KR20050021012A - 글래스 매트릭스에서의 사전배향을 이용한 다층 광학저장장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 기록된 데이터와 미기록된 데이터의 안정성과, 높은 기록속도와 기록중의 양호한 감도를 겸비하는 광학 저장장치의 제조방법과, 이와 같은 광학 저장장치와, 이 광학 저장장치에 기록하는 방법에 관한 것이다. 광학 저장장치는, 한 방향으로 정렬되어 폴리머 네트워크(108)를 형성하는 제 1 형태의 LC 분자들(102)과, 수직 방향으로 배향되는 제 2 형태의 LC 분자들을 갖되, 상기 제 2 형태의 LC 분자들의 배향이 준안정 상태인 액정층(LC)을 갖는다. 정렬되고 가교된 분자들의 네트워크에 의해, 제 2 형태의 LC 분자들(104)에 가해지는 힘을 사용함으로써, 준안정 배향 상태로부터 제 2 형태의 분바들(104)에 대한 완화속도의 증가를 달성할 수 있으며, 이것은 증가된 기록속도에서 데이터를 기록하기 위해 상기 완화를 이용할 수 있게 한다.

Description

글래스 매트릭스에서의 사전배향을 이용한 다층 광학 저장장치{MULTI-LAYER OPTICAL STORAGE USING PRE-ORIENTATION IN A GLASS MATRIX}

본 발명은, 일반적으로 광학 저장장치에 관한 것으로, 특히 데이터의 광학 저장을 위해 글래스 매트릭스에서의 사전배향(pre-orientation)을 이용한 컴퓨터로 판독가능한 매체와, 상기 매체를 제조하는 방법에 관한 것이다.

데이터의 광학저장 분야에서는, 유리전이온도를 갖는 액정 분자들을 이용하는 것이 공지되어 있다. 예를 들면, 문헌 US 5,976,638은, 유리전이온도 Tg를 갖는 액정 분자들과 이색성 염료 분자들을 포함하고, 이들 2가지 분자가 필름의 표면에 수직하게 배향된 수직(homeotropically) 배향된 액정 폴리머 막을 포함하는 광 기록매체에 관한 것이다.

일반적으로, 이색성 염료의 흡광 쌍극자 모멘트는 발색단의 장축과 일치하므로, 이색성 염료 분자들의 흡광이 명확하게 방향성을 갖는다.

미기록된 막에서는, 액정 분자들과, 이에 따라 이색성 염료 분자들이 수직 배향되어, 입사광의 낮은 흡광만을 나타낸다. 액정 분자들의 유리전이온도인 Tg보다 높은 온도로 국부적으로 가열하거나 (예를 들면, 레이저에 의해) 조사함으로써, 상기한 수직 배향이 등방성(isotropic) 배향으로 전환된다. 조사되거나 가열된 영역이 급격하게 (액정 결정성 폴리머의 Tg보다 낮은 온도로) 냉각됨에 따라, 등방성 배향이 동결된다. 이색성 염료가 마찬가지로 등방 배향됨에 따라, 이것은 상당히 더 높은 입사광의 흡광을 발생하게 된다.

이와 같은 방법의 문제점은, 정보저장을 위해 사용될 때, 기록되는 궤적(또는 데이터 피트)의 전체 길이를 유리전이온도(Tg)보다 높은 온도로 유지해야만 하는 LC(liquid crystal) 분자들의 긴 완화시간(relaxation time)이다.

또 다른 문제점은, 등방 배향된 이색성 염료 분자들을 동결시키기 위해서는, 기록된 영역을 유리전이온도보다 낮은 온도로 신속하게 냉각시켜야 한다는 것이다.

이와 같은 방법의 한계는, 입사광에 대해 흡광 차이를 생성하기 위해, 이색성 염료를 사용하는 것이 필요하다는 것이다.

또한, 희박한(dilute) 이방성 액정 폴리머 네트워크를 이용하는 것이 (액정 디스플레이 분야에서) 공지되어 있다. 이방성 LC 폴리머 네트워크 그 자체는, 보통 많은 수의 제 2 형태의 액정 분자들의 존재하에서 가교된 액정 분자들로 이루어지며, 이들 2가지 형태는 예를 들면 배향막에 의해 결정된 방향으로 정렬된다. 네트워크는 제 2 형태의 LC 분자들에 대해 힘을 가하여, 이들 분자들을 네트워크에 부착시킨다. 그럼에도 불구하고, 전기장을 인가함으로써, 제 2 형태의 LC 분자들을 제 2 방향으로 배향시킬 수 있다. 그러나, 상기 전기장을 끄면, 네트워크 힘이 제 2 형태의 분자들을 다시 그들의 원래 배향이 되도록 하여, 그들의 제 2 배향을 불안정하게 만든다.

데이터의 광학저장을 위한 전술한 방법의 한계는, 인가된 자기장에 의해 배향된 LC 분자들의 배향 상태, 즉 제 2 상태가 불안정하여, 상기 LC 분자들이 완화되거나 재배향되는 것을 방자하기 위해서는 상기 외부장의 전원이 켜져 있는 것을 필요로 한다는 점이다. 그러나, 각각의 저장층에 전극들을 장착하고, 정보를 기록시에 상기 전극들을 국부적으로 파괴시킴으로써, 이와 같은 방법을 정보저장에 이용할 수 있다. 따라서, 미기록된 데이터 피트들에 있는 LC 분자들만이 인가된 전기장에 의해 영향을 받아, 판독시에 어드레스가 지정될 때, 그들의 배향으로 강제로 변하게 된다. 이와 같은 방법의 단점은 전극을 사용하는 것으로, 이것은 이와 같은 구성을 복잡하고 비경제적으로 만든다.

