀取無礙。
以下參照隨附圖式說明本發明之光碟片的若干實例。
圖2A及2B分別為本發明之光碟片的兩種態樣之剖面圖。如圖2A及2B所示，具有一圓形開口部21a/21b之光碟片20a/20b的一側設有一既定寬度的環狀加強部23a/23b，在圖2A及2B所顯示之光碟片實例中，環狀支持部22a/22b之一側與環狀記錄部24a/24b之一側係約略位於同一平面(亦即兩者之高度誤差在±0.1mm之範圍內)，且環狀加強部23a/23b由該平面凸起。藉由使環狀加強部23a/23b之內周部與環狀支持部22a/22b重疊，並使其外周部與環狀記錄部24a/24b重疊，形成用以加強結構之加強區域25a/25b，從而提昇光碟片20a/20b之共振頻率來抑制振動。
光碟片結構的強弱可利用光碟片的共振頻率之高低程度來判斷，若共振頻率越高則越不容易引起振動，而共振頻率模式可由電腦軟體求得。表1-5顯示本發明之光碟片的共振頻率與若干不同環狀加強部23之高度或寬度的關係。用於測試之光碟片可參照圖2A或2B，其中：D1為環狀支持部之外直徑；D2為環狀加強部之內直徑；D3為環狀加強部之外直徑；T為環狀加強部之高度；且W為環狀加強部之寬度。在表1-5中，T=0或W=0均代表無環狀加強部。參照圖2A或2B，可得出以下之計算結果：
W=(D3-D2)/2 (1)
環狀加強部與環狀支持部之重疊寬度=(D1-D2)/2 (2)
環狀加強部與環狀記錄部之重疊寬度=(D3-D1)/2 (3)
表1中顯示了環狀支持部外直徑D1=30mm、環狀加強部內直徑D2=29mm、環狀加強部寬度W=2mm之內厚外薄光碟片的共振頻率與環狀加強部高度T的關係，其中橫軸代表環狀加強部之高度T，縱軸代表光碟片之共振頻率，且用以測試的環狀加強部之高度T分別為0mm、0.1mm、0.2mm及0.6mm。由上述之光碟片規格可得出：環狀加強部與環狀支持部之重疊寬度為0.5mm；且環狀加強部與環狀記錄部之重疊寬度為1.5mm。表1中之兩條曲線分別為所測量出之光碟片的第一共振頻率(矩形格點)及第二共振頻率(菱形格點)。由表1清楚可見，環狀加強部高度T在0.1～0.6mm的範圍內，均有提升共振頻率的作用，且在此範圍中，環狀加強部高度愈高，愈能提高光碟片之共振頻率。
表2顯示環狀支持部外直徑D1=30mm、環狀加強部內直徑D2=29mm、環狀加強部高度T=0.2mm之光碟片的共振頻率與環狀加強部寬度W的關係，其中橫軸代表環狀加強部之寬度W，縱軸代表光碟片之共振頻率，且用以測試的環狀加強部之寬度W分別為0mm、2mm、3mm及6mm。由上述之光碟片規格可得出：環狀加強部與環狀支持部之重疊寬度為0.5mm；且環狀加強部與環狀記錄部之重疊寬度分別為1.5mm、2.5mm及5.5mm。與表1相同，表2中之兩條曲線分別為所測量出之光碟片的第一共振頻率(矩形格點)及第二共振頻率(菱形格點)。如表2所示，環狀加強部寬度W在2～6mm之的範圍內，均具有提升共振頻率的效果，且在此範圍中，環狀加強部寬度愈大，光碟片之共振頻率愈高。
表3顯示環狀支持部外直徑D1=35mm、環狀加強部內直徑D2=34mm、環狀加強部寬度W=2mm之光碟片的共振頻率與環狀加強部高度T的關係，其中橫軸代表環狀加強部之高度T，縱軸代表光碟片之共振頻率，且用以測試的環狀加強部之高度T分別為0mm、0.1mm、0.2mm及0.6mm。由上述之光碟片規格可得出：環狀加強部與環狀支持部之重疊寬度為0.5mm；且環狀加強部與環狀記錄部之重疊寬度為1.5mm。表3中之兩條曲線分別為所測量出之光碟片的第一共振頻率(矩形格點)及第二共振頻率(菱形格點)。由表3清楚可見，環狀加強部高度T在0.1～0.6mm的範圍內，均有提升共振頻率的作用，且在此範圍中，環狀加強部高度愈高，愈能提高光碟片之共振頻率。
