提供显示其退化状态的可见指示的光盘的制作方法

专利名称：提供显示其退化状态的可见指示的光盘的制作方法
技术领域：
本发明涉及光盘，尤其涉及提供光盘的退化状态的可见指示的光盘 和方法。
背景技术：
如今，光盘技术被广泛作为数据存储介质使用。利用光盘作为数据
存储介质的一个主要缺点是光盘的使用寿命是不确定的。
存在三种基本类型的光盘，即CD、 DVD和BD(蓝光)盘，每种类 型又包含ROM、 R和RW格式。这些盘类型中的每一种都利用了不同的 数据层材料(例如分别为模制的铝、银镜、有机染料或相变膜)。假设 在使用过程中对盘的物理处理是正确的，那么导致盘退化、并最终导致 盘的"寿命终止"的主要原因就是这些材料的劣化 。
在使用CD和DVD时，用户在早期不会注意到退化，因为通过内建 在系统中的错误检测和校正能力可以校正一定数量的错误。只有当错误 校正编码不能完全地校正错误时，用户才会注意到出现问题。
一种用于确定盘的寿命终止的方法是根据错误校正发生之前在盘 上的错误的数量来确定盘的寿命终止。盘出现故障的机会随错误的数量 增大而增大，但是对于在盘中肯定地将造成性能问题(轻微或严重的) 的错误数量进行限定，则是不可能的，因为这取决于错误校正之后遗留 的错误的数量，还取决于其在数据中的分布。当盘上的错误数量(在错 误校正之前)增大到一定程度时，盘出现故障的机会(即使很小)会被 认为是不能接受的，并且因此表明了该盘的寿命终止。
ROM盘的寿命由盘的铝层暴露于氧气的程度来确定。氧气(包括污 染物)通过湿气进入，并可以移动穿过聚碳酸酯层或硬漆层(CD标签侧 面和边缘)。氧气或湿气透过标签中的划痕、裂缝或层离的区域更为容 易。氧气也可能是在制造过程中留在盘内的。
如果将盘放在非常潮湿的环境中，那么湿气和氧气最终会到达铝， 致使其损失反射率。这是因为正常擦亮的铝(与银相似)会变为钝化的 氧化物，反射率下降很多。高湿度和升高的温度的结合将会加快氧化速度。
因此，ROM盘的平均寿命取决于其长时间暴露的环境条件。通常， 最好将ROM盘保存在干燥、低温的环境中。
对于不能由CD或DVD驱动器擦除的"一次性写入"盘(R盘)，正常 情况下镜面由银构成。银在暴露于二氧化硫的条件下易受腐蚀，二氧化 硫是空气污染物，其能够以与氧气相同的方式随湿气透过盘。同样地， 当银暴露于氧气或湿气时也会腐蚀。
R盘将基于染料的层(有机染料)用于记录数据。在R盘的数据层中 使用的有机染料随着时间自然地但緩慢地退化。高温和高湿度将加速该 过程。长期暴露于紫外光能够使染料性质退化，最终使数据不能读出。 由日光或很接近加热光源而引起的、在盘中积累的热也将加速染料退 化。
制造商声称CD-R和DVD-R盘在记录之前具有5至10年的储藏寿命， 但是在CD-R、 DVD-R或DVD+R包装上没有指示出过期日，也没有公布 试验报告来证实这些声明。
关于诸如RW和RAM盘的可重写盘，对于长期或归档使用一般不考 虑这些，并且对于这种类型的介质^f艮少进行平均寿命试验。可重写盘将 相变金属合金膜用于记录数据，并且将铝或银用于反射层。合金膜不像 R盘中使用的染料 一 样稳定，因为该材料在正常情况下以较快的速度退 化。在RW盘中，也容易发现反射的银或铝层的退化。
在老化过程中，相变膜主要受热的影响，但是也受紫外光(UV) 的影响。高温和紫外光的组合可以进一步加速老化过程。
在相变金属合金膜层上的数据可以被有限次地(对于RW盘大约是 IOOO次，对于RAM盘大约是100000次)擦除和重写。但是，该重写的确 影响了盘的平均寿命。换句话说，在第一次记录之后归档的RW或RAM 盘应当比经历过几个擦除-记录循环的那些盘具有更长的平均寿命。在只 有正常的退化速率的情况下，RW和RAM盘的平均寿命将短于R盘的平 均寿命。增加多次重写，平均寿命甚至会更短。
