DE3623395A1 - Vorrichtung zur reversiblen, optischen datenspeicherung unter verwendung von polymeren fluessigkristallen - Google Patents
Vorrichtung zur reversiblen, optischen datenspeicherung unter verwendung von polymeren fluessigkristallenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur reversiblen,
optischen Datenspeicherung unter Verwendung von polymeren
Flüssigkristallen.
Zwischen der festen kristallinen Phase und der fluiden
Schmelze, im folgenden als isotrope Schmelze
gekennzeichnet, treten in bestimmten Substanzen
Zwischenphasen auf, die in struktureller und dynamischer
Hinsicht Eigenschaften sowohl des geordneten kristallinen
Zustands als auch des ungeordneten Schmelzzustandes in
sich vereinigen. So sind diese Phasen zwar fluide, weisen
aber z. B. optische Eigenschaften auf, die
charakteristisch für die Mehrzahl kristalliner aber auch
teilkristalliner Stoffe sind: sie sind doppelbrechend. Man
spricht aus unmittelbar einsehbaren Gründen von
Zwischenphasen (Mesophasen) oder auch von flüssigkristallinen
Phasen. Diese Zwischenphasen sind über eine
Temperaturvariation zu erhalten - in diesem Fall spricht
man von thermotropen Flüssigkristallen - oder auch in
Lösung über Konzentrationsvariationen. Im folgenden sollen
nur thermotrope Flüssigkristalle betrachtet werden. Zur
Charakterisierung der Existenzbereiche dieser
Zwischenphasen gibt man im allgemeinen die z. B.
kalorimetrisch oder mittels Polarisationsmikroskop
bestimmten Übergangstemperaturen vom kristallinen Zustand
in den flüssig-kristallinen Zustand sowie vom flüssig-
kristallinen Zustand in den der isotropen Schmelze
(Klärpunkt) an. Ferner wird beim Vorliegen
unterschiedlicher flüssig-kristalliner Zustände der Satz
der entsprechenden Übergangstemperaturen angegeben. Das
Auftreten von Mesophasen ist gekoppelt mit Besonderheiten
in der Molekülgeometrie. Sphärische Moleküle können keine
Mesophasen ausbilden, wohl aber Moleküle, deren Gestalt
sich grob zylinderförmig oder scheibchenförmig
charakterisieren läßt. Dabei können die Moleküle starr
sein, und das Verhältnis ihrer maximalen zu ihrer
minimalen Abmessung (z. B. Zylinderlänge/
Zylinderdurchmesser) muß einen kritischen Wert von ca. 3
deutlich überschreiten.
Die Struktur solcher Mesophasen ist nun dadurch
gekennzeichnet, daß im einfachsten Fall für
zylinderförmige Moleküle, in der sogenannten nematischen
Phase, die Molekülzentren ungeordnet wie in einer
isotropen Schmelze verteilt sind, während die Längsachesen
der Moleküle parallel zueinander orientiert sind. Das ist
abweichend vom Zustand in der isotropen Schmelze, wo die
Molekülachsen statistisch verteilt vorliegen. Die Folge
sind anisotrope mechanische, elektrische aber auch
optische Eigenschaften. Bei der cholesterischen Phase
kommt als zusätzliches Ordnungsprinzip eine
kontinuierliche helikale Variation der
Orientierungsrichtung der Moleküllängsachsen hinzu, was zu
besonderen optischen Eigenschaften, wie starke optische
Aktivität oder Selektivreflektion von Licht, führt. Bei
den sogenannten smektischen Phasen tritt schließlich in
Ergänzung zu der bereits beschriebenen
Orientierungsordnung, wie sie für den nematischen Zustand
charakteristisch ist, eine regelmäßige Anordnung der
Molekülschwerpunkte im Raum hinzu, z. B. nur entlang einer
räumlichen Achse aber auch in anderen smektischen
Modifikationen, entlang zwei oder gar drei voneinander
unabhängigen Achsen. Dennoch sind diese Phasen fluide.
Scheibchenförmige Moleküle vermögen sogenannte diskotische
Phasen auszubilden, in denen entweder nur die
Scheibchennormalen parallel zueinander orientiert sind
(vgl. nematische Phase) oder aber in denen die Scheibchen
innerhalb von Säulen in regelmäßiger oder unregelmäßiger
Weise angeordnet sind. Man spricht von kolumnaren
Strukturen in diesem Fall.
Eine charakteristische und für die Anwendung sehr wichtige
Größe flüssig-kristalliner Strukturen ist der
Orientierungsordnungsparameter, der ein Maß für die Güte
der Orientierungsordnung ist.
Sein Wert liegt zwischen 0 bei vollständiger
Desorientierung (wie in der isotropen Schmelze) und bei 1
bei perfekter Parallelorientierung aller molekularer
Längsachsen.
Die weite Verbreitung von flüssig-kristallinen Substanzen
in technischen Produkten wie Anzeigeelemente in
Taschenrechnern, Armbanduhren oder digitalen Maßgeräten
beruht auf der Eigenart, daß sich die
Orientierungsrichtung, die sich durch den sogenannten
Direktor repräsentieren läßt, durch von außen einwirkende
elektrische, magnetische oder mechanische Felder leicht
verändern läßt. Die dadurch bedingten Veränderungen in den
optischen Eigenschaften lassen sich in Kombination mit
weiteren Komponenten wie Polarisatoren, Zellenwänden usw.
in Anzeigeelementen zur Informationsdarstellung verwenden.
Die Zellenwände dienen dabei dem Schutz der fluiden
Mesophasen und geben die geforderte makroskopische Gestalt
des Flüssigkristallfilms vor.
In den letzten Jahren hat man erkannt, daß es für viele
Anwendungsgebiete vorteilhaft sein kann, die Eigenschaften
von flüssig-kristallinen Phasen mit denen von Polymeren zu
kombinieren. Die vorteilhaften Polymereigenschaften sind
dabei gute mechanische Eigenschaften, was die Herstellung
dünner, formstabiler Filme aus solchen Substanzen möglich
macht, sowie das Auftreten eines Einfriervorgangs
(Glasübergang), was das Fixieren einer vorgegebenen
Orientierungsstruktur möglich macht. Die Angabe der z. B.
kalorimetrisch ermittelbaren Glastemperatur Tg dient zur
Kennzeichnung des Existenzbereiches der festen flüssig-
kristallinen Phase. Oberhalb dieser Temperatur weist das
Polymere einen viskoelastischen oder zähelastischen
Zustand auf.
Theorien zur Ausbildung flüssig-kristalliner Phasen
allgemein und zur Ausbildung solcher Phasen in
Polymersystemen im Besonderen sowie experimentellen
Befunde zeigen, daß der Weg zur flüssigkristallinen
Polymeren über die Verwendung von starren mesogenen
Struktureinheiten, wie sie für niedrigmolekulare
Flüssigkristalle charakteristisch sind, in Verbindung mit
flexiblen Spacergruppen und flexiblen Kettenmolekülen
führt. Dabei sind sehr unterschiedliche Bauprinzipien
möglich. Die mesogenen Gruppen sind bei der Klasse der
Seitenketten-Flüssigkristalle über einen flexiblen Spacer,
gegebenenfalls auch ohne diesen Spacer, an einer flexiblen
oder semiflexiblen Hauptkette fixiert. Bei den mesogenen
Gruppen kann es sich dabei um zylinderförmige oder
scheibchenförmige handeln. Die Hauptkette kann dabei auch
mesogene Gruppen enthalten, die durch flexible Einheiten
getrennt sind. Copolymere, dadurch charakterisiert, daß
innerhalb eines Polymeren verschiedene Spacer
und/oder mesogene Gruppen auftreten, können ebenfalls
flüssig-kristalline Phasen ausbilden.
