本发明涉及采用激光束的光学读出系统所用信息携带介质的制造方法,特别是涉及一种携带编码信息介质的制造方法。这种介质可以将反射光信号转换成电信号以用于不同的场合,如声音记录、视/听记录或计算机信息检索系统。 长期以来,用于制造模拟唱盘的模塑和压塑法也用于生产视盘和袖珍盘。用这些方法时,将预先加热熔融的塑料注入塑压模或“模子”,这些模具上有与成品盘上的细微信息携带凹痕相应的凹纹图形。液态聚合物在压力下流入图形并与模子的凸纹一致。冷却后就得到一个固体盘,盘上有所需信号的图形,具有所需要的厚度和其它尺寸。然后,用已知技术在模压盘上涂敷反射层和保护层,加标记等等,使之成为成品。
美国专利4,363,844和4,519,065描述了一种制作视盘和类似产品的与上述相关的方法。初始成份不是熔融塑料,但可以是一种元件,含有一层很薄的、能压纹地辐射反射层。这个薄层敷加在能压纹的热软化层上,热软化层可以是单纯热塑性的,也可以是辐射固化的。热软化成份可以涂敷在基底上,热软化成份必须选择成使其最大衰减系数是在30和180℃之间,这样就能在50-200℃和5-100Kg/cm2压力下模压。这些条件与生产视盘和袖珍盘的压塑或注射成型技术中所用条件相仿。可以用压板或辊式压纹机用压力将模子上的信息传递给热软化层,用辐射固化通过交联保持所需凸纹的形状。在将这些盘模压成携带凸纹图形的信息之前涂敷反射层。
上述凸纹成形方法都是在高压,高温下进行,其显著的缺点是图象可能变形和产生在盘内的内应力。
在“辐射固化杂志”中描述的一种光致聚合方法能帮助克服上述缺陷(A.J.M.van den Broek等,辐射固化杂志,11,2-9,1984)。在常常被称作“2p”过程的这个方法中,一定量的液体,这是低粘度的可光致聚合的丙烯酸盐单体或丙烯酸盐单体的混合物,在室温下被敷加到携带信息的主盘上,通过在这个液体层上敷加一个透明塑料制成的挠性膜而均匀地扩散开,这个挠性膜就作为盘的永久基底。当液体以适当厚度完全覆盖模子以后,透过基底用紫外辐射辐照使液体成份光致硬化并被粘合到基底上。
由于使用的是低粘度液体成份,为使材料准确地充满模子就不需要高温和高压。另外,使用的模具不需要如同在压塑方法中一样具有高的机械强度,允许使用廉价的塑料模。
在美国专利4,296,158中,聚丙烯酸酯单体和含有不饱和共聚物的杂环基的混合物在模子上分散,与此同时,用一个压力辊覆盖一层聚合膜。聚合膜就成为盘的基底。
美国专利4,354,988描述了这样一个过程:将光致固化树脂分散在模子上,用基底膜覆盖、固化、打中心孔和修整-所有这些步骤依次组合起来制成光盘。
美国专利4,482,511披露了一种类似的方法,使用由单体,共聚物或它们的混合物组成的对辐射敏感的液体成份。使用的压力需小于1Kg/cm2,可以使用高保真玻璃厚板。向模子表面涂敷含氟聚合物薄解脱层的设备亦有披露。
美国专利4,510,593描述了由单不饱和单体和多不饱和单体混合的可聚合混合物,它们也混溶可溶的、膜成形聚合物粘接剂;这些可聚合的混合物被敷加到基底上,然后借助一个压力辊与挠性模相接触。粘接剂的存在表明信息携带层的性能得到了改善。美国专利4,430,363描述了向基底敷加类似对辐射敏感混合物的一种网屏印刷法。在上述两个专利中,穿过一个光化辐射透明模进行辐照,实现固化。
在美国专利4,582,885中披露了使用一种液体制作各种信息携带制品,其中也包括光盘。这种液体是可聚合的共聚物混合物,含有“硬”的和“软”的部分,这些部分能够变化以控制使用期的物理性能。
尽管上述专利和技术文件中描述的液体混合物很容易流动,在室温和压力远远低于压塑所需压力的条件下能充满模子上携带信息的凸纹图形,但它们还是具有一定的实际内在缺陷:(1)流体混合物需要一个精确的模子容纳液体;(2)每一循环中需仔细控制液体的注入量以保持厚度均匀及其它的要求严格的盘子尺寸。
另一方面,在美国专利4,790,893中,Watkins揭示了一种制作类似CD的信息载体的方法,该方法中,热塑材料层是在温度高于其软化点的条件下在有图形的金属模上模压出的。将压力施加到被冷却的材料层上,冷却的材料层能从金属模上分开。将一个薄金属膜敷到有图形的材料层上,而有图形的材料层是叠压在基底上的。
在光致固化的混合物是作为一个材料层敷加在基底上的已有技术中,或者在用模子模压之前,或者是先敷加到模子上再用基底去接触,需特别注意使辐射固化段能够确保足够的基底粘附力。固化过度会导致信息层的过分收缩、不同的信息畸变内应力或徒然的长辐照时间。一个可采用的方法是对选择基底和可固化混合物的合理组合作出严格的限制。
本发明涉及一种制作含有凸纹信息轨的光学可读介质的方法,该方法包括下列连续步骤:
(a)将一个干的可光致硬化的膜叠压到一个尺寸稳定的光学透明基底的表面;
(b)在干的可光致硬化膜暴露的那一面上任意形成一个反射层;
(c)在压力下将一个模子加到光致硬化膜上,这样就在可光致硬化膜暴露的那一面上压出凸纹信息轨。因为模子具有相反的信息轨凸纹像;
(d)使光化辐射穿过透明基底和光致硬化膜以使该膜硬化,此时,该膜与模子接触;
(e)将模子与压制的光致硬化膜分离;
