DE69633856T2

DE69633856T2 - Flüssigkristall-optischesspeichermedium mit grauskala

Info

Publication number: DE69633856T2
Application number: DE69633856T
Authority: DE
Inventors: M. Wayne GIBBONS; T. Scott SCHNELLE; J. Paul SHANNON; Shao-Tang Sun
Original assignee: Elsicon Inc
Current assignee: Elsicon Inc
Priority date: 1995-04-06
Filing date: 1996-04-05
Publication date: 2005-12-08
Anticipated expiration: 2016-04-06
Also published as: KR100424738B1; EP0819305B1; JP4166272B2; EP0819305A1; JPH11503854A; KR19980703738A; MX9707629A; US5846452A; CA2217488A1; ATE282885T1; DE69633856D1; WO1996031876A1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein optisches Speichermedium und auf CDs.
Mit der erweiterten Verwendung von – unter anderem – Computern, Audio- und Videosystemen, bekam die Speicherung von Informationen ein Problem, da riesige Informationsmengen gespeichert werden müssen. Die Speicherung von Informationen wurde auf konventionelle Art mit verschiedenen Methoden, hauptsächlich mit magnetischen Aufzeichnungen durchgeführt. Die zu speichernde Menge von Informationen ist jedoch mit diesen Systemen eng begrenzt. Daher haben Handwerker nach neuen Methoden der Informationenspeicherung gesucht, in denen der Raum effizienter verwendet werden kann. Verschiedene Arten von optischen Speicherungsgeräten werden derzeit vermarktet oder entwickelt. Viele der Eigenschaften der optischen Speichermedia werden im Buch „Optische Aufzeichnungen" von Alan B. Marchant, Addison-Wesley (New York) 1990 beschrieben Magnetisch-optische Materialien sind die dominanten Schreiben/Überschreiben optische Datenspeicherungen in den Medienmärkten. Dieses Medium verwendet magnetische Felder, um die Richtung der Domänen im magnetisch-optischen Medium zu ändern. Das Licht vom Laser wird verwendet, um die Medien lokal über die Curie-Temperatur zu erhitzen, damit die Domäne im magnetischen Feld neu orientiert werden kann. Die Informationen werden vom Licht gelesen, da die orientierte Domäne den Polarisierungsstatus des einströmenden Laserstrahls ändern kann. Gewöhnlich wird nur 1 Bit pro Domäne gespeichert, da die Änderung der Polarisierung sehr klein ist und da es daher schwierig ist, ein ausreichendes Rauschsignalverhältnis für höhere Bit-Ebenen in jeder Domäne zu erreichen.
CD und Nur-Lesen (CD-ROM) optische Speichermedien sind die fortgeschrittensten und die am weitesten tief verwurzelten Medien in den Konsumermärkten. Diese Speichermedien sind Nur-Lesen Speicher, die auf Anwendungen beschränkt sind, in denen die Informationen nicht geändert werden brauchen. Die Betonung liegt in der steigenden Dichte der Medien und in der Verbesserung der Laufwerkgeschwindigkeiten. Bei der Herstellung der Hauptplatten mit kürzerem UV-Licht erreicht die Dichte der CDs und der CDROMs 4 mal die derzeitige Dichte von etwa 700 Megabytes. Beim Lesen dieser höheren Dichteplatten kommt es zu Schwierigkeiten, während die hohen Rauschsignalverhältnisse beibehalten werden. Kürzere Wellenlängen Diodenlaser (430 nm bis 680 nm) für das Lesen der Platten werden entwickelt, um auf die höheren Dichtemedien zuzugreifen.
Eine Methode, die verwendet wird, um mehr Speicherraum zu erhalten ohne die Bitdichte auf den Platten zu erhöhen, ist die Stapelung von mehreren Platten und der Zugriff auf jede Platte, indem die Brennpunktposition des Lesestrahls geändert wird. Diese Technologie wurde mit zwei Musik-CDs demonstriert, die mit einem Luftspalt von etwa 100 Mikrons getrennt voneinander waren.
Die Einmal-Schreiben-Oft-Lesen (CD-R) Technologie hat einige gewerblich erhältliche Medien und Systeme. Hier ist es der Wunsch, eine Rückwärtskompatibilität mit CD und CDROM Systemen zu erreichen. Das typische Medium sind Speichermaterialien mit dem Prinzip der Farbstoff-dotierten Polymere. Um diese Rückwärtskompatibiltät zu erreichen, werden die Farbstoff/Polymere auf Metallschichten gesponnen. Ein hochintensiver Laserimpuls ändert permanent die licht brechenden und absorbierenden Eigenschaften der Farbstoffe/Polymere und führt zu einer Änderung des Reflektierungsvermögens der Medien.
Ablativische Einmal-Schreiben-Oft-Lesen (WORM) Technologien werden gewöhnlich in großen Archivsystemen verwendet. Bei dieser Technologie werden mächtige Gaslaser verwendet, um die Vertiefungen in den Metallschichten abzutragen. Diese rohe Gewalttechnologie ist sehr stark und bei großen Archivsystemen gut etabliert, sie ist aber für CD und CDROM-Anwendungen mit ihren IR-Lasern mit wenig Kraftverbrauch ungeeignet.
Ein löschbares Speichermedium mit einer Schreiben/Überschreiben Fähigkeit (CD-E) verwendet derzeitig magnetisch-optische Medien und Laufwerke benötigt aber die Anwesenheit von magnetische und optischen Feldern, um die Informationen zu schreiben und kann daher nicht für CD-Anwendungen benutzt werden. Ein anderes löschbares Speichermedium verwendet hochintensive optische Pulse von den Diodenlasern, um die Phasen dieser Materialien von einem kristallinen zu einem gestaltlosen Status zu ändern. Der gestaltlose Status ist weniger reflekiv (R~28% versus 70% der kristallinen Phase) und dient als eine „Vertiefung". Längere mittel-intensive Impulse werden verwendet, um das gestaltlose Material zum kristallinen Status zurückzuführen. Die Wellenlänge der Laserdioden beträgt etwa 680 nm. Bis zu einhundert Schreiben-Lesen-Löschen Zyklen sind von diesen Medien berichtet worden.
Es gibt ein beträchtliches Interesse an der optischen Ausrichtung der flüssigen Kristalle für die optische Speicherung von Informationen. Zum Beispiel beschreibt das U.S. Patent 5,296,321 ein photoaufzeichnendes Medium, das auf einem transparenten Substrat, einer photochromischen Schicht und einer Flüssigkristallschicht basiert, das die Richtung nach der Belichtung umkehren kann. Das Medium kann nur zwei Zustände der Ausrichtung – homogen und homeotropisch (parallel und senkrecht zum Substrat) erzielen. Das U.S. Patent 4,780,383 beschreibt ein optisches Speichermedium, mit einer erweiterten Kapazität, die sich aufgrund einer selektiven Reflektion von verschiedenen Wellenlängen des Lichts einer cholestrischen Polymerphase erweitert hat. Das Medium verlangt eine simultane Kontrolle der Ausrichtung, sorgfältige Temperaturabstimmung und einen Polymerisierungsprozess, um eine Vielfalt von unterschiedlichen Zuständen zu erzielen.
Das U.S Patent 4,886,718 beschreibt ein Gerät für einen umkehrbaren optischen Informationsspeicher, der polymerische Flüssigkeitskristalle verwendet, die aus einem Film eines Flüssigkeitskristalls eines Hauptkettenpolymers bestehen. Die optischen Informationen werden gespeichert, indem ein Laserstrahl verwendet wird, um eine selektive Variation einer räumlichen Ordnung und/oder Richtung des Flüssigkeitskristall-Hauptkettenpolymers zu erreichen. Das Medium kann als ein binäres Informationsspeichergerät dienen, indem Streuungszentren mit einem Schreibstrahl erzeugt werden. Das Medium kann auch mit einem polarisierten Laserlicht beschrieben werden, um lokale Einstellungen im lichtbrechenden Index einzuführen und somit verschiedene Grade der Neuorientierung zu schaffen, die den ständigen Phaseneinstellungen entsprechen. Dies erlaubt die Erstellung von analogen Datenspeicherungen. Für den Datenspeicher werden holographische Methoden verwendet. Die zu speichernden Informationen können aus Bilderstrukturen, wie Objekte oder zwei-dimensionale Bilder, oder gedruckte Seiten bestehen.
Der Hauptnachteil bei der Verwendung von flüssigen kristallinen Polymeren als ein optisches Speichermedium ist die hohe Viskosität des Mediums. Die Anfangsorientierung benötigt eine erhöhte Temperatur, externe Felder, lange Glühzeiten und eine teilweise Kombination dieser Prozesse. Weiters ist die Reaktion des Mediums zum schreibenden Lichtstrahl niedrig und benötigt oft externe Erwärmung.
EP 0 632 311 A1 bezieht sich auf eine flüssige Kristallanzeigezelle, die aus einem Paar von Substraten, einem kristallinen Material, das zwischen dem besagten Paar der Substarte liegt und einem optischen Polarisierungs-Speicherfilm besteht, der sich auf einem oder beiden Substraten befindet. Der optische Polarisierungs-Speicherfilm wird von polarisierten Lichtern belichtet, um eine positive Orientierung, einschließlich mehrfacher Mikrodomänen zu erstellen. In den Mikrodomänen ist die Orientierungsrichtung in jeder Domäne gleich und substantiell im Ganzen isotropisch. Die visuelle Winkelabhängigkeit ist eliminiert. Keine Reibbehandlung wird durchgeführt und die von der Reibung verursachten Probleme existieren nicht.
US 3,666,881 bezieht sich auf ein elektro-optisches Anzeigesystem, das aus einem Anzeigebildschirm, einschließlich einer oder mehrerer gegenüberstehenden Sätzen von nematischen flüssigen Kristallen und photo-leitenden Schichten besteht, die von transparenten Elektroden begrenzt werden. Der Bildschirm wird vom Abtastlicht abgetastet, während modulierte Vorspannungen über die Flüssigkristall- und photoleitenden Schichten angelegt werden. Die auf dem Bildschirm angezeigten Bilder sind im reflektierten Umgebungslicht für die photoleitenden Schichten sichtbar, die transparent sind. Die mit den nematischen Lichtkristallen gemischten Farbstoffe (ihren zu Farbbildern auf dem Bildschirm. Cholesterische Flüssigkeitskristalle, die mit nematischen Flüssigkeitskristallen gemischt sind, behalten die Bilder auf dem Bildschirm für eine vorbestimmte Dauer. Die Bilder sind auf beiden Seiten des Bildschirms sichtbar. Der Bildschirm kann intern beleuchtet sein.
Obwohl diese optischen Speichersysteme Vorteile gegenüber den anderen konventionellen Aufzeichnungssystemen anbieten, sind sie aus den oben genannten Gründen nicht gänzlich zufriedenstellend. Es wäre hilfreich, ein praktisches und billiges optisches Speichermedium zu haben, das so eine Vielfalt von unterschiedlichen Zuständen hätte, sodass eine Grauskala verfügbar wäre. Neben der Speicherung digitaler Informationen, wäre ein solches Medium hilfreich, um zum Beispiel photographische Bilder aufzuzeichnen, Wenn das Medium eine Überschreiben-Fähigkeit hätte, würde dieses Medium eine optische Speicheranzeige darstellen. Es wäre auch hilfreich, ein optisches Speichermedium zu haben, das mit Schichten versehen ist, damit mehrere Informationsebenen angeboten werden können und damit die Gesamtdichte der Informationen im Medium erhöht werden könnte.
Ein praktisches optisches Speichermedium mit einer Vielfalt von unterschiedlichen Zuständen, Grauskalenfähigkeit und der Fähigkeit geschichtet zu sein, um die Gesamtdichte der Informationen zu vergrößern, wurde entdeckt und wird hier offenbart.
Es ist daher ein Ziel der derzeitigen Erfindung, ein Medium zu liefern, wobei mehrfache Informationszustände (das heißt mehr als eine binäre Ziffer) in einer einzigen Domäne aufgezeichnet werden können.
Ein weiteres Ziel der derzeitigen Erfindung ist es, ein Medium zu liefern, das die Fähigkeit einer Grauskala und der Speicherung von photographischen Bildern hat.
Es ist ein weiteres Ziel der derzeitigen Erfindung, ein vielschichtiges optisches Speichermedium anzubieten, das Informationen mit einer Grauskala anbietet.
Ein weiteres Ziel der derzeitigen Erfindung ist es, ein optisches Speichermedium anzubieten, das als optische Speicheranzeige dienen kann.
Andere Ziele der derzeitigen Erfindung sind es, optische Speichermedien für CDs mit Nur-Lesen-Fähigkeiten, CDs mit Einmal-Schreiben-Oft-Lesen und löschbare CDs mit Schreiben-Überschreiben Fähigkeiten zu liefern.
Die oben angeführten Ziele werden mit einem optischen Speichermedium nach Anspruch 1 und bei den CDs nach den Ansprüchen 41 bis 45 erreicht.
Weitere Verkörperungen werden mit den Unteransprüchen definiert.
Diese und andere Vorteile der derzeitigen Erfindung werden von der detaillierten Beschreibung oder den bevorzugten Verkörperungen, die folgen, offensichtlich sein.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Daher ist die Erfindung ein optisches Speichermedium mit einer Grauskalafähigkeit bestehend aus: einer Mehrzahl von sich gegenüberstehenden Substraten in Serie mit einem oder mehreren gegenüberstehenden Oberflächen; Ausrichtungsschichten auf dem (den) besagtem Paar(en) wobei wenigstens eine der Ausrichtungsschichten jeder der besagten Ausrichtungsschichtenpaare eine optische Ausrichtungsschicht ist und wobei die optische Ausrichtungsschichte(n) aus anisotropisch absorbierenden Molekülen oder Teilen besteht; Flüssigkeitskristallschicht(en) zwischen den besagten Ausrichtungsschichten Paar(en), wobei jede der besagten Flüssigkeitskristallschichten aus drei oder mehreren Ausrichtungsbereichen bestehen, die drei oder mehr verschiedene Ausrichtungszustände haben, und wobei die verschiedenen Ausrichtungszustände durch die Aussetzung der besagten optischen Ausrichtungsschichten mit polarisiertem Licht einer Wellenlänge oder von Wellenlängen innerhalb des Absorbierungsbandes der anisotro pisch absorbierenden Moleküle oder Teile davon gesteuert werden. Die Erfindung ist daher auf spezifische optische Speichergeräte und einer Speicheranzeige gerichtet.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 zeigt die Variation im Richtungsgeberwinkel zwischen Ebene i und i + 1 für einen gedrehten Ausrichtungszustand.
2 zeigt verschiedene Ausrichtungsbereiche mit verschiedenen gedrehten Ausrichtungszuständen in einer Flüssigkeitskristallschicht dieser Erfindung.
3 zeigt verschiedene Ausrichtungsbereiche mit verschiedenen doppelbrechenden Ausrichtungszuständen in einer Flüssigkeitskristallschicht dieser Erfindung.
4 zeigt verschiedene Ausrichtungsbereiche mit verschiedenen Kombinationen der Ausrichtungszustände in einer Flüssigkeitskristallschicht dieser Erfindung.
5 zeigt einen Querschnitt, der die grundlegende Konstruktion eines optischen Speichermediums dieser Erfindung darstellt.
6 zeigt die Belichtungseinstellung, die für den Hintergrund der optischen Ausrichtung mit polarisiertem Licht verwendet wird.
7 zeigt die Grauskala eines optischen Speichermediums dieser Erfindung mit einer Belichtung von vier verschiedenen polarisierten Lichtvektoren, um vier verschiedene gedrehte Ausrichtungszustände zu erreichen.
8 zeigt die Belichtungseinstellung, um photographische Bilder mit 256 Ebenen der Grauskala zu erreichen.
9 zeigt die Belichtungseinstellung für den Hintergrund der optischen Ausrichtung mit ultraviolettem polarisiertem Licht.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
US Patente 5,032,009 „Vorgang für die Ausrichtung von Flüssigkeitskristallmedien" und US 5,073,294 „Prozess für die Vorbereitung von Anordnungen mit mehrfach orientierten Teilen" werden hier angeführt.
Unter „Substrat" verstehen wir die unterstützende Struktur für eine Ausrichtungsschicht. Ein Substrat kann eine beliebige Festkörperkombination von geschichteten Materialien sein, die eine nützliche Funktion für das endgültige optische Speichermedium erfüllen, Zum Beispiel kann ein Substrat eine beliebige Kombination der folgenden Materialien sein: kristallines oder gestaltloses Silizium, Glas, Plastik, einschließlich Polyester, Polyethylen und Polymide, Quartz, Indium-Zinn Oxide, Gold, Silber, Siliziumdioxid, Polymide, Siliziummonoxid, nichtwiderspiegelnde Anstriche, Farbfilterschichten, Polarisatoren und phasenkompensierende Filme. Normalerweise werden einige dieser Materialien auf die grundlegende Unterstützungsstruktur, wie Glas oder Plastik abgesetzt oder damit bestrichen.
