在玻璃基體中使用預先取向的多層光學存儲器的製作方法
2023-06-12 07:11:21
專利名稱：在玻璃基體中使用預先取向的多層光學存儲器的製作方法
技術領域：
本發明總體上涉及光學存儲設備，並且具體來講，涉及一種在用於光學數據存儲的玻璃基體中採用了預先取向的計算機可讀介質和產生所述介質的方法。
背景技術：
在光學數據存儲領域中，眾所周知可以採用具有玻璃轉變溫度的液晶分子。例如文獻US5976638中談到了一種光學記錄介質，這種光學記錄介質包括同向的液晶聚合物薄膜，該薄膜包含具有玻璃轉變溫度Tg的液晶分子和二色性染料分子，這兩種分子的取向都與薄膜表面垂直。
一般來說，二色性染料的吸收偶極矩與發色團的長軸一致，因此，二色性染料分子的吸收是指向清晰的。
在未寫入薄膜中，液晶分子是同向的，並且二色性染料分子也是同向的，並且僅表現出很低的入射光吸收性能。通過局部加熱或通過照射(例如通過雷射)達到液晶分子的玻璃轉變溫度Tg以上的溫度，所述同向將會轉變成各向同性取向。隨著受照射或受熱區域迅速冷卻(低於液晶晶體狀聚合物的Tg)，各向同性取向將會凝結。由於二色性染料也會同樣地各向同性地取向，因此這導致了很高的入射光吸收。
這種方法的一個缺點是，在用於信息存儲時，LC分子的馳豫時間較長，在這一馳豫時間內，所寫入的軌跡(或數據凹坑)的整個長度必須要保持在玻璃轉變溫度(Tg)以上的溫度。
另一個缺點是，需要快速將寫入區域冷卻到低於玻璃轉變溫度的溫度，以便凝結各向同性取向的二色性染料分子。
這一方法局限性是，需要利用二色性染料，以便產生對入射光的吸收反差。
(在液晶顯示器領域中)使用稀疏的各向異性液晶聚合物網絡。一般來說，各向異性LC聚合物網絡本身是在存在充裕的第二類液晶分子的情況下由交聯的液晶分子製成的，兩種類型都對準在例如由對準層確定的方向上。該網絡對第二類LC分子施加一個力，使它們錨定在網絡上。通過電場，還能夠將第二類LC分子取向在第二方向上。不過，一旦切斷所述外部電場，網絡力將會驅使第二類分子返回到它們的初始取向，造成它們的第二取向不穩定。
所介紹的用於光學數據存儲的方法的局限性在於，通過施加外場得以取向的LC分子的取向狀態，即第二取向，是不穩定的，需要始終接通所述外場以防止所述LC分子馳豫和再次改變取向。不過，通過為每個存儲層配備電極並且通過在寫入信息的時候局部破壞所述電極，可以將這一方法用於信息存儲。因此，僅有未寫入數據凹坑中的LC分子在讀取狀態下被尋址到的時候會受到電場的影響並且被迫改變它們的取向。這種方法的缺點是使用了電極，這樣造成實施起來複雜程度較高並且比較昂貴。
發明內容
按照本發明的第一方面，本發明的目的是提供一種光學存儲器，這種光學存儲器將寫入和未寫入數據的穩定性與寫入期間的高寫入速度和良好的靈敏度結合了起來。
按照所述的方面，這一目的是通過一種生產用於光學數據存儲的計算機可讀介質的方法來實現的，該方法包括步驟在基板上施加混合物，用來製備玻璃質LC層，該混合物包括第一類液晶分子和第二類液晶分子，所述第二類液晶分子與玻璃轉變溫度和清除有關，將玻璃液晶混合物加熱到高於玻璃轉變溫度的溫度，實現液晶分子沿第一方向對準，對LC層和液晶分子提供輻射，以形成第一類液晶分子的液晶聚合物網絡，對LC層施加電場或磁場，使得非活性液晶分子的取向處於第二方向上，在施加所述電場或磁場期間，將LC層冷卻到低於所述玻璃轉變溫度的溫度，從而在所述介質中建立液晶分子取向的亞穩定狀態。
