Verfahren zum Beschichten eines optischen Datenträgers sowie ein beschichteter optischer Datenträger
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Beschichten eines optischen Datenträgers. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Verfahren, bei dem eine Zusatzschicht als transparente Barriereschicht oder als zumindest teilweise reflektierende Reflexionsschicht auf mindestens eine Substratschicht des Datenträgers aufgebracht wird. Die Erfindung betrifft auch einen mit einer als Barriereschicht oder als zumindest teilweise reflektierenden Reflexionsschicht wirkenden Zusatzschicht beschichteten optischen Datenträger.
Mit Hilfe von optischen Datenträgern werden Informationen, Bilder, Musik und/oder Videofilme gespeichert und reproduziert. Insbesondere sind die optischen Datenträger als Compact Disc (CD) , als Super Audio CD (SACD) oder als Digital Versatile Disc (DVD) ausgebildet. Jedoch ist die Erfindung nicht auf diese Art der optischen Datenträger beschränkt, es können auch andere Datenformate mit den optischen Datenträgern vermittelt werden.
Die bekannten optischen Datenträger bestehen aus kreisförmigen Scheiben, die mindestens eine Substratschicht und mindestens eine mindestens teilweise reflektierende Reflexionsschicht aufweisen. Für das Substrat werden thermoplastische Kunststoffe eingesetzt, weit überwiegend dabei Polycarbonat . Daneben kann auch Polyolefin als Substrat verwendet werden, dieses ist jedoch teurer. Für die Reflexionsschicht wird in der Regel Silber verwendet.
Bei der Herstellung der optischen Datenträger müssen enge Toleranzgrenzen eingehalten werden, die durch die verschiedenen Internationalen Standards vorgegeben werden. Gleichzeitig stellen die optischen Datenträger ein Massenprodukt dar, so dass auch geringe Einsparungen bei den Herstellungskosten eine große Bedeutung haben.
Während der Herstellung werden die Substratschichten durch Spritzgusstechnik erzeugt, wobei durch vorgegebene Spritzgussformen die Datenstruktur der Datenspuren und ggf. die Lands und Pits aufgeprägt werden. Bei der Spritzgusstechnik ist insbesondere die Aushärtedauer des Spritzgussmaterials ein entscheidendes Kriterium für die Effizienz des gesamten Herstellungsverfahrens.
Die Reflexionsschicht aus Silber wird durch eine Niederdruckplasmabeschichtung auf die entsprechende Substratschicht aufgesputtert . Die dafür erforderliche Unterdruck- bzw. Vakuumtechnik ist einerseits aufwändig, andererseits stellt der Sputterprozess eine zeitaufwändige Maßnahme dar, die die Effizienz des Herstellungsverfahrens verringert. Zudem ist das verwendete Silber ein erheblicher Kostenfaktor.
Die fertigen optischen Datenträger müssen eine hohe Formstabilität aufweisen, insbesondere müssen die Scheiben ihre flache ebene Form beibehalten. Biegen sich die Datenträger durch, so kann es in den Abspielgeräten zu technischen Problemen kommen.
Die meisten optischen Datenträgern weisen einen symmterischen Aufbau auf, der an sich einem Verziehen der Form entgegenwirkt . Daher können bei symmetrisch aufgebauten Datenträgern durchaus feuchtigkeitsanziehende
Materialien wie Polycarbonat verwendet werden. Da die Feuchtigkeitsanziehung auf beiden Seiten der Scheibe gleich groß ist, gleichen sich Volumen- und Masseänderungen aus und eine außerhalb der Toleranzgrenzen liegende Durchbiegung der Scheibe wird vermieden.
Eine spezielle Form des optischen Datenträgers ist die Hybrid Super Audio CD (SACD) , die zwei Substratschichten aufweist, die übereinander angeordnet sind. Beide Substratschichten weisen eine Datenstruktur aufweisende Oberfläche auf, die mit einer zumindest teilweise reflektierenden Reflexionsschicht versehen ist. Die andere Oberfläche jeder Substratschicht ist dagegen nicht beschichtet .
