高對比度的光學信息載體的製作方法
2024-04-07 09:56:05 2
專利名稱：高對比度的光學信息載體的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種光學信息載體和用於製造該光學信息載體的一種裝置以及一種對應的方法。
如今光學信息載體得到了廣泛的使用。然而，它們的數據容量卻接近了物理極限。一種增加數據容量的方法是增加層的數目。目前，現存的DVD技術已經延伸至幾個層。然而，由於單個層固有反射，總的層數將仍然受到限制。可選擇的技術，比如螢光多層技術，可以提供一種解決問題的方法。
美國專利US 5,370,970描述了一種具有螢光物質的盤。通過使用一系列凹坑和凸起來存儲信息，其中這些凹坑和凸起通過普通的處理技術比如注射模塑法或凹凸印法而生成。通過使用包含螢光功能性沉積物質，例如螢光染料來產生螢光數據層。物質通過使用普通的沉積技術比如旋塗、刮片、浸塗或汽相沉積而沉積下來。螢光物質應該是沉積在凹坑中。所述盤的問題在於使用普通處理技術例如旋塗來應用基質和染料混合物，凸起和凹坑兩者都被覆蓋。這是不願意的，因為例如為了足夠高的數據率，在凸起和凹坑之間具有強對比度是至關重要的。通過旋塗所能獲得的對比度是大約1.5，這對於系統的快速讀取來說就太低了。
所以本發明的目的就是提供一種具有高對比度的光學信息載體。本發明的另一個目的就是提供一種用於製造具有高對比度的光學信息載體的裝置和對應方法。
為了實現第一個目的，根據本發明，提供一種用於裝載信息的光學信息載體，以便通過光束來讀取，包括至少一個信息層，該信息層具有50μm寬度或更小的空腔並且在所述空腔之間具有凸起，其中所述空腔的寬度比深度小，和沉積在所述凸起上的光學活性材料，以便當通過所述光束激發時顯示光信號。
根據本發明，光學活性材料被沉積在信息層的凸起上，更好地不要沉積在信息層的空腔裡。這一點正好與上文所述的現有技術相反。本發明涉及ROM(只讀存儲器)和WORM(一次寫入多次讀取)應用。在ROM應用中，空腔通常被稱作凹坑，並且在WORM應用中，空腔通常被稱作凹槽。
令人意外地，發現如果結構基底的空腔具有50μm或者更小的寬度，更好地具有10μm或更小的寬度，其中空腔的寬度比深度小，那麼使用普通的沉積技術，有可能沉積在結構基底的凸起上。通過在沉積裝置中設定某一參數值，通過一組沉積裝置執行沉積過程，並且通過在具有這些狹窄空腔的結構基底上沉積光學活性材料，可以實現沉積在凸起上而不是沉積在空腔裡或者幾乎不沉積在空腔裡。該表面不應該是理想的潤溼表面。因此，本發明改善對比度的理念是與如上所述的現有技術相比，變窄了空腔的寬度，並且提高深度和寬度的比率，以及在製造過程中為沉積裝置選擇某一參數值。
在WORM應用中，凹槽具有較小的寬度，並且沿著凹槽的縱向延伸較長的長度。與凹槽縱向交叉的方向上，凹槽可以彼此緊挨著，並且在彼此之間形成凸起。凹槽甚至可以環繞盤的中心，結果例如具有很大的長度。在ROM應用中凹坑也具有較小的寬度。它們的長度可以比它們的寬度更大，但是通常是具有相同的尺寸。在縱向，凹坑可以彼此位於前後，並且與縱向交叉的方向上，凹坑可以彼此緊挨著。沿著縱向和與縱向交叉的方向上，在凹坑之間形成凸起。在優選實施方式中，長度和寬度兩者都比50μm短，更好的比10μm短，最好的是大約0.5μm。
光學活性材料通過普通技術例如旋塗或浸塗被沉積在凸起上。通過使用旋塗，光學活性材料以液態形式例如溶解於溶劑中而被應用於結構基底的頂面。液體作為一薄膜塗布於結構基底的頂面，並且凸出狹窄的空腔空腔具有50μm或更小的寬度，較好的是10μm或更小，最好是0.5μm，而不滲流在它們內部。大約200rpm或更大的旋轉頻率被應用於結構基底，其中該結構基底由在每一個空腔上方開口的薄膜覆蓋。作為不同的沉積技術，應用浸塗到結構基底也是可能的，其中該結構基底具有寬度小於50μm，更好是10μm的空腔。在該情況下，結構基底浸在液體中，並且拔出速度更好的選擇為大約1cm/s或更高。在ROM應用中，凹坑可以具有長度和寬度均為50μm或更小，更好的是10μm或更小。
