專利名稱：具有對于熒光單層或多層存儲的各向異性偶極發(fā)射的優(yōu)化介質(zhì)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于光學(xué)數(shù)據(jù)存儲的方法、設(shè)備和存儲介質(zhì)。
背景技術(shù)：
現(xiàn)在有多種光存儲技術(shù)。這種技術(shù)的一個(gè)例子是基于當(dāng)向存儲層進(jìn)行“寫入”時(shí)改變所述存儲層的反射率?；谠摷夹g(shù)的系統(tǒng)具有這樣的有利屬性，即由于作為相干入射光的反射光的出射光也是相干的這一事實(shí)，這意味著入射和出射光是反向的，所以物鏡對于單一層的收集效率總是100％。然而，由于重影圖像、作為相干光的結(jié)果的相干串?dāng)_、以及每層對于入射激光和信號光具有差的透射率的影響，使得該存儲技術(shù)一般不適合于在層疊存儲設(shè)備中進(jìn)行多層記錄。還有另一個(gè)缺陷為當(dāng)光束穿過不同的層時(shí)，寫入和非寫入存儲單元的折射率差使光束散射，從而導(dǎo)致光束質(zhì)量降低。
其他技術(shù)可能包括使用諸如染料等之類的熒光材料。其中之一是使用溶解在聚合物母體中的熒光染料。在該情況下，可將折射率調(diào)整至基底的折射率以避免出現(xiàn)光束散射的問題。此外，能夠?qū)Χ鄬哟鎯橘|(zhì)進(jìn)行選擇使得它們在熒光信號波長下是透明的，從而能夠有效消除與標(biāo)準(zhǔn)反射技術(shù)相關(guān)的一半損失和干擾。借助于使用熒光染料，有若干種可能性來獲得存儲設(shè)備。通過對聚合物母體中的熒光材料進(jìn)行光致漂白(photo bleaching)，諸如一次寫入多次讀出(WORM)數(shù)據(jù)存儲器這樣的不可逆數(shù)據(jù)存儲器是可能的。當(dāng)用寫入激光束進(jìn)行照射時(shí)，所述材料被直接加熱。另外一種可選方案是，淬火分子開始被沉積在包含熒光材料的層之上的層中，熒光材料包括所謂的“熒光團(tuán)”。當(dāng)通過激光束加熱材料時(shí)，淬火分子分解形成自由基，當(dāng)溫度超過聚合物母體的先前調(diào)節(jié)的轉(zhuǎn)變溫度時(shí)，例如玻璃轉(zhuǎn)變溫度、以及淬火分子的熔化和/或分解溫度，所述自由基能夠擴(kuò)散到熒光團(tuán)。在自由基與熒光團(tuán)發(fā)生反應(yīng)之后，熒光團(tuán)的化學(xué)結(jié)構(gòu)，以及由此得到的熒光光譜和熒光效率發(fā)生改變。在用“讀取光束”照射時(shí)，發(fā)生反應(yīng)的熒光團(tuán)發(fā)射的熒光信號與由未發(fā)生反應(yīng)的熒光團(tuán)發(fā)射的信號有很大的不同。于是該特征就被用于讀取存儲的數(shù)據(jù)。然而，該概念具有這樣的缺點(diǎn)，即在寫入期間由于自由基的慢擴(kuò)散，所以數(shù)據(jù)速率較低。此外，獲得的對比度較差，因?yàn)槭苷丈涞娜玖现挥幸徊糠謱⒈还庵缕?，從而?dǎo)致數(shù)據(jù)速率較低。
基于熒光的另外一種技術(shù)是將淬火分子和熒光團(tuán)同時(shí)溶解在聚合物母體中。以這種方式，在加熱時(shí)形成的自由基不必?cái)U(kuò)散到包含熒光團(tuán)的層中，而是與它們直接發(fā)生反應(yīng)。這將使對比度升高，從而數(shù)據(jù)速率也升高；然而，缺點(diǎn)是非寫入存儲單元的穩(wěn)定性被大大降低。
就利用熒光的存儲技術(shù)的現(xiàn)狀而言，發(fā)射光的光路與入射激光路徑是不可逆的，因此入射和發(fā)射的光路沒有可逆性。使用這樣一種技術(shù)的發(fā)射光子的光學(xué)特性，例如它們的能量和相位與入射光子的光學(xué)特性是不同的。雖然這實(shí)際上具有很多優(yōu)點(diǎn)(見下面)，但一個(gè)缺點(diǎn)是正在被發(fā)射的光以比由通過入射光所使用的NA(數(shù)值孔徑)定義的立體角更大的立體角進(jìn)行發(fā)射。因此在發(fā)射光信號收集過程中丟失了相當(dāng)數(shù)量的信號強(qiáng)度。通過簡單的幾何學(xué)考慮，能夠顯示出對于各向同性光發(fā)射的收集效率約等于(NA/2n)2，其中NA為用于入射光的數(shù)值孔徑，n為正被使用的基底的折射率。對于在一個(gè)波長下NA為0.6且折射率為1.62的聚碳酸酯基底來說，只產(chǎn)生3.6％的收集效率。
