Способ изготовления носителя для записи информации - RU2191695C2

Чертежи

Описание

Настоящее изобретение касается способа изготовления сформованных дисков для использования в носителях для записи оптической информации. В частности, данное изобретение касается использования некоторых акриловых полимеров для получения двухсторонних носителей оптической информации, также известных под названием цифровых видеодисков.

Полимеры в качестве носителей для записи оптической информации стали средой, на которой размещается информация. На рынке компакт-дисков доминирующее положение занимает поликарбонат, тогда как акриловые полимеры на основе полимеров метилметакрилата доминируют на рынке видеодисков, считываемых лазером.

Двухсторонние носители оптической информации (также называемые цифровыми видеодисками, цифровыми универсальными дисками, "DVD", "DVD-ROM", "DVD-RAM" или "DVD-R") хранят больше информации по сравнению с компакт-дисками. Базисным элементом для компакт-дисков является одиночный сформованный диск, имеющий металлическое наружное покрытие на одной стороне, тогда как конечный сборочный элемент DVD является двухсторонним (два диска). Вследствие того, что DVD хранят намного больше информации по сравнению с компакт-дисками, DVD требуют прецизионного копирования глубины и размеров бороздок на наружном покрытии формы-шаблона в ходе формования отдельных дисков.

Для того чтобы изготовить DVD, для которых информация может кодироваться и считываться с малой частотой появления ошибок, должен осуществляться контроль над несколькими переменными величинами. Тщательно должна контролироваться чистота исходного полимера для формования вследствие того, что примеси могут оказать отрицательное влияние на считывание кодированных данных. Полимер для формования должен в достаточной мере обладать текучестью для того, чтобы надлежащим образом заполнить форму. Полимер для формования должен обладать способностью точного воспроизведения глубин и размеров бороздок с минимальной деформацией в окрестности бороздки. Полимер для формования, который точно не воспроизводит глубин и размеров, будет давать увеличенное количество ошибок при считывании кодированных данных.

Двулучепреломление сформованного диска должно быть сведено к минимуму для высококачественных дисков, и его можно контролировать, не допуская создания напряжений в диске при его формовании. Двулучепреломление представляет собой меру оптического запаздывания вследствие малых неоднородностей в составе диска, приводящих к появлению небольших, но существенных различий в показателе преломления. Небольшие неоднородности часто являются следствием ориентации полимера, которая возникает в результате литьевого формования. Показатели двулучепреломления, отличающиеся от ноля на величину, превышающую 50 нм, неприемлемы. Двулучепреломление приводит к потере интенсивности сигнала и поэтому к увеличенному количеству ошибок при считывании кодированных данных.

Двулучепреломление представляет собой проблему для поликарбонатных дисков вследствие того, что высокий коэффициент оптической чувствительности по напряжениям и низкая текучесть поликарбоната затрудняют формование дисков с низкими показателями двулучепреломления. Низкий коэффициент оптической чувствительности по напряжениям и высокая текучесть акриловых полимеров в общем случае дают в результате значительно меньшее двулучепреломление и обеспечивают лучшее воспроизведение наружного покрытия формы-шаблона.

Диски, изготовленные из акриловых полимеров, характеризуются меньшей выносливостью по сравнению с дисками из поликарбоната, они склонны разрушаться и подвержены короблению. Решение проблемы разрушения и коробления заключается в увеличении молекулярной массы использованного акрилового полимера. Однако, по мере того, как молекулярная масса акрилового полимера будет увеличиваться, будет уменьшаться его текучесть. Уменьшение текучести полимера уменьшает способность полимера надлежащим образом заполнять форму и поэтому точно копировать глубину и размеры бороздок на наружном покрытии формы-шаблона. В результате этого получается диск, который характеризуется большей частотой появления ошибок при считывании кодированных данных.

В патентной заявке Японии 08-132496 раскрыт способ формования оптических дисков со специфическим контролем температуры расплава и формы и контролем удельного давления формования в ходе двухстадийной процедуры. Эта заявка не описывает конкретных составов и молекулярных масс использованных акриловых полимеров за исключением указания широкого перечня комбинаций мономеров и диапазона молекулярных масс для сополимера, имеющего не более чем 80% полимеризованных звеньев метилметакрилата, и указания в качестве примера сополимера метилметакрилата, содержащего 10 вес.% метилакрилата. Температуры стеклования полимеров, описанные в данной заявке, будут меньше, чем 100^oС. Такие температуры стеклования недостаточно высоки для создания акрилового полимера, который бы в достаточной мере был устойчив к разрушению и короблению. В данной заявке принимается, что состав и молекулярная масса имеют меньшее значение по сравнению с конкретными условиями формования.

