РОЗДІЛ 2
ДОСЛІДЖЕННЯ ВЛАСТИВОСТЕЙ ТА МЕТОДІВ СТВОРЕННЯ
ОПТИЧНИХ НОСІЇВ
2.1. Дослідження факторів, що обмежують термін зберігання даних на оптичних
носіях
Для аналізу факторів, які визначають термін зберігання даних на оптичних
носіях, необхідно детальніше розглянути їх структуру (рис. 2.1). Оптичний диск
є багатошаровою структурою: на поверхні оптично-прозорої полікарбонатної
підкладки формується інформаційний шар, який покривається відбивним металевим
шаром, на який нанесено захисний лак [34]. У штампованому диску інформаційним
шаром є мікрорельєф, отриманий в процесі формування самої підкладки. Для дисків
з одноразовим та багаторазовим записом інформаційним шаром є шар барвника, який
змінює свою прозорість під впливом лазерного опромінення в процесі запису
даних.
Рис. 2.1. Структура оптичного диска:
1 – полікарбонатна підкладка, 2 - інформаційний шар, 3 – металевий
відбивальний шар, 4 – захисний лак, 5 – етикетка, 6 – лазерний промінь.
Термін зберігання інформації на компакт-дисках визначається властивостями
матеріалів, з яких виготовляються підкладки, відбивний та захисний шари
компакт-дисків, а також особливостями процесу їх виготовлення.
Розроблена технологія виготовлення підкладок компакт-дисків методом
інжекційного литва полікарбонату забезпечує високу продуктивність процесу
виробництва компакт-дисків і низьку собівартість їх виробництва. Час
виготовлення підкладок компакт-дисків в останніх моделях установок інжекційного
литва становить 1,2 – 2,0 с [34]. Це забезпечує можливості швидкісного
виготовлення тиражів компакт-дисків, компакт-диски стали ефективним засобом
розповсюдження аудіо- і відеопродукції, баз даних, програмного забезпечення,
навчальних посібників, комп’ютерних ігор, тощо. Ці види видань не вимагають
довготермінового зберігання даних (десятки років). Швидкісне виготовлення
полімерних підкладок призводить до появи в них значних внутрішніх напружень,
які з часом поступово релаксують. Проявом наявності внутрішніх механічних
напружень є значне двопроменезаломлення в підкладках компакт-дисків, яке
залежить від типу машини інжекційного литва, швидкості охолодження підкладки,
тощо.
Двадцятип’ятирічний досвід експлуатації найбільш поширеного типу оптичних
носіїв – компакт-дисків дозволив встановити найбільш відомі типи пошкоджень,
які призводять до часткової або повної втрати записаної на них інформації
(табл. 2.1) [5, 40]. Найбільш вразливою частиною компакт-дисків є металевий
відбиваючий шар. Можливі пошкодження відбиваючого шару пов’язані з його
окисленням, локальним відділенням від підкладки, механічними пошкодженнями. Для
захисту металевого відбиваючого шару від механічних пошкоджень використовують
захисні шари (найчастіше всього акрилові). Внаслідок незначної адгезії
металевого відбиваючого шару до підкладки з полікарбонату та суттєвої різниці
між температурними коефіцієнтами розширення цих матеріалів (ТКР полікарбонату в
2,5 рази перевищує ТКР алюмінію) використання захисних шарів виявляється
недостатньо ефективним захистом від механічних пошкоджень. Особливо низька
адгезія спостерігається у матеріалах відбиваючого шару (Ag, Al, Au) до шарів
органічних барвників (фталоціанінових, ціанінових). Це робить компакт-диски з
одноразовим записом найненадійнішим носієм серед оптичних носіїв.
Таблиця 2.1.
Основні типи пошкоджень компакт-дисків
Тип пошкоджень
Метод усунення
Примітка
Подряпини на поверхні компакт-дисків
Відокремлення відбиваючого шару від інформаційного
Механічна руйнація при високих швидкостях обертання
Пошкодження інформаційного і відбиваючого шарів при підвищених температурі і
вологості
Нанесення захисних твердих плівок
Використання спеціальних сплавів
Використання додатко-
вого балансування компакт-дисків
Використання спеціальних умов зберігання компакт-дисків
Підвищення механічної міцності в 2 рази
Незначне покращення
Найбільш ефективним методом вважається обмеження швидкості обертання носіїв
Температура зберігання не повинна перевищувати 200С, вологість 50%
До того ж, під час запису інформації лазерне опромінення прогріває шар барвника
до досить високих температур (340 °С), що призводить до підвищення температури
на межі полікарбонат-барвник до 270 °С, що викликає виникнення локальної
опуклості та суттєвого зсуву відбивального шару (до 40 нм) [41]. Температура
розм’якшення полікарбоната становить лише 140 °С, тобто під час запису може
відбуватись локальне руйнування полкірбонатної підкладки.
Однією з найбільш поширених причин, що призводить до втрати даних, записаних на
оптичних дисках, є пошкодження або навіть відшарування відбиваючого металевого
шару від прозорої підкладки (рис. 2.2) [38, 42]. Найчастіше для дисків CD-ROM в
якості такого шару використовують алюмінієву плівку, яку отримують
електровакуумним напиленням. Для дисків CD-R в якості відбивного шару також
використовують срібні плівки, які дозволяють збільшити коефіцієнт відбиття
світла до 80% [43], та золоті, що мають менший ступень окислення, а отже можуть
забезпечити більший термін служби дисків [44].
Рис. 2.2. Відшарування відбиваючого шару компакт-диску.
Істотно підвищити надійність зберігання інформації порівняно з сучасними
оптичними дисками (CD, DVD, BD) можна за рахунок виготовлення носіїв з більш
стабільними в часі характеристиками, здатними витримувати коливання температур
і вологості в істотно більш широкому діапазоні, ніж носії з полікарбонатними
підкладками. Крім того, доцільно виконувати носії інформації з однорідних
матеріалів [45, 46].
Такі носії виготовляються з використанням технологій, що застосовуються у
виробництві компакт-дисків. В них використ
- Київ+380960830922