DE2841179C2 - - Google Patents

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Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Aufzeichnungsträger mit einer optischen Strahlung teilweise reflektierenden Aufzeichnungsschicht, welche über eine Hilfsschicht auf ein optisch transparentes Substrat aufgebracht ist.
Ein derartiger Aufzeichnungsträger ist durch die DE-AS 25 14 678 bekannt. Dort wird gemäß Fig. 2B ein Aufzeichnungsträger über ein Substrat mit entsprechend der einzuschreibenden Information moduliertem Laserlicht belichtet. Dadurch werden in der Informationsaufzeichnungsschicht, die nachstehend auch kurz als Aufzeichnungsschicht bezeichnet wird, nahezu kreisförmige Löcher mit einem sehr kleinen Durchmesser gebildet. Die Löcher entstehen dadurch, daß das Material der Aufzeichnungsschicht an den belichteten Stellen infolge Absorption des amplitudenmodulierten Laserlichtes schmilzt und sich dabei randförmig zurückzieht. Der bekannte Aufzeichnungsträger besteht aus einem flexiblen transparenten Polyestersubstrat, welches mit einer Antireflexionsschicht aus Bi₂S₃, As₂S₃ oder Se beschichtet ist, sowie einer auf die Antireflexionsschicht aufgebrachten metallischen Aufzeichnungsschicht aus Bi, Ind oder Sn. Durch Anwendung einer Antireflexionsschicht wird der von der Aufzeichnungsschicht absorbierte Anteil des Laserlichts erhöht. Damit ist die Laserenergie, die für die Bildung eines Loches mit den gewünschten Abmessungen benötigt wird, verringert. Nicht jedes Antireflexionsmaterial ist geeignet. Es besteht ein deutlicher Zusammenhang zwischen den Eigenschaften der Antireflexionsschicht, der Aufzeichnungsschicht und dem Substrat. So werden in der vorgenannten Auslegeschrift drei diskrete Antireflexionsmaterialien in Verbindung mit drei diskreten Aufzeichnungsmaterialien erwähnt. Man ist hinsichtlich der Wahl der Antireflexionsschicht und der Aufzeichnungsschicht beschränkt. Außerdem muß eine Antireflexionsschicht genau, d. h. mit geringen Dickenänderungen, aufgebracht werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Aufzeichnungsträger der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem die für das Einschreiben von Information in die Aufzeichnungsschicht benötigte Laserlichtenergiemenge möglichst gering ist.
Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen nach Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
Die lichtabsorbierende, farbstoffhaltige Schicht ist zwischen Substrat- und Aufzeichnungsschicht eingeschlossen und ist eine Hilfsschicht oder Aktivierungsschicht, die die Bildung von Löchern in einer strahlungsreflektierenden Aufzeichnungsschicht fördert.
Beim Einschreiben oder Aufzeichnen von Information wird ein entsprechend der Information impulsgesteuertes Laserlichtbündel, das z. B. eine Impulsdauer von 5 · 10-7sec aufweist, über das Substrat eingestrahlt. Das Laserlichtbündel passiert das Substrat und die Hilfsschicht, wobei abhängig von der Zusammensetzung der Hilfsschicht ein Teil des Laserlichtes absorbiert wird. Der verbleibende Teil wird dann an der Aufzeichnungsschicht reflektiert und - abhängig von der Absorptions-Reflexionskennlinie der Aufzeichnungsschicht - teilweise absorbiert. Das reflektierte Licht passiert wieder die Hilfsschicht und wird auch dabei teilweise absorbiert. Das Restlicht verläßt schließlich den Aufzeichnungsträger auf der Seite des Substrats. Durch die Absorption der Energie in der Hilfsschicht und der Aufzeichnungsschicht steigt die Temperatur an. Die Aufzeichnungsschicht schmilzt an den belichteten Stellen, so daß dort ein Loch entsteht. In der Hilfsschicht werden infolge deren Zersetzung und Verdampfung an den belichteten Stellen ebenfalls Löcher gebildet.