通過成功地將具有玻璃轉變溫度的LC分子選擇為第二類液晶分子，解決了稀疏各向異性LC聚合物網絡中所捕獲的LC分子的不穩定性問題。按照本發明的生產計算機可讀介質的方法成功地產生了在稀疏各向異性LC聚合物網絡中的亞穩定取向狀態下捕獲的LC分子。
這一目的也是通過一種用於光學數據存儲的計算機可讀介質來實現的，該介質包括LC層，其包括第一類液晶分子，該第一類液晶分子在一個方向上對準並且形成一個聚合物網絡；和第二類液晶分子，該第二類液晶分子沿著第二方向取向，其中所述第二類液晶分子的取向是亞穩定的。
本發明包括成功地利用了具有玻璃轉化溫度的液晶分子，所述分子將被取向和凝結住，以便建立稀疏LC聚合物網絡中的亞穩定取向狀態。
由於利用了按照本發明第一方面的稀疏LC聚合物網絡，克服了LC分子取向的過低馳豫速率的問題。由稀疏LC聚合物網絡作用在第二類LC分子上的力，迫使所述第二類LC分子重取向並且採取由對準層確定的低能取向，增大了所述第二類液晶分子的馳豫速率。
由於按照本發明的計算機可讀介質的寫入狀態是第二類液晶分子已經馳豫到的狀態，這種狀態從而是一種低能狀態，具有高穩定性。這樣，使用本發明的方法就增大了所存儲的信息的穩定性。而且，由於在將介質保持在低於Tg的溫度下時第二類LC分子的不可移動性，所以寫入和未寫入位都是穩定的。
由聚合的第一類液晶構成的LC聚合物網絡對第二類液晶分子在它們的亞穩定取向狀態下施加了強大的驅動力。一旦使用例如雷射或通過局部加熱將(多個)被尋址的數據位的溫度升高到玻璃轉變溫度以上，所述網絡就迫使第二類LC分子重取向到它們的馳豫狀態，從而增大了所述第二類LC分子的馳豫速率。這樣能夠實現高速度數據存儲。
與缺少施加這樣的驅動力的LC聚合物網絡時的毫秒量級的標準重取向時間相比，在存儲處理中第二類分子的馳豫時間(轉換時間)降低到了微秒量級。因此本發明需要很少的能量(毫微秒量級的雷射脈衝)來寫入數據。由於在寫入的時候尋址到的數據位的溫度必須要保持在玻璃轉變溫度以上的時間得到了減少，所以熱串擾的可能性被進一步降低。
按照從屬權利要求2的計算機可讀介質具有這樣的優點第一和第二類液晶分子的相對百分比對稀疏LC聚合物網絡是有利的。預計至少需要重量百分比為0.1％的所述第一類LC分子來形成這樣一種稀疏各向異性LC聚合物網絡。此外，估算出重量百分比10％是要形成稀疏網絡所需的第一類LC分子的濃度上限。分別估算出了較低和較高濃度的重量百分比80％和99.9％，來限定本發明的計算機可讀介質的適當功能。
取向的各向異性螢光分子(即，螢光團)在存儲原理中的應用，使得能夠在讀取存儲介質時增大吸收截面。在螢光分子完美對準的情況下，與各向同性取向的螢光分子相比，吸收截面增大了三倍。通過將對準好的螢光分子旋轉90°，實現了1∶7吸收率差異，並且因此實現了1∶7的螢光發射差異。
按照從屬權利要求5的計算機可讀介質和按照從屬權利要求7的方法具有這樣的優點，可以藉助螢光來實現計算機可讀介質的讀取，即，通過激發發色團和檢測所發出的螢光。前面已經介紹了使用螢光發色團的優點。
如上面現有技術中介紹的那樣，在同向的液晶晶體聚合物薄膜中寫入信息的情況下，在從同向到各向異性取向的整個馳豫過程期間，所述薄膜需要保持在高於玻璃轉變溫度的溫度。由於這一馳豫時間相對較長，基於這一技術的存儲器將因此承受相對較低的寫入速度。
按照本發明第二方面的目的致力於提供一種使用液晶寫入信息的方法，這種方法克服了寫入速度過低的問題。