(f)在已光致硬化膜的压纹表面上形成一个光学反射层(如果在压纹步骤(c)前没有这种层形成)。
同时,本发明也涉及一种制作含有凸纹信息轨的光学可读介质的方法,该方法包括下列连续步骤:
(a)将一个反射层敷加到一个干的可光致硬化膜的一个表面上;
(b)将可光致硬化膜的非反射表面叠加到尺寸稳定的透明基底上;
(c)在压力下将一个模子压到可光致硬化膜上,在该膜暴露的反射表面上压出凸纹信息轨,模子具有相反的信息轨凸纹像;
(d)使光化辐射穿过透明基底和可光致硬化膜,以使该膜硬化,此时,该膜与模子接触;
(e)将模子与已压纹和已光致硬化的膜分开。
共有三个附图。图1是本发明制作光学可读介质盘各步骤的示意图;
图2比较详细地示出了介质元件和用于本发明的加工步骤;
图3是本发明一个排成一行的生产实施例,使用半成品薄片基底,在叠压步骤以后,经薄片上裁取出许多盘。
A.基底:
基底对于已光致硬化的信息携带层首先是一个尺寸稳定的支承。它可以是刚性的,也可以是挠性的。基底也可以作为一个灰尘散焦层。在以上两种情况下,一束激光穿过基底将编码信号从反射层反射。穿过基底返回的反射激光束的变化被探测器“读出”并转换成适当的输出信号。一个合适的基底应当是(1)对于“读出”激光辐射基本透明;(2)整个信号携带表面区的厚度均匀;(3)有最小双折射;(4)具有与已光致硬化层相匹配的折射率;(5)盘的几何结构与预期的使用目的相适应。例如用于CD-音频、CD-ROM(只读存储器)、视频等等。现行的CD-音频光学标准建议如下:
·透明基底的厚度为1.2±0.1mm,除去反射层、保护层和标签;
·在波长为780±10nm时,透明基底的折射率为1.55±0.1;
·透明基底的最大双折射为100nm双程;
·激光束反射和双程基底的透射为70-90%;
·在频率低于100Hz和以扫描速度辐照盘的情况下,跨越整个基底表面的激光束反射和双程基底透射的变化量为3%。
正如前面已经指出的,根据介质的不同用途,光学介质的几何结构和标准可以不同。
对于袖珍盘的几何结构,现行工业标准建议如下:
·在23℃±2℃和50±5%RH的条件下测量时,盘的外径为120±0.3mm,相对于中心孔(最大内圆)的偏心率最大不超过±0.2mm;
·外边没有毛刺,可以倒角或倒圆;
·盘的重量为14~33g;
·当在23℃±2℃和50±5%RH的条件下测量时,中心孔是直径为15.0~15.1mm的园柱形;
·在盘上载有信息的一侧,孔的边缘必须没有毛刺,可以倒角或倒圆;
·连同保护层和标签在内,盘的厚度为1.1~1.5mm(最好是1.2mm)。
半成品基底可由各种聚合材料配制,但都需符合适当的光学标准。使用的典型聚合材料是聚甲烯丙烯酸酯和聚碳酸酯及类似材料。当环境条件改变时,聚碳酸酯有比较好的尺寸稳定性,因此在作单面盘,例如袖珍盘时,最好使用聚碳酸酯。在某些情况下,玻璃、石英、或其它透明无机材料可用作基底。典型的聚合材料都是可取的,因为它们价格低廉且容易加工成盘。
盘的半成品基底可以用通常的模型法成形,如用注射法或注射/压塑法,或者用切割的方法,或从基底材料预制成的片材中冲压成盘。在本发明的一个实施例中,基底的几何结构是在叠加可光致硬化层之前形成的。在另一个实施例中,基底的几何结构是在叠加了可光致硬化层以后从基底片材中切割出或冲压出。在又一个方案中,在从经过加工的层压片上切割出或冲压出盘的几何结构以前,通过加贴标签才能进行所有生产步骤。在层压的基底片材上含有一个或多个信息轨时,与这一个或多个信息轨对齐后将盘切割出或冲压出。
B.干的可光致硬化膜
这里使用的术语“干的可光致硬化膜”或“干的可光致硬化层”指的是实际上无溶剂的聚合层,它的蠕变粘度大约是20兆泊或更多,最好是在100~200兆泊之间,以上结果是用平行板流速计测量的。这种“干的可光致硬化层”与通常的液体可光致硬化层不同,后者特有的粘度大约是几百泊或更少。对本发明来说,借助一种使用Du Pont 1090型热力学会析仪的平行板流速计测量粘度,作为蠕变粘度。在这种测量方法中,0.036英寸厚的试样置于两个平滑的园盘(直径约0.25英寸)之间并与之接触。一个能够接受附加重量的石英取样器置于上园盘的顶部,在整个测量期间,上述的园盘组件保持在40℃恒温和44%RH的条件下。蠕变粘度是在平衡条件下,从试样厚度减小的比率计算出的。0.036英寸的试样是通过把多层试验膜叠加在一起得到所需要的厚度。将叠加后的制品裁切成园形试样,其直径略大于流速计平板的直径。
将可光致硬化层叠压到基底上成为一个预制的干膜状可光致硬化的元件。该元件由临时的支承薄片(或带)和可分离地粘附到此支承上的厚度均匀的干可光致硬化层构成。可光致硬化元件可以是裁切的薄片,或作成卷成辊的带以方便使用和贮存。可光致硬化层未被叠压的那一面可有一层能移去的保护膜,在使用之前将该膜剥离、移去。
用于本发明的厚度均匀的干的可光致硬化层独特地具有一种厚度。这个厚度与基底的厚度加在一起使得最终产品满足厚度标准。对于袖珍盘该标准是1.1~1.5mm。有效的层厚范围从大约0.0035mm(0.1mil)到大约0.13mm(5mil),最好是低于0.025mm。