결국, 본 발명의 제 1 면에 따른 목적은, 기록 및 미기록된 데이터의 안정성과, 높은 기록속도 및 기록중의 양호한 감도를 겸비한 광학 저장장치를 제공함에 있다.

상기한 국면에 따르면, 상기한 목적은, 제 1 형태의 액정 분자들과, 유리전이온도 및 투명화 온도(clearing temperature)와 관련된 제 2 형태의 액정 분자들을 함유하는 혼합물을 기판 상에 도포하여, 유리질 LC층을 형성하는 단계와, 유리질 액정 혼합물을 유리전이온도보다 높은 온도로 가열하는 단계와, 제 1 방향으로 액정 분자들의 배향을 제공하는 단계와, 제 1 형태의 액정 분자들의 액정 폴리머 네트워크를 형성하기 위해, LC층과 이에 따른 액정 분자들에 방사빔을 공급하는 단계와, LC층에 전기장 또는 자기장을 인가하여, 제 2 방향으로 비반응성 액정 분자들의 배향을 일으키는 단계와, 상기 전기장 또는 자기장을 인가하는 동안, 상기 LC층을 상기 유리전이온도보다 낮은 온도로 냉각하여, 매체 내부에 액정 분자들의 배향의 준안정 상태가 수립되도록 하는 단계를 포함하는 데이터의 광학저장을 위한 컴퓨터로 판독가능한 매체를 제조하는 방법에 의해 달성된다.

소정의 유리전이온도를 갖는 LC 분자들을 제 2 형태의 액정 분자들로 성공적으로 선택함으로써, 희박한 LC 폴리머 네트워크 내부의 포획된 LC 분자들의 불안정의 문제가 해소된다. 본 발명에 따른 컴퓨터로 판독가능한 매체를 제조하는 방법은, 희박한 이방성 LC 폴리머 네트워크 내부에 준안정 배향 상태로 포획된 LC 분자들을 성공적으로 제조한다.

또한, 상기한 목적은, 제 1 방향으로 정렬되고 폴리머 네트워크를 형성하는 제 1 형태의 액정 분자들과, 제 2 방향으로 배향된 제 2 형태의 액정 분자들을 포함하되, 상기 제 2 형태의 액정 분자들의 배향이 준안정 상태인 LC층을 포함하는 데이터의 광학저장을 위한 컴퓨터로 판독가능한 매체에 의해 달성된다.

본 발명은, 희박한 LC 폴리머 네트워크 내부에서 준안정 배향상태를 수립하기 위해 배향 및 동결될 유리전이온도를 갖는 액정 분자들을 성공적으로 이용하는 과정을 포함한다.

본 발명의 제 1 면에 따른 희박한 LC 폴리머 네트워크의 사용으로 인해, LC 분자들의 배향에 대한 너무 낮은 완화속도의 문제가 해소된다. 희박한 LC 폴리머 네트워크에 의해 제 2 형태의 LC 분자들에 가해져, 상기 제 2 형태의 LC 분자들이 재배향하고 배향막에 의해 결정된 낮은 에너지 배향을 채택하도록 하는 힘은, 상기한 제 2 형태의 액정 분자들의 완화속도를 증가시킨다.

본 발명에 따른 컴퓨터로 판독가능한 매체의 기록된 상태가 제 2 형태의 액정 분자들이 완화된 상태에 해당하므로, 이 상태는 결국 높은 안정성을 갖는 저에너지 상태이다. 따라서, 본 발명의 방법을 사용하면 저장된 정보의 안정성이 증가된다. 그럼에도 불구하고, 매체가 Tg보다 낮은 온도로 유지되면, 제 2 형태의 LC 분자들의 부동성(immobility)으로 인해, 기록된 비트와 미기록된 비트가 안정하게 된다.

중합된 제 1 형태의 액정으로 제조된 LC 폴리머 네트워크는, 이와 같은 준안정 배향상태에서 제 2 형태의 액정 분자들에 대해 강력한 구동력을 가하게 된다. 예를 들어, 레이저나 국부적인 가열을 이용하여, 어드레스 지정된 비트(들)의 온도가 유리전이온도보다 높은 온도로 증가하면, 네트워크가 제 2 형태의 LC 분자들을 강제로 그들의 완화상태로 만듦으로써, 상기 제 2 형태의 LC 분자들의 완화속도를 증가시킨다. 따라서, 이것은 고속의 데이터 저장을 가능하게 한다.

이와 같은 구동력을 가하는 LC 폴리머 네트워크가 없는 수 밀리초의 표준 배향 시간과 비교할 때, 저장과정에서의 제 2 형태의 분자들의 완화시간(전환시간)이 수 밀리초로 줄어든다. 따라서, 본 발명은 데이터를 기록하는데 더 적은 에너지(수 나노초의 데이터 펄스)를 필요로 한다. 기록시에 어드레스가 지정된 데이터 비트들의 온도가 유리전이온도보다 높은 온도로 유지되어야 하는 시간이 감소함에 따라, 열적 누화의 확률이 더욱 줄어든다.

종속항 2에 기재된 컴퓨터로 판독가능한 매체는, 제 1 및 제 2 형태의 액정 분자들의 상대 백분율이 희박한 LC 폴리머 네트워크를 위해 유리하다는 이점을 갖는다. 이와 같은 희박한 LC 폴리머 네트워크를 형성하기 위해서는 적어도 0.1중량%의 상기한 제 1 형태의 LC 분자들이 필요할 것으로 추정된다. 더구나, 네트워크를 희박하게 형성하기 위해서는, 10 중량%가 제 1 형태의 LC 분자들의 상한 농도가 될 것으로 추정된다. 본 발명의 컴퓨터로 판독가능한 매체의 적절한 기능을 위해서는, 각각 80 중량% 및 99.9 중량%의 상한 및 하한 농도가 추정된 한계값이다,

저장 원리에서 배향된 이방성 형광 분자들(형광 발색단)을 사용하는 것은, 저장매체를 판독할 때, 증가된 흡광 단면을 가능하게 한다. 정확하게 배향된 형광 분자들을 사용하면, 등방 배향되는 형광 분자들에 비해, 흡광 단면이 3배 증가한다. 형광 분자들을 90°만큼 회전시킴으로써, 흡광도와 이에 따른 형광 발광에 잇어서 1:7의 차이를 실현할 수 있다.