按照這一第二方面，這一目的是通過一種將數據寫入計算機可讀介質的方法來解決的，其中，在短時間段內，例如藉助加熱脈衝，對數據位所要寫入的LC層的區域施加熱量，以便使所述數據位達到溫度T，該溫度T高於Tg，從而在第二類LC分子的整個馳豫過程期間，即，在從取向的亞穩定狀態到低能狀態的轉換，所述區域的溫度都保持在玻璃轉變溫度Tg以上。
由於計算機可讀介質的不良導熱性的作用，毫微秒長的加熱脈衝在微秒量級的時間間隔內足以實現取向的整個轉換。
按照上面介紹的方式，使用毫微秒量級長度的加熱脈衝，寫入處理，即，數據的存儲，收到了良好的速度性能。
上面介紹的寫入數據的方法將因此收益於所述速率性能。
參照下文中介紹的實施方式，本發明的這些和其它的方面將會顯而易見。
通過參照下面的詳細說明，同時結合附圖加以考慮，本發明的這些和其它特徵與優點將會得到更好的理解，在附圖中附圖1表示上、中、下圖，這些圖示意性地表示在稀疏取向液晶聚合物網絡中形成包含亞穩定取向的LC分子的LC層所經歷的不同狀態。
附圖2表示生產用於光學數據存儲的計算機可讀介質的優選實施方式的流程圖。
附圖3表示用於光學數據存儲的多層計算機可讀介質的結構。
附圖4表示將數據寫入到計算機可讀介質中的方法的流程圖。
具體實施例方式
本發明涉及提供一種光學計算機可讀介質，並且尤其涉及使用各向異性聚合物網絡的光學存儲器。
現在將給出附圖1中的上、中、下圖的說明，針對按照本發明的優選實施方案提供計算機可讀介質的方案，這些畫面圖示了形成包含亞穩定取向的LC分子的稀疏液晶(LC)層所經歷的不同狀態。這樣的LC層可以通過首先在預塗覆了對準層的基板上施加混合物而得到。這一混合物是這樣製備的在溶劑中溶解幾個百分比的第一類液晶分子102(這些液晶分子102具有彼此交聯的能力，即，它們是活性的)、一定量的二色性螢光染料分子106和第二類液晶分子104。這一狀態示意性地在附圖1的上圖中進行了圖示。一旦溫度上升到了第二類液晶分子的玻璃轉變溫度以上，並且此時溫度低於同樣的分子的清除溫度，第一和第二類液晶分子會自己對準在由下面的對準層定義的方向上。
通過第一類LC分子102的聚合，形成了對準的LC分子的聚合物網絡108，如附圖1的中圖所示。所述對準的第一類LC分子102的取向在所形成的各向異性聚合物網絡108中得以維持，並且限定了該網絡的取向。
這樣就獲得了第二類LC分子104對各向異性LC聚合物網絡108的強力錨定，並且這樣將通過LC聚合物網絡108的取向確定LC分子的取向。不過，在外場(例如，電場或磁場)的作用下，仍然可能改變第二類LC分子104和二色性螢光染料分子106的整體取向(使導向子輪廓發生變形)，以實現第二種整體取向，該第二種整體取向不同於這些分子的第一種取向，附圖1的下圖中示出了這種第二種取向。各向異性LC聚合物網絡108的取向本身並不是藉助施加了這個場而得以改變的。由於這樣獲得了LC分子104對LC聚合物網絡108的強力錨定，導向子輪廓的形變將會造成變形能大大增加。一旦切斷了所施加的外場，高變形能將會驅使第二類LC分子104馳豫到或接近於它們的原始取向，與LC聚合物網絡108的取向一致。大量分子的這一馳豫重取向迫使二色性螢光染料分子106相應地改變它們的取向。與不存在LC聚合物網絡並且LC分子的錨定僅僅是在對準層上進行的情況相比，由各向異性聚合物網絡施加的力增大了馳豫速率。
