CN1625716A - 多层组合液晶光学存储系统以及记录和读取信息的方法 - Google Patents

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Abstract

多层数据载体包括几个液晶层(302)，每个液晶层包括不同的荧光染料作为与液晶材料的客－主混合物。每个液晶层包括电极(303)和排列层(305)。排列层可以包括荧光或非荧光染料种类。液晶的控制使得信息能够单独地从每个像素或者以逐页格式读出。间隔层(306)用来定义液晶层(302)的厚度。电极由连接到电源(313)的控制器(312)来驱动。

Description

多层组合液晶光学存储系统以及记录和读取信息的方法
技术领域
本发明涉及一种逐坑或逐页记录和读取信息的光学存储系统，尤其涉及ROM，WORM，RW多层光学存储系统以及它们与荧光读取信息的混合。
背景技术
现有光学存储系统利用具有一个或两个信息层的二维数据载体。光学数据记录的大部分先前技术解决办法提议记录信息层的局部区域(凹坑)中反射激光辐射强度的变化。这些变化可能CD或DVD只读存储器(ROM类型)的凸纹光盘上的干扰效应，金属薄膜中孔的烧制，染料脱色，广泛使用的CD写一次可读多次(WORM)系统中聚碳酸酯的局部熔融，相变可重写(RW)系统中反射系数的变化等的结果。[Bouwhuis G.等人，“光盘系统的原理”，Philips研究实验室，Eindhoven，Adam Hilger Ltd.，Bristol和Boston]。
为了增加记录密度，这些载体使用方法例如转变为较短的波发射源并结合大孔径透镜(高NA物镜)[I.Ichimura等人，SPIE，3864，2280]，平台凹槽记录型光盘的减小的道间距和增加的凹槽深度[S.Morita等人，SPIE，3109，167]。信息读取的新的介质和方法用于信息的高密度存储[T.Vo-Diny等人，SPIE，3401，284]，凹坑深度调制[S.Spielman等人，SPIE，3109，98]，以及具有以对称模式排列的正方形信息凹坑的光盘[Satoh等人，美国专利5,572,508号]。
在美国专利4,634,850和4,786,792号(Drexler技术公司)中，使用“四倍密度”或“微棋盘”格式的数字光学数据来增加数据密度并同时使错误达到最少；数据由CCD光检测器阵列读取，以使得可以光存储在电影胶卷(或光学存储卡)上的数字数据量成为四倍。
三维(均匀)光敏介质使得我们能够实现超过每立方厘米几个兆兆位的这种信息记录密度。这些介质表现出在双光子吸收方面的各种光物理和光化学非线性效应。这些三维WORM和RW信息载体中的大部分最佳记录和读取性能是由光敏元件和光反应的产物经由中间虚拟级的双光子吸收的过程，例如当使用光变色[D.Parthenopoulos等人，科学，1989，245，843]或光致褪色材料时，或者当使用光折射晶体或聚合物和光聚合物时，记录折射参数的变化的过程[Y.Kawata等人，Opt.Lett.，1998，23，756]，和[R.Borisov等人，Appl.Phys.，1998，B67，1]。
原则上，这种读写入方式使得我们能够将信息局部地记录在信息介质内具有已改变信息性质的凹坑中(类似于传统反射CD-或DVD-ROM中使用的信息凹坑)。
但是，该原理的实际实现构成大的挑战，因为这种类型的记录所要求的毫微微(phemtosecond)激光发射源的高成本和大尺寸，也因为介质的非常低的感光灵敏度。通常，介质的这种非常低的感光灵敏度由我们当前已知的光敏材料的非常低的双光子吸收横截面参数所造成。
从工艺上说，多层光学信息载体的使用将更有效。但是，它们也带来某些限制并且引起关于数据载体介质以及数据读取方式和设备(以及在WORM和RW的写入方式中，光学存储数据)的设计和性质的额外问题，特别是在介质内深处。
在反射方式中，多层光学信息载体的每个信息层将由部分反射涂层覆盖。这减小读取信息光束和因它通过介质到达给定信息层并且返回到接收器的反射信息光束的强度。
另外，因为它们的相干特性，两个光束当它们通过时在信息层的片段(凹坑和凹槽)上经受难以估计的衍射，也经受干涉畸变。
这就是为什么具有荧光读取的多层荧光光学信息载体是优选地，因为它们没有部分反射涂层。在这种情况下，衍射和干涉畸变将因荧光辐射的非相干特性，与读激光波长相比较其较长的波长，以及光学介质对于入射激光和荧光辐射的透明性和均一性(不同层的类似的反射率)而非常小。因此，多层荧光载体与反射光学存储相比较具有一些优点。
在美国专利4,202,491号中，使用荧光墨水层，它的数据点发射红外辐射。日本专利63,195,838号提出一种具有荧光读取方式的WORM盘，其中数据载体层应用于基底的席纹面。如果是WORM盘，在该基础上创建多层信息结构是绝对不可能的，因为读写发射的强的光色散。但是，使用荧光复合材料来创建多层光盘是可能的。该技术在美国专利6,027,855和5,945,252号中，以及在EP 00963571A1中描述。
美国专利6,009,065和6,071,671号(V.Glushko和B.Levich)描述用于从多层荧光光盘中逐位读取信息的设备。
目前，对于所有类型的多层荧光数据载体(光盘和卡)的一般要求是数据载体应当具有最大可能的记录信息容量和密度，最大可能的读取速度以及“信号与噪声”之间的高比率。当我们使得信息凹坑的尺寸达到最小并且增大每个信息层中它们的记录密度时；以及当我们增加信息层的数目并且使用较短波长的读发射源时，我们可以满足该要求。为了能够实现高速读取，我们需要创造最大可能的信息荧光信号容量。
光学数据写入的实际记录密度以及上面引用的其余参数不仅由记录发射源的波长来确定，而且由用于记录的实际记录介质的性质，输入/输出方式以及光学存储设备来确定。
如果我们讨论荧光多层存储，应当满足一些附加要求：记录发射必须仅被三维介质的某个微小位置的边界所吸收，并且它的写和/或读发射应当足够强烈以能够实现某种阈效应。否则，记录介质内深处的信息位的记录将伴随有当记录光束通过介质时沿着记录光束整个路径的光学性质的变化。
另外，当荧光分子吸收单光子读发射时，我们观察到设计光盘和卡形式的数据读取方式的具体差别。
参见关于在多层信息介质10(20)中读取的两种可能选择的图1和2，其中信息承载层11(21)已经由聚合物层12(22)分隔，该聚合物层对于读17(23)和荧光发射24和25是透明的。
通常，光盘系统利用由精确聚焦激光束23完成的逐位数据读取(图2)。
由于在来自信息凹坑(26)的荧光发射(24)的光接收器收集过程中的空间滤波，我们可以实现非常小的层间串音。该串音因当相邻的信息层被读发射(23)穿透时的荧光激励(25)而发生。因此，在这些数据载体的使用中，低反差是完全可接受的(背景荧光强度Ifl(back)的差与它们的总和之间的比K＝(Ifl(pit)-Ifl(back))/(Ifl(pit)+Ifl(back))K＝1/2-2/3的记录信号来自每个分隔的信息层。
随着这发生，分隔的信息层(21)可能完全是固态的。荧光材料可以填充微凹坑(信息凹坑)(26)以及它们之间的空间(27)。
该现象使得我们能够使用众所周知的加热模制技术(注入-压缩模制技术)，或者基于来自凸纹主盘(原始盘)的光可聚合组合物的2P过程，以及随后在旋涂，或辊涂或浸涂的帮助下进行的用信息承载层(21)的涂敷。
多层荧光数据载体例如光卡使得我们能够使用包括几千个凹坑(16)的整页信息(14)的多通道(逐页)读取；这就是CCD照相机所实行的。随着这发生，页(14)的三维图像滤波可以显著地被层间串音所阻碍；该串音因由相邻层所发射的荧光(25)而发生，结果，我们观察到由光接收器所接收的低对比度图像，因为对比度真实地在直线下降。这就是为什么当使用光卡时我们在每层中实现高对比度(K～1.0)是关键性的。为了获得高水平的对比度，我们应当将信息层(11)组合成类似岛的结构，同时仅信息凹坑(16)必须用荧光材料充满。为了制造包括数据承载层的这种结构，我们实在需要使用相当复杂的技术。
