光学记录带的制作方法

专利名称：光学记录带的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种制造软带形式的只读光学记录媒质的方法。
本发明还涉及一种具有层状结构的软带形式只读光学记录媒质。
本发明进一步涉及一个盒带，包含一个容纳与两个卷轴连在一起的这种光学记录带的外壳，记录带被部分卷绕在其中一个卷轴上，并连到另一个卷轴上。
在光学记录媒质中，所记录的二进制数据可通过沿该媒质的反射性记录表面扫描聚焦光束带读取。在该记录表面中的每个数据位是由具有特定反射特性的局部区域来代表的，这些特性对代表1的数据位和代表0的数据位而言是互不相同的。例如，在CD盘中，数据位是由在光滑的记录表面上的一系列凹坑来代表的。这些凹坑的深度选择为值λ/4n，其中扫描光束被假设为极化的并具有单色波长λ(在空气中)，记录表面被假设被折射率为n的保护薄膜所覆盖。结果，从凹坑底部反射回来的光与从记录表面的非凹坑部位反射回来的光相比，将表现出λ/2n的光程差(相差为π)。在干涉效应的基础上可将这个相移检测出来。通过这种方式，能够光读出记录表面的形貌，以及该形貌所对应的二进制位流。
在开始段落中描述的方法可从德国专利申请DE3520111中得知，其中利用丝网印刷过程在带子的反射记录表面上产生很小的着色区。这些区域的反射率与其周围未着色表面的反射率相差很大，从而可以通过监视扫描光束从记录表面反射回来后的强度，将储存在带子上的数据光读出来。
在另外一种制造光学记录带的方法中，可使用所谓相变材料，在局部受热后，能够经历结晶状态的不可逆转的改变(如非晶态到晶态)，伴随着反射率的改变。带状基体上的一层这样的材料可以利用其强度可根据给定的二进制位流调制的聚焦激光束来刻录。与上述的媒质相似，可通过监视从相变层反射回来的光束的强度，将信息从相变层检索出来。
在开始段落中描述的又一方法，由D.Pountain在1989年2月的Byte杂志274-280页的文章中进行了讨论。该方法利用激光烧蚀，在覆盖在带状基体上的金属膜上的染料聚合物层中冲击出局部凹坑。当聚焦光束照到有凹坑的染料聚合物层上时，部分光强将立即被从该层的表面反射回来，而余下的光强将透穿到底层金属膜，在那里也将经历反射。此后，从金属膜和凹坑表面反射回来的光束互相干涉，干涉的程度依赖于表面光束是否出自凹坑或染料聚合物层的非凹坑部分。利用这种方式，带凹坑表面的形貌可以光读出来。
所有这些已知的方法以及与它们有关的媒质产品，都具有一定的不利之处。例如在第一个媒质中，利用丝网印刷过程所能产生的最小着色区域的典型直径为20-50微米量级。与此相对照，CD盘上凹坑的宽度为1微米量级。因此很明显，这种着色带的存储密度比盘片所达到的量级要差很多。此外，读取过程的本质一般使着色区暴露于强激光下，伴随而来的是染料褪色的长期风险和与此有关的噪声量级的提高。
在第二种媒质的情况下，相变材料固有的缺点是它们必须被实时刻录，即它们被刻录的速度与它们回放的速度为同一个量级。这是由于局部相变区域必须利用聚焦激光束按顺序写。另外一个缺点是固有的在某些区域自发反相变的统计上的风险。尽管这种风险比较小，从长远来看，它还是导致噪声量级的升高。
第三种媒质的缺点在于，利用激光烧蚀产生的凹坑是相当不确定的，深度不均匀且边壁升高。此外，被移走以在第一个位置产生凹坑的材料可能会沉淀为媒质上其它地方不需要的残渣。更进一步，在前面情况下，烧蚀的媒质必须被实时刻录，这比较慢(且代价高)。