Neben diesen Seitenketten-Flüssigkristallen zeigen auch
Haptkettenpolymere unter bestimmten Bedingungen flüssig-
kristalline Phasen. Die Bedingungen hierfür sind, daß die
Ketten entweder vollständig aus starren Gruppen aufgebaut
sind, oder aber aus starren und flexiblen Gruppen.
Copolymere aus verschiedenen mesogenen Gruppen und/oder
Spacergruppen vermögen ebenfalls flüssig-kristalline
Phasen auszubilden. Die mesogenen Gruppen können eine
eher zylinderförmige bzw. eine eher stäbchenförmige
Gestalt aufweisen. Die Natur der Mesophasen sowie die
Existenzbereiche dieser Phasen sowie des Glaszustandes
lassen sich über die Struktur der mesogenen Gruppen, über
die Spacerlänge und -flexibilität, die Flexibilität der
Hauptkette sowie über deren Taktizität und Länge
nährungsweise einstellen.
In den Markt eingeführt sind bisher praktisch nur
Hauptkettenpolymere mit ausschließlich starren Einheiten
oder mit überwiegend starren Einheiten. Sie weisen extrem
hohe Werte für die Festigkeit und die Steifigkeit auf. Man
spricht von sich selbst verstärkenden thermoplastischen
Kunststoffen. Ihre Einsatzgebiete sind technische Teile,
in denen extreme mechanische
Eigenschaften gefordert sind. (Vgl. Kirk-Othmer,
Encyclopedia Chemical Technology, 3rd. Ed. Vol. 14, pg.
414-421, (1981); J. H. Wendorff, Kunststoffe 73, 524-528
(1983); M. G. Dobb, J. E. McIntyre Adv. Polym. Sci.
60/61, 61-98 (1984).
Polymere mit flexiblen und starren Einheiten haben noch
nicht in auf dem Markt eingeführten Systemen Verwendung
gefunden. Ihr Vorteil besteht in einem im Vergleich zu
Seitenketten-Flüssigkristallen hohen Wert des
Orientierungsordnungsparameters (Vgl. C. Noel,
F. Laupretre, C. Friedrich, B. Fagolle, L. Bosio. Polymer
25, 808-814 (1984); B. Wunderlich, I. Grebowicz Adv.
Polymer. Sci. 60/61, 1-60 (1984), Kirk-Othmer,
Ecyclopedia of Chemical Technology, 3rd Ed., Vol 14,
pg. 414-421 (1981). Auch die Polymeren mit mesogenen
Seitengruppen fanden in jüngster Zeit starke Beachtung
(Vgl. S. B. Clough, A. Blumstein & E. C. Hsu,
Macromolecules 9, 123 (1976); V. N. Tsekov et al. Europ.
Polymer I. 9, 481 (1973); L. Strzelecky & L. Libert, Bull.
Soc. Chim. France 297 (1973); H. Finkelmann in "Polymer
Liquid Crystals", Academic Press, 1982; J. Frenzel,
G. Rehage, Macromol. Chem. 184, 1689-1703 (1983),
Macromol Chem Rapid Commun. 1, 129 (1980); D. Hoppner,
J. H. Wendorff, Die Angewandte Makromolekulare Chemie 125,
37-51 (1984), DE-A 27 22 589, DE-A 28 31 909, DE-
A 30 20 645, DE-A 30 27 757, DE-A 32 11 400, EU-A 90 282.
Aus der US-A 42 93 435 ist eine technische Nutzung des
spezifischen Verhaltens der flüssigkristallinen Polymere,
das mit dem Übergang in den Glaszustand verbunden ist,
bekannt. Dabei wird durch Anwendung von Bedingungen, die
in definierter Weise Anordnung und Orientierung der
flüssigkristallinen Polymeren verändern (wie z. B.
elektrisches und magnetisches Feld bzw. Druck) Information
gespeichert. Dieser Stand der Technik wird in der
GB-A 21 46 787 diskutiert. Es wird darauf hingewiesen, daß
die in der US-A vorgesehene Lagerung der Vorrichtung im
Festzustand unterhalb Glastemperatur (Tg) bedeutet, daß Tg
oberhalb der üblichen Raumtemperatur (Ta) liegt, d. h. daß
das Polymersystem bei Temperaturen zur Anwendung kommt,
die in der Größenordnung von 100 Grad C über Ta liegen,
will man innerhalb vernünftiger Zeiten die Information
aufnehmen. Solche Temperaturen seien unhandlich und
brächten auf längere Sicht einen Abbau des Polymeren mit
sich. Diese Schwierigkeiten lassen sich nach der GB-A
vermeiden, wenn man bestimmte polymere Seitenketten-
Flüssigkristalle verwendet. Dann ist es nicht länger
notwendig, zur Aufbewahrung der Vorrichtung einen
Temperaturbereich unterhalb der Tg einzuhalten, sondern
eine stabile Speicherung über viele Jahre hinweg soll bei
Temperaturen oberhalb Tg und unterhalb einer Temperatur
(Tf), bei der das Polymermaterial flüssig zu werden
beginnt, möglich sein.
Die Bestimmung der Tf kann durch Verfolgung des
Lichtdurchgangs durch ein flüssigkristallines Polymer
zwischen zwei gekreuzten Polarisationsfiltern mit ab
Glastemperatur ansteigender Temperatur vorgenommen werden.
Einige Grade unterhalb des smektisch-isotropen
Phasenübergangs steigt die Lichtdurchlässigkeit plötzlich
an. Dieser Anstieg rührt vom Übergang eines anisoptropen
aber wenig durchlässigen zu einem hochgradig
doppelbrechenden, durchlässigen Zustand des Bereichs her.
Der Temperaturbereich oberhalb dieser Temperatur Tf wird
als "flüssiger Bereich" (fluid region) bezeichnet. Mit
steigender Temperatur steigt auch die Lichtdurchlässigkeit
an, bis sie bei einer Tm ihr Maximum erreicht. Die Tm
markiert den Punkt, an dem die isotrope (Klar-)Phase
zuerst auftritt.
Da das Auftreten der isotropen Phase bei gekreuzten
Polarisatoren zu einer Extinktion des Lichts führt, bringt
eine weitere Temperaturerhöhung einen Abfall des
Lichtdurchtritts in dem Maße mit sich, wie die isotropen
Bezirke in der Größe anwachsen, bis die sogenannte
Klärtemperatur (Tc) erreicht ist, bei der die letzten
Reste der für die Doppelbrechung verantwortlichen Struktur
verschwunden sind.
In der GB-A 21 46 787 wird eine Vorrichtung beansprucht
mit einer Materialschicht, die ein flüssigkristallines
Polymeres mit mesogener Seitenkette enthält, sowie
Einrichtungen zum thermischen Überführen mindestens eines
Teils des Materials aus dem viskosen Zustand bei dem sich
die Temperatur des Materials im Bereich Tg bis Tf
befindet, in den flüssigen Bereich und Einrichtungen zur
Beeinflussung mindestens eines Teils des Materials im
flüssigen Bereich, womit man eine selektive Veränderung in
der Textur der Moleküle im Material hervorruft und dadurch
Information eingibt, die auch nach Abkühlung des flüssigen
Bereichs und Rückkehr in den viskosen Zustand erhalten
bleibt. Für die GB-A ist es somit eine essentielle
Voraussetzung, Polymermaterial zu verwenden für das gilt;
Tf ≦λτ Ta ≦λτ Tg. Ferner wird eine Vorrichtung beschrieben, in
der die Materialschicht ein flüssigkristallines Polymer
mit einer smektogenen Seitenkette erhält. Besonders
bevorzugt sind polymere Flüssigkristalle vom Polysiloxan-
Typ mit Diphenylcyan-Seitenketten oder Benzoesäureester-
Seitenketten.