不過，通過使用與玻璃轉變溫度Tg相關的液晶分子作為第二類LC分子104並且通過在切斷所述外場之前將溫度降低到低於Tg的溫度，得以將所述第二類LC分子104和螢光染料分子106的第二取向凝結住並且維持住。這樣就得到了在一個方向上對準的聚合物網絡108和取向在第二方向上的第二類液晶分子104和螢光染料分子106，如附圖1的下圖中示意性地所示的。因此所得到的第二類LC分子的取向狀態是取向的亞穩定狀態。
具有採用亞穩定狀態能力的分子可用於存儲數據。在寫入數據位的時候，這個位的具有亞穩定取向的分子返回到它們的原始取向，而未寫入數據位的分子保持在它們的亞穩定取向下。
由於液晶分子在寫入和未寫入的位中取向不同，所以在折射率上顯示出的差異是微小的。然而，由於在本說明書後面將會闡明的原因，在本實施例中，在計算機可讀介質的生產階段中可以將這種差異最小化。
這樣，就介紹完了按照本發明的優選實施方式的計算機可讀介質。
現在將參照附圖2介紹按照本發明的生產光學存儲介質的優選方法。
步驟202，在製備好的基板(步驟202)上塗覆一個對準層(步驟204)，以對準所要施加到所述基板上的分子。隨後將包括兩種不同類型的液晶分子的混合物塗覆在基板上的對準層的頂上，以便形成LC層(步驟206)，其中兩種不同類型的液晶分子中的一種具有在使用例如紫外(UV)光照射的情況下形成網絡的能力，而另一種沒有這種能力。所述混合物還包括螢光染料分子和光引發劑分子(未示出)。
在要設置多於一個LC層的情況下，在步驟208中選擇「Y」，即，當要設置疊層時，塗覆一個鈍態層(步驟210)，然後進行前述的步驟204-206。重複進行這一過程，直到得到了所需層數的LC疊層，並且此後在步驟208中選擇選項「N」，作為對「形成疊層嗎？」的回答。
隨後，將(多個)LC層加熱到溫度T，該溫度高於所施加的液晶混合物的玻璃轉變溫度Tg並且低於所述混合物的清除溫度Tc(步驟212)。在這個階段，在溫度T下，兩種類型的液晶分子和螢光染料分子對準並取向在由對準層確定的方向上。在將整個結構或樣本保持在溫度T下的同時，使用UV光照射所述樣本(步驟214)，導致第一類液晶分子彼此交聯，形成了聚合物強制LC層。
將樣本維持在溫度T下，在整個所述樣本上施加電場，例如，通過方便地使用電暈放電來施加電場，導致第二類液晶分子將它們的取向改變為基本垂直於所述網絡方向的方向(步驟216)。隨後將樣本冷卻到低於所述玻璃轉變溫度Tg的溫度(步驟218)。這樣，就得到了包含取向的亞穩定狀態的計算機可讀介質，其中第二類液晶分子優選地取向為垂直於各向異性LC聚合物網絡的方向(步驟220)，如附圖1的下圖中適應性地圖示的那樣。
附圖3中示意性地畫出了這一如此製得的介質，附圖3表示所述結構中不同層的側視圖，其中，基板302由對準層304覆蓋，在該對準層304上製備了聚合物強制玻璃質LC層306，該LC層306包含各向異性LC聚合物網絡、處於取向亞穩定狀態下的第二類液晶分子和二色性螢光分子。如果要施加多於一個聚合物強制玻璃質LC層，那麼就在玻璃質LC層306上設置一個惰性鈍態層308，然後是一個對準層310，接著是另一個玻璃質LC層312，如附圖3中虛線所示。可以重複進行與施加這三個層相應的步驟，直到獲得了所需的層數。
