专利名称：光盘基板的制造方法
技术领域：
本发明是关于光盘基板的制造方法。
过去，作为光盘，已开发出小型激光唱盘(CD)、激光唱盘(LD)等的重放专用型，光磁盘(MO盘)等的重写型，能记录的CD(CD-R)等的追记型。在图3中示出到目前为止已开发的光盘的概况侧视图。如图3所示，一般使用具有在光盘上有规定大小的磁道间距P和规定深度D的导沟(或者槽)1,2的基板。在光盘上进行所记录的情报的读出或者重写时，对槽，或者对导沟上的记录情报，照射具有利用透镜集光的约800nm波长的激光。以往所开发的每1枚光盘基板的情报量是约640MB。
近年来，多媒体产业正在发展。由于此，要求能记录图像情报等的大容量情报、而且具有是小型特征的的高密度光盘。然而，以往的CD和MO盘的记忆容量不足，不能适应市场的要求。
因此，正在进行虽然具有和CD相同直径120mm的尺寸，但具有CD的7倍以上(4.7GB)的记录密度的高密度重放专用型光盘(DVD)的开发(例如，参照《工业材料》第44卷第10号第103～105页(1996年))。DVD是将2枚称为厚度0.6mm、比迄今的光盘更薄的基板贴合而成的。在读出记录在DVD上的情报时所使用的激光波长是650nm或或者635nm。因此，以比在过去的CD读出中使用的激光波长(约800nm)更短波长的激光读出情报。在读出中使用的激光波长和以透镜集光的激光的光点直径存在正比的关系。如果使用波长短的激光，光点直径就小，能够将更高密度的情报记录重放。DVD的磁道间距P是0.74μm，是以往的CD的磁道间距(1.6μm)的约1/2。由此，DVD的记录密度大幅度地变高。
另外，正在开发通过向在基板上形成磁道间距P为1.48μm、沟宽W为0.74μm的导沟、该导沟的内侧(凹状部)和相邻的2个导沟间隔(凸状部)的两者上照射和上述DVD相同波长的激光，记录利用相变化方式进行记录重写的情报的高密度重写型光盘(DVD-RAM)(麻仓著《DVD》第126～134页ォ-ム社1996年发行)。该DVD-RAM虽然具有和CD相同的外经(120mm)，但具有约CD的4倍的记录密度(单面是2.6GB)。DVD-RAM用的基板厚度也是0.6mm，将2枚0.6mm的基板贴合，构成DVD-RAM。进而，也正在进行利用更短波长(约400nm)的蓝色激光在盘上记录·重放情报的、使用直径120mm、板厚0.6mm的基板的超高记录密度光盘的研究。
另一方面，也正在试验使与厚度称为1.2mm的以往的CD等相同厚度的光盘高密度化。例如，已提出，在厚度为1.2mm的基板上形成磁道间距的宽度0.3～0.6μm、深度170～250nm的沟，或者宽度0.4～0.7μm、深度280～400nm的槽的追记型光盘(CD-R)(参照特开平9-7232号公报)。
作为制造近年来正在开发的DVD等高密度光盘基板的方法，正在研究在塑料等透明基材上形成紫外线固化型单体层，在该紫外线固化型单体层上附着具有将槽(或者导沟)的微细结构造转印成的图案的唱盘原模，通过上述的基材向紫外线固化型单体层照射紫外线，使单体进行聚合·固化，由此在基材上形成槽(或者导沟)的2P法(Photopolymerization法)(参照特开平9-106585号公报等)。按照采用2P法制造光盘基板的方法，能够使低粘度的紫外线固化型单体到达在唱盘原模上形成的槽(或者导沟)的微细构造的最末端。在紫外线固化型单体遍及槽(或者导沟)的微细构造的最末端的状态，使紫外线固化型单体固化，因此能够以高精度转印槽(或者导沟)的微细形状。但是，在按照2P法制造光盘基板的方法中，与利用注塑成形法制造基板的制造法相比，存在大量生产性低劣、制造成本高的问题。