而且，因为层内的荧光信息凹坑占据整个层区域的大约百分之五十，并且即使填充的百分比与上面已经引用的百分比一样大，在读取方式中由该层发射并且到达光接收设备的信息信号的强度为从多层载体到达接收器的整个荧光流强度的大约1/N，N表示其中信息层的数目。
本发明提供ROM，WORM或RW型荧光多层数据载体的新结构以及向其写入数据和从中读取数据的类型和方式的几种选择。这些选择使得我们能够用电力控制稀释在液晶基体中的荧光分子的吸收和发射能力。而这又使得我们能够完全或部分地消除当以“逐坑”和“逐页”方式读取时相邻数据承载层之间的荧光串音。这样做时，我们也可以控制信息信号的荧光强度并且缩短层之间的距离，这又使得我们能够增加载体中信息层的数目并且降低读取过程中的像色差和畸变。另外，所提出的解决办法将扩大单写或重写的各种非线性和线性光化学和光物理机制的应用范围。这也将使得我们能够对于在数据载体中记录，读取和删除数据使用一个且同一个发射源。
除此之外，我们的发明也包括多层信息载体的其他设计，该多层信息载体使用光化学稳定、各向异性吸收且非荧光物质作为主荧光物质，同时液晶基体可以完全没有主分子。
如果读者阅读更详细描述在我们已经研制的信息载体中写入，读取和重写数据的原理的下述页，我们的发明的细节和优点可能更加明显。我们也提供我们的发明的许多附图和说明。
附图说明
图1。从具有由不应该被读取的信息层所造成的荧光背景的多层荧光信息载体中逐页数据读取的示意思想。
图2。从具有由不应该被读取的信息层所造成的荧光背景的多层荧光信息载体中逐位数据读取的示意思想。
图3。包括“液晶-荧光染料”类型的组合多层数据载体的所提出结构的普遍选择的横截面的示意思想。
图4。具有两个相互正交的条形式的透明电极的数据承载层的示意思想。
图5。荧光-液晶数据层的排列和转换结构。
图6。电极中具有和不具有任何电压的一个数据承载层的顶视图和横截面。
图7a，b。形成具有构图排列表面的记录层的各种选择，以及读取来自这些表面的荧光信号的方式。
图8a，b，c。ROM，WORM或RW类型的组合数据承载层的结构的各种选择。
图9a，b分别是在由光束入射写入之前(a)和之后(b)，光卡和光盘中显示的轨道的示意平面图。
图10。在包含光化学稳定且各向异性吸收的物质的光各向异性材料中制导，删除和光学各向异性暗度弛豫的运动曲线的典型视图。上(↑)和下(↓)箭头表示打开和关闭光激活发射的时刻。符号A→B和B←A表示当极化的光激活发射转换为正交方式时的那些时刻。符号“0”，“1”和“-1”根据热动力学分别表示起始位置和两个光诱导的且稳定的状态。
图11。当数据记录在保证数据写入质量的实时逐位控制和调节的多层荧光液晶光学数据载体上时，逐位数据写入设备的选择之一的示意思想。
图12。多层组合荧光液晶光学载体的写入记录层的质量的逐页控制的设计选择之一。
图13。染料结构式。
应当指出，这些图不说明其组成部分的实际尺寸和比例，因为它们被设计以易于荧光多层光学数据载体的操作的结构和原理的理解。
具体实施方式
下面参考支持它的附图来领会我们的发明的描述。
图3描绘所提出结构的普遍选择的横截面的示意思想，该结构包括基于用电力操作的客-主液晶系统而制造的组合多层(为了易于理解其操作原理，我们选择两层)光学数据载体(300)。
作为其主要组成部分，数据载体(300)装配有“衬垫”(衬底)(301)并且包括许多数据承载层(数据层)(302)，不同于[美国专利6,009,065；6,071,671号；WO 99/24527等]中描述的众所周知的荧光数据载体，这些承载层也构成多层结构而不是单层结构。通常，它已经设计为薄的液晶单元(LCC)，该液晶单元可以用电力操作并且包括用由间隔层(306)分隔的排列层(304和305)覆盖的两个类似的光学透明电极(303)。被间隔层(306)划分的排列层之间的空间装满客-主液晶(LC)组合物(307)，其包含用作主物质(308)的光化学稳定、各向异性吸收荧光材料(308)。
我们已经选择了可以充分溶解在液晶组合物中并且因它们发射大量光子(量子)而高度荧光的那些物质，因为我们需要在设定的谱(specter)中变得荧光且能够各向异性吸收的光化学稳定的物质。在这些物质中，分子排列成坚韧的，棒状或盘状簇，并且它们的长波吸收振子沿着它们的长轴(例如，像在均二苯代乙烯中)，或者横切该轴(像在并四苯，并五苯和其他多并苯中)而定向。
在我们的发明中，这些荧光物质已经选自如下光化学稳定组合物，包括芳香族碳水化合物及其衍生物的族，例如多芯缩合芳香族碳水化合物；以及包括芳基乙烯基和芳基乙炔基的那些碳水化合物及其衍生物(1.2-二芳基乙烯，二芳基多烯，均二苯代乙烯官能替换和1.4-联苯乙烯苯替换等)和聚苯基碳水化合物；包含五-(呋喃，噻吩，吡咯以及它们的衍生物，等)和六元分子(一个或两个氮原子组合物或者一个或两个氧原子组合物等)；杂环组合物；包含羰基的组合物(香豆素和carbostenated物质，anthron和芳香酸衍生物；oxazol-5替换，靛青和硫代靛青，醌等)；萘二甲酸化合物；以及金属与氧杂蒽基，吖啶基，恶嗪基，吖嗪基，二萘嵌苯基，涤纶基，vialonthrone基，花青基，酞花青基，紫菜碱基等的有机配体和有机染体的络合物。
液晶和染料已经以1∶0.01和1∶0.8的克分子比混合。对于液晶，可以使用正温或lyothropic近晶型或胆甾醇型液晶以及它们的混合物，但是，具有其他晶体的向列型液晶以及它们的混合物更优。
光化学稳定、各向异性吸收材料可以与具有液晶性质的物质的分子具有共价连接。正是液晶物质可以起荧光剂的作用，因为当它们受发射影响并且吸收它时，能够发出荧光。
数据层(302)已经由“中间层”(309)分隔，该“中间层”(309)是光学上具有良好质量并且对于也能够承载数据(荧光)和删除的读写发射是透明的。该中间层从几微米到几百微米厚。保护层(310)保护光学数据承载介质不受机械损伤和攻击性介质的有害影响。为了消除由散焦层所引起的光反射，散射和衍射的寄生效应，我们为所有数据，中间和保护层选择对于给定波长彼此非常接近的那些折射参数是关键性的。相同的参数也应当为可能处于同转向(homeotropic)(或平面状态，依赖于其特性以及读取和/或写入方式)的客-主LC组合物(307)而选择。如果需要的话，规定波长的数据层(302)可以制造成具有抗反射和干涉涂层的多层。为了制造这种类型的层，我们应当向其结构中增加一些附加层(没有在图3中指出)。
数据层和中间层在当暴露于光或热时固化的胶水(311)的帮助下粘合在一起形成一个多层载体(300)。
控制器312保证单独的电控制。它使用来自源313的电源并且帮助排列组合物307中的LC分子，从而排列作为该组合物一部分的主荧光分子(308)。控制器312和电源(313)位于多层载体(300)的外部，因为它们安装在独立操作的数据写和/或读设备(没有在图3中指出)中。
对于光学透明电极(303)，我们已经使用通常用于PC液晶(LC)屏的透明电极层。它们由金属氧化物，例如氧化铟锡(ITO)，氧化锡等制成。它们大约从0.001到1mmc厚。它们可以制造成均匀薄膜(303)或者制造成两个相互正交的条(图4)41，42，以便在向(或从)多层载体写入，读取或删除数据的一般方式中节省电能。在后一种情况下，每个液晶单元起光闸阵列的作用，其控制在多层载体(300)的数据层(302)的一个的给定区域(页)43中写入，读取或删除数据的过程中通过光谱区域的主激发荧光(308)的系数。它也控制荧光强度。中间玻璃或聚合物层(309)的两侧都覆盖有电极(303)(对于玻璃或聚合物，可以使用聚酯薄膜(Dupont)，聚碳酸酯，环氧树脂，光敏树脂，光可聚合组合物等)。优选地，就其光学性质来说，中间层应当是各向同性的。
为了制造排列层(304)的均匀表面，我们可以使用传统上在液晶(LC)屏技术中使用的那些排列层。该技术已经在[P.Chatelain，Bull.Soc.Franc.Miner.66，105(1943)]中描述。该方法使用小于一微米厚的聚酰亚胺类型的聚合物薄膜。该薄膜在一个方向上机械摩擦，并且它覆盖透明电极(303)(图3)的一个或者电极41或42(图4)的一个。
