通过压刻记录层生产带有 多个发光记录层的光学记录介质的方法 本发明涉及CD-ROM-、WORM-、WER-级多层光盘的生产技术。更具体地说，它涉及的是通过使用由与接触石版印刷类似的技术生产的带凸纹的主盘复制多层光盘的方法，以及在其表面上和微凹腔(凹坑或凹槽)中具有各种湿润性质的带凸纹的主盘，及用于实施所述方法的信息发光介质的液体光敏组分。
本发明方法具有能够生产多色盘、并因而增大盘的信息容量几倍(近似地，乘以等于在多色盘中所利用的色度分量数量的倍数)的优点。
参考资料
美国和其他国外文件 3，946，367 3/1976 4，219，704 8/1980 4，450，553 5/1984 4，905，215 2/1990 4，908，813 3/190 5，063，556 11/1991 5，202，875 4/1993 5，251，198 10/1993 5，255，262 10/1993 5，373，499 3/1995 5，381，401 1/1995 5，408，453 4/1995 5，468，324 11/1995 5，526，338 6/1996 5，540，966 7/1996 5，555，537 /1996 5，669，995 9/1997 4，451，914 /1984 4，829，505 /1989 4，908，813 /1990 5，134，604 /1992 5，175，720 /1992 5，218，599 /1992 5，220，556 /1993 5，285，974 /1993 5，513，170 /1996 5，511，057 /1996 5，526，336 /1996 5，526，338 /1996 1078060 5/1980 加拿大352/32 0461956 12/1991欧洲专利局G11B 7/00 60-202545 10/1985 日本G11B 7/00 62-271236 11/1987 日本G11B 7/14 63-276732 11/1987 日本G11B 13/00 63-3116548 5/1987 日本G11B 7/09
其他出版物
1.N.K.Arter等，“Optical Disc Family(光盘族)”，IBM TechnicalDisclosulre Bulletion(IBM技术公开报)，30,N2,p.667,1987年。
2.S.Brown,“The decade of the CD(CD十年)”，San Jose MercuryNews,30,p.8,1994年1月9日。
3.Y.Okino等，“Developments in fabrication of optical discs(光盘结构的发展)”，Optical Disc Technology(光盘技术)，p.236,1982年。
4.S.Horigome,“Novel stamper process for optical disc(用于光盘的新颖模压过程)”，Optical Storage Technology(光学存储技术)，p.121,1988年。
多层荧光光盘由于当在其上记录信息时达到高计算密度、以及以高收缩(high contract)和信噪比检索信息的可能性能被广泛使用。
为此目地，希望把发光信息介质仅定位在CD-ROM的凹坑中或CD-WORM或CD-WER的预记录凹槽中。在本发明中，通过使用石版印刷技术、或特定类型的原始主盘解决该问题。
借助于在用于聚碳酸酯基CD的标准中所定义的分辨率使用接触石版印刷来记录元素相当困难，因为在光掩模与盘表面之间必须提供小于0.2μ的空隙。盘表面具有几微米量级的粗糙度；况且，盘厚度能逐渐变化数十微米。结果，不可能把盘在整个表面上均匀地压制到光掩模上。
借助于带有自适应光学投影机的现代石版印刷装置，有可能产生需要的记录元素，但仅不能在非常大的盘表面上；另外，当记录每个区域时必须分别调节投影机光学系统，而这需要大量时间，并且产生关于记录在这些区域的边界处的问题。此外，这些装置非常昂贵。