此外，從專利申請WO02/47090 A1獲知了一種包含具有三維光存儲能力的材料的數(shù)據(jù)存儲方法和設(shè)備，其中所述材料包括聚合物母體和向列型液晶滴以及通過所述母體散布的光敏材料。通過利用相干偏振紅外光照射數(shù)據(jù)存儲材料區(qū)來存儲數(shù)據(jù)，受照射材料的導(dǎo)子被排列，使得光敏材料被排列。讀取存儲的光學(xué)數(shù)據(jù)包括照射其中存儲有光學(xué)數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)存儲材料，從而使向列型液晶滴的經(jīng)排列的導(dǎo)子區(qū)的光敏材料以比未排列的導(dǎo)子區(qū)更高的強(qiáng)度發(fā)射熒光，并在經(jīng)排列的導(dǎo)子區(qū)內(nèi)檢測熒光。
該寫入和讀取設(shè)備和方法具有相對復(fù)雜的特性，因此對于數(shù)據(jù)存儲應(yīng)用來說可能會比較昂貴。這樣一種設(shè)備和這樣一種方法的另外一個(gè)性質(zhì)是相對長的100ms量級的轉(zhuǎn)換時(shí)間，從而不能實(shí)現(xiàn)高數(shù)據(jù)速率。
還存在這樣的問題，即對于光發(fā)射如何與高寫入速度相結(jié)合獲得較高的收集效率，以提高檢測的信號強(qiáng)度和數(shù)據(jù)速率，在寫入期間的良好靈敏度和寫入和非寫入存儲區(qū)域的高穩(wěn)定性。
此外，還必須解決包括散射、涉及層疊存儲層以獲得大容量的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是當(dāng)讀取存儲在一存儲介質(zhì)上的數(shù)據(jù)時(shí)提供相當(dāng)數(shù)量的各向異性發(fā)射。
本發(fā)明還提供在寫入和讀取數(shù)據(jù)期間具有良好靈敏度的光學(xué)數(shù)據(jù)存儲。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)現(xiàn)特別有益形式的光學(xué)數(shù)據(jù)存儲是通過借助由一非常短的光脈沖進(jìn)行啟動(dòng)的排列的各向異性分子的(重)定向提供的，所述排列的各向異性分子此后在典型的長于所述光脈沖的時(shí)間周期的一時(shí)間段內(nèi)進(jìn)行自轉(zhuǎn)變。典型的，所述光是激光。優(yōu)選的，借助于光輻射，尤其是借助激光束來實(shí)現(xiàn)取向(或分子序)的變化。通常，該方法是以這樣一種方式執(zhí)行的，即借助激光束對分子鏈段進(jìn)行局部重定向或使方向雜亂來存儲光學(xué)信息。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供有一種使用聚合物材料作為存儲介質(zhì)的用于光學(xué)數(shù)據(jù)存儲的設(shè)備，其中所述設(shè)備包括至少部分由聚合物材料制成的薄膜，以便通過包括光定向基團(tuán)的聚合物的分子序的變化或重定向來存儲數(shù)據(jù)。
根據(jù)本發(fā)明的一優(yōu)選方面，提供有一種通過修改其光學(xué)屬性而在包括聚合物材料的存儲介質(zhì)中寫入數(shù)據(jù)的方法，所述方法包括步驟-將所述材料加熱到玻璃轉(zhuǎn)變溫度(Tg)以上，-對所述材料執(zhí)行排列，-通過用一個(gè)波長的光照射一個(gè)時(shí)間段或通過其他手段對聚合物材料中的光定向基團(tuán)進(jìn)行重定向從而啟動(dòng)寫入，所述光照射或其他手段啟動(dòng)重定向，并使得能夠在讀取存儲的數(shù)據(jù)期間進(jìn)行各向異性發(fā)射。
根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，提供有一種用于光學(xué)數(shù)據(jù)存儲的設(shè)備，包括-作為存儲介質(zhì)的聚合物材料，-用于將所述材料加熱到玻璃轉(zhuǎn)變溫度(Tg)以上的裝置，-用于對所述材料執(zhí)行排列的裝置，和-通過用一個(gè)波長的光照射一個(gè)時(shí)間段或通過其他手段對聚合物材料中的光定向單元進(jìn)行重定向從而啟動(dòng)寫入的裝置，所述光輻射或其他手段用于對重定向進(jìn)行啟動(dòng)，由此通過修改聚合物材料的光學(xué)屬性而能夠?qū)?shù)據(jù)存儲到包括聚合物材料的設(shè)備中，所述重定向能夠在讀取存儲的數(shù)據(jù)期間進(jìn)行各向異性發(fā)射。
根據(jù)本發(fā)明的又一個(gè)方面，提供有一種包括聚合物材料的存儲介質(zhì)，適于通過修改其光學(xué)屬性來存儲數(shù)據(jù)，所述聚合物材料包括光定向基團(tuán)，當(dāng)用一個(gè)波長的光照射一時(shí)間段時(shí)可對所述光定向基團(tuán)進(jìn)行重定向，所述光照射用于對重定向進(jìn)行啟動(dòng)，其中所述光定向基團(tuán)在一適當(dāng)?shù)臏囟认拢湫偷脑诓ＡмD(zhuǎn)變溫度(Tg)以上能夠進(jìn)行自轉(zhuǎn)變。
