專利名稱：光盤基板的制造方法
技術領域：
本發明是關于光盤基板的制造方法。
過去，作為光盤，已開發出小型激光唱盤(CD)、激光唱盤(LD)等的重放專用型，光磁盤(MO盤)等的重寫型，能記錄的CD(CD-R)等的追記型。在圖3中示出到目前為止已開發的光盤的概況側視圖。如圖3所示，一般使用具有在光盤上有規定大小的磁道間距P和規定深度D的導溝(或者槽)1,2的基板。在光盤上進行所記錄的情報的讀出或者重寫時，對槽，或者對導溝上的記錄情報，照射具有利用透鏡集光的約800nm波長的激光。以往所開發的每1枚光盤基板的情報量是約640MB。
近年來，多媒體產業正在發展。由于此，要求能記錄圖像情報等的大容量情報、而且具有是小型特征的的高密度光盤。然而，以往的CD和MO盤的記憶容量不足，不能適應市場的要求。
因此，正在進行雖然具有和CD相同直徑120mm的尺寸，但具有CD的7倍以上(4.7GB)的記錄密度的高密度重放專用型光盤(DVD)的開發(例如，參照《工業材料》第44卷第10號第103～105頁(1996年))。DVD是將2枚稱為厚度0.6mm、比迄今的光盤更薄的基板貼合而成的。在讀出記錄在DVD上的情報時所使用的激光波長是650nm或或者635nm。因此，以比在過去的CD讀出中使用的激光波長(約800nm)更短波長的激光讀出情報。在讀出中使用的激光波長和以透鏡集光的激光的光點直徑存在正比的關系。如果使用波長短的激光，光點直徑就小，能夠將更高密度的情報記錄重放。DVD的磁道間距P是0.74μm，是以往的CD的磁道間距(1.6μm)的約1/2。由此，DVD的記錄密度大幅度地變高。
另外，正在開發通過向在基板上形成磁道間距P為1.48μm、溝寬W為0.74μm的導溝、該導溝的內側(凹狀部)和相鄰的2個導溝間隔(凸狀部)的兩者上照射和上述DVD相同波長的激光，記錄利用相變化方式進行記錄重寫的情報的高密度重寫型光盤(DVD-RAM)(麻倉著《DVD》第126～134頁ォ-ム社1996年發行)。該DVD-RAM雖然具有和CD相同的外經(120mm)，但具有約CD的4倍的記錄密度(單面是2.6GB)。DVD-RAM用的基板厚度也是0.6mm，將2枚0.6mm的基板貼合，構成DVD-RAM。進而，也正在進行利用更短波長(約400nm)的藍色激光在盤上記錄·重放情報的、使用直徑120mm、板厚0.6mm的基板的超高記錄密度光盤的研究。
另一方面，也正在試驗使與厚度稱為1.2mm的以往的CD等相同厚度的光盤高密度化。例如，已提出，在厚度為1.2mm的基板上形成磁道間距的寬度0.3～0.6μm、深度170～250nm的溝，或者寬度0.4～0.7μm、深度280～400nm的槽的追記型光盤(CD-R)(參照特開平9-7232號公報)。
作為制造近年來正在開發的DVD等高密度光盤基板的方法，正在研究在塑料等透明基材上形成紫外線固化型單體層，在該紫外線固化型單體層上附著具有將槽(或者導溝)的微細結構造轉印成的圖案的唱盤原模，通過上述的基材向紫外線固化型單體層照射紫外線，使單體進行聚合·固化，由此在基材上形成槽(或者導溝)的2P法(Photopolymerization法)(參照特開平9-106585號公報等)。按照采用2P法制造光盤基板的方法，能夠使低粘度的紫外線固化型單體到達在唱盤原模上形成的槽(或者導溝)的微細構造的最末端。在紫外線固化型單體遍及槽(或者導溝)的微細構造的最末端的狀態，使紫外線固化型單體固化，因此能夠以高精度轉印槽(或者導溝)的微細形狀。但是，在按照2P法制造光盤基板的方法中，與利用注塑成形法制造基板的制造法相比，存在大量生產性低劣、制造成本高的問題。
