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制造光存储媒体的方法

基本信息

  • 申请号 CN00810232.5 
  • 公开号 CN1451161A 
  • 申请日 2000/12/07 
  • 公开日 2003/10/22 
  • 申请人 托派克多媒体印刷有限公司  
  • 优先权日期  
  • 发明人 拉尔夫罗斯维斯科  
  • 主分类号  
  • 申请人地址 德国居特斯洛 
  • 分类号  
  • 专利代理机构 北京市中咨律师事务所 
  • 当前专利状态 发明专利申请公布 
  • 代理人 于静 
  • 有效性 授权 
  • 法律状态 审查中-公开
  •  

摘要

本发明提供了一种用于至少半连续生产光存储媒体,即CD类型存储媒体的方法,包括步骤:使用液态的可紫外线固化的材料连续涂敷塑料薄膜带(2);接着通过加热,干燥带的涂层直到其不再能流动但是仍然可以压印的状态。
本发明还提供一种带形基片,它在生产出之后立刻或者经过中间存储后通过压印工艺而设置相应于带存储信息的表面凹凸花纹(21a)。
在两个辊之间进行压印,其中对着带的涂敷侧的辊上带有表面凹凸花纹。
接着在一个紫外线光源(11)下进行涂层的固化。
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权利要求书


1.一种制造用于生产以凹坑和脊的形式顺序地存储信息 的光存储媒体的基片的方法,其特征在于: 使用液态的可紫外线固化的材料,按照一个预定的层厚连续 涂敷一个塑料薄膜带; 接着通过加热,必要时在一个有节奏的过程中干燥带的涂 层,直到涂层达到一个不再能够流动但是仍然可以压印的状态; 并且 将涂敷的带卷绕起来以便进一步使用。

2.一种用于生产以凹坑和脊的形式顺序地存储信息的光 存储媒体的方法,其特征在于: 使用液态的可紫外线固化的材料,按照一个预定的层厚连续 涂敷塑料薄膜带; 接着通过加热,必要时在一个有节奏的过程中干燥带的涂 层,直到涂层达到一个不再能够流动,但是仍然可以压印的状态; 涂敷后的带在两个辊之间通过,两个辊中面对涂层侧的辊带 有表面凹凸花纹并且将其压制到涂层中,该表面凹凸花纹是将要 制造的存储媒体的表面凹凸花纹的至少一个空白的阴模图案; 接着为了固化涂层,使带在一个紫外线辐射源下面通过; 从带上冲压下空白部分; 在相同时刻或一个单独步骤中冲压空白部分形成一个中心 孔。

3.根据权利要求1或2的方法,其特征在于:涂敷材料 是溶剂基光致聚合物。

4.根据权利要求1或2的方法,其特征在于:涂敷材料 是溶剂基可辐射交联溶胶-凝胶。
  
5.根据权利要求1至4任意一项的方法,其特征在于: 液态涂敷材料的粘度在10和100mPa/s之间。

6.根据权利要求1至5任意一项的方法,其特征在于: 在干燥后,涂敷材料的粘度在20和100Pa/s之间。

7.根据权利要求1至6任意一项的方法,其特征在于: 液态涂敷材料的层厚在2到100μm之间。

8.根据权利要求1至7任意一项的方法,其特征在于: 在干燥后,涂敷材料的层厚可以在1到50μm之间。

9.根据权利要求1至8任意一项的方法,其特征在于: 要涂敷的带的传送速度是在20到50m/min之间,最好是约 25m/min。

10.根据权利要求1至9任意一项的方法,其特征在于:将 涂敷的带的干燥温度选择为在室温和约150℃之间,最好在50 和90℃之间。

11.根据权利要求2至10任意一项的方法,其特征在于: 压印速度被调整到10至50m/min之间,最好是约25m/min。

12.根据权利要求4的方法,其特征在于:为了进行辐射 交联,对溶剂涂敷材料,特别是溶胶-凝胶进行50到400mJ/cm2的照射,直到固化到足以对压印花纹进行持久的固定。