本发明的一个目的，是提供制造软带形式只读光学记录媒质的另外一种可供选择的方法。特别是，本发明的目的是这样的方法应该防止上述问题。尤其，本发明的一个目的是提供一种能够在记录层中产生轮廓分明的数据区域的方法，且不会产生残渣沉淀的问题。更进一步，本发明的目的是，如果希望的话，这些区域的宽度应该为1微米的量级。此外，本发明的目的是该新方法应该允许快速刻录上述记录层。
这些和其它目的是在一个方法中实现的，该方法的特征在于它包含下列步骤(a)提供带状的软性基体；(b)在基体上加上可模压的记录层；
(c)借助于压模在压力下模压加工记录层，以形成代表一批二进制数据的低高表面区域的图案；(d)在模压过的记录层上加上保护膜。
本发明方法利用了一个令人惊奇的发现，这里将予以阐明。
因为在储存过程中记录层不可避免地要将自身卷绕起来，并且在典型回放设备中的读过程中，通常与不同的卷轴和输带轮相接触，带子表现出一定的表面粗糙度非常重要，以便防止其与自己或其它表面粘附一起。另一方面，光学记录带在记录表面被读取的一面最好是光学上平整的。这两个要求通常是通过确保带子远离记录表面的这一面足够粗糙而协调的。与磁带相似，这样的要求可通过在含有所谓填充剂，即嵌入的微小颗粒的基体材料上淀积记录层的方法经济地实现。出于这种目的而广泛使用的基体材料的例子是聚乙烯对苯二甲酸酯(PET)。
考虑到模压过程中将实际的基体粗糙度压到记录表面的风险，有人或许认为粗糙的基体材料会和模压过程不兼容。然而，发明者已经发现，这样的担心是没有根据的，并且表明，令人惊奇的是，轮廓分明的微小尺寸的凹坑可成功地被模压在覆盖在粗糙基体上的记录层(如直接淀积在含有填充物的PET基体薄片上可光固化的树脂层)上。在基体和记录层之间使用所谓的胶层(缓冲层)并不是关键的。
本发明的多种优点是显而易见的。例如，由于实际刻录涉及用压模来模压而不是激光烧蚀，没有渣滓沉淀在记录表面上的问题，并且模压过的形状(通常凹坑的宽度恒定而长度是变化的)可以象CD盘中的情况那样微小且清晰地确定。进一步说，用压模来模压允许以很高的速度刻录。
根据本发明的方法，压模本身可以采取(坚硬的)鼓形，其柱形表面含有沿螺旋性路径布置的微小凸起，该路径的宽度与带子的宽度相同。如果这个压模沿带子的记录层以一定的方式滚动，使得鼓和带子之间的接触区域沿上述螺旋形路径转移，则记录层将被刻上与上述凸起对应的凹坑。
在根据本发明的另一方案中，压模采取具有母面的(坚硬的)带状，母面的轴向有一列微小的凸起。如果这个压模带从一个卷轴绕到另外一个卷轴，其母面因此在某些点与光学带子的记录层卷在一起，该带子同时以相同的速度和方向绕在两个不同的卷轴之间，然后，记录层将被赋予对应于母面上凸起的凹坑。
在本发明方法中采用的软性基体可由其中的填充剂(如微小的硅或铝颗粒)，或通过在其上面加后衬层来粗糙化。第一类合适的基体材料的例子是LUMIRROR(Toray工业公司)，这是一种厚度大约为8微米的透明PET薄膜，并含有直径为400nm量级的填充剂。另一方面，第二类合适的基体材料是一面被含有扩散的碳黑、三氧化二铬或碳酸钙(理想的直径范围是50-300nm)颗粒的胶合物(如胶层)所包裹的PET薄膜；粗糙的衬层厚度仅需1微米的量级。