圖4中，模擬地表示在利用注塑成形法成形光盤基板時，將從成形機的噴嘴前端射出的合成樹脂填充在模腔(光盤形狀的空間)中的情況。在利用注塑成形法形成光盤基板的場合，將轉印了槽(或者導溝)的微細構造的圖案形成的唱盤原模4配置在金屬模3上而構成模腔7。在制造光盤基板時，將金屬模3調整至規定的溫度，然后合模，將從成形機的噴嘴前端射出的合成樹脂6填充到模腔7內。在合成樹脂6到達模腔7的末端(相當于基板的外緣)后，對合成樹脂6加壓，使合成樹脂6進入唱盤原模的槽等的微細構造中。然后，原封不動地保持規定的時間，使包括基板中心的樹脂的模腔內的全部樹脂冷卻固化，唱盤原模的該微細構造被轉印。接著，打開被合模的金屬模3，從金屬模3中取出光盤基板。在用注塑成形法制造光盤基板時，若被填充在模腔中的樹脂與金屬模的壁面(形成模腔的面)接觸，則從剛接觸之后，樹脂的熱被壁面奪去。隨著樹脂溫度的降低，樹脂的粘度上升。由于隨著的熱被模腔壁面奪去，發生冷卻固化層5，一邊發生冷卻固化層5，樹脂一邊被填充到模腔7中。由發生冷卻固化層而引起的轉印性降低等的問題，在利用注塑擠壓成形法制造高密度的光盤基板時也同樣產生。
注塑成形法是具有大量生產性好、成本低的優點的成形方法。然而，若發生冷卻固化層，則產生轉印性降低、雙折射變高的問題，導致所制造的基板的品質降低。若想以注塑成形法制造比以往的槽(或者導溝)是微細的高密度光盤基板，則由冷卻固化層的發生而引起的問題就更顯著。
即，伴隨設置在唱盤原模表面上的槽(或者導溝)高密度化，樹脂難以浸入槽等的微細構造的凹部，容易發生轉印不良。例如，即使以以往的條件成形在導溝的內側(凹狀部)和導溝間隔(凸狀部)的兩方上進行相變化方式的記錄的DVD-RAM用的基板，因為樹脂難以進入導溝間隔，所以不形成凸狀部。使用像這樣的基板，即使制造光盤，也成為不能記錄重放的不良品。
正在開發使用比以往設定更高的溫度的金屬模、在成形中切換合模力的注塑擠壓成形法，想要解決該課題的薄型光盤基板的制造方法(參照特開平7-176085)。按照該方法，防止了填充時的樹脂粘度上升，達到降低雙折射的效果。然而，在該方法中能使用的基板材料限于特定的成形樹脂。另外，因為金屬模溫度高，所以在冷卻固化后脫模的基板容易變形。進而，需要比以往更長的冷卻時間，因此產生成形周期也長的其他問題。
可是，在《光メモリシンポジウム86論文集》第173頁以下記載著①使用聚碳酸酯樹脂，按照填充速度為79cm3/s的條件，將直徑為130mm、厚度為1.2mm的光盤基板(CD基板)注塑成形；②使用聚甲基丙烯酸甲酯樹脂，按照填充速度為61cm3/s的條件，將具有上述直徑和厚度的光盤基板(CD基板)注塑成形。另外，在《高分子論文集》第49卷第8號第703頁以下述及，當CD基板成形時，提高填充速度，對提高轉印性是有效的。然而，還沒有暗示關于在像DVD基板那樣的比以往的光盤基板是小型、薄而且高密度化的光盤基板的成形時的轉印性和填充速度的關系的文獻。進而，在上述2篇文獻中記載的技術，是關于基板的厚度為1.2mm的CD基板的制造，在這樣厚的基板上即使填充速度達到60cm3/s程度，在填充時也需要2秒左右的時間，在填充途中樹脂被冷卻，而粘度上升，轉印性已降低。
本發明是鑒于以上的問題，目的在于提供以高轉印性、大量生產生良好地制造低雙折射的光盤基板的方法。