更好的，所有的光學活性材料被沉積在凸起上，並且沒有光學活性材料沉積在空腔裡。因此，通過光束激勵凸起所發射的光信號強度大大高於通過光束激勵空腔所發射的光信號強度。因此，比較於現有技術，提高了信息載體的對比度。
在本發明最優實施方式中，空腔不包含光學活性材料。也就是說，在此具體實施方式
中，信息載體的對比度得到改善。
同樣地發現，在製造過程中，在結構基底頂面上沉積光學活性材料期間，使用寬度比深度小的空腔，幾乎沒有光學活性材料進入空腔的底部。在下文中，空腔深度除以寬度的比率被稱作縱橫比。
由於根據本發明所提出的高縱橫比，沉積物質表面張力的作用下防止沉積物質進入空腔。此外，空氣將被俘獲在空腔中，特別地是在凹坑中，使得沉積物質不能夠到達底部。除了上述技術之外，刮片和汽相沉積也可以應用在具有高縱橫比的空腔的結構基底上。
更好地，所述深度與所述寬度的比率大於1.5，更好的是在1.5至2.5的範圍內。要求大縱橫比和要求薄信息層之間存在著矛盾。每一信息層應該儘可能薄，以便在給定厚度的信息載體上儘可能多的放置多個信息層。
更好的，光學活性材料包含螢光物質。螢光物質被廣泛的使用於光存儲器技術中。已知的和市場上可買到的光學活性材料可以由基質和染料物質的混合物組成。基質更好的是基團物質，包括聚乙烯醇縮乙醛，多(甲基)丙烯酸鹽，聚醚，聚酯，聚碳酸酯或多元醇，，並且染料物質更好的是基團物質，包括夾氧雜蒽，吖啶，噁嗪或香豆素。這些物質被廣泛地使用。它們也可以使用在根據本發明的光學信息載體中，以降低生產和開發成本。
光學活性材料的沉積可以選擇性地通過使用某一技術得到改善，例如匹配必須被沉積的混合物與所使用基底的物質或化學性能，選擇相同極性的物質，應用非浸潤層或使用等離子處理以便修改凸起。隨後，凸起可以通過、塗刷或沉積附加覆蓋層來處理。
有利地，光學信息載體包括多個信息層，此信息層包含空腔和凸起以及分離連續信息層的間隔層。多層光學信息載體具有比單層光學信息載體更高的容量。使用螢光物質，大量的信息層可以彼此交替放置。比較於已知的多層光學信息載體，根據本發明的多層信息載體具有更大的對比度。
為了實現本發明的目的，如權利要求11所述，還可以提供一種用於製造光學信息載體的裝置，並且如權利要求14所述，提高一種用於製造光學信息載體的方法，所述方法包括在所述至少一個信息層中形成具有50μm或更小寬度的空腔和在所述空腔之間形成凸起的步驟，並且在所述凸起上沉積光學活性材料，以便當通過所述光束激勵時顯示光信號。更好的，旋塗和浸塗被用作沉積技術，用於在凸起上沉積光學活性材料。
用於製造的裝置和製造方法的最優實施方式主張在附屬的權利要求中。
現在將參考附圖更詳細地解釋本發明，其中
圖1a-1c表示用於根據本發明的WORM盤的製造方法的三個步驟，圖2表示在圖1c中的盤的俯視圖，圖3表示根據圖2的所記錄的WORM盤，和圖4表示沿著圖3中的記錄盤的軌道穿過的讀取光束，圖1a表示根據本發明的WORM盤製造過程的第一步驟。如圖1a所示的結構基底1將成為盤的信息層的一部分。圖1a圖示了沿著盤的直徑，結構基底1的橫截面的切斷部。
信息層沿著盤的平面伸展。結構基底1包含沿著盤的平面延伸的連續基底2，和其中凹槽4環繞盤的中心C放置的頂部3。凸起5形成在相鄰凹槽4中間，因此它們環繞盤的中心C。盤的中心C沒有顯示，但是位置由相應的箭頭指示。在圖1a中的切斷部表示五個凸起5和四個凹槽4。
凹槽4深度為B，橫向寬度為A。比率B/A被稱作縱橫比。根據本發明，寬度選擇大約0.5μm(或更小)。凹槽4成形為垂直於環形方向的矩形。凹槽4的橫向寬度A和深度B是沿著環形方向的常量。凸起5的橫向寬度是向外凹槽的向內邊緣和相鄰向內凹槽的向外邊緣之間的距離。
圖1b表示根據本發明的WORM盤製造過程的第二步驟。包含基質和螢光染料物質的光學活性材料層6沉積在基底的頂部3。基質可以是聚乙烯醇縮乙醛、多(甲基)丙烯酸鹽、聚醚、聚酯、聚碳酸酯或多元醇。螢光染料可以是夾氧雜蒽、吖啶、惡嗪或香豆素染料。