Nach wie vor besteht ein großes Interesse an optischen
Speichermedien, die neben hohen Aufzeichnungsdichten auch
die Möglichkeit zur reversiblen Speicherung besitzen. Die
vorstehend erläuterten Lösungen des Problems der optischen
Datenspeicherung stellen relativ eng begrenzte technische
Lösungen dar. So beruht die Vorrichtung gemäß der GB-A auf
der Anwendung von flüssigkristallinen
Seitenkettenpolymeren mit der essentiellen Voraussetzung,
daß die Temperatur so ausgewählt wird, daß das
Polymermaterial in einem viskosen Zustandsbereich gehalten
wird. Die differenzierte Offenbarung erstreckt sich auf
Polysiloxan-Flüssig-kristalle, vorzugsweise mit
Diphenylcyan- oder Benzoesäureester-Seitenketten. Die
Stabilität der eingespeicherten Information ist sowohl
wegen der vorhandenen Molekülbeweglichkeit und der
endlichen Relaxationszeiten als auch durch die Möglichkeit
der Beeinflussung des Systems z. B. durch Störfelder nicht
eindeutig gewährleistet. Zu wünschen wären weiterhin
technische Lösungen, deren Realisierung innerhalb eines
nicht zu engen Spielraums durchführbar sein sollte.
In den deutschen Patentanmeldungen P 36 03 266.2,
P 36 03 267.0 und P 36 03 168.9 wird die Einspeicherung
von optischen Informationen in flüssig-kristalline
Hauptketten- und Seitenkettenpolymere beschrieben. Dabei
erfolgt die Einspeicherung über eine lokale Aufheizung in
die isotrope Phase bzw. über eine Reorientierung der
Moleküle in der anisotropen Phase. Diese Schreibprozesse
erfordern relativ hohe Intensitäten des Schreiblasers.
Es wurde nun gefunden, daß eine besonders günstige Form
der optischen Datenspeicherung durch Anwendung der
erfindungsgemäßen Vorrichtung erreicht werden kann.
Die Erfindung betrifft somit eine Vorrichtung zur
reversiblen optischen Informationsspeicherung mit einem
polymeren flüssigkristallinen Speichermedium, wobei das
Speichermedium aus einem makroskopisch orientierten Film
eines flüssigkristallinen Polymeren, welches photochrome
Gruppen enthält, besteht und wobei die
Informationsspeicherung durch lokale Desorientierung der
Moleküle, induziert durch Photoisomerisierung mittels
einer selektiv wirkenden Lichtquelle erfolgt.
Das Verfahren der Informationsspeicherung verläuft im
allgemeinen wie folgt:
Mittels einer Lichtquelle geeigneter Frequenz,
vorzugsweise eines Lasers wird über eine lokal induzierte
Photoisomerisierung die Orientierungsordnung zerstört und
somit optisch Information gespeichert. Zweckmäßig ist das
Speichermedium Teil einer Vorrichtung.
Gegenüber einer Informationsspeicherung über eine lokale
Aufheizung in den isotropen Zustand des Speichermediums
hat die Vorrichtung den Vorteil einer sehr geringen
Schreibintensität des Lasers. Dabei kann die Temperatur
des Speichermediums, bei der die Information
eingespeichert wird, im Bereich des raumstabilen Zustands
unterhalb der Glastemperatur Tg des flüssigkristallinen
Hauptkettenpolymerisats liegen. Alternativ kann die
Temperatur des Speichermediums, bei welcher die
Information eingespeichert wird, auch im viskoelastischen
Zustandsbereich oberhalb der Glastemperatur Tg des
flüssigkristallinen Hauptkettenpolymerisats liegen. Der
entstandene, makroskopisch isotrope Bereich wird unterhalb
der Glastemperatur Tg eingeforen. Die erzeugten
Streuzentren können als optische Information ausgelesen
werden.
Die Anforderungen an die Struktur der flüssigkristallinen
Polymere für die verschiedenen Orientierungsverfahren sind
in der Literatur dokumentiert. So erfordert zum Beispiel
eine homöotrope Orientierung im elektrischen Feld eine
positive Dielektrizitätsanisotropie für den verwendeten
Frequenzbereich. Eine homogene Orientierung hingegen läßt
sich häufig durch Begrenzungsoberflächen aus
strukturiertem Polyimid erzeugen. Hierfür sind mesogene
Gruppen mit anisotroper Form erforderlich.
Vgl. R. Kelker, R. Hatz Handbook of Liquid Crystals Verlag
Chemie 1981. Vgl. Pranoto, W. Haase Mol. Cryst. Liq.
Cryst. 98, 299-308 (1983) R. Zentel, R. Ringsdorf;
Macromol. Chem 182, 1245-1256 (1982), Vgl. Liquid
Crystals ans Ordered Fluids, A. Griffin, J. F: Johnsen
Vol. 4; Plenum Press, New York 1984.
Voraussetzung für die Funktionsfähigkeit des
Speichermediums im Sinne der vorliegenden Erfindung ist
die Anwesenheit mindestens einer Art von photochromen
Gruppen im Speichermedium. Diese Voraussetzung kann einmal
durch Einbau solche photochromen Gruppen enthaltender
Monomerer in den Polymerverband der flüssigkristallinen
Polymeren erreicht werden oder/und indem den
flüssigkristallinen Polymeren Verbindungen vorzugsweise
niedermolekularen Typs zusetzt, welche photochrome Gruppen
aufweisen.
Die photochrome Gruppen enthaltenden Monomeren können
entweder die einzige Monomerspecies darstellen oder sie
können als Comonomere zusammen mit anderen Monomeren
Bestandteile der im folgenden näher erläuterten
flüssigkristallinen Polymeren sein.
Als photochrome Gruppen, die sich zur erfindungsgemäßen
Anwendung eignen, seien die der folgenden dem Azobenzol,
dem Azoxybenzol und dem Stilben entsprechenden
Strukturen:
die im folgenden als "Struktureinheit M°" bezeichnet
werden. Soweit es sich um Monomere handelt, enthalten
diese neben den oben genannten Struktureinheiten M° noch
die üblichen, am Polymerisations- bzw.
Polykondensationsvorgang beteiligten Einheiten.
Die Monomeren, die photochrome Gruppen tragen, können
somit von den Verbindungen der Formel I, bzw. IV bzw. VI
oder vom Typ der Polysiloxane (siehe "Flüssigkristalline
Polymere" im folgenden) abgeleitet werden, indem man M
bzw. M′, bzw. M″ in diesen Formeln durch die
Strukureinheiten M° ersetzt.
Diese Monomeren werden erfindungsgemäß auch analog den im
folgenden beschriebenen gehandhabt, z. B. polymerisiert.
Wie bereits erwähnt, können die photochromen Gruppen auch
Bestandteile von Verbindungen niedermolekularen Typs sein.
Diese enthalten vorzugsweise ebenfalls die Gruppen M°,
wobei die beiden Phenylreste in der Regel mit (inerten)
Gruppen substituiert sind, beispielsweise mit Alkoxy- oder
Alkylgruppen mit in der Regel 1 bis 20 Kohlenstoffatomen
vorzugsweise 6-18 Kohlenstoffatomen. Genannt sei z. B.
die Verbindung:
Die erfindungsgemäß verwendbaren flüssigkristallinen
Hauptkettenpolymeren FHP gehorchen im allgemeinen dem
Prinzip, daß die Ketten aus relativ starren, mesogenen
Gruppen und flexiblen Spacergruppen aufgebaut sind, dabei
werden die starren und flexiblen Gruppen sich im
allgemeinen regelmäßig entlang der Kette abwechseln.