已光致硬化的膜层必须牢固地粘附到基底表面,膜层具有的光学特性须与基底表面的光学特性类似。最好使已光致硬化层的折射系数与基底的折射系数相匹配,以读出激光波长测量时是10±0.1。
可光致硬化层是一种热塑混合物,当用光化辐射辐照时,通过交联和/或聚合形成高分子量的聚合物。这改变了混合物的流变特性,降低了它在普通溶剂中的溶解度。比较好的可光致硬化混合物是可光致聚合混合物,在这种混合物中,由光聚合和含有一个或多个乙烯不饱和基化合物的交联造成的自由基的增加使该混合物硬化并降低其可溶性。可光致聚合混合物的光敏性可通过一个光触发物系来提高,这个物系含有一种能使混合物对应用的辐射源(如可见光)敏感的成份。就用于本发明的膜或层压制品将具有的物理特性而论,粘合剂是干的光致聚合膜或层的最主要成份。在辐照以前,粘合剂是作为单体和光触发物系的包容介质,而辐照以后,它可影响光学介质所需要的光学和其它物理特性。粘合力、附着力、弹性、可溶性、抗拉强度和折射率(IR)这些特性决定粘合剂是否适用于光学介质。在实施本发明时,下述专利文献披露的元件可用作各种类型的干膜可光致聚合元件:U.S3,469,982;U.S4,273,857;U.S4,278,752;U.S4,293,635;U.S4,621,043;U.S4,693,959;U.S3,649,268;U.S4,191,572;U.S4,247,619;U.S4,326,010;U.S4,356,253;和欧洲专利申请87106145.3,申请日87.4.28。以上材料供参考。
其它等效的光膜可光致硬化元件含有光致二聚或光致交联成份,如U.S3,526,504所揭示的那些成份,或含有的成份是使通过不同于前述自由基引发的机理达到硬化。
总的来说,用于实施本发明的光致硬化混合物可含有一种乙烯基化的不饱和单体,一种产生自由基的引发物和粘合剂。
作为单独使用或与其它单体结合使用的合适的单体是:丙烯酸丁酯,1,5戊二醇二丙烯酸酯,N,N-二乙基氨基乙基丙烯酸酯,乙二醇二丙烯酸酯,1,4-丁二醇二丙烯酸酯,二甘醇二丙烯酸酯,己二醇二丙烯酸酯,1,3-丙二醇二丙烯酸酯,环烷撑二醇二丙烯酸酯,环烷撑二醇二甲基丙烯酸酯,1,4环己二醇二丙烯酸酯,2,2二羟甲基丙烷二丙烯酸酯,丙三醇二丙烯酸酯,三丙二醇二丙烯酸酯,丙三醇三丙烯酸酯,三羟甲基丙烷三丙烯酸酯,季戊四醇三丙烯酸酯,聚氧乙烯三羟基甲基丙烷三丙烯酸酯,三甲基丙烯酸酯以及在U.S3,380,831中所公开的类似化合物,如:2,2-二(对-羟苯基)-丙烷二丙烯酸酯,季戊四醇四丙烯醇酯,2,2-二(对-羟苯基)-丙烷二甲基丙烯酸酯,三甘醇二丙烯酸酯,聚氧乙烯基-2,2-二(对-羟苯基)-丙烷二甲基丙烯酸酯,双酚A的二-(3-甲基酰氧基-2羟基丙基)醚,双酚A的二(2-甲基酰氧基乙基)醚,双酚A的二(2-酰氧基乙基)醚,双酚A的二(3-酰氧基-2羟基丙基)醚,四氯双酚A的二(3-甲基酰氧基-2-羟基丙基)醚,四氯双酚A的二(2-甲基酰氧基乙基)酯,四溴双酚A的二(3-甲基酰氧基-2-羟基丙基)醚,四溴双双酚A的二(2-甲基酰氧基乙基)醚,1,4丁二醇的二(3-甲基酰氧基-2-羟基丙基)醚,双酚酚的二(3-甲基酰氧基-2-羟基丙基),三甘醇二甲基丙烯酸酯,聚氧基丙基三羟甲基丙烷三丙烯酸酯(462),乙二醇二甲基丙烯酸酯,丁二醇二甲基丙烯酸酯,1,3丙二醇二甲基丙烯酸酯,1,2,4丁二醇三甲基丙烯酸酯,2,2,4三羟甲基-1,3戊二醇二甲基丙烯酸酯,季戊四醇三甲基丙烯酸酯,1-苯乙烯基-1,2二甲基丙烯酸酯,季戊四醇四甲基丙烯酸酯,三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯,1,5戊二醇二甲基丙烯酸酯,己二烯富马酸、苯乙烯、1,4苯二醇二甲基丙烯酸酯,1,4二甲基丁烷基苯,以及1,3,5三聚异丙烷基苯。
除了上述乙烯基化的不饱和单体之外,光硬化层也可以含有一个或多个受自由基引发的链状增长的,可加聚的乙烯基化的不饱和化合物,通常这类化合物其分子量至少为300。所选用的这类单体是由2-15个碳原子的烯化醇,或1-10个醚键合的聚烯化醚醇制取的聚烯化醇二丙烯酸酯,如美国专利U.S2,927,022所公开的单体,尤其在这类单体出现在端键时,具有许多可加聚的乙烯键,最好使这种键中的至少一个与二个键合的碳共轭,包括碳双键碳共轭,和碳双键合到其它原子,如氮,氧和硫原子。这种材料中乙烯化不饱和基团,如亚乙烯基团,最具代表性的材料是与酯或酰胺相共轭的。
所选用的自由基产生加聚作用的引发剂可以通过光化的光来激活或在低于185℃温度下热失活,这些引发剂包括受取代或者受取代的多环醌化合物,它在共轭的碳环系统中具有二个环内碳原子,例如:9,10蒽醌,1-氯蒽醌,2-氯蒽醌,2-甲基蒽醌,2-乙基蒽醌,2叔丁基蒽醌,八甲基蒽醌,1,4荼醌,9,10菲醌,1,2苯并蒽醌,2,3苯并蒽醌,2甲基-1,4-荼醌,2,3二氯荼醌,1,4二甲基蒽醌,2,3二甲基蒽醌,2苯基蒽醌,2,3-二苯基蒽醌,蒽醌α磺酸钠盐,3氯-2-甲基蒽醌,惹烯醌,7,8,9,10四氢化荼醌以及1、2、3、4四氢苯蒽-7.12酮。其它的光引发剂也可以使用,甚至那些在低于85℃温度下可以引起热激活的化合物,他们在美国专利U.S2,760,863中予以介绍过,这些光引发剂包括:连位的阿东酮缩乙醇,譬如:苯偶姻,新戊酰精,偶姻醚,如:苯偶姻甲基和乙基醚;α-烃取代的芳香偶姻,包括:α-甲基苯偶姻,α-丙烯基苯偶姻和α-苯基苯偶姻。