13.根据权利要求12的方法,其特征在于:使用波长在约 200到500nm之间的波进行交联辐射。

14.根据权利要求1至13任意一项的方法,其特征在于: 在干燥后测量涂敷的层厚并且将其输入到一个控制电路之中以 使该层厚保持恒定。

15.根据权利要求1至14任意一项的方法,其特征在于: 在UV固化后,测量表面凹凸花纹的深度并且将其输入到一个用 于控制压印辊的压力的控制电路中。

16.根据权利要求1至15任意一项的方法,其特征在于: 至少在一侧对空白进行金属化。

17.根据权利要求1至15任意一项的方法,其特征在于: 空白的带有凹凸结构的一侧设有保护漆。

18.根据权利要求1至17任意一项的方法,其特征在于: 每个空白设置一个外环和一个内环。

19.根据权利要求1至18任意一项的方法,其特征在于: 塑料薄膜带所使用的塑料材料选自聚酯或聚碳酸酯。
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说明书

发明的领域 本发明一方面涉及生产用于制造光存储媒体的基片的方法,在该光 存储媒体中,以凹坑和脊的形式顺序存储信息,本发明另一方面涉及制 造这种光存储媒体的方法。
背景技术 在此所涉及的已知光存储媒体类型包括CD声盘和CD-ROM,它们的 机械和电学参数大部分是标准化的,并且被收录在DIN EN60908以及 IEC 908+A1和黄皮书。
通过聚碳酸酯注射成形,使用压印模具成形出 存储媒体,并且使其带有成形的凹坑和脊形式的表面结构的一侧金属化, 并且在该同一侧面上设置保护漆和通常印制内容标志等。
从相对的、透 明的一侧,即通过聚碳酸酯读出信息。
人们已经尝试使用连续过程来代替以上简单描述的非连续的制造或 复制过程,参见WO97/12279。
基本的想法是将带有待产生的表面结构阴 模图形的模具夹在一辊的周向上,并且使从一卷筒中拉出的塑料薄膜带 在该辊和计数辊之间通过,以便通过压印传递表面结构。
然而,据我们 所知,至今为止该方法还没有发展成熟到可以用于生产。
已知一些用于制造某种微光表面结构,具体地说是用于制造压印全 息图的连续的方法,但是至今还无人尝试将这样的方法用于制造上述类 型的光存储媒体。
例如,从DE 41 32 476 A1中可以得知一种同时复制和把全息图以 及其他衍射光栅直接施加到印刷材料上的方法,其中对后者至少涂敷一 种可辐射固定漆层,并且通过这种漆涂层,使用夹在空心辊上的模具压 印出表面结构。
在压印成形过程中,应该借助于紫外线通过紫外线穿透 辊和同样的紫外线穿透模具来固化漆层。
然而,由于紫外线穿透空心辊 和紫外线穿透模具的成本高,这种方法无法实际应用。
从DE 197 46 268 A1中可以得知另外一种用于制造微光表面结构,  如全息图的方法。
如上述方法,给塑料薄膜涂敷可辐射固化的漆层。
在 涂敷和后续的成形过程中,通过控制供热将这种漆层的粘性调整到一预 定值并且保持恒定。
在成形过程中,通过用紫外线照射固化漆层。
于是, 仅能对特定的漆使用该方法。
此外,调整漆的某种粘性并使其保持恒定 需要一种非常有效和快速的控制。
从US4,758,296和US4,906,315中可以得知另外其他的用于 连续产生表面凹凸全息图的方法,该方法是以成形一个无端带形式的全 息图母版为基础的,这是通过涂敷一个可辐射固化的合成树脂层、固化 仍与全息图母版接触的合成树脂层并且接着通过一个经过的聚酯制的转 移带去掉该合成树脂层来实现的。
专家们至今认为这些已知的方法对于制造光存储媒体来说太昂贵并且/ 或者不精确,因为,必须对光存储媒体的凹坑,更精确地说,是对凹坑/ 脊的转换进行非常准确的复制,由于每个凹坑/脊的转换构成了一个二进 制信息元素,而相反在一个全息图中大家都知道,简单地说,就是一个 不准确的复制不会导致信息丢失,而只会导致对比度的损失。
