WO2010136499A1

WO2010136499A1 - Optischer datenträger

Info

Publication number: WO2010136499A1
Application number: PCT/EP2010/057262
Authority: WO
Inventors: Dirk Fuhrmann; Alexander Wörle
Original assignee: Kdg Mediatech Ag
Priority date: 2009-05-27
Filing date: 2010-05-26
Publication date: 2010-12-02
Also published as: DE102009022907A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen optischen Datenträger in Form einer Scheibe. Der optische Datenträger umfasst - ein Substrat (2), das aus einem transparenten Material ausgebildet ist, und - eine Reflektionsschicht (3), die auf einer Oberfläche des Substrates aufgebracht ist, wobei aufgrund einer Struktur an der Grenzfläche des Substrates (2) und der Reflektionsschicht (3) kodierte digitale Daten von einer optischen Leseeinrichtung gelesen werden können. Der optische Datenträger zeichnet sich dadurch aus, dass das Substrat (2) aus Polymilchsäure ausgebildet ist, wobei die Polymilchsäure mit einem Anteil von zumindest 1 % rechtsdrehender Milchsäurebestandteile (D-PLA bzw. PDLA) ausgebildet ist.

Description

Optischer Datenträger

Die vorliegende Erfindung betrifft einen optischen Datenträger. Insbesondere betrifft die Erfindung einen optischen Datenträger in Form einer Scheibe mit einem Substrat, das aus einem transparenten Material ausgebildet ist, und einer Reflek- tionsschicht, die auf einer Oberfläche des Substrates aufgebracht ist. Mit einer an der Grenzfläche des Substrates und der Reflektionsschicht ausgebildeten Struktur können digitale Daten codiert werden, die von einer optischen Leseeinrichtung gelesen werden können.

Derartige optische Datenträger sind in unterschiedlichen Formaten, wie zum Bei- spiel Compact Disc (CD), Blu-Ray Disc (BD), Digital Versatile Disc (DVD), High Density DVD (HD DVD), Holographie Versatile Disc (HVD), Laser Disc (LD), etc. bekannt. All diesen optischen Datenträgern ist gemeinsam, dass sie ein transparentes Substrat und eine auf dem Substrat aufgebrachte Reflektionsschicht aufweisen. Eine optische Leseeinrichtung tastet die Reflektionsschicht durch das Substrat hindurch ab. Da die von der optischen Leseeinrichtung abzutastenden Strukturen wenige Mikrometer oder sogar Bruchteile von Mikrometern groß sind, werden an das Substrat erhebliche Anforderungen bezüglich der optischen Eigenschaften gestellt.

Weiterhin sollte der optische Datenträger in einem einfachen und kostengünstigen Verfahren als Massenprodukt herstellbar sein. Diese optischen Datenträger wer- den deshalb fast ausschließlich mittels Spritzgießen des Substrates hergestellt, das dann mit der Reflektionsschicht und einem Schutzlack versehen wird.

Für die einzelnen Formate optischer Datenträger gibt es unterschiedliche Stan- dards und Normen. So ist zum Beispiel die CD im sogenannten „Red Book" spezifiziert. Darin werden neben der Geometrie und dem Aufbau auch die optischen Anforderungen, die Anforderungen an die Mikrostrukturierungen, sowie spezielle Informationscodierungsverfahren spezifiziert. Bezüglich des Substrates sind insbesondere folgende Anforderungen relevant:

Die Dicke des transparenten Substrates: 1 ,2 +/- 0,1 mm Brechungsindex: 1 ,55 +/- 0,1

Maximale Doppelbrechung: 100 nm

Substrat-Transmission: > 70 % Track-Pitch: 1 ,6 Mikrometer

Daten-Pits: 660 ns +/- 40 (3 T) bis 2.570 +/- 60

(1 1 T)

Umgebungstemperatur: -40 bis +70 °C

Das übliche Material, das all diesen Anforderungen genügt und mittels Spritzgießen verarbeitbar ist, ist Polycarbonat (PC). Polycarbonat ist der bevorzugte Kunststoff für optische Elemente, wie zum Beispiel Scheiben für Scheinwerfer, Linsen, etc. Polycarbonat besitzt eine hohe Transparenz und aus Polycarbonat können Körper kostengünstig im Spritzgussverfahren mit optisch glatten Oberflächen her- gestellt werden. Dies ist aufgrund der Schrumpfung der Körper beim Abkühlen nach dem Spritzgießen keine Selbstverständlichkeit. Bzgl. Polycarbonat sind Spritzgießprozesse bekannt, mit welchen Polycarbonatkörper mit optisch glatten Flächen herstellbar sind.