Nachdem beide Substratschichten separat mit Reflexionsschichten hergestellt worden sind, werden diese so miteinander verbunden, dass beide Substratschichten bezüglich der Reflexionsschicht gleich ausgerichtet sind. In diesem asymmetrische Aufbau wechseln sich die Reflexionsschichten und die Substratschichten ab. Somit ist eine erste Substratschicht auf der einen Seite mit der Reflexionsschicht versehen und mit der anderen Seite mit der Reflexionsschicht der zweiten Substratschicht verbunden. Die der Reflexionsschicht gegenüberliegend angeordnete Seite der zweiten Substratschicht ist dagegen nicht beschichtet.
Wird bei diesem asymmetrischen Schichtaufbau ein feuchtigkeitsanziehendes Material wie Polycarbonat verwendet, dann können beide Substratschichten unterschiedlich stark Wasser anziehen. Dadurch verbiegt sich die Hybrid SACD und wird unbrauchbar. Dieser Effekt wird im Stand der Technik durch eine zusätzlich
aufgebrachte Schicht verhindert, die mit einem Niederdruck- Beschichtungsverfahren in aufwändiger Weise hergestellt wird. Ebenso ist es möglich, eine Lackschicht aufzutragen. Der Nachteil hierbei liegt in der schlechten Verbindung des Lackes mit der Substratschicht aufgrund von Oberflächeneffekten, so dass es zu Ablöseerscheinungen während es Gebrauchs kommen kann.
Im Stand der Technik ist es weiterhin bekannt, die Substratschichten der Hybrid SACD aus Polyolefinen herzustellen. Polyolefine sind unpolar und nehmen daher nur extrem geringe Mengen an Wasser auf. Daher kommt es auch ohne eine Barriereschicht bei der zweiten Substratschicht nicht zu einem Aufquellen und somit auch nicht zu einem Durchbiegen der Scheibe. Ein wesentlicher Nachteil der Verwendung von Polyolefinen besteht in den hohen Kosten und in der verglichen mit Polycarbonat längeren Verarbeitungszeit bei der Herstellung.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher das technische Problem zugrunde, das Verfahren zum Beschichten eines optischen Datenträgers derart auszugestalten und weiterzubilden, dass die Herstellung der optischen Datenträger effizienter durchgeführt werden kann. Das technische Problem betrifft ebenso effizienter hergestellte optische Datenträger.
Das zuvor aufgezeigte technische Problem wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruches 1 sowie durch optische Datenträger mit den Merkmalen des Anspruches 9 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den jeweiligen Unteransprüchen angegeben.
Erfindungsgemäß ist erkannt worden, dass die aus dem Stand der Technik der WO 01/32949 bekannte atmosphärische Plasmabeschichtung in vorteilhafter Weise bei der Herstellung von optischen Datenträgern eingesetzt werden kann.
Bei der atmosphärischen Plasmaerzeugung und der damit angewendeten Plasmabeschichtung wird durch Hindurchleiten eines Arbeitsgases durch eine Anregungszone ein Plasmastrahl erzeugt, in den ein Precursormaterial getrennt vom Arbeitsgas in den Plasmastrahl eingespeist wird. Durch die im Plasmastrahl auf das Precursormaterial einwirkende Energie findet eine Fragmentierung und energetische Anregung der Moleküle statt, so dass nach Ablagerung dieser reaktiven Zwischenprodukte auf der Oberfläche des Substrates durch Schaffung neuer chemischer Bindungen die Ausbildung einer polymerartigen Schicht stattfinden kann.
Der Plasmastrahl wird in vorteilhafter Weise unter Atmosphärendruck erzeugt und weist eine geringe Temperatur auf. Da der Plasmastrahl selbst für eine
Oberflächenanregung und Oberflächenvorbehandlung geeignet ist, werden zwei positive Effekte miteinander verbunden.
Die niedrige Temperatur dieses Plasmastrahls ermöglicht zudem eine effiziente Beschichtung mit
Precursormaterialien, die nur bei Temperaturen bis zu 200° C oder weniger stabil sind.
