JP6056402B2 - 光記録媒体用基板の製造方法 - Google Patents

Description

本開示は、反りを低減する光記録媒体用基板の製造方法に関する。

特開２００９−２７１９７０号公報

光記録媒体はソフトウェア（音楽や映像なども含む）の供給媒体としては非常に優秀であり、取り扱いの便利さ、大量生産の容易さ、製造コストの安さなどで幅広い分野において普及している。また、光記録媒体は高密度化が進み、従来のＣＤ（Compact Disc）やＤＶＤ（DigitalVersatile Disc）に比較して著しい大容量化を実現したブルーレイディスク（Blu-ray Disc：登録商標）などが普及している。

これら光記録媒体は反りがあると、良好な再生特性を発揮できなくなることがある。これは光スポットに収差が発生するからである。
特許文献１には、光記録媒体（特にブルーレイディスク）の反りを抑制するために、所定の特性を有する活性エネルギー線硬化型樹脂で形成した光透過層（透明カバー層）を積層させる技術が開示されている。

ところで、従来の光記録媒体は十分な剛性を有していないものがあり、例えば保存用カートリッジの各保持溝に中心を挟んだ両端部がそれぞれ挿入された水平状態で長期間保存された場合、反りが発生し良好な再生特性を発揮できなくなるおそれがあった。高温環境下の保存では、これがもっと顕著に現れる場合もある。このことは光記録媒体の寿命を縮めている１つの理由である。このような水平状態で保存される光記録媒体の反りが低減できれば、光記録媒体の長期保存に資するところは大きい。
本開示は、水平状態で常温若しくは高温環境下で長期間保存されても反りを低減し、良好な再生特性を有する長寿命の光記録媒体用基板、これを用いた光記録媒体を提供することを課題とする。

本開示の光記録媒体用基板の製造方法は、平均分子量が１５０００から１６０００の範囲のポリカーボネートを金型に注入して射出成形するステップと、金型内で冷却する時間を６秒以上にして、ポリカーボネートの２５℃における単位体積当たりの質量を１．１９３０ｇ／ｃｍ ³ から１．２０００ｇ／ｃｍ ³ の範囲内にするステップとを有する。
これにより光記録媒体の高い剛性が確保される。

本開示によれば、光記録媒体を長期間保存しても、自重による反りを抑えることができ、光記録媒体に記録された音楽や映像等を良好な状態で再生することができる。
また、光記録媒体を高温環境下で保存しても自重による反りを抑えることができ、同様に良好な再生特性を得ることができる。

実施の形態の光記録媒体の層構造の説明図である。 光記録媒体用基板の密度の測定方法を示す図である。 光記録媒体を水平状態で保持したときの形状の変化を示す図である。 水平状態で保存した場合の光記録媒体の反りの測定結果を示す図である。 光記録媒体用基板の密度と反りの関係を示す図である。 光記録媒体用基板の射出成形における冷却時間と密度の関係を示す図である。

以下、本開示の内容を次の順序で説明する。
[１．光記録媒体の構造]
[２．製造方法]
[３．密度の測定方法]
[４．実験結果]
[５．まとめ]

以下に、実施の形態に係る光記録媒体用基板の製造方法について図１に従って説明する。
本開示の技術は、ここで説明する光記録媒体用基板に適用し、この光記録媒体用基板を使用する光記録媒体に適用するものである。
本開示は、光記録媒体用基板の製造方法をブルーレイディスク用基板の製造方法を例に挙げて、以下説明する。
なお、本開示の適用範囲は、ブルーレイディスク用基板の製造方法に限るものでなく、例えば、ＣＤ、ＤＶＤ等の各種光記録媒体用基板の製造方法に広く適用することができる。

[１．光記録媒体の構造]
図１にブルーレイディスク（光記録媒体１）の層構造の例を挙げる。
図１Ａはいわゆる記録層５が単層である光記録媒体１の層構造を示している。
光記録媒体１は、片面に記録層５が形成された光記録媒体用基板４を有する。光記録媒体用基板４としては、ポリカーボネートを用いる。このポリカーボネートは、平均分子量が１５０００から１６０００の範囲であり、かつ２５℃における単位体積当たりの質量が１．１９３０ｇ／ｃｍ³から１．２０００ｇ／ｃｍ³の範囲内のものである。
記録層５は、ピット及びスペースからなるピット列パターンとしての凹凸形状が形成されて成る。光記録媒体用基板４は、例えば、約１．１ｍｍ厚に形成されている。