盘制造商有时明确说明光盘的预期使用寿命。然而问题是，盘的使 用寿命非常难以预测并且取决于许多外在因素，如盘的操作以及环境条
件。并且，目前没有预测盘的使用寿命的标准方法。
制造商通过利用加速老化方法来对盘进行试验，所述加速老化方法在相对较短的一段时间内具有受控的极限温度和湿度影响。按照同样的 方法，测试暴露于紫外光的光盘。但是，未必总是清楚制造商怎样解释 其测量结果以便确定盘的寿命终止。只有少数(如果有的话)关于这些 盘的平均寿命报告被独立的实验室公布。对于光盘来说，期望值在5至 100年之间变化。这种未知的使用寿命降低了用户对将光盘用作存储介 质的信心。
JP 60-239927公开了一种已知的系统，该系统通过监控反射光的信 号电平来确定盘在重放过程中的退化，因此能够向用户提供警告，即应 当将数据转移到新盘上。但是，这种系统具有如下缺点，即报警系统依 赖于实际从该盘读取数据的装置，这会在该盘突然停止工作的情况下导 致数据丢失。
JP 03-119533公开了另一种已知的系统，其中在盘的周边附近放置 指示器，并且其中染料随时间而褪色。但是，这种系统具有如下缺点， 即不能提供关于盘上特定区域的退化状态的指示。

发明内容
本发明的目的在于提供一种用于向用户提供光盘的退化状态的指 示的光盘和方法，其不具有上面提及的缺点。
根据本发明的第一方面，提供了一种光盘，其包括用于存储数据的 数据层。该光盘还包括指示装置，该指示装置配置为与光盘的退化状态 相关地改变可见外观。该指示装置设置为至少部分地覆盖该数据层，并 且配置为使其不妨碍光盘的正常操作。
根据本发明的另一方面，提供了一种用于存储数据的光盘。该光盘 包括指示装置，该指示装置配置为与该光盘的退化状态相关地改变可见 外观。该指示装置包括一种化合物，该化合物对被识别为造成该光盘的 退化的相同环境参数起反应。
本发明具有如下优点，即根据该盘在环境参数前的实际暴露来提供 与该盘的退化状态有关的可见指示。该指示装置的布置除了能够确定光 盘的更 一 般的状态之外，也能够确定该盘特定区域的退化状态。
根据本发明的另一个方面，提供了一种指示出光盘的退化状态的方 法，该光盘包括用于存储数据的数据层。该方法包括提供指示装置的步 骤，该指示装置配置为与该光盘的退化状态相关地改变可见外观。该方法还包括设置该指示装置使其至少部分地覆盖该数据层的步骤。该指示 装置还配置为使其不妨碍该光盘的正常操作。


为了更好地理解本发明并且更清楚地示出可以怎样实现本发明，现
在仅以举例的方式参考下面的附图来进行说明，在附图中 图l示出了常规的光盘； 图2示出 了根据本发明第一实施例的光盘； 图3示出了光盘根据本发明怎样改变可见外观； 图4示出了根据本发明的光盘的第二实施例； 图5示出了根据本发明的光盘的第三实施例； 图6示出了根据本发明的光盘的第四实施例； 图7示出了供本发明中使用的指示器的例子； 图8示出了怎样利用本发明来确定光盘中的瑕疯。
具体实施例方式
图1示出了在常规光盘1中的多个层的截面，所述常规光盘例如 DVD。该光盘包括标签层3;聚碳酸酯层5;铝/银层7;染料和数据 层9;粘结层ll;第二聚碳酸酯层13。这些层中每一层的功能和目的对 于本领域技术人员是显而易见的，因此本申请中没有进一步详细地加以描述。
根据本发明，光盘配有指示装置，其用于向用户指示出该光盘的退
化状态。
例如，该指示装置可以是指示层，其配置为当该指示层合并到光盘 中时改变颜色，由此提供该盘正在退化或老化以及建议将数据转移到另 一个存储介质上的指示。
图2示出了根据本发明一个实施例的光盘。如同图l一样，光盘1 (例如DVD)包括标签层3;聚碳酸酯层5;铝/银层7;染料和数据 层9;粘结层ll;第二聚碳酸酯层13。但是，依照本发明，光盘1还包 括指示层15形式的指示装置。指示层15向用户提供关于该光盘的退化 状态的指示。