„Flüssigkeitskristall" bezieht sich auf Moleküle mit einer anisotropischen Geometrie, wie zum Beispiel stabförmig oder plattenförmig, die stabile Zustände zwischen flüssig und fest darstellen und die niedrige Molekulargewichte haben, das heißt niedriger als 1500 und möglichst unter 1000. Nützliche Flüssigkeitskristalle für die hier beschriebene Erfindung schließen alle ein, die in U.S. Patent 5,032,009 angeführt sind sowie neue superfluorierte Flüssigkeitskristalle wie z. B. ZLI-5079, ZLI-5080, ZLI-5081, ZLI-5092, MLC-2016, MLC-2019 und MLC- 6043, die von EM Industries, Hawthorne, N.Y. erhältlich sind. Hilfreich sind auch die Gast-Gastgeber Formulierungen, die mit allen Arten von Flüssigkeitskristallen und anisotropisch absorbierenden Farbstoffen vorbereitet werden, wie im U.S. Patent 5,032,009 beschrieben wird. Bevorzugte Flüssigkeitskristalle für diese Erfindung sind nematische Flüssigkeitskristalle und Gast-Gastgeber Mischungen, die aus nematischen Flüssigkeitskristallen und anisotropisch absorbierenden Farbstoffen bestehen.
Die in der Vorbereitung von Gast-Gastgeber Mischungen bevorzugten anisotropisch absorbierenden Farbstoffe sind die zweifarbigen Arylazo, Di(arylazo), Tri(aeylazo), Tetra(arylazo), Penta(arylazo), Anthraquinone, Merycianin, Methin, 2-Phenylazothiazole, 2-Phenylazobenzthiazp;e, Stilben, 1,4-Bis(2-Phenylethylenyl)Benzene, 4,4'-Bis(Arylazo)Stilben Perylene und 4,8-Diamino-1,5 Naphtoquinone Farbstoffe. Weitere nützliche anisotropische absorbierende Farbstoffe sind die mit dem Flüssigkeitskristall verbundenen zweifarbigen Farbstoffe, die in U.S. Patent 5,389,285 beschrieben sind. Arylazo, Poly (Arylazo) und Stilben zweifarbige Farbstoffe werden bei der Vorbereitung von Gast-Gastgeber Mischungen am meisten vorgezogen.
Die am meisten vorgezogenen Flüssigkeitskristalle sind die 4-Cyano-4'-Alkylphenyle und die 4-Alkyl(4'-Cyanophenyl)Cyclohexane und die davon abgeleiteten Gast-Gastgeber Mischungen. Die Gast-Gastgeber Mischungen werden insbesondere für optische Speichermedien bei Anwendungen in löschbaren optischen Speichermedien (CD-E) bevorzugt.
Andere nützliche Flüssigkeitskristalle für diese Erfindung schließen polymerisierbare Flüssigkeitskristalle ein, wie in U.S. Patent 5,073,294 beschrieben und die Flüssigkeitskristall difunktionalen Methacrylat und Acrylat Monomer, wie beschrieben in U.S. Patent 4,892,392.
Für diese Erfindung bevorzugte polymerisierte Flüssigkeitskristalle sind die polymerisierbaren nematischen Monomerverbindungen bestehend aus (A) 20 bis 80 Gewichtsprozente von mindestens einem Monomer mit der generellen Formel (I) wobei n 10, 12 oder 14 ist und (B) 80 bis 20 Gewichtsprozente mit wenigstens einem Monometer mit der generellen Formel (I) wobei n 4, 6 oder 8 ist.
wobei R CH₃ ist und wobei H und Y eine kovalente Bindung oder -CO₂- ist. Die Synthese und Formulierung dieser nematischen Monomerverbindungen werden im U.S Patent 5,202,053 beschrieben. Spezifische nematische Monomere werden unter den Beispielen Ia und Ib verwendet.
Andere bevorzugte polymerisierte Flüssigkeitskristallverbindungen sind polymerisierbare nematische Monomerverbindungen von I – oben angezeigt – kombiniert mit 0,1 bis 30 Gewichtsprozent der difunktionalen Methacrylat und Akrylat Monomer II.
wobei R CH₃ ist oder H, R₁ CH₃ H, Cl OCH₃ und p = 1–12 ist. Die Synthese dieser Monomere wird von Broer et al in U.S. Patent 4,892,392 beschrieben. Ein spezifisches Beispiel der Synthese von IIb wird im U.S. Patent 5,073,294 beschrieben. Der difunktionelle Monomer IIa wird hier in den Beispielen verwendet.
Die polymerisierbaren nematischen Verbindungen werden mit kleinen Mengen von Photoinitioren, mit bevorzugten Gewichtsprozenten von 0,5 bis 2,0 kombiniert, um die Reaktivität der Verbindung zu einer aktinischen Bestrahlung zu verbessern, Beispiele von nützlichen Photoinitiatoren sind Benzophenone und 2,2-Dimerhoxy-2-Phenyacetophenone. Mehrfach funktionierende Monometer, die als quervernetzende Mittel nützlich sind, können den Flüssigkeitskristallverbindungen mit einer Menge von ungefähr 0,1 bis 5 Gewichtsprozenten hinzugefügt werden. Polymerisierungsinhibitoren, wie Methylhydroquinone können auch mit einer Menge von ungefähr 0,05 bis 0,1 Gewichtsprozenten hinzugefügt werden, um die vorzeitige Polymerisierung der Flüssigkeitskristallphase zu verhindern.
Wenn die polymerisierbaren Verbindungen geschmolzen werden, zeigen nematische Mesophasen an, wenn sie zu beinahe Zimmertemperaturen gekühlt werden. Die Mesophasen benehmen sich ähnlich wie die konventionellen nematischen Flüssigkeitskristalle. Sie reagieren auf die Kräfte der Oberflächenausrichtung auf die gleiche Weise wie konventionelle Flüssigkeitskristalle. Wenn sie jedoch aktinischen Bestrahlungen ausgesetzt werden, besonders UV-Bestrahlung von einem schwarzen Licht oder 200 W Hg, untergeht das Flüssigkeitskristall einer rapiden Polymerisierung, um die Ausrichtung der Flüssigkeitskristallphase in eine polymere Matrix einzufrieren. Daher werden in dieser Erfindung polymerisierbare Flüssigkeitskristalle, wie CD, CDROM und WORM als optische Speichermedien bevorzugt, wo der Kunsthandwerker permanent Informationen speichern möchte.
Der Begriff „Ausrichtungsschicht" ist hier eine Materialschicht auf der Oberfläche eines Substrats, das die Ausrichtung der Flüssigkeitskristallschicht in Abwesenheit eines externen Feldes steuert. Eine „konventionelle Ausrichtungsschicht" bezieht sich auf eine Ausrichtungsschicht, die nur eine Flüssigkeitskristallschicht durch Verarbeitungen anders als optische Methoden ausrichten wird. Zum Beispiel haben mechanisch gepufferte Polymide, verdampfte Siliziumdioxide, Langmuir-Blodgett Filme gezeigt, dass sie Flüssigkeitskristalle ausrichten.
„Optische Ausrichtungsschicht" bezieht sich hier auf die Ausrichtungsschicht, die anisotropisch absorbierende Moleküle und Teile beinhalten, die Flüssigkeitskristalle nach der Belichtung mit polarisiertem Licht ausrichten werden. Optische Ausrichtungsschichten können mit konventionellen Methoden verarbeitet werden, wie zum Beispiel mit mechanischem Reiben vor und nach der Aussetzung zu polarisiertem Licht. Die anisotropisch absorbierenden Moleküle oder Teile der optischen Ausrichtungsschichten zeigen Absorbierungseigenschaften mit verschiedenen Werten, wenn sie entlang der Achsen in verschiedene Richtungen gemessen werden. Die anisotropisch absorbierenden Moleküle oder Teile zeigen Absorbierungsbereiche zwischen 150 nm und etwa 2000 nm an. Die anisotropisch absorbierenden Moleküle oder Teile der optischen Ausrichtungsschicht können kovalent mit einem Hauptkettenpolymer verbunden sein, sie können kovalent als Ne bengruppen zu einer Hauptpolymergruppe oder sie können als ungebundene gelöste Substanz in einem Polymer vertreten sein, sie können in einer benachbarten Flüssigkeitskristallschicht als eine gelöste Substanz sein und sich auf der Oberfläche einer normalen Ausrichtungsschicht befinden, um einer optischen Ausrichtung eine Schicht zu geben, sie können kovalent gebunden sein oder direkt auf das Substrat oder auf eine Ausrichtungsschicht absorbiert werden, um eine optische Ausrichtungsschicht zu formen.
Bevorzugte optische Ausrichtungsschichten haben ein Absorbierungsmaximum zwischen 150 und etwa 1600 nm. Bevorzugtere optische Ausrichtungsschichten haben ein Absorbierungsmaximum zwischen 150 nm und etwa 800 nm. Die am meisten bevorzugten optischen Ausrichtungsschichten haben ein Absorbierungsmaximum zwischen 150 und 400 nm oder zwischen 400 und 800 nm.
Bevorzugt hat das optische Speichermedium dieser Erfindung zwei oder mehrere optische Ausrichtungsschichten mit einem Absorbierungsmaximum zwischen 150 und 1600 nm, unterscheiden sich mit mehr als 10 nm oder bevorzugter, unterscheiden sich mit mehr als 50 nm. Bevorzugtere Absorbierungsmaxima der optischen Ausrichtungsschichten liegen zwischen 150 und 800 nm, unterscheiden sich mit mehr als 10 nm oder besser, unterscheiden sich mit mehr als 50 nm. Die am meisten bevorzugten Absorbierungsmaximumwerte der optischen Ausrichtungsschichten liegen zwischen 150 und 400 oder zwischen 400 und 800 nm und unterscheiden sich durch mehr als 10 nm oder besser, unterscheiden sich durch mehr als 50 nm. Dieser Unterschied in der Absorbierung zwischen den optischen Ausrichtungsschichten erlaubt jeder Flüssigkeitskristallschicht getrennt von der entsprechenden Auswahl der Wellenlänge des polarisierten Lichtes angesprochen zu werden.
Bevorzugte optische Ausrichtungsschichten haben anisotropisch absorbierende Moleküle oder Teile als ungebundene gelöste Teile, die in einem Polymer Matrixträger gelöst sind. Sie werden als Gast-Gastgeber optische Ausrichtungsschichten bezeichnet. Sie werden durch die Beschichtung auf Substraten mit einer dünnen Schicht von organischem Material vorbereitet, das die anisotropisch absorbierenden Moleküle oder Teile enthält. Typischerweise werden die anisotropisch absorbierenden Moleküle in einer Lösung mit dem polymerischen Material gelöst. Die Lösung wird dann auf die Substrate gestrichen, indem normalerweise eine Drehspinnmethode verwendet wird. Die Beschichtungen werden dann im Ofen gebacken, um das restliche Lösungsmittel zu entfernen und um die letzte Aushärtung durchzuführen.
Unter den Polymeren, die für die Vorbereitung von Gast-Gastgeber optischen Ausrichtungsschichten nützlich sind, zählen Poly(Methyl Methacrylate), Poly(Amide-6,6), Poly(Styren), Poly(Vinylalkohol), Epoxidamin-Polymere und Polyimide. Bevorzugte Polymere für die optischen Ausrichtungsschichten sind Polyimide Polymere. Die Vorbereitung von Polyimiden wird in „Polyimide", D. Wilson, H. D. Stenzenberger und P. M. Hergenrother, Herausgeber, Chapman and Hall, New York (1990) beschrieben. Spezifische Polyimide, die für die Vorbereitung von optischen Ausrichtungsschichten nützlich sind, sind die Kondensationsprodukte 3,4,3',4'-Benzophenone Dianhydride und Oxy(4,4'-Dianiline); SPI 2000 Polyimide erhältlich von MicroSi, Inc., Phoenix, Arizona 85044 und NISSAN 7311 und 7210 Polyimide erhältlich von Brewer Science, Rolla, MO.
Als Alternative können anisotropisch absorbierende Moleküle kovalent an die Polymere gebunden werden. Zum Beispiel kann Poly (amischen Säuren) die Vorläufer zu den Polyimiden sind, mit anisotropisch absorbierenden Materialien kovalent zu Poly (amischen Säure) Polymerketten gebunden werden. Dies wird normalerweise erreicht, indem Dianhydride mit Diaminen, einschließlich der anisotropisch absorbierenden Moleküle als einer der zwei reaktiven Teile zu mischen werden und indem den Materialien Zeit gegeben wird, sich in einer Lösung wie N-Methylpyrolidon oder Tetrahydrofuran zu polymerisieren. Die Vorpolymer Lösung wird dann auf die Substrate gestrichen und im Ofen gebacken, um den endgültigen Polyimiden optische Ausrichtungsschichten zu geben.
Als bevorzugte Alternative, werden die optischen Ausrichtungsschichten vorbereitet, indem konventionelle Ausrichtungsschichten, wie Polyimide auf die Substrate gestrichen werden. Die anisotropischen absorbierenden Moleküle werden im Flüssigkeitskristallmedium gelöst, und ergeben somit eine Gast-Gastgeber Mischung. Wenn die Gast-Gastgeber Mischung die konventionelle Ausrichtungsschicht berührt, werden die anisotropisch absorbierenden Moleküle auf der Oberfläche absorbiert und es wird eine optische Ausrichtungsschicht geformt. Die mit dieser Methode vorbereiteten optischen Ausrichtungsschichten sind für optische Speichermedien bevorzugt, die optisch absorbierenden Eigenschaften für Anwendungen in den löschbaren Optischen Speichermedien benötigen (CD-E).
Als Alternative werden optische Ausrichtungsschichten vorbereitet, indem konventionelle Ausrichtungsschichten, wie Polyimide auf die Substrate gestrichen werden und indem anisotropisch absorbierende Moleküle in einem Lösungsmittel gelöst werden. Wenn die Lösung auf eine konventionelle Ausrichtungsschicht gestrichen wird, werden die anisotropisch absorbierenden Moleküle auf der Oberfläche absorbiert und es wird eine optische Ausrichtungsschicht geformt.
Als Alternative werden optische Ausrichtungsschichten vorbereitet, indem die Lösungen der anisotropisch absorbierenden Moleküle direkt auf die Substrate gestrichen werden. Die anisotropisch absorbierenden Moleküle werden zum Substrat absorbiert, um eine dünne Schicht zu formen oder sie könnte kovalent an das Substrat gebunden werden.
Anisotropisch absorbierende Moleküle oder Teile, die bei der Vorbereitung der optischen Ausrichtungsschichten für optische Speichermedien bevorzugt werden, sind dichroisches Arylazo, Di(alylazo), Tri(arylazo), Tetra(arylazo), Penta(arylazo), Anthraqion, Mericyanin, Methine, 2-Phenylazothiazole, 2-Phenylazobenzthiole, Stilben, 1,4-Bis(2-Phenyentheyl)Benzol, 4,4'-Bis(Arylazo)Stilben, Perylen und 4,8-Diamino-1,5Naphtoqinone Farbstoffe. Weitere nützliche anisotropische Absorbierungsmaterialien sind Flüssigkeitskristalle verbunden mit Zweifarbstoffen, beschrieben in U.S. Patent 5,389,285.
Die Vorbereitung der oben angeführten anistropischen Materialien sind gut bekannt, wie z. B. gezeigt in Huffman et al, in U.S. Patent 4,565,424, Jones et al, in U.S. Patent 4,401,369, Cole, Jr. et al. in U.S. Patent 4,122,027, Etzbach et al, U.S. Patent 4,667,020 und Shannon et al, in U.S. Patent 5,389,285.
Bevorzugte anisotropische absorbierende Moleküle und Teile aller Arten von optischen Ausrichtungsschichten sind Arylazo, Poly(arylazo) und Stilbenfarbstoffe. Flüssigkristall-verbundene Farbstoffe werden bei Gast-Gastgeber optischen Ausrichtungsschichten oder bei Flüssigkeitskristall Gast-Gastgeber Mischungen in der Vorbereitung von optischen Ausrichtungsschichten verwendet. Arylazo und Stilben-Farbstoffe sind die am öftesten bevorzugten Farbstoffe für optische Ausrichtungsschichten mit einem Absorbierungsmaximum zwischen 150 und 400 nm. Poly (arylazo) Farbstoffe sind die am öftesten bevorzugten Farbstoffe für optische Ausrichtungsschichten mit einem Absorbierungsmaximum zwischen 400 und 800 nm. Der am öftesten bevorzugte Poly (azo) Farbstoff ist Diazodiamin 1, der am häufigsten bevorzugte Stilbenfarbstoff ist 4,4'-Diaminostilben, 2 und der am öftesten bevorzugte Arylazo Farbstoff ist Monoazodiamin 3 (siehe Tabelle 1). Die Vorbereitung des Farbstoffs 1 wird im U.S. Patent 5,389,285 beschrieben. Die Synthese des Farbstoff 3 wird in Beispielen beschrieben und das 4,4'-Diaminostilben kann gewerblich von Aldrich Chemical Co., Milwaukee, WI erworben werden.
„Ausrichtungsschichtenpaare" beziehen sich hier auf zwei Ausrichtungsschichten, die die Ausrichtung der gleichen Flüssigkeitskristallschicht steuern.