根據(jù)本發(fā)明的再一個(gè)實(shí)施例，提供有一種讀取存儲在一光學(xué)數(shù)據(jù)存儲裝置中的數(shù)據(jù)的方法，所述光學(xué)數(shù)據(jù)存儲裝置包括作為存儲介質(zhì)的聚合物材料，用于將所述材料加熱到玻璃轉(zhuǎn)變溫度(Tg)以上的裝置，用于執(zhí)行材料排列的裝置，通過對述聚合物的光定向單元和可被排列的偶極發(fā)射體進(jìn)行重定向從而啟動(dòng)寫入的裝置，所述方法包括步驟-用一個(gè)波長的光進(jìn)行照射，其使所述各向異性熒光偶極發(fā)射體發(fā)射光，和-將來自所述偶極發(fā)射體的各向異性發(fā)射進(jìn)行收集。
另外，本發(fā)明還能夠以高速度進(jìn)行光學(xué)數(shù)據(jù)存儲，并能使存儲的信息具有高穩(wěn)定性。這里，術(shù)語“高速”意味著基本不慢于納秒級，例如在10-50納秒內(nèi)。對寫入進(jìn)行啟動(dòng)是在實(shí)質(zhì)上比聚合物，例如LC聚合物進(jìn)行重定向的時(shí)間量程短的時(shí)間段內(nèi)進(jìn)行的。
本發(fā)明的這些和其他方法通過此后說明的具體實(shí)施方式
將變得顯而易見。


通過下述結(jié)合附圖的對本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的說明，本發(fā)明將變得更加容易理解，其中圖1表示根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的多功能聚合物；圖2表示包括一偶氮苯基團(tuán)的活性單體；圖3表示包括一肉桂酸鹽基團(tuán)的活性單體；圖4表示具有用于存儲數(shù)據(jù)的層疊的存儲層的設(shè)備；圖5表示圖1的聚合物如何從非寫入狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)閷懭霠顟B(tài)；圖6為表示根據(jù)本發(fā)明的寫入方法的優(yōu)選實(shí)施例的流程圖；
圖7表示對于三種不同的序列等級顯現(xiàn)出的作為物鏡的數(shù)值孔徑的函數(shù)的發(fā)射光的收集效率。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)在將參照圖1開始說明本發(fā)明，圖1示出了根據(jù)本發(fā)明一優(yōu)選實(shí)施例的多功能聚合物。
存儲信息所需要的不同屬性被結(jié)合在如圖1所示的多功能聚合物中。聚合物10包括三個(gè)或更多的不同官能團(tuán)。第一官能團(tuán)R1引入液體結(jié)晶性。第二官能團(tuán)R2是光定向團(tuán)，第三光能團(tuán)R3包含熒光發(fā)色團(tuán)?？蛇x擇的，第四官能團(tuán)R4能夠任意擁有一附加的功能，例如調(diào)節(jié)聚合物的玻璃轉(zhuǎn)換溫度Tg，或結(jié)合淬光劑功能。以這種方式，能夠最佳化和精確調(diào)節(jié)獨(dú)立分開的官能團(tuán)的不同功能。當(dāng)然，如果需要，在不脫離本發(fā)明思想的情況下可加入更多的官能團(tuán)。
如果在一個(gè)官能團(tuán)中結(jié)合了不同的功能性，則也能夠使用具有少于三個(gè)官能團(tuán)的聚合物，例如熒光半族和中康酯基團(tuán)能夠結(jié)合在一熒光液晶團(tuán)中。其他組合也是可能的。例如，第三官能團(tuán)R3的功能并入到光定向官能團(tuán)R2中。
優(yōu)選地，所述聚合物配有這樣的基團(tuán)，其能提供用于數(shù)據(jù)存儲的高穩(wěn)定性的各向異性聚合物，但同時(shí)能夠避免慢轉(zhuǎn)換的問題。所述存儲是基于在適當(dāng)?shù)姆肿踊鶊F(tuán)中進(jìn)行的光致變化實(shí)現(xiàn)的，所述分子基團(tuán)可提供在聚合物的主鏈中或側(cè)基團(tuán)中。
圖1中所示的聚合物僅僅是具有提供在其側(cè)基團(tuán)中的官能團(tuán)的聚合物的一個(gè)例子，滿足要求的其他結(jié)構(gòu)也是可以利用的。
引入液體結(jié)晶性的第一基團(tuán)R1可以實(shí)質(zhì)上公知的方式來提供，如在Peter J.Collings，Jay S.Patel(Eds)著的《Handbook of LiquidCrystal Research》(牛津大學(xué)出版社，紐約，1997)中所描述的，因此在這里將不對其進(jìn)行更詳細(xì)的說明。作為例子，第一基團(tuán)R1包括重復(fù)單元，這些重復(fù)單元包括間隔單元，和諸如中康酯基團(tuán)這樣的提供液晶特性的基團(tuán)。該液晶單元一般提供在側(cè)基團(tuán)中，但也可以出現(xiàn)在聚合物10的中樞鏈路中，或者設(shè)置在兩者中。