Es kann jedoch in vielen Fällen vorteilhaft sein, das
Bauprinzip so zu variieren, daß Spacergruppen
unterschiedlicher Länge bzw. unterschiedliche mesogene
Gruppen die Kette aufbauen, wobei das Auftreten dieser
Struktureinheiten regelmäßig oder ungeordnet entlang der
Kette erfolgt (vgl. "Stand der Technik").
Der Verknüpfungsmechanismus ist im allgemeinen der der
Kondensation (Polykondensation).
Vom besonderem Interesse sind die
Polykondensationsprodukte:
- A. Eines, die mesogene Einheit enthaltenden Diols (I)
HO-M-OH,6(I)worin M die mesogene Einheit darstellt mit einer
aliphatischen DicarbonsäureHOOC-(CH2) n -COOH,6(II)worin n für eine Zahl von 2 bis 20 steht, als Spacer.
Die mesogenen Einheiten M gehen im wesentlichen auf die
freien niedermolekularen Mesogene des Standes der Technik
zurück.
Vorzugsweise enthalten die mesogenen Einheiten M zwei Phenylreste, die direkt oder über eine Brücke miteinander verbunden sind, gemäß folgender Formel (III) worin L für die Reste oder für eine Phenylengruppe und m und m′ für Null oder Eins steht und gegebenenfalls ein oder beide Phenylreste mehrheitlich symmetrisch mit Methylgruppen oder Halogen wie Chlor, Brom etc. substituiert sein können. - B. eine, die mesogene Einheit enthaltende Dicarbonsäure (IV) HOOC-M′-COOH,6(IV)worin M′ die gleiche Bedeutung wie M gemäß Formel (II) besitzt, mit der Maßgabe, daß m′ in der Regel für Null steht, mit einem aliphatischen Diol der Formel (V)OH-A-OH,6(V)worin A eine, gegebenenfalls mit C1-C2-Alkylresten substituierte, gegebenenfalls durch einen oder mehrere Ethersauerstoffatome unterbrochene Alkylkette mit 2 bis 20 Kettengliedern bedeutet.
- C. Eines, die mesogene Einheit enthaltene Diisocyanats (VI) O=C=N-M″-N=C=O,6(VI)worin M″ die gleiche Bedeutung wie M gemäß Formel I besitzt, vorzugsweise die Bedeutung mit dem aliphatischen Diol der Formel (V).
- D. Eines Bisphenolderivats der Formel (VII) worin p für eine Zahl von 2 bis 20, vorzugsweise von 2 bis 12 steht, oder eines (substituierten) Hydrochinons (VIII) worin R′ für Methyl, Phenyl, Chlor oder Brom steht, oder einer Phenylverbindung oder eines Diols der Formel I, insbesondere wenn m und m′ für Null steht, bzw. einer Verbindung (IX) mit der Terephthalsäure oder einer Diphenyldicarbonsäure der Formel (X) wenn p′ für eine Zahl von 2 bis 20, vorzugsweise 2 bis 12 steht.
- E. Eines Dianilins der Formel (XI) worin p die oben bezeichnete Bedeutung besitzt mit Terephthalaldehyd zu einer Schiffschen Base. Neben den bereits ausführlich besprochenen chemischen Strukturen führen z. B. auch die folgenden zu Ausbildung flüssigkristalliner Phasen:
beispielsweise der Struktur [Formel (XII)]
worin X n′ für flexible Spacer-Einheiten der Länge n′
steht (n′ = 2 bis 20) oder vom
beispielsweise der Struktur [Formel (XIII)]
worin M für eine mesogene Gruppe und n″ für eine Zahl
analog n steht, und X die Anzahl der Siloxaneinheiten (im
allgemeinen X = 2-38) bezeichnet, sowie Polymere, die
aus scheibchenförmigen mesogenen Gruppen und flexiblen
Gruppen aufgebaut sind.
[Vgl. I. Watanabe, W. R. Krigbaum J. Polym. Sci, Polym.
Phys. Ed. 23 565-574 (1985); A. Blumstein Polym. J. 17,
277-288 (1985); S. B. Clough, A. Blumstein, E. C. Hso
Macromolecules 9, 123-127 (1976); C. Noel, F. L.
Laupetre, C. Friedrich, B. Fayolle, L. Bosio, Polymer 25,
808-814 (1984); R. W. Lenz Polym. J. 17, 105-155
(1985)]
Die Durchführung der Polykondensation geschieht in an sich
bekannter Weise. Bei den Veresterungsreaktionen gemäß den
Typen A. und B. können zur Einstellung des
Estergleichgewichts saure oder basische Katalysen
angewendet werden, wie z. B. durch starke Säuren
(p-Toluolsulfonsäure), Metalloxide, Alkali oder
Erdalkalisalze schwacher Säuren oder Alkoholate. Die
Polymerisation kann gegebenenfalls auch in der Schmelze
vorgenommen werden.
Im allgemeinen liegen die Molgewichte der Polykondensate
im Bereich von 1000 bis 20 000.
Die Glastemperatur (Tg) der erfindungsgemäß verwendeten,
flüssigkristallinen Polymeren liegt im allgemeinen im
Bereich zwischen -40 Grad C und 110 Grad C. (Zur
Glastemperatur Tg vgl. I. Brandrup and E. H. Immergut,
Polymer Handbook, 2nd Ed. III - 139, J. Wiley, 1975)
Die erfindungsgemäß verwendbaren polymeren
Flüssigkristalle PFK bestehen ganz oder teilweise aus
repetierenden Einheiten, die schematisch durch die
allgemeine Formel XIV
wiedergegeben werden können, wobei D-E die Elemente der
Hauptkette des Polymerisats, X eine abstandhaltende
Einheit ("Spacer") und Y eine mesogene Seitengruppe
bezeichnet.
Dabei sind die mesogenen Seitengruppen verantwortlich für
den resultierenden Flüssig-Kristall-Charakter. Von
besonderem Interesse sind Seitenketten vom smektogenen
Typ.
Die Elemente D-E entsprechen dabei vorzugsweise radikalisch polymerisierbaren Einheiten D′ = E′ (entsprechendes Monomeres: D′ = E′-X-Y).
Die Elemente D-E entsprechen dabei vorzugsweise radikalisch polymerisierbaren Einheiten D′ = E′ (entsprechendes Monomeres: D′ = E′-X-Y).
Bevorzugt handelt es sich bei den Einheiten D-E um
Vinylgruppen wie sie in den radikalisch polymerisierbaren
Vinylverbindungen vorliegen, zum Beispiel um Einheiten
worin R1 für Wasserstoff oder Methyl und Q
für eine die Doppelbindung aktivierende Funktion wie die
Gruppe
steht,
worin R2 die Bedeutung Wasserstoff oder Alkyl mit 1 bis 6
Kohlenstoffatomen besitzt.
Die Spacergruppe X stellt eine (flexible) Kette mit 1-14
Kettengliedern dar, vorzugsweise eine Alkylengruppe
-(CH2) n - worin n für 1 bis 14 steht, wobei
gegebenenfalls einzelne Kettenglieder substituiert sein
können, beispielsweise durch Halogen wie Chlor oder durch
eine Ätherbrücke ersetzt sein können.
Die mesogene Seitenkette Y enthält gegebenenfalls eine die
Spacergruppe X mit der eigentlichen mesogenen Gruppe M
verknüpfende Funktion VF wie z. B. eine
worin R2 die oben beschriebene Bedeutung besitzt.
Weiter gilt für die mesogene Seitengruppe Y das folgende:
Eine Aufstellung geeigneter mesogener Gruppen findet sich
in Kelker and Hatz, Handbook of Liquid Crystals, Verlag
Chemie 1980, pp. 67-113.