将指示层15设置为使至少一部分指示层15与数据层9所在的区域重合。换句话说，将指示层15设置为与数据层9在同一个区域中，或 者与该数据层9重叠。优选的是，该指示层15与数据层9所在的整个 区域重合。应当理解，将指示层15配置为使该指示层15的着色不会妨 石寻为t于凄丈4居层9的正常的凄史4居读取和/或写入。
这具有如下优点，即指示层15的可见外观除了更概括地提供有关 该盘的总体状态的 一般指示之外，还提供了该盘在其特定区域中的退化 状态的精确指示。
将指示层15配置为使其在酝酿时间(incubation time )之后变色， 该酝酿时间取决于许多环境参数中之一，所述环境参数诸如氧气扩散、 湿度或温度，或其任意组合。由于盘的退化也在^f艮大程度上取决于氧气 扩散、湿度和温度，因此本发明使该盘的着色与该盘的退化有关成为可 能。
换句话说，在光盘中提供的指示装置具有响应于造成该光盘退化的 相同因素而改变物理外观的性质。
尽管在图2 (和其他附图)中描述的本发明的描述涉及响应于环境 条件而改变指示装置15的颜色，但是应当理解，也可以使得某一其他 形式的视觉特性发生改变。例如，可以将指示装置15配置为当指示器 随时间变化时提供另一种视觉效果，如"起泡外观"或"有裂缝的外观"， 由此向用户提供应当将数据转移到新盘上的指示。
此外，应当注意，术语"变色，，首先包括从"透明"状态变为特定颜色、 从一种颜色变为另 一种颜色或者从一种颜色的明暗程度变为同 一种颜 色的另一种明暗程度。
图3示出了盘的颜色怎样随时间而改变，由此提供光盘退化状态的 指示。在时刻T=o，指示层15是透明的，由此指示出该盘处于良好的状 态。在时刻T-Tp颜色已经稍有变化，由此指示出该盘正变得稍有退 化。在时刻丁=丁2，颜色已经明显改变，由此指示出数据应当尽可能快地 转移到新盘上。以这种方式，将指示层15配置为使其提供光盘相对于 其预期寿命终止而正在退化的程度的指示。
也可以将该指示层"调整"为对紫外光敏感，这是盘退化的另 一个公 知的来源。例如，通过增加或减少在指示层中的着色剂能够调整指示层 15的酝酿时间。例如， 一旦该盘变蓝，用户就知道是对盘上的数据估夂备 份的时候了。即使该盘改变了颜色，在该盘上的数据也仍然是可访问的。指示层的优点在于，与来自制造商的指示相比，用户精确地知道该盘什 么时候在退化，所述来自制造商的指示不包括例如湿度和温度的地区差 异，或者暴露于紫外光的量。
应当理解，可以将指示层15放在光盘的叠层中的任意位置。例如，
图4示出了将指示层15和标签层3夹在中间的聚碳酸酯层5。图5示出 了聚碳酸酯层5，之后是指示层15,之后是标签层3。
图6示出了 DVD-ROM,其中提供指示层15作为混合到粘结剂11 中的活性染料，这使该过程非常简单。对于BD来说，这也是可能的， 但是光学要求更加严格。当然，该活性染料在酝酿时间之前是透明的。 也可以将该活性染料混合到聚碳酸酯基底5、 13中(对于DVD),或者 在聚碳酸酯基底内部或者覆盖片内部(对于BD)。
具有指示层15的概念可以应用于所有光盘格式，包括但不限于CD、 DVD、 HDDVD和BD (-ROM、 -R和-RW)。如/人上面可以看到的，关 于将该指示层放在叠层中的哪个位置有众多选项。但是，可以将这些选 项分成两个主要的类别1 )将该指示器放在反射镜之后，以及2)将该 指示器放在该反射镜前面。当将该指示层放在该反射镜前面时，可以将 该指示层结合到粘结剂中，这使得该过程的成本非常经济。
本领域技术人员将理解，可以将各种活性染料和光致褪色剂用作指 示装置。
例如，指示层15中的指示装置可以包括含有无色亚甲基蓝的染料， 这是在基于氧化还原的滴定中的公知指示剂。因此，着色机理根据将无 色亚曱基蓝(透明)氧化成亚甲基蓝(蓝色)。换句话说，将这种染料 用作指示层15将导致该活性染料当被氧化时从透明的变为蓝色。