現在將對用於光學數據存儲的計算機可讀介質的用法加以解釋說明信息是通過將雷射聚焦在包含亞穩定取向狀態的玻璃質LC層上(或通過對該玻璃質LC層進行局部加熱)來保存的。在焦點上，光束導致照射點處的局部溫度升高到玻璃轉變溫度以上，造成第二類液晶分子從玻璃質到液晶或液相的相變，具有這樣的結果第二類液晶分子的亞穩定狀態消失，並且所述液晶分子馳豫並且採取按照LC聚合物網絡指向的取向。這相當於寫入一位或位轉移。於是，寫入位，例如，相當於「零」，而未寫入位相當於「一」。寫入數據位的第二類液晶分子從而沿著LC聚合物網絡的方向對準，而未寫入數據位並非如此，而是沿著垂直於所述網絡方向的方向取向，處於亞穩定狀態。
本發明的另一個方面致力於利用聚合物強制LC層的不良導熱性克服寫入速度過低的問題，現在將參照附圖4對此進行介紹。
該方法由將計數器值X設置為1開始(步驟402)。對於每個所要寫入的數據位，確定這個數據位是「一」還是「零」(步驟404)。針對「一」或「零」，由雷射脈衝或加熱裝置對所要寫入的LC層的區域加熱，以便使所尋址到的區域達到高於Tg的溫度T，並且從而寫入所述數據位。如果所要寫入的所有數據位都已被寫入(步驟406)，即，計數器值X達到了最終數值(最後一個數據位)，本方法結束(步驟410)。如果所有數據位並沒有全部得到寫入(步驟406)，將計數器值X設置為X+1(步驟408)，將雷射束移動到另一個區域，或者按照另外一種方案安排加熱裝置去加熱另一個區域，由此將會重複步驟404和406。對於需要加熱的數據位，對尋址到的數據區域所要加熱到的溫度T加以調整，使得第二類液晶分子的馳豫在被尋址區域的溫度降低到玻璃轉變溫度Tg的時間間隔內得以充分完成。由於計算機可讀介質的不良導熱性，長度為毫微秒量級的加熱脈衝足以在微秒量級的時間間隔內實現取向的充分完整的轉換(馳豫)。因此，藉助使用毫微秒長度的加熱脈衝，能夠實現用於寫入的高數據速率。
寫入和未寫入數據位的讀取能夠根據折射率、吸收或螢光的差異來完成。在螢光的情況下，讀取是例如通過激發二色性螢光分子並且隨後檢測所發出的螢光來進行的。螢光分子是依據它們的吸收截面得以激發的。這樣，取向在不同方向上的螢光分子將會受到不同程度的激發，導致了所發出的光強度的差異-從而相應於所存儲的不同信息類型(一或零)。
如前面所指出的，寫入和未寫入位中的分子之間的折射率稍有不同。如果在數據存儲介質中存在多於一個玻璃質LC層，寫入和未寫入位的折射率之間的任何差異都會降低針對底層的光束的質量，並且因此也會降低數據存儲介質的性能。在單層系統中，基於寫入和未寫入位之間的折射率或吸收的差異進行的讀取，與螢光輻射相比，是同樣合適的。在具有彼此交替疊置的數個玻璃質LC層、鈍態層和對準層的情況下，最好要使這一折射率差異最小。幸運的是，包括二色性螢光發色團的本發明的一種實施方式能夠實現材料的精細選擇，以最小化所述折射率差異，並且如此對具有多層結構的光學存儲介質進行了開拓。
可以按照多種方式改變本發明，例如按照本發明的第二種實施方式的生產計算機可讀介質的方法，是這樣進行疊層的通過在基板上塗覆對準層、塗覆包括LC分子的混合物，在塗覆惰性鈍態層之前，將所塗覆的混合物加熱到高於Tg且低於Tc的溫度並且用UV光照射該樣本，造成聚合反應。其後，重複這一段落中的步驟，直到獲得了所需的層數，從而產生了多層光學存儲介質。按照這種實施方式，最好剛好在塗覆惰性鈍態層之前，將該樣本冷卻到低於Tg的溫度T。
按照另一種實施方式，疊層是這樣獲得的使用對準層、有效層和鈍態層來獨立地對多個薄的透明基板進行處理，然後再將經過處理的基板疊置在一起來實現多層光學存儲介質。
