MXPA04012267A - Almacenamiento optico de capas multiples usando pre-orientacion en una matriz vitrea. - Google Patents

Abstract

La invencion se refiere a producir una memoria optica que combina estabilidad de datos escritos y no escritos con alta velocidad de escritura y sensibilidad adecuada durante la escritura, a una memoria optica de este tipo asi como a un metodo para escribir en la memoria. La memoria optica tiene una capa de cristal liquido (LC) con un primer tipo de moleculas de LC (102) alienadas en una direccion, formando una red polimerica (108), y un segundo tipo de moleculas de LC (104) orientadas en una direccion perpendicular, en donde la orientacion del segundo tipo de moleculas de LC es meta-estable. Al hacer uso de una fuerza, ejercida en el segundo tipo de moleculas de LC (104), por la red de moleculas entrelazadas alineadas, se logra un incremento en la velocidad de relajacion para el segundo tipo de moleculas (104) de un estado de orientacion meta-estable, lo cual hace posible usar la relajacion para escribir datos a una velocidad de escritura de datos incrementada.

Description

ES, FI, FR, GB, GR, HU, IE, IT, LU, MC, NL, PT, RO, For two-letter codes and other abbreviaüons, referió the "Guid- SE, SL SK, TR), OAPI patent (BF, BJ, CF, CG, CL CM, ance Notes on Codes ndAbbrevia¡ions"appearing ai ¡he begin- GA, GN, GQ, GW, ML, MR, NE, SN, TD, TG). ning ofeach regular iss e ofthe PCT Gazette. Published: — with international search repon ALMACENAMIENTO OPTICO DE CAPAS MULTIPLES USANDO PRE- ORIENTACION EN UNA MATRIZ VITREA Campo de la invención La presente invención se refiere en general a dispositivos de almacenamiento óptico y en particular a un medio legible por computadora que utiliza pre-orientación en una matriz vitrea para el almacenamiento óptico de datos y a un método para producir el medio. Antecedentes de la invención Se conoce bien en el campo del almacenamiento óptico de datos el uso de moléculas de cristal líquido que tienen una temperatura de transición vitrea. Por ejemplo, el documento US 5,976,638 se refiere a un medio de grabación óptica que comprende una película polimérica cristalina líquida orientada homeotrópicamente que contiene moléculas de cristal líquido que tienen una temperatura de transición vitrea Tg, y moléculas de colorante dicroico, ambas estando orientadas perpendiculares a la superficie de la película. En general, el momento dipolar de absorción de un colorante dicroico coincide con el eje largo del cromóforo y por lo tanto, la absorción de moléculas de colorante dicroico es claramente direccional . En una película no escrita las moléculas de cristal líquido y por consiguiente las moléculas de colorante REF. : 158994 dicroico son orientadas omeotrópicamente y sólo muestran baja absorción de la luz incidente. Mediante calentamiento local o por irradiación (por ejemplo por un láser) hasta una temperatura por arriba de la temperatura de transición vitrea, Tg, de las moléculas de cristal líquido, la orientación homeotrópica se convierte en una isotrópica. Al enfriarse rápidamente las áreas irradiadas o calentadas (debajo de la Tg del polímero cristalino de cristal líquido) , la orientación isotrópica es congelada. Ya que el colorante dicroico será igualmente orientado isotropicamente, esto da como resultado una absorción de la luz incidente sustancialmente más alta. Una desventaja de este método es el largo tiempo de relajación de las moléculas de LC, longitud completa durante la cual el trazo (o campo de datos) que es escrito tiene que ser mantenido a una temperatura por arriba de la temperatura de transición vitrea (Tg) , cuando se usa para el almacenamiento de información. Una desventaja más es la necesidad de enfriar rápidamente el área escrita hasta una temperatura debajo de la temperatura de transición vitrea, para congelar así las moléculas de colorante dicroico orientadas isotropicamente. Una limitación de este método es la necesidad de utilizar un colorante dicroico, para crear así un contraste de absorción para la luz incidente.

