Brevet FR2435779A1 — publié le 19800404

La présente invention concerne un élément d'enregistrement optique permettant d'obtenir une densité d'information extrêmement élevée, et elle a pour but d'offrir un élément d'enregistrement optique capable d'enregistrer de l'information avec un faisceau laser de faible intensité. Divers systèmes d'enregistrement optique ont été proposés pour enregistrer des signaux vidéo et de son se présentant en série dans le temps, par balayage avec un faisceau laser de très faibles dimensions Les disques d'enregistrement photosensibles qui sont utilisés dans ces systèmes peuvent être classés en deux types : le type à sels d'argent, et le type à oxydes amorphes. Dans le type à sels d'argent, l'exposition au faisceau laser produit des réactions chimiques sur les sels d'argent. Dans le type à oxydes amorphes, le point d'une couche mince d'oxydes amorphes qui est exposé au faisceau laser s'élève instantanément à des températures élevées, ce qui entraîne des transformations thermiques, comme des variations de l'indice de réfraction ou du coefficient de transmission du point exposé. Les disques du type à sels d'argent présentent l'inconvénient de devoir subir un processus de développement après exposition, ce processus prenant un temps relativement long, ce qui rend impossible la reproduction immédiate. Dans les disques du type à oxydes amorphes, une base qui porte une couche d'oxydes amorphes doit être constituée par une matière plastique transparente au point de vue optique. Cependant, ces matières plastiques ont en général une conductivité thermique élevée, si bien que la chaleur qui est engendrée dans la couche d'oxydes amorphes peut se dissiper rapidement dans la base en matière plastique, et le rendement thermique est donc très faible L'invention a pour but de supprimer les inconvénients ci-dessus, ainsi que d'autres, qu'on rencontre dans les disques d'enregistrement optique du type à oxydes amorphes,de l'art antérieur. L'un des buts de l'invention est donc d'offrir un élément d'enregistrement optique dans lequel la dissipation ou le transfert vers la base en matière plastique de la chaleur qui est engendrée dans la couche mince d'enregistrement optique en oxydes amorphes puisse être considérablement retardé. Brièvement, pour atteindre ce but, ainsi que d'autres, l'invention utilise un élément d'enregistrement optique dans lequel une couche d'isolation thermique, transparente et mince, est intercalée entre la couche d'enregistrement optique et la base en matière plastique. La couche mince d'isolation thermique consiste en une matière plastique telle que du polystyrène ou une matière plastique fluorée, et est formée par revêtement ou évaporation sous vide. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre de modes de réalisation, et en se référant aux dessins annexés sur lesquels La figure 1 est une représentation en perspective d'un disque d'enregistrement optique à oxydes amorphes de l'art antérieur Les figures 2 à 5 sont des représentations en perspective de quatre modes de réalisation respectifs de l'invention ; et Les figures 6 et 7 sont des graphiques qui montrent la relation entre la sensibilité d'enregistrement et l'épaisseur des couches minces d'isolation thermique des éléments d'enregistrement optique qui correspondent à l'invention. Les mêmes numéros de référence sont utilisés pour désigner les parties similaires des différentes figures. La figure 1 représente schématiquement un dispositif d'enregistrement et de reproduction optique de l'art antérieur, qui consiste en un disque 3 et en un capteur de lumière 5. Le disque 3 comprend une base de matière plastique 1 et une couche mince d'oxydes amorphes 2, destinée à l'enregistrement optique, qui est formée sur la base 1 par revêtement ou de toute autre manière. Pendant l'enregistrement, on fait tourner le disque 3, et un faisceau laser de très faibles dimensions, 4, qui est modulé, balaie la couche mince 2 de façon à produire des transformations de la couche mince sous l'effet de la chaleur qui est produite par le faisceau laser 4. Ainsi, l'indice de réfraction ou le coefficient d'absorption de la couche mince 2 varient selon une configuration qui correspond à l'information à enregistrer. Pendant la reproduction, le faisceau laser 4, non modulé, balaie la couche mince 2, et le faisceau, qui a par exemple traversé le disque 3, est détecté par le capteur de lumière 5. Les matières utilisées pour la base 2 doivent remplir les conditions suivantes :elles doivent être transparentes, elles doivent avoir une résistance mécanique élevée, et elles doivent pouvoir être moulées. De ce fait, on utilise généralement des matières telles que les matières plastiques acryliques, le chlorure de vinyle et le polyester. Cependant, comme le montre le tableau 1, ces matières plastiques ont des conductivités