PatentDe  


Dokumentenidentifikation DE2710629C2 23.02.1989
Titel Optisches Aufzeichnungsmittel und Verfahren zu seiner Herstellung
Anmelder RCA Corp., New York, N.Y., US
Erfinder Bartolini, Robert Alfred, Grenton, N.J., US;
Burke, William Joseph, Princeton Junction, N.J., US;
Bloom, Allen;
Bell, Alan Edward, East Windsor, N.J., US
Vertreter König, R., Dipl.-Ing. Dr.-Ing.; Bergen, K., Dipl.-Ing., Pat.-Anwälte, 4000 Düsseldorf
DE-Anmeldedatum 11.03.1977
DE-Aktenzeichen 2710629
Offenlegungstag 22.09.1977
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 23.02.1989
Veröffentlichungstag im Patentblatt 23.02.1989
IPC-Hauptklasse G11B 7/24

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein optisches Aufzeichnungsmittel gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Sie betrifft ferner ein Verfahren zum Herstellen des Aufzeichnungsmittels.

Bei einem speziellen Aufnahmesystem wird ein fokussierter, modulierter Lichtstrahl, beispielsweise ein Laserstrahl, auf ein ablösbares Aufzeichnungsmittel gelenkt. Dieses enthält ein mit einem lichtabsorbierenden Material beschichtetes lichtreflektierendes Material auf seiner Unterlage. Die Dicke der lichtabsorbierenden Schicht wird so gewählt, daß ein Maximum der auf die lichtabsorbierende Schicht auftreffenden Lichtenergie dort zurückgehalten und in Wärmeenergie umgewandelt wird. Diese Wärmeenergie hat zur Folge, daß sich das lichtabsorbierende Material in dem vom Licht getroffenen Bereich beispielsweise durch Sublimation oder Abschmelzen ablöst. Bei dem Ablösen werden bestimmte Teile der reflektierenden Schicht freigelegt. Beim Lesen wird der Kontrast zwischen der lichtabsorbierenden Schicht und der lichtreflektierenden Schicht angezeigt.

In der DE-OS 20 26 805 wird ein Aufzeichnungsträger zur Datenaufzeichnung mit Hilfe eines Laserstrahls beschrieben, der aus einer beispielsweise transparenten Unterlage, einer Halbwellen-Wärmereflexionsschicht aus Siliziumoxid, einer strahlungsabsorbierenden Metallschicht und einer Schutzschicht (gegen mechanische und optische Störungen) besteht. Die wärmereflektierende Schicht dient als Reflektor oder Absorber gegenüber der von der absorbierenden Schicht kommenden Energie und soll die aus einem Kunststoff bestehende Unterlage gegen zu starke Erwärmung schützen. Die Schichtdicke der wärmereflektierenden Schicht soll die λ /4-Bedingung für die Wellenlänge der vom Schreibstrahl (Laserstrahl) erzeugten Wärmestrahlung erfüllen. Da Wärmestrahlung eine Wellenlänge von mehr als 750 nm besitzt, muß die wärmreflektierende Schicht eine Dicke von mindestens 180 nm besitzen.

In einem anderen Typ optischer Aufzeichnungsmittel muß die Unterlage mit einer dünnen Schicht aus Aluminium als lichtreflektierendes Material beschichtet werden. Auf die Aluminiumschicht wird die Schicht aus lichtabsorbierendem Material aufgebracht. Aluminium ist ein ausgezeichnetes lichtreflektierendes Material für das gattungsgemäße Aufzeichnungsmittel, da es leicht auf viele Arten von Unterlagen als dünner, nichtkörniger, hochreflektierender und gut haftender Film aufzubringen ist. Außerdem ist Aluminium schon bei recht niedrigen Temperaturen in einer Vakuumkammer zu verdampfen. Allerdings wird Aluminium in Gegenwart von Sauerstoff leicht zu Aluminiumoxid (Al2O3) oxidiert. Selbst in einer Vakuumkammer mit Spuren von Sauerstoff kann sich auf der Aluminiumoberfläche eine ungefähr 0,3 bis 0,5 nm dicke Aluminiumoxid-Schicht bilden.