„Ausrichtungsbereich" bezieht sich auf einen fortlaufenden Bereich der Flüssigkeitskristallschicht, die den gleichen Ausrichtungszustand hat. Der Ausrichtungsbereich kann zwischen 0,01 und 10⁶ μm² (μm ist ein Mikrometer) liegen. Bevorzugte Ausrichtungsbereiche liegen zwischen 0,1 und 10⁶ μm². Die meisten bevorzugten Ausrichtungsbereiche liegen zwischen 0,1 und 100 μm². In der Flüssigkeitskristalltechnologie werden Ausrichtungsbereiche, wie hier beschrieben als „Domänen" bezeichnet.
In der Informationsspeichertechnologie wird eine Domäne verwendet, um einen beliebigen gleichen Bereich (Blase, Farbstelle, reflektive Oberfläche, usw.) zu beschreiben, die ein Informationsbit definiert. Hier wird der Ausrichtungsbereich – wie oben definiert – verwendet und beschreibt gleiche Bereiche in den Speichermedien anders als Flüssigkeitskristallmedien.
TABELLE 1
Die Richtung „der allgemeinen Ausrichtung" des Flüssigkeitskristalls ist die durchschnittliche Richtung einer Gruppe von MesogenEN, die in die Ebene der Ausrichtungsschichten projiziert wird.
„Ausrichtungszustände": bezieht sich auf drei verschiedene Arten von Ausrichtungen: Birefraktionsausrichtung, Drehausrichtung und Kombinationsausrichtung. Jede Ausrichtungsart besitzt die Fähigkeit von drei oder mehreren diskreten unterschiedlichen Zuständen. Jeder Ausrichtungsbereich innerhalb der Flüssigkeitskristallschicht dieser Erfindung hat eine Ausrichtungsart und einen diskreten Ausrichtungszustand. Nicht alle Ausrichtungsbereiche müssen besonderen Ausrichtungszustände haben. Der gleiche Ausrichtungszustand kann oft in verschiedenen Ausrichtungsbereichen in der ganzen Flüssigkeitskristallschicht erscheinen.
Unter einem „Drehausrichtungszustand" versteht man, dass die Ausrichtungsbereiche sich durch eine Änderung der Drehung unterscheiden. Unter „Drehung" oder „gedrehte Ausrichtung" versteht man, dass die Richtung der lokalen Ausrichtung sich ständig von einer Ausrichtungsschicht zur anderen ändert. Wie in 1 angezeigt, ist der projizierte Richtungswinkel in der Ebene der Ausrichtungsschicht i, γ_i anders vom projizierten Richtungswinkel in der Ebene der Ausrichtungsebene i + 1, γ_i+1 und als Resultat ändert sich die lokale Flüssigkeitskristallrichtung ständig von γ_i zu γ_i+1 und erstellt eine Drehstruktur in der Flüssigkeitskristallschicht. Für diese Erfindung ist der Drehwinkel γ_t = γ_i+1– γ_t und kann von –360 Grad zu 360 Grad variieren. Um einen Drehwinkel von mehr als 90° oder weniger als –90° zu erreichen, wird eine chirale Dotiersubstanz wie ein CB-15 (EM Chemicals, Hawthorne, NY) mit eingeschlossen.
Wenn der Drehwinkel γ_t Null gleicht, gibt es keine Drehung im Medium des Flüssigkeitskristalls und das Medium wird als parallel ausgerichtet bezeichnet. Die meisten Flüssigkeitskristallanzeigen Anwendungen verwenden zur Zeit γ_t als 90 oder –90 Grad.
In einem Drehausrichtungszustand kann jeder Ausrichtungsbereich eine andere Drehung als Null haben und der Drehwert ändert sich von Bereich zu Bereich. Es ist weiters stipuliert, dass die Projektion der lokalen Flüssigkeitskristallrichtung auf einer Ausrichtungsschicht in der gleichen Richtung für alle Domänen bei dieser Ausrichtungsschicht liegt, wobei die Projektion der lokalen Flüssigkeitskristallrichtung auf einer zweiten Ausrichtungsschicht eine andere Richtung für jeden Ausrichtungsbereich hat, um eine Variation im Drehwert zu erreichen. 2 zeigt eine Flüssigkeitskristallschicht mit verschiedenen Ausrichtungsbereichen mit Variationen im Drehwert. Die Festlinien innerhalb jedes Ausrichtungsbereichs bei den Ebenen i und i + 1 zeigen, die Richtung des Flüssigkeitskristalls auf dieser Ebene an. Die gestrichelten Linien zeigen, wie sich die Richtung von einer Ebene zur nächsten ändert. Zum Beispiel hat Bereich t₁ einen 180° Wert, t₂ hat einen 0° Drehwert und t₃ hat einen 270° Drehwert.
2 ist eine Zusammenstellung, um die großen Variationen der Drehwinkel zu zeigen, die durch die Steuerung der optischen Ausrichtungsschicht erzielt werden kann. Wie bereits erwähnt, ist eine chirale Dotiersubstanz notwendig. um eine gedrehte nematische Struktur im Flüssigkeitskristallmedium zu erreichen, um eine Drehung von größer als 90° oder kleiner als –90° zu erreichen. Im Normalfall, wo eine gleichförmige Konzentration der chiralen Dotiersubstanz besteht, wird das Flüssigkeitskristallmedium eine gleichförmige Neigung haben. Diese Neigung wird die Reichweite bestimmen, innerhalb der die Variation im Drehwinkel liegen wird, der von den optischen Ausrichtungsprozess begonnen wurde. Wenn die gleiche Konzentration der chiralen Dotiersubstanz besteht, die einen gleichen Drehwinkel γ_t angibt, dann kann die Reichweite der Drehvariationen, der optisch gesteuert werden γ_t ± 90° betragen. Wenn zum Beispiel die chirale Dotiersub stanzkonzentration als γ_t = 270° gewählt wird, dann würde die Reichweite der optischen Drehvariation zwischen 180° und 360° liegen.
Unter einem „birefraktivem Ausrichtungszustand" versteht man, dass sich die Ausrichtungsbereiche in einer Flüssigkeitskristallschicht durch eine Änderung der Birefraktion ändern. Jede Ausrichtungsebene hat eine Nulldrehung (γ_t = 0 Grad) aber die Projektion der Flüssigkeitskristallrichtung auf die Ausrichtungsschicht ändert sich in ihrer Richtung für jeden Ausrichtungsbereich. Eine Flüssigkeitskristallschicht mit verschiedenen Birefraktionsausrichtungszuständen wird in 3 gezeigt. Die Ausrichtungsbereiche b₁, b₂ und b₃ haben verschiedene Richtungen der lokalen Ausrichtung relativ zur Hintergrundsausrichtung in Ebene i, nämlich 60°. 0° und 90°
Unter einem „Kombinationsausrichtungszustand" versteht man, dass ein oder mehrere Ausrichtungsbereich in der Flüssigkeitskristallschicht sich durch eine Änderung in der Drehung und der Dotiersubstanz unterscheidet. Daher kann sich die Drehung für jeden Ausrichtungsbereich in der Größe und der Projektion der lokalen Flüssigkeitskristallrichtung auf jede Ausrichtungsschicht in der Richtung ändern. 4 zeigt eine Flüssigkeitskristallausrichtungsschicht mit mehreren Ausrichtungsbereichen mit verschiedenen Kombinationsausrichtungszuständen. Die Projektion der lokalen Flüssigkeitskristallrichtung kann verschieden sein. Die Ausrichtungsbereiche c₁, c₂ und c₃ haben alle verschiedene Drehwerte und Drehrichtungen der lokalen Ausrichtung. Zum Beispiel hat c₁ eine 45° Drehung und eine 90° Änderung in der Richtung relativ zur Hintergrundsausrichtung i; c₂ hat eine 0° Drehung und eine 0° Änderung in der Richtung und c₃ hat eine 270° Drehung und eine 0° Änderung der Richtung. Wiederum hängt die Reichweite des Drehwinkels von jeder Flüssigkeitskristallrichtung von der Neigung des Flüssigkeitskristallmediums ab.
Unter „Grauskala" versteht man, dass jede Domäne im optischen Speichermedium mit drei oder mehreren Werten kodiert werden kann. Wenn, zum Beispiel, jede Domäne mit N möglichen Werten kodiert werden kann (wobei N eine Ganzzahl ist), dann muss jede Domäne N distinktive Zustände haben, die mit einem Detektorsystem gemessen werden, die für diese spezielle Anwendung passend ist. Die Größe von N wird von der Sensibilität des optischen Speichermediums und/oder der Sensibilität des Detektorsystems bestimmt.
Traditionell werden die möglichen N-Werte als Zweierpotenz angegeben. Wenn N = 16 Werte hat, werden die 16 Werte (16 verschiedene Zustände für jede Domäne in den Medien) haben, würde dies als 2⁴ vertreten sein und würde 4 Bit Grauskala genannt werden. Der Begriff Bit vertritt die Zweierpotenz, die notwendig ist, um die Gesamtzahl der möglichen Werte zu erzielen. Zum Beispiel würde 0 Bit 1 möglichen kodierten Wert vertreten, 1 Bit = 2 mögliche kodierte Werte... j Bit = 2^j mögliche kodierte Werte.
In den meisten Anwendungen der optischen Speichermedien verursachen die eindeutigen Zustände für jede Domäne eine Variation im übersendeten oder reflektiertem Lichtflussereignis auf den lichtsensitiven Detektor. Für jeden eindeutigen Zustand gibt es eine eindeutige Lichtebene, die übertragen oder reflektiert wird. Festkörperdetektoren, die auf Halbleitern basiert sind und das menschliche Auge sind einige Beispiele von licht-sensiblen Detektoren. Jedes Detektionssystem muss die übertragenen oder reflektierten Lichtsignale zu Informationen verarbeiten, die für die Interpretation notwendig sind.
Im Fall von Festkörperdetektoren konvertiert die elektronische Verarbeitung die Lichtflussebene zu einer binären Zahl (Zweierpotenz), die von einem Computer interpretiert wird. Der Computer verarbeitet die binäre Zahl von jeder Domäne entweder seriell (eine Domäne nach der anderen) oder parallel (mehrere Domänen zur gleichen Zeit) und leitet die Informationen ab, die sie benötigt, um die programmierte Arbeit durchzuführen.
Im Falle des menschlichen Auges werden die eindeutigen Lichtebenen für jede Domäne parallel vom Gehirn verarbeitet, um ein photographisches Bild zu schaffen. Jede Domäne allein ist nicht sehr bedeutungsvoll für das Gehirn, aber die Gesamtsumme der übersandten und reflektierten Lichtebenen von jeder Domäne führen zu aussagekräftigen Informationen, die vom Gehirn interpretiert werden.
Die meisten optischen Speichermedien zeigen dass nur ein Bit von Informationen auf einer einzigen Domäne angezeigt werden kann. Folglich sind nur zwei eindeutige Zustände möglich (das heißt eine 0 oder eine 1 in einem binären Zahlensystem). Um daher die Zahl 16 in diesem Medium zu speichern, würden 4 Domänen notwendig sein. Wenn jede Domäne 16 eindeutige Zustände hat, dann kann eine einzelne Domäne verwendet werden, um die gleiche Nummer zu speichern, die vier Domänen in einem 1 Bit Medium speichert. Damit haben wir die Speicherdichte effektiv um ein Vielfaches vergrößert. Wird dieses Argulent zum logischen Schluss geführt, würde die Speicherdichte für jede Domäne k mal so groß sein, wenn 2^k entdeckbare Zustände für jede Domäne verfügbar sind.
Im Kontext der derzeitigen Erfindung kann jeder Bereich der Flüssigkeitskristallausrichtung im optischen Speichermedium mit einem eindeutigen Birefraktionsausrichtungszustand, einem Drehausrichtungszustand, oder einem Kombinationsausrichtungszustand kodiert werden. Wenn das polarisierte Licht durch das Medium übertragen oder reflektiert wird und dann durch einen Polarisierer gesandt wird, würde der eindeutige Ausrichtungszustand die entdeckte Lichtebene ändern. Wenn wir zum Beispiel den Drehausrichtungsstatus für jeden Ausrichtungsbereich verwenden, wird eine eindeutige Lichtebene für die Drehausrichtungszustände mit einem Drehwert beschränkt auf einen Quadranten (0 bis 90 Grad, 90 bis 180 Grad, usw.) einer vollen 360 Grad Drehung existieren. Für einen Quadranten und N eindeutige Drehausrichtungszustände gibt es 90/N mögliche Lichtebenen, die entdeckt werden können. Daher ist jeder Ausrichtungsbereich im Medium der derzeitigen Erfindung für Grauskalen geeignet. Ähnliche Argumente können für die Birefraktion und die Kombinationsausrichtungszustände der derzeitigen Erfindung gemacht werden.
Um die gewünschten Eigenschaften der Grauskala in einem Medium zu erreichen, werden mehr als zwei Ausrichtungszustände benötigt, Ein bevorzugtes optisches Speichermedium der hier beschriebenen Erfindung hat zwischen 4 und 2000 Ausrichtungszustände.
Eine Verkörperung der derzeitigen Erfindung wird weiter unten im Detail mit Hinweisen auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben. 5 ist ein Kreuzschnitt, der den Grundbau eines optischen Speichermediums dieser Erfindung zeigt. Eine Reihe von Substraten 1 werden mit Ausrichtungsschichten 2 auf einer oder auf beiden Seiten bestrichen. Die beschichteten Substrate werden dann in Serie gestapelt und mit Abstandsstücken (nicht gezeigt) voneinander getrennt. Die Serie von Substraten kann am Perimeter (nicht gezeigt) mit Ausnahme der Füllungs- und Ausflussöffnungen mit einem Versiegelungsmischung zu einer Zelle versiegelt werden. Die Zelle wird dann mit dem gewünschten Flüssigkeitskristall gefüllt, um die Flüssigkeitskristallschichten 3 zu liefern, Dann werden die Füllung und die Ausgangsöffnungen versiegelt. Jedes weitere zweifach-beschichtete Substrat in der Serie erlaubt die Wiederholung 4 bestehend aus einer weiteren Flüssigkeitskristallschicht. Wiederholungen können von X = 0 zu etwa 20 reichen und sind nur von der Fähigkeit beschränkt, jede Flüssigkeitskristallschicht anzusprechen.
Die Abstandshaltung von den Substraten wird mit der Verwendung von besonderen Abstandsstücken erreicht. Die Abstandsstücke sind inerte Partikel, deren physikalische Größe zumindest in einer Dimension der gewünschten Zelldicke entspricht. Glasfaserstäbe (EM-Industries, Inc., Hawthorne, NY), Gummi und Polystyren Latexsphären, verdunstete oder aufgespritzte Filme sind als Abstandsstücke erhältlich. Die Abstandsstücke haben die Rolle, die Spalten physikalisch zu steuern, um den Substraten zu erlauben, in direkten Kontakt mit den Abstandsstückpartikel zu kommen und um dadurch die Substrate voneinander entfernt zu halten. Die Abstandsstücke können leicht und gleichförmig über den gesamten Bereich der Anzeige verstreut sein bevor die Substrate zusammengebracht werden. Als Alternativen können die Abstandsstücke in einen Klebstoff verarbeitet werden und nur in den Dichtungsspalten der Dichtungsverbindung eingearbeitet werden. Eine weiterer Mechanismus für die Kontrolle der Abstandshaltung ist das Setzen von dünnen Filmdichtungen von gut definierter Dicke am Zellenperimeter. Gut charakterisierte dünne Polymerfilme, wie Mylar oder Teflon (Du Pont Co., Wilmington, Delaware), wie auch Aluminiumfilme können für diesen Zweck verwendet werden.
Das Versiegeln der Substrate kann unter Verwendung von ausgehärteten Klebstoffen erreicht werden, die am Zellenperimeter angewendet werden und die ein kapilläres Füllen von Öffnungen oder Leerräumen vor der Aushärtung erlauben. Qik-Stik Epoxidharz (GC Electronics, Rockford, Illinois) wie auch Norland Optical Adhesives (Norland Products, Inc, New Brunswick, New Jersey) sind für diesen Zweck erhältlich. Im Falle von Großraum-Flexibelanzeigen, bei denen thermoplastische Polymersubstrate verwendet werden, kann eine Hitzeversiegelung verwendet werden, wo die verschiedenen Substrate mit Hitze- und Druckanwendung zusammengeschweißt werden können.
Wie von 5 gesehen werden kann, hat jede Flüssigkristallschicht eine entsprechendes Paar von Ausrichtungsschichten. Bei dieser Erfindung hat wenigstens eine der Ausrichtungsschichten jedes Paars eine optische Ausrichtungsschicht, andere Ausrichtungsbereiche 5 der Flüssigkeitskristallschicht haben drei oder mehrere Ausrichtungszustände, die in einer Grauskala resultieren. In 5 können die verschiedenen Ausrichtungszustände der Ausrichtungsbereiche 5 verschiedene gedrehte, Birefraktionen, oder Kombinations-Ausrichtungszustände, oder eine Kombination aller 3 Zustandsarten, die in 2–4 gezeigt werden, gesehen werden. Die Ausrichtungszustände werden von einer Belichtung von ausgewählten Bereichen der optischen Ausrichtungsschicht mit polarisiertem Licht gesteuert. Jede Flüssigkeitskristallschicht kann selektiv angesprochen werden, indem die Absorbierungseigenschaften der entsprechenden optischen Ausrichtungsschichten mit den entsprechenden Wellenlängen des polarisierten Lichts angepasst werden. Die Belichtung der optischen Ausrichtungsschicht mit dem polarisierten Licht kann vor oder nach der Konstruktion der Zelle und vor oder nach dem Kontakt mit dem Flüssigkeitskristallmedium stattfinden.