Wegen der notwendigen Aufheizung der Hilfsschicht durch das Laserlicht ergeben sich bei dickeren Hilfsschichten geringere Energieersparungen. Auch Hilfsschichten mit einer verhältnismäßig niedrigen Absorption des Laserlichtes ermöglichen weniger Energieersparnis als Hilfsschichten, die eine verhältnismäßig hohe Laserlichtabsorption aufweisen.
Die Absorption der Hilfsschicht läßt sich mit Hilfe des Gesetzes von Lambert Beer berechnen, das zwar für Lösungen von Farbstoffen gilt, mit welchen aber trotzdem in guter Annäherung die Festschichtabsorption der erfindungsgemäß ausgebildeten Hilfsschicht zu berechnen ist. Nach diesem Gesetz ist die optische Dichte (OD) gleich dem Produkt des molekularen Extinktionskoeffizienten (E), der Farbstoffkonzentration (c) in Mol/1, und der Dicke (d) in cm.
Gemäß einer Ausführungsform weist die Hilfsschicht eine Laserlichtabsorption von 20 bis 50% auf. Bei dieser Ausführungsform soll nicht so sehr Laserlichtenergie gespart werden, jedoch bietet sich die interessante Möglichkeit, den erfindungsgemäßen Aufzeichnungsträger über das Substrat in Reflexion auszulesen. Wenn der Aufzeichnungsträger über das Substrat ausgelesen wird, gibt es zwei Möglichkeiten, und zwar Auslesung in Durchsicht und Auslesung in Reflexion. Beim Auslesen in Durchsicht passiert das Abtastlaserlichtbündel, das naturgemäß viel weniger energiereich als das Einschreiblaserlichtbündel und z. B. um einen Faktor 10 schwächer ist, das Substrat und die in der Hilfsschicht und in der Aufzeichnungsschicht vorhandenen Löcher und wird auf der von dem Substrat abgekehrten Seite aufgefangen und in den Auslesegeräten verarbeitet. Beim Auslesen in Reflexion passiert das Abtastbündel das Substrat und die vorhandenen Teile der Hilfsschicht, wird an der Aufzeichnungsschicht reflektiert, passiert wieder die Hilfsschicht und das Substrat und wird auf der Seite des Substrats aufgefangen und weiter verarbeitet. Beim Auslesen in Reflexion wird der Vorteil erhalten, daß in den Aufzeichnungsgeräten weniger optische Elemente wie Objektive benötigt werden, weil das reflektierte Bündel zu einem großen Teil denselben Lichtweg, aber dann in umgekehrter Richtung, wie das Abtastbündel durchläuft.
Ein zweiter Vorteil ist der, daß Fehler infolge von Schwingungen in dem optischen System, wie Objektivschwingungen, teilweise ausgeglichen werden.
Bei der vorgenannten günstigen Ausführungsform wird noch genügend Laserlicht reflektiert, um in dem optischen System verarbeitet werden zu können. In der Regel wird dazu mindestens 20% und vorzugsweise mindestens 30% der Lichtmenge des Abtastbündels benötigt.
In einer weiteren Ausführungsform enthält die in den Aufzeichnungsträger nach der Erfindung verwendete Hilfsschicht einen organischen Farbstoff oder eine Lösung oder Dispersion eines organischen Farbstoffes in einem polymeren Bindemittel.
Eine derartige Hilfsschicht weist eine sehr geringe Wärmeleitfähigkeit auf, so daß die in der Hilfsschicht erzeugte Wärme infolge von Lichtabsorption auch optimal der Aufheizung der Schicht an den beiden belichteten Stellen zugute kommt. Der Abfluß von Wärme zu den nicht belichteten Stellen und zu der Umgebung wird dabei unterdrückt. In diesem Zusammenhang sei bemerkt, daß die aus einem anorganischen Material bestehende Antireflexionsschicht gemäß der DE-AS 25 14 678 eine beträchtlich höhere Wärmeleitfähigkeit aufweist.
Geeignete Farbstoffe sind z. B. Rhodamine, wie Rhodamin-B und Rhodamin-6G, Xanthene, wie Pyromin-B und Pyromin-G, Acridine, wie Acriflavin, Bisphenylmethanfarbstoffe, wie Auramin und Michler's Hydrol Blau, Triphenylmethanfarbstoffe, wie Malagit Grün und Crystal Violet, sowie Cyaninchromogenfarbstoffe, wie Monomethine, Trimethine und Pentamethine.