Um die Umweltbelastung zu verringern ist es bekannt, biologisch abbaubare Polymere anstelle von herkömmlichen Kunststoffen zu verwenden. So gibt es beispielsweise Kreditkarten, die aus Polymeren auf Stärke-Basis hergestellt sind. Dies ist insbesondere bei Massenprodukten zweckmäßig, die in erheblichem Umfang zum Abfallaufkommen beitragen. Von der Firma Purac Biochem BV, Niederlande, werden unter dem Handelsnamen PURALACT™ D rechtsdrehende Milchsäuremonomere angeboten. In einer Veröffentlichung von Forschungsdaten wird ausgeführt, dass Polymilchsäure mit PURALACT D die Temperaturstabilität der Polymilchsäure bei ausreichender opti- scher Reinheit verbessert. Hierbei wurde ein Anteil von 0,5 bis 5 Prozent rechtsdrehender Milchsäurepolymere (D-PLA bzw. PDLA) an der gesamten Polymilchsäure eingesetzt. Diese Polymilchsäure wird zum Herstellen biologisch abbaubarer Folie für Verpackungszwecke und für einfache Gegenstände des täglichen Bedarfs, wie zum Beispiel Trinkbecher, verwendet.

Aus der EP 1 667 138 A2 geht ein optischer Datenträger und ein Material für einen optischen Datenträger hervor. Das Substrat besteht aus einem Gemisch aus Polymilchsäure mit Polymethylmethacrylat als Copolymer. Das Copolymer wird beigefügt, um eine gewünschte Temperaturstabilität zu erzielen. Das Verhältnis von Polymilchsäure zum Copolymer soll vorzugsweise im Bereich von 70:30 bis 50:50 liegen. Bei dem Verhältnis von 70:30 wird eine Glasübergangstemperatur von 59,6°C erzielt, die mit zunehmenden Anteil an Copolymer ansteigt. Bei einem Verhältnis von 50:50 beträgt die Glasübergangstemperatur 69,2°C. Die Milchsäure kann sowohl rechtsdrehende Milchsäure als auch linksdrehende Milchsäure und Gemische daraus umfassen. Wenn ein Anteil monomerer Milchsäure in dem Polymilchsäureharz zu groß ist, wird das Material zu klebrig und es besteht die Gefahr, dass es an Stellen milchig wird. Die Anmelderin der EP 1 667 138 A2 hatte geplant unter dem Handelsnamen „MildDisk" eine solche auf Polymilchsäure basierende CD Ende 2003 auf den Markt zu bringen. Die Markteinführung wurde jedoch im Juli 2004 verschoben. Diese Polymilchsäure-CD wurde zwischenzeitlich nicht in den Markt eingeführt. Der Grund hierfür ist, dass diese CDs ab einer Temperatur von 50 °C nicht stabil sind. Nur durch Hinzufügung weiterer Zusätze, die jedoch die biologische Abbaubarkeit beeinträchtigen, kann eine gewünschte Temperaturstabilität von mehr als 60 °C erreicht werden. Eine Temperaturstabilität von 60 °C würde den meisten Anwendungen genügen. Die Spezifikation fordert eine Temperaturstabilität bis 70 °C.

Aus der JP 2007-191623 AA geht ein weiterer optischer Datenträger hervor, dessen Substrat aus aromatischen Polycarbonatharz und einem bestimmten Anteil Polymilchsäure ausgebildet ist. Die Polymilchsäure besteht zu 90 bis 100 Mol-% aus linksdrehender Milchsäure und zu O bis 10 Mol-% aus rechtsdrehender Milchsäure. Das Substrat enthält mindestens etwa 33 Gew.% Polycarbonatharz.

In der EP 1 932 879 A1 ist ein weiteres Material für einen optischen Datenträger offenbart, das aus mehreren Komponenten zusammengesetzt ist. Eine Komponente ist Polymilchsäure. Die Polymilchsäure kann vorzugsweise 85 %, 90 % und insbesondere 94 % oder mehr einer linksdrehenden oder rechtsdrehenden Milchsäure aufweisen. In den Beispielen beträgt der Anteil der Polymilchsäure am gesamten Substrat 10%.

In Saechtling, „Kunststofftaschenbuch", 26. Ausgabe, Seiten 206, 207, 330, 331 , 364 und 365, Carl Hanser Verlag, 1995 sind Grundlagen zum Spritzgießverfahren erläutert.

Die WO 2006/129320 A2 betrifft biologisch abbaubare Polymere.

Aus der JP 2000-01 1448 A geht ein optischer Datenträger hervor, der aus biologisch abbaubarem Kunststoffmaterial ausgebildet ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde einen optischen Datenträger zu schaffen, der aus einem biologisch abbaubaren Substrat hergestellt ist.

Weiterhin liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde ein Verfahren zum Herstellen von optischen Datenträgern aus biologisch abbaubarem Substrat zu schaffen.

Die Aufgaben werden durch einen optischen Datenträger mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 10 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den jeweiligen Unteransprüchen angegeben.

Der erfindungsgemäße optische Datenträger in Form einer Scheibe umfasst

- ein Substrat, das aus einem transparenten Material ausgebildet ist, und

- eine Reflektionsschicht, die auf einer Oberfläche des Substrates aufgebracht ist, wobei aufgrund einer Struktur an der Grenzfläche des Substrates und der Reflektionsschicht codierte digitale Daten von einer optischen Leseeinrichtung gelesen werden können. Dieser optische Datenträger zeichnet sich dadurch aus, dass das Substrat vor allem aus Polymilchsäure ausgebildet ist, wobei die Polymilchsäure mit einem Anteil von zumindest 0,8% Prozent rechtsdrehender Milchsäurebestandteile (D-PLA bzw. PDLA) ausgebildet ist, wobei das Substrat Zusatzstoffe mit einem Anteil von 0 bis maximal 10 Gew.% aufweisen kann.