第二基團(tuán)R2包括光敏單元，其能夠異構(gòu)化。光敏單元典型地提供在側(cè)基團(tuán)中，但也可以出現(xiàn)在聚合物的中樞鏈路中，或者設(shè)置在兩者中。通常這些光敏基團(tuán)基于一個(gè)或多個(gè)通式
R-PH其中PH為光敏基團(tuán)，優(yōu)選是從包括偶氮苯、雙偶氮苯、三偶氮苯和氧化偶氮苯、以及它們的烷基取代衍生物、均二苯代乙烯或螺環(huán)吡喃基團(tuán)的組中選出的，其中R代表能夠使光化學(xué)單元化學(xué)鍵接成聚合物10的基團(tuán)，典型為能夠進(jìn)行聚合或縮聚的基團(tuán)。例如偶氮苯是可重寫的。當(dāng)以適當(dāng)波長的光照射時(shí)，偶氮苯將在氮-氮雙鍵附近進(jìn)行可逆順反異構(gòu)化作用。在該過程中，對于偶氮苯單元來說存在一個(gè)用于減小吸收截面和將吸收偶極矩沿光的傳播方向定向的驅(qū)動(dòng)力。圖2表示包括偶氮苯基的活性單體。
也可以使用那些能夠形成順反異構(gòu)體之外的其他基團(tuán)，其通過用光照射能夠可逆地改變分子序，其特定的實(shí)施例將不在這里進(jìn)行說明，因?yàn)樗鼈儗τ诒绢I(lǐng)域技術(shù)人員來說是顯而易見的。還能夠借助于例如肉桂酸鹽基團(tuán)進(jìn)行不可逆寫入。這樣一個(gè)基團(tuán)在適當(dāng)波長光的照射下將發(fā)生光加成反應(yīng)，這將導(dǎo)致垂直于光的E矢量的取向。因?yàn)樵摲磻?yīng)不是可逆的，所以可以將寫入看作為WORM型寫入的例子。圖3表示包括一肉硅酸鹽基團(tuán)的活性單體。
目前，對于WORM光學(xué)數(shù)據(jù)存儲盤(所謂的“CD-R”)有很大的需求，并且這一需求期待增加的是增加光學(xué)數(shù)據(jù)盤的存儲容量。當(dāng)對于內(nèi)容分布使用WORM介質(zhì)時(shí)，寫入處理可以是串行的(一個(gè)接一個(gè)的寫入數(shù)據(jù)位)；然而，在便宜的光學(xué)數(shù)據(jù)存儲介質(zhì)的制造過程中引入串行寫入處理在經(jīng)濟(jì)上并不劃算。典型的只有當(dāng)通過例如壓膜或模具以并行寫入處理進(jìn)行數(shù)據(jù)復(fù)制時(shí)，在制造過程中的數(shù)據(jù)復(fù)制才是值得的。這是光存儲比其他存儲選擇例如硬盤和固態(tài)存儲器好的主要優(yōu)點(diǎn)之一。因此，在ROM介質(zhì)中，即使在此處并未披露，但最好使用某一類型的并行寫入。
在圖1中，包括具有偶極矩的發(fā)射體的第三基團(tuán)R3鄰近光定向基團(tuán)R2進(jìn)行定位。當(dāng)在一個(gè)時(shí)間段內(nèi)用具有一個(gè)確定波長的光照射存儲材料時(shí)，(如上所述的)所包括的光定向基團(tuán)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。當(dāng)進(jìn)行該旋轉(zhuǎn)時(shí)，典型地為90°，鄰近所述第二基團(tuán)R2的基團(tuán)也因此進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，這意味著第三基團(tuán)R3被迫與轉(zhuǎn)動(dòng)的第二基團(tuán)R2一起轉(zhuǎn)動(dòng)。第三基團(tuán)R3的這一轉(zhuǎn)動(dòng)將改變所述基團(tuán)的吸收截面。因此與非旋轉(zhuǎn)基準(zhǔn)相比，這將在入射光吸收上給出一反差。該吸收反差隨后將導(dǎo)致發(fā)射熒光的強(qiáng)度差。
吸收截面的變化對于第二基團(tuán)R2也是有效的，并且在某些情況下，取決于基團(tuán)，對于第一基團(tuán)R1也是有效的。分子幾何形狀變化和引發(fā)的局部不平衡狀態(tài)將使光學(xué)特性發(fā)生變化，例如折射率、雙折射或吸收特性，其中的后者將在下面進(jìn)一步描述用于存儲數(shù)據(jù)的設(shè)備及其存儲原理時(shí)進(jìn)行說明。
圖1的官能團(tuán)序列僅僅是為了示意的目的示出的，因此能夠?qū)ζ溥M(jìn)行改變以覆蓋在本發(fā)明范圍內(nèi)的各種序列。
在圖4中，以垂直于堆疊層的平面的方向上的剖面圖示出了具有堆疊存儲層的用于存儲數(shù)據(jù)的設(shè)備40?；?1覆蓋有一聚合物層42。該基板一般具有幾個(gè)平方厘米的表面面積，并且在其上可沉積有絕緣層，例如InO2/SnO2層，和/或可選擇地在其上還可以具有沉積的排列引發(fā)層。這樣一個(gè)排列層，例如包括肉桂酸鹽或香豆素衍生物的聚酰亞胺定向?qū)踊蚬舛ㄏ驅(qū)樱赡苄枰B續(xù)的機(jī)械或光化學(xué)作用以產(chǎn)生適當(dāng)?shù)呐帕?。此外，聚合物?2可以例如進(jìn)行旋涂或通過其他適當(dāng)?shù)姆绞绞┘?，所述聚合物的厚度一般?0-3到10-6米。