发明的内容 本发明的目的是提供一种至少进行光存储媒体的半连续生产的方 法。
为了实现该目的,本发明的第一方案是一种方法,其特征在于:使 用液态的可紫外线固化的材料,按照一个预定的层厚连续涂敷塑料薄膜 带,接着通过加热必要时在有节奏的过程中干燥带的涂层,直到涂层不 再能流动,但是仍然可以压印的状态,并且将涂敷的带卷绕起来以便进 一步使用。
在此提出的方法不同于开头所述的已知的用于制造压印全息图、衍 射栅、微透镜等的方法之处在于:不固化带的涂层,而是仅仅使其干燥, 具体地说达到这样一个程度:一方面在各个层或者带彼此不粘附的情况 下卷绕起涂敷后的带,然而在另一方面涂层仍然是可压印的。
“可压印” 的含义是可按所需的高精度用一个相应的压印模具产生凹坑和脊的形式 的表面图案。
例如可以根据已知的技术在以后完成压印操作,即使得涂 敷后的带,即基片展开并且在两个辊之间通过,两个辊中面对涂层侧的 辊承载模具。
接着,固化涂层,将压印的表面从基片上冲压下来并对其 进行进一步加工以获得可以使用的存储媒体。
由于涂敷和干燥与压印操 作和所有后续的步骤相比需要更多的时间,根据该实施例的方法具有如 下优点:可压印基片的生产与实际存储媒体的生产可以在时间和地点上 彼此分开进行,由此就需要来看是可优化地进行。
例如,两台或多台设 备批量生产基片,然后在一个后续的设备中进一步加工这些基片以获得 存储媒体。
如果该优点不重要,也可以根据连续方法而不是上述的半连续方法 制造存储媒体,根据本发明的连续方法的特征在于:使用液态的可紫外 线固化的材料,按照一个预定的层厚度连续涂敷塑料薄膜带,接着通过 加热必要时在一个有节奏的过程中干燥带的涂层,直到到达(涂层)不 能流动,但是仍然可以压印的状态,涂敷后的带在两个辊之间通过,两 个辊中面对涂层侧的辊带有表面凹凸花纹并且将其压制到涂层中,该表 面凹凸花纹是将要制造的存储媒体的表面凹凸花纹的至少一个空白的阴 模图案,该方法的特征还在于为了固化涂层,接着使带在一个紫外线辐 射源下边通过,该方法的特征还在于空白部分是冲压带而产生的,该方 法的特征还在于在相同时刻或一个单独步骤中冲压空白部分形成一个中 心孔。
该方法提供作为最终产品的存储媒体,它能以这种形式重放。
作为涂敷材料,可以使用溶剂基可辐射交联聚合物(权利要求3)。
在现有技术中,合适聚合物是已知的,如所谓的光致聚合物。
替代地和优选地,可以使用溶剂基可辐射交联溶胶-凝胶作为涂敷材 料(权利要求4)。
例如从A Matsuda等人的文章“Optical Disc Substrate Fabricated by the Sol-Gel-Method”(在关键工程材料中公布的, Vol.150(1958),PP.111 to 120)中可以得知基于SiO2的合适的溶胶- 凝胶族,但是只用于生产相应涂敷的玻璃盘形式的预先格式化的可记录 光存储媒体。
代替SiO2,也可以使用其他惰性固体,其颗粒大小在微毫 米范围中。
TiO2被证明是特别有用的。
在液体状态的涂敷材料的粘度最好在10和100mPa/s之间,并且在 大部分固化的状态,即在干燥后,粘度在20和100Pa/s之间(权利要 求5和6)。
涂敷材料的层厚不是关键的。
对于液体材料,层厚可以在2到100 μm之间,而对于大部分固化的材料,即干燥后的材料,层厚可以在1 到50μm之间(权利要求7和权利要求8)。
对于将要涂敷的带的传送速度也是这样。
它与以下因素有关:所选 涂敷方法,并且在考虑层厚度时主要是干燥步骤的持续时间,为了在整 个层厚上获得均匀的干燥而施加的最大加热量以及可用于干燥的路径长 度。