thermiques élevées, si bien que la chaleur qui est engendrée dans la couche mince 2 est facilement dissipée dans la base 1, ce qui donne un mauvais rendement thermique. La figure 9 représente un premier mode de réalisation d'un disque d'enregistrement optique correspondant à l'invention, qui comprend une base de matière plastique transparente 1, une couche mince d'oxydes amorphes 2, pour l'enregistrement et la reproduction optique, et une couche mince d'isolation thermique, transparente, qui est intercalée entre la base 1 et la couche d'enregistrement 2. La base 1 consiste en une matière telle que les matières plastiques acryliques, le chlorure de vinyle et le polyester. La couche mince d'isolation thermique 6 consiste en une matière plastique dont la conductivité thermique est inférieure à celle de la base de matière plastique 1. Le tableau 1 montre qu'on peut par exemple utiliser pour la couche 6 le polychlorotrifluoréthylène, des copolymères de 4-fluoréthylène et de 6-fluoropropylène, et le polyéthylène. TABLEAU 1 Conductivité thermique Conductivité thermique 20# al OC c Matières acryliques 5 Chlorure de vinyle (durci) 3 - 7 Polyester 4 Polyéthylène 3,6 Polystyrène 2,4 - 3,3 - Polychlorotrifluoréthylène 1,4 Copolymère de 4-fluoréthylène et de 6-fluoropropylène 4,6 La caractéristique essentielle de l'invention réside dans le fait que la couche mince d'isolation thermique 6- est intercalée ou placée en sandwich entre la base de matière plastique 1 et la couche mince d'enregistrement optique 2. Dans le second mode de réalisation qui est représenté sur la figure 3, une couche mince d'isolation thermique 6' supplémentaire recouvre la couche mince d'enregistrement optique 2, et une couche de protection 7, qui est transparente et en matière plastique, recouvre la couche mince d'isolation thermique supplémentaire 6'. La figure 4 représente le troisième mode de réalisation qui est du type à réflexion. Un disque comprend une base de matière plastique 1, une première couche mince d'isolation thermique 6, une couche mince d'enregistrement optique 2, une seconde couche mince d'isolation thermique 6a, et une couche réfléchissante 8, tous ces éléments étant empilés dans l'ordre indiqué. La couche inférieure réfléchissante 8 est en aluminium de façon que le faisceau laser 4 puisse être réfléchi vers le capteur de lumière 5, comme il est indiqué en 9. La figure 5 représente le quatrième mode de réalisation de l'invention, dont la structure est pratiquement similaire au premier mode de réalisation, représenté sur la figure 2, à l'exception du fait que le quatrième mode de réalisation se présente sous la forme d'une bande. On va maintenant décrire les opérations qu'on e utilise pour former la couche d'isolation thermique 6 ou 6a. On décrira tout d'abord l'opération de dépôt de couches minces de polystyrène par évaporation sous vide. On utilise comme source d'évaporation de polystyrène un oligomère de poids moléculaire uniforme. Il est préférable d'utiliser des oligomères dont les points de fusion sont nettement définis. On peut par exemple employer le Piccolastic A-75 (point de fusion = 750C), le Piccolastic D-125 (point de fusion = 1250C) et le Piccolastic D-150 (point de fusion = 150oC), tous ces produits étant des marques déposées de la firme Esso Chemical Corp. Pendant l'opération de dépôt, on fait tourner la base, de façon à pouvoir déposer sur elle une couche uniforme, et à empêcher simultanément l'évaporation de la couche déposée. Dans ce but, des moyens d'entraînement appropriés sont montés dans une cloche ou une enceinte analogue, de façon à faire tourner la base de matière plastique 1 à une vitesse de l'ordre de 120 t/mn. On charge dans un creuset de tungstène la matière qui constitue la source d'évaporation.On accomplit l'opération d'évaporation dans les conditions suivantes Pression ou degré de vide : 2 à 3 x 10 5 torr Distance entre le creuset et la base : environ 10 cm Quantité de matière à évaporer: environ 100 mg Durée d'évaporation: 5 à 10 mn Courant dans le creuset (creuset en tungstène, taille: 10 x 110 mm) : 20 à 40 A On peut déposer les couches minces d'isolation thermique, qui sont transparentes, avec une épaisseur d'environ 0,3 pm. En augmentant la durée d'évaporation, on peut augmenter l'épaisseur de. la couche jusqu'à 2 wum, mais lorsque l'épaisseur de la couche dépasse 2 pm, il apparaît des granules qui tendent à produire du bruit. On va maintenant décrire l'opération de formation de couches minces d'isolation thermique, par revêtement de polystyrène. Cette opération a l'avantage de permettre de former uniformément sur les bases des couches minces d'isolation thermique d'une épaisseur comprise entre 100 nm et environ 2 pm, mais elle a l'inconvénient de nécessiter un intervalle de temps relativement long pour le séchage, après revêtement. Avec cette opération, il