Geeignete polymere Bindemittel sind z. B. Cellulose, Polystrol, Polyester, Polyäther, Polyacrylat, Polymethylacrylat, Polycarbonat, Polyamid, Polyvinylalkohol, Polyvinylchlorid und Vinylchlorid/Vinylacetat- Kopolymere. Eine Hilfsschicht, die aus Farbstoff besteht, kann auf einfache Weise durch ein Aufdampfverfahren angebracht werden.
Eine Hilfsschicht, die eine Lösung oder Dispersion des Farbstoffes in einem polymeren Bindemittel enthält, kann durch an sich bekannte Verfahren auf dem Substrat angebracht werden. So kann eine Lösung des Bindemittels in einem geeigneten Lösungsmittel, wobei in dieser Lösung außerdem ein Farbstoff gelöst oder dispergiert ist, durch ein Guß-, Sprüh- oder Zentrifugierverfahren auf der Substratoberfläche angebracht werden, wonach das Lösungsmittel abgedampft werden kann. Ein geeignetes organisches Lösungsmittel ist z. B. Alkohol, wie Butanol, Glycol, Methylglycol, ein aromatischer Kohlenwasserstoff, wie Benzol, Toluol, ein Kreton, wie Aceton, Cyclohexanon, ein Ester, wie Butylacetat, und weiter Tetrahydrofuran und Dimethylformamid.
Unter einem Zentrifugierverfahren ist ein Verfahren zu verstehen, bei dem eine Menge der aufzubringenden Flüssigkeit zentral auf dem Substrat angebracht wird, wonach durch Drehung des Substrats die Flüssigkeit über die ganze Oberfläche gleichmäßig verteilt wird.
Als polymeres Bindemittel ist ein unter der Einwirkung von Strahlung polymerisierter Lack geeignet auf Basis von mit ultraviolettem Licht polymerisierbaren dünnflüssigen Gemischen von Mono-, Di-, Tri- oder Tetraestern von Acrylsäure. Dies trifft vor allem für mit ultraviolettem Licht härtbare lichtempfindliche Lacke zu, die 40 bis 90 Gew.-% eines Monoacrylats, 5 bis 50 Gew.-% eines Di-, Tri- oder Tetraacrylats sowie 0,5 bis 3 Gew.-% eines lichtempfindlichen Initiators enthalten.
Gut brauchbare Lacke bestehen aus einem Gemisch einer durch Strahlung verknüpfbaren Polyenverbindung, die pro Molekül zwei oder mehrere Aethylengruppen (-CH=CH-) enthält, und einer Polythiolverbindung, die pro Molekül zwei oder mehrere Thiolgruppen (-SH) enthält.
Polythiolverbindungen und Polyenverbindungen sind aus der Literatur allgemein bekannt und käuflich erhältlich. Es sei z. B. auf die USA-Patentschriften 36 97 395, 36 97 396, 36 97 397 und 40 08 341 verwiesen.
Eine Hilfsschicht, die durch Strahlung polymerisierte Stoffe enthält, weist den Vorteil auf, daß die Schicht mit Hilfe einer Matrize auf die Substratoberfläche aufgebracht werden kann. Dann ist die von dem Substrat abgekehrte Oberfläche der Hilfsschicht besonders gut definiert, so daß die auf dieser Oberfläche angebrachte Aufzeichnungsschicht ebenfalls eine definierte Struktur aufweist. Eine gut definierte Grenzfläche zwischen der Hilfsschicht und der Aufzeichnungsschicht, welche beim Einschreiben oder Auslesen von Information im Bereich der Tiefenschärfe des das Laserlicht fokussierenden Objektivs liegt, ist für eine hohe Qualität der Information von Bedeutung.
Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung enthält die Hilfsschicht außerdem einen endothermen Stoff. Bei Einstrahlung des Laserlichts wird sich, sobald in der Hilfsschicht die Zersetzungstemperatur des endothermen Stoffes erreicht ist, dieser Stoff unter Abgabe von Energie zersetzen. Die chemische Energie des endothermen Stoffes wird über die exotherme Zersetzungsreaktion in kalorische Energie (Wärme) und potentielle Energie (Druckaufbau) umgewandelt. Infolgedessen werden in der Aufzeichnungsschicht und der Hilfsschicht Löcher an den belichteten Stellen gebildet. Die insgesamt für die Aufzeichnung der Information, d. h. für die Bildung von Löchern in der Aufzeichnungsschicht, benötigte Energie stammt nur teilweise von dem Laser und wird zum übrigen Teil durch die exotherme Zersetzung des in der Hilfsschicht vorhandenen endothermen Stoffes geliefert. Die Einschreibenergie wird teilweise durch chemische Reaktionen geliefert. Damit kann eine zusätzliche Ersparnis von Laserenergie um 50% oder mehr erhalten werden. Die benötigte Laserenergiemenge ist gering und beträgt z. B. pro Bildpunkt 10⁸ bis 10-10 Joule, wobei der Bildpunkt einen Flächeninhalt von 1-3 µm² aufweist.
Die geringe Laserenergiemenge ermöglicht es, Laser mit verhältnismäßig geringer Leistung, wie z. B. Feststofflaser mit einer Leistung von 1 bis 10 mW, zu verwenden. Derartige Laser weisen im Vergleich zu den vielfach angewendeten Glaslasern viel kleinere Abmessungen und eine wesentlich einfachere Bauart auf. Die Feststofflaser lassen sich viel leichter einbauen und sind außerdem erheblich preiswerter.
Die Erfindung wird nachstehend an Hand einiger Ausführungsbeispiele und der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen
Fig. 1 einen Querschnitt durch einen Aufzeichnungsträger bevor eine Belichtung stattgefunden hat, und
Fig. 2 einen Querschnitt durch den Aufzeichnungsträger nach Fig. 1, nachdem Information eingeschrieben ist.
Ausführungsbeispiel 1
In Fig. 1 bezeichnet 1 eine 1 mm dicke Substratplatte aus Polymethylmethacrylat (Plexiglas), die mit einer Schicht 2 aus einem in Polyäther gelösten Farbstoff (Rhodamin-6G) versehen wird. Die Schicht 2 ist dadurch angebracht, daß 10 ml einer 0,8%igen Lösung des Polyäthers in Methanol mit 50 ml Rhodamin-6G gemischt, das Gemisch bis zur vollständigen Lösung des Farbstoffes geschüttelt und die erhaltene Lösung nach Filtrierung auf die Substratplatte gegossen wurde. Die Substratplatte 1, die mit der vorgenannten Lösung versehen ist, wird mit Hilfe einer Zentrifuge mit einer Geschwindigkeit von 1000 Umdrehungen/min gedreht, wobei die Farbstofflösung gleichmäßig über die Substratoberfläche verteilt wird. Nach Abdampfen des Lösungsmittels wurde die Schicht (oder der Film) 2 erhalten, die (der) eine Dicke von 0,13 µm und eine optische Dichte von 0,56 bei einer Wellenlänge von 530 nm aufweist.
Durch Belichtung mit einer Xenonlampe wurde die farbstoffhaltige Schicht 2 auf einem Teil der Oberfläche entfärbt. Die optische Dichte an den entfärbten Stellen beträgt 0,005 bei einer Wellenlänge von 530 nm.
Auf der Schicht 2 wurde durch Aufdampfen ein 0,04 µm dicker Wismutfilm 3 angebracht, wodurch man schließlich den in Fig. 1 dargestellten Aufzeichnungsträger erhält. Die obenerwähnte Entfärbung diente lediglich dazu, Versuche anzustellen, wie nachstehend beschrieben wird.
Im erfindungsgemäßen Aufzeichnungsträger sind normalerweise keine entfärbten Stellen vorhanden.