為了解決上述的問題，本發明在利用注塑成形或者注塑擠壓成形制造直徑為80～120mm、厚度0.5～0.7mm的光盤基板時，以自注塑成形機的噴嘴前端樹脂射出開始后至樹脂到達金屬模的模腔末端的時間(秒)除以被樹脂填充的金屬模的模腔體積(cm3)而求出的填充速度是65cm3/s以上的條件，進行樹脂射出填充。上述的填充速度最好是80m3/s以上。若將上述的填充速度換算成填充時間，則在填充速度65cm3/s以上時，填充時間大概是0.1秒以下，在80cm3/s以上時，是0.08秒以下。
從注塑成形機的噴嘴前端射出開始后至到達金屬模的模腔末端的樹脂的熔融粘度最好處于1～30Pa·s的范圍。另外，上述的填充速度最好這樣設定，即，從注塑成形機的噴嘴前端樹脂射出開始后至樹脂到達金屬模的模腔末端的期間，在模腔中填充樹脂的金屬模附近的溫度處于比以樹脂從橡膠狀平坦區域轉變成轉移區域的溫度定義的流動停止溫度高的溫度。在此，所謂金屬模附近，是指從樹脂與金屬模的接觸面至10μm以內的部分。
作為光盤基板成形用的材料，測定使用PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)時的彈性模量的溫度依存性的結果示于
圖1中。伴隨樹脂溫度的降低，樹脂從橡膠平坦區域，經過轉移區域移至玻璃狀態。若將從該橡膠平坦區域向轉移區域的轉變點叫做流動停止溫度，則得到圖1中所示結果的PMMA的流動停止溫度是128℃。樹脂溫度在流動停止溫度以下，樹脂就不能流動。因此，在利用注塑成形法等想要成形光盤基板時，若樹脂溫度變成流動停止溫度以下，像槽(或者導溝)那樣的微細形狀的轉印就不能進行。另外，在填充剛結束的光盤基板的厚度方向，樹脂的粘度是不同的，越靠近金屬模面的區域樹脂的粘度越高。在通過加壓使唱盤原模的形狀轉印到樹脂上時，一邊承受高的剪切力，樹脂一邊冷卻固化，因此殘余應力變大。由此，冷卻固化后的基板的雙折射變大。
關于與得到圖1的結果相同的PMMA，為了注塑成形或者注塑擠壓成形，將從樹脂射出開始的時刻的經過時間(秒)和樹脂的金屬模側表面附近(從與金屬模接觸面至10μm中心的部分)的溫度(℃)的關系進行利用電子計算機的冷卻分析模擬而求出的結果示于圖2中。再者，在此進行的模擬是使用MARC的非恒定熱傳導分析而產生的模擬，射出的樹脂溫度達到280℃，金屬模(由導熱率是1060×10-5cal/mm/s/℃的碳素鋼構成)的溫度達到85℃。按照圖2已知，從影響表面微細形狀的轉印的金屬模表面至10μm以內的樹脂溫度，在樹脂接觸金屬模的表面后，若經過約0.1秒，就已變成流動停止溫度(128℃)以下。
在以和上述的模擬相同的條件、利用注塑成形法和注塑擠壓成形法成形光盤的基板時，樹脂的填充速度慢，若至模腔末端的填充也需要約0.1秒以上，則所填充的樹脂的粘度上升顯著變大。因此，在樹脂沒有到達唱盤原模的微細構造的尖端(凹狀部的尖端，即在樹脂制的基板上相當于凸狀部)時，流動已停止區域出現在光盤基板的轉印面的一部分上。由于這樣，即使通過對樹脂加壓，將設置在唱盤原模表面的微細構造轉印在樹脂上，也產生轉印不良。另外，光盤基板的雙折射變大。