图4中，模拟地表示在利用注塑成形法成形光盘基板时，将从成形机的喷嘴前端射出的合成树脂填充在模腔(光盘形状的空间)中的情况。在利用注塑成形法形成光盘基板的场合，将转印了槽(或者导沟)的微细构造的图案形成的唱盘原模4配置在金属模3上而构成模腔7。在制造光盘基板时，将金属模3调整至规定的温度，然后合模，将从成形机的喷嘴前端射出的合成树脂6填充到模腔7内。在合成树脂6到达模腔7的末端(相当于基板的外缘)后，对合成树脂6加压，使合成树脂6进入唱盘原模的槽等的微细构造中。然后，原封不动地保持规定的时间，使包括基板中心的树脂的模腔内的全部树脂冷却固化，唱盘原模的该微细构造被转印。接着，打开被合模的金属模3，从金属模3中取出光盘基板。在用注塑成形法制造光盘基板时，若被填充在模腔中的树脂与金属模的壁面(形成模腔的面)接触，则从刚接触之后，树脂的热被壁面夺去。随着树脂温度的降低，树脂的粘度上升。由于随着的热被模腔壁面夺去，发生冷却固化层5，一边发生冷却固化层5，树脂一边被填充到模腔7中。由发生冷却固化层而引起的转印性降低等的问题，在利用注塑挤压成形法制造高密度的光盘基板时也同样产生。
注塑成形法是具有大量生产性好、成本低的优点的成形方法。然而，若发生冷却固化层，则产生转印性降低、双折射变高的问题，导致所制造的基板的品质降低。若想以注塑成形法制造比以往的槽(或者导沟)是微细的高密度光盘基板，则由冷却固化层的发生而引起的问题就更显著。
即，伴随设置在唱盘原模表面上的槽(或者导沟)高密度化，树脂难以浸入槽等的微细构造的凹部，容易发生转印不良。例如，即使以以往的条件成形在导沟的内侧(凹状部)和导沟间隔(凸状部)的两方上进行相变化方式的记录的DVD-RAM用的基板，因为树脂难以进入导沟间隔，所以不形成凸状部。使用像这样的基板，即使制造光盘，也成为不能记录重放的不良品。
正在开发使用比以往设定更高的温度的金属模、在成形中切换合模力的注塑挤压成形法，想要解决该课题的薄型光盘基板的制造方法(参照特开平7-176085)。按照该方法，防止了填充时的树脂粘度上升，达到降低双折射的效果。然而，在该方法中能使用的基板材料限于特定的成形树脂。另外，因为金属模温度高，所以在冷却固化后脱模的基板容易变形。进而，需要比以往更长的冷却时间，因此产生成形周期也长的其他问题。
可是，在《光メモリシンポジウム86论文集》第173页以下记载着①使用聚碳酸酯树脂，按照填充速度为79cm3/s的条件，将直径为130mm、厚度为1.2mm的光盘基板(CD基板)注塑成形；②使用聚甲基丙烯酸甲酯树脂，按照填充速度为61cm3/s的条件，将具有上述直径和厚度的光盘基板(CD基板)注塑成形。另外，在《高分子论文集》第49卷第8号第703页以下述及，当CD基板成形时，提高填充速度，对提高转印性是有效的。然而，还没有暗示关于在像DVD基板那样的比以往的光盘基板是小型、薄而且高密度化的光盘基板的成形时的转印性和填充速度的关系的文献。进而，在上述2篇文献中记载的技术，是关于基板的厚度为1.2mm的CD基板的制造，在这样厚的基板上即使填充速度达到60cm3/s程度，在填充时也需要2秒左右的时间，在填充途中树脂被冷却，而粘度上升，转印性已降低。
本发明是鉴于以上的问题，目的在于提供以高转印性、大量生产生良好地制造低双折射的光盘基板的方法。
