HILDEN: Die CD-Recordable ist ein junger, aber schnell wachsender Sproß aus der Compact Disc-Familie. Die Technologie der CD-Recordable (kurz CD-R genannt) ist komplex und anspruchsvoll. Obwohl in der letzten Zeit viel über dieses Medium und das Brennen der eigenen CD mittels CD-R- Schreiber geschrieben wurde, sind trotzdem nach wie vor viele Fragen offen: was macht die CD-R so interessant beziehungsweise für welche Anwendungsbereiche kann die CD-R benutzt werden, ist CD-R gleich CD-R oder gibt es Qualitätsunterschiede, wie steht es um die Haltbarkeit und die Handhabung der CD-Recordable. Diesen Fragen versucht Kilian Eich* nachzugehen.Was ist eine CD? Diese Frage wird mittlerweile wohl jeder beantworten können, egal welchen Alters er/sie ist. Daß sie zur Wiedergabe von Musik, Video oder Daten benutzt werden kann, ist auch vielen bekannt. So sind, beginnend mit dem Siegeszug der CD in den 80er Jahren, inzwischen über 600 Millionen CD-Audio-Player und mehr als 100 Millionen CD-ROM- Laufwerke installiert. Allein im Jahr 1996 wurden weltweit mehr als 150 Millionen CD-Laufwerke (Audio und ROM) verkauft.
Typischerweise war das nahezu explosionsartige Wachstum des CD-ROM-Marktes verbunden mit einem immensen Anstieg an CD-ROM-Titeln. In dieser Entwicklung spielte die CD-R eine entscheidende, geradezu katalytisch wirkende Rolle. Mit ihrer Hilfe war es möglich geworden, schnell und einfach ein sogenanntes Software-Prototyping durchzuführen und das auf dem eigenen Schreibtisch. So ließen sich in wesentlich kürzen Zykluszeiten CD-ROM-Titel, Spiele oder MultiMedia-Titel auf ihre Fehlerfreiheit und Abspielbarkeit überprüfen.
Dieses sogenannte Premastern (das Beschreiben der CD-Rs) wurde von Spezialisten bewerkstelligt und erforderte fundiertes Wissen über die eingesetzte Software und Hardware. Das benutze Equipment (Software und Hardware) kostete mindestens 20.000 Mark, CD-R-Medien mehr als 70 Mark.
Bedingt durch verbesserte Produktionstechniken und gefallene Preise, sowohl für die Medien als auch für Schreiber und Software, steht die CD-R-Technologie nun einem wesentlich breiteren Kundenkreis zur Verfügung.
Wozu CD-R? Es gibt doch andere Medien
Mit weiterentwickelter und intuitiver zu bedienenden Software zum Premastern (meist gebundelt mit Rekordern) kann die CD-R eingesetzt werden für:
- Archivierung,
- Distribution von Daten,
- Audio Applikationen,
- Software-, Spiele- und Multimedia-Prototyping,
- Kleinserien-Produktion von diver-sen CD-Titeln (CD-ROM, CD-Video, CD-I, CD-Audio etc.)
- Internet Printing,
- Backup / Datensicherung.
Diese Universalität eines Mediums, das jedermann selbst beschreiben kann, hat es bis dato nicht gegeben. Einmal beschrieben kann die CD-R in jedem anderen CD-Laufwerk gelesen werden, ohne Inkompatibilitäten oder ein nicht Vorhandensein von Abspielgeräten befürchten zu müssen. Man denke nur an die verschiedenen Magnetbandtypen (DAT, QICxx, ZIPs, Syquests) oder andere austauschbare Datenträger. Darüber hinaus ist die CD-ROM (beschrieben nach ISO 9660) Betriebssystem-kompatibel, daß heißt sie ist lesbar und beschreibbar unter DOS, Win3.x, Win95, WinNT sowie unter OS/2, MacOs, Unix. Welches andere Medium, welcher andere elektronische Datenträger kann das zur Zeit noch bieten?
Die CD-R besteht aus einer transparenten, 1,2 Millimeter dicken Scheibe aus Polykarbonat, einer darauf aufgetragenen lichtempfindlichen Schicht zum Beschreiben der CD-R, einer Reflektionsschicht aus Gold und einem klaren Schutzlack.