图7示出了无色亚曱基蓝(透明的)到亚甲基蓝(蓝色)的可逆的 氧化还原过程。
优选的是，可以将指示层15配置为可以对其进行调整。例如，活性 染料也可以包含2-乙基己酸锡(n) (Sn(II)2-ethyl hexonoate),这使得调 整着色机理成为可能。按照这种方式，可以通过另一种氧化反应来控制 颜色变换，所述另 一种氧化反应涉及将2-乙基己酸锡(11)转换成2-乙基己 酸锡(IV)。与亚甲基蓝氧化还原对相反，后者的转换不是一个平衡反应。 2-乙基己酸锡(II)的氧化电势比无色亚曱基蓝的氧化电势低得多。因此， 在有氧化剂(来自环境的氧气、H20等)的情况下，所有的Sn(II)盐都将首先被氧化并形成Sn(IV)。
当所有的Sn(II)被耗尽时，无色亚曱基蓝的氧化和着色将会开始。 2-乙基己酸锡(II)在染料层中的浓度将确定该盘开始变蓝之前的酝酿时 间。该时间可以由活性染料中2-乙基己酸锡(II)的含量来控制。因此，在 染料层中添加或减去2-乙基己酸锡(II)的含量将会分别增加或减少该盘 开始变蓝之前的酝酿时间。
控制在该盘开始变蓝之前的酝酿时间的另 一 种方法是例如用氧气 扩散隔离物覆盖该染料，所述氧气扩散隔离物诸如氮化硅(Si3N4)或聚 合物。有许多可能的材料能够用作扩散隔离物。氧气通过该扩散隔离物 的扩散由下面的等式来控制
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因此，添加氧气扩散隔离物增加了用于使盘着色的酝酿时间。如能 够从等式(1)看出的，以这种方式能够显著延长该酝酿时间。
控制在该盘开始变蓝之前的酝酿的另一种方法是调整该光盘中的 聚碳酸酯基底或覆盖片的透氧性。聚碳酸酯基底的透氧性确定了通过它 的氧气扩散。
在使盘着色开始之前的酝酿时间与无色亚甲基蓝(透明的)氧化成 亚曱基蓝(蓝色)有关。因此，本发明具有如下优点，即通过着色机理 能够检测到聚碳酸酯基底的划痕。这是因为氧气和湿气能够更容易地透 过导致盘故障的划痕、裂缝和层离区域。划痕、裂缝和层离导致盘的更 快速的选择性着色。
参考图8，在盘是新盘的时刻T=T0，该盘完全是透明的，因为其没 有老化或退化，并且没有划痕。但是，在时刻T-T!,可以看到该盘的某 些部分已经开始退化，并且由于划痕或裂缝导致一些部分比其他部分退 化得更严重。在时刻丁=丁2,可以看到该盘大体上如何退化，而且由于对 盘的损坏，某些部分(例如81、 83、 85)已经比其他部分(如部分89) 退化得更严重。还可以看到划痕81比划痕87的时间更久。
根据上面所述应当理解，本发明提供了 一种向用户提供有关盘的退 化状态的指示的便利方法，所述退化状态包括该盘的某些部分已经经历 的任何损坏。上面确定的所提议的指示装置，即无色亚甲基蓝，是一种有用的候 选物，因为其跟踪由氧气或水进行的氧化。氧化对于盘的性能来说是有 严重的风险的，因为其将使镜面层劣化，已经发现这是在气候试验中的 主要的使用寿命问题之一。但是，这不是造成退化的唯一原因。该指示 器也应当能够监控温度和紫外曝光引起的盘性能的降低。在曝光时变色 的紫外敏感有机化合物对于本领域技术人员是已知的。温度指示器也是 公知的，但是对于本申请来说，优选测量某一累加值(热暴露在时间上 的积分)的监控器。在比如50。C开始分解成带颜色的碎片的有机分子可 以用于这一目的。
在上述实施例中，应当注意，"盘的退化状态"是用来传送盘的相对 于其预期寿命终止的退化状态。换句话说，在该光盘中提供的指示装置 具有响应于造成该光盘退化的相同因素并以与该光盘的预期使用寿命 相同的速度来改变物理外观的性质。
应当理解，该指示装置或指示层能够以众多其他构形而放在该光盘 中，同时仍然包含在随附的权利要求的范围内。