In bevorzugter Weise wird Hexamethyldisiloxan als Precursormaterial eingesetzt und als Reaktionsprodukt wird SiOx abgeschieden, wobei x im Bereich von 1 bis 3, vorzugsweise im Bereich von 1,5 bis 2,5 liegt. Die abgeschiedene Schicht weist eine gute optische Transparenz
auf, so dass diese vorteilhaft bei optischen Datenträgern als Barriereschicht, bspw. gegen Eindringen von Feuchtigkeit, oder als Schutzschicht, bspw. für einen Schutz gegen Verkratzen, eingesetzt werden kann.
Die Funktion der Schutzschicht kann vor allem darin gesehen werden, ein Verziehen des Substrates des optischen Datenträgers zu verhindern. Denn ein Verziehen des Datenträgers würde ab einem bestimmten Grad des Verziehens zu einer Unbrauchbarkeit führen. Ob die Schutzschicht als Barriereschicht ein Verziehen dadurch verhindert, dass die Aufnahme von Feuchtigkeit verringert wird, um das oben beschriebene Aufquellen der Zusatzschicht zu verringern oder ganz zu verhindern, oder ob die Barriereschicht auch oder vor allem durch mechanische Kräfte unabhängig vom Feuchtigkeitsgrad der Zusatzschicht den technischen Erfolg erzielt, kann dabei offen bleiben. Jedenfalls bewirkt die erfindungsgemäße Zusatzschicht eine erhöhte Stabilität des optischen Datenträgers.
Weitere Beispiele für Schichten sind stark hydrophile Antifogschichten, die in der Verpackungsindustrie das Beschlagen der Verpackungsfolien von innen verhindern; Schichten mit extrem geringer Oberflächenspannung, die stark wasserabweisend wirken und einen sog. „easy to clean" Effekt aufweisen können; Schichten auf Metallen, die antikorrosiv wirken und zusätzlich adhäsionsverbessernd wirken können; und leitfähige Schichten, die das statische Aufladen von Oberflächen verhindern.
Als Substratmaterialien kommen neben denKunststoffen, auch Metalle, Glas und Keramik in Frage.
Weitere Beispiele an Precursormaterialien sind Tetraethoxysilan, Tetramethoxysilan, Methyltrimethoxysilan. Prinzipiell können alle Silane und Siloxane eingesetzt werden, die bei Raumtemperatur flüssig sind und sich unzersetzt verdampfen lassen.
Die Zusatzschicht ist zumindest teilweise optisch durchlässig und kann daher im optischen Weg des Laserstrahls beim Lese- und/oder beim Schreibvorgang angeordnet sein.
In einer ebenso bevorzugten Weise kann die Zusatzschicht als Reflexionsschicht auf die Substratschicht abgeschieden werden. In diesem Fall werden die optischen Eigenschaften des abgeschiedenen Materials so eingestellt, dass beispielsweise die Zusatzschicht einen Brechungsindex aufweist, der vom Brechungsindex des Substratmaterials verschieden ist. Somit kann die Zusatzschicht als zumindest teilweise reflektierende Schicht eingesetzt werden, die die herkömmliche Silberschicht vermeidet. Damit ist eine große Kostenersparnis verbunden, da sowohl die Niederdrucktechnik als auch das teure Material vermieden wird.
Ebenso ist es möglich, ein eine metallorganische Verbindung, also ein Metall enthaltendes Precursormaterial einzusetzen, bei dem als Reaktionsprodukt eine metallische oder metallorganische Zusatzschicht abgeschieden wird. Auch in diesem Fall kann das erfindungsgemäße Verfahren anstelle der Niederdruckbeschichtung mit Silber eingesetzt werden. Das atmosphärische Plasmabeschichten verringert den technischen Aufwand erheblich. Zudem kann das teure Silber gegen ein anderes preiswertes Metall ersetzt werden.
Es ist weiterhin bevorzugt, dass nach dem Abscheiden der Zusatzschicht mit Hilfe eines zweiten atmosphärischen Plasmastrahls Energie für eine Nachbehandlung der Zusatzschicht zugeführt wird. Daher werden die Vorteile des atmosphärischen Plasmabeschichtens und der Oberflächenbehandlung mittels eines intensiven atmosphärischen Plasmastrahls miteinander vereint.