图1是作为本发明第一实施例的多层光学荧光盘的部分剖视图(在曝光之后除去(洗掉)覆盖光掩模平表面的信息发光介质(下文称作ILM)层时的情况下)。
图2与图1相同，但在ILM层没有除去并且不包含光化学惰性发光材料时。
图3是用于单层光盘的复制的主盘的示意图。
图4是作为本发明第二实施例的主盘的示意图。
在本发明的一个实施例中，主盘不以带有凹坑或预记录凹槽的单片固体金属盘的形式制成，但制成为形成在透明基底上的金属涂敷光掩模，并且通过使用用来形成凹坑或预记录凹槽的石版印刷方法。
Ⅰ．薄信息层的生产方法
方法的本质包括把信息层直接涂敷在光掩模上，在通过金属曝光(1)或不用曝光(2)之后，以后从光掩模上除去。这能够避免元素图象的与衍射有关的扩散和他们在表面上的非均匀性，这些在接触石版印刷中是固有的，并且通过由其表面的粗糙度或压下时的非均匀性造成在光掩模与光敏抗蚀剂之间的间隙引起。信息层的涂敷能通过各种方法进行，包括旋转涂敷。
作为信息层，能使用如下系统：
1．在光敏组分中的荧光颜料(光敏聚合物、低聚物、单体)。当暴露于UV辐射时，聚合仅发生在凹坑(凹槽)中，然后通过借助于适当溶剂洗掉他们除去非聚合点。
2．带有感光颜料的低分子聚合物的混合物。作为感光颜料，可以使用如下物质：
a)若丹明的内酰胺[2]和内酯及其他有机颜料[3]。当暴露于λ1波长的辐射时，他们转到在λ2波长下吸收辐射且在λ3波长上发射荧光射线的着色结构；
b)通过UV辐射附着到聚合物分子上的、工业制造的光亲合荧光标签，例如，诸如瀑布蓝和荧虾黄AB等之类的颜料叠氮化物[4]，这些能固定到明胶的氨基上或包含这些基的其他聚合物上等等，以后洗掉非固定的颜料分子。
因此，把信息层直接涂敷到光掩模上能够实现记录元素尺寸的最小化和盘信息容量的增大；另外，曝光的简单过程降低了成品盘的成本。
1．用光掩模法生产信息层
当把信息元素的图象从光掩模转换到信息层中时，非常重要的是，这样做而不改变其尺寸和位置。我们提出使用“深”光掩模避免与在光掩模孔上的光衍射有关的失真。“深”光掩模的厚度由多种情况确定。
当涂敷时，聚合物将填充光掩模表面上没有金属的那些点，并且从上方浇铸成一个薄层，因而填充在所有的盘表面中。当从下面曝光时，只有设置在凹坑内的聚合物转成着色形式。当使用具有正确选择组分的光掩模时，能使在曝光波长λ1下在信息层3(图2)的材料中的吸收辐射深度近似等于金属厚度。结果，有可能避免衍射的影响，并因此减小凹坑尺寸。
为了把信息层的厚度增大到可能的最大程度，增大深度(与标准的相比)是必需的。它能够分别在保持相同光吸收量、和在凹坑中颜料分子数量(光色)的条件下实现：(a)减小在读期间由激光辐射引起的发热，因为在较大体积中的感光分子的浓度较低；和(b)降低这些分子聚集的概率。
对于典型的消光系数(ε)必需吸收10％入射辐射(在线性范围内)的颜料浓度由公式C=-(1/εd)lgT计算，其中T指示透射比。在具有d=0.1μ和d=0.5μ深度的凹坑中需要吸收10％读辐射的颜料浓度对读辐射波长下消光系数的依赖程度在表1中给出。
表1ε(1/mole cm)104 2×104 5×104 105 d=0.1μ0.458 0.228 0.0915 0.046 d=0.5μ0.0915 0.0456 0.0183 0.0092
对于等于500的颜料分子质量，在凹坑中颜料必须由22.9至2.29百分比(体积)构成。
如果光掩模初始借助于其厚度然后通过电镀加大的薄金属层制成，则能提供没有分辨率损失的给定金属厚度(光掩模深度)。
2．通过掩模生产信息层
提出了使用一种主盘，该主盘如此制成，从而凹坑底部由信息层的聚合物适当地湿润，并且盘的表面不湿润；另外，为了改进湿润性，相对于聚合物具有良好湿润性的特定子层可以涂敷到凹坑的底部上。在这种情况下，作为用于信息层的材料，使用具有荧光颜料添加剂的聚合物。通过这样做，这种聚合物的溶液将仅填充在孔(凹坑)中。为了使凹坑的填充更容易和保证在凹坑之间的空隙不会由包含颜料的聚合物覆盖的目的，可以生产主盘，从而主盘的基本质量由相对于颜料包含聚合物的溶液呈现良好湿润性的材料组成，并且上部薄层不表现出湿润性(见图4)。如图4中所示，该层可以具有等于需要凹坑深度的厚度，即当生产主盘时，仅刻蚀薄层，并且主盘的基底不经受刻蚀，但该层也可以大体上比需要凹坑深度薄，刻蚀到已经在主盘基底的材料中的需要深度。在任何情况下，当生产凹坑时，在薄层中刻蚀通孔。该薄层由呈现与主盘基本质量的材料具有良好粘着的材料制成，但不能由聚合物溶液湿润。在抖去、吹去、或吸去其上涂敷带有颜料的聚合物溶液的盘表面之后，溶液滴将仅保留在主盘的孔(凹坑)中，并且表面的其余部分不包含具有颜料的聚合物溶液。