为了解决上述的问题，本发明在利用注塑成形或者注塑挤压成形制造直径为80～120mm、厚度0.5～0.7mm的光盘基板时，以自注塑成形机的喷嘴前端树脂射出开始后至树脂到达金属模的模腔末端的时间(秒)除以被树脂填充的金属模的模腔体积(cm3)而求出的填充速度是65cm3/s以上的条件，进行树脂射出填充。上述的填充速度最好是80m3/s以上。若将上述的填充速度换算成填充时间，则在填充速度65cm3/s以上时，填充时间大概是0.1秒以下，在80cm3/s以上时，是0.08秒以下。
从注塑成形机的喷嘴前端射出开始后至到达金属模的模腔末端的树脂的熔融粘度最好处于1～30Pa·s的范围。另外，上述的填充速度最好这样设定，即，从注塑成形机的喷嘴前端树脂射出开始后至树脂到达金属模的模腔末端的期间，在模腔中填充树脂的金属模附近的温度处于比以树脂从橡胶状平坦区域转变成转移区域的温度定义的流动停止温度高的温度。在此，所谓金属模附近，是指从树脂与金属模的接触面至10μm以内的部分。
作为光盘基板成形用的材料，测定使用PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)时的弹性模量的温度依存性的结果示于
图1中。伴随树脂温度的降低，树脂从橡胶平坦区域，经过转移区域移至玻璃状态。若将从该橡胶平坦区域向转移区域的转变点叫做流动停止温度，则得到图1中所示结果的PMMA的流动停止温度是128℃。树脂温度在流动停止温度以下，树脂就不能流动。因此，在利用注塑成形法等想要成形光盘基板时，若树脂温度变成流动停止温度以下，像槽(或者导沟)那样的微细形状的转印就不能进行。另外，在填充刚结束的光盘基板的厚度方向，树脂的粘度是不同的，越靠近金属模面的区域树脂的粘度越高。在通过加压使唱盘原模的形状转印到树脂上时，一边承受高的剪切力，树脂一边冷却固化，因此残余应力变大。由此，冷却固化后的基板的双折射变大。
关于与得到图1的结果相同的PMMA，为了注塑成形或者注塑挤压成形，将从树脂射出开始的时刻的经过时间(秒)和树脂的金属模侧表面附近(从与金属模接触面至10μm中心的部分)的温度(℃)的关系进行利用电子计算机的冷却分析模拟而求出的结果示于图2中。再者，在此进行的模拟是使用MARC的非恒定热传导分析而产生的模拟，射出的树脂温度达到280℃，金属模(由导热率是1060×10-5cal/mm/s/℃的碳素钢构成)的温度达到85℃。按照图2已知，从影响表面微细形状的转印的金属模表面至10μm以内的树脂温度，在树脂接触金属模的表面后，若经过约0.1秒，就已变成流动停止温度(128℃)以下。
在以和上述的模拟相同的条件、利用注塑成形法和注塑挤压成形法成形光盘的基板时，树脂的填充速度慢，若至模腔末端的填充也需要约0.1秒以上，则所填充的树脂的粘度上升显著变大。因此，在树脂没有到达唱盘原模的微细构造的尖端(凹状部的尖端，即在树脂制的基板上相当于凸状部)时，流动已停止区域出现在光盘基板的转印面的一部分上。由于这样，即使通过对树脂加压，将设置在唱盘原模表面的微细构造转印在树脂上，也产生转印不良。另外，光盘基板的双折射变大。
本发明的光盘的制造方法，在树脂的射出填充中，即在从注塑成形机的喷嘴前端树脂射出开始后至树脂到达金属模的模腔末端的期间，最好将树脂的填充速度设定在高速度，以便在金属模的模腔中填充树脂的金属模附近的温度处于比以树脂从橡胶状平坦区域转变成转移区域的温度定义的流动停止温度高的温度。按照本发明的光盘的制造方法，在制造直径80～120mm、厚0.5～0.7mm的光盘基板时的填充速度是65cm3/s以上(最好80cm3/s以上)的高速度。借此，填充在模腔内的树脂照样维持在流动停止温度以上的温度，能够到达模腔的末端，在将树脂加压，进入设置在唱盘原模表面的槽(或者导沟)的微细构造的内部时，能够维持低的粘度。