Vorzugsweise über die genannte verknüpfende Funktion VF
gebunden ist eine beispielsweise aromatische Reste
enthaltende mesogene Gruppe M, die vorzugsweise durch die
Formel
wiedergegeben werden kann, worin L für eine Brücke,
bestehend aus den Resten
oder für einen Rest
m für Null oder Eins
und R für einen Rest
oder falls r für Null steht R auch für einen Rest
und L′ und r′ die gleiche Bedeutung wie L bzw. m besitzen
und worin R3 für Wasserstoff (O)S-(CH2) t′ H, -CN oder
Halogen, insbesondere Fluor, Chlor oder Brom und t und t′
für eine Zahl von 1 bis 8, insbesondere 1 bis 6, und s für
Null oder 1 steht.
Besonders genannt seien Polymere der Formel XIV, worin M
für die folgenden mesogenen Gruppen steht:
Bevorzugt sind ferner Derivate der (Meth)acrylsäure.
D′ = E′ steht dabei für
und solche Derivate, bei denen der
Spacer X eine -(CH2) n -Gruppe mit n = 1-14 darstellt.
Die erfindungsgemäß anwendbaren polymeren Flüssigkristalle
können auch das Produkt einer Polykondensation sein.
Genannt seien insbesondere Polyester der Formel XVI
worin T für einen (von dem Diol HO-T-CH abgeleiteten)
linearen Alkylrest oder einem paraständig alkylierten
Aryl- insbesondere Phenylrest steht (vgl. z. B.: B. Reck,
H. Ringsdorf in Makromol. Chem. Rapid Commun. 6, 291-299
(1985). Von Interesse ist ein Polymeres, das als mesogene
Gruppe M einen Rest
und als Spacer X
einen -(CH2)6-Rest besitzt. Als Rest T seien zum
Beispiel die Gruppen
genannt.
Im allgemeinen liegt das Molekulargewicht der polymeren
Flüssigkristalle PFK im Bereich M w = 103 bis 105, im
allgemeinen im Bereich 5000 bis 200 000, vorzugsweise
um 100 000 (Bestimmung durch Gel-
Permationschromatographie). Die Viskositäten in der
isotropen Phase liegen - als Richtwert - im Bereich 104
Poise.
Die Glastemperatur (Tg) der erfindungsgemäß verwendeten
flüssig-kristallinen Polymeren liegt im allgemeinen im
Bereich von -40 bis 110 Grad C, insbesondere im Bereich
von -10 bis 80 Grad C. (Zur Glastemperatur Tg: Vgl.
I. Brandrup und E. H. Immergut, Polymer Handbook 2nd Ed.
III - 139 J. Wiley, 1975)
Als photochrome Gruppen finden auch bei
flüssigkristallinen Hauptkettenpolymeren die (vorstehend
genannten) der Struktureinheit M° bevorzugt Anwendung. Sie
befinden sich in der Seitengruppe der Monomeren. Diese
können als Comonomere, als alleinige mesogene Gruppen oder
die photochromen Gruppen können als niedermolekulare
Komponente in Form von Zumischung zur Anwendung kommen.
Die Vorrichtung entspricht primär den im Hauptanspruch und
vorstehend (vgl. Aufgabe und Lösung) aufgestellten
Merkmalen. Das für den Informationsspeicherprozeß
vorgeschlagene flüssigkristalline Polymer ist in seinem
Absorptionsverhalten auf die Wellenlänge des Schreiblasers
anzupassen. Dies kann z. B. geschehen entweder durch
Zumischen eines geeigneten Farbstoffs bzw. photochromen
Gruppe oder durch Einpolymerisieren derselben in die
Polymerkette. Dabei kann die Gruppe selbst mesogenen
Charakter aufweisen. Vorzugsweise kann ein polymerer
Flüssigkristall eingesetzt werden, dessen mesogene Gruppen
selbst im geforderten Wellenlängenbereich absorbieren, der
also dem Extremfall eines zu 100% einpolymerisierten
mesogenen photochromen Stoffs bzw. Fayrbstoffs
entspricht. Die erforderliche Extinktion des
Speichermediums wird über die Konzentration eingestellt.
Geeignete Farbstoffe sind aus der Literatur bekannt. Als
geeignete Farbstoffe zum Einmischen in die
flüssigkristalline Phase werden solche genannt, die eine
Reihe von Bedingungen erfüllen. (Vgl. z. B. J. Constant et
al., K. Phy. D: Appl. Phys. Vol. 11, S. 479 ff (1978)
Geeignete photochrome Gruppen sind Literaturbekannt (vgl.
ch. Leier, G. Petzl J. prakt. Chem. 321, 197 (1979)
J. L. R. Williams, R. C: Daly Prog. Polym. Sci. Vol 5.
61-93, pg 73 ff (1977) bzw. sie lassen sich nach
bekannten Verfahren oder in Analogie zu an sich bekannten
Verfahren herstellen.
Das Polymere kann in Form einer dünnen Schicht (Film) oder
eines Laminats, als Beschichtung einer festen oder
biegsamen Matrixschicht angewendet werden. Die Dicke des
Polymerfilms liegt vorteilhafterweise im Bereich 10-3 bis
10-6m. In der hier angeführten Ausbildung (Vgl. Fig. 1)
umfasst die erfindungsgemäße Vorrichtung eine
Registrierzelle (1), bestehend aus zwei planparallel
angeordneten transparenten Platten (2), vorzugsweise
Glasplatten im geeigneten Abstand, im allgemeinen
unterhalb 1 mm, vorzugsweise bei ca. 10 µm. Die
Grundfläche beträgt einige qcm bis qdm. Die beiden
Innenflächen der Glasplatten (2) waren mit InO2/SnO2
leitfähig bedampft und leitender Kontakt nach außen war
hergestellt worden. Die derart präparierten Glasplatten
(2) wurden mit Hilfe eines temperaturstabilen Klebers,
beispielsweise eines Silikonklebers so aneinander fixiert,
daß ein zellenartiger leerer Innenraum mit jeweils nur
einem Einlaß und Auslaß von einigen mm Breite gebildet
wird.
Der gewünschte Abstand der beiden Glasplatten (2) wird
dabei durch zwei geeignete Abstandshalter (3) der
passenden Abmessung, vorzugsweise aus Polyimid-Kunststoff,
fest eingestellt. Die Registrierzelle weist weiterhin
Elektroden (4) auf. Nach Antrocknen des Klebers wird die
Zelle auf einer heizbaren Einrichtung mit dem im isotropen
Zustand befindlichen, flüssigkristallinen Polymeren,
vorzugsweise der Formel I gefüllt. Durch Kapillarwirkung
bedingt füllt sich so der noch freie Zellenraum
vollständig mit der Polymerschmelze.
Der Vorteil des Vorgehens gegenüber der Verwendung einer
noch teilweise offenen Zelle liegt u. a. darin, daß der
Einschluß von Luftblasen zuverlässig verhindert wird.
Außerdem können so mit geringem Aufwand standardisierte
Zellen-Rohlinge mit innerhalb gewisser Grenzen variabler
Geometrie (Außenabmessungen, Distanz) hergestellt werden,
die (vgl. Fig. 1) dann bei Bedarf in einem zweiten Schritt
in angegebener Weise mit den entsprechenden
flüssigkristallinen Polymeren befüllt werden können. Die
Orientierung erfolgt in an sich bekannter Weise durch
Anlegen eines orientierten Felds (alignment field),
insbesondere eines magnetischen und speziell eines
elektrischen Felds oder über Oberflächeneffekte. Ebenso
kann die erforderliche Orientierung durch geeignetes
Scheren oder Verstrecken erzeugt werden. Im Falle der
(bevorzugten) Anwendung des elektrischen Feldes wird an
die so gefüllte Registrierzelle (1) bei Temperaturen
oberhalb Tg (Definition siehe oben) eine Wechselspannung
angelegt und unter Beibehaltung der angelegten Spannung
auf Zimmertemperatur abgekühlt. Es resultiert ein
orientierter Flüssigkristallfilm.