但是，当中间层太薄(大约10mmc或更少)时或者当该层使用微起伏表面(309)时，这种技术不太可适用或者完全不可适用。在这种情况下，我们可以采取使用液晶层的平面排列的非接触方法的其他已知技术，例如倾斜地喷涂某种透明材料的方法[J.L.Janning，Appl.Phys.Lett.21，173(1972)]或者Langmuir-Blodgett多分子薄膜的使用[E.Guyon，Vac.Sci.Technol.10，681(1973)]。
对于我们的发明，我们已经使用在所谓光各向异性材料的帮助下保证液晶排列的技术，该光各向异性材料自然是各向同性光敏材料，当它们吸收极化的和甚至非极化但是制导的光发射时，其表现出光学各向异性。这种技术由本发明的作者之一于1990年公开[V.Kozenkov等人，11 USSR光学液晶讨论会，Krasnoyarsk，1990，p.130(俄语)]。
光学各向异性由材料深处中以及材料表面上的排列分子分布的各向异性所导致。这些可能是具有各向异性性质的剩余初始分子或者作为光化学反应的结果而形成的新的各向异性产物。随着这发生，并且当激活发射安全地到达光各向异性材料时，剩余初始分子中的永久性偶极的普遍排列将按照材料平面并且将正交于激活发射的电场矢量而排列。作为该排列的结果，我们获得位于各向异性材料表面上的各向异性分子与作为光化学反应的结果而形成的各向异性产物的组合。该组合能够沿着该平面并且在根据光各向异性材料表面分子的普遍排列的方向的某一方向上排列液晶的分子。
在我们的发明中，由这些材料制成的层可以使用离心技术，溶液浸渍或者按照Langmuir-Blodgett方法，或者通过真空热喷涂来制造。增加排列性质的非接触和非机械光学方法使得我们能够制造超薄中间层(309)或微起伏表面层，当层表面中仅有一面覆盖有微起伏时。
当薄的LC单元用于数据层(302)时，可以不要排列层(304)。在我们的发明中，位于反向透明电极303(图3)上或电极42(或41)(图4)上的排列层(305)除了其排列作用外，也起记录层的作用。该层可以通过聚合物层的机械摩擦，它们的倾斜喷涂来制造，或者由Langmuir-Blodgett薄膜制成(对于ROM类型的数据载体)。我们也可以使用上面所引用的适用于光各向异性材料的光排列方法(对于ROM，WORM或RW类型的数据载体)。
在后一种情况下，在写入已经完成之后，该层将包含许多将承载数据的微区域(信息标记或凹坑)，这些微区域类似于传统CD或CD-ROM系统中的反射凹坑314。它们将位于背景区域(315)中，并且与分别位于外表面(316和317)中以及LC层(307)内部的电力控制的LC复合材料客-主层307相比较，其将具有不同的分子簇，从而具有不同的排列能力。
与LC分子的电力控制有序排列同时，已经稀释在LC中的主荧光各向异性分子(308)的簇也变得更加有序和排列，并且它们开始吸收读发射。随着这发生，依赖于电极303或41和42上电压的存在或不存在，数据承载层的吸收系数和荧光强度也将变化。
与以前使用的LC分子排列的接触和非接触非光学方法相比较，光各向同性材料用作光排列层的这种技术解决办法具有一定数目的优点。因此，我们可以列出下列优点：
-形成具有表面排列能力的规定空间结构的光构图排列表面的简化
-在光学质量方面，LC分子在表面上更好的排列
-控制它们与排列层表面的分子的粘附度W3的可能性
后者至关重要，因为在数据层(302)的高密度表面数据写入过程中，LC层厚度必须与记录在记录层(305)中的信息凹坑的大小相关，换句话说，如果凹坑大约为0.4mmc，LC层应当大约0.1-0.4mmc厚。
顺便提及，在高度粘附(W3)排列表面中和在控制该过程实际电场中，例如在大约0.01mmc厚的区域中的向列型LC中，用电力重新排列分子是不可能的，这是常识。换句话说，在包括具有与中间相的直接接触的几个分子层的那些层中，这样做是不可能的。显然，如果我们控制光各向异性材料的曝光能量，我们将不仅能够形成LC平面排列的轴，而且能够控制粘附能值(W3)，这是LC分子与光排列器的表面分子之间的粘附度，从而我们将能够影响它们的电光性能。
因此，在我们的发明中所提出的数据层(302)的电力控制多组分电结构中，层(304)(如果它们可用)起传统的排列层的作用，而排列层(305)也直接作为ROM，WORM或RW类型的记录层来操作。随着这发生，信息凹坑的隐藏构图，在改变排列性质的过程中成形，并且这改变沿着关于LC分子的表面而调整。必要时，该图案可以使用高荧光强度自动地(直观地)读取，这由数据承载层302中的客-主液晶单元来完成。该层也包括使用各向异性吸收荧光分子作为主(308)的排列和记录层(305)。
所提出的组合荧光多层光学数据载体可以制造成多种光盘，卡或带中的CD或DVD只读存储器(ROM)，写一次可读多次(WORM)，可重写(RW)或者它们的混合类型。信息凹坑沿着这种载体的空间的二维分布的几何形状可以描绘成直线，或者它可以是螺旋形或圆形轨道，数据流在EFM(八到十四调制)14数字通道调制码的帮助下写到那里。数据也可以以在二维数据编码的ETT(八到十)方法的帮助下记录的四个相邻字节的形式写到排列和记录层(305)表面上。
通过改变发射朝向激励荧光的读发射而定向的光的二向色分子(308)的轴的排列来控制荧光强度是可能的。作为吸收荧光材料(308)的二向色性质的结果，由它所发射的光具有最大强度。但是，为了获得最大强度，当它们的读发射吸收最大时分子应当以这样一种方式来排列。在由控制器312形成的电场的帮助下改变液晶基体(307)的方向，我们可以控制荧光分子(308)对读发射的吸收强度，从而控制由它们所发射的荧光数据承载光的强度。如果必要的话，我们可以平滑地改变电场参数，并且荧光的强度也可以平滑地改变，而不改变读发射的强度。
例如，所提出的光学存储系统可以基于具有负介电各向异性的向列型LC(501)的同转向(homeotropic)晶体结构或者在一个方向上排列并且具有正介电各向异性性质的向列型LC(502)的均匀(平面)晶体结构的静电形变而构造。这些形变伴随有稀释在向列型基体(504)(图5a)中的二向色荧光物质(503)的分子的相关排列变化。
向列型液晶，例如，具有正介电各向异性的那些，执行排列具有二向色性质的物质(503)的细长分子的基体的功能，并且彼此平行且平行于LC层的分子(502)来定位它们。电场中液晶基体的排列的改变将必然伴有二向色材料(503)的排列的改变，从而必然伴有薄的客-主LC层(504)关于读(或写)和删除发射(505)的吸收(理论上达到零)和荧光能力(也达到零)的改变。
例如，如果当没有电压提供(V＝0)时我们想要二向色分子(503)平行于电极表面(303)来排列，我们需要在具有正介电各向异性的向列型样本(502)中形成排列的平面结构。另外，我们需要以这样一种方式来选择具有二向色性质的分子(503)，即对于规定波长，它们将最大程度地吸收读发射(图5b，曲线1)，从而保证读取方式中的最大荧光(图5b，曲线11)。当受电场V＝V1影响时，我们已经选作基体的正各向异性向列型LC(502)将改变其晶体结构并且变成同转向(homeotropic)，同时二向色物质(503)的分子将垂直于可能极化或非极化的光波的电矢量的振荡方向来排列。该分子实际上是透明的，所以对于读发射波长的吸收，从而荧光将不存在(分别为图5b，曲线2和21)。
随着这发生，除了正在被读取的层中之外，荧光背景(506)不再存在于所有散焦层中的事实使得我们能够消除由它们所产生的荧光串音并且增加读取方式中的“信号与噪声”之间的比率。我们能够使得层504的吸收能力达到最小，实际上达到零，并且这将使得我们能够使用具有完全或部分重叠的吸收范围的光各向异性荧光材料。
为了节省由读取设备所使用的电能，优选地，我们应当使用具有负介电各向异性的向列型晶体。当没有电压提供到电极(303)时，所有数据承载层(302)将不吸收读发射，从而将不发射荧光。控制到电极(303)(或者到电极41和42的具体条)的电源仅仅对于从规定数据层(302)或者该层的规定数据页(44)中读取是必需的。
