專利名稱：三維復合存儲媒體的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種三維復合存儲媒體，更具體地，涉及一種通過將快速光響應介質(zhì)均勻分散在高聚物中形成的復合材料所制成的存儲媒體，其中，通過光子與存儲媒體的作用完成信息的錄入。
背景技術：
迄今為止，可錄光盤無論是CD-R、DVD-R或DVD+R都是在聚碳酸酯(PC)盤基上旋涂一層有機染料，再濺射一層金屬反射層而成的二維存儲光盤。這類可錄光盤的生產(chǎn)線至少包括以下三個主機1.盤基注塑機-隨后是冷卻傳送室2.染料旋涂機-隨后是樣品烘干室3.后續(xù)組合機-包括金屬濺射室、紫外固化甩膠室、紫外固化曝光室、原位檢測室等。
現(xiàn)有技術的生產(chǎn)線見附圖1(a)所示的方框圖。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種采用較現(xiàn)有技術更簡化的設備可以生產(chǎn)的三維存儲媒體，它具有更大的存儲容量，而且可供采用的材料的種類范圍更為廣泛。
根據(jù)本發(fā)明的一種三維復合存儲媒體，其特征在于，通過將快速光響應介質(zhì)均勻分散在高聚物中以形成復合材料，再通過注塑或澆鑄處理成為盤狀、塊狀、或卡狀的存儲媒體，以便實現(xiàn)體存儲，所述存儲媒體具有用于信息記錄和檢索的伺服跟蹤預刻槽。
根據(jù)本發(fā)明的三維復合存儲媒體的優(yōu)點在于簡化生產(chǎn)設備。由于記錄介質(zhì)分散在高聚物中，因此不需要將染料事先溶于溶劑，再旋涂到盤基上，可以用注塑機模壓出樣盤，然后直接傳送到后續(xù)組合機，省去染料旋涂和染料回收過程，見附圖1(b)。也就是說，完全可用只讀光盤生產(chǎn)線實現(xiàn)這類三維可錄光盤的批量生產(chǎn)，從而大大提高生產(chǎn)效率并降低成本。
實現(xiàn)技術升級。將二維存儲光盤升級為三維存儲媒體，整個存儲媒體呈透明狀。若用熒光讀取已錄信息，則上述后續(xù)組合機中的金屬濺射室還可省去，進一步降低生產(chǎn)線成本。
擴寬材料設計面只要滿足以下兩個條件的媒體材料都可采用(1)可以在飛秒(fs，10-15秒)或微微秒(ps，10-12秒)的時間內(nèi)發(fā)生光響應；(2)吸收波長在可見光～紫外光范圍內(nèi)的任何波段。


圖1(a)示出現(xiàn)有技術的光盤生產(chǎn)線主機的方框圖；圖1(b)示出根據(jù)本發(fā)明的三維復合存儲媒體的生產(chǎn)線主機的方框圖；圖2示出根據(jù)本發(fā)明的三維復合存儲媒體的一個實施例的吸收光譜；圖3示出圖2的實施例的各種深度雙光子聚焦點記錄的信息位。
具體實施例方式
根據(jù)本發(fā)明的媒體介質(zhì)包括以下類型一類有機染及衍生物均勻分散在高聚物中；兩類或幾類有機染料及衍生物均勻分散在高聚物中；一類有機光致變色材料均勻分散在高聚物中；兩類或幾類有機光致變色介質(zhì)均勻分散在高聚物中；一類無機光致變色介質(zhì)均勻分散在高聚物中；兩類或幾類無機變色介質(zhì)均勻分散在高聚物中；一類寬帶隙IIIA族氮化物均勻分散在高聚物中；兩類或幾類寬帶隙IIIA族氮化物均勻分散在高聚物中。