종속항 5에 기재된 컴퓨터로 판독가능한 매체와, 종속항 7에 기재된 방법은, 컴퓨터로 판독가능한 매체의 판독이 형광에 의해, 즉 발색단의 여기와, 방출된 형광광의 검출에 의해 행해질 수 있다는 이점을 갖는다. 더구나, 형광 발색단을 사용하여 얻어지는 또 다른 이점은 위에서 설명하였다.

위에서 설명한 종래기술에서 설명한 것과 같이 수직 배향된 액정 폴리머 막에 정보를 기록하는 경우에는, 수직 배향으로부터 등방성 배향으로의 전체적인 완화중에, 상기 막이 유리전이온도보다 높은 온도로 유지될 필요가 있다. 따라서, 이와 같은 완화시간이 비교적 길기 때문에, 이와 같은 기술에 기반을 둔 저장장치가 비교적 낮은 기록속도를 얻게 된다.

본 발명의 제 2 국면에 따름 목적은, 너무 느린 기록속도와 관련된 문제점을 해소할 수 있는, 액정을 이용한 정보 기록방법을 제공함에 있다.

이와 같은 제 2 국면에 따르면, 이와 같은 목적은, 컴퓨터로 판독가능한 매체에 데이터를 기록하는 방법에 의해 달성되는데, 이때, 비트를 기록하고자 하는 LC층의 영역에, 예를 들면 열 펄스를 사용하여, 짧은 시간 동안, 열을 가하여, 상기 데이터 비트를 Tg보다 큰 온도 T에 도달하도록 함으로써, 제 2 형태의 LC 분자들의 전체적인 완화 중에, 즉 준안정 상태로부터 저 에너지의 배향 상태로의 전환 중에, 상기 영역의 온도가 유리전이온도 Tg보다 높은 온도로 유지되도록 한다.

컴퓨터로 판독가능한 매체의 열악한 열전도율로 인해, 마이크로초 정도의 시간 간격 동안에, 배향의 전체적인 전환을 허용하기 위해서는, 나노초 길이의 열 펄스가 충분하다.

전술한 것과 같은 방법으로, 나노초 정도의 길이를 갖는 열 펄스를 사용하면, 기록과정, 즉 데이터의 저장과정이 우수한 속도 성능을 얻게 된다.

따라서, 전술한 데이터 기록방법은 상기한 속도 성능으로부터 이익을 얻게 된다.

본 발명의 상기한 발명내용과 또 다른 발명내용은, 이하에서 설명하는 실시예를 참조하여 더욱 더 명백해질 것이다.

본 발명의 이들 특징부 및 다른 특징부와 이점들은, 다음의 첨부도면을 참조하여 설명하는 이하의 상세한 설명으로부터 더욱 더 명백해질 것이다:

도 1은 희박한 배향된 액정 폴리머 네트워크 내부에 포획된 준안정 배향으로 LC 분자들을 포함하는 LC층을 형성하는 동안 거치는 서로 다른 상태들을 개략적으로 예시한 상부, 중앙 및 하부 도면을 나타낸 것이고,

도 2는 데이터 광학저장용의 컴퓨터로 판독가능한 매체를 제조하기 위한 바람직한 실시예의 방법의 흐름도이며,

도 3은 데이터 광학저장용의 다층 컴퓨터 판독가능 매체의 구조를 나타낸 것이고,

도 4는 데이터를 컴퓨터로 판독가능한 매체로 기록하는 방법의 흐름도이다.

본 발명은, 광학 컴퓨터 판독가능한 매체의 제공에 관한 것으로, 특히 이방성 폴리머 네트워크들을 사용한 광학 저장장치에 관한 것이다.

이하, 바람직한 실시예에 따른 컴퓨터로 판독가능한 매체를 제고하기 위해, 준안정 배향으로 LC 분자들을 포함하는 희박한 액정(LC)층을 형성하는 동안 거치는 서로 다른 상태를 예시한 도 1의 상부, 중앙 및 하부 도면들을 참조한다. 이와 같은 LC층은, 먼저, 배향막으로 사전에 코팅된 기판 상에 혼합물을 도포하여 얻어질 수 있다. 이와 같은 혼합물은, 서로 가교할 수 있는 능력, 즉 반응성을 갖는 수 퍼센트의 제 1 형태의 액정 분자들(102), 일정한 양의 이색성 형광염료 분자들(106)과 제 2 형태의 액정 분자들(104)을 용매에 용해시켜 제조된다. 이와 같은 상태를 도 1의 상부 도면에 개략적으로 예시하였다. 제 2 형태의 액정 분자들의 유리전이온도보다 높고 이들 분자들의 투명화 온도보다 낮은 온도로 상승하면, 제 1 및 제 2 형태의 액정 분자들이 하지의 배향막에 의해 규정되는 방향으로 정렬된다.

제 1 형태의 LC 분자들(102)의 중합에 의해, 배향된 LC 분자들의 폴리머 네트워크(108)가 도 1의 중앙 도면에 도시된 것과 같이 형성된다. 상기한 배향된 제 1 형태의 LC 분자들(102)의 배향은, 형성된 이방성 폴리머 네트워크(108) 내부에 유지되며, 이 네트워크의 배향을 규정한다.

