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下一代的光盘片用什么样的塑料材料
原作者:[标签:作者] 添加时间:2007-05-14 原文发表时间:2007-05-14 人气:1


 

下一代的光盘片用什么样的塑料材料

原作者:Roger Renstrom 出处:ONE TO ONE, October, 1998, p67~73.译者:研发部 邱耀弘

虽然目前没有其它材料可以动摇光学等级的聚碳酸脂(PC, Polycarbonate)在光盘工业的地位,但许多塑料大厂已经开始秘密的着手进行针对下一代超高密度光盘用的塑料材料。

很少的塑料原料制造厂会公布他们实验室门内在进行哪些的研究,不过能让高画质电视与大量资料存储设备受到重视的媒介便是依赖光盘片,当然要制造出好的光盘片便需要良好的塑料材料。

即使光盘片制造商会决定使用怎样的PC料去制造他们的盘片,但是PC料制造厂如Bayer, GE, Teijin and Dow仍旧对市场潜力看好,他们深信自己的技术能力以及生产组织足以应付一切。一些属于技术性的问题普遍存在光盘制造厂,市场上这也导致了一个趋势的产生-「谁能帮助使用者解决问题,谁就是老大!」,以下便是一些问题:

· 蓝光雷射(Blue Wavelenght)对于PC料会有怎样的影响?是否PC料「冻未条」(受不了啦!)蓝光雷射的能量而有变质的可能?

PC料是否能够适应蓝光或绿光雷射系统的读取装置?
要加入怎样的添加剂或松弛剂于PC料中,以改善读取数据受到萤光或噪声的干扰?
如何复制比目前更深的记录坑孔?如何控制高分子链接长度使PC料的黏性与流动性更适应深度复制?
是否因为上述的限制,而改变射出机的参数?
到底一片120mm直径大小的盘片可以装入多少资料呢?

大的主题,当然,就是关于盘片的资料储存容量,到底一片120mm直径大小的盘片可以装入多少资料呢?什么样的高分子或其它材料可以用来储存10~100GB如此多的资料,且符合消费者需求的呢?PC料是目前已被广泛的应用在CD家族盘片的制作(包括只读型、一次写入型与重复读写型的的),当然,随后也被DVD家族盘片所接受,虽然两种盘片的直径相同,但其资料记录密度显然后者来的更高。

磁光记录与相变化记录的方式虽可以被植批于PC料的表面而普遍流行,但这可非PC料的专利,其它的高分子材料也被考虑到,例如一些非结晶相的高分子,乙烯耐波龙聚高分子(Ethylene-norbornene Copolymer)、多环六方乙烯(Polycyclohexylethylene),已经是在被实验阶段验证可用。

还有其它的可能,例如近场记录(Near Field Recording, NFR)的设计,这种可以重复读写、大量的媒体储存格式之记录媒体系组合硬盘浮动读取功能与光学读取技术的方式,也被引进塑料的记录盘片。这技术会取代MO(磁光记录光盘)、4与8厘米宽的影带以及所有可携带式的硬盘。

这些种种的讨论议题将会被收边在这篇报导中的随后叙述。

Bayer

德国公司,世界知名,「非常奋力的发展」与「更高存储密度」的盘片用新材料,「我们已经能做出每面5GB记录密度的盘片材料,这是DVD盘片所要求的究极目标,然后,我们最近已经发展出可以储存10~15GB如此高记录密度用的材料。」,这些话都来自于该公司光储存系统事业部大老Mr. Lower所述。「当读取用的雷射光波长度越来越短时,必须要减小记录坑的尺寸才能符合光学读取的原理,同时还要能够清楚的读出这些更为小的讯号资料,这样一来,盘片材料中的萤光效应势必会影响到读取的效果。」

到底要用怎样的新材料才能提供给下一代高密度光盘使用呢?Mr. Lower认为PC料仍然是主流,他强调:「我们还能够与PC料一起在光盘历史与碟工业中中走上一段长路」。话虽如此,Bayer对光盘用的新材料系统仍被如火如荼的加速研究着。每一家光盘制造商都会有相同的疑问,PC真的可以作为下一代光盘的主要材料吗?PC料需要怎样的改进才能适用于下一代光盘呢?是化学成份的变化还是使用全新的高分子呢?

「在未来2年内我们确实需要在光盘的材料上多用点心力!」Mr. Lower承认,他建议可能的话PC料的成份须改变,Bayer预计发展不同的双酚(Bisphenols,PC材料是一种高分子聚合物,酚则为高分子的一种见链接形式)之共聚碳酸脂(Co-Polycarbonate),有助于双折射率与吸水率的降低,提供更稳定的光学特性。

其它的材料如环烯(Cyclo Olefins),是一种完全与PC料不同的光储存材料,未来8~10年内也许会被大量采用,因此未来的两年中Bayer亦将投注人力研究。Bayer希望不论是现在与未来,都能够在光盘工业材料上保持领先。

Bayer的PC料称为Markolon,因为光盘工业的需求每年至少有50万吨的产量,因此Bayer在亚洲的泰国再成立了一家生产工厂,以应付日益增加的订单,估计每年可再使Markolon增加约10万吨的产量,同时Bayer亦计画在中国大陆设厂准备生产。