具體地，根據(jù)本發(fā)明的三維復合存儲媒體具有以下結構中的其中任何一種結構酞青類染料及其衍生物勻散在聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)或其同系物中；金屬或金屬硫族化合物-酞青類染料及其衍生物勻散在聚甲基丙烯酸甲酯或其同系物中；葸醌類染料及其衍生物勻散在聚甲基丙烯酸甲酯或其同系物中；萘醌類染料及其生物勻散在聚甲基丙烯酸甲酯或其同系物中；偶氮類染料及其衍生物勻散在聚甲基丙烯酸甲酯或其同系物中；酞青類染料及其衍生物勻散在聚碳酸酯(PC)中；金屬或金屬硫族化合物-酞青類染料及其衍生物勻散在聚碳酸酯中；葸醌類染料及其衍生物勻散在聚碳酸酯中；萘醌類染料及其衍生物勻散在聚碳酸酯中；偶氮類染料及其衍生物勻散在聚碳酸酯中；酞青類染料及其衍生物勻散在聚甲基丙烯酸甲酯或其同系物中/金屬反射膜；金屬或金屬硫族化合物-酞青類染料及其衍生物勻散在聚甲基丙烯酸甲酯或其同系物中/金屬反射膜；葸醌類染料及其衍生物勻散在聚甲基丙烯酸甲酯或其同系物中/金屬反射膜；萘醌類染料及其衍生物勻散在聚甲基丙烯酸甲酯或其同系物中/金屬反射膜；偶氮類染料及其衍生物勻散在聚甲基丙烯酸甲酯或其同系物中/金屬反射膜；酞青類染料及其衍生物勻散在聚碳酸酯中/金屬反射膜；金屬或金屬硫族化合物-酞青類染料及其衍生物勻散在聚碳酸酯中/金屬反射膜；葸醌類染料及其衍生物勻散在聚碳酸酯中/金屬反射膜；萘醌類染料及其衍生物勻散在聚碳酸酯中/金屬反射膜；偶氮類染料及其衍生物勻散在聚碳酸酯中/金屬反射膜；至少選擇以上兩類染料及其衍生物的混合物勻散在聚甲基丙烯酸甲酯或其同系物中，或聚碳酸酯中；可有金屬反射膜(若用反射讀取)，也可沒有金屬反射膜(若用熒光讀取)；寬帶隙IIIA族氮化物如氮化鋁、氮化銦、氮化鎵，勻散在聚碳酸酯中；寬帶隙IIIA族氮化物如氮化鋁、氮化銦、氮化鎵，勻散在聚甲基丙烯酸甲酯或其同系物中/金屬反射膜；寬帶隙IIIA族氮化物如氮化鋁、氮化銦、氮化鎵，勻散在聚碳酸酯中/金屬反射膜；無機光致變色介質(zhì)，過渡金屬氧化物釩氧(V2O5)、鎳氧(NiO)、氧化鉬(MoO3)、氧化鎢(WO3)，勻散在聚甲基丙烯酸甲酯或其同系物中，或聚碳酸酯中；有機光致變色介質(zhì)螺吡喃類、俘精酸酐類，勻散在聚甲基丙烯酸甲酯或其同系物中，或聚碳酸酯中；以上各無機、有機光致變色介質(zhì)，勻散在聚甲基丙烯酸甲酯或其同系物中，或聚碳酸酯中/金屬反射膜。
在以上的三維復合存儲媒體中，金屬-酞青類染料及其衍生物中的金屬是以下單質(zhì)元素的其中任何一種銅、銀、鋅、鎘、鋁、鎵、銦、鍺、錫、鉛、銻、釩；硫族化合物是從銅、銀、鋅、鎘、鋁、鎵、銦、鍺、錫、鉛、銻、釩中選擇的一種，和從硫族元素氧、硫、硒、碲中選出的一種形成的二元化合物。
金屬反射膜是金、銀、鋁合金中的其中任何一種。
以上三維存儲媒體信息錄入和讀取的機制為雙光子吸收導致電子躍遷，從而可導致無輻射躍遷(對應于錄入)和輻射躍遷(對應于讀取)兩種機制。在無輻射躍遷機制下，產(chǎn)生光化學效應(單重態(tài)/三重態(tài))和光物理效應(內(nèi)轉換/系間串越)；在光化學效應和光物理效應下，產(chǎn)生光生成物，從而完成信息錄入。在輻射躍遷機制下，通過熒光或磷光發(fā)射進行信息讀取。
以兩類或幾類有機染料及衍生物均勻分散在高聚物中形成地復合存儲媒體為例具體說明信息錄入和讀取的過程。
采用兩種染料均勻混合、分散在PMA中，再注塑成面積為3×3.5cm2、厚度為1.2mm的卡片，編號是DPS-1，(即Dye-Polymer System一號樣品)，其吸收光譜如附圖2所示，因此可用Ti-藍寶石激光器錄入信息。