이에 따르면, 이방성 LC 폴리머 네트워크(108)에 대한 제 2 형태의 LC 분자들(104)의 강력한 고정이 얻어지므로, LC 분자들의 배향은 LC 폴리머 네트워크(108)의 배향에 의해 결정된다. 그럼에도 불구하고, 외부 필드(예를 들면, 전기장 또는 자기장)하에서는, 제 2 형태의 LC 분자들(104)과 이색성 형광염료 분자들(106)의 전체적인 배향을 변경하여(방향 프로파일을 변형하여), 도 1의 하부 도면에 도시된 것과 같이, 이들 분자들의 제 1 배향과 다른 전체적인 제 2 배향을 여전히 달성할 수 있다. 이방성 LC 폴리머 네트워크(108) 자체의 배향은 이 필드의 인가에 의해 변경되지 않는다. 이와 같이 얻어진 LC 폴리머 네트워크(108)에 대한 LC 분자들(104)의 강력한 고정으로 인해, 방향 프로파일의 변형은 변형 에너지의 상당한 증가를 초래하게 된다. 외부 자기장을 끄면, 높은 변형 에너지가 제 2 형태의 LC 분자들(104)을 LC 폴리머 네트워크(108)의 배향과 일치하는 원래의 배향으로 완화시키거나, 폐쇄한다. 많은 수의 분자들의 완화 재배향은 이색성 형광염료 분자들(106)이 그들의 배향을 이에 따라 강제로 변화시키도록 한다. 이방성 폴리머 네트워크에 의해 가해진 힘은, LC 폴리머 네트워크가 존재하지 않으며 LC 분자들의 고정이 배향막에서만 행해지는 경우에 비해, 완화 속도를 증가시킨다.

그러나, 제 2 형태의 LC 분자들로서 유리전이온도 Tg와 관련된 액정 분자들을 사용하고, 상기 외부 필드를 끄기 전에 온도를 Tg보다 낮은 온도로 저하시킴으로써, 상기 제 2 형태의 LC 분자들(104)과 이색성 형광염료 분자들(106)의 제 2 배향이 동결되어 유지된다. 이에 따라, 도 1의 하부 도면에 개략적으로 예시된 것과 같이, 제 1 방향으로 정렬된 폴리머 네트워크(108)와, 제 2 방향으로 배향된 제 2 형태의 액정 분자들(104)과 형광염료 분자들(106)이 얻어진다. 이에 따라 얻어진 제 2 형태의 LC 분자들의 배향 상태는 준안정 배향 상태이다. 준안정 상태를 채택할 수 있는 능력을 갖는 분자들은 데이터의 저장을 위해 사용될 수 있다. 데이터 비트를 기록시에, 이 비트의 준안정 배향으로 존재하는 분자들은 그들의 원래 배향으로 되돌아가는 반면에, 미기록된 데이터 비트들의 분자들은 그들의 준안정 배향으로 유지된다.

기록 및 미기록 비트들의 액정 분자들의 서로 다른 배향으로 인해, 이들은 다소 다른 굴절률을 나타낸다. 그러나, 본 명세서에서 나중에 자명하게 되는 이유로 인해, 본 실시예에서는, 이와 같은 차이가 컴퓨터로 판독가능한 매체의 제조단계에서 최소화된다.

따라서, 바람직한 실시예에 따른 컴퓨터로 판독가능한 매체를 설명하였다.

이하, 본 발명에 따른 광학 데이터 저장매체를 제조하는 바람직한 방법을 도 2와 관련하여 설명한다.

스텝 202에서 제공된 기판 상에, 스텝 204에서 배향막이 도포되어, 상기 기판 상에 도포될 분자를 정렬시킨다. 그후, 스텝 206에서, 예를 들면 자외선(UV)을 사용하여 조사시에 네트워크를 형성할 수 있는 능력을 갖는 액정 분자들과, 이와 같은 능력을 갖지 않는 다른 액정 분자들의 2가지 서로 다른 형태의 액정 분자들을 포함하는 혼합물을 기판 상의 배향막 위에 도포하여, LC층을 형성한다. 상기한 혼합물은 형광염료 분자들과 광개시제 분자들(미도시)도 함유한다.

1개보다 많은 수의 LC층을 설치하고자 하는 경우에는, 스텝 208에서 "Y"가 선택되는데, 즉 층들의 적층체를 설치하고자 하는 경우에는, 스텝 210에서 수동층이 도포된 후, 전술한 스텝들 204-206을 수행하게 된다. 이와 같은 과정은, 원하는 수의 LC층들의 적층체가 얻어질 때까지, 따라서 "적층?"에 대한 대답으로서 단계 208에서 선택 "N"이 선택될 때까지 반복된다.

그후, 스텝 212에서, 액정 혼합물의 유리전이온도 Tg보다 높으며 상기 혼합물의 투명화 온도 Tc보다 낮은 온도 T로 LC층(들)을 가열한다. 이 단계에서 온도 T에서, 2가지 형태의 액정 분자들과 형광염료 분자들이 정렬되어, 배향막에 의해 결정되는 방향으로 배향된다. 전체 구조 또는 샘플을 상기 온도 T로 유지하면서, 스텝 214에서, 상기 샘플을 UV광으로 조사하여, 제 1 형태의 액정 분자들이 서로 가교되도록 함으로써, 폴리머 강화 LC층을 형성한다.

스텝 216에서, 온도 T로 샘플을 유지하면서, 예를 들어, 간편하게는 코로나 방전을 이용하여 상기 샘플 위에 전기장을 인가하여, 제 2 형태의 액정 분자들이 그들의 배향을 상기 네트워크의 방향에 거의 수직한 방향으로 변경하도록 한다. 그후, 스텝 218에서, 샘플을 상기 유리전이온도 Tg보다 낮은 온도로 냉각한다. 이에 따라, 스텝 220에서, 도 1의 하부 도면에 개략적으로 예시된 것과 같이, 제 2 형태의 액정 분자들이 바람직하게는 이방성 LC 폴리머 네트워크의 방향에 수직하게 배향되는 준안정 배향 상태를 포함하는 컴퓨터로 판독가능한 매체가 얻어진다.