Linksdrehende Milchsäure ist nach CIP-Norm die S-Konfiguration und wird auch als L-Milchsäure bezeichnet. Rechtsdrehende Milchsäure ist nach CIP-Norm die R-Konfiguration und wird auch als D-Milchsäure bezeichnet.

Durch die Verwendung von Polymermilchsäure mit einem Anteil von zumindest 0,8% Prozent rechtsdrehender Milchsäurebestandteile ist es möglich die Polymilchsäure im Spritzgießverfahren derart zu verarbeiten, dass das spritzgegosse- ne Substrat des optischen Datenträgers den optischen und mechanischen Anforderungen an derartige optische Datenträger vollkommen genügt.

Das Substrat eines optischen Datenträgers muss, wie es eingangs erläutert worden ist, eine hohe Transparenz besitzen, eine optisch glatte Oberfläche aufwei- sen, so dass Strukturen in der Reflektionsschicht mit einer Größe von wenigen μm oder kleiner zuverlässig detektiert werden können, und gegebenenfalls auch derart fein räumlich formbar sein. Weiterhin muss das Substrat stabil sein, um bei den weiteren Herstellungsschritten (Beschichten mit der Reflektionsschicht und einem Schutzlack) den dabei auftretenden Spannungen ohne sich hierbei zu ver- formen widerstehen zu können und um den mechanischen und thermischen Belastungen im Betrieb standzuhalten.

Es war völlig überraschend, dass Polymilchsäure mit einem Anteil von zumindest 0,8% und vorzugsweise zumindest 1 % rechtsdrehender Milchsäurebestandteile, das zum Herstellen von dünnen Folien und einfachen Gegenständen des täglichen Bedarfs verwendet wird, als Substrat für einen optischen Datenträger geeignet ist und die optischen Anforderungen an Transparenz und Formbarkeit erfüllt.

Die ersten Prototypen wurden aus reiner Polymilchsäure ohne weitere Zusätze hergestellt. Sie hatten eine überraschend hohe mechanische Stabilität, so dass sie in herkömmlichen Abspielgeräten fehlerfrei benutzt werden konnten. Die Er- finder gehen davon aus, dass der Anteil an rechtsdrehender Polymilchsäure Stereokomplexe erzeugt, die die mechanische und thermische Stabilität der Polymilchsäure gegenüber einer Polymilchsäure, die alleine aus linksdrehenden Bestandteilen ausgebildet ist, erhöht. Dieser Effekt tritt nicht in diesem Maße auf, wenn der Anteil an Zusatzstoffen hoch und/oder der Anteil an rechtsdrehenden Milchsäurebestandteilen gering ist.

Die rechtsdrehenden Milchsäurebestandteile sind als Copolymere in die Polymerketten von linksdrehenden Milchsäurebestandteilen eingebaut. Die einzelnen Po- lymerketten bilden Stereokomplexe an den Bereichen aus, an welchen unterschiedliche drehende Milchsäurebestandteile der Polymerketten benachbart zueinander angeordnet sind.

Je größer der Anteil an rechtsdrehenden Milchsäurebestandteilen ist, desto grö- ßer ist die Anzahl der Stereokomplexe und desto besser ist die mechanische und die thermische Stabilität.

Durch die Erhöhung des Anteils rechtsdrehender Milchsäurebestandteile kann somit die mechanische und thermische Stabilität des Substrates weiter erhöht werden. Da optische Datenträger, insbesondere wenn sie direkt Sonnenlicht ausgesetzt sind, sich erheblich erhitzen können, kann es zweckmäßig sein, das Substrat aus Polymilchsäure mit einem Anteil von zumindest 1 ,5% bzw. zumindest 3% rechtsdrehender Milchsäurebestandteile und vorzugsweise zumindest 4% bzw. 5% rechtsdrehender Milchsäurebestandteile auszubilden. Es können sogar Antei- Ie von rechtsdrehender Milchsäure von zumindest 8%, insbesondere zumindest 10% und vorzugsweise zumindest 12% sinnvoll sein. Bei einem Anteil von etwa 15% rechtsdrehender Milchsäure ergibt sich ein Verhältnis von etwa 6:1 der linksdrehenden zu den rechtsdrehenden Bestandteilen der Polymilchsäure, was für den strukturstabilisierenden Einfluss von Vorteil ist. Als rechtsdrehende Milchsäu- rebestandteile werden die einzelnen rechtsdrehenden Milchsäuremonomere verstanden, die in die Polymilchsäure des Substrates in Form eines Co-Polymers eingebaut sind, wobei deren Anteil bzgl. der gesamten Polymilchsäure beurteilt wird.

Falls nichts Anderes angegeben ist, bedeuten Prozentangaben zu Anteilen von Polymilchsäure, den jeweiligen Anteil an der gesamten Menge der Milchsäure (po- lymerisiert und nicht polymerisiert) im Substrat. Diese Prozentangaben sind somit Mol-%, wobei die gesamte Menge der Milchsäure im Substrat 100 Mol-% entspricht.