Ti-激光器的各參數(shù)為激光器波長780nm，脈沖寬度120fs，重復頻率82MHz，數(shù)值孔徑0.65。
換言之，根據(jù)本發(fā)明的三維復合存儲媒體在飛秒、皮秒或納秒量級窄脈寬的激光作用下，所述快速光響應介質(zhì)進行單光子吸收，還可以進行雙光子吸收或多光子吸收?？焖俟忭憫橘|(zhì)的吸收波長可以發(fā)生在近紅外～可見～紫外光的其中任一波段，取決于所述會快速光響應介質(zhì)在高聚物中的電子組態(tài)。
另外，所述雙光子吸收的其中兩光子對應的波長可以相同也可以不相同。在波長相同的雙光子吸收中，可以是單束激光的雙光子吸收，也可以是兩束相同波長激光束的雙光子吸收；在兩束相同波長或不同波長激光束的雙光子吸收中，只有在兩束激光聚焦于一點時，才能發(fā)生光與所述存儲媒體的光化學/物理作用，從而形成光生成物的記錄位。另外，在兩束相同波長或不同波長激光束的雙光子吸收中，可以用一束激光在另一束激光的光平面上進行垂直記錄。
從圖2可以看出DPS-1對780nm波長的激光光子不吸收，所以該媒體一次至少要吸收兩個光子才能躍遷到激發(fā)態(tài)，這就是雙光子吸收。媒體通過雙光子吸收→電子躍遷→光化學物理反應→媒體組態(tài)改變→光生成物等環(huán)節(jié)錄入信息位。新生成物的吸收光譜在可見光區(qū)，而且光生成物的吸收波長≠原存儲媒體寫入波長因此采用熒光方法可實現(xiàn)信息的無損讀出。
圖3示出媒體的各種深度雙光子點記錄的信息位。圖中的亮點是最佳激光功率錄入的比特，尺寸在0.3μm左右。連續(xù)加大激光功率，比特尺寸隨之增大，直到最后在亮點中部出現(xiàn)黑色斑點，說明該處介質(zhì)結構已被破壞。這表明媒體介質(zhì)具有記錄閾值。DPS-1的記錄閾值約0.3μJ。
若選用反射方法讀取信息，則前述各類型的媒體表面需要濺鍍一層金屬反射層。
因為已記錄處光生成物的反射率≠未記錄處光生成物的反射率，因此采用反射方法可實現(xiàn)信息的無損讀出。
采用上述錄入與讀取方法，可以在整個媒體中實現(xiàn)信息的逐層記錄，相鄰兩層間之最小間隔可達3微米。也可以是整個頁面的并行記錄和整個頁面的讀取。
在根據(jù)本發(fā)明的三維復合存儲媒體中，所述高聚物聚甲基丙烯酸甲酯或聚碳酸酯的參數(shù)為，*吸水率(％，24h，25℃) 聚甲基丙烯酸甲酯 聚碳酸酯＝0.15＝2～0.5*透光率(％，紫外) 聚甲基丙烯酸甲酯 聚碳酸酯＝88＝92*折射率 聚甲基丙烯酸甲酯 聚碳酸酯＝1.58＝1.49*雙折射(nm) 聚甲基丙烯酸甲酯 聚碳酸酯＜50＜20*熱變形溫度(℃) 聚甲基丙烯酸甲酯 聚碳酸酯＝120～132＝95～105如果選用藍光或紫外光記錄，媒體中的層數(shù)為4層，則直徑120mm、厚1.2mm的媒體應能存儲100GB的信息。
以上以實施的方式對本發(fā)明的三維復合存儲媒體進行了說明。本領域的普通技術人員應該理解，在不超出本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以進行各種改變、修正或替換，這些都屬于本發(fā)明的保護范圍。
權利要求
1.一種三維復合存儲媒體，其特征在于，通過將快速光響應介質(zhì)均勻分散在高聚物中以形成復合材料，再通過注塑或澆鑄處理成為盤狀、塊狀、或卡狀的存儲媒體，以便實現(xiàn)體存儲，所述存儲媒體具有用于信息記錄和檢索的伺服跟蹤預刻槽。