在根据本发明的方法的特定实施方案中，可模压记录层被选择包含可光固化的有机聚合物材料，并且，在模压阶段(c)，记录层与压模的界面暴露于固化的光化辐射。这类合适的材料的例子是SURPHEX(杜邦Du Pont)，这是一种干性可紫外线固化的材料，可得到的形状为标准厚度(微米范围)的薄片。这样的薄片可直接叠压成基体薄膜，如通过加热和滚压。作为又一个例子，可使用干性可光固化的树脂(如聚丙烯酯)，通过将其溶解在挥发性溶剂中然后再将得到的溶液滚涂、喷洒或刷到薄膜上，将其加在基体薄膜上。
本发明方法的另一可供选择的实施方案，其特征在于，可模压记录层被选择包含热塑性材料，在模压步骤(c)中，首先被热软化，接着在被压模压上后允许冷却变硬。所采用的热塑性材料的软化温度应比基体材料低；利用这种方式，记录层可被软化但基体不至于软化(伴随着基体粗糙度减少的风险)。用于这种目的的合适的热塑性材料的例子是聚氯乙烯和聚丙烯。
在本发明方法的又一实施方案中，记录层在模压之前被通过将化学溶剂加在其暴露的表面上而被化学软化。用于这个目的的候选溶剂包括，如丙酮和异丙醇及各种氯基烷烃溶液，乙醚和酯，恰当的选择依赖于记录层所使用的特定材料。在被模压后，通过将采用的溶剂从记录层上去掉使其硬化。这可以通过加热记录层来实现。
记录层通常具有的厚度为1-10微米的量级，更厚或更薄的记录层也与本发明方法一致。
在本发明方法的步骤(d)中提供的保护膜可以是无机或有机的。合适的无机材料如SiO2、TiO2、AlN、Si3N4等可通过反应溅射淀积或蒸发来提供。另一方面，合适的有机材料如聚氨基甲酸酯或乙脂可利用滚涂或啧涂或刷的手段来提供。在有机膜情况下，保护膜的典型厚度为2-10微米量级，而在无机膜情况下，为200-500微米，但如果有必要，也可以更厚。
保护膜外露的表面最好在光学上是平整的。这里所指的术语“光学上平整”是指RMS表面粗糙度最大为50nm，最好不超过20nm，理想的情况为不超过5nm。这样的结果通常是作为在保护膜形成过程中其表面张力的效应而自动获得的。
根据本发明方法的一个特殊实施方案，其特征在于，在步骤(c)和(d)之间，在记录层模压过的表面上淀积一个金属反射层。这样的反射层可由纯金属或合金组成，并且可利用如溅射淀积、汽相淀积或激光烧蚀淀积来提供。用于这个目的的材料的例子包括铝、金、铜、银以及它们的合金。采用这样的反射层保证了在用聚焦光束扫描媒质记录面时，能够有足够的光强被反射回来，从而获得合格的输出信号量级。
根据本发明方法的一个可供选择的实施方案，其特征在于，在记录层和/或保护膜上至少加上一种染料，以便在记录层和保护膜(在读取光束的波长处)的折射率之间得到显著的差异。用这种方式，有可能增加保护膜和记录层(光会透穿保护膜)之间界面的反射率。特别是对于足够的折射率差异，保护膜中的相关布儒斯特角比较小，在这个界面处可得到全内反射。这里采用的术语“折射率”应该解释为表示复数折射率
=n+ik，这里n是实折射率，k是吸收系数。记录层和保护膜的值
之间的差可在于
的实部或虚部，或两者均是。然而，在给保扩膜加上染料的情况下，染料的k值最好应该比较小，以避免进来光束和反射光束不适宜地吸收。
在前面段落中讨论过的合适染料的例子包括吡喃丹-4，4-花青染料以及丁基-苯并-吲哚-羰花青。这些染料各自的n值为3.270和3.050，各k值为0.570和0.058(所有的值均指波长为780nm时)。另外一种可供选择的染料可为squarylium染料。
如果需要或希望的话，可以在本发明方法的步骤(a)、(b)、(c)和(d)中所加的各层之间加其它不同的层。例如
可在基体和记录层之间加一个粘连层或促粘层；
在记录层和保护膜之间加介质层；
在远离记录层的基体这一面粗糙的衬层。