Bei einer besonderen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird als optischer Datenträger eine Hybrid Super Audio CD (Hybrid-SACD) mit zwei jeweils eine zumindest teilweise reflektierende Reflexionsschicht aufweisenden Substratschichten beschichtet. Insbesondere wird die der Reflexionsschicht abgewandte zweite Seite einer der beiden Substratschichten mit der Zusatzschicht beschichtet. Vorzugsweise wird dieses bei Substratschichten aus Polycarbonat angewendet, so dass die Zusatzschicht als Barriereschicht gegen das Eindringen von Feuchtigkeit eingesetzt werden kann.
Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen von mit dem erfindungsgemäßen Verfahren beschichteten optischen Datenträgern näher erläutert, wobei auf die Zeichnung Bezug genommen wird. In der Zeichnung zeigen
Fig. 1 im Querschnitt einen Teil eines optischen Datenträgers mit einer Substratschicht und einer Reflexionsschicht,
Fig. 2 im Querschnitt einen Teil eines optischen Datenträgers mit zwei Substratschichten und zwei Reflexionsschichten,
Fig. 3 in perspektivische Darstellung eine Hybrid Super Audio CD mit zwei Substratschichten und zwei Reflexionsschichten und
Fig. 4 im Querschnitt einen Teil einer Hybrid Super Audio CD mit und ohne die erfindungsgemäße Zusatzschicht .
Die Fig. 1 bis 3 zeigen aus dem Stand der Technik bekannte optische Datenträger.
Fig. 1 stellt einen Ausschnitt aus einer herkömmlichen Compact Disc (CD) dar. Die CD weist eine transparente Substratschicht 2 auf, auf deren Oberfläche rillenförmige Vertiefungen 4 eingebracht sind. In den Vertiefungen 4 sind durch eine Oberflächenstruktur des Grundes der Rille die Informationen (Pits und Lands) eingeprägt. Die Oberfläche der Substratschicht 2 ist mit einer sehr dünnen, in Fig. 1 nur als Strich dargestellten Reflexionsschicht 6 versehen. Dadurch wird ein im dargestellten Querschnitt von unten kommender Laserstrahl an der Reflexionsschicht 6 reflektiert, so dass durch Änderungen der reflektierten Intensität des Laserstrahls die in den Pits und Lands enthaltenen Informationen ausgelesen werden können. Oberhalb der Reflexionsschicht 6 ist eine zusätzliche Schutzschicht 8 vorgesehen, auf der schließlich ein Label 10 aufgebracht ist.
Fig. 2 zeigt einen Querschnitt durch eine zweilagige DVD mit zwei Substratschichten 2 und 3, in deren einander zugewandten Oberflächen rillenförmige Vertiefungen 4 und 5 eingebracht sind. Die Oberflächen sind mit sehr dünnen in Fig. 1 nur als Strich dargestellten Reflexionsschichten 6 und 7 versehen. Dadurch wird ein Laserstrahl an den
Reflexionsschichten 6 und 7 reflektiert, so dass durch Änderungen der reflektierten Intensität des Laserstrahls die in den Pits und Lands enthaltenen Informationen beider Informationsschichten ausgelesen werden können. Die die rillenförmigen Vertiefungen aufweisenden Oberflächen sind durch eine Abstandsschicht 12 miteinander verbunden.
Fig. 3 zeigt den Schichtaufbau einer Hybrid Super Audio CD (Hybrid SACD) . Eine Hybrid SACD weist zwei Informationsschichten mit unterschiedlichem Datenformat auf. Diese sind eine erste Informationsschicht, die mit einem CD-Lesegerät ausgelesen werden kann (CD-Schicht) , und eine zweite Informationsschicht mit einer höheren Datendichte (HD-Schicht) .