이와 같이 얻어진 매체를 구조의 서로 다른 층들의 측면도를 나타낸 도 3에 개략적으로 예시하였는데, 이때 기판(302)은 배향막(304)으로 덮이고, 이 배향막 위에는 이방성 LC 폴리머 네트워크, 준안정 배향 상태에 있는 제 2 형태의 액정 분자들과, 이색성 형광 분자들을 포함하는 폴리머 강화 유리질 LC층(306)이 설치된다. 1개보다 많은 수의 폴리머 강화 유리질 LC층을 도포하고자 하면, 파선으로 도 3에 나타낸 것과 같이, 불활성의 수동층(308)이 유리질 LC층(306) 위에 설치되고, 그후 배향막(310)과 또 다른 유리질 LC층(312)이 그 위에 설치된다. 원하는 수의 층들이 얻어질 때까지, 이들 3개의 층의 도포에 대응하는 스텝들을 반복할 수 있다.

광학 데이터 저장용 컴퓨터 판독가능 매체의 사용방법을 이하에서 설명한다.

준안정 배향 상태를 포함하는 유리질 LC층에 레이저의 초점을 맞춤으로써(또는 국부적인 가열에 의해) 정보가 저장된다. 초점이 맞추어졌을 때, 광 빔은 조사된 지점의 국부적인 온도를 유리전이온도보다 높은 온도로 증가시킴으로써, 유리질 상태로부터 액정 상태 또는 액체 상태로 제 2 형태의 액정 분자들에 대한 상전이를 일으키고, 그 결과 제 2 형태의 액정 분자들의 준안정 상태가 사라지고, 상기한 액정 분자들이 완화되어, LC 폴리머 네트워크에 따른 방향을 갖는 배향을 채택하게 된다. 이것은 1개의 비트의 기록, 즉 비트 전이에 해당한다. 따라서, 기록된 비트는 예를 들면 "0"에 대응하는 반면에, 미기록된 비트는 "1"에 대응한다. 이에 따라, 기록된 데이터 비트들의 제 2 형태의 액정 분자들은 LC 폴리머 네트워크의 방향으로 정렬되는 반면에, 미기록된 데이터 비트들은 이와 같은 방향으로 정렬되지 않고, 준안정 상태에서 상기 네트워크의 방향에 수직한 방향으로 배향된다.

본 발명의 또 다른 국면은, 폴리머 강화 LC층의 열악한 열전도성을 이용하여, 너무 기록속도가 낮은 문제를 극복하는 것으로 이하 도 4를 참조하여 설명한다.

이 방법은 스텝 402에서 카운터의 값 X를 1로 설정하여 시작된다. 스텝 404에서, 기록하고자 하는 모든 데이터 비트에 대해, 이 데이터 비트가 "1"인지 "0"인지를 판정한다. 어드레스가 지정된 영역이 Tg보다 높은 온도 T에 도달하도록 하기 위해, "1" 또는 "0"에 대해, 레이저 펄스 또는 가열장치에 의해 기록하고자 하는 LC층의 영역에 열이 가해져, 상기 데이터 비트를 기록한다. 기록하고자 하는 모든 데이터 비트가 스텝 406에서 기록되면, 즉 카운터 값 X가 최종 번호(최종 데이터 비트)에 도달하면, 단계 410에서 방법이 종료된다. 단계 406에서 모든 데이터 비트들이 기록되지 않았으면, 스텝 408에서 카운터의 값 X가 X+1로 설정되고, 레이저 빔이 다른 영역으로 이동하거나, 이와 달리 가열장치가 다른 영역을 가열하도록 배치됨으로써, 스텝 404 및 406이 반복되게 된다. 가열을 필요로 하는 비트들에 대해서는, 어드레스 지정된 영역의 온도가 유리전이온도 Tg로 하강하는 시간 간격에 제 2 형태의 액정 분자들의 완화가 거의 달성되도록, 어드레스 지정된 데이터 영역이 가열되는 목표 온도인 온도 T가 조정된다. 컴퓨터 판독가능한 매체의 열악한 열전도율로 인해, 마이크로초 정도의 시간 간격 내에서 배향(완화)의 거의 완전한 전환을 허용하는데 나노초 정도의 길이를 갖는 열 펄스가 충분하다. 따라서, 나노초 길이의 열 펄스를 사용함으로써, 기록을 위한 높은 데이터 속도가 가능하게 된다.

기록 및 미기록된 데이터 비트들의 판독은, 굴절률, 흡광도 또는 형광의 차이에 기초하여 행해질 수 있다. 형광의 경우에, 예를 들어 이색성 형광 분자들의 여기와, 그후의 방출된 형광광의 검출에 의해, 판독이 행해진다. 형광 분자들은 그들의 흡광 단면에 따라 여기된다. 이에 따르면, 서로 다른 방향으로 배향된 형광 분자들은 서로 다른 크기로 여기되어, 저장된 서로 다른 형태의 정보(1들 및 0들)에 대응하여 방출된 빛의 강도 차이를 일으키게 된다.

전술한 것과 같이, 기록 및 미기록된 비트들의 분자들 사이의 굴절률이 약간 다르다. 1개보다 많은 수의 유리질 LC층이 데이터 저장매체에 존재하는 경우에는, 기록 및 미기록 비트들의 굴절률 차이가 하지층들에 대한 빔의 품질과, 이에 따라 데이터 저장매체의 성능을 저하시키게 된다. 형광과 비교할 때, 기록 및 미기록된 비트들 사이의 굴절률 또는 흡광도 차이에 기초한 판독이 동일하게 적절하다. 다수의 유리질 LC 수동층 및 배향막들이 서로의 위에 교대로 적층된 경우에는, 이와 같은 굴절률 차이를 최소로 하는 것이 유리하다. 다행히도, 이색성 형광 발색단들을 포함하는 본 발명의 일 실시예가, 상기 굴절률 차이를 최소화하기 위해 재료의 신중한 선택을 가능하게 하므로, 다층 구조를 갖는 광 저장매체를 제공할 수 있다.