光还原染料和还原剂在美国专利U.S2,850,445;2,875,047;3,097,096;3,074,974;3,097,097中已公开,其它染料有:吩嗪,恶嗪和醌类;Michler酮,苯酮,具有氢施主的2,4,5-三苯基酰亚胺-恶唑二聚物及其如U.S3,427,161;3,479,185和3,549,367中所介绍的混合物可以用作引发剂。类似的环己二酮化合物,见U.S4,341,860也可以用作引发剂。在U.S3,652,275;U.S4,162,162;4,454,218;4,535,052和4,565,769中所公开的敏化剂也可用作光引发剂。
在采用可聚单体进行聚合时可以单独使用合适的粘合剂,或与下述组分结合一起使用,这些组分是:聚丙烯酸酯和α-烷基聚丙烯酸酯,例如:聚甲基丙烯酸甲酯和聚乙基丙烯酸甲酯;聚乙烯酯,例如:聚乙酸乙烯酯,聚乙酸乙烯酯/聚丙烯酸乙烯酯,聚乙酸乙烯酯/聚甲基丙烯酸乙烯酯,以及水介的聚乙酸乙烯酯;乙二醇二乙酸酯或乙酸乙烯酯共聚物;聚苯乙烯聚合物和共聚物,如:带有马来酸酐和酯的共聚物;亚乙烯基二氯共聚物,如:亚乙烯基二氯/丙烯腈;亚乙烯基二氯/异丁烯酸酯,以及亚乙烯基二氯/乙酸乙烯共聚物;聚氯乙烯及其共聚物,如:聚氯乙烯/聚乙酸乙烯;饱和的和不饱和的聚氨基甲酸酯;合成橡胶,如:丁二烯/丙烯腈,丙烯腈/丁二烯/苯乙烯,异丁烯酸酯/丙烯腈/丁二烯/苯乙烯共聚物,2氯丁二烯-1,3聚合物,氯化橡胶,以及苯乙烯/丁二烯/苯乙烯,苯乙烯/异戊二烯/苯乙烯嵌段共聚物;高分子量的聚乙二醇的聚环氧化烷,其平均分子量从4000至1,000,000;环氧化物,如:含有丙烯酸或甲基丙烯酸基团的环氧化物;共聚酯,如:由分子或为HO(CH2)nOH(n数为2-10)的聚亚甲基二醇的反应产物制备的共聚酯,以及(1)六氢化对苯二甲酸,癸二酸和对苯二甲酸,(2)对苯二甲酸,间苯二甲酸和癸二酸,(3)对苯二甲酸和癸二酸,(4)对苯二甲酸和间苯二甲酸,以及(5)由1,2乙二醇和(ⅰ)对苯二甲酸,间苯二甲酸,癸二酸以及(ⅱ)对苯二甲酸,间苯二甲酸,癸二酸,己二酸制备的共聚酯的混合物;尼龙或聚酰胺,如:N-甲氧基甲酯,聚六亚甲基己二酰胺;纤维素酯,如:醋酸纤维素,乙酸丁二酸纤维素,以及乙酸丁酸纤维素;纤维素醚类,如:甲基纤维素,乙基纤维素和苯基纤维素;聚碳酸酯;聚乙烯醇缩乙醛,如:聚乙烯醇缩丁醛,聚乙烯醇缩甲醛,聚甲醛。含聚合物和共聚物的酸起合适的粘合剂作用,这些粘合剂已公开在U.S3,458,311和4,273,857中。两性的聚合粘合剂已在U.S4,293,635中报导。
除了上述的聚合粘合剂外,还可代用具有不连续的,有序取问的增稠剂,如在U.S3,754,920中所公开的硅类,粘土类,矾土类,膨润土类,以及高岭土类。
除了上述那些组分外还可以有其它种类的不同量的可光聚胶料组分,这些组分包括:增塑剂,抗氧化剂,光学增亮剂、紫外辐射吸收材料,热稳定剂,援氢剂和防粘剂等。
本发明中所用的光学增亮剂包括已在U.S3,854,950中公开的那些外,还有:7-(4′-氯-6′-二乙氨基-1′,3′,5′三吖嗪基-4′-Y1)氨基3-苯基香豆素。本发明中所用的紫外辐射吸收材料已在U.S3,854,950中公开。
所用的热稳定剂包括:氢醌,芬宁东,氢醌甲基醚,p-甲氧基苯酚,烷基和芳基取代的氢醌和醌,叔丁基邻苯二酚,1,2,3苯三酚,铜树脂酸酯,荼胺,β-苯酚,氯化亚铅,2,6三叔丁基对甲苯酚,酚嗪,吡啶,硝基苯,二硝基苯,对-甲苯醌和氯醌。在U.S.4,168,982中介绍的二亚硝基二聚物,以及本文提到的热稳定物均可使用。在正常情况下,将需要一种热聚合阻聚剂,以增加光聚组分贮存期内的稳定性。
在光聚合体组分内所用的授氢化合物包括:α-巯基苯并恶唑,2-巯基苯并噻唑等;以及其它不同类型的化合物,如:(a)醚,(b)酯,(c)醇,(d)含有丙烯基或苄基氢异丙基苯的化合物,(e)乙缩醛,(f)醛基和(g)如:U.S 3,390,996的第12栏第18-58行所公开的酰胺,在此均作为参考。
已发现的在U.S.4,326,010中介绍的防粘剂在此可作参考,择优选用的防粘剂是聚己酸内酯。
通常,在光聚组分内各成分的量控制在下述的百分含量范围内(以光聚层的总重量为基准):单体,5-50%,最好是15-25%,引发剂,0.1-10%,最好是1-5%,结合剂,25-75%,最好是35-50%,增塑剂,0-25%,最好是5-15%,其它成分0-5%,最好是1-4%。
可光硬化膜元件的临时支承膜层可以采用U.S.4,174,216所描述的那些膜层中的任何一种。对膜层的基本判据是它具有尺寸稳定性,表面平滑和防粘的特性,需要使光硬化组分在基片表面上的均匀涂层在支承膜去除(见图2b)时不产生畸变,为了满足这种判据,光硬化层的附着力以及它对基片的附着力必需大于它对于临时支承膜的附着力。一种优选的支承体是聚乙烯对苯二酸酯。