Der beschriebene Aufzeichnungsträger wurde über das Substrat mit Laserlicht (λ=530 nm) pulsierend (Impulsdauer 500 ns) in der mit Pfeilen 4 angegebenen Richtung belichtet. Es hat sich herausgestellt, daß an den entfärbten Stellen eine Laserlichtleistung von 4,2 mW nötig war, um in der Wismutschicht 3 und der darunterliegenden Farbstoffschicht 2 ein Loch mit einem Durchmesser von 1 µm zu bilden. An den nicht entfärbten Stellen ist 3,2 mW erforderlich, um ein Loch mit denselben Abmessungen zu bilden. Durch Anwendung einer farbstoffhaltigen Schicht 2 wird eine Energieersparung von 24% erhalten.
Nach Belichtung wird die in Fig. 2 dargestellte Situation erreicht. In Fig. 2 sind für dieselben Teile dieselben Bezugsziffern wie in Fig. 1 angewandt. Mit 5 wird das in der Wismutschicht 3 und der Hilfsschicht 2 gebildete Loch mit einem Durchmesser von 1 µm bezeichnet.
Ausführungsbeispiel 2
Auf gleiche Weise wie im obenstehenden Ausführungsbeispiel wurde eine 1 mm dicke Platte 1 (Fig. 1) aus Polymethylmethacrylat auf einer Seite mit einer Hilfsschicht 2 versehen, die Rhodamin-6G, in Polyäther gelöst, enthielt. Die Dicke der Hilfsschicht betrug 0,06 µm bei einer optischen Dichte von 0,53. Ein Teil der Oberfläche der Hilfsschicht wird mit Hilfe einer Xenonlampe entfärbt. An den entfärbten Stellen beträgt die optische Dichte 0,002 bei einer Wellenlänge von 530 nm. Auf der Hilfsschicht wird durch ein Aufdampfverfahren ein 0,04 µm dicker Wismutfilm 3 (Fig. 1) angebracht, wonach das erhaltene Element über das Substrat pulsierend mit Laserlicht belichtet wurde. Die Impulsdauer betrug 500 ns. Die Wellenlänge des Laserlichtes war 530 nm. Es wurde gefunden, daß an den entfärbten Stellen eine Laserleistung von 4,0 mW nötig war, um ein Loch 5 (Fig. 2) mit einem Durchmesser von 1 µm in den Schichten 2 und 3 zu bilden. Für die gefärbten Stellen war 2,7 mW erforderlich, so daß sich eine Energieersparnis von 23% ergab.

Claims (10)

1. Aufzeichnungsträger mit einer optische Strahlung teilweise reflektierenden Aufzeichnungsschicht, welche über eine Hilfsschicht auf ein optisch transparentes Substrat aufgebracht ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfsschicht eine einen Farbstoff enthaltende und Energie des Laserstrahlbündels absorbierende Schicht (2) ist, welche eine Laserlichtabsorption von 20 bis 80% aufweist.
2. Aufzeichnungsträger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfsschicht eine Höchstdicke von 0,25 µm aufweist.
3. Aufzeichnungsträger nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfsschicht eine Laserlichtabsorption von 20 bis 50% aufweist.
4. Aufzeichnungsträger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfsschicht einen organischen Farbstoff oder eine Lösung oder Dispersion eines organischen Farbstoffes in einem polymeren Bindemittel enthält.
5. Aufzeichnungsträger nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das polymere Bindemittel ein durch Strahlung polymerisierter Lack auf Basis strahlungsempfindlicher Monomere und/oder Oligomere ist, in dem ein Farbstoff gelöst oder fein verteilt ist.
6. Aufzeichnungsträger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfsschicht einen endothermen Stoff enthält.
7. Aufzeichnungsträger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufzeichnungsschicht aus Metall oder einer Metallegierung besteht.
8. Aufzeichnungsträger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufzeichnungsschicht aus Bi, Te, Ind, Sn, Cu, Al, Pt, Au, Rh, As, Sb, Ge, Se, Ga, Cd, Tl oder Amalgam besteht.
9. Aufzeichnungsträger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der Aufzeichnungsschicht 0,01 bis 0,1 µm beträgt.
10. Aufzeichnungsträger nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufzeichnungsschicht mit einer Schutzschicht versehen ist.
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