본 발명은 예를 들어 다음과 같이 다양한 방식으로 변형될 수 있다.

컴퓨터 판독가능한 매체를 제조하기 위한 본 발명의 방법의 제 2 실시예에서는, 배향막을 도포하고, LC 분자들을 포함하는 혼합물을 기판 상에 도포한 후, 도포된 혼합물을 Tg보다 높고 Tc보다 낮은 온도로 가열하고, UV광으로 샘플을 조사하여, 불활성 수동층을 도포하기 전에, 중합을 일으킴으로써, 적층이 행해진다. 그후, 원하는 수의 LC층들이 얻어질 때까지, 이와 같은 단계들을 반복하여, 다층 광 저장매체를 형성한다. 본 실시예에서, 불활성 수동층을 도포하기 직전에, Tg보다 낮은 온도 T로 샘플을 냉각시키는 바람직하다.

또 다른 실시예에 있어서는, 처리된 기판들을 함께 적층하기 전에, 배향막, 능동층 및 수동층을 갖는 박막의 투명 기판들을 개별적으로 처리하여, 다층 저장매체를 얻음으로써 적층이 이루어진다.

본 발명의 또 다른 실시예에서는, 다수의 LC층들을 갖는 컴퓨터 판독가능 매체, 즉 다층 컴퓨터 판독가능 매체는, 상기 LC층들 중에서 적어도 1개의 LC층에 사전에 기록된 데이터를 포함한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 있어서는, 적어도 1개의 사전에 기록된 LC층을 갖는 다층의 컴퓨터 판독가능 매체를 제조하는 방법은, 기록하고자 하는 데이터에 대응하는 기록 비트 패턴을 갖는 가열된 스탬프를 준안정 배향상태에 있는 제 2 형태의 LC 분자들을 포함하는 폴리머 강화 LC층에 가하는 과정을 포함한다. 이와 같은 사전에 패턴이 형성된 스탬프를 가할 때, 가열하려는 스탬프의 기록 비트 패턴에 대응하는 데이터 영역들이 제 2 형태의 LC 분자들에 대해 준안정 상태로부터 저에너지 완화 상태로의 전환, 즉 비트 전이를 가능하게 한다. 기록 비트 패턴에 대응하며 가열되지 않는 데이터 영역에 있는 제 2 형태의 LC 분자들은, 그들의 준안정 배향상태를 유지한다. 예를 들어, 금속으로 제조된 가열된 스탬프를 사용하는 기록과정은, 1개보다 많은 데이터 비트의 동시기록, 즉 병렬 데이터 기록에 사용되는 것이 바람직하다. 병렬 기록과정으로부터 이득을 얻는 데이터 기록 및/또는 데이터 복제의 모든 국면이 이와 같은 기록기술의 가능한 응용분야가 된다. 예를 들면, 몇 개를 언급하자면, CD, DVD, 레이저 디스크, MD의 제조(와 가능한 경우에는 사용방법)가 본 발명의 본 실시예의 명백한 관심 분야이다.

전술한 기판은, 예를 들면, 폴리카보네이트 또는 폴리노보넨, 또는 위에서 예시한 처리단계에 적합한 다른 재료로 제조될 수 있다. 더구나, 상기한 기판은, 상기 컴퓨터 판독가능 저장매체의 사용(즉, 기록 및 판독)중에 인가된 전자기파, 즉 가시광선, 자외선 및 적외선에 투명한 것이 바람직하다.

본 발명의 또 다른 실시예에서는, 기판이 형성되는 샘플로부터 착탈가능한데, 즉 상기 기판은 초기 또는 중간 처리단계들 중에 지지체로서의 역할만을 한다.

액정 분자들을 함유하는 혼합물을 도포하기 전에 도포되는 배향막은, 액정 분자들을 한가지 방향으로 배향시키는 역할을 한다. 이와 같은 배향막은, 예를 들면 러빙된 배향층이거나 광배향층일 수 있다.

더구나, 이와 달리, LC 혼합물에 포함된 LC 분자들의 배향은, 샘플 위에 전기장이나 자기장을 인가하여 달성될 수도 있다.

활성 혼합물은, 인쇄, 스핀코팅, 닥터블레이드 코팅, 침적, 주조 또는 공업적으로 제어가능한 다른 코팅방법 등과 같이 임의의 적절한 코팅기술을 사용하여 기판에 도포된다.

본 발명의 또 다른 실시예에서, 상기 혼합물에 포함되는 형광염료 분자들은, 이와 다른 형태의 형광 분자들, 예를 들면 형광 액정 분자들에 의해 대치된다.

본 발명의 또 다른 실시예에서는, 이방성 분자들의 배향 변화에 기반을 둔 모든 저장매체가 적용가능하다.

또한, 본 경우에는 완전하게 최소로 되지 않은 기록 및 미기록된 데이터 비트들 사이의 작은 굴절률 차이에 기초하여, 컴퓨터 판독가능 매체에 저장된 정보를 판독할 수도 있다.

이와 달리, 반사율의 차이를 일으키는 조사된 빛의 흡광도의 차이가 저장된 정보를 판독하는데 이용될 수 있다.

기록 및 미기록 비트들의 투명도 또는 투과율의 차이도 컴퓨터 판독가능 매체를 판독하는데 사용될 수 있다.