Die Polykarbonatscheibe beinhaltet eine spiralförmige Vorspur (PreGroove). In dieser Vorspur sind für den Rekorder wichtige Informationen kodiert, die unter anderem Auskunft geben über die Kapazität der CD-R und die zum Schreiben benötigte Laserleistung. Vom CD-R-Schreiber wird sie benutzt, um den Laser zu führen und zu positionieren. Beim Schreiben wird die Energie des Lasers in der Farbschicht absorbiert und in Wärme umgewandelt. Durch die lokale Erhitzung verändert sich der chemische Aufbau des Farbstoffes, außerdem schmilzt an diesen Stellen das Polykarbonat und erstarrt in der Vorspur zu, für die CD typischen Pit-ähnlichen Strukturen. Diese irreversiblen Veränderungen erzeugen beim Auslesen der Daten eine Störung des an der Goldschicht reflektierten Laserstrahls.
Sind grüne CD-Rs besser als goldene oder blaue?
Unglücklicherweise ist die Farbe kein Qualitätsindikator. Einerseits sieht das menschliche Auge nur die Farben des sichtbaren Lichtspektrums, andererseits arbeitet der CD-R-Laser im für das menschliche Auge unsichtbaren, infraroten Bereich des Spektrums. Viel entscheidender hingegen ist für die Qualität einer CD-R das Zusammenspiel des Infrarot-Lasers mit der lichtempfindlichen Farbschicht der CD-Recordable. Diese Farbschicht besteht aus einem organischen Dye-Polymer. Man unterscheidet zwischen grünen, goldenen und blauen CD-Rs: Bei den ersten, Anfang der 90er Jahre produzierten CD-Rs wurde die Farbschicht aus einem in Japan von Taiyo Yuden entwickelten Cyanin-Dye hergestellt. Um die UV-Lichtbeständigkeit des Dyes und damit die Lebensdauer der CD-R zu erhöhen, wird der Cyanin-Dye-Lösung ein Additiv zugemischt. Für diese CD-Rs mit Cyanin-Dye-Farbstoff wurden die ersten CD-R-Schreiber hergestellt und Spezifikationen (Orange Book) geschrieben. Das Dyes selbst ist ein grün-braunes Pulver, aufgelöst zeigt es eine blaue Farbe, erzeugt aber zusammen mit der goldenen Reflektionsschicht eine hell- bis dunkelgrüne Farbe. Mittlerweile produzieren auch andere Firmen Cyanin-Dyes. Die mit den verschiedenen Dye-Farbstoffen hergestellten CD-Rs lassen sich durch eine unterschiedlich intensive Grünfärbung unterscheiden. Einige Cyanin-Dyes eignen sich nur zum Beschreiben mit Geschwindigkeiten von 1x und 2x, andere hingegen bis zu 4x und 6x.
Als Alternative zu den Cyanin-Dyes wurde von Mitsui Toatsu in Japan ein Phthalocyanin-Dye entwickelt. Dieses Dye hat selbst kaum Eigenfarbe und ergibt zusammen mit der goldfarbenen Reflektionsschicht die typische gold-grüne oder gold-gelbe Farbe. Phthalocyanin-Dyes zeichnen sich durch Langlebigkeit und Beschreibbarkeit von 1-fach bis 6-fach aus. Mitsui Toatsu lizenzierte sein Dye an die Firmen Eastman Kodak und Mitsubishi/Verbatim.
Darüber hinaus entwickelte Mitsubishi Chemical einen metallisierten Azofarbstoff mit einer dunkelblauen Farbe. Zusammen mit der silbrigen Reflektionsschicht erhält man die blaue Farbe auf der Lese/ Schreibseite der Disk.
Die für die CD-R-Herstellung benutzten Farbstoffe verhalten sich beim Beschreiben mit verschiedenen Schreibgeschwindigkeiten unterschiedlich; außerdem benutzen die Rekorder unterschiedliche Verfahren zur Bestimmung der Schreibleistung und Schreibstrategien, was ebenfalls zu abweichenden Resultaten führt. Aus diesem Grund funktionieren einige CD-Rs in bestimmten Schreibern besser als in anderen. In der neuen Generation von Rekordern und CD-R-Medien wird dem Rechnung getragen. In der Vorspur ist kodiert, aus welcher "Familie" die CD-R stammt (Disc Identification Code). Vor dem Beschreiben wertet der Rekorder diese Information aus und stellt seinen Schreibprozeß optimal auf die im Laufwerk liegende CD-R ein.