Dieser Effekt kann durch Zusatzstoffe beeinträchtigt werden. Deshalb weist das erfindungsgemäße Substrat vorzugsweise keine Zusatzstoffe auf. Es ist zweckmäßig, dass die Zusatzstoffe nicht mehr als 10 Gew.% des Substrates, insbesondere nicht mehr als 5 Gew.% des Substrates, bzw. 3 Gew.% oder 1 ,5 Gew.% und insbesondere nicht mehr als 0,5 Gew.% betragen. Diese Zusatzstoffe können Co- polymere oder Additive oder andere Zusatzstoffe, wie z.B. Agenzien zum Lösen der optischen Datenträger aus einem Abformwerkzeug, sein.

Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn der Anteil an nicht polymehsierten Milchsäuremonomeren gering ist. Bei den erfindungsgemäß hergestellten Prototypen lag der Anteil bei 0,20 % an der gesamten Milchsäure. Dieser Anteil ist vorzugsweise kleiner als 1 % und sollte möglichst nicht 2 % von der gesamten Polymilchsäure überschreiten.

Weiterhin wird mit der Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines solchen opti- sehen Datenträgers geschaffen, bei dem das Substrat spritzgegossen wird, wobei beim Spritzgießen das hierbei verwendete Abformwerkzeug auf eine maximale Bearbeitungstemperatur unterhalb einer vorbestimmten Grenze eingestellt wird, die im Bereich von 30 °C bis 60 °C liegt und nach dem Formen des Substrates im Abformwerkzeug wird auf das Substrat eine Reflektionsschicht aufgebracht.

Bei diesem Herstellungsverfahren wird das Werkzeug auf einer für das Spritzgießen ungewöhnlich tiefen Temperatur von 30 °C bis 60 °C gehalten. Die Polymilchsäure wird mit einer Temperatur von etwa 180 °C bis 200 °C fließfähig gemacht und in das Werkzeug eingespritzt. Hierdurch wird ein Substrat mit den ge- wünschten optischen Eigenschaften erhalten. Durch die Verwendung derart niedriger Temperaturen im Abformwerkzeug wird ein annähernd spannungsfreies Substrat erhalten. Dies ist sehr vorteilhaft, da Polymilchsäure im Vergleich zu herkömmlichen Kunststoffen, insbesondere im Vergleich zu Polycarbonat, eine wesentlich geringere Festigkeit aufweist. Da jedoch das Substrat annähernd span- nungsfrei ist, erfüllt es die mechanischen Anforderungen an ein Substrat eines optischen Datenträgers. Die Anmelderin hat erste Prototypen von CDs hergestellt, die nach kurzer Optimierung der Prozessparameter des Spritzgießverfahrens in herkömmlichen CD- Abspielgeräten fehlerfrei abgespielt werden konnten. Da Polymilchsäure grund- sätzlich eine geringere mechanische Stabilität als Polycarbonat aufweist, ist es von Vorteil, dass Polymilchsäure auch einen geringeren Brechungsindex (n=1 ,459) als Polycarbonat (n=1 ,58) aufweist. Damit eine herkömmliche Leseeinheit eines Abspielgerätes eines optischen Datenträgers mit einem Laserstrahl exakt auf die Reflektionsschicht des optischen Datenträgers fokussieren kann, soll das Substrat eine vorbestimmte optische Länge aufweisen. Die optische Länge D ist das Produkt aus der Dicke d des Substrates multipliziert mit dem Brechungsindex n. Dies bedeutet für ein Substrat aus Polymilchsäure, dass dieses um etwa 8% dicker auszubilden ist als ein Substrat aus Polycarbonat. Die etwas größere Dicke des Substrates aus Polymilchsäure kompensiert zum Teil die geringere ma- tehalspezifische mechanische Festigkeit der Polymilchsäure gegenüber Polycarbonat. Das Substrat einer CD aus Polymilchsäure ist somit vorzugsweise mit einer Dicke von 1 ,3 mm +/- 0,1 mm anstelle von 1 ,2 mm auszubilden. Das Substrat ist mit einer Dicke von etwa 5% bis 10% dicker, insbesondere 7% bis 9% dicker als die in den Normen bzw. Spezifikationen vorgeschrieben Dicken für ein entspre- chendes Substrat aus Polycarbonat auszubilden. Falls der Polmilchsäure Zusätze beigefügt werden, die denn Brechungsindex verändern, dann ist die Dicke entsprechend anzupassen.