Eine so dünne Oxidschicht ist für die Verwendung von Aluminium als lichtreflektierendes Material in einem Aufzeichnungsmittel nicht schädlich, da das Reflexionsvermögen der Oberfläche noch hoch und die oxidierte Schicht so dünn ist, daß sie die Oberflächenglätte und die optische Qualität der Oberfläche nicht merklich beeinträchtigt.

Es hat sich herausgestellt, daß sich die Oberfläche der lichtreflektierenden Aluminiumschicht mit der Zeit besonders dann ändert, wenn sie mit einer Aufzeichnungsschicht aus hydrophilem Material, wie Fluoreszein, beschichtet wird. Ursache hierfür ist ein weiteres Oxidieren des Aluminiums infolge Diffusion von Sauerstoff und Wasserdampf aus der Fluoreszein-Schicht. Dieses fortgesetzte langsame Oxidieren hat eine Verschlechterung der optischen Qualität und eine Änderung der Adhäsion der hydrophilen, lichtabsorbierenden Schicht auf dem Aluminium zur Folge. Diese Verhältnisse werden nach dem Aufzeichnen noch verschlimmert, wenn durch Ablösen der Absorptionsschicht ein Teil des Aluminiums der Atmosphäre ausgesetzt wird und ein Teil mit der Absorptionsschicht bedeckt bleibt mit dem Ergebnis einer unterschiedlichen Geschwindigkeit der weiteren Oxidation in den verschiedenen Bereichen.

Eine weitere mit Reflexionsschichten aus Aluminium verbundene Schwierigkeit besteht darin, daß ein Teil des Aluminiums zusammen mit der lichtabsorbierenden Schicht durch den schreibenden bzw. speichernden Laserstrahl abgelöst werden kann, wenn das Energieniveau des Strahls während des Aufzeichnens zu hoch ist. Diese Korrosion bzw. dieses "Anfressen" der Aluminiumschicht verringert das Signal-/Rausch-Verhältnis während des Lesens.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein optisches Aufzeichnungsmittel der gattungsgemäßen Art zu schaffen, bei dem die lichtreflektierende Aluminiumschicht gegenüber einer Oxidation aus dem angrenzenden System der absorbierenden Schicht geschützt ist und bei dem auch hohe Schreibstrahlenergien keine Schädigung des Reflexionsvermögens verursachen. Für das optische Aufzeichnungsmittel wird die erfindungsgemäße Lösung im Patentanspruch 1 beschrieben. Ausgestaltungen und Verbesserungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen enthalten.

Überraschend hat sich herausgestellt, daß lichtreflektierendes Aluminium mit einer Schicht aus Aluminiumoxid von 2,5 bis 3,0 nm Dicke gegenüber weiterer Oxidation vollständig passiviert wird. Ein ausgezeichnetes Aufzeichnungsmittel kann dadurch hergestellt werden, daß eine dünne reflektierende Schicht aus Aluminium in einer Vakuumkammer in Anwesenheit von Sauerstoff auf eine ebene, glatte Unterlage aus einem Material mit niedriger Wärmeleitfähigkeit aufgedampft und dann genügend Sauerstoff in die Vakuumkammer eingelassen wird, bis in der Aluminiumoberfläche eine oxidierte Schicht von 2,5 bis 3,0 nm Dicke entstanden ist. Zum Fertigstellen des Aufzeichnungsmittels wird auf die Aluminiumoxid-Schicht eine lichtabsorbierende Schicht aufgebracht.

Ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt. Es zeigt

Fig. 1 ein nicht abgelöstes, erfindungsgemäßes Aufzeichnungsmittel, im Querschnitt;

Fig. 2 ein erfindungsgemäßes Aufzeichnungsmittel mit einem abgelösten Abschnitt, im Querschnitt.