Die Glastemperatur Tg des flüssigkristallinen Polymeren
liegt über der Ramtemperatur Ta. Als Raumtemperatur sei
eine Temperatur von 20 Grad C angenommen. Das Auslesen
der Information kann durch Beleuchten des Polymerfilms mit
monochromatischem kohärentem Licht erfolgen. Zur
Einspeicherung der Information sind verschiedene
Orientierungsmöglichkeiten des flüssigkristallinen
Polymerfilms in der erfindungsgemäßen Vorrichtung (vgl.
Fig. 1) möglich:
- 1) Die mesogenen Gruppen werden parallel zur Flächennormale der polymeren Filmschicht einheitlich ausgerichtet. Dies kann durch Anlegen eines elektrischen Wechselfeldes an die mit (transparenten) Elektroden beschichteten Platten (2), wobei das elektrische Feld parallel zur Normale der polymeren Filmschicht leigt, durch Anlegen eines Magnetfeldes oder durch Oberlächenbehandlung geschehen.
- 2) Die mesogenen Gruppen werden parallel oder zur Filmebene gekippt und parallel zu einer makroskopisch vorgegebenen Richtung orientiert. Dies kann entweder durch Beschichtung der Platten (2) mittels eines geeigneten Materials wie Polyimid und durch Struktiriren dieser Beschichtung entlang der gewünschten Vorzugsorientierung oder durch geeignete Schrägbedampfung der Substrate mit Siliziumoxid geschehen. Ebenso kann die erforderliche Orientierung durch geeignetes Scheren oder Verstrecken erzeugt werden
In beiden Fällen 1) und 2) erfolgt die Orientierung im
flüssigkristallinen Zustand.
Die Orientierung wird durch Abkühlen in den Glaszustand
eingefroren. Die wie oben angegeben hergestellt
Registerzelle (1) bildet das eigentliche Speichermedium
für das Einspeichern optischer Information. Das Verfahren
basiert im allgemeinen auf der lokalen, selektiven
Variation des Ordnungszustands der polymeren
Flüssigkristallmoleküle in einem diese enthaltenden
Speichermedien.
Der im Speichermedium enthaltene Flüssigkristallfilm kann
in makroskopisch orientierter oder desorientierter Form
vorliegen. Die Variation des Ordnungszustands kann durch
lokale elektrische, magnetische oder oberflächenwirksame
Felder geschehen. Dabei kann das Speichermedium lokal oder
insgesamt mit der Wärmequelle erwärmt werden. Wenn die
Wärmequelle selektiv lokal wirkt, kann die Variation des
Ordnungszustands durch eine über die gesamte Dimension des
Speichermediums hinweg wirkendes elektrisches,
magnetisches oder oberflächenwirksames Feld induziert
werden. Besonders vorteilhafte Anwendungen basieren auf
dem Streuzentreneffekt und dem nichtlinearen optischen
Effekt (optisch induzierter Frederiks-Übergang).
Das Einschreiben von Information besteht im Prinzip in der
Erzeugung von Streuzentren, mittels eines fokussierten
Laserstrahls, der in der orientierten flüssigkristallinen
Polymerschicht lokal eine Desorientierung bewirkt. Der
lokal entstandene makroskopische isotrope Bereich wird
unterhalb der Glastemperatur eingefroren, oder verbleibt
im viskoelastischen Temperaturbereich oberhalb von Tg.
Vorteilhaft geht man dabei wie folgt vor: Erfindungsgemäß
wird in dem aus dem flüssigkristallinen Polymeren
gebildete Film durch eine lokale induzierte
Photoisomerisierung an den Interferenzmaxima eines
interferometrisch erzeugten Gitters eine Desorientierung
bewirkt. Verwendet wird ein Laserstrahl, beispielsweise
Licht mit der Wellenlänge 514,5 nm eines Argon-Lasers.
Auch kommt ein fokussierter Laserstrahl zu Anwendung,
wobei Laserstrahl und Speichermedium in definierter Weise
relativ zueinander bewegt werden.
Abschalten des Laserlichts und nachfolgendes Abkühlen
führen zu den stabilen desorientierten (makroskopisch
isotropen) Bereichen. Die dadurch erzeugten Streuzentren
können als optische Information ausgelesen werden. Der
Ausleseprozeß findet auf analoge Weise statt mit einem
anderen Laserstrahl geeigneter Wellenlänge und Intensität,
so daß die eingespeicherte Information nicht gestört wird.
Das Absorptionsverhalten des Speichermediums wird
vorteilhaft so gewählt, daß die Information mit einem
Laserstrahl geeigneter Wellenlänge und Intensität
eingelesen und mit einem anderen Laserstrahl anderer
Wellenlänge ohne Störung der Information ausgelesen werden
kann. Der Versuchsaufbau zur Beurteilung der
Speichereigenschaften der beschriebenen Registrierzelle
basiert auf einem Mach-Zehnder-Interferometer (vgl.
Encyclopädie Naturwissenschaft und Technik B. 2, Verlag
Moderne Industrie, 1980). Hiermit lassen sich zur
Überlagerung zweier linear polarisierter ebener
Teilwellen sinusförmige Intensitätsgitter mit
Strichabständen zwischen 100 µm und 1,0 µm erzeugen. In
Verbindung mit einer Konvexlinse wird durch Überlegung
einer ebenen Welle mit einer Kugelwelle die
Intensitätsverteilung analog einer Fesnel'schen
Zononplatte realisiert.
Grundsätzlich kann die eingespeicherte Information durch
Temperaturerhöhung (über T NI ) und Abkühlen im elektrischen
oder magnetischen Feld wieder gelöscht werden. Das Löschen
von eingespeicherter Information kann lokal durch
Temperaturerhöhung und nachfolgende Abkühlung im
elektrischen oder magnetischen Feld unter
Wiederherstellung des ursprünglichen Orientierungszustands
im lokalen Bereich erreicht werden. Alternativ kann auch
die gesamte eingegebene Information gelöscht und der
Urzustand wiederhergestellt werden, indem man die
Temperatur des Speichermediums erhöht und im elektrischen
oder magnetischen Feld abkühlt.
Vorteilhaft wird dabei wie folgt vorgegangen:
Analog der Vorbereitung für den ersten Einschreibvorgang
wird die in den flüssigkristallinen Polymeren
eingespeicherte Information durch Aufheizen der
Registrierzelle (1) über Tg und nachfolgendes Abkühlen bei
angelegter Wechselspannung (Richtwerte 500 V, ν = 1 Khz)
gelöscht. Nachdem der Einschreib- und Löschvorgang
mehrfach wiederholt worden war, stand fest, daß bei keinem
der durchgeführten Schritte irreversible Veränderungen an
der Registrierzelle auftreten.
Wie bereits ausgeführt, bietet die Anwendung des nichtlinearen
optischen Effekts die Möglichkeit auf optischem
Wege Daten analog zu speichern, sie auf optischem Wege zu
lesen, bei Bedarf wieder zu löschen und wiederholt Daten
einzuschreiben. Die Datenspeicherung erfolgt mittels
holographischer Methoden in dem erfindungsgemäßen
Speichermedium. In der Regel betrifft die zu speichernde
Information abbildungsfähige materielle Strukturen, z. B.
Gegenstände wie Druckseiten oder graphische Gebilde.