В патенте Японии 85-045649 В2 раскрыт носитель для записи оптической информации, содержащий сополимер метилметакрилата и этилакрилата, имеющий конкретный состав и характеристическую вязкость. Полимеры, описанные в патенте, имеют характеристическую вязкость в пределах диапазона с границами от величины, большей, чем 0,4 дл/г, или равной ей, до величины, меньшей, чем 0,62 дл/г, или равной ей, как определяется формулой 0,4≤у≤(1/45)х+0,334, где "у" представляет собой характеристическую вязкость, а "х" представляет собой весовой процент этилакрилата в полимере. Весовой процент этилакрилата в сополимере может варьироваться от 3 до 13. В патенте фокусируется внимание на текучести полимера, но не предлагается акрилового полимера, который также обладал бы стойкостью к разрушению.

В патентной заявке Японии 09-48827 А раскрыты сополимеры метилметакрилата, содержащие 3-10 вес.% (С₁-С₈)алкилакрилата. Способ не применим к гомополимеру или сополимерам метилметакрилата, содержащим менее чем 3 вес.% акрилата низшего алкила.

Поэтому продолжает существовать потребность в разработке акриловых полимеров, пригодных для изготовления двухсторонних носителей оптической информации, которые обладали бы стойкостью к разрушению и короблению, но все еще имели бы достаточную текучесть, чтобы они точно воспроизводили глубину и размеры бороздок на наружном покрытии формы-шаблона и могли бы быть сформованы за очень короткое время цикла в форме.

Настоящее изобретение касается цифрового видеодиска, содержащего носитель для записи оптической информации, содержащий гомополимер или сополимер метилметакрилата, содержащий до 4 вес.% сополимеризованного акрилата алкила C₁-C₄, причем молекулярная масса гомополимера или сополимера находится в диапазоне от 90000 до 160000, и гомополимер или сополимер имеет температуру стеклования Т в диапазоне от 100^oС до 115^oС.

В предпочтительном варианте используется гомополимер или сополимер метилметакрилата, содержащий до 3 вес.% (сополимеризованного акрилата алкила C₁-C₄.

В предпочтительном варианте используется сополимер метилметакрилата и от 0,5 до 3 вес.% акрилата алкила C₁-C₄, причем акрилатом алкила C₁ -C₄ может являться этилакрилат.

Носитель видеодиска может содержать сополимер метилметакрилата и до 5 вес. % этилакрилата, причем молекулярная масса сополимера находится в диапазоне от 90000 до 160000, и сополимер имеет температуру стеклования Т в диапазоне от 100^oС до 115^oС, при этом сополимер содержит 97 вес.% метилметакрилата и 3 вес.% этилакрилата. Средневесовая молекулярная масса полимера диска находится в диапазоне от 90000 до 115000, а полимер имеет температуру стеклования Т в диапазоне от 105^oС до 115^o С.

При изготовлении диска на него наносится покрытие из алюминия, алюминиевого сплава или золота.

Настоящее изобретение касается также способа получения носителя для записи оптической информации как компонента цифрового видеодиска, причем носитель для записи оптической информации содержит гомополимер или сополимер метилметакрилата, содержащий не более чем 4 вес.% сополимеризованнного акрилата низшего алкила, причем молекулярная масса гомополимера или сополимера находится в диапазоне от 90000 до 160000, и гомополимер или сополимер имеют температуру стеклования Т в диапазоне от 100^oС до 115^oС.

Настоящее изобретение касается способа получения диска для использования в качестве носителя оптической информации, характеризующегося тем, что включает следующие шаги:
(A) пластикацию гомополимера или сополимера метилметакрилата, содержащего не более чем 4 вес.% сополимеризованного акрилата алкила C₁-C₄ или до 5 вес.% сополимеризованного этилакрилата, причем средневесовая молекулярная масса гомополимера или сополимера находится в диапазоне от 90000 до 160000, и гомополимер или сополимер имеют температуру стеклования Т в диапазоне от 100^oС до 115^oС, в цилиндре литьевой машины при температуре, по меньшей мере, равной 270^oС.

(B) впрыскивание пластицированого гомополимера или сополимера в форму для литьевого формования при температуре формы меньше 80^oС для образования сформованного диска, имеющего дискретные бороздки, и
(C) изъятие сформованного диска в подходящем случае в течение времени цикла, равного 6 с или менее.

Стадию (А) проводят при температуре в диапазоне от 280^oС до 330^oС, а температуру формы на стадии (В) поддерживают в пределах от 55^oС до 75^oС.