Die Verarbeitung von Polymilchsäure unterscheidet sich aufgrund der geringeren Glasübergangstemperatur von 60 °C im Vergleich zu Polycarbonat (150⁰C) im Spritzgießverfahren erheblich. Die ersten Prototypen von CDs, die in einem herkömmlichen CD-Abspielgerät fehlerfrei abspielbar sind, konnten nach wenigen Tagen Optimierung des Spritzgießprozesses hergestellt werden. Es war auch ü- berraschend, dass die Polymilchsäure mit dem Spritzgießverfahren derart verar- beitet werden konnte, dass das hierdurch hergestellte Substrat eine ausreichende Transparenz besitzt und mechanisch und thermisch so stabil ist, dass es mit den weiteren Bearbeitungsschritten (Sputterprozess zum Aufbringen der Reflektionsschicht; Spincoating für den Schutzlack) verwendbar ist. Der Aufbau des so hergestellten optischen Datenträgers unterscheidet sich vom herkömmlichen opti- sehen Datenträger alleine durch das Material des Substrates und der größeren Dicke des Substrates. Es hat sich grundsätzlich gezeigt, dass im Spritzgießprozess mit Polymilchsäure geringere Temperaturen und größere Taktzeiten als in einem vergleichbaren Spritzgießprozess mit Polycarbonat einzustellen sind. Der grundsätzliche Ablauf des Spritzgießvorganges selbst muss bei Verwendung von Polymilchsäure gegenüber Polycarbonat nicht verändert werden.

Diese derart im Spritzgießverfahren verarbeitete Polymilchsäure kann auch zum Herstellen anderer optischer Elemente, wie z.B. optischer Linsen verwendet wer- den. Aufgrund seiner überraschend hohen Transparenz werden optische Elemente geschaffen, die biologisch abbaubar sind.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels erläutert. Die Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 schematisch einen Bereich einer erfindungsgemäßen CD im Querschnitt, und

Fig. 2 schematisch stark vereinfacht den Aufbau einer Spritzgießvorrichtung zum Herstellen eines erfindungsgemäßen optischen Datenträgers.

Die Erfindung wird nachfolgend beispielhaft anhand einer CD beschrieben.

Die CD ist im Red Book spezifiziert. Für die Ausgestaltung einer CD wesentliche Parameter sind oben aufgeführt. Eine CD 1 besteht aus einem transparenten Substrat 2, einer Reflektionsschicht 3, einem Schutzlack 4. Oftmals ist eine CD mit einem Labeldruck 5 versehen.

Erfindungsgemäß ist das Substrat aus Polymilchsäure mit einem Anteil von zu- mindest 0,8% und vorzugsweise zumindest 1 % rechtsdrehender Milchsäurebestandteile ausgebildet. Vorzugsweise weist die Polymilchsäure des Substrates einen Anteil von zumindest 2% bzw. 3% und insbesondere 4% bzw. 5% rechtsdrehender Milchsäurebestandteile auf.

Die CD des vorliegenden Ausführungsbeispieles ist eine nicht-beschreibbare Audio-CD. Die Grenzschicht zwischen dem Substrat 2 und der Reflektionsschicht 3 ist räumlich strukturiert, wobei bezüglich der Oberfläche des Substrates 2 kleine Ausnehmungen, die so genannten Informations-Pits 6 ausgebildet sind. Die In- formations-Pits 6 sind in der Draufsicht auf die CD entlang einer spiralförmig ausgebildeten Spur angeordnet. Sie besitzen eine Länge von ca. 0,6 bis 2,4 μm um ein Bit zu codieren. Der Spurabstand zwischen zwei benachbarten Spuren beträgt 1 ,6 μm. Diese strukturierte Oberfläche des transparenten Substrates 2 ist derart mit der Reflektionsschicht 3 abgedeckt, dass diese räumliche Struktur mittels einer optischen Leseeinrichtung abgetastet werden kann. Diese Reflektionsschicht ist in der Regel aus einer etwa 100 bis 300 nm dicken Aluminiumschicht ausgebil- det. Der Schutzlack 4 auf der Aluminiumschicht schützt diese vor Beschädigung.

Die CD 1 wird mit einer herkömmlichen Spritzgießvorrichtung 7 (Fig. 2) hergestellt. Diese Spritzgießvorrichtung 7 umfasst einen Polymer-Vorratsbehälter 8, eine Einspritzvorrichtung 9 mit einer bewegbaren Extruderschnecke 10, eine Temperier- einrichtung (nicht dargestellt) und eine Spritzdüse 1 1. An die Spritzdüse 1 1 ist ein Abformwerkzeug 12 gekoppelt, das einen scheibenförmigen Raum 13 begrenzt. An der der Spritzdüse 1 1 gegenüberliegenden Seite des Abformwerkzeuges 12 ist ein mikrostrukturierter Stempel 14 angeordnet, der beweglich im Abformwerkzeug 12 ausgebildet ist und von einer Zylinder-/Kolbeneinheit (nicht dargestellt) beauf- schlagt wird.

Nachfolgend wird das Herstellen einer erfindungsgemäßen CD mittels eines Spritzgießverfahrens erläutert:

Zunächst wird die Polymilchsäure getrocknet. Die Glasübergangstemperatur von Polymilchsäure beträgt etwa 60 °C. Die beim Trocknen verwendete Temperatur sollte nicht wesentlich über der Glasübertragungstemperatur liegen. Eine geeignete Trocknungstemperatur liegt zum Beispiel bei etwa 60 °C. Die Trocknungszeit hängt vom Feuchtigkeitsgrad der Polymilchsäure ab. Es hat sich gezeigt, dass bei der üblichen Qualität der im Handel erhältlichen Polymilchsäure mit einer Trocknungsdauer von 12 Stunden eine für das vorliegende Verfahren ausreichende trockene Polymilchsäure erhalten wird. Polymilchsäure ist stark hygroskopisch. Feuchtigkeit im Polymer führt zu Schlierenbildung und Lufteinschlüssen im spritzgegossenen Körper. Daher hat die Trocknung des Polymers erheblichen Einfluss auf die optische Qualität des Spritzgusskörpers. Es ist daher zweckmäßig die Po- lymilchsäure zumindest acht Stunden, vorzugsweise zumindest 10 Stunden bei einer Temperatur von 55 °C bis 64 °C zu trocknen.

