刻录盘(CDR/W)染料原理极度解析

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刻录盘(CDR/W)染料原理极度解析

2023-02-28 13:20| 来源: 网络整理| 查看: 265

  文/SKY

  以前我们测试刻录盘片,总是按照一个规格,一个档次的产品来测试,但是这样则很难将一些品牌的全系列产品说的面面俱到,目前市场上我们可以经常见到的刻录盘的品牌很多,但是并不是每一个品牌都拥有全面的产品,有的也是只有刻录盘中的一个品种.可以称得上产品覆盖面很全面的刻录盘的品牌不多,也就是莱德科技,理光科技,ACER,LG,三星等等几家。

  虽然刻录盘的品牌很多,刻录盘的规格也不少,但是如果从刻录盘的原理来看也无非就是金,绿,蓝三种而已,这时恐怕会有朋友再问了,目前市场上的刻录盘很多阿,什么水蓝盘,白金盘,彩盘,黑的,紫的,红的,绿的,黄的.根本不止上面的三种阿?那么您先不要着急,让我慢慢地给你分析一下.

  我们都知道在刻录盘刚刚兴起的时候,只有金盘。绿盘和蓝盘之分.这三种光盘的主要区别在于,它们分别使用了花菁(Cyanine)、酞花青(Phthalocyanine)和金属化偶氮(AZO)化合物三种不同颜色的有机染料,从而使CD-R光盘呈现出绿、金、蓝三种不同的颜色。从数据记录和读取的原理来看,不同颜色的CD-R光盘都具有相同的功能,即利用大功率激光束的热效应使激光焦点照射的染料微区产生不可逆的物理化学变化,形成具有与CD-ROM光盘凹坑相同光学反射特性的信息凹坑。

  1.绿盘

  

  绿盘是最早开发生产出的CD-R光盘,绿盘采用了日本Taiyo Yuden公司发明的花菁染料Cyanine。由于花菁染料的颜色为青蓝色,因此与24K金反射层的金色混合之后,就会使CD-R光盘的记录面呈现绿色。 由于CD-R标准(橙皮书)是基于花菁染料的记录灵敏度、记录阈值和反射率等记录特性制定出的,而且所有的CD-R或CD-RW刻录机均按照橙皮书规格进行设计生产,因此绿盘对各种品牌和型号的CD-R或CD-RW刻录机的兼容性较强。 绿盘使用的花菁染料记录灵敏度很高,各种CD-R和CD-RW刻录机都能在绿盘记录层快速形成可靠的信息凹坑。但是随之而来的问题就是绿盘对强光过于敏感,例如在夏日中午阳光的暴晒下,绿盘中的花菁染料会发生物理化学变化而使光盘报废。为了降低绿盘对强光的敏感性,一些CD-R绿盘生产厂家在花菁染料中加入了不易感光的材料,结果使花菁染料的颜色变淡,从而使这种绿盘的颜色与金盘接近,因此这种CD-R光盘也被称为金绿盘。

  2.金盘/白金盘

  

  

  针对花菁染料对强光敏感的缺点,三井公司又开发出了基于Phthalocyanine的酞菁染料。酞菁染料本身呈淡黄色,与反射层的金色混合后,使CD-R光盘的记录面呈黄金色,因此使用金反射层的酞菁染料CD-R光盘被称为金盘。为了降低金盘的生产成本,目前许多CD-R盘生产厂使用银反射层,使酞菁染料的淡黄色与反射层的银色混合后,使记录面呈白金色,因此这种CD-R盘被称为白金盘。 与花青染料相比,酞菁染料具有较高的稳定性,对室内和室外强光均不敏感。三井公司在80°C的高温、85%的相对湿度实验室条件下,用强光对CD-R金盘照射了1000小时,然后再对CD-R金盘进行刻录,并检查刻录数据的块误码率BLER(Block Error Rate)。实验结果表明,刻录数据的块误码率BLER小于CD-ROM标准(黄皮书)所规定的最小BLER。从这种苛刻实验条件下获得的实验结果可以推断出,CD-R金盘的使用寿命超过100年。柯达公司和Philips公司也分别从各自的实验结果得出了这一推论,这说明CD-R金盘适于可靠地长期保存数据。 金盘对CD-R或CD-RW刻录机的写入激光功率要求较高,酞菁染料通常推荐的写入激光功率为6.5(±0.5)mW,而绿盘对写入激光功率的要求较低,花菁染料的写入激光功率为5.5(±1.0)mW。因此绿盘较低的写入功率和较宽的功率范围可降低对CD-R或CD-RW刻录机写入激光功率的要求,大大提高了绿盘与CD-R或CD-RW刻录机的兼容性。

  3.蓝盘

  

  为了降低CD-R绿盘和金盘的成本,三菱化学公司开发生产出了一种金属化的AZO有机染料,并使用成本较低的银作反射层材料。AZO本身为深蓝色,因此与反射层的银白色混合后,使CD-R光盘的记录面呈蓝色,因此使用AZO染料的CD-R光盘就被称为蓝盘。CD-R蓝盘除了价格便宜之外,也具有可长期保存数据的优点。Verbatim公司的实验结果表明,蓝盘也具有100年以上的使用寿命。