应当注意，上述实施例图解说明了而非限制了本发明，本领域技术 人员在不背离随附的权利要求的范围的情况下能够设计出许多可替换 的实施例。词"包括"不排除还存在与权利要求中所列元件或步骤不同的 元件或步骤。
权利要求
1.一种用于存储数据的光盘，该光盘包括用于存储数据的数据层；指示装置，其配置为与光盘退化状态相关地改变可见外观；其中该指示装置设置为至少部分地覆盖该数据层，并且配置为使其不妨碍光盘的正常操作。
2. 如权利要求1中所述的光盘，其中该指示装置包括化合物，该化 合物对造成该光盘退化的相同环境参数起反应。
3. 如权利要求1或2中所述的光盘，其中该指示装置配置为根据光 盘的退化而变色。
4. 如前面任一项权利要求中所述的光盘，其中该指示装置包括含有 无色亚甲基蓝的染料。
5. 如前面任一项权利要求中所述的光盘，进一步包括用于在该指示 装置开始改变可见外观之前延迟时间的装置。
6. 如权利要求5中所述的光盘，其中用于在该指示装置开始改变可 见外观之前延迟时间的装置包括培养剂。
7. 如权利要求6中所述的光盘，其中该培养剂包括2-乙基己酸锡(11)。
8. 如权利要求5中所述的光盘，其中用于在该指示装置开始改变可 见外观之前延迟时间的装置包括扩散隔离物，其用于延迟环境参数到达 该指示装置。
9. 如权利要求8中所述的光盘，其中该扩散隔离物包括氮化硅 (Si3N4)或聚合物隔离物。
10. 如权利要求5中所述的光盘，其中用于在该指示装置开始改变 可见外观之前延迟时间的装置包括用于调整光盘的聚碳酸酯基底或覆 盖片的透氧性的装置，用以延迟环境参数到达该指示装置。
11. 如前面任一项权利要求中所述的光盘，其中该指示装置被设置 为光盘中的指示层。
12. 如权利要求10中所述的光盘，其中该指示层位于该数据层的反 射侧。
13. 如权利要求10中所述的光盘，其中该指示层位于该数据层的非反射侧。
14. 如前面任一项权利要求中所述的光盘，其中该指示装置被设置 在光盘的聚碳酸酯基底层中、粘结层中或覆盖片中。
15. 如前面任一项权利要求中所述的光盘，其中将该指示装置配置 为根据其暴露于任一项环境参数而改变可见外观，所述环境参数包括氧 扩散、湿度、温度和紫外光或其任意组合。
16. —种用于存储数据的光盘，该光盘包括指示装置，其配置为与该光盘的退化状态相关地改变可见外观； 其中该指示装置包括一种化合物，该化合物对造成该光盘退化的相 同环境参数起反应。
17. —种指示出光盘的退化状态的方法，该光盘包括用于存储数据 的数据层，该方法包括以下步骤提供指示装置，该指示装置配置为与该光盘的退化状态相关地改变 可见外观；以及设置该指示装置，使其至少部分地覆盖该数据层，并且将该指示装 置配置为使其不妨碍该光盘的正常操作。
全文摘要
一种光盘包括指示装置，其用于向用户指示出该光盘的退化状态。例如，该指示装置可以是指示层，其配置为当其合并到光盘中时改变颜色，从而提供该盘正在退化或老化的指示以及建议将数据转移到另一个存储介质的指示。根据一个实施例，光盘1例如DVD包括标签层3；聚碳酸酯层5；铝/银层7；染料和数据层9；粘结层11；第二聚碳酸酯层13。此外，光盘1包括指示层15形式的指示装置。指示层15向用户提供关于该光盘的退化状态的指示。该指示层15设置为使至少一部分指示层15与数据层9所在的区域重合，并且配置为使该指示层15不会妨碍对于数据层9的正常数据读取和/或写入。
文档编号G11B7/24GK101317220SQ200680044481
公开日2008年12月3日 申请日期2006年11月22日 优先权日2005年11月28日
发明者A·E·T·凯帕, D·帕斯奎里洛 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司