Damit ein optisches Speichermedium eine Grauskala anzeigt, ist ein optischer Prozess für die Speicherung von Informationen mit einer Grauskala in einer Flüssigkeitskristallschicht notwendig. Der Prozess besteht aus: a) der Belichtung in ausgewählten Ausrichtungsbereichen von einer oder zwei optischen Ausrichtungsschichten eines Ausrichtungsschichtenpaars zu polarisiertem Licht mit einem Vektor, wobei die optische(n) Ausrichtungsschichte(n) aus anisotriopisch absorbierenden Molekülen oder Teilen bestehen und wobei das polarisierte Licht eine oder mehrere Wellenlängen innerhalb des Absorbierungsbandes der anisotropisch absorbierenden Moleküle oder Teile hat (haben) und wobei die belichteten optischen Ausrichtungsschichten zu einer Ausrichtung eines Flüssigkeitskristallmediums bei einem Winkel + und – 0 in Hinsicht zu dem Vektor des polarisierten Lichts and entlang der Ebene der Ausrichtungsschichte(n) hat und b) worin der Vektor des polarisierten Lichts sich in der Ebene des (der) optischen Ausrichtungsschichte(n) zu einer neuen Position dreht und c) wobei der Schritt a wieder holt wird. Jede Belichtung mit einem neuen Vektor des polarisierten Lichts erstellt einen neuen Ausrichtungsstatus innerhalb der Flüssigkeitskristallschicht.
Die Aussetzung von ausgewählten Bereichen eines optischen Ausrichtungsschichtenpaars zu polarisiertem Licht während die andere Ausrichtungsschicht fixiert bleibt, erlaubt die Formierung von gedrehten Ausrichtungszuständen.
Die gleiche Aussetzung von ausgewählten Bereichen von zwei Ausrichtungsschichten eines Ausrichtungsschichtenpaars zu polarisiertem Licht resultiert in einem Birefrakturausrichtungszustand.
Wenn ausgewählte Bereiche von zwei optischen Ausrichtungsschichten eines Ausrichtungsschichtenpaars verschieden dem polarisierten Licht ausgesetzt werden, wird ein Kombinationsausrichtungszustand geschaffen.
Unter „polarisiertem Licht" versteht man Licht, das elliptisch so polarisiert wird, dass das Licht entlang einer Achse (wird Hauptachse bezeichnet) polarisiert ist im Vergleich zu einer orthogonalen Achse (wird als Nebenachse bezeichnet). In dieser Erfindung ist die bevorzugte Polarisierung ein linear polarisiertes Licht, wobei das Licht hauptsächlich entlang einer Achse (der Hauptachse) polarisiert ist mit weniger oder keiner Polarisierung entlang der Nebenachse. Bei dieser Erfindung hat das polarisierte Licht eine oder mehrere Wellenlängen zwischen 150 und 2000 nm und liegt bevorzugt zwischen 150 und etwa 1600 nm und bevorzugter zwischen 150 und etwa 800 nm. Das am meisten bevorzugte Licht liegt zwischen 150 und etwa 400 nm oder zwischen 400 nm und 800 nm. Eine bevorzugte Lichtquelle ist ein Laser, z. B. Argon, Helium Neon oder Helium Kadmium. Andere bevorzugte Lichtquellen sind Quecksilberdampf, Xenon Lampen und Schwarzlichter. Bei Niederstromlasern oder bei der Ausrichtung von kleinen Ausrichtungsberei chen könnte es notwendig werden, den Lichtstrahl auf die optische Ausrichtungsschicht zu konzentrieren.
Der Vorgang kann verwendet werden, um eine große Anzahl von eindeutigen Ausrichtungszuständen in einem Flüssigkeitskristallmedium zu schaffen, damit eine hohe Bildschärfe der Grauskala erreicht werden kann. Die bevorzugte Anzahl von Ausrichtungszuständen liegt zwischen 4 und 2000 und die am bevorzugtesten liegen zwischen 16 und 360. Die letzter Zahl erlaubt eine Speicherung mit hoher Bildschärfe von photographischen Bildern auf dem Medium. Der Prozess erlaubt auch eine sehr hohe Dichte von Ausrichtungsbereichen pro Einheitsbereich. Bevorzugte Ausrichtungsbereiche liegen zwischen 0,1 und 100 μm².
Der Prozess kann verwendet werden, um Grauskalen bei allen Flüssigkeitskristallmedien zu erhalten, die im U.S Patent 5,032,009 und bei den polymerisierten Flüssigkeitskristallen, die in U.S. Patent 5,037,294 beschrieben sind. Der Prozess ist für die Erreichung einer Grauskala mit nematischen Flüssigkeitskristallen, Gast-Gastgeber Mischungen mit anisotropisch absorbierenden Molekülen wie Azo und Poly(azo)Farbstoffen, die hier beschrieben werden und die in nematischen Flüssigkeitskristallen gelöst sind und schließlich polymerisierbare nematische Flüssigkeitskristalle sehr nützlich. Spezifische Flüssigkeitskristalle, die für diesen Prozess bevorzugt sind, schließen 4-Cyano-4'-Alkylbiphenyls, 4-Alkyl(4'-Cyanophenyl)Cyclohexane und Gast-Gastgeber Mischungen ein, die von ihnen abgeleitet werden.
Eine Flüssigkeitskristallschicht (x = 0)
Eine bevorzugte Verkörperung der Erfindung (5) besteht aus einer Flüssigkeitskristallschicht und keiner Wiederholung 4 (X = 0). Die einzige Flüssigkeitskristallschicht kann eine oder zwei optische Ausrichtungsschichten haben. Es gibt verschiedene alternative Konstruktionen des optischen Speichermediums, die in diese Verkörperung fallen.
Ein bevorzugtes optisches Speichersystem hat eine optische Ausrichtungsschicht und die zweite Ausrichtungsschicht ist eine optisch inaktive konventionelle Ausrichtungsschicht. Die Flüssigkeitskristallschicht hat drei oder mehrere gedrehte Ausrichtungszustände und bevorzugter zwischen 4 und 2000 gedrehte Ausrichtungszustände in ausgewählten Bereichen der Flüssigkeitskristallschicht. Die Aussetzung der optischen Ausrichtungsschicht in gewählten Bereichen zu polarisiertem Licht innerhalb der Absorbierungsreichweite der optischen Ausrichtungsschicht erlaubt die Drehung der Flüssigkeitskristallrichtung auf dieser Oberfläche, während die zweite Oberfläche fixiert bleibt. Der Wert dieser Drehung ist kontrolliert und variiert von einem Bereich zum nächsten, wie oben beschrieben.
Ein weiteres bevorzugtes optisches Speichermedium hat zwei optische Ausrichtungsschichten und die Flüssigkeitskristallschicht hat drei oder mehrere gedrehte Ausrichtungszustände und bevorzugter zwischen 4 und 2000 gedrehte Ausrichtungszustände in ausgewählten Bereichen. Um dies zu erreichen, kann eine optische Ausrichtungsschicht mit polarisierem Licht gleichförmig belichtet werden, um eine gleiche Hintergrundsausrichtung auf einer optischen Ausrichtungsschicht zu erstellen. Die Aussetzung der zweiten Ausrichtungsschicht zu polarisiertem Licht während das Polarisierungsvektorlicht in den ausgewählten Bereichen variiert, erlaubt die Rotation der Flüssigkeitskristallrichtung auf der zweiten Oberfläche. Der Wert dieser Drehung kann – wie oben angegeben – kontrolliert werden.
Ein weiteres bevorzugtes optisches Speichermedium hat zwei Ausrichtungsschichten und drei oder mehrere Ausrichtungszustände und bevorzugter zwischen 4 und 2000 Ausrichtungszustände mit verschiedenen lokalen Birefrakturachsen in der Ebene der Ausrichtungsschichten. Dies kann erzielt werden, indem ausgewählte Bereiche von beiden optischen Ausrichtungsschichten gleich dem polari siertem Licht ausgesetzt werden, während sich der polarisierende Lichtvektor ändert.
Ein weiteres bevorzugtes optisches Speichermedium hat zwei identische optische Ausrichtungsschichten und drei oder mehrere Kombinationsausrichtungszustände, und bevorzugter zwischen 4 und 2000 Kombinationsausrichtungszustände mit verschiedenen lokalen Birefraktionsachsen in der Ebene der Ausrichtungsschichten und verschiedene gedrehte Ausrichtungszustände. Dies kann erreicht werden, indem jede optische Ausrichtungsschicht unterschiedlich dem polarisierten Licht bei sich ändernden polarisiertem Lichtvektor ausgesetzt wird.
Ein weiteres bevorzugtes optisches Speichermedium hat zwei verschiedene optische Ausrichtungsschichten mit verschiedenen Absorbierungseigenschaften und drei oder mehrere verschiedenen gedrehte Ausrichtungszuständen und bevorzugter zwischen 4 und 2000 gedrehte Ausrichtungszustände in ausgewählten Bereichen der Flüssigkeitskristallschicht. Eine optische Ausrichtungsschicht ist gleichförmig mit der ersten Wellenlänge des polarisierten Lichts belichtet, um eine gleichförmige Hintergrundsausrichtung zu erstellen. Die zweite optische Ausrichtungsschicht wird in ausgewählten Bereichen mit einer zweiten Wellenlänge von polarisiertem Licht ausgesetzt während der polarisierte Lichtvektor geändert wird. Dies erlaubt die Rotation der Flüssigkeitskristallrichtung auf der zweiten Oberfläche. Der Wert der Drehung kann wie oben angegeben, kontrolliert werden.
Ein weiteres bevorzugtes optisches Speichermedium hat zwei verschiedene optische Ausrichtungsschichten mit verschiedenen Absorbierungseigenschaften und drei oder mehreren Birefrakturausrichtungszuständen und bevorzugter zwischen 4 und 2000 Birefrakturausrichtungszuständen. Eine optische Ausrichtungsschicht ist in ausgewählten Bereichen einem polarisierten Licht ausgesetzt, während sich der polarisierende Lichtvektor ändert. Die zweite Ausrichtungsschicht wird in ausge wählten Bereichen mit einer zweiten Wellenlänge von polarisiertem Licht ausgesetzt. Dies erlaubt in ausgewählten Bereichen eine unabhängige Rotation der Flüssigkeitskristallrichtung auf beiden Oberflächen.
Ein weiteres bevorzugtes optisches Speichermedium hat zwei verschiedene optische Ausrichtungsschichten mit verschiedenen Absorbierungseigenschaften und drei oder mehrere Kombinationsausrichtungszustände und bevorzugter zwischen 4 und 2000 Kombinationsausrichtungszuständen. Eine optische Ausrichtungsschicht ist in ausgewählten Bereichen einem polarisierten Licht ausgesetzt, während sich der polarisierende Lichtvektor ändert. Die zweite Ausrichtungsschicht wird in ausgewählten Bereichen mit einer zweiten Wellenlänge von polarisiertem Licht ausgesetzt. Dies erlaubt in ausgewählten Bereichen eine unabhängige Rotation der Flüssigkeitskristallrichtung auf beiden Oberflächen.
Ein weiteres bevorzugtes optisches Speichermedium mit einer Flüssigkeitskristallschicht hat Elektrodenmuster auf einem oder mehreren Substraten. Die Substrate können z. B. mit Indium-Zinn Oxide (ITO) beschichtete Glasplatten sein. Die ITO-Elektroden sind mit einem konventionellen lithographischen Prozess gemustert. Mit einem angelegten elektrischen Feld, können ausgewählte Bereiche des optischen Speichermediums angesprochen oder gelesen werden. Dies kann Schreiben/Lesen Betriebe vereinfachen und/oder beschleunigen.
Das in dieser Erfindung beschriebene optische Speichermedium hat viele Anwendungen in der Datenspeicherung, Es kann als ein Datenspeichermedium für CDs, CD-Rs, CD-Es hoher Dichte, photographische Bilder, Speicheranzeigen und für kombinierte Wirkungen von zwei oder mehreren Flüssigkeitskristallschichten verwendet werden. Verschiedene Anwendungen des optischen Speichermediums dieser Erfindung werden weiter unten diskutiert.
Ein optisches Speichermedium mit einer Flüssigkeitskristallschicht mit kodierten Drehausrichtungszuständen, die den digitalen Informationen entsprechen, können als eine CD oder CDROM verwendet werden. Das optische Speichermedium befindet sich zwischen einem Paar von Polarisierern. Die kodierten digitalen Informationen werden mit einem Lichtstrahl gelesen, der sich durch jeden ausgerichteten Bereich und durch jede Aufzeichnung von übertragener oder reflektierter Lichtintensität mit einem passenden Photodetektor bewegt. Die aufgezeichneten Intensitätsinformationen werden weiter als eine Funktion der ausgerichteten Bereiche und der Größe der übertragenen Intensität verarbeitet.
Ein optisches Speichermedium mit einer Flüssigkeitskristallschicht mit kodierten Ausrichtungszuständen kann als ein Einmal-Schreiben-Oft-Lesen (WORM oder CD-R) Speicher verwendet werden. Der Kodierungsschritt kann durchgeführt werden, indem ausgewählte Bereiche der optischen Ausrichtungsschicht mit polarisiertem Licht belichtet werden, während sich der polarisierende Lichtvektor ändert. Die belichteten Bereiche entsprechen den gewünschten Informationen. Die kodierten digitalen Informationen können viele Male gelesen werden wie es für CDs mit Drehausrichtungszuständen beschrieben wurde.
Ein optisches Speichermedium mit einem Flüssigkeitskristallschichtzustand kann als eine löschbare CD (CD-E) mit einer Schreiben-Überschreiben Fähigkeit verwendet werden. Der Ausrichtungszustand in jedem Bereich kann geändert werden, indem die Richtung des polarisierten Lichtvektors des Schreibstrahls geändert wird, wie weiter oben beschrieben. Die neuen Informationen werden gespeichert und können dann gelesen werden, wie bei der CD mit gedrehten Ausrichtungszuständen.
Photographische Bilder können im optischen Speichermedium mit einer Flüssigkeitskristallschicht mit kodierten Drehausrichtungszuständen gespeichert werden. Die Bilder sind ohne die Polarisierer unsichtbar. Das Photo kann visuell gelesen werden wenn das optische Speichermedium zwischen ein Paar von Polarisierern gesetzt wird. Positive und negative photographische Bilder können gelesen werden, wenn die Absorbierungsachsen des Polarisiererpaars parallel oder senkrecht zueinander stehen. Als weitere interessante Eigenschaft haben die Bilder sehr weite Sehwinkel. Bilder, die mit Flüssigkeitskristallen angezeigt werden, haben enge Sehwinkel, wie bei gewerblichen Flüssigkeitskristallanzeigen, Rechnern und Laptop-Computern gesehen werden kann.
Ein optisches Speichermedium mit einer Flüssigkeitskristallschicht mit kodierten Birefrakturausrichtungszuständen, die den digitalen Informationen entsprechen, kann als eine CD oder eine Nur-Lesen CD (CDROM) verwendet werden. Die kodierte digitalen Informationen werden mit einem polarisierten Lichtstrahl gelesen, der durch jeden ausgerichteten Bereich geführt wird und die Phasendifferenz des übertragenen oder reflektierten Lichts wird mit einer passenden Kombination von Polarisierern und/oder interferometrischen Methoden bestimmt. Die aufgezeichneten Intensitätsinformationen werden weiter als eine Funktion des Orts der ausgerichteten Bereiche und der Größe des übertragenen oder reflektierten Lichts verarbeitet.
Ein optisches Speichermedium mit einer Kristallschicht mit der Fähigkeit von Birefraktorusrichtungszuständen kann als Einmal-Schreiben-Oft-Lesen (WORM oder CD-R) Speicher verwendet werden. Der Kodierungsschritt erfolgt durch die gleiche Belichtung von ausgewählten Bereichen von beiden optischen Ausrichtungsschichten mit polarisiertem Licht während sich der polarisierte Lichtvektor ändert. Die belichteten Bereiche entsprechen den gewünschten digitalen Informationen. Die kodierten digitalen Informationen können viele Male gelesen werden, wie es für die CD mit BirefraktorAusrichtungszuständen beschrieben ist.
Ein optisches Speichermedium mit einer Flüssigkeitskristallschicht mit der Fähigkeit von kodierten Birefrakturausrichtungszuständen kann als eine löschbare CD (CD-E) verwendet werden. Der Ausrichtungszustand in jedem Bereich kann geändert werden, indem die Richtung des polarisierten Lichtvektors des oben beschriebenen Schreibstrahls geändert wird. Neue Informationen werden gespeichert und können dann nach der Beschreibung der CD mit Birefraktur Ausrichtungszuständen gelesen werden.