表4顯示環狀支持部外直徑‧D1=35mm、環狀加強部內直徑D2=34mm、環狀加強部高度T=0.2mm之光碟片的共振頻率與環狀加強部寬度W的關係，其中橫軸代表環狀加強部之寬度W，縱軸代表光碟片之共振頻率，且用以測試的環狀加強部之寬度W分別為0mm、2mm、3mm及6mm。由上述之光碟片規格可得出：環狀加強部與環狀支持部之重疊寬度為0.5mm；且環狀加強部與環狀記錄部之重疊寬度分別為1.5mm、2.5mm及5.5mm。與表3相同，表4中之兩條曲線分別為所測量出之光碟片的第一共振頻率(矩形格點)及第二共振頻率(菱形格點)。如表4所示，環狀加強部寬度W在2～6mm的範圍內，均具有提升共振頻率的效果，且在此範圍中，環狀加強部寬度愈大，光碟片之共振頻率愈高。
表5顯示環狀支持部外直徑D1=40mm、環狀加強部外直徑D3=41mm、環狀加強部高度T=0.2mm之光碟片的共振頻率與環狀加強部寬度W的關係，其中橫軸代表環狀加強部之寬度W，縱軸代表光碟片之共振頻率，且用以測試的環狀加強部之寬度W分別為1mm、3.5mm、及6.5mm。由上述之光碟片規格可得出：環狀加強部與環狀支持部之重疊寬度分別為0.5mm、3mm及6mm；且環狀加強部與環狀記錄部之重疊寬度為0.5mm。表5中之兩條曲線分別為所測量出之光碟片的第一共振頻率(矩形格點)及第二共振頻率(菱形格點)。如表5所示，環狀加強部寬度W在1～6.5mm的範圍內，均具有提升共振頻率的效果，且在此範圍中，環狀加強部寬度愈大，光碟片之共振頻率愈高。
由以上之表1-5的結果可得出，對於各種光碟片之尺寸D1、D2、或D3而言，不論增加環狀加強部之高度或寬度均具有提高光碟片之共振頻率的效果。
此外，若光碟模具中之模穴各部形狀差異過大，在射出成型製程中，塑料由較厚之支持部區域進入較薄之記錄部區域時，便容易發生塑料冷卻收縮不均而使基板變形的問題。再者，收縮不均的現象亦將使得基板之內軌部分的殘留應力較其他部分高，而局部殘留應力偏高的情形除了可能導致光碟片變形之外，損壞也容易由殘留應力較高的部分開始發生。因此參照圖2，在環狀支持部22與環狀記錄部24之間設置環狀加強部23可減少前述之變形及局部殘留應力偏高的問題。
吾人可利用複屈折之原理來分析物體之內應力分布狀態。複屈折係光線通過透明性材料時，分成一快一慢之兩道光線。而對於高分子材料而言，其光學非等向性為複屈折的主要成因，亦即在不同方向的光學偏振特性均不同。因此空間中之分子排向不一致時，複屈折的程度也不同。若光線因複屈折而產生之偏折量愈大，則表示受測物在量測處的應變量愈大。再者，可利用以下之方程式(4)由應變量計算出應力值：
σ=E
ε (4)
其中σ為應力值，E
為受測物體之彈性係數，ε為應變量。由方程式(1)可得知應力值與應變量呈線性關係，故應變量愈大則代表應力值愈大。因此，為了比較設置環狀加強部與未設置環狀加強部之光碟片基板的內應力分布，可利用複屈折技術來分析光碟片之內應力分布。
圖3顯示設置環狀加強部之光碟片的複屈折分布圖，其中橫軸為光碟片半徑，縱軸為光線偏折量。用於測試之光碟片尺寸為：環狀支持部外直徑D1=35mm；環狀加強部內直徑D2=34mm；環狀加強部寬度W=2mm；環狀加強部高度T=0.2mm。圖3中兩條虛曲線之間的實曲線代表所測量之光線偏折量平均值，而兩側之兩條垂直虛線範圍內之光碟片半徑即為記錄部具有溝軌的區域。