一种第二临时覆盖片,或中间隔离片可以放置在光可聚层的第二表面上,以防止在贮存成卷或切成片状时受到外界沾污;也阻止存放件的压粘。欲使用时,在将光聚层叠层到基片上之前先把保护覆盖片或中间隔离片从光聚层的表面移去。可以用多层膜层作为覆盖膜,使膜层具有合适的表面平滑度,并使其对光聚层的附着力小于对支承膜层的附着力。合适的保护覆盖片或中间隔离片可采用聚乙烯,聚丙烯等。
C.反射层
为了使压纹信息轨能用于一般的激光放音系统,入射的放音射线必须从凸纹信息轨反射回至探测器,这种反射可通过向压纹表面敷加一层反射层(通常是金属)来实现。
可采用任何惯用措施使压纹信息轨变成反射的。通过金属,如铝、铜、银和类似物的蒸发,使在压纹表面形成反射层。另一方面,金属反射层,例如银层,也可以采用通常的无电觉积方法,如在“悬浮微粒板工艺学”一书(Donald T.Levy in Technical proccedings 51 st Annual Convention American Electroplater′s Society,June 14-18,st,Louis,1964,pp.139-149)和美国专利U.S4,639,382中所描述的方法,以上两文献作为参考。反射染料层也可以用溶液以普通的涂敷方法,如旋转涂敷,涂到压纹表面。其它的使压纹表面形成反射的方法是用不同于染料的材料,如聚合材料,进行涂敷,对于入射的放音射线来说,聚合材料的折射率事实上与压纹的光致聚合层不同。
在使介质的压纹表面变成反射面以后,只要介质具有放音系统所需的物理尺寸,例如依据予制的基底制备的尺寸,此时介质就能用了。但是,如果没有保护层,那末位于压纹层界面的反射层容易受损和受环境的影响而降低性能。
D.保护层
保护层敷加到反射表面上,如图2g所示,保护层上印有适当的标示。本发明的一个实施例包括同时加工数个盘,这些盘并排通过每个步骤,能同时加工的盘的数量受可光致硬光带实际宽度的限制以及加工设备的制约。
当反射层是由足够厚而坚韧的材料,例如聚合物材料构成时,反射层本身就能保护反射界面。然而,典型的做法是,单独敷一层在反射层上起到保护作用,同时作为随后贴标示表面。
保护层可以是任何的聚合膜或层或类似物的组合,它能粘附到反射层并将其密封,提供一个可印制的耐磨的外表面。
这种层或组合物的厚度可以不同,只要成品介质的总厚度和重量保持在所需标准之内,例如,对于袖珍盘,厚度为1.1-1.5mm,重量为14-33g。
通常,将清漆溶液,如硝化纤维,旋转涂敷在反射层上,也可用其它的予制层或膜。予制层或膜可以是可叠压的或可粘合固化的,例如一种可热固化或光固化层或膜,如:聚乙烯对苯二酸盐,将该层或膜用一个粘接层粘合到反射层上。用于保护反射层的具有合适结构的元件和方法也包括在U.S4,077,497和美国专利申请,序号No:077,497,申请日87.7.24和序号No.031613,申请日87.3.30,文献所揭示的内容中。
E.压纹
将临时支承移去之后,在可光致硬化层的表面上压出信息轨,压纹是采用在室温下将压纹模压在光致硬化层的表面来实现的,压纹模的表面具有与信息轨的形状(齿刃或凹痕)相反的图形。虽然仅用手的压力是能将模面压入光致硬化层,但是最好使用压力机,它可在层表面施加均匀的高压,以确保层面与模面完全吻合。与此类似,将层压物与模子对齐以后,使他们通过叠压机的压力辊隙,然后用压力机加压,当压力机的负象轨均匀地压入光致硬化层以后,将压力释放或除去,并透过透明基底用光辐射辐照可光致硬化层。另一方面,可以在光辐照期间保护高压。
压纹模或模子可以是任何一种常用于制造类似介质,如袖珍唱盘或视盘的模具。这类模具采用已知的方法,如U.S,4,474,650中所述的方法制作,在此引证作为参考。此外,模具本身可以是用本发明的方法制备的已光致聚合的元件,如下述:
生产上述光致硬化模的方法包括下述步骤:
(a)将一个光学透明的、干的可光致硬化膜敷加到一个尺寸稳定的基底表面;
(b)用一个有凸纹信息轨的表面在可光致硬化膜外露的一面上压纹;
(c)使光辐射穿过干的可光致硬化膜,使膜硬化,此时膜需与凸纹信息轨相接触;
(d)将已光致硬化的膜与凸纹信息轨分开;
(e)将压纹的已光致硬化的膜在权利要求1所述的方法中用作模子。
此外,模子也可以是一种高解像率的光掩膜,该膜有一层不透明的金属(如铬)凸纹像层支承在玻璃或石英一类的基底上,也可用挠性基底。这种模子用抗正作用电子束的材料以普通的方法制备,制备方法已有由Bowden等人编的电化学协会杂志,“固志科学与工艺”第128卷,No.6.p 1304-1313页所揭示。
基底可以是刚性的,也可以是挠性的,只要基底尺寸稳定,对光辐射透明即可。
在模子是用已光致聚合的元件制成时,在将要压纹的表面上最好敷上一层解脱层,以便于模子从压纹介质上解脱。对此可采用多种材料,如金属,铝、铬和具有低表面能量的有机聚合物,如含氟聚合物。金属可以用溅射涂敷,聚合物可以用溅射涂敷,也可通过等离子体聚合作用。
在模子是一个平的压纹膜时,它也可以是一个压纹辊,在沿辊的表面长度方向有一个或多个信息轨。当同时压纹和辐照叠压的片状基底时(如图3所示),就可应用这种压纹辊。在此情况下,用光辐射辐照光致硬化层刚好是在辊隙将一段负信息轨压入该层之后,辐射的强度要使得在辊面离开压纹元件之前信息轨的尺寸足以在光致硬化层上固定住,进一步的处理是使压纹的已光致硬化层完全固化或硬化。