Photographische Bilder können in einem optischen Speichermedium mit einer Flüssigkeitskristallschicht mit kodierten Birefraktur Ausrichtungszuständen gespeichert werden. Das Photo kann visuell mit einer passenden Kombination von Polarisierern und/oder interferometrischen Methoden – wie einer holographischen Methode – gelesen werden. Positive und negative photographische Bilder können mit einer passenden Anordnung der interferometrischen Methoden gelesen werden.
Ein optisches Speichermedium mit einer Flüssigkeitskristallschicht mit kodierten Kombinationsausrichtungszuständen, die den digitalen Informationen entsprechen, kann als eine CD oder eine CD mit Nur-Lesen Speicher (CDROM) verwendet werden (CDROM). Die kodierten digitalen Informationen werden mit einem Lichtstrahl gelesen, der durch alle ausgerichteten Bereiche und die Aufzeichnung der Phase und/oder der Intensität des übertragenen oder reflektierten Lichts durch eine passende Kombination von interferometrischen Methoden, Polarisierern und Photodetektoren geführt wird. Die aufgezeichneten Lichtinformationen werden weiter als Funktion des Standorts der ausgerichteten Bereiche und der Größe der übersandten Bereiche und der Größe der übertragenen oder reflektierten Intensität verarbeitet.
Ein optisches Speichermedium mit einer Flüssigkeitskristallschicht mit der Fähigkeit von kodierten Kombinationsausrichtungszuständen kann als ein Einmal-Schreiben-Oft-Lesen (WORM oder CD-R) Speicher verwendet werden. Der Kodierungsschritt wird mit dem Schreibstrahl des polarisierten Lichts mit variierendem polarisierten Lichtvektor und belichteten Bereichen erzielt werden, die den gewünschten Digitalinformationen entsprechen. Die kodierten digitalen Informationen können oft gelesen werden, wie es für die CD mit Kombinationsausrichtungszuständen beschrieben wird.
Ein optisches Speichermedium mit einer Flüssigkeitskristallschicht mit der Fähigkeit von kodierten Kombinationsausrichtungszuständen kann als eine löschbare CD (CD-E) verwendet werden. Der Ausrichtungszustand in jedem Bereich kann geändert werden, indem die Richtung des polarisierten Lichtvektors des Schreibestrahlvektors, wie oben beschrieben geändert wird. Neue Informationen werden gespeichert und können dann gelesen werden, wie in der CD mit Kombinationsausrichtungszuständen beschrieben wird.
Photographische Bilder können in einem optischen Speichermedium mit einer Flüssigkeitskristallschicht mit kodierten Kombinationsausrichtungszuständen gespeichert werden. Das Photo kann visuell mit einer passenden Kombination von interferometrischen Methoden und Polarisierer gelesen werden. Positive und negative photographische Bilder können mit einer passenden Anordnung des interferometrischen Geräts und/oder Polarisierer gelesen werden.
Ein optisches Speichermedium mit einer oder mehreren Flüssigkeitskristallschicht mit der Fähigkeit von kodierten Mischungen von gedrehten Birefraktur und Kombinationsausrichtungszuständen kann als eine löschbare CD (CD-E) verwendet werden. Der Ausrichtungszustand in jedem Bereich kann geändert werden, indem die Richtung des polarisierten Lichtvektors des Schreibstrahls geändert wird, wie oben beschrieben. Neue Informationen werden gespeichert und können dann gelesen werden, wie in der CD mit Kombinationsausrichtungszuständen beschrieben wird.
Ein optisches Speichermedium mit einer Flüssigkeitskristallschicht mit Drehausrichtungszuständen, Birefraktur Ausrichtungszuständen oder Kombinationsausrichtungszuständen kann für eine Speicheranzeige verwendet werden. Die vorher beschriebenen photographischen Bilder können zu neuen Bildern mit folgenden Belichtungen zu polarisiertem Licht geändert werden. Im Falle, dass die Geschwindigkeit der Bildänderungen größer als die Videogeschwindigkeit ist, kann die Anzeige für Filme oder Fernsehen verwendet werden. Bei Änderungen, die langsamer als die Videogeschwindigkeit sind, kann die optische Speicheranzeige dazu verwendet werden, Zeichen zu ändern, zum Beispiel um den Verkehrsfluss zu regeln. Wie oben erwähnt, ist der große Sehwinkel ein interessanter Vorteil des optischen Speichermediums, der typisch nicht bei konventionellen Flüssigkeitskristallanzeigen gefunden werden kann.
Zwei Flüssigkeitskristallschichten (X = 1)
In einer bevorzugten Verkörperung dieser Erfindung besteht das optische Speichermedium mit einer Grauskala aus zwei Flüssigkeitskristallschichten mit einer Wiederholung 4 (X = 1 in 5). Die zwei Flüssigkeitskristallschichten können eine oder zwei gleiche oder auch verschiedene optische Ausrichtungsschichten innerhalb ihrer entsprechenden Ausrichtungsschichtenpaare haben. Die optischen Ausrichtungsschichten können die gleichen oder verschiedene Absorbierungseigenschaften haben. Es wird bevorzugt, dass das erste Ausrichtungsschichtenpaar wenigstens eine optische Ausrichtungsschicht mit besagten anisotropisch absorbierenden Moleküle oder Teile mit einem Absorbierungsmaximum zwischen 150 und 400 nm hat und dass ein zweites Ausrichtungsschichtenpaar wenigstens eine optische Ausrichtungsschicht mit besagten anisotropisch absorbierenden Molekülen oder Teile hat, die zwischen 400 nm und 800 nm liegen. Es gibt verschiedene alternative Designs des optischen Speichermediums, die innerhalb dieser Verkörperung fallen.
In einem bevorzugten optischen Speichermedium mit zwei Flüssigkeitskristallschichten, hat jedes Paar der Ausrichtungsschichten eine optische Ausrichtungsschicht und die zweite Ausrichtungsschicht ist optisch inaktiv – eine konventionelle Ausrichtungsschicht. Die optischen Ausrichtungsschichten werden bevorzugt auf den gegenüberliegenden der äußeren Substraten bestrichen. Die konventionellen Ausrichtungsschichten werden von Rückseite zur Rückseite auf dem inneren Substrat bestrichen. Die Flüssigkeitskristallschichten haben drei oder mehrere gedrehte Ausrichtungszustände und bevorzugter zwischen 4 und 2000 gedrehte Ausrichtungszustände in den ausgewählten Bereichen jeder Flüssigkeitskristallschicht.
Die Belichtung der optischen Ausrichtungsschicht in ausgewählten Bereichen zu polarisiertem Licht innerhalb der Absorbierungsreichweite der optischen Ausrichtungsschichten erlaubt die Drehung der Flüssigkeitskristallrichtung auf dieser Oberfläche, während die zweite Oberfläche fixiert bleibt. Die optischen Ausrichtungsschichten können unabhängig voneinander belichtet werden, indem sie vor der Konstruktion der vollständigen Zelle oder durch Belichtung von einer der beiden Seiten der fertigen Zelle der Zelle belichtet wird. Der Wert der Drehung wird von einem Bereich zum nächsten gesteuert und geändert, wie oben beschrieben wird.
In einem weiteren bevorzugten optischen Speichersystem hat jedes Ausrichtungsschichtenpaar eine optische Ausrichtungsschicht und die zweite Ausrichtungsschicht ist eine optisch inaktive konventionelle Ausrichtungsschicht. Die opti schen Ausrichtungsschichten haben verschiedene Absorbierungsmaxima, sind sensibel zu verschiedenen Wellenlängen des Lichts und werden bevorzugt auf den gegenüberstehenden Oberflächen der zwei äußeren Substrate beschichtet. Die konventionellen Ausrichtungsschichten werden Rücken zu Rücken auf dem inneren Substrat bestrichen. Die Flüssigkeitskristallschichten haben drei oder mehrere gedrehte Ausrichtungszustände und bevorzugter zwischen 4 und 2000 gedrehte Ausrichtungszustände in ausgewählten Bereichen von jeder Flüssigkeitskristallschicht. Die Belichtung der optischen Ausrichtungsschicht in ausgewählten Bereichen zu linear polarisiertem Licht innerhalb der Absorbierungsreichweiten der optischen Ausrichtungsschichten erlaubt die Drehung der Flüssigkeitskristallrichtung auf diese Oberfläche, während die zweite Oberfläche fixiert bleibt. Die optischen Ausrichtungsschichten können unabhängig voneinander auf jeder Seite vor der Konstruktion der Zelle oder durch die Aussetzung von einer oder der anderen Seite der vollständigen Zelle belichtet werden. Der Drehwert ist kontrolliert und unterscheidet sich von einem Bereich zum anderen, wie oben beschrieben.
Bei einem weiteren bevorzugten optischen Speichermedium mit zwei Flüssigkeitskristallen hat jedes Ausrichtungsschichtenpaar zwei ähnliche optische Ausrichtungsschichten aber jedes Ausrichtungsschichtenpaar hat ein unterschiedliches Absorbierungsmaximum, wie oben angegeben. Jede der Flüssigkeitskristallschichten haben drei oder mehrere gedrehte Ausrichtungszustände und bevorzugter zwischen 4 und 2000 gedrehte Ausrichtungszustände in ausgewählten Bereichen. Um dies zu erreichen, wird eine optische Ausrichtungsschicht jedes Ausrichtungsschichtpaars gleichförmig mit polarisiertem Licht einer Wellenlänge innerhalb der Absorbierungsreichweite der anisotropisch absorbierenden Moleküle oder Teile belichtet, um eine gleichförmige Hintergrundsausrichtung auf einer optischen Ausrichtungsschicht zu erstellen. Die Aussetzung der zweiten optischen Ausrichtungsschicht zu polarisiertem Licht einer ähnlichen Wellenlänge, während der Änderung des polarisierten Lichtvektors in ausgewählten Bereichen erlaubt eine Drehung der Flüssigkeitskristallrichtung auf der zweiten Oberfläche. Der Drehwert kann wie oben angegeben gesteuert werden und die Flüssigkeitskristallschichten können unabhängig voneinander unter Verwendung von zwei verschiedenen Wellenlängen ausgerichtet werden.
Bei einem weiteren optischen Speichermedium mit zwei Flüssigkeitskristallschichten hat jedes Ausrichtungsschichtenpaar zwei ähnliche optische Ausrichtungsschichten aber jedes Ausrichtungsschichtenpaar hat ein unterschiedliches Absorbierungsmaximum. Jede der Flüssigkeitskristallschichten hat drei oder mehrere Birefraktur Ausrichtungszustände und bevorzugter zwischen 4 und 2000 Birefraktur Ausrichtungszustände in ausgewählten Bereichen. Um dies zu erreichen, wird eine optische Ausrichtungsschicht jedes Ausrichtungsschichtpaars gleichförmig mit polarisiertem Licht einer Wellenlänge in ausgewählten Bereichen innerhalb der Absorbierungsreichweite belichtet während der polarisierte Lichtvektor geändert wird. Das zweite Ausrichtungsschichtenpaar kann mit einer zweiten Wellenlänge polarisierten Lichts auf ähnliche Weise angesprochen werden. Die Steuerkristallschichten können unabhängig voneinander mit zwei verschiedenen Wellenlängen des Lichts vor oder nach der Konstruktion der Zelle ausgerichtet werden.
In einem weiteren bevorzugten Speichermedium mit zwei Flüssigkeitskristallschichten, hat jede Schicht zwei optische Ausrichtungsschichten mit verschiedenen Absorbierungseigenschaften. Die Flüssigkeitskristallschichten haben drei oder mehrere Kombinationsausrichtungszustände und bevorzugter zwischen 4 und 2000 Drehausrichtungszustände in ausgewählten Bereichen jeder Flüssigkeitskristallschicht. Eine optische Ausrichtungsschicht wird in ausgewählten Bereichen polarisierter Licht ausgesetzt, während der polarisierte Lichtvektor geändert wird. Die zweite Ausrichtungsschicht wird in ausgewählten Bereichen mit einer zweiten Wellenlänge von polarisiertem Licht belichtet. Dies erlaubt in ausgewählten Bereichen eine unabhängige Rotation der Flüssigkeitskristallrichtung auf beiden Oberflächen. Dieser Vorgang wird für das zweite Ausrichtungsschichten paar wiederholt. Die optischen Ausrichtungsschichten können unabhängig voneinander durch eine Aussetzung vor der Konstruktionsbeendigung der Zelle, oder durch Belichtung von beiden Seiten der fertigen Zelle belichtet werden.
Ein weiteres bevorzugtes optisches Speichermedium mit zwei Flüssigkeitskristallschichten hat gemusterte Elektroden auf einer oder auf mehreren Substraten. Die Substrate können zum Beispiel mit Indium-Zinnoxide (ITO) beschichtete Glassplatten sein. Die ITO-Elektroden sind mit einem konventionellen lithographischen Prozess erstellt. Mit einem angelegten elektrischen Feld können ausgewählte Bereiche von einer oder beiden Flüssigkeitskristallschicht angesprochen oder gelesen werden. Dies kann die Schreiben/Lesen Betriebe vereinfachen und/oder beschleunigen.
Ein optisches Speichermedium mit zwei kodierten Drehausrichtungszuständen, die den digitalen Informationen entsprechen, kann als eine CD oder eine CDROM verwendet werden. Das optische Speichermedium liegt zwischen einem Paar von Polarisierern. Jede Flüssigkeitskristallschicht wird von der passenden und sammelnden Optik des Leselichtstrahls angesprochen und gelesen. Die kodierten digitalen Informationen werden mit einem Lichtstrahl gelesen, der durch jeden Ausrichtungsbereich durchgeführt und die Aufzeichnung der übertragenen oder reflektierten Lichtintensität wird von einem passenden Photodetektor stattfinden. Die aufgezeichneten Intensitätsinformationen werden weiter als Funktion jeder Schichte, Standort der Ausrichtungsbereiche und als Größe der übertragenen oder reflektierten Intensität weiter verarbeitet.
Ein optisches Speichermedium mit zwei Flüssigkristallschichten kann als ein Einmal-Schreiben-Oft-Lesen Speicher (WORM oder CD-R) verwendet werden. Der Kodierungsschritt kann durchgeführt werden, indem ausgewählte Bereiche der ausgewählten optischen Ausrichtungsschichten mit polarisiertem Licht be lichtet werden, während sich der polarisierte Lichtvektor ändert. Die beleuchteten Bereiche entsprechenden gewünschten digitalen Informationen. Die kodierten digitalen Informationen können viele Male wie oben beschrieben für eine CD mit Drehausrichtungszuständen gelesen werden.
Ein optisches Speichermedium mit zwei Flüssigkeitskristallschichten mit der Fähigkeit von kodierten Drehausrichtungszuständen kann als eine löschbare CD (CD-E) verwendet werden. Der Ausrichtungszustand kann in jedem Bereich geändert werden, indem die Richtung des polarisierten Lichtvektors des oben beschriebenen Schreibstrahls geändert wird. Neue Informationen werden gespeichert und können dann gelesen werden, wie in der CD mit Drehausrichtungszuständen beschrieben ist.
Photographische Bilder können in einem optischen Speichermedium mit zwei Flüssigkeitskristallschichten mit kodierten Drehausrichtungszuständen gespeichert werden. Das Bild ist ohne Polarisierer unsichtbar. Das Photo kann visuell gelesen indem die Flüssigkeitskristallschicht mit passender Brennpunkt- und Sammeloptik gelesen wird, nachdem das optische Speichermediumn zwischen einem Paar von Polarisierern gesetzt wird. Positive oder negative photographische Bilder haben die Absorbierungsachsen des Polarisierungspaars entweder parallel oder senkrecht zueinander.
Ein optisches Speichermedium mit zwei Flüssigkristallschichten mit kodierten Birefraktur Ausrichtungszuständen, die den digitalen Informationen entsprechen, können als eine CD oder als ein Nur-Lesen Speicher (CDROM) verwendet werden. Die kodierten digitalen Informationen von jeder Flüssigkeitskristallschicht werden mit einem Lichtstrahl gelesen, der durch jeden Ausrichtungsbereich der ausgewählten Schichten durch eine passende Brennpunkt Sammeloptik durchgeführt wird und die Phasendifferenz des übertragenen oder reflektierten Lichts wird von einer passenden Kombination von Polarisierern und/oder interferometrischen Methoden bestimmt. Die aufgezeichneten Intensitätsinformationen werden weiter als Funktion jeder Schichte, und jedes Standort der Ausrichtungsbereiche und der Größe der Phase des übertragenen oder reflektierten Lichts weiter verarbeitet.
Ein optisches Speichermedium mit zwei Flüssigkeitskristallschichten mit der Fähigkeit von kodierten Birefraktur Ausrichtungszuständen kann als ein Einmal-Schreiben-Oft-Lesen CD (WORM oder CD-R) Speicher verwendet werden. Die kodierten digitalen Informationen können oft gelesen werden, wie für das CD mit Birefraktur Ausrichtungszuständen beschrieben ist.
Ein optisches Speichermedium mit zwei Flüssigkeitskristallschichten mit der Fähigkeit von kodierten Birefraktur Ausrichtungszuständen kann als eine löschbare (CD-E) verwendet werden. Der Ausrichtungsstatus in jedem Bereich der ausgewählten Schicht kann geändert werden, indem die Richtung des polarisierten Lichtvektors des Schreibstrahls wie oben beschrieben, geändert wird. Neue Informationen können dann gelesen werden, wie oben für die CD mit Birefraktur Ausrichtungszuständen beschrieben.