Dow Plastics

「很少光盘材料的制造商对发展多环六方乙烯(Polycyclohexylethylene, PCHE)像Dow这样的认真!」这是美国Dow公司技术服务与发展总裁Mr. William Lutz所说的话,Dow化学事业部对于研究非极化不定型脂工程用高分子(Amorphous Aliphatic non-Polar Engineering Polymer)是很积极的,这些塑料材料都是有关光盘片可以使用的材料,尤其是PCHE,DOW强调高画质的电视一但被消费者所要求时,高密度的光盘材料理所当然的将为消费者所需求。

Dow当然也生产光学等级的PC料供应目前光盘片制造商, Dow积极增加其Treeport, Texas工厂的产能,以满足全世界各地的PC料订单,根据Mr. William Lutz说法:「Calibre 1080 DVD用PC料是我们目前推出品质优良的产品」。Dow同时会特别注意市场上对于PCHE的需求,他们深信这种每面可以记录15GB的光盘片用材料远远胜过于目前仅能记录最多4.7GB的PC料,未来需求必将会更多,PCHC将会取代PC成为”标准”。

1998年6月在北美洲REPLItech会议上Dow公司发表了有关PCHE的技术演讲,清楚的将此材料的特性、未来应用与制程都一一的呈现给世人,Dow公司是此材料为其下一世代的光盘主导材料。文稿中同时指出,PCHE的高穿透率以及低光阻系数将会使困扰盘片制造业者的双折射率(Birefringence),而且对于吸水率甚低也是此种材料的优点,这会使得射出光盘片的尺寸容易控制,对于盘片的机械性质有莫大助益,如此,盘片的射出控制变得极为容易,对于复制信号的完整性当然大幅提升。「未来盘片的格式、性质,将会攸关盘片材料是否具有低分子量,比起目前PC料的光学平衡与物理性质更好」,

Dow公司相信那就是PCHE,大部分的以氢化聚合的高分子材料提炼纯度与残留物都没有比PCHE少,因此此材料内不含有氯(Non-Chlorine)可以有效的增加盘片的寿命(因为含氯的高分子材料会破坏盘片的金属反射层或记录层),未来含有氯的光盘片材料亦会逐渐消失在光盘工业中。

PCHE比起PC的密度可是要再减低将近21.1%,因此一片标准120mm的光盘片上显然变轻,加上不会受潮吸湿,PCHE当然要轻多了。目前Dow将PCHE用Netstal DiscJet 600射出机与 Axxicon CD and DVD模具上进行大量制造测试。当盘片的格式必须要再次提升时,PCHE将会脱颖而出成为下一代光盘材料的要角,它所具有的高光穿透率提供红光雷射之外的蓝、绿光雷射更大的操作空间。

DVD的格式能够维持多久呢? Mr. William Lutz说法:「当我们能提供蓝光或绿光雷射用的光盘片材料时,就是DVD格式变成老一代的光信息储存格式!」,看来,Dow公司将PCHE视为下一代光盘片材料主角,他们正考虑要到德国设置PCHE的生产工厂。

GE Plastic

光盘密度提升之技术未来仍会持续的发展,将可与半导体材料对于计算机速度提升相提并论,这样的需求在有增无减的情况下,PC料的能耐便成为光盘制造厂所关心的事项。GE电子工程部塑料课的经理Bob说:「PC料可能不是发展下一代光盘片的极限因素,电子组件与激光技术都必须要再次提升」

此位仁兄看见该公司对新雷射读取头设计的几个计画,虽然还没有具有足够正式商业化的能力,但其中已经包括光模拟信号芯片技术,「人类总是尝试着更高还要更高的资料密度前进!」,但是眼前的还是需要踏实的定义,这意味目前各种复杂无比的信号存储媒介:CD-ROM, CD-R, DVD-ROM, MO, PD, DVD-RW种种不胜枚举的媒介,都必须要踏踏实实的研究与发展。

GE的这位头目亦指出:「必须要能够将光盘用材料设计成低双折射系数与低成形阻力的形式,且须能够以大量生产稳定来验证。」这样子才可能谈到高记录密度,同时他还说:「双折射低意味材料纯度要高,才能提高资料储存密度。」GE目前对PC料仍抱持很大信心,「即便如此,许多光盘制造商不同意PC料可以成为下一代光盘片材料的主流,而转而要求我们寻找PC以外的材料,我们对于此现象当然不设限,但是对于PC料的研究并不会因此而暂停。」

Mr. Balke Bob 并不相信近期内有什么更好的材料可以取代PC料应用于更高密度光盘,虽然目前已经有一些替代材料的研究,但是要能被工业大量生产所认同的却还尚未出现。

就像MO(Magneto-Optical Disc,磁光盘)格式来说,与目前的CD-ROM或CD-Audio格式都不相同,这种磁光盘在市面上曾经也占有相当大的量,因此Mr. Balke认为高密度磁光盘格式是「并没有发展到极致」,尚有很大的空间可以发展,目前GE电子事业部亦正投注人力将MO的储存密度提升。

GE公司对其所有使用原料的下游厂商(就是一些光盘压片工厂)希望能够保持亲密关系,除了在美国印地安州设有专用光盘材料实验室之外,技术中心也有两个分部(Moka

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