按照本發明的一種不同的實施方式，具有數個LC層的計算機可讀介質，即，多層計算機可讀介質，在至少一個所述LC層中包含預先寫入的數據，按照本發明的另一種實施方式，生產具有至少一個預寫入LC層的多層計算機可讀介質的方法包括在含有處於亞穩定取向狀態的第二類LC分子的聚合物強制LC層上施加具有與所要寫入的數據相應的寫入位圖案的火印。在施加了這一預先構圖的印記的時候，將所要加熱的與該印記的寫入位圖案相應的數據區域加熱到高於Tg的溫度，能夠實現第二類LC分子從亞穩定狀態到低能馳豫狀態的轉換，即，位轉移。在不受到加熱的與寫入位圖案相應的數據區域中的第二類LC分子會保持它們的亞穩定取向狀態。使用例如由金屬製成的火印的寫入處理，優選地用於同時寫入超過一個數據位，即，並行數據寫入。受益於並行寫入處理的數據寫入和/或數據複製的任何方面都有可能是這種寫入技術的應用。例如CD、DVD、雷射盤、MD(且舉幾種)的製造(和可行的應用)都是本發明的這種實施方式感興趣的顯而易見的領域。
上面提到的基板可以例如由聚碳酸酯或聚降冰片烯或適於上面列舉的處理步驟的其它材料製成。此外，所述基板最好在所述計算機可讀介質的應用(即，寫入和讀出)期間對所施加的電磁光透明，即，可見光、紫外光、紅外光。
按照本發明的另一種實施方式，所述基板是可與所形成的樣本分離的，即，所述基板僅在初始和中間處理步驟期間起到支撐的作用。
在施加包括液晶分子的混合物之前施加的對準層用於將液晶分子在一個方向上對準。這個對準層可以例如是摩擦對準層或光對準層。
包含在LC混合物中的LC分子的對準此外可以按照另外一種方案通過在樣本上施加外部電場或磁場來實現。
活性混合物是通過使用任何用於塗覆的適當技術施加到基板上的，比如印刷、旋塗、刮墨刀塗覆、浸漬、注模或者其它工業上可控的塗覆方法。
按照本發明的另一種實施方式，包含在所述混合物中的螢光染料分子可由不同類型的螢光分子替代，例如，螢光液晶分子。
按照本發明的再另一種實施方式，基於各向異性分子的取向變化的存儲介質都是可以應用的。
還可以根據寫入和未寫入數據位之間很小的折射率差異來讀取存儲在計算機可讀介質中的信息，在這種情況下沒有將這種折射率差異完全最小化。
另外，可以利用照射光吸收的差異來讀取所存儲的信息，這種吸收的差異造成了反射的差異。
寫入和未寫入位的透明度或透射率的差異也可用於讀取計算機可讀介質。
對於包括兩種類型的液晶分子的混合物的照射，可以使用電磁照射或電子束照射來引發所述第一類液晶分子進行交聯，以形成各向異性LC聚合物網絡。在電磁照射中，另外還可以使用除了紫外光以外的波長，例如，可見光、X射線或伽馬射線。
由施加所述外部電場造成的所述第二類液晶分子的取向狀態，可能不同於與第一類LC分子的各向異性LC聚合物網絡的方向相比更佳的基本垂直的取向。第二類LC分子的有效取向是由LC聚合物網絡的相對取向和所施加的外場決定的。
生產計算機可讀介質的方法的另外一個方面是，液晶分子的對準至少部分地是由用於將液晶分子混合物施加到基板上的技術實現的。這些技術是，比如，旋塗、刮墨刀塗覆或印刷技術。
亞穩定狀態是由第一類LC分子和第二類LC分子的結合實現的，其中第一類LC分子可以形成稀疏聚合物網絡，該第一類LC分子例如為具有諸如雙丙稀酸脂、雙環氧化物或類似的反應基的LC分子，第二類LC分子在室溫下形成玻璃，並且在經過提升的溫度下可能成為向列或近晶液晶相。這一第二類液晶分子通常是低分子量LC側鏈低聚物、低分子量LC主鏈低聚物或高分枝LC分子。應當使這兩種類型的LC分子的結合最優化，以獲得亞穩定狀態，從而能夠實現高速率寫入。在二色性吸收或螢光染料溶解在用於形成聚合物強制玻璃質LC層(LC凝膠體)的溶劑中的時候，可以獨立地對它們進行最優化。