这个列表只是用例子的形式给出的，且并不是全部。
根据本发明方法的方法可被用来制造一种性能优越的新型只读光学记录带。这样的记录带的特征在于它具有层状结构，按照顺序包括
基体；
记录层；
反射性的记录表面，其中二进制数据以局部高度的变化来代表；以及
透明的、光学上平整的保护膜，在基体和记录层之间没有金属反射层，并且基体远离记录层的这一面要比保护膜外露的表面粗糙。
上面所指的“反射性的记录表面”可解释为以下之一
加在远离基体刻录过的记录层这一面的金属反射层；
刻录过的记录层和保护膜之间的界面，如果使用了染料来增强在这个界面处的反射率。
“局部高度的变化”可通过给记录层赋予凹坑或凸起来实现。例如，沿任何给定的路径，“1”可用凹坑来代表，而“0”则可用产生凹坑的表面S的平面(即非凹坑)部分代表，凹坑或水平部分的长度为代表一位的每个基本单位的整数倍。表面S和每个凹坑的底部都是反射性的，可以在从表面S反射回来的(极化的)光束和从凹坑底部反射回来的光束之间相差的基础上来读记录表面。由于这个原因，对于波长为λ的(极化的)光和实折射率为n的保护膜而言，记录表面的高度差大小最好为λ/4n。
各种其它层也可以包容在本发明的媒质(上面已经讨论过)的层状结构中，这些层包括如粘连层、促粘层、介质层、衬层等。
本发明还涉及含有容纳两个卷轴和本发明的只读光学记录带的外壳的盒带，记录带部分卷绕(至少)在一个卷轴上并与另一个卷轴相连。在这种盒带的一个特殊的实施方案中，记录带经过一个引导装置从一个卷轴到达另一个，该引导装置用来以一定的方式将带子定位在外壳上的缺口后面，以便允许通过该缺口光学原位读取带子的记录表面。然而，这样的引导装置并非一定需要如果有这种需要的话，带子可从盒带的外壳中卷出来并能够异位(ex situ)读取。
借助于示例性的实施方案和所附简图，本发明及其附带的优点将被进一步阐明，简图并不是同一比例，其中

图1表现的是带状软性基体的截面图，基体上有可模压的记录层；图2表示图1的对象在其上面经过模压步骤后，在记录层中形成低的和高的表面区域图案；图3表示图2的对象在模压过的记录层上加上金属反射层后的情况；图4表示图3的对象在金属反射层上加上保护膜后，从而形成根据本发明的光学记录带；图5描绘了实施本发明方法的特殊实施方案的制造装置；图6表示根据本发明方法的盒带。
实施方案1图1-4描绘了根据本发明的方法的一个特殊实施方案的、也是发明的光学记录带的一个特殊实施方案的各个阶段。各个图中对应的器件用相同的参考标志来指示。
图1表现的是部分带状软性基体1的截面图。基体1有两个主表面1a、1b，大约有8微米厚。它包含微小的填充剂(未画出)，填充剂的存在使得表面1a、1b所表现出的RMS粗糙度为10-20nm的量级。这样一种合适的基体1的例子是透明PET薄膜，其中分散着直径为400nm量级的硅粒。这样的基体1由Toray工业公司以商标LUMIRROR(N997类型)进行商业销售。
在基体1的表面1b上有可模压的记录层3。记录层3的厚度为10微米量级，并包含干性可光固化的树脂。在这个特殊的实施方案中，所采用的树脂为SURPHEX(由杜邦销售)，可以获得的这种树脂为6微米厚的薄片，并在120℃温度和250kPa的滚压压力下直接被叠压成基体1。层3产生的表面S远离基体1。
在图2中，根据本发明方法，借助于压模(未画出)在压力下模压层3。在这个特殊的实施方案中，这使得表面S上产生浅坑5。凹坑5的深度约为150nm，宽度(垂直于图面)约0.5微米，而长度是可变的。在下面的实施方案2中描述了一个合适的模压过程。