Das lichtreflektierende Aluminium muß eben und glatt sein. Ein Aufzeichnungsmittel gemäß der Erfindung enthält eine dünne Schicht aus Aluminium auf einer flachen, glatten Unterlage. Die Aluminiumschicht muß dünn genug sein, damit ein zu hoher seitlicher Wärmeverlust verhindert wird. Das Aluminium ist eloxiert. Die oxydierte Schicht sollte dick genug sein, um die Aluminiumschicht gegenüber weiterer Oxydation zu passivieren und ein Anfressen oder ein Ablösen beziehungsweise Abtragen während des Aufzeichnens zu verhindern. Ist die oxidierte Schicht jedoch zu dick, so hat das verringerte Reflexionseigenschaften und eine verringerte Haftung an der angrenzenden lichtabsorbierenden Schicht zur Folge.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel kann eine lichtreflektierende Aluminiumschicht durch Aufdampfen auf eine gewünschte Unterlage in einer Vakuumkammer hergestellt werden. Wenn eine Schicht aus Aluminium von etwa 25,0 bis etwa 50,0 nm Dicke niedergeschlagen ist, wird eine geringe Menge Sauerstoff in die Vakuum-Kammer eingeführt. Der Sauerstoff oxidiert die Aluminiumschicht bis zu einer Tiefe von etwa 2,5 bis 3,0 nm Dicke in etwa 10 Minuten. Das Vakuum wird dann wieder eingestellt und das gewünschte organische Material auf die oxidierte Aluminiumschicht aufgedampft.

Die Art der verwendeten Unterlage ist nicht kritisch, ausgenommen, daß sie eine niedrige Wärmeleitfähigkeit aufweisen sollte. Die Unterlage sollte eine ebene, optisch glatte Oberfläche aufweisen, an welcher die daran anschließende Aluminiumschicht haftet. Eine Glasplatte oder Glasscheibe ist geeignet. Plastikmaterialien sind ebenfalls geeignet; es ist bei ihnen jedoch schwieriger, eine optisch glatte, ebene Oberfläche herzustellen.

Die lichtabsorbierende Schicht muß bei den für die Aufzeichnung verwendeten Wellenlängen absorbieren und sollte darüber hinaus einen amorphen, kohärenten Film bilden, der das Licht nicht reflektiert. Weiterhin sollte die lichtabsorbierende Schicht leicht ablösbar beziehungsweise abtragbar sein, zum Beispiel bei niedrigen Temperaturen verdampfbar, um die Bildung eines genau definierten Lochs von regelmäßiger Form zuzulassen. Bei einer Dicke von ungefähr 50,0 nm wurde Fluoreszein verwendet. Eine Schicht aus 4-Phenylazo-1-Naphtylamin, das man durch Verdampfen des Farbstoffs Sudan Schwarz B, Farbtonindex (CI) 26 150, in einer Vakuumkammer erhält, mit einer Dicke von etwa 52,5 nm bildet ebenfalls eine ausgezeichnete Beschichtung.

Im folgenden soll die Erfindung anhand der Zeichnungen näher beschrieben werden:

Fig. 1 zeigt ein erfindungsgemäßes Aufzeichnungsmittel, bevor es dem Aufnahme-Lichtstrahl ausgesetzt wurde, mit einer Glasunterlage 110, einer lichtreflektierenden Schicht 112, 114, welche eine Aluminiumschicht von ungefähr 30,0 nm Dicke mit einer Aluminiumoxid-Beschichtung 114 von ungefähr 3,0 nm Dicke umfaßt, und mit einer lichtabsorbierenden Schicht 116.