聚合物層42覆蓋有一間隔層43，根據(jù)需要在42和43之間的界面上涂敷如上所述的排列層，由此這種組合(即聚合物層42、間隔層43、可選擇地包括所述排列層)能夠堆疊若干次，在該特定實(shí)施例中示出了三個(gè)聚合物層。然而，可提供多個(gè)聚合物層42，典型的多于十個(gè)。按照另一種可選方案，可將聚合物提供作為帶有其他適當(dāng)材料的層壓件，或者作為基體層上的涂層，即使這些例子在該圖中并未示出。
當(dāng)向一個(gè)聚合物層進(jìn)行寫入時(shí)，來自光源(由標(biāo)以“光”的箭頭示出)的第一激光束聚焦在數(shù)據(jù)存儲介質(zhì)中的一個(gè)區(qū)域上，于是該區(qū)域中的聚合物由于光定向基團(tuán)而進(jìn)行重定向，這將在下面進(jìn)一步說明。例如具有藍(lán)光的第一激光束引發(fā)重定向，于是具有足以將聚合物加熱到其玻璃轉(zhuǎn)變溫度Tg以上的強(qiáng)度的第二光束(來自相同的光源)，完成所述重定向。那么就能夠?qū)Y(jié)果得到的寫入?yún)^(qū)域讀取為光學(xué)數(shù)據(jù)。
光學(xué)數(shù)據(jù)存儲設(shè)備40能夠例如具有光盤的形式，因此當(dāng)該盤在光記錄播放器中旋轉(zhuǎn)時(shí)借助探測激光束能夠在環(huán)形軌跡中讀取典型的為比特形式的數(shù)據(jù)，所述光學(xué)數(shù)據(jù)存儲裝置還可以是光卡的形式。另外一種可能性也能夠提供全息存儲，因此圖像的全息圖被記錄作為干涉圖形。將不對這些和其他應(yīng)用進(jìn)行更加詳細(xì)的說明，因?yàn)檫@樣的技術(shù)在本領(lǐng)域是公知的。現(xiàn)在，圖5a-c表示聚合物如何從非寫入條件轉(zhuǎn)變?yōu)閷懭霔l件。所示具有三層的聚合物在垂直于圖4的截面方向上，也就是在與由“光”代表的箭頭相同的方向上示出。圖5a表示排列后、啟動(dòng)前的情形。圖5b表示部分聚合物層的中心區(qū)域52(局部聚焦區(qū)域)的啟動(dòng)，此處中心聚合物由其左角上的箭頭表示。圖5c表示進(jìn)行寫入之后的部分聚合物層?，F(xiàn)在中心區(qū)域52包括在實(shí)質(zhì)上垂直于排列后的方向的方向上的基團(tuán)。該方向僅用于表示本發(fā)明的原理，并且因此不局限于該特定方向。
簡言之，排列區(qū)域52的重定向能夠在讀取處理期間增加發(fā)射光的收集效率，如在下述所示的段落中將變得更加清楚。
圖5a中的多功能聚合物的初始重定向可例如通過類似剪切或拉制的表面效應(yīng)、借助于并入的添加劑，例如表面活性劑分子、或借助于其上提供的排列引發(fā)層(如上所述)、或借助于類似于排列場，尤其是磁場或電場的場效應(yīng)來實(shí)現(xiàn)。
也可以結(jié)合排列引發(fā)層和排列場。排列引發(fā)層可以例如迫使聚合物中的官能團(tuán)進(jìn)行垂直排列。排列引發(fā)層的排列力在沉積數(shù)據(jù)層期間可被排列場的力抵消。這樣，就獲得了平面排列。現(xiàn)在，在寫入處理期間，光定向單元施加的力和排列引發(fā)層的力將協(xié)同來使所有官能團(tuán)進(jìn)行重定向。以這種方式，寫入速度能夠得到提高。在排列引發(fā)層引起平面排列的正常情況下，排列引發(fā)層和光定向單元施加的力在寫入處理期間彼此相對立，從而限制了寫入速度。
如圖5b所示，啟動(dòng)重定向的第一激光束繼續(xù)移動(dòng)，同時(shí)已啟動(dòng)的聚合物材料在比其啟動(dòng)所用的時(shí)間長的時(shí)間段內(nèi)進(jìn)行自轉(zhuǎn)變直到結(jié)束于如圖5c所示的最后取向。所需的時(shí)間段是通過聚合物的類型、層厚、局部溫度、聚合物在有選擇地覆蓋有排列引發(fā)夾層的基板上的錨定能量確定的，所有這些參數(shù)必須進(jìn)行適當(dāng)?shù)剡x擇以滿足關(guān)于轉(zhuǎn)換時(shí)間的需要。一典型的例子是第一激光束為納秒級和第二加熱束為幾個(gè)毫秒，一特定的例子可以是分別近似于6納秒和3毫秒。該時(shí)間段是通過光定向基團(tuán)之外的其他基團(tuán)確定的，因?yàn)槠渌鶊F(tuán)的驅(qū)動(dòng)力相對較小(彈性能量)，也就是后者轉(zhuǎn)換較快。還可以用較短的激光脈沖來進(jìn)行加熱和光重定向，并且作為介質(zhì)的不良導(dǎo)熱率的結(jié)果，還能夠使所述材料呆在Tg溫度以上若干毫秒，從而允許自轉(zhuǎn)變。還能夠用短激光脈沖來將所述樣本加熱到Tg以上(其中它將保持若干毫秒(ms))，并且還能夠使用較長時(shí)間段的第二輻射來進(jìn)行所述光定向。