在本发明中，在从注塑成形机的喷嘴前端的射出开始后到达金属模的模腔末端的期间的树脂熔融粘度，最好处于1～30Pa·s的范围，但该树脂如果是PMMA，最好处于3～6Pa·s的范围，该树脂如果是PC(聚碳酸酯)，最好处于5～15Pa·s的范围。在此，在本说明书中的熔融粘度，是使用一般使用的细孔流动试验法的定速方式毛细管流变计(キャピラリ.レォャ-タ)测定各树脂的成形温度中的剪切速度和粘度的关系，根据该剪切速度和粘度的关系，从由金属模的流路形状和熔融树脂的流速求出的剪切速度，算出从注塑成形机的喷嘴前端的射出开始后至到达金属模的模腔末端的期间的树脂熔融粘度的值。另外，关于热塑性树脂的注塑成形，在利用电子计算机的金属模设计用的树脂流动分析模拟系统中，有美国通用电气公司(GE)经营的系统(モ-ルドフロ-)，使用该树脂流动分析模拟系统，也能够分析从注塑成形机的喷嘴前端的射出开始后到达金属模的模腔末端的期间的树脂熔融粘度。
在按照本发明制成的基板上，根据用途层叠反射膜、记录膜等，能够制造单板式的光盘。另外，也可以将2枚层叠反射膜、记录膜等的基板贴合，制造贴合式的光盘。
在本发明中能够使用对记录重放用激光的波长是透明的、能注塑成形或者注塑挤压成形的树脂。具体地说，可举出聚甲基丙烯酸甲酯等丙烯酸系树脂、聚碳酸酯系树脂、聚烯烃系树脂、聚苯乙烯系树脂、聚酯系树脂等。
以下，根据实施例具体地说明本发明。在本实施例中，作为注塑成形机使用フアナツク(株)制ロボショツトα-50B。在该注塑成形机的金属模上安装圆盘状唱盘原模，利用注塑挤压成形法成形成直径120mm、厚0.6mm的光盘基板。在上述唱盘原模上，在半径23mm至58mm的范围形成将磁道间距为1.0μm、沟宽为0.5μm、深150nm的导沟转印的图案。作为成形材料，使用丙烯酸树脂(クラレ(株)制パラペツトH-1000SD)。
在已成形的基板表面上，利用溅射法将铂形成厚度约10nm的进行成膜，用扫描型隧道显微镜(STM)测定导沟的断面形状。测定的位置是内周侧(半径24mm附近)和外周侧(半径57mm附近)的2处。从断面形状的测定结果求出沟深。求出以在同一位置的唱盘原模的沟深值除以所求出的沟深值的数值百分率(以下将该值称为“转印率”)。另外，使用沟尻光学(株)制偏振光椭圆计DVA-36L，测定在已成形的基板上的半径方向的双折射分布。再者，从在本实施例中的一次合模力向二次合模力切换的时间控制，在保压终了后，在刚进行阀柱部的闸门断开之后进行。
在表1中示出实施例1～6、比较例1～3中的成形条件。另外，在表2中示出在实施例1～6、比较例1～3中得到的基板的性能评价结果。再者，在实施例中如果使用金属模，在填充速度65cm3/s、就以0.1秒完成树脂的填充，在80cm3/s，就以0.08秒完成树脂的填充。在表1中，合模压力的栏，按序号地表示填充·保压工序、冷却初期工序、冷却中期工序、冷却后期中的合模压力。在此，气缸温度(表1)是285℃以上，金属模温度是80℃以上的实施例1～5，从注塑成形机的喷嘴前端射出开始后至到达金属模的模腔末端的树脂熔融粘度是3Pa·s以上，但气缸温度是280℃以上，金属模温度是80℃以上的实施例6，树脂的熔融粘度是5Pa·s以上。