Предпочтительно стадию (А) проводят при температуре в диапазоне от 295^oС до 320^oС.

Способ дополнительно включает стадии нанесения покрытия из металла на первый сформованный диск и приклеивания второго сформованного диска к первому сформованному диску при помощи клеевого состава, при этом металл выбирают из алюминия, алюминиевых сплавов или золота.

Покрытие на первый сформованный диск наносят из металла методом напыления.

Следующие далее термины имеют следующие значения.

Термин "молекулярная масса" обозначает "средневесовую молекулярную массу", сокращенно "ММ". Молекулярная масса оценивается в результате общепринятых способов гель-проникающей хроматографии при использовании полиметилметакрилатных стандартов для калибрования. "Низший алкил" обозначает линейный или разветвленный алкил C₁-C₄, такой, как метил, этил, н-пропил, изо-пропил, н-бутил и изо-бутил. "Наклон" представляет собой меру измерения плоскопараллельности, полученной для собранного двухстороннего носителя оптической информации в результате определения углового отклонения падающего светового луча. Значения наклона, меньшие, чем 0,30^o в радиальном направлении, и меньше, чем 0,15^o в тангенциальном направлении, рассматриваются как приемлемые.

Термины "полимер" и "сополимер" используются взаимозаменяемо, и первый термин включает второй термин. Термин "акриловый" полимер обозначает полимер, произведенный из акрилатных или метакрилатных мономеров или обоих сразу, таких, как метилакрилат, метилметакрилат, этилакрилат и бутилакрилат.

Все количества представляют собой весовые проценты ("вес.%"), если не указано другого, и все диапазоны для вес.% включают границы диапазонов. Сокращения имеют следующие значения: Т - температура стеклования; "нм" - нанометр, "мм" - миллиметр; "дл" - децилитр; "г" - грамм; "ММА" - метилметакрилат; "ЕА" - этилакрилат, "MAC" - микроскопия атомных сил.

Двулучепреломление измеряется в терминах фазового сдвига между компонентами х и у для света при прохождении через детали с толщиной 0,6 мм, и оно выражается в нанометрах.

Полимеры, пригодные для настоящего изобретения, имеют достаточно высокую молекулярную массу и Т такую, что получаемые в результате литьевого формования диски оказываются стойкими к разрушению и короблению. Предпочтительно, чтобы композиция акрилового полимера была бы сополимером метакрилата и акрилата низшего алкила. Сополимеризованный алкилакрилат предпочтительно является метилакрилатом или этилакрилатом.

Если акриловым полимером является сополимер метилметакрилата и акрилата низшего алкила, количество акрилата низшего алкила доходит до 6 вес.%, исходя из полного веса мономеров. Предпочтительно, чтобы количество акрилата низшего алкила находилась бы в пределах от 0,5 до 5 вес.%, исходя из полного веса мономеров. Наиболее предпочтительно, чтобы количество акрилата низшего алкила находилось бы в пределах от 1 до 4 вес.%, исходя из полного веса мономеров. В особенности предпочтительно, чтобы акриловыми полимерами являлись бы гомополимер метилметакрилата и сополимер 97 вес.% ММА/3 вес.% ЕА.

Молекулярная масса гомополимера или сополимера находится в диапазоне от 90000 до 160000. Предпочтительные молекулярные массы в общем случае находятся в диапазоне от 90000 до 135000, а наиболее предпочтительные в общем случае находятся в диапазоне от 90000 до 115000. Характеристические вязкости данных полимеров в общем случае превышают 0,46 дл/г.

Акриловые полимеры, пригодные для настоящего изобретения, имеют диапазон Т в общем случае от 100^oС до 115^oС. В общем случае Т в диапазоне от 105^oС до 115^oС являются предпочтительными.

В общем случае акриловым сополимером является статистический сополимер. Акриловые полимеры настоящего изобретения и их получение известны на современном уровне техники, например, из патента США 5549941.

Диски настоящего изобретения получают способом литьевого формования, который включает способ, известный как литьевое прессование. Диски получают в результате процедуры, при которой форму, имеющую вкладыш, содержащий кодированную информацию, также известный как матрица, заполняют расплавленным полимером и после этого форму прессуют перед удалением охлажденного сформованного изделия. Известно, что данный способ обладает преимуществами, которые заключаются в получении деталей без внутренних напряжений, таким образом, диски, изготовленные данным способом, характеризуются меньшей степенью двулучепреломления.