2.如權利要求1所述的三維復合存儲媒體，其特征在于，在飛秒、皮秒或納秒量級窄脈寬的激光作用下，所述快速光響應介質(zhì)除進行單光子吸收外，還可以進行雙光子吸收或多光子吸收。
3.如權利要求2所述的三維復合存儲媒體，其特征在于，所述快速光響應介質(zhì)的吸收波長可以發(fā)生在近紅外～可見～紫外光的其中任一波段，取決于所述會快速光響應介質(zhì)在高聚物中的電子組態(tài)。
4.如權利要求3所述的三維復合存儲媒體，其特征在于，所述雙光子吸收的其中兩光子對應的波長可以相同也可以不相同。
5.如權利要求4所述的三維復合存儲媒體，其特征在于，在波長相同的雙光子吸收中，可以是單束激光的雙光子吸收，也可以是兩束相同波長激光束的雙光子吸收。
6.如權利要求4所述的三維復合存儲媒體，其特征在于，在兩束相同波長或不同波長激光束的雙光子吸收中，只有在兩束激光聚焦于一點時，才能發(fā)生光與所述存儲媒體的光化學/物理作用，從而形成光生成物的記錄位。
7.如權利要求5所述的三維復合存儲媒體，其特征在于，在兩束相同波長或不同波長激光束的雙光子吸收中，可以用一束激光在另一束激光的光平面上進行垂直記錄。
8.如權利要求6或7所述的三維復合存儲媒體，其特征在于，光記錄可以在整個存儲媒體中實現(xiàn)信息的逐層記錄，其中相鄰兩層之間的最小間隔可達3微米。
9.如權利要求8所述的三維復合存儲媒體，其特征在于，逐層記錄可以是整個頁面的并行記錄，也可以是對每層進行逐位比特記錄。
10.如權利要求9所述的三維復合存儲媒體，其特征在于，各記錄層可以是整個頁面的熒光讀取或反射讀取，也可以是對每層進行逐位比特的熒光讀取或反射讀取。
11.根據(jù)權利要求1所述的三維復合存儲媒體，其特征在于，它具有以下結構中的其中任何一種結構酞青類染料及其衍生物勻散在聚甲基丙烯酸甲酯或其同系物中；金屬或金屬硫族化合物-酞青類染料及其衍生物勻散在聚甲基丙烯酸甲酯或其同系物中；葸醌類染料及其衍生物勻散在聚甲基丙烯酸甲酯或其同系物中；萘醌類染料及其衍生物勻散在聚甲基丙烯酸甲酯或其同系物中；偶氮類染料及其衍生物勻散在聚甲基丙烯酸甲酯或其同系物中；酞青類染料及其衍生物勻散在聚碳酸酯中；金屬或金屬硫族化合物-酞青類染料及其衍生物勻散在聚碳酸酯中；葸醌類染料及其衍生物勻散在聚碳酸酯中；萘醌類染料及其衍生物勻散在聚碳酸酯中；偶氮類染料及其衍生物勻散在聚碳酸酯中；酞青類染料及其衍生物勻散在聚甲基丙烯酸甲酯或其同系物中/金屬反射膜；金屬或金屬硫族化合物-酞青類染料及其衍生物勻散在聚甲基丙烯酸甲酯或其同系物中/金屬反射膜；葸醌類染料及其生物勻散在聚甲基丙烯酸甲酯或其同系物中/金屬反射膜；萘醌類染料及其衍生物勻散在聚甲基丙烯酸甲酯或其同系物中/金屬反射膜；偶氮類染料及其衍生物勻散在聚甲基丙烯酸甲酯或其同系物中/金屬反射膜；酞青類染料及其衍生物勻散在聚碳酸酯中/金屬反射膜；金屬或金屬硫族化合物-酞青類染料及其衍生物勻散在聚碳酸酯中/金屬反射膜；葸醌類染料及其衍生物勻散在聚碳酸酯中/金屬反射膜；萘醌類染料及其衍生物勻散在聚碳酸酯中/金屬反射膜；偶氮類染料及其衍生物勻散在聚碳酸酯中/金屬反射膜；至少選擇以上兩類染料及其衍生物的混合物勻散在聚甲基丙烯酸甲酯或其同系物中，或聚碳酸酯中；可有金屬反射膜(若用反射讀取)，也可沒有金屬反射膜(若用熒光讀取)；寬帶隙IIIA族氮化物如氮化鋁、氮化銦、氮化鎵，勻散在聚碳酸酯中；寬帶隙IIIA族氮化物如氮化鋁、氮化銦、氮化鎵，勻散在聚甲基丙烯酸甲酯或其同系物中/金屬反射膜；寬帶隙IIIA族氮化物如氮化鋁、氮化銦、氮化鎵，勻散在聚碳酸酯中/金屬反射膜；無機光致變色介質(zhì)，過渡金屬氧化物釩氧(V2O5)、鎳氧(NiO)、氧化鉬(MoO3)、氧化鎢(WO3)，勻散在聚甲基丙烯酸甲酯或其同系物中，或聚碳酸酯中；有機光致變色介質(zhì)螺吡喃類、俘精酸酐類，勻散在聚甲基丙烯酸甲酯或其同系物中，或聚碳酸酯中；以上各無機、有機光致變色介質(zhì)，勻散在聚甲基丙烯酸甲酯或其同系物中，或聚碳酸酯中/金屬反射膜。