与现有单层荧光数据承载系统相比较，所提出的荧光数据承载层302的多组分结构的另一个优点在于，也用作关于客-主组合物307的光构图和排列层的记录层(305)可以按你所希望的薄，达到可能仅十埃厚的单层。同时，它的吸收能力也将非常小，但是读，写和删除发射的强度在其通过这种多层介质的过程中实际上将保持相同(不会下降)。
另外，在光敏排列和记录层(305)与各向异性吸收荧光材料(308)的吸收范围全部或部分重叠的情况下，在电的帮助下控制各向异性荧光分子的吸收能力是可能的。这将使得我们能够用使用一个且同一个波长的发射源在WORM或RM类型载体中写入，读取或删除数据。而且，我们将具有更多的机会对单写或重写数据使用各种线性和非线性光化学和光物理设备。
应当指出，光敏记录层(305)的厚度减小到单分子层的大小不会影响其在数据写入过程中的光敏性，它也不会影响读取过程中数据(荧光)信号的参数，像传统单层荧光记录层的情况经常的那样。这由以下事实来实现，即正在写入的数据将作为记录层(305)表面(316)的排列性质的变化来存储，同时读取方式中的数据承载信号将由具有荧光分子(308)的电力控制的客-主LC层(307)来增强。信号增强不依赖于记录层(305)的厚度，将仅受LC层(307)的厚度和其中荧光物质(308)的浓度所影响。所提出的读取技术不关注信息凹坑(314)大小的任何变化。而且，优选地，我们应该使它尽可能的薄，以消除从散焦层到达数据凹坑的写和(或)读发射的寄生衍射效应。
为了更好地说明该数据载体的操作原理，参见图6a，b，其提供当在电极(303)上不存在控制电压V(V＝0)时和当电压可用(V＝V1)时，WORM或RW类型的一个这种多组分数据层(302)，所提出的数据载体(300)的示意性顶视图(图6a)和横截面(图6b)。
图6a中的箭头(601和602)分别指示信息凹坑(314)和背景区域(315)的表面316和317上的排列方向，从而指示光学成形的光构图记录和排列层(305)的方向。例如，他们可能以90°角定位，而在凹坑314位于层305中的区域中，均匀层(304)的表面上的排列方向(603)可能平行于排列方向(601)。
随着这发生，客-主LC层(307)的三维图像(图案)采取光学构图的形状，其中位于区域608中的液晶(604)分子和荧光分子(605)平行于绘图平面上的排列方向(601)而排列，其中区域608位于信息凹坑(606)的表面316的对面。位于背景区域317前面的区域607看来像扭转向列，其中位于层表面(304)上的液晶分子(604)和荧光分子(605)平行于绘图平面而排列。在相对的表面上，它们正交于该表面而排列，换句话说，在扭转效应的情况下，相反电极上LC平面排列的方向将形成直角。
在读相位中，零电压(V＝0)时数据承载层(302)的该多层结构经受在具有绘图平面上所示的极化(611)的极化器(609)的帮助下由记录层(305)发射的线性极化发射。在该过程中，读发射将被荧光物质的分子(605)吸收，从而重新发射(612)(In(pit))。但是，这种现象仅在信息凹坑(314)的表面(316)前的LC组合物608的区域中观察到，而位于背景表面(317)对面的LC组合物的区域(607)当在这种类型的读发射极化条件下暴露于该发射时将是透明的。在视觉上，我们将观察到信息凹坑相对于非荧光背景的荧光图案(In(back))。荧光发射也将被极化。如果我们启动位于光接收设备前面的另外的极化器，我们将能够避免过度暴露于外部发射的一些背景(图6中没有显示)。
当写发射极化平面的方向变成正交时，它可能引起负读取方式，即我们将观察到具有非荧光信息凹坑的发光背景。为了消除在读取方式中来自其他层的荧光串音，电压应当提供到它们，如图6b中所示。结果，基体中的LC分子(614)和基体中的LC荧光分子(613)都将垂直于电极而排列，同时散焦层将变得对于读发射完全透明。
当电压不可用并且LC材料具有负介电各向异性时，荧光物质将正交于电极而排列并且将不吸收读发射，其将正交于该层而定向。在读相位中，电压提供到所选数据层，结果具有荧光物质(308)分子的LC层(307)将获得具有与记录在记录和排列层(305)中的数据相关的平面定向排列的构图外观。
通过实例，图7说明形成由光各向异性材料制成的记录和排列层(305)的几个选择，当信息以将排列表面构图和在读发射的极化的不同状态下相应类型的传统强荧光读信号的形式来记录时。随着这发生，信息凹坑在载体的给定微区域中可用或不可用的事实借助于信息凹坑位置和背景之间荧光强度的差来定量地检测。对于读取信息的常规荧光方法，例如在[美国专利6,009,065和6,071,671(Glushko和Levich.)]中描述的那些方法，也是同样成立的。
图7a说明信息凹坑(701)和背景区域(702)具有彼此正交定位的表面，其排列能力(703和704)也彼此正交的事实。当读取由线性极化(705或706)发射执行时，构图的记录层(305)的这种方案保证最大的对比度，其等于K＝+或-1(正或负)。但是，非极化发射(707)不能用于该目的，因为在这种情况下，对比度将降低到零，如果我们使用传统的基于强度的读取方法。
这个缺点可以由我们在我们的发明中提出的数据读取方法来改正。该方法能够通过荧光信号中各向异性性质的存在或不存在，而不是通过荧光信号的强度差(例如，不同极化度)来检测所发送的信号，当极化或非极化读发射被吸收时。我们的技术也能够检测极化光轴方向的差。
实际上，各个各向异性吸收分子的荧光也是各向异性的。所以，在图7a中所示空间排列的结构的情况下，不仅当读取由线性极化(705或706)发射来执行时，而且当读取由非极化(707)发射来执行时，荧光数据承载发射都将被极化。并且，在非极化发射的情况下，信息凹坑位置的区域(701)和背景区域(702)的荧光发光的极化矢量将彼此正交地定位，并且可以容易地使用位于读取设备的光接收单元前面的极化器来识别。
图7b显示另一种可能的结构，当背景区域(708)缺乏排列性质(709)，而信息凹坑表面(710)保证定向平面排列(711)时。在这种情况下，基于强度的常规读取技术也使得我们能够使用极化(714)和非极化发射(712)，其中对比度可以在模数K＝1/3之后确定，而当荧光信号的强度In(back)变成其最大值的两倍大小时，极化发射(713)保证K＝-1的对比度。在极化读发射(713或714)方式的情况下，发光信号的极化，例如可以在光学系统的帮助下来检测，该光学系统将包括旋转读发射极化平面的转换调制器，和用于随后光电检测由荧光亮度以读发射极化矢量的二倍旋转频率发送的电信号可变分量的光接收设备。随着这发生，由包括任意排列的荧光分子的背景区域(709)所发射的荧光的强度将不改变，并且由该发射所发送的电信号的恒定分量将截止。
当应用非极化读发射(712)时，极化的荧光将仅由信号凹坑(711)发射，并且它的存在也可以通过增加位于光接收设备前面的另外的极化器来检测。单光子读取-通过其强度和其极化度-将使得我们能够执行逐位和逐页读取。
本发明提供荧光数据承载层的多组分结构，其使用光各向异性材料来形成客-主类型的排列和记录层以及液晶组合物。能够各向异性吸收的光化学稳定的荧光物质已经用于“客”，这使得我们能够创造ROM，WORM或RW类型的光学载体。另外，ROM类型的多组分数据层也可以利用在液晶屏中传统使用的排列层来制造。
图8a显示所提出的ROM类型数据层(810)的选择之一，其使用位于相同厚度的划分层(812)之间的间隔层(811)，划分层(812)使用透明电极(813)和保证在同一方向上排列的排列层(814)。
在该特殊情况下，间隔层811不仅保证在信息凹坑(816)中具有荧光分子(815)的LC客-主层的必需厚度，而且起ROM类型的数据层的作用。它具有三维构图的外观，并且可以由光敏丙烯酸树脂或者正或负光致抗蚀剂来制造。记录在其中的数据可以通过接触或投影光刻或静电印刷的传统方法，或者通过沿着光敏表面扫描调制的激光发射以及随后的发展来形成。作为排列器(813)，可以使用由光各向异性材料制成的光排列器或者传统的LC排列器。在我们的发明中，一个或者甚至两个排列器(813)可能在图8a中所示的图中缺少。