Qualität und Haltbarkeit der CD-R
Entscheidend für die Haltbarkeit ist die Fertigungsqualität der CD-Rs. Die Frage ist hier nur, wie kann man darüber mit einfachen Mitteln etwas herausfinden (ohne teure und komplizierte Meßgeräte). Erstens sollte die Verpackung nicht beschädigt sein, zweitens sollte man nach dem Öffnen der CD-Box die CD-R vorsichtig von der Rosette ziehen und nachschauen, ob auf der grünen (gelben, blauen) Seite Staub- oder andere Partikel zu finden sind. Wenn ja, dann läßt dies auf einen nicht besonders sauberen Bedruckungs- und Verpackungsbereich in der CD-Produktion schließen. Als nächstes sollte man überprüfen, ob
1. die goldfarbene Reflektionsschicht, die Dye-Schicht und die Schutzlackschicht vollständig bedeckt. Ist dies nicht der Fall, kann sich unter extremen Lagerbedingungen die Goldschicht von der CD-R lösen; die
CD-R ist dann unbrauchbar.
2. die Schutzlackschicht ohne kleine Luftbläschen ist. Falls Luftbläschen nicht durch den Labeldruck verdeckt worden sind, können im Laufe der Zeit Bläschen aufplatzen und Luft beziehungsweise Sauerstoff durch die dünne Goldschicht zum Dyelayer diffundieren. Hier wird durch die anschließend erfolgende Oxydation des Dyes die Reflektivität der CD-R lokal dermaßen gravierend verändert, daß an dieser Stelle unter Umständen ein Leseversuch nicht mehr fehlerfrei ausgeführt werden kann. Die Folge davon ist, daß zuvor gespeicherte Daten verloren sind.
3. in der lichtempfindlichen Dye-Schicht Verunreinigungen vorhanden sind. Solche Verunreinigungen sind sichtbare Farbveränderungen mit einer Struktur, die an einen Kometenschweif erinnert. Dieser ist immer radial nach außen gerichtet. Im Kometenkern befindet sich meistens noch das Staubpartikelchen. Hinreichende Größe und Intensität dieses Fehlers führt zu einem Anstieg der Lesefehler.
4. bei CD-Rs mit nicht vorhandenem Labeldruck in der Goldschicht kleine Löcher vorhanden sind. Hält man die CD-R gegen eine Lichtquelle, so kann man solche Fehler, obwohl nur einige hundert Mikrometer groß, sogar schon mit bloßem Auge erkennen. Diese Löcher, Pinholes genannt, produzieren Schreib- und Lesefehler.
Bezüglich der Benutzung und Pflege der CD-Rs sei auf die Informationen verwiesen, die auf jeder CD-R-Verpackung zu finden sein sollten. Als ergänzender Hinweis hierzu sei angemerkt, daß vor jedem Schreiben einer CD-R, deren Oberfläche sorgfältig von Staub und anderen Verunreinigungen gereinigt werden sollte. Diese Verunreinigungen (Fingerabdrücke, Staub etc.) streuen das Laserlicht und verhindern eine optimale Pitformung in der Pregroove. Dies kann man nach dem Brennen der CD-R anhand der unterschiedlichen Grünfärbung unter der Verunreinigung erkennen. Die Bewegungsrichtung beim Reinigen sollte immer radial, von innen nach außen erfolgen.
An dieser Stelle sei erwähnt, daß die bei weitem empfindlichere Seite einer CD/CD-R die Seite ist, auf der sich der Labeldruck befindet. Von dort ist der Abstand zu den Pits nur einen Mikrometer groß, während er von der silbernen/grünen Seite 1,2Millimeter beträgt. Aus diesem Grund ist die gegen Kratzer empfindlichere Seite die Label-Seite. Einen sehr guten Schutz erzielt man durch Verwendung besonders hart austrocknender, extra aufgetragener Schutzlacke. Einen noch besseren Schutz erreicht man durch sauber zentriert aufgeklebte CD/CD-R-Label. Auf diese kann man sogar zuvor am Computer gestaltete farbige Motive und Informationen mittels eines Druckers übertragen.
In der Zwischenzeit sind ausführliche Tests durchgeführt worden, um die Lebensdauer von CD-Rs zu bestimmen. In speziellen Bewitterungskammern wurden CD-Rs einem künstlichen Alterungsprozeß ausgesetzt. Dabei stellte sich heraus, daß dieses Medium, eine gute Produktionsqualität vorausgesetzt, die Daten problemlos einige Jahrzehnte verlustfrei speichern kann; und dies unter Temperatur- und Luftfeuchte-Bedingungen, die kein magnetisches Speichermedium überdauert.
*Der Autor Kilian Eich ist Physiker und Produktionsleiter bei der Cedar Optical Medien GmbH in Hilden.