所述激光束例如可從一激光二極管發(fā)出，典型的具有近似400納米的波長。然而，在對寫入和讀取選擇波長方面有很大的靈活性。例如可添加染料以提供在適當(dāng)波長下的靈敏度。寫入光束和加熱光束根據(jù)本發(fā)明可結(jié)合到一個(gè)能夠進(jìn)行啟動(dòng)和加熱的光束(如圖4所示)中，或者按照另一種方案在空間上除了在期望的寫入位置處處分離以增加該方法的非線性度。
根據(jù)本發(fā)明一般優(yōu)選實(shí)施例的用于寫入數(shù)據(jù)的方法可用圖6中示出的流程圖來表示。在第一步驟61，聚合物材料被加熱到玻璃轉(zhuǎn)化溫度Tg以上的溫度，在第二步62，對加熱的材料進(jìn)行排列，在第三步63，借助于使重定向啟動(dòng)的光進(jìn)行照射通過所述聚合物的光定向基團(tuán)的定向來對寫入進(jìn)行啟動(dòng)。
可通過將溫度升高到玻璃轉(zhuǎn)變溫度Tg以上和在電或磁場中冷卻而擦除所存儲的信息。還可以通過在Tg以上時(shí)對排列層進(jìn)行重新排列或通過光定向的逆處理來實(shí)現(xiàn)所述擦除過程。
玻璃轉(zhuǎn)變溫度Tg典型地高于環(huán)境溫度。然而，優(yōu)選地能夠?qū)ΣＡмD(zhuǎn)變溫度進(jìn)行控制以便確保存儲的數(shù)據(jù)在要求的溫度下在存儲過程中不會惡化。這樣的方法，例如使用乙烯基的聚合物，是公知的，因此在這里將不再進(jìn)行進(jìn)一步的說明。激光脈沖所適用的時(shí)間量程要比各向異性分子進(jìn)行重定向的時(shí)間量程短的多。因此，高記錄數(shù)據(jù)速率可與高記錄穩(wěn)定性相結(jié)合。
如果基團(tuán)是借助于電場來排列的，那么可從兩側(cè)環(huán)繞聚合層提供透明的電極。然而，該電極不必并入到所述裝置中。在制造過程中，即使當(dāng)電極并未并入到所述介質(zhì)中，也能夠施加電場。對于WORM應(yīng)用，一般來說電極是不需要的也是不期望的。對于(限定的)RW應(yīng)用，還可以預(yù)見只有兩個(gè)通用電極，它們夾在所有存儲層之間以為整個(gè)設(shè)備提供一般的重定向能力。如果電極夾在每層中間，則可對每層進(jìn)行更多的局部擦除和初始材料定向。原則上，甚至能夠產(chǎn)生用戶驅(qū)動(dòng)以提供外部全局排列場從而獲得能夠沒有內(nèi)電極的RW介質(zhì)。由于該情況下所需的高電壓(電壓隨電極的間距線性增加)，這可能不是最實(shí)用的解決方案，即使它是可能的。
可通過例如用單色相干光照射聚合物層來執(zhí)行信息讀取。典型的借助于第三基團(tuán)R3中包括的各向異性熒光發(fā)色團(tuán)的取向變化可使用激光來讀取數(shù)據(jù)。這些熒光發(fā)色團(tuán)可由任何的帶有偶極矩的熒光有機(jī)或無機(jī)分子構(gòu)成，所述的熒光發(fā)色團(tuán)優(yōu)選地是從液晶系、有機(jī)燃料、納米管、納米線和具有包含從上述提到的組中選擇的任何分子的替代物的聚合物的組中選出的。然而也可以代替或與之結(jié)合地使用上述之外的其他基團(tuán)。
熒光發(fā)色團(tuán)的轉(zhuǎn)變偶極矩在“寫入”和“非寫入”區(qū)域的不同取向?qū)⒁鹞詹町?，并且因此在熒光方面也將引起差異。所述差異一般約為1∶7。當(dāng)然，還可以利用其他改變?nèi)∠虻母飨虍愋曰鶊F(tuán)，例如光定向基團(tuán)。此外也可以使用各向異性之外的其他類型的基團(tuán)，這樣的基團(tuán)在用來自強(qiáng)寫入光束的光照射時(shí)能夠改變光學(xué)屬性，并且這樣的屬性能夠通過讀取光束進(jìn)行讀取，所述讀取光束具有比寫入光束低的強(qiáng)度，前述條件是啟動(dòng)足夠快。除了聚合物本身之外，還可以混合地提供光學(xué)特性，或者也可以使用添加劑。
另外，包括各向異性熒光發(fā)色團(tuán)的第三基團(tuán)R3典型地被如上所述的排列。參照圖7，它清楚地示出數(shù)值孔徑對發(fā)射光的收集效率的相關(guān)性。由于有限的數(shù)值孔徑(NA)，實(shí)際上發(fā)射光只有一部分被收集。對于發(fā)色團(tuán)的各向同性定向(S＝0)，只有4％的發(fā)射光被收集(NA＝0.6)。然而，通過排列各向異性熒光發(fā)色團(tuán)，能夠獲得熒光的各向異性發(fā)射。對于完美排列的發(fā)色團(tuán)，收集效率≈3(NA/2n)2，其中NA和n如上所述。在該情況下，有序參數(shù)S＝1。然而，對于這些各向異性發(fā)色團(tuán)的實(shí)際排列，有序參數(shù)S等于0.5-0.9，典型的在0.65周圍，所述有序參數(shù)還依賴于由基團(tuán)R1引入的液晶相的類型。因此，與各向同性定向的各向異性發(fā)色團(tuán)的收集效率相比較，發(fā)射的熒光的收集效率被增加到2倍，對于所述各向異性發(fā)色團(tuán)來說S＝0。因此各向異性偶極發(fā)射的效果是非常有用的，并且因此能夠使本發(fā)明的創(chuàng)造思想得以實(shí)現(xiàn)。