Die getrocknete Polymilchsäure wird unter Ausschluss eines Kontaktes mit der Umgebungsatmosphäre dem Polymervorratsbehälter 8 zugeführt. Dies kann beispielsweise durch hermetisch abgeschlossene Leitungen ausgeführt werden, die ein Trocknungssilo mit dem Polymervorratsbehälter 8 verbinden.

Die Polymilchsäure wird aus dem Polymervorratsbehälter 8 abgezogen und der Einspritzvorrichtung 9 zugeführt. In dieser wird die Polymilchsäure unter dem Ein- fluss der Drehbewegung der Extruderschnecke 10 und durch Erwärmen fließfähig gemacht. Die hierbei eingestellte Temperatur liegt etwa im Bereich von 180°C bis 200 °C. Der Schmelzpunkt von Polymilchsäure liegt etwa bei 150°C. Der Temperaturbereich von 180°C bis 200°C ist im Vergleich zu Spritzgießverfahren mit her- kömmlichen Kunststoffen sehr niedrig, in welchen die Einspritzvorrichtungen in der Regel auf Temperaturen um 300 °C erwärmt werden.

Die Extruderschnecke 10 ist in Axialrichtung beweglich, so dass zunächst die fließfähig gemachte Polymilchsäure vor der Spritzdüse 1 1 gestaut wird und die Extruderschnecke 10 zurückbewegt wird.

Ist eine ausreichende Menge an fließfähiger Polymilchsäure in der Einspritzvorrichtung 9 angesammelt, so wird die Extruderschnecke 10 in Richtung zur Spritzdüse 1 1 gedrückt und wirkt als Einspritzkolben, der die fließfähige Polymilchsäure durch die Spritzdüse 1 1 in das Abformwerkzeug 12 drückt.

Im Abformwerkzeug 12 füllt die Polymilchsäure den scheibenförmigen Raum 13 aus, wobei während des Füllvorganges mit Polymilchsäure der mikrostrukturierte Stempel 14 von der Polymilchsäure weg von der Spritzdüse 1 1 gedrückt wird.

Das Abformwerkzeug 12 ist auf eine vorbestimmte Temperatur von 30 °C bis 60 °C, insbesondere von 35 °C bis 55 °C und vorzugsweise von 40 °C bis 55 °C und insbesondere von 45 °C bis 52 °C temperiert. Die Temperatur des Abformwerkzeuges 12 beeinflusst wesentlich die Abformgenauigkeit des Formwerkzeuges auf den Spritzgusskörper, die interne mechanische Spannungsfreiheit des Spritzgusskörpers und das vollständige und gleichmäßige Ausfüllen des Abformwerk- zeuges. Stellt man die Temperatur des Abformwerkzeuges 12 zu kalt ein, so wird das Fließverhalten der zuerst eingespritzten Masse von Polymilchsäure gegenüber der später eingespritzten Masse an Polymilchsäure beeinträchtigt, wodurch sich im Substrat der CD erhebliche mechanische Spannungen aufbauen können. Andererseits können auch bei zu hoher Temperatur des Abformwerkzeuges 12 mechanische Spannungen aufgrund ungleichmäßigen Abkühlen der Masse verursacht werden. Weiterhin können zu hohe Temperaturen am Abformwerkzeug 12, insbesondere wenn sie deutlich oberhalb der Glasübergangstemperatur von 60 °C liegen, die Eigenschaften der Polymilchsäure verändern. Die Einstellung einer ge- eigneten Temperatur am Abformwerkzeug 12 ist somit ein wesentlicher Prozessparameter zum Erhalten eines spannungsfreien Substrates. Die Spannungsfreiheit ist wiederum notwendig für die mechanische Stabilität des Substrates und zur Erzielung der notwendigen Abformgenauigkeit, um optische Oberflächen zu erhalten, die zum Detektieren der Mikrostrukturen geeignet sind.

Ist das Abformwerkzeug 12 mit der vorbestimmten Menge an Polymilchsäuremas- se gefüllt, dann wird der mikrostrukturierte Stempel 14 mit einer vorbestimmten Kraft beaufschlagt und der scheibenförmige Hohlraum 13 des Abformwerkzeuges 12 wird zusammengedrückt. Der hierbei erzeugte Druck liegt etwa bei 650 bar. Durch dieses Nachdrücken, das auch als Prägen bezeichnet wird, wird zum einen sichergestellt, dass der Hohlraum 13 gleichmäßig mit Polymilchsäure-Masse ausgefüllt ist und zum anderen die im mikrostrukturierten Stempel 14 ausgebildete Mikrostrukturierung exakt auf dem Spritzgusskörper, das Substrat 2 der CD abgebildet bzw. eingeprägt.