  4 彩色盘片:

  

  随着时间的推移,绿盘本身的兼容性好,价格便宜的优点越来越受到人们的欢迎,但是绿盘的寿命却是人们所担心的问题,尤其是绿盘和蓝盘盘片对光和温度比较敏感,阳光对于盘片的破坏性很大。长时间的阳光照射会使盘片刻过的区域变金黄色,然后全片CD-R会完全变金黄色。金盘或白金盘就以优秀的抗光性著称。目前对于彩盘而言有两种说法,一种说法是:人们在白金盘的基础上将本来呈透明色的盘体加上颜色,以用来增强刻录盘的抗光性和美观性。另一种说法是:早在1994年PlayStation出来的时候SONY就开始使用黑盘了。分析其原因,就可能是由于黑盘的反射率小,比普通的CD-ROM光盘更能吸收激光;反过来说,就是使用少量的激光束便能得到良好的读取效果,也就更好地延长了激光头的寿命。

  彩盘大部分刻录容量都属于标准容量,它的特色在于刻录面摆脱传统金、蓝、绿、白这几种常规色彩,呈黑、棕、黄、红、紫、深蓝、深绿等色彩,使刻录盘具有独特的个性。特别是黑色的刻录盘受到很多电脑爱好者的青睐,认为利用黑盘刻录出来的作品够COOL。某种说法为不同颜色的碟片具有自己不同的特性,有的如红色和绿色可以提高CD机的读取效果,有的如黑色可以长时间稳定的保存刻录内容,但这种说法目前还没有第三方权威认定。大部分电脑爱好者购买彩盘都是冲着颜色漂亮去的。由于使用 phthalocyanine 染料的光盘可以呈现任何颜色,所以实际上这些彩色盘片的本身用的染料就是phthalocyanine和我们常见的白金盘的染料是一样的.而其反射层鉴于成本的问题多半使用的还是白银反射层.

  我们上面所叙述的仅仅只是不同颜色刻录盘的一些简单的介绍而已,但是为了满足那些喜欢刨根问底,刻录钻研的朋友要求, 我们还是将关于刻录盘染料的一些实现原理放在了这段话的下面,感兴趣的朋友可以尽量的往下看.

  我们常说的 CD实际上是Compactdiscs的缩写。不管其存储的是音乐(Audio)、数据(Data)还是其它多媒体视频文件(Video)等,所有数据都经过数字化处理变成“0”与“1”,其所对应的就是光盘上的Pits(凹点)和Lands(平面)。所有的Pits都有着相同的深度与长度。一个Pits大约只有半微米宽,大概就是五百粒氢原子的长度。而一张CD光盘上大约有28亿个这样的Pits。当激光映射到盘片上时,如果是照在Lands 上,那么就会有70%到80%激光被反射回;如果照在Pits上,就无法反射回激光。根据反射和无反射的情况,光盘驱动器就可以解读“0”或“1”的数字编码了。

  而我们常说的刻录盘则是指CD-R 和CD-RW两种.CD-R是CD-Recorder或CD-Recordable的缩写,是一张光盘只可以让用户写一次的光盘驱动器,其数据格式与CD-ROM相同;CD-R规格书由飞利浦公司(philips)和索尼(sony)共同制定于1990年,雅马哈公司(yamaha)在同年推出了第一部2倍速CD-R驱动器。CD-RW是CD-ReWritable的缩写,是允许用户在同一张可擦写光盘上反复进行数据擦写操作的光盘驱动器,由ricoh公司首先推出。CD-RW采用相变技术来存储信息。相变技术是指在盘片的记录层上,某些区域是处于低反射特性的非晶体状态;数据是通过一系列的由非晶体到晶体的变迁来表示。CD-RW 驱动器在进行记录时,通过改变激光强度来对记录层进行加热,从而导致从非晶体状态到晶体状态的变迁。与CD-R驱动器相比,CD-RW具有明显的优势:CD-R驱动器所记录的资料是永久性的,刻成就无法改变。若刻录中途出错,则既浪费时间又浪费CD-R光盘;而CD-RW驱动器一旦遭遇刻录失败或须重写,可立即通过软件下达清除数据的指令,令CD-RW光盘重获“新生”,又等重新写入数据。

  市场上的刻录盘片价格不等,质量也参差不齐,有些刻录盘片更是在硬件结构上做文章,我们都知道CDR刻录盘的结构应该是从上到下共有五层

  1. 印刷层

  2. 保护层

  3. 反射层

  4. 染料层

  5. 底层

  CD-RW刻录盘的结构应该有七层

  1. 印刷层

  2. 保护胶层

  3. 反射层

  4. 介电层

  5. 纪录层

  6. 介电层

  7. 底层

  但是有些廉价的刻录盘片只是有基本的3.反射层4. 染料层5. 底层,省略了保护层和印刷层,这样只要盘片的背面稍有摩擦,整张的刻录盘就报废了,我手里这样的刻录盘基本上已经全部阵亡了,多亏留在上面的只是测试用的数据,不然就惨了。所以在购买刻录盘片的时候不要只考虑盘片的价格,要知道上面的数据才是真正的无价之宝啊。

  虽然CD 和CD-R和CDRW只差了一两个字,但是在实现的技术上可是完完全全的两码事.一个是压制出信息坑,一个则是烧制出信息坑.