est extrêmement difficile de former des couches minces uniformes d'une épaisseur supérieure à 2 pm. On va maintenant décrire quelques exemples. On dissout du Piccolastic D-125 du type décrit ci-dessus dans du xylène (par exemple le produit de qualité spéciale de la firme KANTO KAGAKU K.K.), pour préparer trois lots. Un premier lot consiste en 6 g de Piccolastic D-125 dissous dans 500 cm3 de xylène; un second lot consiste en 24 g dans 500 cm3 de xylène; et un troisième lot consiste en 50 g .n dans 500 cm de xylène. Pendant l'étape de revêtement, on fait tourner le disque de matière plastique à une vitesse de 10 à 300 t/mn. Les couches minces obtenues par revêtement avec les premier, second et troisième lots ont des épaisseurs respectives d'environ 100 nm, 400 nm, et 1 pm. On va maintenant décrire le dépôt des couches minces d'isolation thermique de polychlorotrifluoréthylène par évaporation sous vide. La matière constituant la source d'évaporation peut se présenter sous la forme de poudre, de pastilles, de couches, etc. On peut par exemple utiliser le Daiflon D50 séché, en dispersion, qui est fabriqué par la firme DAIKIN K.K. On fait tourner la base de matière plastique pendant le dépôt, pour assurer un dépôt uniforme et pour éviter l'éva poration de la couche déposée, sous l'effet de la chaleur. Dans ce but, des moyens d'entraînement sont placés à l'intérieur d'une cloche ou d'une enceinte analogue, de façon à faire tourner la base de matière plastique à 120 t/mn. On charge la matière constituant la source d'évaporation dans un creuset de quartz qui est chauffé par une bobine de chauffage en tungstène. On accomplit les opérations d'éva portion dans les conditions suivantes Pression ou degré de vide : 2 à 3 x 105 torr Distance entre le disque de matière plastique et la source d'évaporation : environ 10 cm Quantité chargée de matière à évaporer : environ 200 mg Durée d'évaporation : environ 4 minutes Température d'évaporation : environ 800 à 9000C On peut obtenir des couches minces transparentes d'isolation thermique d'une épaisseur d'environ 0,2 pm. Lorsqu'on augmente la quantité de matière à évaporer, et la durée d'évaporation, on peut augmenter l'épaisseur de la couche jusqu'a 2 pm, mais lorsque l'épaisseur dépasse 2 pm, il apparaît des granules ou des formations analogues, qui produisent du bruit. Il est donc préférable que l'épaisseur de la couche ne dépasse pas 2 pm. Dans le cas du dépôt des couches minces et transparentes d'isolation thermique sur le copolymère de 4-fluoréthylène et 6-fluoropropylène, on utilise par exemple comme source d'évaporation un film vendu sous l'appelation "Teflon-FEP film" (marque déposée pour un produit de la firme Du Pont de Nemours & Co., Inc., U.S.A), qui est coupé en morceaux. Les conditions d'évaporation sont pratiquement analogues à celles décrites précédemment en relation avec le dépôt des couches minces d'isolation thermique sur le polychlorotrifluoréthylène. Ce copolymère a une conductivité thermique relativement élevée, si bien qu'il ne peut être déposé que sur les disques de matière plastique, comme les disques de matière plastique acrylique, qui ont une conductivité thermique relativement élevée. Le copolymère est avantageux dans la mesure où la transparence de la couche déposée est très élevée.L'épaisseur de la couche est également limitée à 2 pm. Le tableau 2 ci-dessous indique les sensibilités d'enregistrement de divers disques. TABLEAU 2 disque sensibilité base couche mince d'isolation thermique Matière plastique acrylique aucune 1,0 polystyrène 1,3 polychlorotrifluoréthylène 1,35 copolyméreof 4-fluoréthylène -et 6-fluoropropylène 1,2 chlorure de vinyle aucune 1,15 polystyrène 1,3 polychlorotrifluoréthylène 1,35 polyester aucune 1,05 polystyrène 1,3 polychlorotrifluoréthylène 1,35 La sensibilité d'enregistrement est définie comme le rapport entre les inverses de l'intensité du faisceau laser lorsque la transmission des couches minces d'enregistrement optique en oxydes de tellure de niveau bas tombe à 1/2 du fait de leur obscurcissement par llexposi- tion au faisceau laser. Le tableau 2 montre que lorsque la couche mince d'isolation thermique est intercalée entre la base et la couche mince d'enregistrement optique, l'énergie thermique qui provient du faisceau laser est effectivement emprisonnée dans la couche mince d'enregistrement optique 2, et la dissipation de chaleur vers la base en matière plastique est pratiquement supprimée. De ce fait, la sensibilité augmente de 20 à 35%, par rapport aux disques qui ne comportent pas de couches d'isolation thermique. On va maintenant décrire la relation entre l'épaisseur des couches minces d'isolation thermique et les effets d'isolation thermique exprimés en sensibilité d'enregistrement, en se référant pour cela aux figures 6 et 7 qui sont basées sur les résultats d'essais accomplis