在采用予制基底的情况下,例如使用具有圆盘形结构的,支承要去掉,并使模子在层压结构上对中,如在盘的环形孔中用一个圆柱。可以在层压结构周围设置垫片结构,以保证满足对表面厚度的限制。然后,将对中的模子用机械式压力机或液压机,在所需延续时间内压入可光致硬化表面。在加压力的同时,可用光辐射照射光致硬化层(如图2D所示),或可将层压物/模子的组合物卸掉,并置于普通辐射源下。随后的光硬化完成到使信息轨固定到应有位置的程度,模子可以从组合物上移开,使层压的光致硬化层结构具有一个含有信息轨的压纹表面(如图2E所示)。如果需要进一步固化以使层完全变硬,可以采取任何适当的措施,例如进一步的光辐照、热处理或用电子束等”。
F,加标记。
在反射介质的保护表面加标记可用任何惯用的方法。用胶版印刷法将四种典型的彩色标记分别印制在每个介质的保护表面上。当使用半成品薄片基底,并在薄片范围内制作一排信息轨(介质)时,可用通常的印刷方法,包括胶印和胶版印刷法,将对齐的一排标记印制在含有一排信息轨的整个薄片的保护表面上。另一种方式,采用通常的跳步印刷法可以单独地在一排中的每一个介质部分进行印制。
采用一种负加工剥离元件和由U、S4,247,619公开的方法可以将标记的保护层组合物敷加到反射层上。在这种情况下,将元件的胶粘层叠压在反射层的自由表面,这种元件依次包括一层胶粘层,一层光致聚合层和一层可剥离的覆盖膜,如CromalinC4/CN防护膜。然后,透过一个含有标记负像的掩膜用光辐射辐照层压物,将粘合的,带有被辐照区的覆盖膜从层压物上剥离,而未被覆盖的胶粘像区被干色粉染色,例如黑色。如果需要全彩色标记,则采用适配的分色掩膜和相应的色粉,如黄、品红、青色粉,将上述程序重复三次。最后,将第五个元件叠压在最后染色的表面,并均匀地用光辐射辐照,以制成覆盖膜的光粘合保护表面,这种覆盖膜,如:聚乙烯对苯二酸盐。在以不同方式敷加标记的多种情况中,对于密封和保护压纹介质的反射层只有第五步是必需的。
G、层压
用任何普通的层压装置能将可光致硬化层叠压到基底的表面。将干膜敷加到基底的装置有热辊层压机或带有加热板或履带片的层压机,如U、S 3,469,982;3,547,730;3,649,268和4,127,436所示,可供参考。适用的层压装置,其中的液体是用于提高粘合力的,如下述U、S 3,629,036;4,069,076;4,405,394和4,378,264所示的内容可供参考。实际上,可采用工业用的热辊层压机如:Dupontcromal n层压机和Dupont Riston热辊层压机和Model 100层压机。
在本发明的层压阶段,如果有保护覆盖层或中间层,该层将首先从光致硬化层移去,并在加压和加热情况下,将光致硬化层敷加到基底表面,这样会使层间的空气排除,在基底与光致硬化层之间产生真空自由粘合。最好使用热辊层压机,以产生上述真空自由粘合。
当使用预制基底,如半成品盘时,可以使载物薄片将一个予制基底或一排基底送入,并通过层压机的辊隙,以防止每个基底的后部表面受到污染。普通的纸片或纸带可用作载物薄片,只要它们没有纤维或类似杂物就行。也是在上述使用予制基底的情况下,光致硬化元件的剩余面积可从层压的基底边缘裁下,如从层压的预制盘边缘和孔中裁下。在那些粘附/内聚力得到较好平衡的情况下,可以采取将支承薄片连同粘附其上的剩余材料一起剥离的方法,把剩余的光致硬化材料从层压制品上修整掉。
H、介质成形
如前所示,在本发明之前,介质的轮廓,如圆盘状,可以用普通的模塑,模压或裁切法成形,或者从一排薄片上裁切或模压使介质成形。这种从一排薄片上裁切或模压使介质成形总是进行在加标记之后,每个介质需与信息轨对齐,才能从一排薄片上裁切或模压。一旦信息轨压入薄片上的介质内,就可用同样的方法将介质从一排薄片上移开。在这种情况下,每个已压纹的介质必须作为单独一块进行加工。同样,介质的形状可以在过程进行的任何中间步骤之间形成。
尽管介质的形状,如上所指,可以按其横向尺寸成形,但可引入一个或多个修整步骤,以从最大规格的介质或半成品上形成最终尺寸,只要原始尺寸比规定尺寸大就行。修整步骤可以用于裁切或打出与圆盘介质的信息轨对齐用的精确中心孔。
本发明层压机和压纹方法的优越性可参照附图和下面的实例看出。
参见附图1和2,在载物薄片上的一个予制半成品盘基底10与干的光致硬化膜件的薄片或带12一起同时送入辊式层压机118的辊隙。由此,用热和/或压力将可光致硬化层14叠压到半成品盘的平滑表面上,如图2a所示。当将多余的光致硬化膜12从盘10的边缘修整除去以后,光致硬化件12的临时支承膜16被移去,如图2b所示。一个压纹模或压模20与修整好的层压件对齐,然后用压力装置121向光致硬化层14的表面加压,如图2c所示,以形成压纹表面22。