12.根據(jù)權利要求11所述的三維復合存儲媒體，其特征在于，金屬-酞青類染料及其衍生物中的金屬是以下單質(zhì)元素的其中任何一種銅、銀、鋅、鎘、鋁、鎵、銦、鍺、錫、鉛、銻、釩；硫族化合物是從銅、銀、鋅、鎘、鋁、鎵、銦、鍺、錫、鉛、銻、釩中選擇的一種，和從硫族元素氧、硫、硒、碲中選出的一種形成的二元化合物。
13.根據(jù)權利要求11所述的三維復合存儲媒體，其特征在于，金屬反射膜是金、銀、鋁合金中的其中任何一種。
14.根據(jù)權利要求11所述的三維復合存儲媒體，其特征在于，信息寫入過程通過以下環(huán)節(jié)完成雙光子吸收導致電子躍遷，由此導致所述存儲媒體電子組態(tài)變化并導致所述存儲媒體光分解，所述組態(tài)變化和所述光分解導致在高聚物環(huán)境中形成光生成物。
15.根據(jù)權利要求11所述的三維復合存儲媒體，其特征在于，當不存在金屬反射膜時，光生成物的吸收波長在可見光區(qū)，并且光生成物的吸收波長≠原存儲媒體寫入波長因此采用熒光方法可實現(xiàn)信息的無損讀出
16.根據(jù)權利要求11所述的三維復合存儲媒體，其特征在于，當存在金屬反射膜時，已記錄處光生成物的反射率≠未記錄處光生成物的反射率因此采用反射方法可實現(xiàn)信息的無損讀出。
17.根據(jù)權利要求11所述的三維復合存儲媒體，其特征在于，所述高聚物聚甲基丙烯酸甲酯或聚碳酸酯中，*吸水率(％，24h，25℃) 聚甲基丙烯酸甲酯 聚碳酸酯＝0.15＝2～0.5*透光率(％，紫外) 聚甲基丙烯酸甲酯 聚碳酸酯＝88＝92*折射率聚甲基丙烯酸甲酯 聚碳酸酯＝1.58＝1.49*雙折射(nm)聚甲基丙烯酸甲酯 聚碳酸酯＜50＜20*熱變形溫度(℃)聚甲基丙烯酸甲酯 聚碳酸酯＝120～132＝95～105
18.根據(jù)權利要求11所述的三維復合存儲媒體，其特征在于，在批量生產(chǎn)中，可以用只讀光盤復制生產(chǎn)線生產(chǎn)三維復合可錄光盤，大大提高生產(chǎn)效率并降低成本。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種三維復合存儲媒體。將快速光響應介質(zhì)均勻分散在高聚物中形成復合材料，再通過注塑或澆鑄形成存儲媒體。存儲媒體具有用于信息記錄和檢索的伺服跟蹤預刻槽。所采用的快速光響應介質(zhì)包括能在飛秒或微微秒內(nèi)響應而且吸收波長在可見～紫外光范圍內(nèi)的有機染料、有機光致變色、無機光致變色、無機寬帶隙金屬或半導體氮化物、這些介質(zhì)的其中任何一種，均勻分散在高聚物中。通過光子與存儲媒體的作用完成信息的錄入。采用熒光方法讀取信息，使存儲媒體的信噪比提高、存儲密度成倍增加、數(shù)據(jù)速率有數(shù)量級的提高，而且材料的熱疲勞可忽略不計。
文檔編號G11B7/24GK1489144SQ02147509
公開日2004年4月14日 申請日期2002年10月10日 優(yōu)先權日2002年10月10日
發(fā)明者戎靄倫, 黃德音 申請人:慧合有限公司