本發明的光盤的制造方法，在樹脂的射出填充中，即在從注塑成形機的噴嘴前端樹脂射出開始后至樹脂到達金屬模的模腔末端的期間，最好將樹脂的填充速度設定在高速度，以便在金屬模的模腔中填充樹脂的金屬模附近的溫度處于比以樹脂從橡膠狀平坦區域轉變成轉移區域的溫度定義的流動停止溫度高的溫度。按照本發明的光盤的制造方法，在制造直徑80～120mm、厚0.5～0.7mm的光盤基板時的填充速度是65cm3/s以上(最好80cm3/s以上)的高速度。借此，填充在模腔內的樹脂照樣維持在流動停止溫度以上的溫度，能夠到達模腔的末端，在將樹脂加壓，進入設置在唱盤原模表面的槽(或者導溝)的微細構造的內部時，能夠維持低的粘度。
在本發明中，在從注塑成形機的噴嘴前端的射出開始后到達金屬模的模腔末端的期間的樹脂熔融粘度，最好處于1～30Pa·s的范圍，但該樹脂如果是PMMA，最好處于3～6Pa·s的范圍，該樹脂如果是PC(聚碳酸酯)，最好處于5～15Pa·s的范圍。在此，在本說明書中的熔融粘度，是使用一般使用的細孔流動試驗法的定速方式毛細管流變計(キャピラリ.レォャ-タ)測定各樹脂的成形溫度中的剪切速度和粘度的關系，根據該剪切速度和粘度的關系，從由金屬模的流路形狀和熔融樹脂的流速求出的剪切速度，算出從注塑成形機的噴嘴前端的射出開始后至到達金屬模的模腔末端的期間的樹脂熔融粘度的值。另外，關于熱塑性樹脂的注塑成形，在利用電子計算機的金屬模設計用的樹脂流動分析模擬系統中，有美國通用電氣公司(GE)經營的系統(モ-ルドフロ-)，使用該樹脂流動分析模擬系統，也能夠分析從注塑成形機的噴嘴前端的射出開始后到達金屬模的模腔末端的期間的樹脂熔融粘度。
在按照本發明制成的基板上，根據用途層疊反射膜、記錄膜等，能夠制造單板式的光盤。另外，也可以將2枚層疊反射膜、記錄膜等的基板貼合，制造貼合式的光盤。
在本發明中能夠使用對記錄重放用激光的波長是透明的、能注塑成形或者注塑擠壓成形的樹脂。具體地說，可舉出聚甲基丙烯酸甲酯等丙烯酸系樹脂、聚碳酸酯系樹脂、聚烯烴系樹脂、聚苯乙烯系樹脂、聚酯系樹脂等。
以下，根據實施例具體地說明本發明。在本實施例中，作為注塑成形機使用フアナツク(株)制ロボショツトα-50B。在該注塑成形機的金屬模上安裝圓盤狀唱盤原模，利用注塑擠壓成形法成形成直徑120mm、厚0.6mm的光盤基板。在上述唱盤原模上，在半徑23mm至58mm的范圍形成將磁道間距為1.0μm、溝寬為0.5μm、深150nm的導溝轉印的圖案。作為成形材料，使用丙烯酸樹脂(クラレ(株)制パラペツトH-1000SD)。
在已成形的基板表面上，利用濺射法將鉑形成厚度約10nm的進行成膜，用掃描型隧道顯微鏡(STM)測定導溝的斷面形狀。測定的位置是內周側(半徑24mm附近)和外周側(半徑57mm附近)的2處。從斷面形狀的測定結果求出溝深。求出以在同一位置的唱盤原模的溝深值除以所求出的溝深值的數值百分率(以下將該值稱為“轉印率”)。另外，使用溝尻光學(株)制偏振光橢圓計DVA-36L，測定在已成形的基板上的半徑方向的雙折射分布。再者，從在本實施例中的一次合模力向二次合模力切換的時間控制，在保壓終了后，在剛進行閥柱部的閘門斷開之后進行。
在表1中示出實施例1～6、比較例1～3中的成形條件。另外，在表2中示出在實施例1～6、比較例1～3中得到的基板的性能評價結果。再者，在實施例中如果使用金屬模，在填充速度65cm3/s、就以0.1秒完成樹脂的填充，在80cm3/s，就以0.08秒完成樹脂的填充。在表1中，合模壓力的欄，按序號地表示填充·保壓工序、冷卻初期工序、冷卻中期工序、冷卻后期中的合模壓力。在此，氣缸溫度(表1)是285℃以上，金屬模溫度是80℃以上的實施例1～5，從注塑成形機的噴嘴前端射出開始后至到達金屬模的模腔末端的樹脂熔融粘度是3Pa·s以上，但氣缸溫度是280℃以上，金屬模溫度是80℃以上的實施例6，樹脂的熔融粘度是5Pa·s以上。