Hierzu wird die zu speichernde Struktur mittels einer
kohärenten, monochromatischen Lichtquelle beleuchtet. Das
Interferenzmuster, das durch Richtung, Amplitude und
Phasenlage des von der zu speichernde Struktur gestreuten
Lichts relativ zu einer von derselben Lichtquelle
stammenden Referenzlichtwelle bestimmt wird, wird in dem
vorteilhaft makroskopisch orientierten Film aus
flüssigkristallinem Polymerholographisch registriert und
gespeichert. (Vgl. Das Speichermedium). Die Stärke des
flüssigkristallinen Polymerfilms liegt vorteilhaft auch
hier zwischen 1 und 20 µm. Die planparallelen,
transparenten Platten können aus durchsichtigen
Kunststoffen wie PMMA oder vorzugsweise aus anorganischen
Gläsern hergestellt sein.
Vorteilhafterweise befinden sich im Speichermedium
Farbstoffe. Die Farbstoffmoleküle können dabei
Bestandteile der flüssigkristallinen Polymeren sein oder
sie können dem Speichermedium beigemischt und darin
verteilt sein. Die Glastemperatur Tg des
flüssigkristallinen Polymeren liegt über der
Raumtemperatur Tg. Das Auslesen der Information kann durch
Beleuchten des Polymerfilms mit monochromatischem
kohärentem Licht erfolgen. Zur Einspeicherung der
Information sind verschiedene Orientierungsmöglichkeiten
des flüssigkristallinen Polymerfilms in der
erfindungsgemäßen Vorrichtung (vgl. Fig. 1) möglich.
- 1) Die mesogenen Gruppen werden parallel zur Flächennormale der polymeren Filmschicht einheitlich ausgerichtet. Dies kann durch Anlegen eines elektrischen Wechselfeldes an die mit (transparenten) Elektroden beschichteten Platten (2), wobei das elektrische Feld parallel zur Normale der polymeren Filmschicht liegt, durch Anlegen eines Magnetfeldes oder durch Oberflächenbehandlung geschehen.
- 2) Die mesogenen Gruppen werden parallel oder zur Filmebene gekippt und parallel zu einer makroskopisch vorgegebenen Richtung orientiert. Dies kann entweder durch Beschichtung der Platten (2) mittels eines geeigneten Materials wie Polyimid und durch Strukturieren dieser Beschichtung entlang der gewünschten Vorzugsorientierung oder durch geeignete Schrägbedampfung der Substrate mit Siliziumoxid geschehen. Ebenso kann die erforderliche Orientierung durch geeignetes Scheren oder Verstrecken erzeugt werden.
In beiden Fällen 1) und 2) erfolgt die Orientierung im
flüssigkristallinen Zustand.
Die Orientierung wird durch Abkühlen in den Glaszustand
eingefroren. Die Speicherung erfolgt in der oben
beschriebenen Weise, wobei als monochromatische
Lichtquelle ein Laser verwendet wird, dessen Wellenlänge
im Absorptionsbereich des Speichermediums liegt.
Ausgelesen wird mittels eines Lasers, dessen Wellenlänge
in viel geringerem Maße vom Speichermedium absorbiert
wird. Das Einspeichern und Auslesen kann dabei bei
Zimmertemperatur am festen Film erfolgen. Die Löschung der
Information erfolgt durch Aufheizen der Probe in dem
anisotropen oder isotropen Bereich oberhalb der
Glastemperatur Tg.
Eine andere Ausgestaltung der Erfindung betrifft die
digitale Datenspeicherung auf optischem Wege, wobei auch
hier das Auslesen auf optischem Wege, das Löschen und
Wiedereinschreiben von Information vorgesehen ist. Dabei
wird in dem optisch klaren, vororientierten
flüssigkristallinen Polymerfilm des Speichermediums
mittels eines monochromatischen Laserstrahls eine digitale
Phasenstruktur erzeugt. Laserstrahl und Speichermedium
werden in definierter Weise relativ zueinander bewegt und
die Intensität des Laserstrahls moduliert. Das Auslesen
der gespeicherten Information erfolgt durch definierte
relative Bewegung des Speichermediums und eines
Laserstrahls konstanter Intensität und geeigneter
Wellenlänge, der die eingespeicherte Information
unbeeinflußt läßt.
Die technische Vorbereitung des Speichermediums
(Ausrichtung der Polymeren) geschieht analog der
reversiblen analogen Datenspeicherung. Die Speicherung
erfolgt in der oben beschriebenen Weise, wobei als
monochromatische Lichtquelle ein Laser verwendet wird,
dessen Wellenlänge im Absorptionsbereich des
Speichermediums liegt. Ausgelesen wird mittels eines
Lasers, dessen Wellenlänge in viel geringerem Maße von dem
verwendeten Speichermedium absorbiert wird. Das
Einspeichern und Auslesen kann dabei bei Zimmertemperatur
am festen Film erfolgen. Die Löschung der Information
erfolgt durch Aufheizen der Probe in den anisotropen oder
isotropen Bereich oberhalb der Glastemperatur Tg.
Hierbei wird in der oben (für die reversible digitale
Datenspeicherung) beschriebenen Weise auf digitalem Wege,
durch definierte Relativbewegung von Schreibstrahl und
Speichermedium, eine Phasenstruktur in einem
vororientierten Flüssigkristall-Kunststoffilm erzeugt.
Die Reproduktion erfolgt nun nicht wie im Fall der
digitalen Speicher durch definierte Relativbewegung von
Laserstrahl und Speichermedium, sondern durch
vollständiges Ausleuchten des synthetischen Hologramms
mit einer Referenzwelle. Die notwendige Information zur
Ermittlung der erforderlichen Intensitätsmodulation ist
vorher rechnerisch zu ermitteln. Das beschriebene
Verfahren ermöglicht die Herstellung von Phasenstrukturen
mit definierten optischen Eingeschaften, wie z. B. Linsen
u. a.. Da dies rechnerisch in digitaler Form geschieht,
können komplizierte Verarbeitungsprozesse (Glasschliff,
Politur) erheblich vereinfacht werden. Sehr wesentlich
ist auch das geringe Gewicht der auf dieser Weise
hergestellen optischen Komponenten (Brillengläser,
Linsen).
Claims (30)
1) Vorrichtung zur reversiblen optischen
Informationsspeicherung mit einem polymeren
flüssigkristallinen Speichermedium,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Speichermedium aus einem makroskopisch
orientierten Film eines flüssigkristallinen
Polymeren, welches photochrome Gruppen enthält,
besteht, wobei die Informationsspeicherung durch
lokale Desorientierung der Moleküle, induziert durch
Photoisomerisierung mittels einer selektiv wirkenden
Lichtquelle erfolgt.
2) Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Temperatur des Speichermediums, bei welcher
die Information eingespeichert wird, im
viskoelastischen Zustand oberhalb der Glastemperatur
Tg des flüssig-kristallinen Polymeren liegt.
3) Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Temperatur des Speichermediums bei der
Einspeicherung unterhalb der Glastemperatur liegt, so
daß ein formstabiler Zustand vorliegt.
4) Vorrichtung gemäß den Ansprüchen 1-3, dadurch
gekennzeichnet, daß die Löschung der eingespeicherten
Information selektiv über eine lokale
Temperaturerhöhung und Abkühlung in einem
elektrischen, magnetischen oder oberflächenwirksamen
Feld erfolgt, wodurch der ursprüngliche
Orientierungszustand wieder hergestellt wird.
5) Vorrichtung gemäß den Ansprüchen 1-3, dadurch
gekennzeichnet, daß die Löschung der gesamten
eingespeicherten Information und die
Wiederherstellung des Ausgangszustandes über eine
Temperaturerhöhung und Abkühlung des Speichermediums
im elektrischen, magnetischen oder
oberflächenwirksamen Feld erfolgt.