Photographische Bilder können in einem optischen Speichermediumn mit zwei Kristallschichten mit kodierten Birefraktur Ausrichtungszuständen wie vorher beschrieben gespeichert werden. Das Photo kann visuell mit einer passenden Kombination von Polarisierern und/oder interferometrischen Methoden gelesen werden. Positive und negative photographische Bilder können mit einer passenden Anordnung des interferometrischen Apparats gelesen werden.
Ein optisches Speichermedium mit zwei Flüssigkristallschichten mit kodierten Kombinationsausrichtungszuständen, die den digitalen Informationen entspre chen, können als eine CD oder als Nur-Lesen Speicher CDROM verwendet werden. Die kodierten digitalen Informationen werden mit einem Lichtstrahl gelesen, der durch jeden Ausrichtungsbereich der ausgewählten Schichten durch eine passende Brennpunkt Sammeloptik durchgeführt wird und die Aufzeichnung der Phase und/oder der Intensität des übertragenen oder reflektierten Lichts wird von einer passenden Kombination von interferometrischen Methoden, Polarisierern und Photodetektoren bestimmt. Die aufgezeichneten Lichtinformationen werden weiter als Funktion jeder Flüssigkeitskristallschicht, des Standorts der Ausrichtungsbereiche und der Größe der übertragenen oder reflektierten Intensität weiter verarbeitet.
Ein optisches Speichermedium mit zwei Flüssigkeitskristallschichten mit der Fähigkeit von kodierten Kombinationsausrichtungszuständen können als ein Einmal-Schreiben-Oft-Lesen (WORM oder CD-R) Speicher verwendet werden. Der Kodierungsschritt wird durch den Schreibstrahl des polarisierten Lichts mit sich änderndem Lichtvektor und beleuchteten ausgewählten Bereichen erreicht, die den gewünschten digitalen Informationen entsprechen. Die kodierten digitalen Informationen können oft gelesen werden, wie oben für die CD mit Kombinationsausrichtungszuständen beschrieben wird.
Ein optisches Speichermedium mit zwei Flüssigkeitskristallschichten mit der Fähigkeit von kodierten Kombinationsausrichtungszuständen kann als eine löschbare CD (CD-E) verwendet werden. Der Ausrichtungszustand in jedem ausgewählten Bereich kann geändert werden, indem die Richtung des polarisierten Lichtvektors des Lesestrahls geändert wird. Neue Informationen werden dann gespeichert und können dann gelesen werden, wie oben für die CD mit Kombinationsausrichtungszuständen beschrieben wird.
Photographische Bilder können in einem optischen Speichermedium mit zwei Flüssigkeitskristallmedien mit kodierten Kombinationsausrichtungszuständen gespeichert werden. Das Photo kann visuell mit einer passenden Kombination von Sammeloptik, interferometrischen Methoden und Polarisierern gelesen werden. Positive oder negative photographische Bilder können mit einer passenden Kombination von Polarisierern und/oder interferometrischen Methoden gelesen werden.
Ein optisches Speichermedium mit zwei Flüssigkeitskristallschichten mit Drehausrichtungszuständen, Birefraktur Ausrichtungszuständen oder Kombinationsausrichtungszuständen können auch für Speicheranzeigen verwendet werden. Die vorher beschriebenen photographischen Bilder können mit neuen Bildern durch einen Lesestrahl ausgetauscht werden. Wenn die Änderungsgeschwindigkeit der Bilder schneller als die Videogeschwindigkeit ist, kann die Anzeige für Filme oder Fernsehen verwendet werden. Bei langsamerer Änderungsgeschwindigkeit als die Videogeschwindigkeit kann die optische Speicheranzeige für änderbare Zeichen, zum Beispiel für das Lenken des Verkehrsflusses verwendet werden. Wie oben beschrieben wurde, ist der hohe erreichbare Sehwinkel ein interessanter Vorteil dieses optischen Speichermediums, der typischerweise nicht bei konventionellen Flüssigkeitskristallanzeigen gefunden werden kann.
Optische Speichermedien mit zwei oder mehreren Flüssigkeitskristallschichten können auch für kombinierte Wirkungen von zwei oder mehreren Schichten verwendet werden. Mit passender Brennpunkt- und Sammeloptik kann die kombinierte Wirkung gelesen werden, wie oben beschrieben. Solche optische Speichermedien können bei Signal- oder Informationsverarbeitungsanwendungen, wie optischer Signalkorrelation, optischen Logikbetrieben, räumlichen Filtern und optischen Computerarbeiten verwendet werden.
Diese Erfindung wird in den folgenden Beispiele gezeigt, die als Veranschaulichungen und nicht als Einschränkungen dienen.
Beispiel 1
Dieses Beispiel veranschaulicht die Formulierung von Farbstoff 3
4-Nitroanilin (5,5 g) wurde in 12 N Salzsäure (10,8 ml) in destilliertem Wasser (7 ml) gelöst. Die Mischung wurde auf 5°C gekühlt, 2 M Natriumnitritlösung (22 ml) wurden langsam hinzugefügt. Die Mischung wurde 1 Stunde lang gerührt und Harnstoff (1,0 g) wurde hinzugefügt. Die Mischung wurde weitere 5 Minuten gerührt. Dann wurde die Mischung in eine zweite Mischung bestehend aus 5-Methoxy-2-Methyl Anilin (5,48 g), Natriumazetat (12,0 g) und Essigsäure (40 ml) gegossen. Die Mischung wurde gelegentlich 1,5 Stunden bei 5°C gerührt und zu einem roten Feststoff gefiltert.
Der Feststoff wird 2 × neu vom Ethanoltetrahydrofuran zu 2-Methyl-5-Methoxy-4-(4'-Nitrophenylazo)-Benzolamin kristallisiert. Dieses Material (2,86 g) wurde auf 65°C in Äthanol (120 mL) erhitzt. Natriomhydrogensulfid (1,68 g) in Wasser (20 ml) wurde hinzugefügt und diese Mischung wurde 20 Minuten lang gerührt. Wasser (60 ml) wurde hinzugefügt und die Mischung wurde gekühlt und gefiltert. Der gesammelte Feststoff und wurde von Äthanol zu Farbstoff 3:mp 136–137°C, λ_max = 416 und 458 nm, ε = je 38.200 und 28.600 neu kristallisiert.
Beispiel 2
Dieses Beispiel veranschaulicht die Vorbereitung von Gast-Gastgeber Diazodiamin 1/SPI-2000 Polyimid optische Ausrichtungsschichten (bezeichnet als S1).
Die Polyimid-Formel SPI-2000 (0,5 g) wurde mit Diazodiamin 1 (69,8 mg) und N-Methyl-2-Pyrrolidon (9,9 g) gemischt. Die Mischung wurde 1 Stunde lang bei Zimmertemperatur gerührt. Die Lösung wurde durch 0,45 μm Teflonfiltermembran direkt auf die Oberfläche des sauberen Glassubstrates gefiltert. Die beschichteten Glassubstrate wurden mit 2500 Umdrehungen per Minute für 1 Minute gesponnen, um einheitlich dünne Filme herzustellen. Die resultierenden dünnen Filme wurden unter Stickstoff 1 Stunde bei 100°C und dann 2 Stunden lang bei 195°C ausgehärtet.
Beispiel 3
Dieses Beispiel veranschaulicht die Vorbereitung von kovalent gebundenen Diazodiamin 1 in Polyimid-Polymerschichten.
3,3',4.4'-Benzophenon Tetrakarboxyl Dianhydrid (40,25, mg) wurde mit Diazodiamin 1 (46,75 mg) und trockenem N-Methyl-2-Pyrrolidon (1,65 g) gemischt. Die Mischung wurde 18 Stunden lang bei Zimmertemperatur unter Argon gemischt. Dieser Poly(amidsäure) Vorpolymer wurde zu 1 Gewichtsprozent Feststoff mit Tetrahydrofuran (6,96 g) Feststoffen verdünnt). Diese Lösung wurde durch eine 0,45 μm Teflonfiltermembran direkt auf die Oberfläche des sauberen Glassubstrates gefiltert. Die beschichteten Glassubstrate wurden mit 2500 Umdrehungen per Minute für 1 Minute gesponnen, um einheitlich dünne Filme herzustellen. Die resultierenden dünnen Filme wurden unter Stickstoff 15 Minuten bei 80°C und dann 1 Stunde lang bei 180°C ausgehärtet. Der dünne Film ist λ_max = 376 nm mit einer starken Schulter bei 472 nm.
Beispiel 4
Dieses Beispiel veranschaulicht die Vorbereitung von kovalent gebundenen 4,4'-Diaminostilben,2, in Polyimid-Polymerausrichtungsschichten.
3,3',4.4'-Benzophenon Tetrakarboxyl Dianhydrid (40,25 mg) wurde mit 4,4'-Diaminostilben, 2, (26,25 mg) und trockenem N-Methyl-2-Pyrrolidon (1,26 g) gemischt. Die Mischung wurde 18 Stunden lang bei Zimmertemperatur unter Argon gemischt. Dieses Pol(amidsäure) Vorpolymer wurde zu 1 Gewichtsprozent Feststoff mit Tetrahydrofuran (5,32 g) Feststoffen verdünnt. Diese Lösung wurde durch ein 0,45 μm Teflonfiltermembran direkt auf die Oberfläche des sauberen Glassubstrates gefiltert. Die beschichteten Glassubstrate wurden mit 2500 Umdrehungen per Minute für 1 Minute gesponnen, um einheitlich dünne Filme herzustellen. Die resultierenden dünnen Filme werden mit Stickstoff 15 Minuten bei 80°C und dann 1 Stunde lang bei 180°C ausgehärtet. Der dünne Film ist λ_max = 330 nm.
Beispiel 5
Dieses Beispiel veranschaulicht die Vorbereitung von kovalent gebundenen Monoazodiamin3/Polyimid-Polymer um optische Ausrichtungsschichten (benannt S2) zu erstellen.
3,3',4.4'-Benzophenon Tetrakarboxyl Dianhydrid (40,25 mg) wurde mit Monoazidiamin 3 (32,0 mg) und trockenem N-Methyl-2-Pyrrolidon (1,37 g) gemischt. Die Mischung wurde 18 Stunden lang bei Zimmertemperatur unter Argon gemischt. Dieses Poly(amidsäure) Vorpolymer wurde zu 1 Gewichtsprozent Feststoff mit Tetrahydrofuran (5,78 g) verdünnt. Diese Lösung wurde durch ein 0,45 μm Teflonfiltermembran direkt auf die Oberfläche des sauberen Glassubstrates gefiltert. Die beschichteten Glassubstrate wurden mit 2500 Umdrehungen per Minute für 1 Minute gesponnen, um einheitlich dünne Filme herzustellen. Die resultierenden dünnen Filme wurden mit Stickstoff 15 Minuten bei 80°C und dann 1 Stunde lang bei 180°C ausgehärtet. Der dünne Film ist λ_max = 387 nm.
Beispiel 6
Dieses Beispiel veranschaulicht die Vorbereitung von polymerisierbaren nematischen Monomerformeln.
Methacrylat Monomere Ia (114 g) und Ib (114 mg) und Dimethacrylat IIa (60 mg) werden mit Äthylenglykol Dimethacrylat (9 mg), ZLI-1982 (EM Chemicals, Hawthorne NY), nematischen Flüssigkeitskristall (15 mg), CB-15 chiralisch-nematischer Dotiersubstanz (15 μg), hydroquinonem Inhibitor (9 μg) und Irgacure (Ciba Geigy, Ardsly, NY) Photoinitiator (4 mg) gemischt. Die Mischung wird auf 85°C erhitzt, 2 Minuten gerührt und dann auf Zimmertemperatur gekühlt. Bei Zimmertemperatur hat sich eine Flüssigkeitskristallmesophase geformt: Nematisch-isotropische Überleitung = 43,2°C.
Beispiel 7
Diese Beispiel zeigt Drehausrichtungszustände in einer Flüssigkeitskristallschicht zwischen zwei optischen Ausrichtungsschichten, die vor dem Zusammenbau der Zelle belichtet wurden.
Borsilikat-Glassubstrate (2'' × 2'' × 1 mm; Donnelly Corp., Holland, Michigan) wurde mit Gast/Gastgeber Diazodiamin 1/SPI-2000 Polyimid Formel des 2. Beispiels beschichtet und ausgehärtet, um optische Ausrichtungsschichten zu erstellen.
Zwei Substrate wurden dann mit polarisiertem Licht belichtet, was die Hintergrundausrichtung des Flüssigkeitskristalls hervorrief, als die Flüssigkeitskristallzelle zusammengebaut wurde. Eine Zeichnung des Beleuchtungs-Set-up wird in 6 gezeigt. Der Laser 6 ist ein kommerzieller Argonlaser, Modell Nr. 2020-03 (Spectra-Physics, Piscataway, New Jersey) mit einer maximalen Kraft von etwa 2,5 Watt bei 514,5 nm und wurde vertikal polarisiert 7. Der Laserstrahl wurde durch den akustisch-optischen Modulator 8, Modell Nr. AOM-40 (Intra-Action Corporation, Bellwood, IL) geführt, der den Laserstrahl modulierte. Der Laserstrahl wurde dann vom Spiegel 9 reflektiert und ging durch eine Öffnung 10 durch und betrat ein 2-Achsen Abtastspiegelsystem mit einer Brennpunktlinse 11 (Modell Nr. LK5100, General Scanning, Watertown, MA) das von einem Computergesteuert wird. Der Abtaster richtete den Brennpunkt-polarisierten Laserstrahl auf die optische Ausrichtungsschicht 12 und tastete den Strahl vorwärts und rückwärts über die Schicht und verwendete ungefähr 15 Mikronschritte zwischen jeder folgenden Abtastzeile. Der Laserstrahl wurde mit einem akustisch-optischen Modulator 8 der von Abtasterelektronik gesteuert wurde, erzeugt. Die einfallende Gesamtlaserkraft auf die beschichteten Substrate betrug 1,7 Watt und der Laserstrahl war auf etwa 30 μm im Durchmesser bei den beschichteten Substraten von der Abtasteroptik fokussiert.
Nach der Belichtung für die Hintergrundausrichtung wurde ein beschichtetes Substrat auf den Abtasterbrennpunkt gesetzt und wurde um etwa 10 Grad der Normalposition des Substrats gedreht. Ein 1 cm Kreis wurde dann in einem Quadranten des beschichteten Substrats abgetastet. Das Substrat wurde dann auf einen zweiten Quadranten verschoben und um 30 Grad von der Originalposition ge dreht. Ein zweiter Kreis wurde in diesem Quadranten abgetastet. Dies wurde für die zwei restlichen Quadranten bei 60 und 90 Grad von der ursprünglichen Position des Substrats wiederholt.
Eine Flüssigkeitskristallzelle wurde von den zwei belichteten und beschichteten Substrate gebaut. Mylar-Streifen (55 μm) wurden auf ein beschichtetes Substrat gesetzt und das zweite Substrat wurde darauf gesetzt. Die optischen Ausrichtungsschichten standen einander gegenüber und die Hintergrund-Ausrichtungsrichtungen waren parallel zueinander. Die Substrate wurden mit einer Klemme zu einem 55 Mikrometerabstand gepresst, Epoxidharz wurde entlang der Kanten angewendet und das Epoxidharz wurde fünf Minuten lang ausgetrocknet. Zwei Räume auf den gegenüberliegenden Kanten wurden unversiegelt gelassen. Eine unversiegelte Öffnung wurde in ZLI-1982 nematischen Flüssigkeitskristall (EM Industries, Inc., Hawthorne, New York) mit 0,02 Gewichtsprozent CB-15 chirale Dotierungssubstanz (EM Industries, Inc.) gemischt mit dem Flüssigkeitskristall getaucht. Die Zelle wurde von der Kapillaraktion gefüllt. Nach der Füllung wurde die Zelle vom Flüssigkeitskristall entfernt, gereinigt und die Räume mit Epoxidharz gefüllt.
7 zeigt, wie die Zelle aussieht, wenn sie zwischen gekreuzten Polarisierern auf einem photographischen Leuchtpult angesehen wird. Die Ausrichtungsrichtung des Hintergrunds lag entlang einer der Eingabeübertragungsachsen des Polarisierers. Der Eingabepolarisierer polarisiert das Licht entlang der Hintergrundsausrichtung. Der Ausgabepolarisierer blockiert die Übertragung des Lichts, da seine Übertragungsachse von der Übertragungsachse des Eingabepolarisierers gekreuzt wird. Als Resultat erschien der Hintergrund der Zelle gleichmäßig dunkel.