如表2所表明的那样，在本发明的实施例得到的薄型光盘基板，与比较例的薄型光盘基板相比，转印性提高，从内周至外周达到90％以上的转印率。而且，PMMA的熔融粘度如果是3～5Pas·s(实施例1～5)，从内周至外周就得到95％以上的极高转印率。
发明的效果按照本发明，在大量生产性优良的注塑成形法或者注塑挤压成形法中，即使使用比以往的CD等的槽(或者导沟)高密度化的唱盘原模，也能够制造不导致转印性降低的光盘基板。
附图的简单说明图1是表示PMMA的粘弹生的温度依存性的图。
图2是表示模拟PMMA成形品表面附近的温度和时间的关系的结果图。
图3是表示在光盘基板的表面上形成的槽或者导沟的断面构造的图。
图4是模拟地表示从注塑成形机的喷嘴前端射出到模腔中的合成树脂被填充的状况图。
符号的说明1导沟2导沟间隔3金属模4唱盘原模5冷却固化层6熔融树脂7模腔表1
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权利要求
1．光盘基板的制造方法，其特征在于，在利用注塑成形或者注塑挤压成形制造直径为80～120mm、厚度为0.5～0.7mm的光盘基板时，以从注塑成形机的喷嘴前瑞树脂射出开始后至树脂到达金属模的模腔末端的时间(秒)除以填充树脂的金属模的模腔体积(cm3)求出的填充速度是65cm3/s以上的条件进行树脂射出填充。
2．权利要求1所述的光盘基板的制造方法，其特征在于，以填充速度是80cm3/s以上的条件进行树脂射出填充。
3．权利要求1或2所述的光盘基板的制造方法，其特征在于，从注塑成形机的喷嘴前端射出开始后至到达金属模的模腔末端的树脂的熔融粘度是1～30Pa·s的范围。
4．权利要求1～3中任一项权利要求所述的光盘基板的制造方法，其特征在于，在从注塑成形机的喷嘴前端树脂射出开始后至树脂到达金属模的模腔末端的期间，在模腔中填充树脂的金属模附近的温度处于比以树脂从橡胶状平坦区域转变成转移区域的温度定义的流动停止温度高的温度。
5．光盘基板的制造方法，其特征在于，在利用注塑成形或者注塑挤压成形制造直径为80～120mm、厚度为0.5～0.7mm的光盘基板时，以树脂的填充时间是0.1秒以下的条件进行树脂射出填充。
6．权利要求5所述的光盘基板的制造方法，其特征在于，以树脂的填充时间是0.08秒以下的条件进行树脂射出填充。
7．权利要求5或6所述的光盘基板的制造方法，其特征在于，从注塑成形机的喷嘴前端射出开始后至到达金属模的模腔末端的树脂的熔融粘度是1～30Pa·s的范围。
8．权利要求5～7中任一项权利要求所述的光盘基板的制造方法，其特征在于，在从注塑成形机的喷嘴前端树脂射出开始后至树脂到达金属模的模腔末端的期间，在模腔中填充树脂的金属模附近的温度处于比以树脂从橡胶状平坦区域转变成转移区域的温度定义的流动停止温度高的温度。
全文摘要
提供以高转印性、大量生产性良好地制造低双折射的光盘基板的方法。在利用注塑成形或者注塑挤压成形制造直径为80～120mm、厚度为0.5～0.7mm的光盘基板时,以从注塑成形机的喷嘴前端树脂射出开始后至树脂到达金属模的模腔末端的时间(秒)除以填充树脂的金属模的模腔体积(cm
文档编号B29C45/00GK1217537SQ9812452
公开日1999年5月26日 申请日期1998年10月22日 优先权日1997年10月22日
发明者细川孝夫, 割野孝一 申请人:可乐丽股份有限公司