圖4顯示未設置環狀加強部之光碟片的複屈折分布圖，其中橫軸為光碟片半徑，縱軸為光線偏折量。用於測試之光碟片尺寸為：環狀支持部外直徑D1=35mm；環狀加強部高度T=0mm。圖4中兩條虛曲線之間的實曲線代表所測量之光線偏折量平均值，而兩側垂直虛線範圍內之光碟片半徑為記錄部具有溝軌的區域。
比較圖3及圖4之測量結果，雖然二者在記錄部具有溝軌的區域均未超出規格上限(50nm)，但圖3中之曲線較圖4中之曲線平緩，且可明顯察覺在光碟片半徑20-24mm之內軌區間中，圖3中之光線偏折量平均值變動較小(10nm-20nm)，而圖4中之光線偏折量平均值變動較大(5nm-45nm)，而兩種光碟片之其他部分的應力分布則較相近。換言之，設置環狀加強部除了具有降低內軌應力的功效之外，更可減緩內軌應力變動的幅度。
此外，光碟片之變形量攸關光碟片的品質，變形量愈小，則讀寫頭愈容易循軌聚焦，亦即光碟片的品質愈佳。因此，以下分別測量設有環狀加強部及未設置環狀加強部之光碟片的變形量分布，並比較其測量結果，以進一步瞭解環狀加強部之設置對於光碟片之變形量的影響。
圖5顯示設置環狀加強部之光碟片的徑向角度變形量，橫軸為光碟片半徑，縱軸為徑向角度變形量。用於測試之光碟片尺寸為：環狀支持部外直徑D1=35mm；環狀加強部內直徑D2=34mm；環狀加強部寬度W=2mm；環狀加強部高度T=0.2mm。圖5中之兩條垂直虛線範圍內之光碟片半徑即為記錄部具有溝軌的區域；兩條水平虛線分別代表規格上限(+0.8°)及規格下限(-0.8°)；且較粗之實曲線為徑向角度變形量之平均值。
圖6顯示未設置環狀加強部之光碟片的徑向角度變形量，橫軸為光碟片半徑，縱軸為徑向角度變形量。用於測試之光碟片尺寸為：環狀支持部外直徑D1=35mm；環狀加強部高度T=0mm。圖6中之兩條垂直虛線範圍內之光碟片半徑為記錄部之溝軌區域；規格上下限雖未顯示，但仍與圖5相同為+0.8°及-0.8°；且較粗之實曲線為徑向角度變形量之平均值。
將圖5及圖6之測試結果作比較，圖5中之曲線較圖6中之曲線平緩，且以差異較明顯之內軌區域(光碟片半徑20-24mm)而言，圖5中所顯示之徑向角度變形量較小(+0.1°~+0.3°之間)，而圖6中所顯示之徑向角度變形量較大(-0.45°~+0.75°度之間)。換言之，設置環狀加強部對於徑向之變形確有抑制的功效。
為了瞭解設置環狀加強部與光碟片讀寫無礙之最高轉速的關係，使用兩種光碟片(以下分別稱為光碟片1及光碟片2)來比較相同轉速下的讀寫情形，而判別光碟片是否可讀寫的基本條件為「聚焦」及「鎖軌(鎖定在指定的軌道)」。如表6所示，光碟片1為未設置環狀加強部之光碟片，其環狀支持部外直徑D1為35mm；而光碟片2為設有環狀加強部之光碟片，其各部尺寸為：環狀支持部外直徑D1=35mm,環狀加強部內直徑D2=30mm,環狀加強部寬度W=4mm,環狀加強部高度T=0.2mm。在測試中，取用10片之光碟片1及10片之光碟片2，且測試用之光碟機為Pioneer DVR-116D。由表6中可知，在轉速每分鐘9000轉(即16倍速)下，未設置環狀加強部之光碟片1完全無法成功聚焦及鎖軌，而設有環狀加強部之光碟片2則完全可聚焦及鎖軌。因此，在轉速提高的情況下，設置環狀加強部具有提昇光碟片可聚焦及鎖軌之比率的功效。
儘管本發明並未限定形成環狀加強部的方式，但為了使光碟片製程更加簡化，故偏好使環狀加強部與光碟片一體成形。例如，在模具中設置環狀加強部之模穴，使得光碟片射出成型時即具有環狀加強部。