图8b给出ROM类型的荧光数据层(820)的多组分结构的另一种选择。这里，具有数据承载微起伏表面(822)和平整表面(823)的划分层(821)像反射CD或DVD光盘一样，使用注入-压缩模制技术或者基于光可聚合组合物的2P过程来制造。透明电极(824)已经喷涂在划分层(821)的两侧并且用排列涂层825和826覆盖。为了消除数据层(826)的可能损伤，我们已经使用光学方法和光各向异性材料来发展其排列性质。信息凹坑(827)用具有荧光物质的客-主液晶组合物LC828填充。像在前面所引用的情况中一样，这里至少一个排列层(825或826)可以缺少。
图8c显示WORM或RW类型的数据层(830)的所提出结构的一种。这里，具有平整表面(823)和具有直线，同心或螺旋形轨道或通道(834)的表面(833)的划分层(831)使用注入-压缩模制技术或者基于光可聚合组合物的2P过程来制造。轨道的大小和形状基于具有荧光分子836的客-主LC 835的排列性质以及期望的轨道方式来选择。透明电极837喷涂在划分层(833)的两侧上。如果LC层835太薄(小于1微米)，排列层(838)可能缺少，并且排列层(840)将由光各向异性材料制成。
当一个且同一个发射源用于写入或删除数据时，这些过程在规定层前面出现的所有数据层中，以及在规定层中以客-主LC组合物(839)的hemeotropic排列的方式发生；而在读取方式中，这些过程也在除正在读取的层以外的所有层中重复，其中LC组合物(839)沿着该平面排列。
图9a，b显示WORM或RW类型的数据层(302)的所提出多组分结构的排列和记录层(305)(顶视图)，其普遍视图在图3中描绘，在数据写到其上之前(图9a)和之后(图9B)。已经制造成光卡910(或光盘920)的数据载体的轨道911(922)完全位于由光各向异性材料制成的排列记录光敏层912(922)中。该层912(922)也用作第一多组分数据层302中由光化学稳定各向异性吸收荧光分子制成的客-主LC组合物层的光构图和光排列层。例如，该层具有背景区域913(923)，背景区域913(923)具有任意排列的分子簇914(924)。该层也具有直线(对于光卡910)或螺旋形(对于光盘920)轨道911(921)，其中分子簇在大多数情况下具有普遍排列915(925)。在这种情况下，这些分子簇的普遍排列的方向(参见图9，其中它们用箭头指出)可能以关于轨道的某种ψi角度来定位，如在光卡(910)的直线轨道(911)的情况中，或者它们可能沿着(横切)轨道来定位，如在光盘(920)的同心轨道(921)的情况中。
每个排列记录光敏层-i 912(922)的该表面结构沿着有序分子排列来调整方向。该排列可以通过将该i层(在制造多层数据载体300之前)暴露于沿着该表面聚焦和扫描的、被该层光各向异性材料所吸收的线性极化发射(图9中没有示出)来实现，因为该层的初始分子结构还没有排列914(924)。
也能够使用由极化发射执行的投影或接触光印刷，因为该光刻技术如今已经变得非常普通。该发射通过镀有具有透明轨道的正光学模板的金属。为了制造具有非排列轨道911(921)的结构，需要使用相对于排列背景913(923)的负光学模板。
随后，我们可以制造多层组合荧光液晶光学载体。它们使用具有我们早先已经准备好的给定角度ψI的那些排列记录层来制造。中间层(309)的一侧用它们覆盖，并且也覆盖有电极303。
如我们已经提及的，当数据记录在多层载体的记录层的一个上时，我们可以通过在这之前施加电压来获得所有多组分数据层(302)的期望吸收能力，该电源从外部控制器(312)提供到它们。
继续，在逐位写入方式中，写光束(图9中没有显示)聚焦在轨道位置区域911(921)中的点916或917(926或927)上，并且部分地被由光各向异性材料制成的记录介质912(922)所吸收。作为光物理，光化学或热光过程的结果，物质内部以及-最重要的-暴露区域916或917(926或927)的表面上的初始分子簇被修改，并且那些改变也必然伴有其关于客-主LC层307的排列能力的改变。这些改变依赖于光各向异性材料的类型和写脉冲的参数(脉冲的强度和能量在时间和空间中的分布，脉冲持续时间，写发射极化矢量关于点916或917(926或927)中分子簇915的排列的极化状态和方向)。这些改变可以作为表面分子918(928)的空间排列的方向的变化(或者在负的情况下，形成)显示出来。例如，在负的情况下，在微区域916(926)中，它们的排列方向可以变成正交，或者在微区域917(927)中，它们可能变成完全地未排列919(929)，如图9中所示。与修改表面918，919，928，和929直接接触的LC层307的排列因此改变。
记录的第一种选择使用具有光化学或光物理记录机制的光各向异性材料，其中写入通过具有例如关于轨道911(921)中的初始分子排列916(926)正交的极化矢量指向的极化发射来完成。
第二种选择使用热光记录机制，其中写入作为微区域熔化917(927)以及随后当材料冷却下来时分子排列919(929)的丧失的结果来完成。通过这种方法写入的数据凹坑可以通过具有被LC组合物的荧光分子所吸收的不同波长的发射源，也可以通过与用于写入的同一发射源以图6和图7中所示的方式来读取。但是，在后一种情况下，我们必需使用较低的发射强度。
应当指出，将各向异性吸收荧光分子的所有振子都给出成线性振子并不完全正确。所以，即使当它们在完美同转向(homeotropic)簇中排列时，这种分子也将吸收一些读发射。另外，如前面所提及的，向列型LC的例如近表面区域，从而溶解在它们中、与排列记录层912(922)的中间相直接接触的荧光分子，当受电场所影响时，不能完全地使其自身重新排列。
所有这些可以导致包括散焦层的荧光背景的照度的不完全损失。在我们的发明中，我们试图更有效地消除该现象，所以我们使用辅助码，也就是角度ψ单独值。分子簇915(925)朝向多层数据载体300的每个记录层912(922)的轨道911(921)的主要排列方向具有附加的特征，当它用角度ψ单独值编码时。这在正在被读取的层的各向异性(部分极化)荧光发射的另外极化隔离(解码)的读相位中使用。这帮助使该层与来自所有其他散焦层的各向异性部分极化荧光发射相隔离。
所有光各向异性材料由它们的可逆性来表征，而不管引起它们光学各向异性，从而引起它们重新排列LC的能力的光化学或光物理机制。在这种情况下，光学各向异性以及它们的排列能力可以删除。换句话说，记录在记录光各向异性层中的某些位置数据可以光学地或热光地删除。在该记录层中，我们能够完全地通过使用纯热学方法，也就是加热整个层来删除写入的数据。
数据可以使用已经由具有相同或不同极化矢量的初始光发射所极化的制导各向异性的光轴的相同修改排列来重新存储(或重写)。但是，这些可逆周期的数目依赖于在这些材料中造成光学各向异性的具体机制。
我们的发明提出在WORM类型的数据载体中使用基于单分子不可逆光化学反应或者双分子光化学反应的光各向异性材料。在后一种情况下，我们可以使用基于低或高光敏性物质而制成的那些材料，例如联乙炔衍生物族，例如Langmuir-Blodgett多分子薄膜或者10，12-羧酸的nonacozadein的喷涂薄膜[Kozenkov V.等人，SURFACE，物理，化学和力学，2，129，1989]，或者聚乙烯肉桂酸盐[Kozenkov V.等人，展示，USSR科学院，1977， 237，3，p.633]。但是，它们的可逆性小，并且受在每个周期中的光化学过程中消耗的光敏分子的数目所限制。但是，这些材料可以用于我们的发明的目的，作为WORM类型记录介质，如果我们消除它们的分子旋转。
另外，我们也可以利用它们的光诱导各向异性的小的可逆性，来完全在该过程或记录中或者在写入已经完成之后将改正引入到写入数据中。
大多数光变色(photochrome)材料也表现出光诱导的光学各向异性的效应。但是，它们对于我们的发明的目的不是非常有用，因为它们也表现出反向的发射弛豫，并且具有相当高的量子释放，这导致初始和/或光诱导状态中光变色分子的不可逆破坏。