Die Menge an eingespritztem Polymilchsäure-Masse bestimmt die Substratdicke. Da der Brechungsindex von Polymilchsäure (n = 1 ,459) kleiner als der Brechungsindex von Polycarbonat (n = 1 ,58) ist, wird so viel Masse an Polymilchsäure eingespritzt, dass eine entsprechend höhere Substratdicke als bei vergleichbaren optischen Datenträgern mit einem Substrat aus Polycarbonat erzielt wird.

Die eingespritzte Masse an Polymilchsäure wird im Abformwerkzeug 12 abgekühlt, wobei die Kühlzeit einige 1/10 s beträgt.

Der so erhaltene Substratkörper wird an seiner mikrostrukturierten Oberfläche mittels eines Sputterverfahrens mit einer ca. 100 nm dicken Reflektionsschicht ver- sehen. Diese Reflektionsschicht besteht aus Aluminium. Alternativ kann es auch vorgesehen sein, anstelle von Aluminium Silber zu verwenden. Beim biologischen Abbauprozess des Substrates wird dadurch unschädliches, wasserunlösliches und damit leicht trennbares Silbersulfid entstehen, wodurch die Umweltbelastung weiter vermindert wird.

Die Reflektionsschicht wird mittels eines Schutzlackes abgedeckt. Der Schutzlack wird beispielsweise mittels Spincoating aufgetragen. Der Schutzlack wird beispielsweise mittels UV-Strahlung gehärtet. Hierbei unterliegt der optische Daten- träger wiederum einer erheblichen thermischen Belastung.

Mit dem oben beschriebenen Spritzprägeverfahren konnten CDs hergestellt werden, die in herkömmlichen Audio-CD-Playern und in Computer-CD-Laufwerken problemlos abspielbar sind. Der Anteil der rechtsdrehenden Milchsäurebestandtei- Ie betrug etwa 1 ,3% an der Polymilchsäure. Lediglich etwa 0,20% der Milchsäu- remonomere waren nicht polymehsiert. Der Milchsäure wurden keinerlei Zusätze beigefügt.

Damit die CD zuverlässig in einem entsprechenden Abspielgerät verwendbar ist, muss das Substrat eine hohe optische Transparenz von über 70% besitzen. Üblicherweise beträgt die Transparenz etwa 90% oder mehr, um ein sicheres Auslesen der Mikrostrukturen in allen gängigen industrieüblichen CD-Spielern zu gewährleisten. Diese Transparenz muss gleichmäßig hoch über die gesamte Fläche des optischen Datenträgers sein. Durch den Herstellungsprozess dürfen keine lokalen Verunreinigungen, lokale Eintrübungen oder Schlieren entstehen. Denn diese würden das Auslesen der Mikrostrukturen verhindern.

Um das Material spritzprägen zu können, muss es thermoplastisch verformbar sein, d.h., es muss bei erhöhter Temperatur eine hohe Fließfähigkeit aufweisen, damit es mittels Spritzgießen in ein Abformwerkzeug eingespritzt werden kann. Die Viskosität des Materials muss dabei so groß sein, dass es auch Mikrostrukturen exakt und zuverlässig abbildet.

Zudem verlangen die Anforderungen bei den weiteren Herstellungsprozessen und im Gebrauch der optischen Datenträger eine hohe mechanische und thermische

Beständigkeit. D.h., dass das Material trotz thermoplastischen Fließverhaltens einen Temperaturbereich bis 70 °C und vorzugsweise bis 90 °C keiner thermischen Verformung unterliegen darf und muss auch in diesem Temperaturbereich die mechanische Stabilität aufweisen, um ein stabiles digitales Signal beim Auslesen zu gewährleisten.

Die Erfinder haben überraschend festgestellt, dass Polymilchsäure mit einem Anteil von zumindest 0,8% und vorzugsweise zumindest 1 % rechtsdrehender PoIy- milchsäurebestandteile die wesentlichen Anforderungen erfüllt und zudem noch biologisch abbaubar ist. Um die biologische Abbaubarkeit zu gewährleisten sollte die Menge der Zusatzstoffe möglichst gering gehalten werden.

Die Erfindung ist oben anhand des Beispieles einer Audio Compact Disc (CD) mit einer räumlich strukturierten Grenzfläche zwischen dem Substrat und der Reflek- tionsschicht beschrieben. Die Erfindung ist jedoch nicht auf die Verwendung für eine solche Compact Disc beschränkt. Die Erfindung ist auf jede Art von optischen Datenträgern mit einem transparenten Substrat und einer Reflektionsschicht anwendbar. Insbesondere können optische Datenträger mit einem transparenten Substrat und einer räumlich mikrostrukturierten Grenzfläche zwischen dem Substrat und der Reflektionsschicht erfindungsgemäß ausgebildet werden. Weitere geeignete optische Datenträger sind zum Beispiel Blu-Ray Disc (BD), Digital Ver- satile Disc (DVD), High Density DVD (HD DVD), Holographie Versatile Disc (HVD), Laser Disc (LD), etc.