在将压模20移开压纹表面22之前,用从辐射源123发出的光辐射透过盘的基底10辐照可光致硬化层14,并使其硬化,如图2d所示。任何光辐射源都可用于辐照和固化光硬化层,只要源与光致硬化物系是相互匹配的。光致聚合和光致交联物系对紫外光和可见光谱区的光辐射敏感。对光辐射/光致硬化物系首位的要求是使用的辐射需能在物系中引发硬化,并且剩余的引发剂在介质放音期间不能对读出产生有害的影响。用于本发明方法中的是紫外和可见辐射,实际上是在紫外辐射区。光辐射源可采用市场上买得到的一种装置,如:Douthitt Violux金属卤化物光源装置,olec OLITE卤化物印刷用光源等,或是任何一种由通用部件制成的采用装置。
当光硬化或固化完成之后,将模子20从压纹表面22移开,就制成一种压纹盘,该盘具有齿刃和凹痕相间的信息轨,如图2e所示。
为使压纹信息轨能用于普通的激光放音系统,入射的放音辐射必须从凸纹轨反射回到探测器,这可以通过向压纹表面敷加一层反射材料(通常是金属材料)层来实现。用涂敷装置125向盘的已光致硬化的压纹表面涂敷一层反射层24,如图2f所示。另一种,反射层可以在压纹阶段之前涂敷。此时,盘可用在合适的唱机上以将信息轨转换成需要的信号。
在介质的压纹表面变成反射之后,该介质就可以应用,只要它具有放音系统所需要的具体尺寸,如它可由预制基底制备。尽管可用,但在压纹层界而处的反射表面如果不用覆盖层保护就容易受损,或受环境影响而减弱其性能。
参照图1,一个保护层26借助层压机或涂敷机127被涂敷到反射表面上,如图2g所示,用敷贴器131将一个适当的标记印制在其上。本发明的一个实施例包括了同时加工几个并排通过每一步骤的半成品盘。同时加工的数量通常受光硬化带实际宽度的限制和设备的制约。
附图3表示本发明方法的另一个实施例,其中使用了一个单个的半成品薄片以制备若干个盘,一个半成品薄片基底10连同一个干光致硬化膜件12制成的薄片或带被一起送入辊式层压机118的辊隙,这里,光致硬化层14被叠压和粘合到半成品薄片基底10的上表面,叠压以后,光致硬化膜件12的临时支承膜16被移去,一个压纹模或压模20置于层压薄片一部分的上方与置于下方的光源123对齐。然后将压模20压入光致硬化层14的表面,以形成一个压纹表面,继之,立即用光辐射辐照,使层14光硬化或固化,此时压模20尚未移开,在辐照以后,将压模20移开,连同辐射源123一起移到层压薄片的另一部位,在此重复压纹和辐照步骤。这个压纹/辐照过程可以重复进行,以在层压薄片的剩余部分形成圆盘信息轨。另外,一排压模20可以连同适宜的辐射源123一起使用,以同时在层压薄片光硬化层14的几个部分形成圆盘信息轨,这个排可以覆盖薄片基底的全部能用部分,或者排成一条直线跨越薄片的宽度,然后沿层压薄片的长度步进。用层压机或涂敷机125,在薄片元件的已光致硬化的压纹表面涂敷反射层24,继之,敷加保护层26,以在薄片上形成一排圆盘信息轨。或者,在敷加保护层之前,最好在这之后,与信息轨对齐后,用合适的冲孔机或剪切机129从一排中裁切或冲出每一个圆盘,用贴敷机131将标记加到薄片上或边未切齐的圆盘上。尽管本发明主要涉及制作圆盘形光介质,但也可用于制作其它形状的介质,如卡、带、条、鼓或能提供所需激光信号路径的其它形状。
例1
这个例子,通过图1展示了用预制基底制备光学可读介质的过程。
基底是一层散焦层,机械支承厚度1.2mm,直径120mm,是一种注塑/模塑成形的聚碳酸酯盘,带有一个15mm的栓形中心孔。
将一种干膜状的可压纹层,用热辊叠压法把它敷加到基底上。干膜状光聚合元件的制备是用机械方法将下述的光致聚合组分涂敷到12.7微米(0.0005英寸)厚的聚乙烯对苯二酸盐薄膜上:一层25.4微米(0.001英寸)厚的聚乙烯膜用作临时中间层。
干膜状光致聚合元件的成分如下:
成分 数量(g)
从双酚A和氯甲代氧丙环衍生的双酚A环氧
树脂的二丙烯酸酯 18.4g
三羟甲基丙烷三异丁烯酸盐 13.36
光学增白剂(1) 2.06
2-巯基苯并噻唑 0.83
2,2′-双-(0-对氧苯基)-4,4′,5,5′四苯
基双咪唑 1.71
三羟甲基丙烷 5.08
甘油三乙酸酯 6.75
甲氧基对苯二酚 0.022
热阻聚剂(2) 0.05
二乙基羟胺 0.09
丙烯酸乙酯(57%)/异丁烯酸甲酯(39%)-丙烯
酸(4%)共聚物 18.06
MW=192.000,Acid No=57,Tg=33℃ 丙烯酸
乙酯,Acid No=63,Tg=14℃ 5.40
粘度(25℃)=2,000,000厘泊;MW=7,000丙
烯酸乙酯(17%)/异丁烯酸甲酯(71%)/丙烯
酸(12%)共聚物 25.15
MW=200,000;ACID No=100,Tg=80℃ 聚乙
酸内酯 0.20
MW=15,000;M1p=C0℃;Tg=C0℃ 乙酰丙酮
化锌(2.45g)溶解于37.0g的甲醇 39.45
注:
(1)7-(4′-氯基-6′-二乙氨基,1′,3′,5′
-三嗪基)氨基3-苯基香豆素。
(2)1,4,4-三甲基1-2,3-重氮二环基-(3,2,2)
-非-2-烯-2,3-二氧化物