Fig. 2 zeigt ein Aufzeichnungsmittel gemäß der Erfindung nachdem es einem Aufnahmelichtstrahl ausgesetzt wurde, wobei die optische Schicht 116 derart abgelöst beziehungsweise abgetragen wurde, daß ein Loch 118 entstanden ist, das die reflektierende Schicht 114 freilegt. Selbstverständlich weist das Aufzeichnungsmittel nach der Aufnahme eine Vielzahl von Löchern 118 auf und nicht nur das in Fig. 2 gezeigte.

Durch die folgenden Ausführungsbeispiele wird die Erfindung näher erläutert.

Beispiel 1

Eine Glasscheibe mit 30,5 cm Durchmesser wurde in einer Vakuum-Kammer über einem Aluminiumtarget gedreht. Die Kammer wurde auf 10-6 Torr evakuiert und eine Aluminiumschicht von etwa 30,0 nm Dicke auf die sich drehende Scheibe aufgedampft. Die Heizung wurde abgeschaltet und der Vakuumkammer trockener Sauerstoff zugeführt. Nach 10 Minuten hatte sich auf der Oberfläche der Scheibe eine Aluminiumoxidschicht von etwa 3,0 nm Dicke gebildet.

Die Vakuum-Kammer wurde erneut auf 10-6 Torr evakuiert und ein Fluoreszeinfilm von etwa 50,0 nm Dicke auf die Aluminiumschicht aufgedampft.

Das erhaltene Aufzeichnungsmittel wurde Lichtpulsen von 50 Nanosekunden Dauer bei einer Wellenlänge von 457,9 nm ausgesetzt, die von einem Argon-Laser erzeugt wurden. Die Spitzen- Energiedichte des Lasers lag im Bereich von etwa 0,35 × 106 W/cm2 bis 3,1 × 106 W/cm2 bei aufeinanderfolgenden Belichtungen. Es wurden Fernsehaufzeichnungen von hoher Qualität mit einem Signal-zu-Rausch-Verhältnis über 50 dB gemacht, wobei im Durchschnitt weniger als 5 Ausfälle, d. h. Verluste von Signalen, pro Bild auftraten.

Die obige Aufzeichnung wurde mit einer Aufzeichnung verglichen, die mit einem ähnlichen Aufzeichnungsmittel gemacht wurde, ausgenommen, daß die Aluminiumschicht nicht oxidiert war und lediglich eine Aluminium-Oxidschicht von etwa 0,5 nm Dicke aufwies. Die Empfindlichkeit war in etwa die gleiche. Bei Energiedichten des Lasers über etwa 1,8 × 106 W/cm2 wurde jedoch die Aluminiumschicht zusätzlich zur Fluoreszein-Schicht abgetragen, wie durch Lochfraß in der Aluminiumoberfläche festgestellt wurde.

Beispiel 2

Das Verfahren gemäß Beispiel 1 wurde wiederholt, ausgenommen daß die organische Schicht durch Verdampfen von Sudan-Schwarz D bei 150 Grad Celsius nach dem Oxidieren der Aluminiumschicht gebildet wurde. Der Farbstoff zersetzt sich und führt zu einer hellgelben Beschichtung aus 4-Phenylazo- 1-Naphtylamin.

Eine Glasscheibe mit 30,5 cm Durchmesser wurde mit einer Aluminiumschicht von etwa 30,0 nm Dicke beschichtet. Die Oberfläche wurde bis zu eine Tiefe von etwa 3,0 nm oxidiert, um die Metallschicht zu stabilisieren.

Die beschichtete Scheibe wurde in einer Vakuum-Kammer über einem Verdampferschiffchen gedreht, das Sudan-Schwarz B enthielt. Eine Stromquelle wurde mit dem Schiffchen verbunden, und die Vakuum-Kammer auf etwa 10-6 Torr evakuiert. Das Schiffchen wurde bei geschlossenem Deckel und etwa 70 Grad Celsius ungefähr 15 Minuten lang durch Stromzufuhr zum Schiffchen vorerhitzt. Die Temperatur wurde dann auf 150°C erhöht und der Deckel gelüftet und das Sudan-Schwarz B begann, langsam zu verdampfen und aufzudampfen, d. h. mit etwa 3,0 nm pro Minuten. Das Aufdampfen wurde fortgesetzt, bis eine Schicht aus 4-Phenylazo- 1-Naphtylamin von etwa 52,5 nm Dicke auf der Aluminium-Oxid-Schicht abgelagert war.