具体地说,传送速度可以考虑是在20到50m/min之间(权利要求9)。
关于优化干燥温度有类似的考虑,其下限大约是室温,在该温度下 必须接受一个长的干燥时间,并且其上限由涂敷材料的化学稳定性以及 溶剂的蒸发特性来决定。
最好,干燥温度在50和90℃之间(权利要求 10)。
在连续方法的情况下,压印速度必须等于要在涂敷和干燥区域中涂 敷的带的传送速度。
然而,如果对根据权利要求1的方法产生的基片进 行压印,则最大压印速度仅受所使用的设备参数限制。
例如,压印速度 可以在10到50m/min之间(权利要求11)。
为了进行辐射交联,对涂敷材料,最好是溶剂基溶胶-凝胶进行例如 每秒40到1000mJ/cm2的照射(权利要求12)。
希望是一个非常快速的交 联和由此得到压印的表面结构的最终固定。
最大可用辐射功率和照射持 续时间自然依赖于所使用的辐射交联聚合物的种类。
对于所使用的辐射波长范围也是这样。
对于通常使用的辐射交联聚 合物来说,这些波长可以在大约200到500nm之间这样一个范围中(权 利要求13)。
为了方便,在干燥之后测量涂敷的层厚并且将其输入到一个控制电 路之中以使该层厚保持恒定(权利要求14)。
同样可以在辐射固化后测量表面凹凸花纹的深度并且将其输入到一 个用于控制压印辊的压力的控制电路中(权利要求15)。
合适的干涉测 量方法例如用于控制一个所述的玻璃母版的光刻胶的显影过程是已知 的。
在量定凹坑的几何尺寸特别是其深度时,重要的是了解产生的表面 结构是否形成了一个相对于空气或者透明保护层的界面,然后应考虑其 折射指标。
至少能在一侧对根据本发明的方法生产的空白进行金属化以增加反 射(权利要求16),例如通过已知的铝溅射方法。
然而当涂敷材料具有 足够高的折射指数,即例如基本上由折射指数大约为2到2.4的TiO2组 成并且不施加保护层时,可以省去掉金属化步骤,因为在TiO2/空气界 面上获得的反射已经导致非常一个足够大的CA信号。
这对于在正常情况 下只读一次一例如装载某种软件到固定盘上-的存储媒体来说是完全足 够的。
在另一方面,当希望制造多次读出取的存储媒体时,建议在空白的 带有凹凸结构的一侧设置保护漆(权利要求17),也可以在其上层压一 层保护膜。
根据本发明的方法制造的光存储媒体与目前使用的例如CD和 CD-ROM类型存储媒体相比具有相当小的厚度。
然而,要将常用的读取设 备的自动聚焦伺服装置进行调整以适应于所述存储媒体的标准厚度 1.2mm。
于是有必要对每个空白提供一个外环和一个内环(权利要求18), 以便把信息承载层放到通常使用的读取设备的自动聚焦面中。
塑料薄膜带所使用的塑料具体包括来自聚酯或聚碳酸酯族的那些塑 料(权利要求19)。
以下将参照附图解释本发明,所述附图高度示意地表示了本发明的 实施例和详细情况,其中: 图1:示意性表示了连续生产带有一系列空白的带的设备,每一个 空白对应一个光存储媒体; 图2:表示了存储媒体的第一实施例的在凹坑附近的截面,具有简 化表示的读光束光路; 图2a:以放大的尺寸表示了图2中“X”的细节; 图3第二实施例的如图2所示的截面; 图4:表示了根据现有技术读取CD或CD-ROM驱动器中的存储媒体 的适配器。
图1表示的设备包括一个开卷辊1,塑料薄膜2,例如宽1m、厚50 μm聚酯薄膜从该辊中拉出。
在绕一个转向辊3转向时,带2在一个涂 敷辊6和对压辊7之间通过。
涂敷辊6对带涂敷上厚度约为1μm的溶胶- 凝胶层。
溶胶-凝胶装在一个存放容器4中,一个带槽辊5浸在该容器中, 用于将粘附的溶胶-凝胶传送到涂敷辊6。
根据这个原理进行涂层在印刷 工业中基本上是已知的,于是不再进行详细的描述。