在干燥而不完全除去溶剂的轨迹之后，填充凹坑的包含颜料的聚合物膜的硬岛将仍然保持与凹坑底部的足够粘着力。
Ⅲ．通过把薄多层信息结构彼此顺序粘结产生光盘
在由上述方法生产的信息层上，涂敷5-100μm厚度且由纯聚合物制成的分离层、或带有能够吸收UV辐射的物质的聚合物。这种物质可能是需要的，以便保护颜料免受暴露于UV辐射而脱色，UV辐射用来硬化光聚合物胶。例如通过使用离心机，把胶涂敷到分离层的表面上一个薄层。然后，借助于涂敷的胶，把生成的多层结构粘结到在以前涂敷的多层信息结构上面的机械基底上；作为机械基底，可以使用聚碳酸酯盘。
生产多层光学荧光盘的光电法(借助于感光颜料的例子)：
1．在UV和可见光谱段中呈现透明性的、具有折射率n2和厚度d2的、及在干燥期间相对于光掩模失去其粘着性质的中间子层2，涂敷到由在UV和可见光谱区域透明的材料制成的光掩模上，信息以螺旋轨迹的形式记录。该层可能变成多余的，条件是直接涂敷在光掩模上的信息层的粘着性能由于各种类型干燥造成的变化是足够的，并且能够进行该层的处理，而直到最后干燥和借助于以前信息和分离层粘结到携带聚碳酸酯上的时刻，它不会从光掩模上剥离。
2．在该层2上，以原始形式涂敷具有折射率n3和厚度d3的、且当暴露于波长λ1上的辐射时能够可逆光转换(例如若丹明内酰胺或内酯)的感光聚合物层3，并且其着色形式吸收在波长λ2上的辐射，且在波长λ3上发射荧光，使λ1＜λ2＜λ3。
3．然后在层3上，涂敷具有折射率n4和厚度d4且在波长λ＜λ4下吸收光及在λ2和λ3上透明、使λ1＜λ4＜λ2＜λ3的聚合物层4，以便依次提供免受UV辐射的呈现层的保护。
4．在层4上涂敷具有折射率n5和厚度d5且在λ2和λ3上透明的层5。
5．生成的多层结构，如果它是第一结构，则粘结在标准光学例如聚碳酸酯盘6的机械基底上(图1)，或者如果该结构是第n结构，则把它粘结在具有n-1多层结构的光盘的半成品上，第n结构的第5层粘结到第(n-1)结构的第2层上。如果第2层失去，那么把第5层直接粘结到第3层上。
6．在上述技术过程最适当时刻，进行层的聚合或干燥及每种多层结构的第3层的曝光。
7．在粘结到第(n-1)结构之后的任意时刻，例如在把第(n+1)多层结构粘结到它上之前，进行从光掩模上除去第n个生成多层结构。
8．在除去最后的光掩模之后，在盘上涂敷具有折射率n1和厚度d1且在λ＜λ4下不透明的保护层1。
选择折射率n1、n2、n3、n、n5，从而得到
n1≈n2≈n3≈n4≈n5
如果必要，则层2和4不涂敷。
9．根据如下条件选择层的厚度d1、d2、d3、d4、d5：
d2是在保持连续性的条件下的最小厚度；通常，d2=0.05μm。
d4是在λ＜λ4下在入射辐射的99％吸收的条件下的最小厚度；通常，d4=1μm。
d5是在Fgl＞＞Fad条件下的最小厚度，其中Fgl是层对层的粘结力，而Fad是在层(1)与光掩模之间的粘着力；通常，d5=20-30μm。
d1＞d4
d3根据需要的颜料分子量计算，以便提供最小信息凹坑的肯定登记。
类似地生产带有光亲合标记的多层光学荧光盘。主要差别在于为了除去非固定标记必须进行暴露光敏层的湿润处理的另外过程的事实。这种材料的主要优点在于使用大范围水溶颜料的可能性，在这些颜料中引入光亲合基。
为了增大生产率的目的通过使用主盘的多层荧光盘的生产，能基于复制品的涂敷。这些复制品通过把来自普通主盘的拷贝贴在这样一种材料上制成，这种材料对在上述方法中使用的聚合物溶剂的作用不敏感。在这种情况下，复制品的生产完全与用于DVD型普通单层盘的基底的生产技术一致。