如表2所表明的那樣，在本發明的實施例得到的薄型光盤基板，與比較例的薄型光盤基板相比，轉印性提高，從內周至外周達到90％以上的轉印率。而且，PMMA的熔融粘度如果是3～5Pas·s(實施例1～5)，從內周至外周就得到95％以上的極高轉印率。
發明的效果按照本發明，在大量生產性優良的注塑成形法或者注塑擠壓成形法中，即使使用比以往的CD等的槽(或者導溝)高密度化的唱盤原模，也能夠制造不導致轉印性降低的光盤基板。
附圖的簡單說明圖1是表示PMMA的粘彈生的溫度依存性的圖。
圖2是表示模擬PMMA成形品表面附近的溫度和時間的關系的結果圖。
圖3是表示在光盤基板的表面上形成的槽或者導溝的斷面構造的圖。
圖4是模擬地表示從注塑成形機的噴嘴前端射出到模腔中的合成樹脂被填充的狀況圖。
符號的說明1導溝2導溝間隔3金屬模4唱盤原模5冷卻固化層6熔融樹脂7模腔表1
>
權利要求
1．光盤基板的制造方法，其特征在于，在利用注塑成形或者注塑擠壓成形制造直徑為80～120mm、厚度為0.5～0.7mm的光盤基板時，以從注塑成形機的噴嘴前瑞樹脂射出開始后至樹脂到達金屬模的模腔末端的時間(秒)除以填充樹脂的金屬模的模腔體積(cm3)求出的填充速度是65cm3/s以上的條件進行樹脂射出填充。
2．權利要求1所述的光盤基板的制造方法，其特征在于，以填充速度是80cm3/s以上的條件進行樹脂射出填充。
3．權利要求1或2所述的光盤基板的制造方法，其特征在于，從注塑成形機的噴嘴前端射出開始后至到達金屬模的模腔末端的樹脂的熔融粘度是1～30Pa·s的范圍。
4．權利要求1～3中任一項權利要求所述的光盤基板的制造方法，其特征在于，在從注塑成形機的噴嘴前端樹脂射出開始后至樹脂到達金屬模的模腔末端的期間，在模腔中填充樹脂的金屬模附近的溫度處于比以樹脂從橡膠狀平坦區域轉變成轉移區域的溫度定義的流動停止溫度高的溫度。
5．光盤基板的制造方法，其特征在于，在利用注塑成形或者注塑擠壓成形制造直徑為80～120mm、厚度為0.5～0.7mm的光盤基板時，以樹脂的填充時間是0.1秒以下的條件進行樹脂射出填充。
6．權利要求5所述的光盤基板的制造方法，其特征在于，以樹脂的填充時間是0.08秒以下的條件進行樹脂射出填充。
7．權利要求5或6所述的光盤基板的制造方法，其特征在于，從注塑成形機的噴嘴前端射出開始后至到達金屬模的模腔末端的樹脂的熔融粘度是1～30Pa·s的范圍。
8．權利要求5～7中任一項權利要求所述的光盤基板的制造方法，其特征在于，在從注塑成形機的噴嘴前端樹脂射出開始后至樹脂到達金屬模的模腔末端的期間，在模腔中填充樹脂的金屬模附近的溫度處于比以樹脂從橡膠狀平坦區域轉變成轉移區域的溫度定義的流動停止溫度高的溫度。
全文摘要
提供以高轉印性、大量生產性良好地制造低雙折射的光盤基板的方法。在利用注塑成形或者注塑擠壓成形制造直徑為80～120mm、厚度為0.5～0.7mm的光盤基板時,以從注塑成形機的噴嘴前端樹脂射出開始后至樹脂到達金屬模的模腔末端的時間(秒)除以填充樹脂的金屬模的模腔體積(cm
文檔編號B29C45/00GK1217537SQ9812452
公開日1999年5月26日 申請日期1998年10月22日 優先權日1997年10月22日
發明者細川孝夫, 割野孝一 申請人:可樂麗股份有限公司