6) Vorrichtung gemäß den Ansprüchen 1-5, dadurch
gekennzeichnet, daß der Vorrichtung ein Laser
zugeordnet ist.
7) Vorrichtung gemäß den Ansprüchen 1-6, dadurch
gekennzeichnet, daß die photochromen Gruppen im
Speichermedium so gewählt werden, daß die Information
mit einem Laserstrahl geeigneter Wellenlänge und
geeigneter Intensität eingespeichert und mit einem
anderen Laserstrahl anderer Wellenlänge ohne Störung
der Information ausgelesen werden kann.
8) Vorrichtung gemäß den Ansprüchen 1-5, dadurch
gekennzeichnet, daß die photochromen Gruppen
Bestandteil der Kettenmoleküle sind.
9) Vorrichtung gemäß den Ansprüchen 1-5, dadurch
gekennzeichnet, daß photochrome Moleküle dem
flüssigkristallinen Polymeren beigemischt sind.
10) Vorrichtung gemäß den Ansprüchen 3-9, dadurch
gekennzeichnet, daß die flüssigkristalline Polymere
durch Einpolymerisierung farbstoffhaltiger
Comonomereinheiten in seinem Absorptionsverhalten der
Emissionswellenlänge des Schreiblasers so angepaßt
wird, daß der Schreiblaser als Wärmequelle dient.
11) Vorrichtung gemäß Anspruch 11, dadurch
gekennzeichnet, daß die örtliche Information durch
Abschalten des Lasers als Wärmequelle nach der
Einspeicherung im Glaszustand des Polymeren fixiert
wird.
12) Vorrichtung gemäß den Ansprüchen 1-10, dadurch
gekennzeichnet, daß flüssigkristalline
Seitenkettenpolymere als Speichermedium verwendet
werden.
13) Vorrichtung gemäß den Ansprüchen 1-10, dadurch
gekennzeichnet, daß flüssigkristalline
Hauptkettenpolymere als Speichermedium verwendet
werden.
14) Vorrichtung gemäß den Ansprüchen 1-12, dadurch
gekennzeichnet, daß die Polymeren eine smektische
Phase ausbilden.
15) Vorrichtung gemäß den Ansprüchen 1-13, dadurch
gekennzeichnet, daß als photochrome Gruppen
aromatische Azoverbindungen Verwendung finden.
16) Vorrichtung gemäß dem Anspruch 14, dadurch
gekennzeichnet, daß die photochrome Gruppe durch
Variation der Substituenten am aromatischen Kern der
Emissionswellenlänge des Lasers angepaßt wird.
17) Verfahren zur reversiblen optischen
Informationsspeicherung, dadurch gekennzeichnet, daß
man - ausgehend von abbildungsfähigen materiellen
Strukturen - die zu speichernde Struktur mittels
einer kohärenten monochromatischen Lichtquelle
beleuchtet, und das Interferenzmuster, das durch
Richtung, Amplitude und Phasenlage des von der zu
speichernden Struktur gestreuten Lichts relativ zu
einer von derselben Lichtquelle stammenden
Referenzlichtwelle bestimmt wird, in einer
Vorrichtung enthaltend einen makroskopisch
orientierten Film aus einem flüssigkristallinen
Hauptkettenpolymeren als Speichermedium gemäß den
Ansprüchen 1-16 holographisch registriert und
speichert.
18) Verfahren gemäß Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet,
daß das Auslesen der analog optisch gespeicherten
Information durch Beleuchtung des makroskopisch
orientierten Films mit monochromatisch kohärenten
Licht erfolgt.
19) Verfahren zur reversiblen optischen
Informationsspeicherung, dadurch gekennzeichnet, daß
man zur Einspeicherung mittels eines Laserstrahls
beliebigen Querschnitts eine digitale Phasenstruktur
in einem makroskopisch orientierten Film als
Speichermedium der Vorrichtung gemäß den Ansprüchen 1
bis 16 erzeugt.
20) Verfahren gemäß Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet,
daß man den Laserstrahl und das Speichermedium sowohl
beim Einspeichern als beim Auslesen der Information
in definierter Weise relativ zu einander bewegt.
21) Verfahren gemäß Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet,
daß beim Einspeichern während des Bewegens die
Intensität des Laserstrahls in geeigneter Weise
moduliert wird.
22) Verfahren gemäß Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet,
daß beim Einspeicherungsvorgang auf digitalem Wege
über eine vorzugebende Intensitätsmodulation eine
Phastenstruktur im Speichermedium erzeugt wird und
die Reproduktion durch Ausleuchten des gewonnenen
synthetischen Hologramms mit einer Referenzwelle
erfolgt.
23) Verfahren gemäß Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet,
daß die für die Erzeugung der Phasenstruktur
erforderliche Intensitätsmodulation rechnerisch
ermittelt wird.
24) Verfahren gemäß den Ansprüchen 18-22, dadurch
gekennzeichnet, daß die erzeugte Informationsdichte
(ausgedrückt in Linien pro Längeneinheit) bezüglich
aller drei Koordinatenachsen einerseits begrenzt wird
durch die linearen Abmessungen des Speichermediums
und andererseits durch maximal 2000 Linien pro mm.
25) Verwendung der Vorrichtung gemäß den Ansprüchen 1 bis
16 zur reversiblen, optischen Speicherung der
Information.
26) Verwendung der Vorrichtung gemäß den Ansprüchen 1 bis
16 zur optischen Signalverarbeitung.
27) Verwendung der Vorrichtung gemäß Anspruch 26 zur
Fourier-Transformation und -Faltung.
28) Verwendung der Vorrichtung gemäß den Ansprüchen 1 bis
16 zur Herstellung von Abbildungssystemen.
29) Verwendung der Vorrichtung gemäß den Ansprüchen 1 bis
16 zur Erzeugung und Speicherung von Hologrammen, die
vergleichbare Abbildungseigenschaften haben wie
Linsen.
30) Verwendung der Vorrichtung gemäß den Ansprüchen 1 bis
16 in der kohärent optischen Korrelationstechnik.
Priority Applications (8)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19863623395 DE3623395A1 (de) | 1986-07-11 | 1986-07-11 | Vorrichtung zur reversiblen, optischen datenspeicherung unter verwendung von polymeren fluessigkristallen |
US07/071,192 US5024784A (en) | 1986-07-11 | 1987-07-08 | Device for reversible optical data storage using polymeric liquid crystals |
FR8709683A FR2603127B1 (fr) | 1986-07-11 | 1987-07-08 | Dispositif et procede pour la memorisation optique reversible d'informations avec un support d'enregistrement sous forme de cristaux liquides polymeres, utilisation du dispositif et homopolymeres employes |
JP62169942A JPS6387626A (ja) | 1986-07-11 | 1987-07-09 | 可逆的光学的に情報を記憶する装置および方法、ならびに単独重合体 |
NL8701620A NL8701620A (nl) | 1986-07-11 | 1987-07-09 | Inrichting en werkwijze voor de reversibele optische informatie-opslag, toepassing van de inrichting en homopolymeren die daarbij worden toegepast. |
IT8767599A IT1211198B (it) | 1986-07-11 | 1987-07-10 | Dispositivo e procedimento per l immagazzinamento ottico reversibile di dati e relative applicazioni |
GB8716250A GB2193338B (en) | 1986-07-11 | 1987-07-10 | Reversible optical data storage |
KR1019870007480A KR960002002B1 (ko) | 1986-07-11 | 1987-07-11 | 중합체성 액정 가역적 광 데이타 저장 매체, 및 이를 사용하는 가역적 광 데이타 저장 장치 및 방법 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE19863623395 DE3623395A1 (de) | 1986-07-11 | 1986-07-11 | Vorrichtung zur reversiblen, optischen datenspeicherung unter verwendung von polymeren fluessigkristallen |
Publications (1)
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