Форма, глубина и интервалы бороздок и канавок записи, сформованные на дисках, имеют значение для количества и качества информации, содержащейся на диске и считываемой лазером. Хорошо оформленные бороздки с надлежащей глубиной позволяют уменьшить количество ошибок при считывании по сравнению с более мелкими бороздками. Для определения глубины бороздки и степени "плоскопараллельности" в окрестности бороздки могут быть использованы такие способы, как электронная микроскопия и измерения атомных сил. "Наклон" связан с величиной количества ошибок, возникающих в результате угловых отклонений отраженного лазерного луча вследствие нарушения плоскопараллельности диска. Высокие значения наклона оказывают отрицательное влияние на хорошее детектирование сигнала и могут привести к возникновению вибрации при вращении диска. Высокие значения обычно являются следствием напряжений внутри сформованных дисков, поэтому желательны более низкие значения наклона.

Диски, полученные из акриловых полимеров, пригодных для настоящего изобретения, не только обладают стойкостью в отношении разрушения и коробления, но также имеют и низкие значения наклона. Акриловые полимеры, пригодные для настоящего изобретения, вследствие их более высоких молекулярных масс и Т требуют специальных условий переработки для обеспечения достаточной текучести для того, чтобы акриловые полимеры прецизионно воспроизводили бы глубины и размеры бороздок на наружном покрытии диска-шаблона. Данные условия переработки получаются в настоящем изобретении без разложения акрилового полимера. Если акриловый полимер будет разлагаться, получаемые в результате литьевого формования диски будут содержать пузырьки, участки обугливания и изменения окраски, что сделает диск непригодным в качестве носителя для записи оптической информации.

Температура цилиндра при впрыскивании, равная, по меньшей мере, 270^oС, необходима для того, чтобы акриловые полимеры настоящего изобретения имели бы достаточную текучесть. Предпочтительна температура цилиндра при впрыскивании в пределах от 280^oС до 330^oС. Наиболее предпочтительна температура в пределах от 295^oС до 320^oС. Предпочитается, чтобы температура формы находилась бы в диапазоне от 55^oС до 75^oС. Наиболее предпочтительно, чтобы температура формы находилась бы в диапазоне от 55^oС до 65^oС.

Время цикла в форме представляет собой время, в течение которого впрыснутый расплавленный полимер будет оставаться в форме. Способ получения дисков литьевым формованием использует время цикла в форме, равное 6 с или менее. Более длительные времена цикла в форме могут быть использованы, но при увеличенных производственных затратах.

В предпочтительном аспекте вышеупомянутого способа время цикла формования включает время на заполнение формы меньшее, чем 0,1 с. В особенно предпочтительном варианте способ формования представляет собой литьевое прессование, а форму заполняют через кольцевое литниковое отверстие таким образом, чтобы полимер распределялся бы радиально по всем участкам формы.

Предпочитается, чтобы диски, полученные литьевым формованием, имели бы толщину в пределах от 0,3 мм до 1,2 мм. В особенности предпочтителен диск, полученный литьевым формованием, имеющий толщину, равную 0,6 мм.

Акриловые полимеры, пригодные для настоящего изобретения, могут быть сформованы в диски, которые имеют показатели двулучепреломления, меньшие, чем 30 нм. Предпочитается, чтобы диск, полученный литьевым формованием, характеризовался бы показателями двулучепреломления, меньшими, чем 10 нм.

Диск, получаемый настоящим способом, может быть преобразован в соответствующий носитель для записи оптической информации известными способами. Двухсторонние диски обычно собираются путем нанесения покрытия из металла на первый сформованный диск таким способом, как напыление, и приклеивания второго сформованного диска к первому диску при помощи клеевого состава. Необязательно, но на первый сформованный диск после нанесения покрытия из металла и перед объединением со вторым диском может быть нанесено предохранительное покрытие, такое, как лак. Подходящие металлы включают, но не ограничиваются только этим: алюминий, алюминиевые сплавы и золото. Подходящие клеевые составы включают, но не ограничиваются только этим: термоплавкий безрастворный клей, термоотверждаемый клей и радиационно отверждаемый клей.

Носители для записи оптической информации, соответствующие настоящему изобретению, пригодны для любого приложения, в котором может быть использован двухсторонний диск. Подходящие приложения включают, но не ограничиваются только этим: DVD, оптические компьютерные диски для хранения информации (DVD-ROM) и диски для записи музыки.

Следующие далее примеры предназначаются для иллюстрации дополнительных различных аспектов настоящего изобретения.