也可以使用其他已 知的涂敷方法。
涂敷后的带接着通过一个干燥站8,在该干燥站中通过加热,例如 通过红外照射至少去掉大部分溶剂。
在干燥站8的出口,通过示出的干 涉薄膜厚度计12测量干燥的但仍然是可压印的涂层的层厚,将干涉薄膜 厚度计12的输出信号送到控制器13中,控制器13本身以一种已知的方 式在一合适的点介入涂敷站,以将层厚度保持在希望的值。
接着,将涂 敷后的可压印带卷绕起来以便进一步使用(没有表示出)。
替代地,也可 按(附图)所示,立即将涂敷的带送到压印站。
所述压印站包括一个压 印辊9,其外周由一模具形成,该模具上有要在带的涂层中产生的表面 花纹的阴模(图案)。
与压印辊9相对放置一个加压辊10。
压印站后边 是一个固化站11,具体地说,它由一个或多个UV光源组成。
固化站使 涂层中包含的光聚合物发生辐射交联。
在固化站11之后,通过干涉凹坑 深度测量仪14测量凹坑的深度,将其输出信号送到控制器15,该控制 器15根据实际值与期望值的比较结果向着维持期望值的方向改变压印 辊9的压力。
在偏转辊16之后,将带有表面花纹(凹凸结构)的带卷绕 在卷绕辊17中以便进一步使用和或者进行进一步加工。
此处没有示出的 进一步加工包括带2上的空白处的冲压,中心孔的同时或以后的冲压, 金属化操作(如果必要的话),涂敷保护漆或层压保护膜以及安装匹配器, 匹配器例如可以包括一个内环和一个外环,并且可以将所制造的存储媒 体(该存储媒体与通常的CD或CD-ROM相比相当薄)抬起放到使用的盘 驱动器或读取设备的读取或自动聚焦平面中。
图2以放大的形式表示了对应于从图1的涂敷带2冲压的空白一个 存储媒体的第一实施例的截面图。
存储媒体包括一个聚酯膜20,通过图 1所示的设备可以为聚酯膜提供一溶胶-凝胶层21(也可以提供一层光聚 合物),其背向聚酯膜20的一侧有压印的凹坑,例如21a。
层21可以具 有折射系数n,例如为1.5。
通过已知的方法为信息承载侧提供金属化层 22(参见图2a)并且最后设置保护漆23。
按在传统CD或CD-ROM中那样, 读取光束24读出压印的凹坑和脊序列。
图3示出了存储媒体的第二实施例的截面。
在聚酯膜20上提供一个 TiO2基溶胶-凝胶层26。
该层的折射系数可以在范围2-2.5之间。
因此, 层26的反射能力是如此的大,以至于在该实施例中可以省略图2中的附 加金属化层21。
特别是,为了将存储媒体的内容拷贝到一个计算机的固 定盘上,而对该存储媒体仅读一次时,出现在图2所示的实施例中的保 护漆层23也是不必要的。
替代地,可以仅通过一个粘附膜(没有示出) 覆盖要借助读取光束24读取的表面,在将存储媒体插入到读取设备或驱 动器中之前,只需简单地剥去粘附膜。
由于与传统的CD或CD-ROM相比,根据本发明的存储媒体相当地薄, 所以建议使用一个用于读取的适配器,一旦已经将存储媒体插入到盘驱 动器中,该适配器将要读取的存储媒体的表面移动到与将读取的CD或 CD-ROM的表面所要被放置的平面大约相同平面上。
图4示意性地简化地示出了合适的适配器的截面。
它通常包括一个 塑料的圆盘形承载盘30,承载盘的中心孔31的直径与在从将来的读出 侧上伸出的内环32上的CD的中心孔的直径相同。
该内环用作为如图2 和图3所示的结构的膜形存储媒体33确定中心。
在其外周,通过一个外 环34来固定存储媒体。
这样来确定外环的厚度和内环的厚度,以便在将 适配器插入到盘驱动器的托盘中时,使膜形存储媒体33更准确地说是其 要读出的表面放在也将放置CD或CD-ROM的,由聚碳酸酯层覆盖的信息 承载表面一个水平面上的。
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