このピット列パターンを有する光記録媒体用基板４の記録層５を有する面に再生のために、レーザー光９を反射させるための反射膜６が成膜される。そして、この反射膜６のうち記録層５と反対側の面が、対物レンズ１４によって集光されるレーザー光９の入射面となる。
反射膜６は、銀や銀合金、アルミやアルミ合金を用いることが多いが、再生レーザー光の波長である４０５ｎｍの光を効率よく反射させることができるものであれば機能を満足するので、これらに限定されるものではない。

反射膜６におけるレーザ光９の入射面側、すなわち情報読出面側には、均一で優れた表面平滑性をもつ透明カバー層７が形成されている。さらに透明カバー層７の表面側、つまりレーザー光９が入射される側には保護層としてのハードコート層８が形成されている。
この場合、透明カバー層７とハードコート層８により、保護層が形成されることになるが、透明カバー層７とハードコート層８の合計厚みは、例えば９５〜１０５μｍとされる。透明カバー層７とハードコート層８の比率は、特に規定されるものではないが、例えばハードコート層８の厚みは、１．５〜５μｍとすることが多い。
また、光記録媒体用基板４のレーザー光９の入射側からみて反対側の面（いわゆるレーベル面）は、光記録媒体１の内容を表示する為のレーベル印刷が施された印刷面３として形成されている。

なお、ハードコート層８は必ずしも形成しなくても良い。例えば透明カバー層７により表面保護の機能が得られる場合には、ハードコート層８を形成しない例も考えられる。ハードコート層８を形成しないようにすることで、ディスク製造工程の簡略化が可能となる。

ブルーレイディスクは、２つの記録層１０、１２を有する２層ディスク構造も規格化されている。図１Ｂに２層の光記録媒体２の層構造を示す。図１Ｂに示すように光記録媒体１と同様に光記録媒体用基板４を有する。上述の通り、光記録媒体用基板４としては、ポリカーボネートを用いる。このポリカーボネートは、平均分子量が１５０００から１６０００の範囲であり、かつ２５℃における単位体積当たりの質量が１．１９３０ｇ／ｃｍ³から１．２０００ｇ／ｃｍ³の範囲内のものである。
光記録媒体用基板４のレーザ光９の入射面側に、第１記録層１０と第２記録層１２が中間層１１を介して形成されている。
第１記録層１０および第２記録層１２は、ピット及びスペースからなるピット列パターンとしての凹凸形状が形成されて成る。中間層１１は、例えば２０〜３０μｍ厚とされている。
第１記録層１０と中間層１１の間には反射膜６が形成されている。第２記録層１２の表面には半透過反射膜１３が形成されている。そしてその表面に、透明カバー層７が形成され、さらに透明カバー層７の表面側、つまりレーザー光９が入射される側には保護層としてのハードコート層８が形成されている。透明カバー層７とハードコート層８の合計厚みは、例えば７５μｍとされる。
ハードコート層８は光記録媒体１の場合と同様に必ずしも形成しなくて良い。
なお、第２記録層１２は、あらかじめピット列パターンが形成されたスタンパを中間層１１に押しつけて形成されるものである。

図１に示したようにブルーレイディスク（光記録媒体１、２）は、片面読み出し方式、つまり光記録媒体用基板４の一方の面にのみ透過カバー層７を有することから、厚み方向において非対称であり、それぞれの層の持つ残留応力の影響を受けて変形しやすいとされる。

したがって、ブルーレイディスクを平均分子量が１５０００から１６０００の範囲であり、かつ２５℃における単位体積当たりの質量が１．１９３０ｇ／ｃｍ³から１．２０００ｇ／ｃｍ³の範囲内であるポリカーボネートで構成することにより、特に反りの発生が効率的に抑制され、良好な再生特性を得ることができる。

[２．製造方法]
以下に、光記録媒体１の製造方法について簡単に説明する。
（ａ）まず最初に、光記録媒体用基板４を作るために射出成形がなされる。射出成形はポリカーボネートのペレットを高温で溶かし、金型に充填することにより行われる。
（ｂ）次に、光記録媒体用基板４を金型内で一定時間冷却し、金型から取り出す。これにより約１．１ｍｍ厚の光記録媒体用基板４が成形される。
（ｃ）次いで、金型から取り出された光記録媒体用基板４の片面に、記録層５、反射膜６を、スパッタリング、蒸着、コーティング等の手法を用いることにより積層する。
（ｄ）続いて、反射膜６上に、スピンコート法、もしくは、約１００μｍ厚のフィルムを張合わせて、透明カバー層７を形成する。
（ｅ）次に、スピンコート、もしくは、フィルムの張合わせによって形成された透明カバー層７に紫外線を照射して透明カバー層７を硬化させる。
（ｆ）最後に、ハードコート層８を形成する。
ＣＤ、ＤＶＤの製造においても金型への射出成形に関してはその製造方法は同じである。