在叠压过程中为支承园盘,将其放在由市场上出售的彩色上胶接受器(CromalinMastetproof Commercial Receptor,Product No CM/CR,E.L.Dupont de Nemours and Company,Inc,Wilmingtin,DE)制成的临时载物薄片上。使用Cromelin层压机(Du pont,Wilmington,DE)将干膜叠压到基底上。操作时,辊的表面温度为115-124℃。层压使用盘表面均匀覆盖,并将其围绕承载薄片边缘密封,圆盘用刀片切裁下,再将层压膜从中心孔切除。
用普通的镍壳压模在干膜层上压纹,以将信息传给层压圆盘,压模的类型可以是用注塑/模塑法制作聚碳酸酯的模子。模子上的凸起和间隔为0.9-3.3微米长,大约0.1微米高,0.6微米宽。用直径为119mm的剪切冲孔机将模子断面的标准外径修去约1mm,以实现压纹过程中外缘的良好接触。将聚脂覆盖膜从层压园盘上除去。为使模具对中,首先将一个中心销插入园盘中心孔。然后,用这个销将模子同心地安装在园盘上。用指形压力机将压模压在信息层上以制成层状结构。层的厚度使模子保持在位置上,将中心销拿掉。然后将层状结构置于铝制垫片之间使其适应模子的断面,并保护层状结构免受压板损坏。在室温下将层状结构装载于负载量40,000磅(18.1吨)的液压平板压力机,模腔20.3×20.3/cm,压头直径102mm,手动杠杆操作(Pasadeua Hgdraulics,lnc,Pasadeua,CA).载荷很快增加到满负载量,这相当于在20平方英寸(129cm2)的层状结构面积上的压力是2000磅/英寸2(141公斤/厘米2)。保压2-3秒以后将负载解脱,并将组件从压力机上移开。
然后将已压纹的信息层牢固地粘合到基底,并用紫外辐射辐照使压纹固定。将压模一基底层状结构置于距高强度紫外辐照装置的光源63.5cm处的真空结构的顶上,使透明基底面朝光源。辐照10秒以后,使组合件微微挠曲并移开模子。用显微镜检查压纹表面,很明显,模子的信息以良好的保真度已传递给光聚合层。在这样硬化的信息层上,用已有技术中的标准方法喷射一层800-1000A°的铝金属涂层。涂敷金属层以后,盘就能用于普通的袖珍盘唱机,产生的声音与工业的注射/模塑盘等效。
为保护表面,用叠压干膜法。使用载物薄片和热辊层压法敷加工业用Cromolin负彩色上胶膜(产品代号C4/CN,Du Pont,Wilmington,DE),如上所述,只是使用的压辊温度为99-107℃。
例2
重复例1,只是压纹仅用手压,而不用液压机,辐照步骤后的显微镜检查展示了信息已从压模上良好转印。
例3
基底是一个灰尘散焦层,提供机械支承,150mm(6英寸)见方,1.2mm厚,由模压的聚碳酸酯薄片(MakrolonOD,Roehm Gmbh,Darmstadr,西德)裁成。
用热辊层压法将干膜状的可压纹信息层敷加到基底上。干膜状光聚合元件的制备如例1所述。
在层压期间,为支承基底,将基底放在一个如例1中所述由工业用彩色上胶接受器制成的载物薄片上。使用例1的Cromalin层压机将干膜叠压到基底上。压层均匀地覆盖了基底表面并围绕边缘将其密封到载物薄片,用剃刀片将基底从载物薄片上裁下。
用一个平展的无孔镍包壳压模(用注射/模塑法制作聚碳酸酯园盘时使用的那类压模),通过把干膜层压纹,将信息转送至层压的基底上。压模上的齿刃和凹痕0.9-3.3μm长,约0.1μm高,0.6μm宽。
将聚酯覆盖膜从层压的基底上移开。用Cromolin层压机在室温下将压模压在层压基底的信息层。然后将层状结构置于聚碳酸酯垫片之间以保护层状结构不受压板损坏。在室温下将层状结构装入负载量50000磅(23吨)的液压机,压板23×23cm,压头行程17cm,手动杠杆操作(Model M Laboratory Press,Freds,Carrer,lnc,Meno-monee Falls,W1)。将负载迅速增加到40000磅,相当于在30英寸2(190cm2)的层状结构接触面积上的压力为1300磅/英寸(92kg/cm2),保压1-15秒以后,解脱负载,将垫上垫片的层压结构从压力机上移开,然后把垫片从层状结构中取出。
然后将已压纹的信息层牢固地粘合到基底上,用紫外辐射辐照使压纹固定。将压模一基底层状结构置于距高强度紫外辐照装置(5kw OLITE Printing Light,Model AL53-M,Olec Corp,lrvine,(A)的光源大约36cm(14英寸)处,使透明基底朝向光源,辐照30秒以后,使组件轻轻挠曲,将压模移去。用显微镜检查压纹表面,显然,模上的信息以良好的保真度已转送到光聚合层。
用已知方法在已硬化的信息层上喷涂800-1000A°的金属铝涂层。
用干膜层压法保护铝的表面,用例1中所述的载物薄片和热辊层压法敷加工业用Cromolin负彩色上胶膜(product number CM/CN,E.1 Du Pontde Nemours & Co,lnc,Wilmington,DE)。层压的基底用紫外光辐照30秒,使干膜保护层朝向光源如上述。辐照使干膜保护层粘合到铝表面并密封压纹信息。
相对于压纹信息正确定位的园盘外径(1200mm)从方形薄片上冲出。然后,将相对于压纹信息正确定位的中心孔(15mm)从园盘上冲出。
用已知技术的标准方法,在干膜保护层上印三色标记。此时的成品盘已能在袖珍盘唱机上演放,它产生的声音与大批生产的注射/模塑盘等效。