通過如此介紹的本發明，存儲器具有如下優點寫入狀態是第二類液晶分子已經馳豫的狀態，並且這一狀態是低能狀態，具有很高穩定性。這樣，使用本發明的方法，使得所保存的信息的穩定性得到了提高。如上面所提到的，由於當溫度保持在低於Tg的溫度下時第二類LC分子固定不動，結果造成寫入和未寫入數據位都是穩定的。
由聚合的第一類液晶構成的LC聚合物網絡對第二類液晶分子在它們的亞穩定取向狀態下施加了強大的驅動力。一旦使用例如雷射或通過局部加熱將樣本的溫度升高到玻璃轉變溫度以上，所述網絡就迫使第二類LC分子重取向到它們的馳豫狀態，從而增大了所述第二類LC分子的馳豫速率。這樣能夠實現高速度數據存儲。
而且還能夠通過例如短雷射脈衝在寫入的時候將活性層加熱到高於Tg的溫度。在寫入的時候，寫入光束然後繼續移動，以寫入其它位，同時由於介質的不良導熱性的作用，第一個位的溫度保持在Tg以上一定量的時間。對寫入區域所加熱到的溫度進行調整，使得寫入區域的溫度高於Tg的持續時間足夠的長，以實現第二類LC分子的完全馳豫。結果，雷射束可以繼續移動，而重取向處理繼續在寫入位中進行，只要溫度T＞Tg。
取向的各向異性螢光分子(即，螢光團)在存儲原理中的應用能夠在讀取存儲介質時增大吸收截面。在螢光分子完美對準的情況下，與各向同性取向的螢光分子相比，吸收截面增大了三倍。通過將對準好的螢光分子旋轉90°，實現了1∶7的吸收率差異，並且因此實現了1∶7的螢光發射差異。
採用取向的各向異性螢光分子還能夠實現螢光的各向異性發射。與各向同性取向的螢光分子相比，所述光的發射增大了三倍，或者現實一點講是兩倍，這可以用來提高收集效率，得到更高的數據速率。
由於螢光染料分子的對準取向，導致光的發射是各向異性的，這增大了一個方向上的螢光信號強度。
由於螢光分子的對準，使得進一步增大截面成為可能。
由於螢光染料分子在寫入的時候改變了它們的取向，所以螢光輻射以實用的方式開啟。因此未寫入區域不對背景作出貢獻，造成幹擾背景光的降低。
與缺少施加這樣的驅動力的LC聚合物網絡時的毫秒量級的重取向時間相比，在存儲處理中第二類分子的馳豫時間(轉換時間)降低到了微秒量級。因此本發明需要很少的能量(毫微秒量級的雷射脈衝)來寫入數據。而且，隨著在寫入的時候處於焦點上的被尋址數據位的溫度必須要保持在玻璃轉變溫度以上期間的時間得到了減少，熱串擾的可能性也得到了降低。
權利要求
1.一種用於光學數據存儲的計算機可讀介質，包括LC層，包括第一類液晶分子，該第一類液晶分子在一個方向上對準並且形成一個聚合物網絡，和第二類液晶分子，該第二類液晶分子沿著第二方向取向，其中所述第二類液晶分子的取向是亞穩定的。
2.按照權利要求1所述的計算機可讀介質，其中LC層包含重量百分比為0.1-10％的所述第一類液晶分子和重量百分比為80-99.9％的所述第二類液晶分子。
3.按照權利要求1所述的計算機可讀介質，包括多個LC層。
4.按照權利要求3所述的計算機可讀介質，其中至少一個LC層被預先寫入了數據。
5.按照權利要求1所述的計算機可讀介質，其中LC層包含螢光染料分子。