次に、２層の光記録媒体２の製造方法について簡単に説明する。
２層の光記録媒体２の製造方法は、第１記録層１０の形成までは上記の単層の光記録媒体１の場合と同様である。
第１記録層１０の形成後、中間層１１を形成する。これに紫外線を照射し、硬化させる。この上に第２記録層１２および半透明反射膜１３をスパッタリング法等により形成する。以降、単層ディスク１と同様に透明カバー層７およびハードコート層８を形成する。

本開示の技術においては、平均分子量が１５０００から１６０００の範囲のポリカーボネートを金型に充填して射出成形する。そして上記金型内での冷却時間を６秒以上としている。冷却時間を６秒以上とすることにより、２５℃におけるポリカーボネートの密度を１．１９３０[ｇ／ｃｍ³]から１．２０００[ｇ／ｃｍ³]の特性とすることができる。最終的に、光記録媒体用基板４は平均分子量が１５０００から１６０００の範囲であり、かつ２５℃における密度が１．１９３０[ｇ／ｃｍ³]から１．２０００[ｇ／ｃｍ³]のポリカーボネートによって形成される。
これにより、光記録媒体１、２の変形を抑制でき、長期保存による反りを防止し、結果として良好な再生特性を得ることができる。

[３．密度の測定方法]
以下に、光記録媒体１を使用環境温度の上限で一定期間保存した場合の反りの状態についての実験を説明する。まず、本実験で使用している光記録媒体用基板４の密度の測定方法について図２により説明する。
密度の測定方法として、光記録媒体用基板４の複雑な形状でも正確に密度が求められるようにするため、水中置換法を用いた。
密度の測定のための重量計として、精度０．１[ｍｇ]まで測定できる電子天秤３０を用いた。

古典的な天秤または天秤ばかりは、てこを応用して力点または作用点の片方に測定したい試料を、他方には基準となる分銅を載せて、釣り合ったときの分銅の質量から試料の質量を求める計測器であった。一方、電子天秤３０は雑多な操作を必要とせず、測定する物体を乗せるだけですぐに重さの数値が得られものである。
また、測定する光記録媒体用基板４には、吸水による密度の精度の低下を抑えるために、光記録媒体用基板４の両面に１０[ｎｍ]の水を通さない無機膜を成膜した。

まず、光記録媒体用基板４の重量を測定する。図２Ａに示すように電子天秤３０に光記録媒体用基板４を載せ重量を測定する。このときの重量をｍ[ｇ]とする。
次に、図２Ｂに示すように水３２（純水）を入れた容器３１の重量を測定する。このときの重量をＭ１[ｇ]とする。
さらに図２Ｃに示すように水３２の中に光記録媒体用基板４を支持竿３３でつり下げた状態で浮遊させ、そのときの重量を測定する。このときの重量をＭ２[ｇ]とする。
上記の測定結果から、重量測定時の水温に対応する水の密度をρ[ｇ／ｃｍ³]とすると、（Ｍ２−Ｍ１）／ρは光記録媒体用基板４の体積である。光記録媒体用基板４の重量であるｍを（Ｍ２−Ｍ１）／ρで除することにより光記録媒体用基板４の密度Ａを求めることができる。
最終的に光記録媒体用基板４の密度Ａ[ｇ／ｃｍ³]を求める式は、
Ａ=ρｍ／（Ｍ２−Ｍ１）
となる。
以上の方法により、光記録媒体用基板４の密度を求めている。
[４．実験結果]
次に、一般的な光記録媒体を使用環境温度の上限で一定期間保存した場合の反りの状態および本実施の形態の光記録媒体用基板４を有する光記録媒体１の反りの状態の実験結果について図３乃至図６により説明する。
図３は、一般的な光記録媒体（光ディスク）の保存状態と変形状態を視覚的に表すものであり、この光記録媒体を２点で支持し、水平状態で保存した場合の変形状態を表すものである。図３Ａは変形のない場合であり、反りは発生していない。
図３Ｂは、温度５５℃および９６時間恒温層内に保存した場合の変形状態を表すものである。なお、図３Ｂは理解を容易にするために、誇張して図示している。図３Ｂに示すように支持している部分（矢印）には変形はないが、その他の部分は自重によりたわんで垂れ下がり、全体としてポテトチップス状に変形している。この場合、レーザによる記録又は再生動作は正常でなくなる。この変形が動作不具合の原因であるとされる。

図４は、図３で示された一般的な光記録媒体についての変形量（反り）を光記録媒体の中心からの傾き（角度）として具体的に測定したものである。横軸に光記録媒体の半径、縦軸に光記録媒体の中心からの角度を取っている。この傾き（角度）が光記録媒体の反りに相当する。図４において、■は最小値を示す、▲は平均値を示す、◆は最大値を示す。傾きが±０．３度を超えるとレーザによる記録又は再生に支障が出てくるとされる。これは光スポット（焦点）に収差が発生するためである。