標(biāo)題為具有對于熒光單層或多層存儲的各向異性偶極發(fā)射的優(yōu)化介質(zhì)的本發(fā)明的創(chuàng)造性觀念與現(xiàn)有技術(shù)相比具有若干個(gè)優(yōu)點(diǎn)。
這些優(yōu)點(diǎn)如下通過各向異性發(fā)射提高了熒光信號強(qiáng)度(實(shí)際是光子的兩倍)、增大了吸收截面(能夠使給出的較薄層最佳吸收)、增強(qiáng)了存儲信息的穩(wěn)定性、使快速寫入速度成為可能、和能夠使材料屬性獨(dú)立優(yōu)化。
由于本發(fā)明在寫入和非寫入位提供了較小的折射率差，所以這將減小穿過不同層的光束量，即使與傳統(tǒng)的技術(shù)相比它是小的。在具有許多聚合物層的層疊設(shè)備中，比方說上述的十層，通過仔細(xì)選擇材料，即典型地通過選擇第四補(bǔ)償基團(tuán)，可進(jìn)一步減小寫入和非寫入位之間的差異。按照另一種方案，通過將該差檢測為光學(xué)參數(shù)，例如借助于發(fā)射中的微分相位對比顯微鏡結(jié)構(gòu)，該差可被相反地增加來使用。
即使在所述例子中只描述了使用熒光進(jìn)行的讀取，但能夠根據(jù)分子取向自動(dòng)檢測光學(xué)參數(shù)的任何其他方法也是可利用的。
所述用于光學(xué)數(shù)據(jù)存儲的設(shè)備也可用于例如光信號處理、傅立葉變換、以及所述之外的其他讀取目的。
如在下列權(quán)利要求中所使用的，但此“包括”意味著包含，但并不一定是限制的。
權(quán)利要求
1.一種通過修改包括聚合物材料(10，42)的存儲介質(zhì)(42，43)的光學(xué)屬性而在該存儲介質(zhì)中寫入數(shù)據(jù)的方法，所述方法包括步驟-將所述材料加熱到玻璃轉(zhuǎn)變溫度(Tg)以上，-對所述材料執(zhí)行排列，-通過用一個(gè)波長的光照射一個(gè)時(shí)間段或使用其他手段對聚合物材料(10，42)中的光定向基團(tuán)(R)進(jìn)行重定向從而啟動(dòng)寫入，所述光照射或其他手段用于啟動(dòng)重定向，使得能夠在讀取處理期間從存儲介質(zhì)(42，43)進(jìn)行各向異性發(fā)射。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述材料包括偶極發(fā)射體，并且所述排列能夠使從所述存儲介質(zhì)的經(jīng)過排列的各向異性偶極發(fā)射體進(jìn)行各向異性發(fā)射。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中所述偶極發(fā)射體是熒光的，并且所述排列能夠使熒光偶極發(fā)射體進(jìn)行各向異性發(fā)射。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述光定向基團(tuán)的重定向包括所述聚合物材料中出現(xiàn)的一個(gè)或多個(gè)各向異性基團(tuán)的重定向。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中啟動(dòng)和加熱是借助于單一光束進(jìn)行的。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中借助于第一光束執(zhí)行啟動(dòng)，用第二光束實(shí)現(xiàn)加熱。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中在比優(yōu)選為LC聚合物的聚合物進(jìn)行重定向的時(shí)間量程短得多的時(shí)間段內(nèi)啟動(dòng)，所述時(shí)間段典型為納秒級的時(shí)間段，例如10-50納秒。
8.用于光學(xué)數(shù)據(jù)存儲的設(shè)備(40)，包括-作為存儲介質(zhì)的聚合物材料(10，42)，-用于將所述材料加熱到玻璃轉(zhuǎn)變溫度(Tg)以上的裝置，-用于執(zhí)行材料排列的裝置，和-通過用一個(gè)波長的光照射一個(gè)時(shí)間段或使用其他手段對聚合物(10，42)中的光定向單元進(jìn)行重定向從而啟動(dòng)寫入的裝置，所述光照射或其他手段用于啟動(dòng)重定向，由此能夠通過修改聚合物材料的光學(xué)屬性而將數(shù)據(jù)存儲到聚合物材料中，使得能夠在讀取處理期間從所述設(shè)備進(jìn)行各向異性發(fā)射。