In der Darstellung der Fig. 3 sind die Schichten von unten nach oben folgender Maßen angeordnet . Eine erste Substratschicht 2 ist an der oberen Oberfläche mit rillenförmigen Vertiefungen versehen (nicht im Detail dargestellt) , die in hoher Datendichte die Informationen aufweist (HD-Schicht) . Diese Oberfläche weist eine teilweise reflektierende Beschichtung auf, die für Licht mit einer Wellenlänge von 780 nm durchlässig, für Licht mit einer Wellenlänge von 650 nm aber reflektierend ist. Darauf folgt eine klebende Abstandsschicht 12, die mit einer zweiten Substratschicht 3 verbunden ist, deren obere Oberfläche wiederum die rillenförmigen Vertiefungen mit den Daten im CD-Fromat aufweist. Auch diese Oberfläche ist mit einer reflektierenden Beschichtung versehen. Als oberstes ist eine Schutzschicht 14 mit einem Aufkleber oder Aufdruck vorgesehen.
Aus dem in Fig. 3 dargestellten Aufbau ergibt sich eine Asymmetrie im Vergleich beispielsweise mit dem in Fig, 2
dargestellten Aufbau. Wird für die untere Substratschicht 2 ein feuchtigkeitsanziehendes Material verwendet, dann kommt es im Laufe der Zeit zu einem ungleichen Aufquellen der Substratschichten 2 und 3 und damit verbunden zu einer Formveränderung, die zu einer Unbrauchbarkeit des Datenträgers führt. Den Vorgang des ungleichen Eindringens der Feuchtigkeit veranschaulicht Fig. 4 in der rechten Hälfte der dargestellten Hybrid SACD. Die obere Schutzschicht 14 verhindert ein Eindringen von Wasser in die obere Substratschicht 3. Dagegen ist die Unterseite der Substratschicht 2 offen gegenüber der Umgebungsluft, so dass Wasser eindringen kann.
Als Gegenmaßnahmen werden - wie oben beschrieben - im Stand der Technik Polyolefine als Substratmaterial verwendet oder eine Lackschicht auf die Unterseite einer Polycarbonatschicht aufgebracht.
Ein Beispiel dafür zeigt Fig. 4 in der linken Hälfte der dargestellten Hybrid SACD. Die beiden Substratschichten 2 und 3 sind aus Polycarbonat hergestellt und die Zusatzschicht 16 weist SiOx auf, das durch das erfindungsgemäße Verfahren auf der Oberfläche mittels eines atmosphärischen Plasmastrahls aus dem Precursermaterial Hexamethyldisiloxan abgeschieden worden ist. Der Parameter x liegt dabei im Bereich von 1 bis 3, vorzugsweise im Bereich von 1,5 bis 2,5.
Die Zusatzschicht aus SiOx (Glas) kann eigentlich auch als eine siliziumorganische Schicht bezeichnet werden, da SiOx in aller Regel etwa 1 % Kohlenstoff enthält. Jedenfalls weist die Schicht transparente optische Eigenschaften auf. Somit ist es trotz der Zusatzschicht 16 möglich, die Hybrid
SACD in der Fig. 4 von unten mittels eines Laserstrahls auszulesen.
Ein weiteres Beispiel eines erfindungsgemäßen optischen Datenträgers besteht darin, dass die mindestens eine Substratschicht 2 oder 3 mit einer zumindest teilweise reflektierenden Zusatzschicht beschichtet ist.
Diese Zusatzschicht kann beispielsweise als Schutzschicht 8 in Fig. 1 oder als Abstandsschicht 12 in Fig. 2 oder Fig. 3 dienen. Weist das durch die Plasmaabscheidung aufgetragene Material einen Brechungsindex auf, der von dem Brechungsindex des Substratmaterials so stark abweicht, dass es an der Grenzschicht zwischen beiden Schichten zu einer ausreichenden Reflexion kommt, dann kann die aus dem Stand der Technik bekannte reflektierende Metallschicht aus Silber weggelassen werden.
Ebenso ist es möglich, dass die Zusatzschicht ein Metall aufweist. In diesem Fall ersetzt die Zusatzschicht die Reflexionsschicht aus Silber und die bisher vorgesehenen Schutzschichten bzw. Abstandsschichten sind weiterhin im Schichtaufbau des optischen Datenträgers vorgesehen.