  压制盘片的工作流程基本上是这样的

  1、数据检测 :光盘的内容一般来自音像制作单位或软件开发商,这些单位在节目制作完毕后,会将内容刻录在一张CD-R光盘上或录制在母带上作为“源盘”交给复制生产商。复制生产商为了保证制作出的光盘不出现质量问题,通过先进的检测设备对源盘上的数据进行检测,这些检测设备的精度比我们使用的光驱或其它光盘播放设备精度高的多,并经常用标准盘进行校对以保证设备的精度。只有不存在数据问题的源盘才被转到母版制作工序.

  2、 制作模片:制作模片是一个复杂的过程,也是关系光盘质量的重要过程。首先,为了保证光盘的普遍可读性,光盘复制厂商会对母带或CD-R上的数据进行格式化,以保证这些数据符合ISO9660 CD-ROM逻辑格式的国际标准,通过格式化的数据可以在PC、Mac、Unix等操作系统中使用。转换后,设备会对格式化的数据进行逐字节的核对,以保证数据的正确。当然,如果您制作APPLE格式或UNIX格式的光盘,现有的设备也会对它作出相应的处理。 在玻璃基片上的感光树脂是用一个旋转涂膜系统按照螺旋轨道以1~8微米(比头发细460倍)的厚度涂上去的,接收到激光束记录仪发射出蓝色激光的感光树脂曝光,然后通过显影药水将曝光部分腐蚀掉,在未被腐蚀的部分和腐蚀掉部分之间就形成了凸起和凹下,这样就将信息留在基片上。制作基片的过程是整个光盘制作过程最关键的一环,光盘质量再好也只能达到基片的质量,而且这些凸起和凹下仅相当于烟尘颗粒的大小,所以制作基片的车间空气中尘埃的数量是严格控制在一定数量内的,任何一个灰尘都可能造成严重的数据丢失。 经过显影的主片,在树脂表面上蒸镀一层银作为导电层,以便为以后的电铸工艺做准备。这个过程实际上是一个电镀的过程,但形成的厚度较电镀厚的多,所以被称为“电铸”,电铸制作出可以用于复制生产的金属模子,将基片放入含有镍离子(一般是磺胺基镍)的电解液中。通电后,基片表面含银部分不断吸引镍离子,镍层不断增厚,最终形成一个0.3毫米的镍片。这个坚硬的镍片是同主片的凸凹正好相反,被称为“父片”。 制作成“父片”后,并不是马上用父片开始制作光盘,而是采用同样的方法来制作“母片”,再利用“母片”制作“模片”。

  3、 注塑生产注塑机是由一个模片和模具组成,模片就是我们在母版作工序中的最终产品,通过它可以在盘基上形成信息面。模具则是一个光滑的表面(读取面),再加热筒中熔融的聚碳酸脂被传送到模具中,同时模片和模具闭合形成一个空腔,在空腔内注入聚碳酸脂的同时,加热筒的螺杆转动,推动模片向前移动,给聚碳酸脂一个压力,使其表面同两边的模具完全贴合,并开始强制冷却。这个过程一般为3~5秒钟,一张光盘的质量好坏取决于模片的质量、加热的温度、螺杆的压力和冷却的时间。模片质量不好就无法保证数据的准确;加热温度和螺杆的压力与模片同聚碳酸脂的贴合度有直接关系,贴合度低就无法保证信息的正确。

  4、 溅射反射层下面的工序就是真空溅射反射层,溅射工艺也是在一体机里面完成的。其原理是将高纯度的铝做成圆形的“铝靶”,上下通正负极,中间真空并充填惰性气体。当通电的时候,铝靶上的铝原子受电子冲击溅射到光盘的信息面上,从而形成一个反射层。铝靶同光盘之间的距离很短,并有一对铜制的比光盘稍小的圆环,防止铝溅射到光盘以外。由于采用溅射的方法,每张光盘的反射层都很薄,仅有几个铝分子厚。 铝靶的内部同样要求高度的清洁,因为任何杂质都会使光盘反射层出现“针眼”,或者杂质碳化造成黑点。一般一个铝靶可以生产10万张光盘,但连续使用的铝靶能够生产更多的产品。 前面我们提到的金盘是用铜合金或者金做反射层,如果采用铜合金作为反射层就不能采用溅射的方法了,而是将金粉或铜合金粉采用类似“喷粉”的方法涂附在光盘的信息面上。除了铜合金本身价格高以外,这样的工艺不仅效率不高,而且损耗大,容易出现质量问题,所以这也是金盘价格高的另一个原因。

  5、涂附保护漆

  6、印刷盘片

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