为了我们的发明，我们可以充分利用由光化学稳定，各向异性吸收且非荧光物质制成的那些光各向异性材料。不像作为各种可逆和不可逆光化学反应(Weigert效应)的结果而表现出光诱导光学各向异性效应的那些材料，在这些材料中，光学各向异性作为当物质分子吸收极化和甚至非极化但是制导的发射时分子排列的光物理过程的结果而产生。顺便提及，该过程不是必然伴有分子簇中的任何化学或构象变化。
随着这发生，各向异性、电化学稳定且非荧光分子的较大部分或者沿着正交于光波电场矢量定位的平面来排列，或者在非极化发射的情况下在其传播方向上排列。这些材料是电化学稳定的，并且由于它们，我们不仅能够在已记录数据中做改正，而且能够保证“写入-删除”周期的无限数目；换句话说，可以无限期地在它们上面写入和重写数据。该数据可以存储长达未来的许多年。另外，这些材料使得我们能够读取数据而不破坏它。
而且，在所提出的发明中，在这种介质中所有操作，包括写入，读取，删除和重写数据，可以由一个且同一个发射源来执行。我们甚至不需要重新设置它的参数(时间，功率和极化光脉冲)。这些材料可以用作ROM，WORM和RW类型数据载体。这些组合多层数据载体是特别有前途的，因为它们的组成也可以包括ROM，WORM和RW类型的记录层。这些层可以由具有类似或不同组成的材料制成。该事实将显著地简化制造这些组合多层数据载体的技术并且扩大它们功能的范围。
在这些光各向异性材料中使用的光化学稳定、各向异性吸收非荧光物质可以引入到分子级的聚合母体，或者它们可以用作具有将提高其成膜性能的少量特殊添加剂的均匀单物质薄膜。
对于这些可能性参见图10，因为它显示单物质薄膜中在其制导或删除的不同相位中受极化发射所影响的制导和光学各向异性发射弛豫(双光束折射)的典型运动图表。
如你从图10中所看到的，该材料在其初始的热动稳定状态中表现出各向同性性质。我们可以将这种状态看作逻辑零“0”。当数据在辐射过程中写入时，材料获得光学各向异性性质，并且各向异性以渐进的方式(曲线图1)到达其光稳定参数。当暴露非常短(或者功率无意义)时，我们可以观察到发射弛豫的过程(曲线图2)，这导致制导各向异性的完全或部分降低达到随着暴露层能量的增长而增长的某个稳定值。该降低作为可以导致光化学稳定分子的任意未排列的Brownian分子旋转扩散的结果而发生。但是，当暴露能量变得较高时，发射弛豫的速度慢下来，甚至变得不存在(曲线图3)。
而且，使用足够高的暴露(大约0.1-1nJ/′η2)，激活发射的停止将导致该层中分子更加有序的自排列(曲线图4)，并且它们将达到新的热动稳定状态。该“方向向上的发射弛豫”的速度随着该层中热量的增长而增长。这种高度排列的状态可以看作逻辑“1”。该状态连续稳定，直到温度到达光各向异性材料的熔化温度。
这些介质中的该光诱导光学各向异性的最大值接近液晶中的相应值。因此，排列有序参数S可以如下来表示：
S＝(D11-D1)/(D11+2D1)             (1)
并且
双光束折射的值Δn：
Δn＝n1-n11                       (2)
这些值可以分别达到0.8和0.3。
这里：
n11和D11分别为材料对于所测量发射的极化分量矢量的折射指标和光学密度的值，其中所测量发射由可能平行或垂直于激活发射的极化矢量的激活发射极化所产生。
我们已经确定，这些材料中的光诱导状态(包括表面分子的有序排列)可以保持至少长达多于10年。
已经以这种方式写入的数据的荧光读取可以以图6和7中说明的方式来执行。但是，该有序排列层到类似的但是非极化或圆极化发射源的短期或低强度暴露将导致其部分未排列(曲线图5)，导致其关于液晶的排列性质的部分退化。当我们改变读发射极化矢量的方向并且使其正交时，我们可以获得相同的结果。但是，当发射源关闭时，光诱导的且热动稳定的状态可以恢复(曲线图41)；对于液晶排列性质，同样成立。由光化学稳定各向异性吸收非荧光物质制成的光各向异性材料的该特征使得我们能够读取数据，而实际上无论如何不会损坏它，当数据记录在所提出的多组分荧光数据系统中并且这些材料用于排列和记录层中时。另外，发射弛豫的符号和速度之间的相互作用(曲线图2，4和41)帮助消除写入方式中散焦层的光学各向异性“背景”导向目标，因为如果所吸收的能量太小，我们可能诱导“自删除”(参见曲线图2，图10)。
删除已记录数据可以以与读取相同的方式来完成；但是，它要求更多的发射能量。在该过程中，我们可能在正在删除的微区域中观察到完全热(光热)分子未排列(以及它们排列液晶的能力的损失)(曲线图6)。这是可能的，因为该层的局部熔化及其随后的冷却或者因为它的正交重新排列(曲线图61)(其关于LC的排列能力的方向的变化)，当该区域受正交极化发射所影响时。
应当指出，在后一种情况下，当暴露功率与写入方式中的功率暴露相当时，我们可以获得另一种热动稳定状态(在低于层熔化温度的温度上)。该状态是高的，并且相对于初始排列状态正交定向，所以我们可以将其看作逻辑负一“-1”。随着这发生，我们可以同时删除和写新的数据。
重写方式类似于初始写入(曲线图7)。
在我们的发明中，在给定光敏排列和记录层中的所有写入和删除操作都通过提供电压到位于给定层之前，包括该层自身的所有散焦层来执行(对于具有正介电各向异性的LC组合物)。在另一种选择中，我们可以仅提供电压到给定层(对于具有负介电各向异性的LC组合物)。换句话说，当我们提供电压到除正在被读取的层以外的所有数据层时(第一种选择)，或者当我们可以仅提供电压到正在被读取的层时(第二种选择)，数据读取是可能的。
在读取方式中，我们的发明不利用能够执行两种功能的给定排列和记录层912(922)的各向异性光学性质的量修改。但是，它们可以用于质量控制，和用于已经记录的数据或正在写入的数据的改正。在这些介质中，这能够实时地或者在记录已经完成之后执行。这些操作通过调节时间和(或)空间参数以及发射强度和写脉冲能量的分布来执行。我们也可以调节记录设备极化度或者记录设备的光学系统。
实际上，光各向异性材料中的光诱导各向异性直接在暴露过程中发生，因为这些光排列和光化学过程所需的时间绝不会超过一百微秒。发生的双光束折射(TBR)也导向透明区域，该透明区域是位于光敏记录层的幽灵区域外部的区域。
所有这些使得我们能够在该非破坏性方法的帮助下控制正在写入的数据，因为我们使用非光激活的发射，例如，我们可以实时地或者在写入已经完成之后使用He-Ne(λ＝632.8nm)或半导体(λ～700nm)激光。
在当我们在读取方式中在层912(922)中使用极化光激活发射时的暴露相位中，我们可能观察到荧光数据凹坑前体的出现，其可能采取表面上的隐藏分子排列的形状，并且可能表现出相对于各向同性背景而定位的三维各向异性相位(双光束折射)调制的图案。因为该层非常薄的事实，我们观察到该层内和其表面上(912)(922)的有序分子排列的程度之间的一一对应。
我们可以在位于暴露的记录层与光检测器之间的极化分析器的帮助下，通过将隐藏的三维凹坑前体图案转变成三维调制图案，来控制由非光激活极化发射写入的质量。
读发射强度的空间分布(I(x，y))，在它已经通过隐藏凹坑前体图案并通过分析器之后，可以使用在写入过程中制导的双光束折射(TBR)的值来确定：
I(x，y)＝I0×Sin2(πΔn(x，y)d/λ＝Const×(Δn(x，y))2，    (3)
其中：
Δn(x，y)＝ψ(H(x，y))-指向正在形成的凹坑的前体并且受具有能量空间分布H(x，y)的激活发射所影响的TBR空间分布；
d-记录层厚度
λ-读发射的波长
I0-到达数据载体的读发射的强度；
Const＝I0×(πd/λ)2，并且
X，Y-记录层位置的平面上的三维(空间)坐标。
我们也可以假设，极化器和分析器的光轴是正交的，同时以ψ角度定向的相应TBR记录I层中的光轴将关于那些轴以45°角度来定位。
为了容易理解公式3，我们可以假设，因为记录层非常薄的实事，其对于激活发射的波长的吸收也非常小，并且其在层深度Z中的强度，从而其TBR是类似的，同时相位延迟(ψ)的值也非常小(ψ＝πΔn(x，y)d/λ)。
图11和12给出使用控制和改正层中隐藏信息凹坑图案的质量的所提出技术来数据写入的两种可能选择的示意思想。