図４Ａは図３Ａの場合に相当し、保存をする前（製造直後）の光記録媒体の傾きを表すものである。この場合、傾きの最大値と最小値の差は、±０．２度の範囲に入っており、ほぼフラットである。もちろん±０．３度以内である。したがって、レーザによる記録又は再生に支障が出ることはない。
図４Ｂは図３Ｂの場合に相当し、２点支持状態で温度５５℃および９６時間保存後の光記録媒体の傾きを表すものである。図４Ｂに示すように傾きの最大値と最小値の差は±０．６度（半径約５８ｍｍ）に達している。この場合、記録又は再生の動作に支障をきたすことになり、不都合である。

図５は、光記録媒体用基板４として平均分子量１５０００から１６０００のポリカーボネートを有する光記録媒体用基板４の密度と反り（傾き）の関係を表すものである。ここで、密度とは単位体積当たりの質量をいう。
図５に示すように温度２５℃における密度が１．１９２６[ｇ／ｃｍ³]以下の領域では、光記録媒体用基板４の反りが急激に大きくなっているのに対して、それ以上の密度の領域では反りの量が緩やかに減少している。密度が１．１９２０[ｇ／ｃｍ³]の場合、反りの量は約０．５６度である。

一方、温度２５℃で密度が１．１９２６[ｇ／ｃｍ³]を超えると反りの量は０．２８度以下となり小さくなっている。したがって、密度が１．１９３０[ｇ／ｃｍ³]以上のポリカーボネートを光記録媒体用基板４に使用することが、反りを十分抑え、実用上好適であると考えられる。
上記の測定結果から、平均分子量が１５０００から１６０００の範囲で、かつ２５℃における単位体積当たりの質量が１．１９３０[ｇ／ｃｍ³]以上のポリカーボネートを光記録媒体用基板４として使用すれば反りを小さく抑えることができ、光記録媒体１、２の良好な記録又は再生特性を得ることができる。

このポリカーボネートの密度は、成形条件、アニール処理などの適切な条件下で制御することが可能とされている。ここでは、金型内での冷却時間を後述するように、例えば６秒とすることで、密度を所定の値とすることができる。
また、ポリカーボネートの密度の上限値は一般的に１．２０００[ｇ／ｃｍ³]とされている。したがって、本開示のポリカーボネートは平均分子量が１５０００から１６０００の範囲であり、かつ２５℃における単位体積当たりの質量が１．１９３０[ｇ／ｃｍ³]から１．２０００[ｇ／ｃｍ³]の範囲内とすることが好適である。

図６は、光記録媒体用基板４の金型内での冷却時間と密度との関係を表すものである。横軸に冷却時間、縦軸に密度をとっている。図６に示すように冷却時間が長ければ光記録媒体用基板４の密度は高くなる。冷却時間が６秒以上あれば、光記録媒体用基板４の密度は１．１９３０[ｇ／ｃｍ³]以上にすることができる。
したがって、光記録媒体用基板４の成形時の金型内での冷却時間を６秒以上にすることにより、光記録媒体用基板４及びこれを有する光記録媒体１の反りの発生を抑制することができる。

[５．まとめ]
以上より、平均分子量が１５０００から１６０００の範囲であり、かつ２５℃における単位体積当たりの質量が１．１９３０ｇ／ｃｍ³から１．２０００ｇ／ｃｍ³の範囲内であるポリカーボネートである光記録媒体用基板を光記録媒体に使用することにより、特に反りの発生が効率的に抑制され、良好な再生特性を得ることができる。
また、ブルーレイディスクのみならずＣＤおよびＤＶＤにおいても同様にディスクの変形を防止し、長期保存によるディスクの反りを防止し、良好な再生特性を得ることができる。

１ ２…光記録媒体、４…光記録媒体用基板、７…透明カバー層

Claims (2)

1. 平均分子量が１５０００から１６０００の範囲のポリカーボネートを金型に充填して射出成形するステップと、
   上記金型内で冷却する時間を６秒以上にして、上記ポリカーボネートの２５℃における単位体積当たりの質量を１．１９３０ｇ／ｃｍ ³ から１．２０００ｇ／ｃｍ ³ の範囲内にするステップとを有する
   光記録媒体用基板の製造方法。
2. 上記金型から上記光記録媒体用基板を取り出した後に、
   上記光記録媒体用基板の情報読出面側に透明カバー層を形成するステップを有する
   請求項１に記載の光記録媒体用基板の製造方法。

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