6.生產用於光學數據存儲的計算機可讀介質的方法，包括步驟在基板上施加混合物，用來製備玻璃質的LC層，該混合物包括第一類液晶分子和第二類液晶分子，所述第二類液晶分子與玻璃轉變溫度有關，將液晶層加熱到高於玻璃轉變溫度的溫度，實現液晶分子沿第一方向的對準，對LC層提供輻射，以形成第一類液晶分子的液晶聚合物網絡，對LC層施加電場或磁場，使第二類液晶分子取向在第二方向上，和在施加所述電場或磁場期間，將LC層冷卻到低於所述玻璃轉變溫度的溫度，從而在所述介質中建立液晶分子取向的亞穩定狀態。
7.按照權利要求6所述的生產用於光學數據存儲的計算機可讀介質的方法，對於該方法，施加的混合物包括螢光染料分子。
8.按照權利要求6所述的生產計算機可讀介質的方法，對於該方法，所述計算機可讀介質包括多個LC層。
9.按照權利要求8所述的生產計算機可讀介質的方法，其中數據的寫入是在至少一層上進行的。
10.按照權利要求9所述的生產計算機可讀介質的方法，其中通過應用預先構圖的火印對多於一個的位區域同時進行加熱。
11.按照權利要求6所述的生產用於光學數據存儲的計算機可讀介質的方法，其中實現對準的步驟包括在施加所述液晶分子的混合物之前將一個對準層施加到所述基板上。
12.按照權利要求6所述的生產用於光學數據存儲的計算機可讀介質的方法，其中實現對準的步驟包括使用施加到LC層上的外部電場。
13.按照權利要求6所述的生產用於光學數據存儲的計算機可讀介質的方法，其中實現對準的步驟包括使用施加到LC層上的外部磁場。
14.按照權利要求6所述的生產用於光學數據存儲的計算機可讀介質的方法，其中為了形成至少一個液晶聚合物網絡而提供的輻射是電磁輻射以及UV光、X射線或伽馬射線之一。
15.按照權利要求6所述的方法，其中所提供的輻射是電子束輻射。
16.按照權利要求6所述的方法，其中第一類液晶分子是活性的，而第二類液晶分子是無活性的液晶分子。
17.按照權利要求6所述的方法，其中加熱的步驟包括加熱到高於玻璃轉化溫度Tg且低於清除溫度Tc的溫度。
18.將數據寫入到按照權利要求1所述的計算機可讀介質中的方法，包括下述步驟，對於LC層中每個所要寫入的位區域，對LC層中的所述位區域施加熱脈衝，使得所述區域的溫度T變得高於所述位區域中的第二類LC分子的玻璃轉化溫度Tg。
19.按照權利要求18所述的寫入數據的方法，其中向位區域施加熱脈衝是通過將短雷射脈衝聚焦在所述位區域上來進行的。
全文摘要
本發明涉及產生光學存儲器的方法，該光學存儲器將寫入和未寫入數據的穩定性與寫入期間的高寫入速度和良好的靈敏度結合了起來，本發明還涉及這樣一種光學存儲器以及在這樣一種存儲器中寫入數據的方法。所述光學存儲器具有液晶(LC)層，該液晶層包括第一類LC分子(102)，該第一類LC分子在一個方向上對準並且形成一個聚合物網絡；第二類LC分子(104)，該第二類LC分子沿著垂直方向取向，其中所述第二類液晶分子的取向是亞穩定的。通過利用由對準的交聯分子的網絡施加在第二類LC分子(104)上的力，實現了第二類型的分子(104)從取向的亞穩定狀態馳豫的速率增加，這使得利用所述馳豫來以得到數據寫入的增大的寫入速率成為可能。
文檔編號G11B7/24GK1662973SQ03814187
公開日2005年8月31日 申請日期2003年6月4日 優先權日2002年6月19日
發明者E·皮特斯, D·J·布羅爾, C·布希 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司