2가지 형태의 액정 분자들을 함유하는 혼합물의 조사를 위해, 전자기 방사빔 또는 전자빔 방사선이 사용되어, 상기 제 1 형태의 액정 분바들을 가교시킴으로써, 이방성 LC 폴리머 네트워크를 형성할 수 있다. 전자기 방사빔 중에서, 자외선 이이의 파장, 예를 들면 가시광, X-선 또는 감마선이 사용될 수도 있다.

상기 외부 전기장의 인가에 의해 발생된 상기 제 2 형태의 액정 분자들의 배향 상태는, 제 1 형태의 LC 분자들의 이방성 LC 폴리머 네트워크의 방향과 비교할 때, 바람직한 거의 수직 배향과 다를 수도 잇다. 제 2 형태의 LC 분자들의 효율적인 배향은, LC 폴리머 네트워크와 인가된 외부 필드의 상대적인 방향에 의해 결정된다.

컴퓨터 판독가능 매체를 제조하는 방법의 또 다른 국면은, 기판 상에 액정 분자들의 혼합물을 도포하는데 사용되는 기술에 의해 액정 분자들의 배향의 적어도 일부가 제공되는 것이다. 이들 기술로는, 스핀코팅, 닥터블레이드 코팅 또는 인쇄기술을 들 수 있다.

준안정 상태는, 희박한 폴리머 네트워크를 형성할 수 있는 제 1 형태의 LC 분자들, 예를 들면, 디아크릴레이트, 디에폭사이드 등의 반응성 작용기들을 갖는 LC 분자들과, 실온에서 유리를 형성하며 승온시에 네마틱 또는 스메틱 액정상을 형성하는 제 2 형태의 LC 분자들의 조합에 의해 가능하게 된다. 준안정 상태를 얻어, 고속으로 기록을 가능하게 하기 위해서는, 이들 2가지 형태의 LC 분자들의 조합이 최적화되어야 한다. 형성된 폴리머 강화 유리질 LC층(LC 겔)에 대해 사용된 용매에 용해되는 한, 이색성 흡수 또는 형광 염료들이 개별적으로 최적화될 수 있다.

본 발명에 따르면, 다음과 같은 이점을 갖는 저장장치를 제공할 수 있다.

기록된 상태는, 제 2 형태의 액정 분자들이 완화되는 상태로서, 결국 이 상태는 높은 안정성을 갖는 저에너지 상태이다. 따라서, 본 발명을 사용하여 저장된 정보의 안정성이 증가된다. 전술한 것과 같이, 매차가 Tg보다 낮은 온도로 유지될 때, 제 2 형태의 LC 분자들의 부동성으로 인해, 기록 및 미기록된 데이터 비트들이 안정하게 된다.

중합된 제 1 형태의 액정으로 이루어진 LC 폴리머 네트워크는, 그들의 준안정 배향상태에서, 제 2 형태의 액정 분자들에 대해 강력한 구동력을 가한다. 예를 들어, 레이저를 사용하거나 국부적인 가열에 의해, 샘플의 온도가 유리전이온도보다 높게 증가하면, 네트워크가 제 2 형태의 LC 분자들이 그들의 완화 상태로 재배향되도록 함으로써, 상기 제 2 형태의 LC 분자들의 완화속도를 증가시킨다. 따라서, 이것은 고속의 데이터 저장을 가능하게 한다.

더구나, 예를 들면 짧은 레이저 펄스에 의해, 기록시에 능동층을 Tg보다 높은 온도로 가열할 수도 있다. 따라서, 기록시에, 매체의 열악한 열전도율로 인해, 첫 번째 비트의 온도가 특정한 시간 동안 Tg보다 높게 유지되는 동안, 기록 빔이 기록을 위해 계속 이동한다. 기록된 영역의 온도가 Tg보다 높은 온도인 지속기간이 제 2 형태의 LC 분자들의 전체적인 완화를 가능하게 할 수 있을 정도로 충분히 길도록, 기록된 영역들이 가열되는 목표 온도가 조정된다. 그 결과, 온도 T>Tg인 동안에 기록된 비트들에서 재배향 과정이 계속 진행되는 동안, 레이저 빔이 계속 이동할 수 있다.

저장 원리에서 배향된 이방성 형광 분자들(즉, 형광 발색단)을 사용하는 것에 의해, 저장매체를 판독할 때 흡광 단면이 증가될 수 있다. 완전하게 정렬된 형광 분자를 사용하면, 등방 배향된 형광 분자들에 비해, 흡광 단면이 3배 증가한다. 정렬된 형광 분자들을 90°만큼 회전시킴으로써, 흡광도와 이에 따른 형광 발광에서 1:7의 차이가 실현된다.

더구나, 배향된 이방성 형광 분자들의 사용은 형광광의 이방성 흡광을 가능하게 한다. 등방 배향된 형광 분자들과 비교할 때, 상기한 빛의 발광에 있어서 3배, 또는 현실적으로 말하면 2배가 얻어지는데, 이것은 집광 효율을 향상시켜, 더 높은 데이터 레이트를 얻는데 사용될 수 있다.

형광염료 분자들의 정렬된 배향으로 인해, 빛의 발광이 이방성이 되는데, 이것은 형광신호 강도를 한 방향으로 증가시킨다.

더구나, 형광 분자들의 정렬의 결과로써, 단면의 증가가 가능하게 된다.

형광염료 분자들이 기록시에 그들의 배향을 변경하므로, 형광이 실제적으로 온 상태로 전환된다. 따라서, 미기록된 영역이 배경에 기여하지 않으므로, 방해하는 배경광을 줄일 수 있다.

이와 같은 구동력을 가하는 LC 폴리머 네트워크가 없는 수 밀리초 정도의 표준 재배향 시간과 비교할 때, 저장과정에서의 제 2 형태의 분자들의 완화시간(전환시간)이 수 나노초 정도로 줄어든다. 따라서, 본 발명은 데이터를 기록하는데 더 적은 에너지(수 나노초 정도의 레이저 펄스)를 필요로 한다. 더구나, 기록시에 초점이 맞추어진 어드레스 지정된 데이터 비트의 온도가 유리전이온도보다 높은 온도로 유지되어야 하는 시간이 감소하므로, 열적 누화의 확률이 줄어든다.