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的設(shè)備，其中所述聚合物材料還包括能被排列的偶極發(fā)射體，使得能夠在讀取處理期間從所述設(shè)備進(jìn)行各向異性偶極發(fā)射。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的設(shè)備，其中所述偶極發(fā)射體包括各向異性熒光發(fā)色團(tuán)，使得能夠在讀取處理過程中從設(shè)備進(jìn)行發(fā)色團(tuán)的各向異性發(fā)射。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的設(shè)備，其中所述熒光發(fā)色團(tuán)構(gòu)成帶有偶極矩的任何熒光有機(jī)或無機(jī)分子，其是從下組中選出的液晶系、有機(jī)染料、納米管、納米線、和具有包含從上述提到的組中選擇的任何分子的替代物的聚合物。
12.根據(jù)權(quán)利要求8所述的設(shè)備，其中所述聚合物材料包括一個(gè)或多個(gè)各向異性聚合物。
13.根據(jù)權(quán)利要求8所述的設(shè)備，其中在一透明基板上提供一聚合物層，優(yōu)選為聚合物薄膜。
14.根據(jù)權(quán)利要求8所述的設(shè)備，其中所述設(shè)備包括結(jié)合的熱源裝置和光源裝置，由此所述聚合物薄膜可被加熱，并且所述薄膜的分子序或取向可發(fā)生改變。
15.根據(jù)權(quán)利要求8所述的設(shè)備，其中所述設(shè)備包括包括物理定向裝置，例如排列層，和/或用于對所述聚合物層進(jìn)行定向的透明電極裝置。
16.根據(jù)權(quán)利要求8所述的設(shè)備，其中所述熱源裝置和/或光源裝置包括一個(gè)激光器。
17.根據(jù)權(quán)利要求8所述的設(shè)備，其中所述聚合物薄膜的吸收特性使得能夠用特定波長和強(qiáng)度的激光束存儲數(shù)據(jù)，和用另一個(gè)激光束讀出數(shù)據(jù)，所述另一個(gè)激光束具有一不同的波長，或具有遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于寫入閾值的不同強(qiáng)度，并且不會干擾存儲的數(shù)據(jù)。
18.包括聚合物材料(10，42)的存儲介質(zhì)(42，43)，適于通過修改其光學(xué)屬性來存儲數(shù)據(jù)，所述聚合物材料包括光定向基團(tuán)(R)，當(dāng)被一個(gè)波長的光照射一時(shí)間段時(shí)，所述光定向基團(tuán)在被排列之后進(jìn)行重定向，所述光照射用于對重定向進(jìn)行啟動(dòng)，其中所述光定向基團(tuán)在一適當(dāng)?shù)臏囟认拢湫偷卦诓ＡмD(zhuǎn)變溫度(Tg)以上能夠進(jìn)行自轉(zhuǎn)變，所述聚合物材料包括各向異性熒光發(fā)射體，使得能夠在讀取所述存儲的數(shù)據(jù)期間使所述發(fā)色團(tuán)進(jìn)行各向異性發(fā)射。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的存儲介質(zhì)，包括從下面選出的基團(tuán)偶氮苯、雙偶氮苯、三偶氮苯和氧化偶氮苯、以及所述組合物的烷基取代衍生物、均二苯代乙烯或螺環(huán)吡喃基團(tuán)。
20.根據(jù)權(quán)利要求18所述的存儲介質(zhì)，其中所述聚合物材料包括單個(gè)聚合物層。
21.根據(jù)權(quán)利要求18所述的存儲介質(zhì)，其中所述聚合物材料包括多個(gè)聚合物層。
22.一種讀取存儲在根據(jù)權(quán)利要求9所述的設(shè)備中的數(shù)據(jù)的方法，所述方法包括步驟-以一個(gè)波長的進(jìn)行照射，所述光照射使所述各向異性熒光偶極發(fā)射體發(fā)射光，和-收集來自所述偶極發(fā)射體的各向異性發(fā)射。
全文摘要
光學(xué)數(shù)據(jù)存儲方法、讀取方法、裝置(40)和存儲介質(zhì)(42，43)，包括通過修改聚合物材料(42)的光學(xué)屬性存儲數(shù)據(jù)，其中通過典型地用一個(gè)波長的光照射對光定向單元進(jìn)行重定向，所述光照射對重定向進(jìn)行啟動(dòng)，并且其中數(shù)據(jù)的讀取包括對來自偶極發(fā)射體的各向異性發(fā)射進(jìn)行收集。
文檔編號G11B7/24GK1662974SQ03814189
公開日2005年8月31日 申請日期2003年6月13日 優(yōu)先權(quán)日2002年6月19日
發(fā)明者M·L·M·巴里斯特雷里, C·布斯奇, J·T·A·維德比克, M·薩亞明克, W·范埃斯－斯皮克曼, E·皮特斯, D·J·布羅爾 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司