图11中的选择保证通过使用DRAW技术(写入后直接读取)逐位读取已记录信息的隐藏图案来实时地控制和改正逐位数据写入。在写入过程中，调制器1103调制已经由极化器1102极化并且正在被记录信号1104所记录的激光束1101。
已调制的记录光束(1105)由透镜(物镜)(1106)聚焦在多层数据载体(1108)的记录层(1107)上。设备使用特殊的光束扫描方法，其中每个凹坑单独地暴露。该方法不需要任何光模板。为了获得规定的数据图案，本发明使用特殊的编程设备来扫描光束。
在层912(922)内，在其暴露区域中，我们可以观察到荧光信息凹坑的前体的连续外观，并且图案获得可以相对于各向同性背景而观察到的双光束折射和空间调制图案的形状。隐藏图案(前体空间拓扑)中的TBR值及其空间分布可以使用记录脉冲能量的值和空间分布来确定。后者在相应调制码(1104)的帮助下确定，并且依赖于透镜聚焦的质量。
信息凹坑的这些相位前体的隐藏图像可以由聚焦的光非激活激光发射(1110)(例如由He-Ne激光(1109)，其发射波长等于632.8nm)以逐位方式实时地读取。为了这样做，回放光束(1110)由极化器(1111)转化成线性极化光束。当它通过二向色反射镜(1113)时，它由透镜(1116)聚焦在在记录层(1107)上写入的写光束(1105)的聚焦区域上。在通过该层的微区域之后，能够承载荧光凹坑前体的写入的隐藏各向异性图案的线性极化回放光束(1112)转化成椭圆形极化光束(1114)，其部分地通过分析器(1115)。透镜(1116)将该荧光凹坑前体的直观图像投影到光电检测器(1117)上，该光电检测器发射电信号(1118)的。该信号由计算机处理，然后到达暴露设备控制单元(图11中没有显示)。
因此，所提出的精确测量实时形成的荧光信息凹坑前体的隐藏图像的参数的方法，使得我们能够通过调节写发射的功率和极化度，暴露时间，以及通过调整透镜焦点(1106)而获得的暴露光束中强度分布的质量来获得反馈。
图12描绘使用所提出方法的另一种可能的变体，其中CCD照相机(1119)用作光检测器(1117)。在这种情况下，我们可以选择性地，或者如果必要的话，完全地控制多层数据载体(1120)的记录层中荧光信息凹坑前体的隐藏图案的空间拓扑的质量，一旦写入完成时。图12中的读取图类似于图11中所示的图，它也包括极化器(1111)和分析器(1115)，但是透镜(1106)立刻读取由透镜(1116)投影到CCD照相机(1119)定位平面的、记录层中的整个隐藏图案。分析隐藏图案的这种可能性使得我们能够在组合多层数据载体中创造形成例如ROM类型的记录层的最佳条件。
将荧光数据承载层设计成为构成具有至少一个初始构图(对于ROM类型的系统)或者光各向异性光敏(对于WORM或RW类型的系统)排列层的薄的电力控制液晶单元的多组分结构的该所提出技术解决办法，使得我们能够将功能分布在不同的组成部分中。
当我们在WORM或RW类型的系统中执行写入时，我们在也用作记录层的排列层的一个中写入。这里，数据由于关于LC层的表面空间调制排列能力而写入，换句话说，我们能够形成光构图、光排列层。
在读取方式中，我们使用具有各向异性吸收光化学稳定的荧光主物质的客-主LC基体，而不管载体类型(ROM，WORM，或RW类型)。在WORM或RW类型的组合荧光液晶数据载体中，写入和读取方式中功能的这种分布彻底简化对于在这些设备中使用的荧光组合物的需求。光化学稳定荧光物质在这种系统中的使用使得能够例如彻底解决基于双分子光化学反应并且使用天然荧光物质或者其光化产物是荧光的WORM光敏系统中当前存在的荧光数据层的发射性存储的问题。这涉及可能在它们中发生的发射性热化学或扩散过程。这些过程造成由荧光分子制成的痕迹；它们也在读取方式中产生背景荧光发射或者因初始荧光染料的发射性分解而减少荧光信号的强度。
如早先所提及的，基于光变色反应的RW光敏系统具有下面的缺点：反向发射性过程以及因光变色分子的光破坏而导致的可能的低“写入-删除-写入”周期。
在我们的发明中，我们也提出ROM，WORM或RW存储类型的多层组合LC光学系统的另一种选择。代替荧光各向异性吸收物质，该选择使用非荧光、光化学稳定的物质，其在规定的读波长也变成各向异性吸收物质。这些物质用作到主分子的添加剂。为此，我们需要选择可以完全稀释在液晶组合物中的非荧光物质。它们的分子具有棒状或盘状形式，并且它们的长波振子沿着它们的长轴或横切它而定位。这些物质在基于客-主原理而操作的LC屏中使用。我们也可以使用具有负二向色性的各向异性染料。
在这种情况下，所有上面引用的光学存储设计(图3-6，7-9，11，12)和数据写入，读取和删除操作(图7，10)保持相同。但是读取或者通过检测信息凹坑与背景位置中的读发射强度的定量差，或者通过测量读发射的各向异性性质(极化程度)的存在或不存在，或测量其光轴方向的差来完成。
应当指出，该读取方式也可以在上述光学存储的荧光系统中使用。
所提出解决办法的另一种选择涉及不包含各向异性荧光或非荧光添加剂分子的LC组合物的使用。在这种情况下，多层数据层的组成也保持相同。
读取通过将多层数据承载结构定位于两个极化器之间而成为可能，如图11和12中所示。在该过程中，极化器的光轴应当与分析器的光轴正交。
信息凹坑Ii pit定位区域中和背景Ii back区域中从数据层I中读取并且通过分析器的发射强度可以以下面的方式写出：
Ii pit＝I0*Sin(2ai pit)*Sin2(π(Δni pit*di pit+Δni lc*di lc)/λ)，    (4)
Ii back＝I0*Sin(2ai back)*Sin2(π(Δni back*di back+Δni lc*di lc)/λ)
其中I0是到达多层数据载体的层i的读发射的强度；
-Δni pit，back，lc，di pit，back，lc-在排列和记录层i中以及在相邻的LC层i中的信息凹坑定位区域中由写发射所引起的DLP值；从而他们的厚度；
-ai pit，back-分别为在信息凹坑和背景I数据层定位区域中极化器(分析器)光轴与DLP光轴的方向之间的角度；并且-λ是读发射波长。
为了获得等于1的最大对比度，朝向极化器的角度ai pit应当等于45°，而关于极化器的角度ai back应当等于90°(或0°)。在这种情况下，Ii back值＝0并且Ii pit＝I0*Sin2(πΔni lcdi lc/λ)(以及di back＜＜di lc)。
在LC组合物中可能具有或不具有荧光或各向异性吸收物质的WORM类型的这些组合多层光学存储系统中写入数据的另一种方法是在排列器表面的未排列的帮助下光热写入。为此，我们可以使用吸收写发射且机械摩擦的层或者Langmuir-Blodgett层，用倾斜喷涂涂敷的层以及一些其他层。为了增加写入方式中的吸收，我们也可以增加一些可以吸收该发射的物质，它们也可以添加到LC层。这些可以是热变色或光变色物质。也可以使用VO2类型的电变色有机或非有机物质以及电场变色物质。
因此，我们的提议使得能够创造ROM，WORM或RW类型的多层组合液晶光学存储系统的新结构，以及到(从)它写入和读取数据的方法。在我们的系统中，我们能够用电力控制溶解在数据承载层的液晶基体中的荧光分子的吸收和发射能力。而且，它又使得能够部分或完全消除当以逐坑和逐页方式读取时，来自相邻数据层的荧光串音。
另外，我们也具有电力控制(并且如果必要的话，平滑控制)荧光数据信号的强度同时读发射的强度保持不变的另一种选择。特别地，荧光串音的减小或完全消除使得我们能够使层之间的距离达到最小。这又使得我们能够从读荧光发射中收集更多的光，并且能够简化读光学头的设计，因为我们能够减少寄生像色差畸变并增加载体中数据层的数目。另外，所提出的解决办法扩展可能应用的范围，并且这对于单次或多次数据写入的各种不仅非线性而且线性的光化学或光物理机制都成立。它也使得能够对于在这种载体中写入，读取和删除数据使用同一发射源。
基于光化学稳定各向异性吸收且非荧光物质的光各向异性材料用作也起光构图和光排列层作用的记录介质，允许具有荧光数据读取的可重写多层存储系统的实际应用。