par les inventeurs. La figure 6 montre la relation entre la sensibilité et l'épaisseur des couches minces d'isolation thermique en polystyrène formées sur les bases en matières plastiques acryliques Les couches minces d'épaisseur inférieure à 0,3 pin ont été déposées par l'opération d'évaporation sous vide, tandis que celles d'épaisseur supérieure à 0,5 fm ont été déposées par l'opération de revêtement, du fait qu'il faut beaucoup de temps pour obtenir par l'opération d'évaporation sous vide des couches minces d'une épaisseur supérieure à 0,3 fm. La sensibilité d'enregistrement est définie comme dans la description relative au tableau 2. La figure 6 montre qu'avec des couches minces d'isolation thermique d'une épaisseur comprise entre 0,1 et 1 pm, la sensibilité est d'autant plus grande que l'épaisseur de la couche est élevée, tandis que pour une épaisseur comprise entre 1 et 2 pin, la sensibilité est presque saturée. Au delà de 2 Fm, on ne peut pas obtenir une évaluation correcte, à cause des craquelures et des défauts de type granulaire des couches de polyst.yrène-, mais on peut dire qu'au-delà de 2 lum la sensibilité diminue du fait que lorsque l'épaisseur de la couche augmente, la capacité calorifique augmente, ce qui entraîne une diminution de la température que peut atteindre la couche mince d'enregistrement optique 2. En outre, l'effet d'isolation thermique n'est pas produit uniquement par la couche d'isolation thermique elle-même, mais également par la couche frontière entre la couche d'isolation thermique et la base de matière plastique, si bien que lorsque l'épaisseur de la couche augmente, l'efficacité globale de l'isolation diminue.Il est donc préférable que l'épaisseur de la couche d'isolation thermique soit inférieure à 2 rm. La figure 7 montre la relation entre la sensibilité et l'épaisseur des couches minces d'isolation thermique de polychlorotrifluoréthylène qui ont été déposées par l'opération d'évaporation sous vide. L'épaisseur de la couche est fonction de la quantité de matière à évaporer qui est chargée, et de la durée d'évaporation. La définition de la sensibilité d'enregistrement est la même que dans la description relative au tableau 2. On voit que jusqu'à une épaisseur inférieure à Q,5 pm, la sensibilité est d'autant plus grande que l'épaisseur de la couche est plus élevée, tandis qu'au-delà de 0,5 pm la sensibilité est saturée. Comme dans le cas des couches de polystyrène, l'évaluation correcte est difficile lorsque l'épaisseur de la couche dépasse 2 ym, à cause des fissures et des défauts de surface. De façon générale, il suffit d'une épaisseur de couche inférieure à 2 ym pour obtenir une isolation thermique efficace. En résumé, conformément à l'invention, la couche d'isolation thermique est intercalée entre la base de matière plastique et la couche mince d'enregistrement optique, de façon que l'énergie thermique qui provient du faisceau laser de balayage soit effectivement et efficacement emprisonnée dans la couche mince d'enregistrement optique. Le support d'enregistrement optique correspondant à l'invention permet ainsi de réaliser un enregistrement optique sûr, même avec un faisceau laser de faible intensité. Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées au dispositif décrit et représenté, sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Elément d'enregistrement optique, utilisé dans un système d'enregistrement et de reproduction par faisceau laser, caractérisé en ce qu'une couche mince d'isolation thermique est formée sur une base en matière plastique, transparente au point de vue optique, cette couche d'isolation thermique ayant une conductivité thermique inférieure à celle de la base en matière plastique, et une épaisseur inférieure à 2 pm; et une couche mince d'enregistrement optique est formée sur la couche mince d'isolation thermique, et l'indice de réfraction ou le coefficient d'absorption de la couche mince d'enregistrement optique varie sous l'effet de l'exposition à un faisceau laser. 2. Elément d'enregistrement optique selon la revendication 1, caractérisé en ce que la couche mince d'isolation thermique est formée par revêtement. 3. Elément d'enregistrement optique selon la revendication 1, caractérisé en ce que la couche mince d'isolation thermique est déposée sur la couche mince d'enregistrement optique par évaporation sous vide. 4. Elément d'enregistrement optique selon la revendication 1, caractérisé en ce que la couche mince d'isolation thermique consiste en polystyrène. 5. Elément d'enregistrement optique selon la revendication 3, caractérisé en ce que la couche mince d'isolation thermique consiste en polychlorotrifluoréthylène 6. Elément d'enregistrement optique selon la revendication 3, caractérisé en ce que la couche mince d'isolation thermique consiste en un copolymère de 4-fluoréthylène et 6-fluoropropylène.