光學活性材料可以通過例如旋塗沉積在基底1的頂部3上面。也就是說，光學活性材料溶於溶劑中。然後在水平放置的結構基底1上形成覆蓋在結構基底1頂部3的溶解基質染料混合物6。作為應用進程的結果，將不會有基質染料混合物6沉積在凹槽4中。其中一個原因是空氣填充在凹槽4的內部，而使得沉積物6不能夠到達凹槽4的底部，此外由於小的寬度，溶解基質染料混合物6的表面張力也防止基質染料混合物6進入凹槽4中。溶解基質染料混合物6突起在狹窄的凹槽4的上部，而不進入凹槽4中。圖1b表示製造方法的所述第二個步驟，其中一層溶解基質染料混合物6沉積在基底1的頂部3上面。
隨後，具有所應用的溶解基質染料混合物6的基底1以大約2500rpm或更高的轉動頻率旋轉，並且所溶解的基質染料混合物薄層將被留在凸起5中。溶劑將蒸發，並在凸起5上留下基質染料混合物的沉澱層7。
其它已知的塗敷法可以被用於在凸起5上沉積一層基質染料混合物。不同的技術是刮片。在此方法中，光學活性材料被用於基底1，並且在基底1的頂部3之上規定距離處的刀刃平行於基底1的頂部3之上移動，以在凸起5之上產生沉積層。此沉積方法被用於具有縱橫比為1.5或更高，更好地在1.5至2.5的範圍內的空腔。
另外的技術是浸塗，也就是說基底1的頂部3簡單地浸在包含光學活性材料的液劑中，並且之後基底1被拔出。對於結構基底1，具有寬度(A)小於50μm，更好的是0.5μm的凹槽。因此，薄層7將沉積在基底1的凸起5之上。沉積層7的厚度可以通過基底1的拔出速度來改變。
最後，可以選擇汽相沉積來在凸起5之上沉積層7，也就是說，加熱和蒸發被應用的物質。蒸氣將以固態的形式沉積在基底1的凸起5之上。此沉積方法被用於具有縱橫比為1.5或更高，更好地在1.5至2.5的範圍內的空腔。
凸起5和沉澱層7之間的連接可以通過匹配基質染料混合物6的物理或化學性能和基底1，例如通過選擇具有相同極性的物質而得到改善。同樣地有可能應用浸潤層到凸起5，導致對溶解基質染料混合物6的浸潤效果。用這種方法，粘合劑和/或應用物質的數量可以得到控制。例如極性單分子層是浸潤層。凸起5還可以通過等離子處理得到改進。氧等離子可被用於等離子處理。氧等離子處理的一個效果是使得凸起更加極性化。等離子的第二效果可以使得凸起5變粗糙，以支承粘合劑。此外，隨後的處理可以選擇性地採用，以便進一步地改變所產生的凸起5。凸起5可以被腐蝕、衝洗，或者附加覆蓋層可以被沉積在凸起5之上。
上述製造方法可以生產WORM盤，即未記錄的盤。但是相同的方法還可以用於製造ROM盤。WORM和ROM盤分別地在空腔即凹槽4和凹坑4的長度方面不同。圖2表示圖1c的俯視圖，表示沉積層7的未寫結構和相鄰沉積層7之間的空凹槽4。
如附圖3所示，WORM盤上的信息記錄可以通過降解沉積層7的所選定部分8，例如利用高於基質染料混合物降解溫度的寫雷射光束，通過加熱所選定部分8來實現。降解部分8釋放它們的螢光特徵，例如使用讀取雷射光束來激勵所降解的部分不會導致所降解部分8的螢光發射。
結合圖4來解釋讀取方法。圖4表示包含沉積層7和所降解部分8的五個寫入軌道10。在圖4中，脈衝讀取光束的焦點9沿著軌道10從底部到頂部穿過，其中此脈衝讀取光束也可以是具有不同波長或比寫入光束更低強度的雷射光束。每次，讀取光束脈衝到達沉積層7，雷射被吸收並且發射螢光。之後，螢光可以通過適當的收集器來收集，並且被判斷。每次，讀取光束脈衝達到降解部分8，而不發射螢光。所以，收集不到螢光，並且檢測不到信號。與讀取光束的脈衝頻率相關的螢光信號就無信號的序列是存儲在信息層中被編碼的信息。
在根據本發明的ROM盤的特殊具體實施方式
中，所使用的凹坑具有長度大約1.6μm，寬度大約0.5μm而高度大約1μm。因此，縱橫比大約是2。為了獲得ROM盤，例如利用壓模來製造包含具有不同長度凹坑的結構基底。信息以凹坑的不同長度來編碼。
根據現有技術的盤具有低的對比度。本發明的目的就是改善所述盤的對比度。此發明目的通過提供具有比現有技術較小寬度的空腔4的結構基底1，並且通過為已知的沉積技術選擇某一參數值來實現。應用到這些新結構的沉積技術導致在凸起5上沉積螢光物質7。幾乎沒有螢光物質沉積在空腔4的底部，這導致更高的對比度。