Im Bereich der Kreise richtete das eine Substrat, das einmal belichtet wurde, sich entlang des Hintergrunds aus während das andere Substrat, das oft belichtet wurde, den Flüssigkeitskristall um 10, 30, 60 und 90 Grad ausrichtete (das ist gleich dem Winkel mit dem das Substrat während der Belichtung des Kreises gedreht wurde). Dies führte in einer gedrehten nematischen Ausrichtung des Flüssigkeitskristalls mit Drehwinkeln gleich 10, 30, 60 und 90 Grad (in 7 Positionen, 13, 14, 15 und 16). Die gedrehten nematischen Zustände verursachen, dass der Polarisierungsvektor des polarisierten Lichts sich um den gleichen Wert des Drehwinkels drehen. Daher wurden die 10, 30, 60 und 90 Grad Kreise stufenweise heller (gezeigt mit einer stufenweise niedrigeren Dichte der schraffierten Linien in 7) in der Übertragung relativ zur Hintergrundsübertragung. Der 90 Grad Kreis war der hellste. Daher konnten 4 Grauebenen relativ zum Hintergrund beobachtet werden.
Beispiel 8
Diese Beispiel zeigt eine zwei-dimensionales photographisches Bild mit hoher Auflösung mit mehr als 16 und weniger als oder gleich mit 256 Ausrichtungszuständen. Die Drehausrichtungszustände in einer Flüssigkeitskristallschicht wurden nach dem Zusammenbau der Zelle erstellt und wurden mit einem Flüssigkeitskristall gefüllt. Eine Ausrichtungsschicht war ein konventionell geriebener Polyimid, die andere war eine optische Ausrichtungsschicht.
Ein Diazodiamin 1/SPI-200 Polyimid (SI) beschichtetes Substrat (2'' × 2'' × 1 mm) wurde optisch mit dem Hintergrund wie in Beispiel 7 ausgerichtet. Ein weiteres ähnliches Substrat hatte eine SPI-2000 Polyimidlösung auf die Oberfläche gesponnen. Die mit SPI-2000 beschichteten Substrate wurden in einem Ofen ausgetrocknet. Die Hintergrundsausrichtung des SPI-2000 beschichteten Substrats wurde mechanisch eingeführt, indem die beschichtete Seite des Substrats in einer Richtung mit einem Fasertuch abgerieben wurde. Eine 55 μm Zelle wurde wie im Beispiel 7 mit einer optischen Ausrichtungsschicht und der SPI-2000 mechanisch ausgerichteten Schicht gebaut, die einander gegenüberstehen und miteinander eine parallele Ausrichtung formen. Die Zelle wurde mit der gleichen Flüssigkeitskristallmischung wie in Beispiel 7 gefüllt. Der Flüssigkeitskristall wurde als einheitlich parallel angesehen, wenn die Zelle zwischen den Polarisierern beobachtet wurde.
Die zusammengebaute Zelle wurde in ein Set-up einer optischen Belichtung gesetzt, wie in 8 gezeigt. Die Zelle wurde auf zwei mobilen Übersetzungsbühnen installiert, um die Zelle in der X-Z Ebene zu bewegen (gezeigt als zwei doppelköpfige Pfeile und Punkt 22 in 8), die sich am Brennpunkt der 15 cm Länge Brennpunktlinse 20 befindet. Das Substrat mit der optischen Ausrichtungsschicht 12 wurde so nahe wie möglich an die 15 cm lange Brennpunktlinse 20 installiert. Das Substrat mit der mechanisch gepufferten Polyimidschicht 21 war lichtunempfindlich zu dem eingeführten polarisierten Licht. Der elektro-optische Modulator 18 (Conoptics in Danbury, CT) kombiniert mit einer Viertelwellenplatte 19 mit der richtigen Orientierung ändert den linearen Ausgabepolarisierungszustand des 514,5 Lichts des Innova 400 Argon Lasers 17 (Coherent, Inc., Santa Clara, CA) als eine Funktion der angelegten Spannung. Der lineare Polarisierungsstatus wurde von 45 zu –45 Grad in der X-Z Ebene an der Zelle rotiert, wenn die Spannung auf dem Modulatorantrieb von 0 auf 1 Volt gesteigert wurde. Der Modulator und die Übersetzungsbühnen waren computer-gesteuert.
Um die hohe Auflösung in eine Zelle zu schreiben, wurde ein 702 × 738 Pixel digitales photographisches Bild einer Person mit 256 Grauebenen vom Computer benutzt, um den Winkel der einfallenden Polarisierung auf die Zelle zu bestim men, die im experimentellen Set-up installiert wurde. Der richtige Spannungswert wurde von der Grauskalenebene im Bild kalkuliert, wobei in Betracht gezogen wurde, dass die endgültige Zelle zwischen Polarisierern betrachtet wird. Für eine Grauskalenebene von 0 in dem Bild war die entsprechende Spannung auf dem Modulator 0 Volt. Für diese Spannung war der Einfall des Polarisierungszustands auf die Zelle 45 Grad in der Substratebene. Daher war der resultierende Drehwinkel –45 Grad, der in einem dunklen Ausrichtungszustand resultierte, wenn die Zelle zwischen Polarisierern mit einer Übertragungsachse von 45 Grad zueinander gesehen wird.
Für jedes Pixel im Bild kam es für 13 msek zu einer entsprechen Belichtung der Zelle beim richtigen Polarisierungswinkel für einen Pixel Grauskalenwert. Die Zelle wurde entlang der X-Achse bei 3 mm/sek übersetzt, was zu einem belichteten Bereich von ungefähr 38 μm auf der Zelle während der l 3 μsec führte. Nachdem alle 702 Belichtungen in einer gegebenen Bildreihe durchgeführt wurden, wurde die Zelle 38 μm entlang der Z-Achse übersetzt und die nächste Reihe wurde belichtet. Der Schritt entlang der Z-Achse wurde 738 mal für das gegebene Bild wiederholt. Der gesamte belichtete Bereich der Zelle war ungefähr 1'' × 1''.
Da nur die Diazodiamin 1/SPI-2000 Polyimid Ausrichtungsschicht sensibel zum einfallenden Licht war, wurde der Flüssigkeitskristall, der diese Schicht berührt von einem polarisiertem Licht rotiert, während der Flüssigkeitskristall, der die mechanisch ausgerichtete Polyimid Ausrichtungsschicht berührte nicht vom einfallenden Licht beeinflusst wurde. Dies führte in jedem etwa 38 μm × 38 μm belichteten Ausrichtungsbereich zu einem gedrehten Ausrichtungszustand, wobei der Drehwinkel von der Grauskala des ursprünglich digitalisiertem Pixel im Computerbild abhing.
Nach der Belichtung zeigte die Zelle keine sichtbaren Zeichen der Ausrichtungsbereiche oder des Bilds, wenn sie im nicht-polarisiertem Licht (ohne Polarisierer) betrachtet wird. Wenn jedoch die belichtete Zelle zwischen Polarisierern bei 45 Grad zueinander betrachtet wurde, war ein positives (das Bild in der Zelle entsprach dem Computerbild) hochauflösendes (702 × 738 Ausrichtungsbereiche in einer 1" × 1" Bereich) Bild einer Person sichtbar. Indem der Ausgabepolarisierer um 90 Grad zu der –45 Grad Position relativ zum Eingabepolarisierer gedreht wurde, konnte ein negatives (Bild in der Zelle hatte die hellen und dunklen Bereiche vom ursprünglichen Computerbild umgekehrt) hochauflösendes Bild einer Person beobachtet werden. Bei der visuellen Überprüfung sah das Bild identisch mit dem Computerbild aus. Das Bild hatte einen weiten Sehwinkel im Gegensatz zu konventionellen Flüssigkeitskristallanzeigen.
Beispiel 9
Dieses Beispiel zeigt die Drehausrichtungszustände in einer Flüssigkeitskristallschicht zwischen zwei verschiedenen optischen Ausrichtungsschichten, die zu verschiedenen Wellenlängen sensibel sind. Nur eine optische Ausrichtungsschicht ist belichtet nachdem die Zelle zusammengebaut und gefüllt ist, um die Ausrichtungsschichten mit gedrehten Ausrichtungszuständen zu erstellen. Eine superfluorinierte Flüssigkeitskristallschicht wird in diesem Beispiel verwendet.
Ein Glassubstrat (0,9'' × 1,2'' × 1 mm) wurde durch Drall mit Diazodiamin 1/SPI-2000 Polyimid beschichtet, um eine S1 optische Ausrichtungsschicht zu schaffen. Ein zweites ähnliches Substrat wurde durch Drall mit Monoazodiamin 3/Polyimid Polymer beschichtet, um eine S2 optische Ausrichtungsschicht zu schaffen. Beide Beschichtungen wurden dann in einem Ofen ausgehärtet.
Das mit S1 beschichtete Substrat wurde als Hintergrund ausgerichtet, wie in Beispiel 7. Das mit S2 beschichtete Substrat wurde mit dem Set-up, das in 9 gezeigt wird, als Hintergrund ausgerichtet. In diesem Experiment wird das mit S2 beschichtete Substrat 24 auf eine 2-Achsen XZ Übersetzungsbühne montiert (angezeigt mit den doppelköpfigen Pfeilen 25 in 9), wobei die beschichtete Seite dem einfallenden Laserstrahl gegenüber steht. Der Innova 400 Laser 17 wurde auf einen ultravioletten Lichtstrahl mit Wellenlängen von 333 zu 364 nm eingestellt. Eine 5 cm zylindrische Linse 23 konzentrierte den einfallenden 1 cm langen Strahl auf eine Zeile (1 cm × 200 μm) auf das Substrat 24 beschichtet mit S2. Das beschichtete Substrat wurde bei konstanter Geschwindigkeit entlang der Z-Richtung übersetzt und dann in die X-Richtung umgesetzt. Dies wurde wiederholt, bis das beschichtete Substrat völlig belichtet wurde.
Eine Zelle wurde von den zwei Substraten, die als Hintergrund ausgerichtet wurden, wie in Beispiel 7 zusammen gebaut und mit MLC-6043-000 (EM Industries, Inc., Hawthorne, New York) gefüllt. Die Zelle zeigte eine einheitliche parallele Hintergrundsausrichtung, wenn sie zwischen Polarisierern betrachtet wird.
Die Zelle wurde dann in einem Abtaster Set-up beschrieben in Beispiel 7 und 6 belichtet. Kreise mit 1 mm Durchmesser wurden für verschieden Orientierungen der Halbwellenplatte belichtet, die gerade vor dem Abtastersytem 11 hinzugefügt wurde. Der Polarisierungsstatus des einfallenden Lichts wird um zwei Mal den Winkel der Halbplatte rotiert. Daher wurde eine einfache Methode erreicht, die Lichtpolarisierungsorientierung in der Ebene der Zelle zu erreichen, indem die Halbwellenplatte rotiert wird. Das mit S1 beschichtete Substrat der Zelle ist sensibel zum 514,5 nm Licht, das im Abtaster Set-up verwendet wird. Daher war dieses Substrat dem einfallenden Strahl am nächsten. Vier Kreise wurden für die-Halbwellenplatte-Rotationswinkel 5, 15, 30 und 45 Grad belichtet, was zu einer Änderung des Polarisieungswinkels in der Ebene von den Substraten beschichtet mit S1 von 10, 30, 60 und 90 Grad führte.
Die Zelle wurde so orientiert, dass die Lichtpolarisierung senkrecht zur Hintergrundsausrichtung vor der Rotation der Halbwellenplatte war. Da das mit S1 beschichtete Substrat das einzige zu 514,5 nm Licht sensitive Substrat war, zeigte der Flüssigkeitskristall einen gedrehten Ausrichtungszustand in jedem der 1 mm Kreise entsprechend dem Drehwinkel von 10, 30, 60 und 90 Grad. Wenn die Zelle zwischen Polarisierern betrachtet wird, wurden 4 Grauebenen gesehen.
Beispiel 10
Dieses Beispiel zeigt zwei Flüssigkeitskristallschichten mit Drehausrichtungszuständen. Weiters wird die optische Ausrichtungsschichtein jedem Ausrichtungsschichtenpaar mit polarisiertem Licht belichtet, nachdem die vielschichtige Zelle zusammengebaut und gefüllt ist. um Ausrichtungsbereiche mit verschiedenen Drehausrichtungszuständen in jeder Flüssigkeitskristallschicht zu erstellen.
Zwei Substrate (0,9'' × 1,2'' × 1 mm) wurden durch Drall mit Diazodiamin 1/SPI-2000 Polyimid wie in Beispiel 9 bestrichen. Ein drittes Substrat wurde mit Nissan SE-7311 Polyimidlösung (Brewer Science, Rolla, MO) bestrichen und wurde S3 genannt. Diese Substrate wurden in einem Ofen ausgehärtet. Das mit S3 beschichtete Substrat wurde wieder mit Nissan SE-7311 Polymid durch Drall auf der gegenüberliegenden Seite des Substrats beschichtet, das mit der ersten S3 Schicht beschichtet wurde. Es wurde dann im Ofen ausgetrocknet.
Die Substrate beschichtet mit S1 wurden als Hintergrund vom Abtastersystem wie in Beispiel 7 beschrieben, ausgerichtet. Jede Seite der mit S3 doppelseitig beschichteten Substrate wurde als Hintergrund mit der mechanischen Puffermethode beschrieben in Beispiel 8 ausgerichtet.
Eine vielschichtige Zelle wurde wie folgt zusammen gebaut. Mylar Abstandsstücke (55 μm) wurde auf ein von S1 beschichteten Substrat gesetzt, das doppelseitig S3 beschichtete Substrat wurde auf die Mylar Abstandsstücke gesetzt, Mylar Abstandsstücke wurden auf die gegenüberliegende Seite des doppelseitig S3 beschichteten Substrats gesetzt und dann wurde das zweite S1 beschichtete Substrat auf den zweiten Satz der Mylar Abstandsstücke gesetzt. Die Zelle bestehend aus drei Substraten wurde zusammengeklemmt und mit Epoxid, wie im Beispiel 7, versiegelt. MLC6043-000 Flüssigkeitskristall wurde gleichzeitig in beide Zellspalten gefüllt. Die vielschichtige Zelle wurde dann gereinigt und die Füllungsöffnungen wurden mit Epoxid versiegelt. Beide Flüssigkeitskristallschichten in der vielschichtigen Zelle zeigten eine gleichförmige parallele Hintergrundsausrichtung wenn sie zwischen Polarisierern betrachtet wird.
Die vielschichtige Zelle wurde im Abtaster Set-up im Beispiel 9 mit einem S1 beschichteten Substrat gleich neben dem einfallenden Laserstrahl installiert. Vier 1 mm Kreise wurden wie im Beispiel 9 belichtet und generierten gedrehte Ausrichtungszustände mit vier Drehwinkeln in der ersten Flüssigkeitskristallschicht. Die vielschichtige Zelle wurde dann umgedreht, wobei das zweite S1 beschichtete Substrat dem einfallenden Laserstrahl am nächsten war und die vier 1 mm Belichtungen wurden wiederholt. Dies generierte vier Drehwinkel in der zweiten Flüssigkeitskristallschicht. Vorsicht wurde angewandt, um ein Überlappen der Ausrichtungsbereiche in jeder Flüssigkeitskristallschicht für eine leichtere Betrachtung und Analyse der vielschichtigen Zelle zu vermeiden. Wenn die vielschichtige Zelle zwischen Polarisierern betrachtet wurde, konnten vier Grauebenen in jeder Flüssigkeitskristallschicht entdeckt werden.
Beispiel 11
Dieses Beispiel zeigt zwei Flüssigkeitskristallschichten mit Drehausrichtungszuständen. Jede Flüssigkeitskristallschicht wird von optischen Ausrichtungsschichten gesteuert, die zu den verschieden Wellenlängen sensibel sind. Weiters wird die optische Ausrichtungsschicht in jedem Ausrichtungsschichtenpaar mit verschiedenen Wellenlängen belichtet, nachdem die vielschichtige Zelle zusammen gebaut und gefüllt ist, um Bereiche mit einem gedrehten Ausrichtungszustand für jede Flüssigkeitskristallschicht zu schaffen.
Eine vielschichtige Zelle wurde in Beispiel 10 zusammen gebaut, außer dass eines der mit S1 bestrichenen Substrate mit einem Substrat bestrichen mit S2 von Beispiel 9 ersetzt wurde. Die Mittelplatte war immer noch das Substrat, doppelseitig bestrichen mit S3, das auf beiden Seiten mechanisch gepuffert wurde. Vor dem Zusammenbau der Zelle wurden die Substrate, die mit S1 und S2 bestrichen wurden auf den Hintergrund ausgerichtet, wie es in den Beispielen 10 und 9 gezeigt wurde.
Die mit S1 beschichtete Seite der vielschichtigen Zelle wurde dann mit vier 1 mm Kreisen belichtet, wie in Beispiel 10 gezeigt wurde. Die mit S2 beschichtete Seite der vielschichtigen Zelle wurde dem ultravioletten Set-up des Beispiels 9 am nächsten zum einfallenden Strahl gesetzt. Eine dünne Aluminiumplatte mit einen 1 mm Loch wurde auf die Zelle gesetzt, um als Maske zu dienen. Die Zelle wurde mit der Hintergrundsausrichtung senkrecht zur Polarisierung des einfallenden Strahls installiert. Um die Ansicht zu erleichtern, wurde sichergestellt, dass die belichteten Bereiche auf der S2 Seite sich nicht mit denen auf der S1 Seite der vielbeschichteten Zelle überdecken. Die Zelle wurde um 10 Grad von der Normalposition der Substrate rotiert und dann unter dem Brennpunktstrahl via der X-Z Übersetzungsbühnen wie im Beispiel 9 übersetzt. Die Maske verhinderte die Beleuchtung der Zelle mit Ausnahme des 1 mm Lochs. Der Prozess wurde für verschiedene Positionen auf der Zelle für 30, 60, und 90 Grad wiederholt. Wenn die vielschichtige Zelle zwischen Polarisirern wiederholt wurde, wurden vier Grauebenen zwischen Polarisierern in jeder Flüssigkeitskristallschicht beobachtet.