Weiterhin kann die Erfindung für optische Datenträger mit einer beschreibbaren Reflektionsschicht vorgesehen sind, bei welchen die Strukturierung durch Bereiche unterschiedlicher Reflektivität der Reflektionsschicht dargestellt wird. Beim Beschreiben einer solchen Reflektionsschicht kann es jedoch noch zu Problemen aufgrund lokaler Temperaturüberhöhungen kommen, insbesondere, wenn die lokalen Temperaturen größer als die Schmelztemperatur von etwa 150 °C der Po- lymilchsäure sind.

Die erfindungsgemäß getrocknete und verarbeitete Polymilchsäure kann auch zum Herstellen anderer optischer Elemente, wie z.B. optischer Linsen, verwendet werden. Hierbei wird das oben beschriebene Herstellungsverfahren eingesetzt. Bezugszeichenliste

1 CD

2 Transparentes Substrat

3 Reflektionsschicht

4 Schutzlack

5 Etikett

6 Informations-Bit

7 Spritzgießvorrichtung

8 Polymer-Vorratsbehälter

9 Einspritzvorrichtung

10 Extruderschnecke

1 1 Spritzdüse

12 Abformwerkzeug

13 Scheibenförmiger Hohlraum

14 Mikrostrukturierter Stempel

Claims

Patentansprüche

1. Optischer Datenträger in Form einer Scheibe umfassend

- ein Substrat (2), das aus einem transparenten Material ausgebildet ist, und

- eine Reflektionsschicht (3), die auf einer Oberfläche des Substrates aufgebracht ist, wobei aufgrund einer Struktur an der Grenzfläche des Substrates (2) und der

Reflektionsschicht (3) kodierte digitale Daten von einer optischen Leseeinrichtung gelesen werden können, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (2) aus Polymilchsäure ausgebildet ist, wobei die Polymilchsäu- re mit einem Anteil von zumindest 0,8% und vorzugsweise zumindest 1 % rechtsdrehender Milchsäurebestandteile (D-PLA bzw. PDLA) ausgebildet ist, wobei das Substrat Zusatzstoffe mit einem Anteil von 0 bis maximal 10 Gew.% aufweist.

2. Optischer Datenträger nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Struktur an der Grenzfläche des Substrates (2) und der Reflektionsschicht (3) eine räumliche Struktur ist.

3. Optischer Datenträger nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Struktur an Grenzfläche des Substrates (2) und der Reflektionsschicht (3) eine Struktur innerhalb der Reflektionsschicht (3) in Form unterschiedlich stark reflektierender Bereiche ist.

4. Optischer Datenträger nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Struktur eine Auflösung von nicht mehr als 3 μm und vorzugsweise von nicht mehr als 1 μm aufweist.

5. Optischer Datenträger nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Polymilchsäure einen Anteil von zumindest 1 ,5 % und vorzugsweise zumindest 3% rechtsdrehender Milchsäurebestandteile (D-PDLA) aufweist.

6. Optischer Datenträger nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Reflektionsschicht aus Aluminium oder Silber ausgebildet ist.

7. Optischer Datenträger nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Reflektionsschicht (3) von einem Schutzlack (4) bedeckt ist.

8. Optischer Datenträger nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der optische Datenträger eine Compact Disc (CD), eine Blu-Ray Disc (BD), eine Digital Versatile Disc (DVD), eine High Density DVD (HD DVD), eine Holographie Versatile Disc (HVD) oder eine Laser Disc (LD) ist.

9. Optischer Datenträger nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (2) eine Dicke aufweist, die etwa 5% bis 10% dicker ist als die in den Normen bzw. Spezifikationen vorgeschrieben Dicke für ein Substrat aus Polycarbonat ist.

10. Verfahren zum Herstellen eines optischen Datenträgers nach einem der An- Sprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (2) spritzgegossen wird, wobei beim Spritzgießen das hierbei verwendete Abformwerkzeug (12) auf eine maximale Bearbeitungstemperatur unterhalb einer vorbestimmten Grenze eingestellt wird, die im Bereich von 30 °C bis 60 °C liegt, und auf das Substrat eine Reflektionsschicht (3) aufgebracht wird.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Reflektionsschicht (3) durch Sputtern aufgebracht wird.

12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass in das Substrat (2) eine räumlich mikrostrukturierte Oberfläche geprägt wird.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Polymilchsäure vor dem Spritzgießen bei einer Temperatur von 50 °C bis 65 °C für eine Dauer von zumindest 8 h und vorzugsweise zumindest 10 h getrocknet wird.

14. Optisches Element, wie z.B. eine Linse, das aus einem transparenten Material ausgebildet ist, wobei das optische Element aus Polymilchsäure ausgebildet ist, und die Polymilchsäure mit einem Anteil von zumindest 0,8% und vorzugsweise zumindest 1 % rechtsdrehender Milchsäurebestandteile (D-PLA bzw. PDLA) ausgebildet ist.

15. Optisches Element nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Element durch Spritzgießen hergestellt ist, wobei die PoIy- milchsäure vor dem Spritzgießen bei einer Temperatur von 50 °C bis 65 °C für eine

Dauer von zumindest 8 h und vorzugsweise zumindest 10 h getrocknet wird.