權利要求
1.一種用於承載信息以便利用光束(9)來讀取的光學信息載體，包括-至少一個信息層，它具有50μm或更小的寬度(A)的空腔(4)，並且在所述空腔(4)之間具有凸起(5)，其中所述空腔(4)具有比深度(B)更小的寬度(A)，和-光學活性材料(7)，沉積在所述凸起(5)上並當所述光束(9)激勵時適用於顯示光信號。
2.如權利要求1中所述的光學信息載體，特徵在於所述空腔(4)具有10μm或更小的寬度(A)。
3.如權利要求1中所述的光學信息載體，特徵在於所述空腔(4)不含有光學活性材料(7)。
4.如權利要求1所述的光學信息載體，特徵在於所述深度(B)與所述寬度(A)的比率是1.5或更高。
5.如權利要求4所述的光學信息載體，特徵在於所述深度(B)與所述寬度(A)的比率位於1.5至2.5的範圍內。
6.如權利要求1所述的光學信息載體，特徵在於覆蓋層位於所述空凸起(5)和所述光學活性材料(7)之間。
7.如權利要求1所述的光學信息載體，特徵在於所述光學活性材料(7)是螢光物質。
8.如權利要求1所述的光學信息載體，特徵在於所述光學活性材料(7)包含基質和染料物質。
9.如權利要求8所述的光學信息，特徵在於所述基質是基團物質，包括聚乙烯醇縮乙醛、多(甲基)丙烯酸鹽、聚醚、聚酯、聚碳酸酯或多元醇，並且所述染料是基團物質，包括氧雜蒽、吖啶、惡嗪或香豆素。
10.如權利要求1所述的光學信息載體，其特徵在於多個信息層包含空腔(4)和凸起(5)以及分離連續信息層的間隔層。
11.一種用於製造至少具有一個信息層的光學信息載體的裝置，包括用於在所述至少一個信息層上形成具有50μm或更小的寬度(A)的空腔(4)，和在所述空腔(4)之間形成凸起(5)的裝置，其中所述空腔(4)具有比深度(B)更小的寬度(A)，和用於在所述凸起(5)上沉積並當光束(9)激勵時適用於顯示光信號的光學活性材料(7)的裝置。
12.如權利要求1所述的裝置，特徵在於用於形成具有10μm或更小寬度的空腔(4)的裝置。
13.如權利要求11所述的裝置，特徵在於用於形成空腔(4)和形成凸起(5)的所述裝置適合於形成具有寬度(A)比深度(B)更小的空腔。
14.一種用於製造具有至少一個信息層的光學信息載體的方法，包括步驟在所述至少一個信息層上形成具有50μm或更小寬度(A)的空腔(4)，和在所述空腔(4)之間形成凸起(5)，其中所述空腔(4)具有比深度(B)更小的寬度(A)，和用於在所述凸起(5)上沉積並當光束(9)激勵時適用於顯示光信號的光學活性材料(7)。
15.如權利要求14所述的方法，特徵在於形成具有10μm或更小寬度的空腔(4)。
16.如權利要求14所述的方法，特徵在於使用具有大約200rpm和更大的轉動頻率的旋塗，用於在所述凸起(5)上沉積光學活性材料(7)。
17.如權利要求16所述的方法，特徵在於應用一非浸潤層，對於所述凸起(5)進行等離子處理、蝕刻或衝洗處理，或者在所述凸起(5)沉積覆蓋層，以便改善所述凸起(5)和所述光學活性材料(7)之間的聯結。
全文摘要
本發明涉及一種用於承載信息以便利用光束(9)來讀取的光學信息載體。本發明的目的是提供具有高對比度的信息載體。本發明的目的是通過一種信息載體來實現的，其中此信息載體包括至少一個信息層，此信息層具有50μm或更小寬度的空腔(4)，並且在所述空腔(4)之間形成凸起(5)，其中所述空腔(4)具有比深度(B)更小的寬度(A)，和用於在所述凸起(5)上沉積並當光束(9)激勵時適用於顯示光信號的光學活性材料(7)。
文檔編號G11B7/24085GK1886788SQ200480034719
公開日2006年12月27日 申請日期2004年9月21日 優先權日2003年9月30日
發明者M·沙爾明克 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司