本发明可以使用所提出的客-主液晶数据承载层的组成组合物和结构的下面实例来说明。
实例1。ROM类型的荧光数据承载层，其中间隔层也用作数据承载层。
荧光物质-1.4-双(N，N-二苯基氨苯-1，3，4-oxadiazyl)苯或1，8-萘-11，21苯并咪唑。
液晶-4-氧代辛41-氰联苯(8OCB)。
实例2。WORM类型的荧光数据承载层。
光排列器-para-metoxy聚乙烯肉桂酸盐。
荧光物质-染料#1(图13)
液晶-LCM 440(NIOPiK，俄罗斯)。
实例3。RW类型的荧光数据承载层。
光排列器-染料#2。
荧光物质-染料#1。
液晶-LCM 807(NIOPIK，俄罗斯)。
实例4。具有二向色性质染料的RW类型的数据承载层。
光排列器-染料#2
液晶-LCM 807。
二向色染料-染料#3。
实例5。没有染料的RW类型的数据承载层。
光排列器-染料#2。
液晶-LCM 440。
上面引用的实例仅仅说明所提出的多层组合荧光液晶光学存储系统的新结构以及数据写入到其上和从其中读取数据的方法。它们不限制在下面的专利方案中描述的我们的权利要求书。

Claims (27)

1.多层组合荧光液晶光学数据载体，包括：
-位于平行平面中的许多数据承载层；
-数据层位于同一衬垫上，并且用透明中间层划分；
-每个数据承载层制造成构成薄的电力控制液晶单元的多组分结构，其由两个相似的光学透明电极制成，该光学透明电极制成固态层或者制成两个相互正交的条的系统，其覆盖有至少一个排列层并且由间隔层划分，它们之间的空间由客-主液晶组合物和用作主物质的光化学稳定各向异性吸收荧光物质填充。
2.根据权利要求1的数据载体，其中光学透明电极应用到玻璃或聚合物中间层的两侧-优选地对于所有写入，读取，荧光和删除发射光学各向同性且透明，中间层的至少一侧具有光滑表面，而另一侧包括小凹坑形式的轨道。
3.根据权利要求1和权利要求2的数据载体，其中所有数据承载和中间层以及处于同转向(homeotropic)状态中(或者处于平面状态中，依赖于其特性和写入方式和(或)读取数据)的客-主LC组合物的折射率，对于写荧光(数据承载)和读(其激励它)和删除发射的波长，是彼此相同或接近的。
4.根据权利要求1的数据载体，其中数据承载层以写入，荧光(信息载体)和激励它(读取)和删除发射的波长的多层干涉抗反射滤光器的形式制成。
5.根据权利要求1的数据载体，其中LC层厚度具有与在其中形成的信息承载凹坑的最小值相当的量。
6.根据前面权利要求的任何一个的数据载体，包括可以溶解在液晶组合物中并且因它们发射大量光子(量子)而高度荧光的物质，因为它们是在设定的谱中变得荧光的光化学稳定物质，这些物质具有排列为坚性、棒状或盘状簇的分子，并且它们的长波吸收振子沿着它们的长轴或横切该轴而定向。
7.根据权利要求1和6的数据载体，包括已经选自如下光化学稳定组合物的荧光物质，包括芳香族碳水化合物及其衍生物的族，例如多心缩合芳香族碳水化合物及其衍生物；以及包括芳基乙烯基和芳基乙炔基的那些碳水化合物及其衍生物(1.2-二芳基乙烯，二芳基多烯，均二苯代乙烯官能替换和1.4-联苯乙烯替换等)和聚苯基碳水化合物；包含五-(呋喃，噻吩，吡咯以及它们的衍生物，等)和六元分子(一个或两个氮原子组合物或者一个或两个氧原子组合物等)；杂环组合物；包含羰基的组合物(香豆素和carbostenated物质，anthron和芳香酸衍生物；oxazol-5替换，靛青和硫代靛青，醌等)；萘二甲酸化合物；以及金属与氧杂蒽基，吖啶基，恶嗪基，吖嗪基，二萘嵌苯基，涤纶基，vialonthrone基，花青基，酞花青基，紫菜碱基等的有机配体和有机染体的络合物。
8.根据权利要求1和7的数据载体，包括向列型，近晶型或胆甾醇型液晶或者它们与其他物质的混合物以获得液晶。
9.根据权利要求8的数据载体，其中液晶和荧光物质已经以1∶0.01～1∶0.8的克分子比混合。
10.根据权利要求1的数据载体，其中光化学稳定、各向异性吸收荧光材料具有与具有液晶性质的物质的分子的共价连接。
11.根据权利要求1的数据载体，包括作为光化学稳定、各向异性吸收荧光材料的液晶物质，当它们受发射影响并且吸收它时，能够发出荧光。
12.根据权利要求1的数据载体，包括至少一个排列层，该排列层可以由聚合物薄膜的单向机械摩擦，Langmuir-Blodgett薄膜或倾斜喷涂来制造，或者在适用于光各向异性材料的非接触光排列方法的帮助下制成。
13.根据权利要求1的数据载体，包括位于光滑(两侧)和同样厚度的划分层之间的间隔层。该间隔层具有三维构图的外观，并且保证客-主液晶组合物的必需厚度，其同时用作ROM类型的数据层。
14.根据权利要求1和13的数据载体，包括三维构图的间隔层，该间隔层应用光刻或激光扫描由光敏聚合物或者正或负光致抗蚀剂制成。
15.根据权利要求1和13的数据载体，包括同时用作ROM类型数据层的三维构图的间隔层，该间隔层通过注入-压缩模制技术或者基于光可聚合组合物的2P工艺来模制，并且位于划分层的一个表面上。
16.根据权利要求13和15的数据载体，其可以没有一个或两个排列层。
17.根据权利要求1的数据载体，其中排列层的一个也用作ROM，WORM和RW类型的光敏层记录层，所述层由不溶于客-主液晶组合物中的光各向异性材料制成。
18.根据权利要求1和17的数据载体，其中光敏排列和记录层的最小厚度可以与一个单分子层一样厚。
19.根据权利要求1的数据载体，其中引导光束用于记录，再现或擦除操作的轨道区域由光各向异性材料制成的光敏排列和记录层中形成。
20.根据权利要求1和17的数据载体，其中液晶分子与光敏排列和记录层表面的分子之间的粘附能量值可以由其暴露于极化发射的能量来控制。
21.根据权利要求1的数据载体，其中WORM类型的光敏排列和记录层由基于单分子不可逆光化学反应或双分子光化学反应的光各向异性材料，例如双乙炔衍生物或聚乙烯肉桂酸盐制成。
22.根据权利要求1的数据载体，其中数据载体可以属于下面的类型：多种光盘，卡或带中的CD或DVD只读存储器(ROM)，写一次可读多次(WARM)，可重写(RW)或者它们的混合类型。
23.根据权利要求1和22的数据载体，其中光化学稳定、各向异性吸收非荧光物质已经引入到聚合母体中，或者它们可以用作均匀单物质薄膜，具有用于提高它们的成膜性能的少量特殊添加剂的。
24.根据权利要求1和22的数据载体，其中数据层设计成多组分结构，并且构成具有至少一个排列层的薄的电力控制的液晶单元。
25.用于在(从)荧光多层数据载体上写入，读取和删除数据的设备，其包括：
-包括多组分结构的许多数据承载层的多层组合荧光液晶光学信息载体，其构成薄的电力控制液晶单元，该液晶单元包括两个相似的光学透明电极，该光学透明电极制成固态层或者制成两个相互正交的条的系统，其被覆盖至少一个排列层并且由间隔层划分，间隔层之间的空间由客-主液晶组合物填充，光化学稳定各向异性吸收荧光物质用作主物质；
-电磁发射源，其具有用于光学或热光写入，光学读取和光学或热光删除存储于数据载体上的信息的波长；
-极化光学装置，用于设置写入，读取和删除发射的极化特征；
-光学装置，用于形成以逐坑或逐页方式写入，读取和删除信息的电磁光束的设置的空间构形；
-光接收装置，其保证正在读取的数据承载荧光发射的强度和(或)它的极化特征(部分极化发射的普遍排列的极化程度和方向)的逐坑或逐页光电检测，其随后转化成数据承载电信号；
-光电装置，保证写入数据的质量控制和校正，能够实时地或一旦写入已完成就发送写入模式校正的反馈信号；以及
-用于将电压提供到任何给定的固态或条形电极对，以控制位于它们之间的客-主液晶组合物的吸收和荧光能力的装置。
26.根据权利要求5的设备，其中由光各向异性材料制成的光敏排列和记录层的吸收光谱与多层数据载体荧光物质的光谱部分地或完全地重叠。
27.根据权利要求25和26的设备，包括发射源，该发射源具有用于写入，读取，删除和校正在WORM或RW类型的多层光学载体上正在写入的数据的质量的光发射的相同波长但是具有不同时间，能量和极化参数。
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