Beispiel 12
Dieses Beispiel zeigt zwei Flüssigkeitskristallschichten mit Drehausrichtungszuständen. Die zwei Ausrichtungsschichtenpaare bestehen aus zwei optischen Ausrichtungsschichten, die sensibel zu verschiedenen Wellenlängen sind. Weiters wird nur eine optische Ausrichtungsschicht in jedem Ausrichtungsschichtenpaar dem polarisierten Licht ausgesetzt, um die Bereiche mit Drehausrichtungszuständen zu schaffen, nachdem die vielschichtige Zelle zusammengebaut und gefüllt wurde.
Eine vielschichtige Zelle wurde wie in Beispiel 10 zusammengebaut, außer dass das doppelseitige S3 beschichtete Substrat mit zwei zusammengeklebten 0,9'' × 1,2'' S2 beschichteten Substraten ersetzt wurde. Vor dem Zellenzusammenbau und nach der Hintergrundsausrichtung der zwei S2 beschichteten Substraten, wie in Beispiel 9, wurden die zwei S2 beschichteten Substrate miteinander verklebt, wobei die mit S2 beschichteten Seiten nach außen zeigten. Norland 60 photoausgehärtete Klebstoffe (Norland, New Brunswick, NJ) wurden verwendet, um die Substrate zu verkleben. Ein nicht-polarisiertes Niedrigstrom Schwarzlicht wurde verwendet, um den Klebstoff auszutrocknen. Dies führte zu einem doppelseitigen S2 beschichteten Substrat mit einer Dicke von 2 mm und wurde mit den zwei S1 beschichteten Substraten verwendet, um eine Multischichtenzelle zu bauen.
Die Belichtung von jeder Seite der vielschichtigen Zelle wurde wie in Beispiel 10 durchgeführt. Wenn die vielschichtige Zelle zwischen den Polarisierern betrachtet wurde, konnten vier Grauebenen in jeder Flüssigkeitskristallschicht beobachtet werden.
Beispiel 13
Dieses Beispiel zeigt Birefraktur Ausrichtungszustände in einer Flüssigkeitskristallschicht zwischen zwei optischen Ausrichtungsschichten.
Das Beispiel 7 wird wiederholt außer dass beide S1 beschichteten Substrate mit 1 cm Durchmesser Kreisen in jedem Quadrant belichtet werden nachdem sie mit dem Hintergrund ausgerichtet sind. Da die zwei S1 beschichteten Seiten der Substrate sich gegenüberstehen, muss jeder Kreis im zweiten S1 beschichteten Substrat mit dem entsprechenden Kreis des ersten S1 beschichteten Substrats ausgerichtet sein, um sicherzustellen, dass keine Drehung im Flüssigkeitskristall vorkommt. Daher werden die ausgerichteten Bereiche ihre Birefrakturachsen um einen festgesetzten Betrag relativ zur Hintergrundsausrichtung rotiert. Als Folge muss der Kreis mit einer 10 Grad Rotation der Platte auf dem ersten Substrat mit dem Kreis der mit einer minus 10 Grad Rotation auf dem zweiten Substrat hat, belichtet werden. Dies würde für jeden der Rotationswinkel in jedem Quadrant wiederholt (d. h. 30 und –30 Grad, 60 und –60 Grad und 80 und –80 Grad Der 90 Grad Fall ist degenerativ und würde zwischen den Polarisierern gleich dem Hintergrund erscheinen.
Die Zelle wird wie im Beispiel 7 zusammengebaut und es wird sichergestellt, dass die entsprechenden Kreise jedes Substrats überlappen (sic). Die Zelle wird kapillar mit ZLI-1982 mit keiner chiralen Dotiersubstanz gefüllt. Wenn die fertige Zelle zwischen den Polarisierern gesehen wird, haben die 10 und 80 Grad Kreise den gleichen Grauwert. Das gilt auch für die 30 und 60 Grad Kreise. Die 10 und 30 Grad (und auch die 80 und 60 Grad) Kreise haben jedoch verschiedene Grauwerte. Von den vier Kreisen können daher nur zwei graue Ebenen gesehen werden, weil die Grauebenen sich alle 45 Grad in den Birefrakturausrichtungsebenen wiederholen.
Beispiel 14
Dieses Beispiel zeigt die Kombinationsausrichtungszustände in einer Flüssigkeitskristallschicht zwischen zwei optischen Ausrichtungsschichten. Hier kann ein einfacher Ausrichtungsbereich Birefrakturachsen haben, die an der Ausrichtungsschicht rotieren und kann auch eine Drehung von einer Ausrichtungsschicht zur anderen haben.
Das Beispiel 13 wird wiederholt, außer dass die zweite S1 optische Ausrichtungsschicht zum polarisierten Licht in vier Quadranten mit den Rotationswinkeln –20, 0, 90 und –30 Grad ausgesetzt sind. Es wird sichergestellt, dass die Kreise 10, 30, 60 und 80 auf dem ersten S1 beschichteten Substrat mit den –20, 0, 90 und –30 Grad Kreisen auf dem zweiten Substrat überlappen (sic). Die gebaute Zelle wird kapillar mit ZLI-1982 und 0,02 Gewichtsprozenten von CB-15 gefüllt. Die fertige Zelle wird zwischen Polarisierern betrachtet. Vier Grauebenen können gesehen werden.
Beispiel 15
Dieses Beispiel veranschaulicht die Polymerisierung einer Flüssigkeitskristallschicht mit Drehausrichtungszuständen, um Polymerfilme mit festen Drehausrichtungszuständen zu erstellen.
Eine Zelle wird vorbereitet wie im Beispiel 7 bestehend aus zwei vorbelichteten S1 optischen Ausrichtungsschichten. Die Zelle wird mit einer polymerisierbaren Mischung, die in Beispiel 6 beschrieben wird, bei 85°C im Dunklen gefüllt. Die Zelle wird auf Zimmertemperatur 2 Stunden lang abgekühlt. Die Zelle wird dann ultraviolettem Licht (200 W hg Bogen) 30 Sekunden ausgesetzt, während sie in einem ½ Zoll Wasser bei 15°C untergetaucht wird. Die vier Grauebenen, ähnlich dem Beispiel 7 sind intakt und im Polymerfilm fixiert.

Claims

Optisches Speichermedium mit Grauskalenfähigkeit, bestehend aus: einer Vielzahl von Substraten in Serie mit einem oder mehreren Paaren von Oberflächen, Ausrichtungsschichten auf dem/den Paaren) von Oberflächen, um Ausrichtungsschichtpaar(e) zu bilden, wobei mindestens eine der Ausrichtungsschichten jedes der Ausrichtungsschichtpaar(e) eine optische Ausrichtungsschicht ist, und wobei die optische(n) Ausrichtungsschicht(en) anisotropisch absorbierende Moleküle oder Reste umfassen, Flüssigkristallschicht(en), die zwischen Ausrichtungspaar(en) angeordnet sind, wobei jede der Flüssigkristallschicht(en) drei oder mehr Ausrichtungsbereiche umfasst mit drei oder mehr verschiedenen Ausrichtungszuständen, wobei die drei oder mehr verschiedenen Ausrichtungszustände ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus einem verdrehten Ausrichtungszustand, einem doppelbrechenden Ausrichtungszustand und einem Kombinationsausrichtungszustand, und wobei die verschiedenen Ausrichtungszustände gesteuert werden durch Bestrahlen der optischen Ausrichtungsschichten mit polarisiertem Licht einer Wellenlänge oder von Wellenlängen innerhalb der Absorptionsbandbreite der anisotropisch absorbierenden Moleküle oder Reste hierin.
Optisches Speichermedium nach Anspruch 1, in dem jede der Flüssigkristallschichten vier oder mehr Ausrichtungsbereiche mit zwischen vier und zweitausend verschiedenen Ausrichtungszuständen umfasst.
Optisches Speichermedium nach Anspruch 1, in dem die Ausrichtungszustände verdrehte Ausrichtungszustände sind.
Optisches Speichermedium nach Anspruch 1, in dem die Ausrichtungszustände doppelbrechende Ausrichtungszustände sind.
Optisches Speichermedium nach Anspruch 1, in dem die Ausrichtungszustände Kombinationsausrichtungszustände sind.
Optisches Speichermedium nach Anspruch 1, in dem es zwei Substrate und eine Flüssigkristallschicht gibt.
Optisches Speichermedium nach Anspruch 1, in dem es drei Substrate und zwei Flüssigkristallschichten gibt.
Optisches Speichermedium nach Anspruch 1, in dem es zwischen vier und einundzwanzig Substrate und zwischen drei und zwanzig Flüssigkristallschichten gibt.
Optisches Speichermedium nach Anspruch 1, in dem die anisotropisch absorbierenden Moleküle oder Reste Absorptionsmaxima zwischen 150 nm und 1600 nm besitzen.
Optisches Speichermedium nach Anspruch 1, in dem die anisotropisch absorbierenden Moleküle oder Reste Absorptionsmaxima zwischen 150 nm und 800 nm besitzen.
Optisches Speichermedium nach Anspruch 1, in dem die anisotropisch absorbierenden Moleküle oder Reste Absorptionsmaxima zwischen 150 nm und 400 nm besitzen.
Optisches Speichermedium nach Anspruch 1, in dem die anisotropisch absorbierenden Moleküle oder Reste Absorptionsmaxima zwischen 400 nm und 800 nm besitzen.
Optisches Speichermedium nach Anspruch 1, in dem die Ausrichtungsbereiche zwischen 0,1 und 100 μm² groß sind.
Optisches Speichermedium nach Anspruch 1, in dem die Flüssigkristallschichten polymerisierbare Flüssigkristalle sind.
Optisches Speichermedium nach Anspruch 14, in dem die polymerisierbaren nematischen Flüssigkristalle polymerisierbare nematische Zusammensetzungen sind, umfassend (A) 20 bis 80 Gewichtsprozent von mindestens einem Monomer mit der generellen Formel (I), wobei n 10, 12 oder 14 ist und (B) 80 bis 20 Gewichtsprozent von mindestens einem Monomer mit der allgemeinen Formel (I) wobei n 4, 6 oder 8 ist:
wobei R gleich CH₃ oder H und Y kovalent gebunden oder -CO₂- ist.
Optisches Speichermedium nach Anspruch 15, in dem die polymerisierbaren nematischen Zusammensetzungen ferner 0,1 bis 30 Gewichtsprozent des bifunktionalen Methacrylats oder Acrylat-Monomers II. umfassen:
wobei R gleich CH₃ oder H, R1 gleich CH₃, H, CL, OCH₃ und p = 1–12.
Optisches Speichermedium nach Anspruch 14, wobei die polymerisierbaren Flüssigkristalle aktinischer Strahlung ausgesetzt wurden, um eine Polymermatrix zu bilden.
Optisches Speichermedium nach Anspruch 1, wobei die Flüssigkristallschicht(en) nematische Flüssigkristalle sind.
Optisches Speichermedium nach Anspruch 18, wobei die nematischen Flüssigkristalle ausgewählt sind aus der Gruppe von 4-Cyano-4'-Alkylbiphenylen und 4-Alkyl-(4'-Cyanophenyl)-Cyclohexanen.
Optisches Speichermedium nach Anspruch 1, in dem die Flüssigkristallschicht(en) Guest-Host-Mischungen sind.
Optisches Speichermedium nach Anspruch 20, in dem die Guest-Host-Mischungen umfassen die dichromatischen Arylazo, Di(Arylazo), Tri(Arylazo), Tetra(Arylazo), Penta(Arylazo), Anthrachinon, Mericyanin, Methin, 2-Phenylazothiazol, 2-Phenylazobenzthiazol, Stilben, 1,4-bis(2-phenylethenyl)benzen, 4,4'-Bis(Arylazo)Stilben, Perylen und 4,8-Diamino-1,5-Naphtochinon Farbstoffe.
Optisches Speichermedium nach Anspruch 21, wobei die Guest-Host Mischungen Arylazo, Poly (Arylazo) und Stilben Farbstoffe umfassen.
Optisches Speichermedium nach Anspruch 20, in dem die Guest-Host-Mischungen nematische Flüssigkristalle umfassen.
Optisches Speichermedium nach Anspruch 23, in dem die nematischen Flüssigkristalle ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus 4-Cyano-4'-Alkylbiphenylen und 4-Alkyl-(4'-Cyanophenyl)-Cyclohexanen.
Optisches Speichermedium nach Anspruch 1, in dem die anisotropisch absorbierenden Moleküle oder Anteile hiervon die Arylazo, Di(Arylazo), Tri(Arylazo), Tetra(Arylazo), Penta(Arylazo), Anthrachinon, Mericyanin, Methin, 2-Phenylazothiazol, 2-Phenylazobenzthiazol, Stilben, 1,4-bis-(2-phenylethenyl)benzen, 4,4'-Bis(Arylazo)Stilbene, Perylene und 4,8-Diamino-1,5-Naphtochinon Farbstoffe sind.
Optisches Speichermedium nach Anspruch 25, worin die anisotropisch absorbierenden Moleküle oder Reste dichromatische Arylazo, Poly (Arylazo) und Stilben Farbstoffe sind.
Optisches Speichermedium nach Anspruch 26, worin anisotropisch absorbierende Moleküle ausgewählt werden aus der Gruppe bestehend aus: Diazodiamin
und 4,4'Diaminostilben und Monoazodiamine
Optisches Speichemedium nach Anspruch 1, worin die optischen Ausrichtungsschichten) aus einem Polyimid-Polymer bestehen.
Optisches Speichermedium nach Anspruch 28, worin die anisotropisch absorbierenden Moleküle oder Reste ungebundene Lösungsteile im Polyimid-Polymer sind.
Optisches Speichermedium nach Anspruch 28, worin die anisotropisch absorbierenden Moleküle oder Reste zum Polyimid-Polymer kovalent gebunden sind.
Optisches Speichermedium nach Anspruch 1, worin zwei oder mehrere der optischen Ausrichtungsschichten ein Absorbierungsmaximum zwischen 150 und 1600 nm haben und sich durch mehr als 10 nm unterscheiden.
Optisches Speichermedium nach Anspruch 31, worin die Absorbierungsmaxima sich durch mehr als 50 nm unterscheiden.
Optisches Speichermedium nach Anspruch 1, worin zwei oder mehrere der optischen Ausrichtungsschichten ein Absorbierungsmaximum zwischen 150 und 800 nm haben und sich durch mehr als 10 nm unterscheiden.
Optisches Speichermedium nach Anspruch 33, worin die Absorbierungsmaxima sich durch mehr als 50 nm unterscheiden.
Optisches Speichermedium nach Anspruch 1, worin zwei oder mehrere der besagten optischen Ausrichtungsschichten ein Absorbierungsmaximum zwischen 150 und 400 nm haben und sich durch mehr als 10 nm unterscheiden.
Optisches Speichermedium nach Anspruch 35, worin die Absorbierungsmaxima sich durch mehr als 50 nm unterscheiden.
Optisches Speichermedium nach Anspruch 1, worin zwei oder mehrere der besagten optischen Ausrichtungsschichten ein Absorbierungsmaximum zwischen 400 und 800 nm haben und sich durch mehr als 10 nm unterscheiden.
Optisches Speichermedium nach Anspruch 37, worin die Absorbierungsmaxima sich durch mehr als 50 nm unterscheiden.
Optisches Speichermedium nach Anspruch 1, worin die Ausrichtungszustände Mischungen von Zuständen sind, die von einer Gruppe von Dreh-, Doppelbrechungs- und Kombinationsausrichtungszuständen sind.
Optisches Speichermedium nach Anspruch 1 ferner bestehend aus: einem Mittel zur Abstandshaltung der Substrate, einem Mittel zur Versiegelung der Substrate zu einer Zelle.
CD mit Nur-Lese-Fähigkeit bestehend aus einem optischen Speichermedium nach Anspruch 1 oder Anspruch 17.
CD mit Schreib-einmal-Lies-oft-Fähigkeit bestehend aus einem optischen Speichermedium nach Anspruch 1.
Löschbare CD mit Schreiben/Überschreiben-Fähigkeit bestehend aus einem optischen Speichermedium nach Anspruch 1 oder Anspruch 20.
Optisches Speichermedium nach Anspruch 1, das fotografische Bilder speichert.
Optisches Speichermedium nach Anspruch 44, worin die fotografischen Bilder als positive oder negative Bilder gelesen werden.
Optisches Speichermedium nach Anspruch 1 oder 20, das eine optische Speicheranzeige ist.
Optisches Speichermedium nach Anspruch 1, worin die Substrate gemusterte Elektroden an einer oder an beiden Oberflächen von einem oder mehreren Paaren von Oberflächen besitzen.