Акриловые гомополимер и сополимеры, использованные в следующих далее примерах, были получены в соответствии с патентом США 5549941, пример 1А за исключением того, что были изменены соотношения ММА/ЕА, и контролировали молекулярную массу для того, чтобы получить композиции, приведенные в таблице 1. Для оптических применений чрезвычайное внимание должно быть уделено чистоте исходных материалов и оборудования, в том числе и соответствующих фильтрующих приспособлений, где они необходимы.

Составы сополимера описываются общепринятой номенклатурой, такой, как 94 ММА/6 ЕА, где число представляет собой вес.% указанного мономера, из которого был получен полимер, такой, как 94 вес.% метилметакрилата; знак "/" просто разделяет описательные термины.

Пример 1
Способом, описанным в патенте США 5549941, были получены полимеры, представленные в таблице 1.

Пример 2
Диски были получены в результате литьевого прессования композиции образца А (94 ММА/6 ЕА) и сравнительного образца (92 ММА/8 ЕА) из примера 1 на литьевой машине Nissei. Диски были сформованы при температуре цилиндра при впрыскивании, равной 270^oС. Длительность впрыскивания составляла обычно 0,09 с, а полное время цикла находилось в диапазоне от 4,5 до 5,5 с. Качество поверхности сформованных дисков определялось при использовании MAC. Также была определена частота появления ошибки считывания данных, закодированных на каждом диске. Частота появления ошибки для данных представляет собой ошибочное считывание при считывании машиной. Более низкая величина ошибочного считывания свидетельствует о меньшей степени помех от нежелательных дефектов при воспроизведении данных (то есть, о лучшем диске). Данные результаты приведены в таблице 2.

Качество поверхности дисков, изготовленных при использовании композиции образца А, было в диапазоне от хорошего до очень хорошего, в то время как качество поверхности дисков, изготовленных с использованием сравнительной композиции, было плохим. Данные также свидетельствуют о том, что частота появления ошибки для данных для сравнительных дисков была очень большой (>45), так что данные, закодированные на дисках, были нечитаемые. Для дисков, изготовленных при использовании композиции настоящего изобретения (образец 1), частота появления ошибки для данных была <1. Таким образом, были получены диски, которые читались легко. Приведенные выше данные демонстрируют, что полимеры метилметакрилата, имеющие Т, по меньшей мере, равную 100^oС, позволяют получить сформованные диски, имеющие очень хорошее качество поверхности, и которые легко читаются.

Пример 3
Диски были получены в соответствии с примером 2 из композиции образца А (из примера 1) при температуре цилиндра при впрыскивании, равной или 260^oС, или 270^oС. Качество поверхности сформованных дисков было определено при использовании MAC. Также была определена частота появления ошибки для считывания данных, закодированных на каждом диске. Данные результаты представлены в таблице 3.

Качество поверхности дисков, изготовленных при 270^oС, было очень хорошим, и частота появления ошибки для данных была также очень хорошей, причем данные, закодированные на дисках, легко считываются. В сравнении с этим качество поверхности для дисков, изготовленных при 260^oС, было плохим, и частота появления ошибки для данных была также плохой, в результате получаются нечитаемые диски.

Если диски были сформованы в соответствии с примером 2 при использовании композиции образца В (из примера 1) при температуре цилиндра при впрыскивании, равной 340^oС, имело место существенное разложение образца 2. Однако, использование температуры цилиндра при впрыскивании, равной 320^oС, приводило к получению читаемых дисков без заметного разложения полимера (таблица 4).

Пример 4
Диски были получены в соответствии с примером 2 из композиций образца А и образца С (из примера 1) при использовании температуры цилиндра при впрыскивании, равной 280^oС. Качество поверхности для дисков, изготовленных из обеих композиций, определенное согласно методу MAC, было очень хорошим, и частота появления ошибки для данных была также хорошей. Величины углового отклонения светового луча для дисков, изготовленных из образца С, были меньше в сравнении с величинами для дисков, изготовленных из образца А (таблица 5).

Меньшие значения углового отклонения светового луча для образца С свидетельствуют о том, что диски, сформованные из композиции образца С, характеризуются большей степенью плоскопараллельности по сравнению с дисками, сформованными из композиции образца А.

Реферат

Изобретение касается способа изготовления сформованных дисков для использования в носителях для записи оптической информации и цифрового видеодиска, содержащего носители для записи оптической информации, получаемых данным способом. Способ включает стадии пластикации гомополимера или сополимера метилметакрилата, впрыскивания пластицированного гомополимера или сополимера в форму с образованием диска и вынимания сформованного диска в течение очень короткого времени цикла. Изобретение обеспечивает получение дисков хорошего качества, которые в особенности пригодны для использования в носителях для записи оптической информации. 3 с. и 13 з.п. ф-лы, 5 табл.

Формула