在图3中，层3模压过的表面被薄金属反射层7所包裹。在这种情况下，层7由Al组成，厚度为100nm，是利用真空汽相淀积的方法淀积上去的。由于它紧贴着记录层3原先模压过的表面的轮廓，反射层7表现为在外露的光滑表面上的一系列轮廓分明的凹坑5’。
图4表示在图3的对象上加上保护膜9后的情况。在此情况下，膜9的材料为聚丙烯树脂，并在反射层7上被滚压到5微米的厚度。膜9外露的表面11是光学透明的，其RMS粗糙度为5nm。这样的结果是膜9在其下面的反射层上形成的过程中由于表面张力效应而自然获得的。
实施方案2图5描绘了实现本发明方法的一个特殊实施方案的制造设备。所采用的压模51为直径150mm、长度165mm的圆柱形铝鼓，并在其圆柱形表面51a上具有凸起的立体图案。在下面的实施方案3中讨论了产生这些凸起的方式。
在该图中还描绘了直径与鼓51相似的滚子53，但在其圆柱形表面53a上有厚度为5mm的硬纸层。鼓51和滚子53被安排为使它们的圆柱轴相互平行，且它们的圆柱形表面51a和53a压在中间尚未模压的光学记录带55的相反面。带子55基本沿与上述圆柱轴垂直的方向以一定的方式伸展，使其(可固化的)记录层与表面51a上的立体图案相接触。
鼓51被用5000牛顿的力压在滚子53上，导致在带子55上产生15牛顿/mm2量级的压力。通过使鼓51和滚子53相互滚动，夹在中间的带子55被从它们之间拉过去，其记录层被沿长度方向模压，并产生一系列对应于表面51a上凸起的凹坑。
带子55上的记录层被通过将光化辐射R(如紫外线辐射)照射在带子55的记录层上而固化，在任何给定的时刻，带子55仍然与表面51a相接触。如果需要这样的话，可随后使用第二束光化辐射R’进行附加固化。
一旦进行了固化，带子55就通过一个在线的淀积室57，在这里给带子55模压过的表面加上真空蒸发的金属反射层。在另一个可供选择的方案中，带子55首先被卷绕在缓冲卷轴A上，然后将卷轴送到真空室中去；带子55接着被从卷轴A上散开并在其模压过的表面上喷镀金属。
随后在带子55模压过的表面上加上保护膜。这是通过在滚涂机59中滚涂带子55来实现的。如果需要的话，可随后用热源或气流Q对新滚涂过的带子55进行干燥。或者，如果使用的树脂液体是可光固化的，那么出于固化新施加的膜的目的，可认为装置H包含光化辐射。
在下面的处理步骤中，带子55或者被卷绕在缓冲卷轴B上，或者直接被卷绕到盒带的外壳511中。如果需要的话，可首先借助于切割轮513将带子55切割成适当(均匀)的侧面宽度(如8mm)。
实施方案3正如将要解释的那样，压模鼓51的圆柱形表面51a上的凸起可利用直接或间接的过程做出来。
在一个适当的直接过程中，圆柱形表面51a被一层光致抗蚀剂覆盖。利用一种适当的插入遮盖物，这层光致抗蚀剂将根据所希望的凸起的图案而被辐照，并随后被显影并交联起来。
在一个适当的间接过程中，前面段落所描述的过程在薄片或带子的一面进行，接着薄片或带子被以一定的方式卷绕在鼓51上，使得薄片或带子被冲压过的那一面朝外并形成表面51a。
实施方案4图6描绘的是根据本发明的盒带60的一个特殊的实施方案，盒带包含容纳两个卷轴64和根据本发明的只读光学记录带66的外壳62。被描绘的还有外壳62壳上的缺口68。带子66可从一个卷轴到另一个卷轴前后卷动，并安排使其记录表面对着缺口68。通过这种方式，带子66的反射性记录表面可就地由一束通过缺口68进入并离开外壳62的光束读取。为使带子66上的光束聚集精确，外壳62还可包含引导装置(未画出)，用来在缺口68的恒定的距离处保持给定长度的带子66。这样的引导装置可包含一个基准滑轮，带子在跨在其上面，基准滑轮在缺口68的后面。