Claims (19)

1. 제 1 방향으로 정렬되고 폴리머 네트워크를 형성하는 제 1 형태의 액정 분자들과,

   제 2 방향으로 배향된 제 2 형태의 액정 분자들을 포함하되, 상기 제 2 형태의 액정 분자들의 배향이 준안정 상태인 LC층을 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 데이터 저장용 컴퓨터 판독가능 매체.
2. 제 1항에 있어서,

   LC층은, 0.1-10중량%의 상기 제 1 형태의 액정 분자들과, 80-99.9%중량%의 상기 제 2 형태의 액정 분자들을 함유하는 것을 특징으로 하는 컴퓨터 판독가능 매체.
3. 제 1항에 있어서,

   다수의 LC층들을 구비한 것을 특징으로 하는 컴퓨터 판독가능 매체.
4. 제 3항에 있어서,

   적어도 1개의 LC층이 사전에 데이터로 기록된 것을 특징으로 하는 컴퓨터 판독가능 매체.
5. 제 1항에 있어서,

   LC층은 형광염료 분자들을 함유하는 것을 특징으로 하는 컴퓨터 판독가능 매체.
6. 광학 데이터 저장용의 컴퓨터 판독가능 매체를 제조하는 방법에 있어서,

   제 1 형태의 액정 분자들과, 유리전이온도와 관련된 제 2 형태의 액정 분자들을 함유하는 혼합물을 기판 상에 도포하여, 유리질 LC층을 형성하는 단계와,

   액정층을 유리전이온도보다 높은 온도로 가열하는 단계와,

   제 1 방향으로 액정 분자들의 배향을 제공하는 단계와,

   제 1 형태의 액정 분자들의 액정 폴리머 네트워크를 형성하기 위해, LC층에 방사빔을 공급하는 단계와,

   LC층에 전기장 또는 자기장을 인가하여, 제 2 방향으로 제 2 형태의 액정 분자들의 배향을 일으키는 단계와,

   상기 전기장 또는 자기장을 인가하는 동안, 상기 LC층을 상기 유리전이온도보다 낮은 온도로 냉각하여, 상기 매체 내부에 액정 분자들의 배향의 준안정 상태가 수립되도록 하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 컴퓨터 판독가능 매체의 제조방법.
7. 제 6항에 있어서,

   도포된 혼합물이 형광염료 분자들을 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 데이터 저장용 컴퓨터 판독가능 매체의 제조방법.
8. 제 6항에 있어서,

   상기 컴퓨터 판독가능 매체는 다수의 LC층들을 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 데이터 저장용 컴퓨터 판독가능 매체의 제조방법.
9. 제 8항에 있어서,

   데이터의 기록이 적어도 1개의 층에서 행해지는 것을 특징으로 하는 광학 데이터 저장용 컴퓨터 판독가능 매체의 제조방법.
10. 제 9항에 있어서,

    사전에 패턴이 형성된 가열된 스탬프를 가하여 1개보다 많은 수의 비트 영역이 동시에 가열되는 것을 특징으로 하는 광학 데이터 저장용 컴퓨터 판독가능 매체의 제조방법.
11. 제 6항에 있어서,

    배향을 제공하는 단계는, 액정 분자들의 상기 혼합물을 도포하기 전에, 상기 기판 상에 배향막을 도포하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 데이터 저장용 컴퓨터 판독가능 매체의 제조방법.
12. 제 6항에 있어서,

    배향을 제공하는 단계는, LC층에 인가되는 외부 전기장을 사용하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 데이터 저장용 컴퓨터 판독가능 매체의 제조방법.
13. 제 6항에 있어서.

    배향을 제공하는 단계는, LC층에 인가되는 외부 자기장을 사용하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 데이터 저장용 컴퓨터 판독가능 매체의 제조방법.
14. 제 6항에 있어서,

    적어도 1개의 액정 폴리머 네트워크를 형성하기 위해 공급되는 방사빔은, 전자기 방사선과, UV광, X-선 또는 감마선 중에서 1개인 것을 특징으로 하는 광학 데이터 저장용 컴퓨터 판독가능 매체의 제조방법.
15. 제 6항에 있어서,

    공급된 방사빔은 전자빔 방사선인 것을 특징으로 하는 광학 데이터 저장용 컴퓨터 판독가능 매체의 제조방법.
16. 제 6항에 있어서,

    제 1 형태의 액정 분바들은 반응성을 갖고, 제 2 형태의 액정 분자들은 비반응성 액정 분자들인 것을 특징으로 하는 광학 데이터 저장용 컴퓨터 판독가능 매체의 제조방법.
17. 제 6항에 있어서,

    가열단계는, 유리전이온도 Tg보다 높으며 투명화 온도보다 낮은 온도로 가열하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 데이터 저장용 컴퓨터 판독가능 매체의 제조방법.
18. 제 1항에 기재된 컴퓨터 판독가능 매체에 데이터를 기록하는 방법에 있어서,

    기록하고자 하는 LC층 내부의 모든 비트 영역에 대해,

    LC층 내부의 상기 비트 영역에 열 펄스를 가하여, 상기 영역의 온도 T가 상기 비트 영역에 있는 제 2 형태의 LC 분자들의유리전이온도 Tg보다 높게 하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 데이터 기록방법.
19. 제 18항에 있어서,

    비트 영역에 대한 열 펄스를 가하는 것은 짧은 레이저 펄스를 상기 비트 영역에 초점을 맞추어 행해지는 것을 특징으로 하는 데이터 기록방법.