Es hatte sich ein glatter, amorpher, klarer und ununterbrochener Film niedergeschlagen.

Nach einer Aufzeichnung bei 488,0 nm Wellenlänge lag das Signal-zu-Rausch-Verhältnis über 50 dB bei weniger als 5 Ausfällen pro Bild.

Die Aufzeichnung wurde periodisch über einen Zeitraum von einigen Monaten überprüft. Das Signal-zu-Rausch-Verhältnis und die Ausfallrate änderten sich nicht.

Die obige Aufzeichnung wurde mit einer Aufzeichnung verglichen, die mit einem ähnlichen Aufzeichnungsmittel gemacht wurde, ausgenommen, daß die Aluminiumschicht nicht oxidiert war. Die Anfangsempfindlichkeit war in etwa die gleiche, d. h. ein Signal-zu-Rausch-Verhältnis von etwa 50 dB mit wenigen Ausfällen.

Nach wenigen Tagen nahm das Signal-zu-Rausch-Verhältnis jedoch auf etwa 45 bis 50 dB und die Ausfallrate stieg auf 10 bis 20 an.


Anspruch[de]
  1. 1. Optisches Aufzeichnungsmittel, mit einer Unterlage (110) geringer Wärmeleitfähigkeit, einer dünnen lichtreflektierenden Schicht (112) aus Aluminium auf dieser Unterlage (110) und einer Schicht (116) aus organischem, leicht abtragbarem und Licht gut absorbierendem Material über dieser Aluminiumschicht (112), gekennzeichnet durch eine Passivierungsschicht (114) aus Aluminiumoxid von ungefähr 2,5-3,0 Nanometer Dicke zwischen der Aluminiumschicht (112) und dem abtragbaren lichtabsorbierenden Material (116).
  2. 2. Aufzeichnungsmittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterlage (110) aus Glas besteht.
  3. 3. Aufzeichnungsmittel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die lichtabsorbierende Schicht (116) aus Fluoreszein besteht.
  4. 4. Aufzeichnungsmittel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die lichtabsorbierende Schicht (116) aus 4-Phenylazo-1-Naphthylamin besteht.
  5. 5. Aufzeichnungsmittel nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die lichtabsorbierende Schicht (116) etwa 50 Nanometer dick ist.
  6. 6. Verfahren zum Herstellen eines optischen Aufzeichnungsmittels nach Anspruch 1 mit folgenden Schritten:
    1. a) Aufdampfen einer bei der vorgegebenen Laser-Frequenz reflektierenden Aluminiumschicht (112) von etwa 25 bis 500 nm auf ein Substrat (110) unter Vakuum;
    2. b) Bedecken der Aluminiumschicht (112) mit einer bei der vorgegebenen Laserfrequenz absorbierenden, abblätternden Lichtabsorptionsschicht (116),
  7. dadurch gekennzeichnet, daß die Aluminiumschicht (112) vor dem Aufbringen der lichtabsorbierenden Schicht (116) bis zu einer Tiefe von etwa 2,5 bis 3,0 nm oxidiert wird.






IPC
A Täglicher Lebensbedarf
B Arbeitsverfahren; Transportieren
C Chemie; Hüttenwesen
D Textilien; Papier
E Bauwesen; Erdbohren; Bergbau
F Maschinenbau; Beleuchtung; Heizung; Waffen; Sprengen
G Physik
H Elektrotechnik

Anmelder
Datum

Patentrecherche

Patent Zeichnungen (PDF)

Copyright © 2008 Patent-De Alle Rechte vorbehalten. eMail: info@patent-de.com