在本发明恒定60的另一可供选择的实施方案中，上面所指的引导装置可以从外壳62中省去，带子66可利用回放设备来读，该设备将给定长度的带子66从缺口68处卷出来并在外面读它，这与VHS录像带类似。为了这个目的，缺口68最好比这里所画的要宽，以便有利于机械到达带子66。
在这两个实施方案中，缺口68最好位于一个机械开闭门(未画出)的后面，以便使带子66避开灰尘和划伤。
权利要求
1.一种制造软带形式的只读光学记录媒质的方法，其特征在于它包含如下步骤(a)提供一种带状的软性基体；(b)在基体上加上一个可模压的记录层；(c)借助于压模在压力下模压加工记录层，以形成代表一批二进制数据的低和高表面区域的图案；(d)在模压过的记录层上加上保护膜。
2.根据权利要求1的方法，其特征在于，基体被选择包含有机聚合物薄膜，其上分散着微小的凹坑。
3.根据权利要求1或2的方法，其特征在于，基体的一面被其上面使用的衬层粗糙化。
4.根据权利要求1-3中任一项的方法，其特征在于，可模压记录层被选择包含可光固化的有机聚合物材料，并且，在模压步骤(c)中，记录层与压模的界面暴露在固化的光化辐射中。
5.根据权利要求1-3中任一项的方法，其特征在于，可模压记录层被选择包含热塑性材料，在模压步骤(c)中，热塑性材料首先被热软化，然后，在被压模压过后允许被冷却硬化。
6.根据权利要求1-5中任一项的方法，其特征在于，在步骤(c)和(d)之间，可以在记录层模压过的表面上淀积一层金属反射层。
7.根据权利要求1-5中任一项的方法，其特征在于，至少在记录层和/或保护膜上加上一种染料，以便在记录层和保护膜的折射率之间得到显著的差异。
8.一种软带形式的只读光学记录媒质具有层状结构，其特征在于层状结构按顺序包含基体；记录层；反射性记录表面，其中二进制数据以局部高度的变化来代表；以及透明的、光学上平整的保护膜，在基体和记录层之间没有金属反射层，并且基体远离记录层的这一面要比保护膜外露的表面粗糙。
9.一种包含一个容纳两个卷轴和软带形式的只读光学记录媒质的外壳的盒带，带子被部分卷绕在其中一个卷轴上，并连到另一个卷轴上，其特征在于带子具有与权利要求8对应的构造。
全文摘要
一种制造软带形式的只读光学记录媒质的方法，包含如下步骤(a)提供一种带状的软性基体(1)；(b)在基体(1)上加上一个可模压的记录层(3)；(c)借助于压模在压力下模压加工记录层(3)，以形成代表一批二进制数据的低和高表面区域的图案(5)；(d)在模压过的记录层(3)上加上保护膜(9)。这个过程可用来生产具有层状结构的软带形式的新型只读光学记录媒质，该层状结构按照顺序包括基体(1)；记录层(3)；反射性记录表面(7)，其中二进制数据以局部高度的变化(5’)来代表；以及透明的、光学上平整的保护膜(9)，这里，在基体(1)和记录层(3)之间没有金属反射层，并且基体(1)远离记录层(3)的这一面(1a)要比保护膜(9)外露的表面(11)粗糙。
文档编号G11B7/24GK1168190SQ96191474
公开日1997年12月17日 申请日期1996年9月26日 优先权日1995年10月6日
发明者P·L·M·普特, H·F·J·T·范汤格伦 申请人:菲利浦电子有限公司