此外，圖7亦顯示依據本發明之實施例所作成之變化例的光碟片，除了具有前述之加強結構用的環狀加強部73之外，更在環狀記錄部74外圓周設置一凸緣75。在將光碟片置於平面上時，環狀加強部73及凸緣75可使環狀記錄部74不易直接接觸該平面。再者，在取放光碟片時，凸緣75可使手指不易觸及光碟片。藉以達到避免取放時刮傷或留下指紋的功效。
另外，雖然本發明已經實驗確認具有提高光碟片之共振頻率的功效，但為了進一步增進抑制振動的效果，故可在依據本發明之實施例所作成之變化例的光碟片中，在其記錄部上設置一或更多層之振動抑制或吸收結構。
以上係以本發明之較佳實施例對本發明之技術特徵進行具體說明，唯其僅作為例示而非限制；換言之，熟悉此項技藝者在不脫離本發明之真實精神與新穎教示之情況下，當可對本發明進行各種修改及變化，而該等修改及變化皆應涵蓋於如下申請專利範圍所界定之範疇中。
10．．．光碟片
20a．．．光碟片
20b．．．光碟片
21a．．．圓形開口部
21b．．．圓形開口部
22a．．．環狀支持部
22a．．．環狀支持部
23a．．．環狀加強部
23b．．．環狀加強部
24a．．．環狀記錄部
24b．．．環狀記錄部
25a．．．加強區域
25b．．．加強區域
70．．．光碟片
73．．．環狀加強部
74．．．環狀記錄部
75‧‧‧凸緣
圖1顯示習知之光碟片在高讀取轉速下的振動情形示意剖面圖。
圖2A及2B為依據本發明之實施例的光碟片剖面圖。
圖3顯示設置有環狀加強部之光碟片的複屈折分布圖。
圖4顯示未設置環狀加強部之光碟片的複屈折分布圖。
圖5顯示設置有環狀加強部之光碟片的徑向角度變形量。
圖6顯示未設置環狀加強部之光碟片的徑向角度變形量。
圖7顯示環狀記錄部之外緣設置一凸緣的光碟片剖面圖。
20a．．．光碟片
21a．．．圓形開口部
22a．．．環狀支持部
23a．．．環狀加強部
24a．．．環狀記錄部
25a．．．加強區域
Claims (9)
- 一種光碟片，包含：一圓形開口部，其係設於該光碟片中央；一環狀記錄部，其係用以記錄資訊；一環狀支持部，其係設於該環狀記錄部與該圓形開口部之間，其中該環狀支持部之厚度大於該環狀記錄部，且該環狀支持部之一側係與該環狀記錄部之一側實質上同平面；以及一環狀加強部，其係設於實質上同平面的該環狀支持部之該側及該環狀記錄部之該側上並自該平面凸起，且與該環狀支持部之一部分及該環狀記錄部之一部分重疊。
- 如申請專利範圍第1項之光碟片，其中該環狀加強部之內直徑小於該環狀支持部之外直徑，該環狀加強部之外直徑大於該環狀記錄部之內直徑。
- 如申請專利範圍第1或2項之光碟片，其中該環狀加強部之寬度介於1mm至6.5mm之範圍，且該環狀加強部之厚度介於0.1mm至0.6mm的範圍。
- 如申請專利範圍第3項之光碟片，其中該環狀加強部與該環狀支持部重疊之寬度介於0.5mm至6mm的範圍。
- 如申請專利範圍第3項之光碟片，其中該環狀加強部與該環狀記錄部重疊之寬度介於0.5mm至5.5mm的範圍。
- 如申請專利範圍第1項之光碟片，其中該環狀加強部係與該環狀支持部及該環狀記錄部一體成型。
- 如申請專利範圍第1項之光碟片，其中該環狀記錄部具有一或更多層之振動抑制結構或振動吸收結構。
- 如申請專利範圍第1項之光碟片，其中該環狀記錄部之外圓周具有一突起部。
- 如申請專利範圍第1項之光碟片，其中該光碟片之讀寫轉速為16倍速(每分鐘9300轉)以上。
Priority Applications (7)
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