Se conoce también (en el campo de presentadores visuales de cristal líquido) el uso de una red polimérica de cristal líquido anisotrópica diluida. La propia red polimérica LC anisotrópica está hecha típicamente de moléculas de cristal líquido entrelazadas en presencia de un segundo tipo abundante de moléculas de cristal líquido, ambos tipos siendo alineados en una dirección determinada por ejemplo por una capa de alineación. La red ejerce una fuerza sobre el segundo tipo de moléculas de LC, andándolas a la red. Aún así, al aplicar un campo eléctrico es posible orientar el segundo tipo de moléculas de LC en una segunda dirección. Sin embargo, después de apagar el campo externo, la fuerza de la red excita al segundo tipo de moléculas de regreso a su orientación inicial, haciendo a su segunda orientación inestable. Una limitación del método descrito para el almacenamiento óptico de datos es que el estado de orientación de las moléculas de LC orientadas por el campo externo aplicado, es decir, la segunda orientación, es inestable, requiriendo que el campo externo sea encendido para evitar que las moléculas de LC se relajen y se reorienten. Sin embargo, este método puede utilizarse para almacenamiento de información al equipar cada capa de almacenamiento con electrodos y destruyendo localmente los electrodos después de escribir información. Por lo tanto, las moléculas de LC en campos de datos no escritos solamente, serán afectadas por el campo eléctrico aplicado y forzadas a cambiar su orientación cuando sean dirigidas después de la lectura. Una desventaja de este método es el uso de electrodos que hace a esta implemen ación compleja y costosa. Breve descripción de la invención Un objetivo de acuerdo con un primer aspecto de la presente invención es proporcionar una memoria óptica que combine estabilidad de datos escritos y no escritos con alta velocidad de escritura y adecuada sensibilidad durante la escritura. De acuerdo con dicho aspecto este objetivo se logra mediante un método para producir un medio legible por computadora para el almacenamiento óptico de datos, que comprende las etapas de aplicar, sobre un substrato, una mezcla que comprende moléculas de cristal líquido de un primer tipo y moléculas de cristal líquido de un segundo tipo, las moléculas de cristal líquido de un segundo tipo estando asociadas con una temperatura de transición vitrea y una temperatura de aclaración, para proporcionar una capa de LC vitrea, calentar la mezcla de cristal líquido vitrea hasta una temperatura por arriba de la temperatura de transición vitrea, proporcionar la alineación de las moléculas de cristal líquido en una primera dirección, suministrar radiación a la capa de LC y de esta manera a las moléculas de cristal líquido para de esta manera formar una red polimérica de cristal líquido del primer tipo de moléculas de cristal líquido, aplicar un campo eléctrico o magnético a la capa de LC, causar la orientación de las moléculas de cristal líquido no reactivas en una segunda dirección y enfriar la capa de LC hasta una temperatura por debajo de la temperatura de transición vitrea durante la aplicación del campo eléctrico o magnético, de tal manera que se establezca un estado de orientación meta-estable de las moléculas de cristal líquido en el medio. Al seleccionar exitosamente moléculas de LC que tengan una temperatura de transición vitrea como el segundo tipo de moléculas de cristal líquido, se resuelve el problema de inestabilidad de las moléculas de LC atrapadas en una red polimérica de LC anisotrópica diluida. El método para producir un medio legible por computadora de acuerdo con la presente invención produce exitosamente moléculas de LC atrapadas en un estado de orientación meta-estable en la red polimérica de LC anisotrópica diluida. Este objetivo también se logra por un medio legible por computadora para el almacenamiento óptico de datos que comprende una capa de LC, que incluye un primer tipo de moléculas de cristal líquido alineadas en una dirección y que forman una red polimérica, y un segundo tipo de moléculas de cristal líquido orientadas en una segunda dirección, en la cual la orientación del segundo tipo de moléculas de cristal líquido es meta-estable.

La presente invención comprende la utilización exitosa de moléculas de cristal líquido que tienen una temperatura de transición vitrea que serán orientadas y congeladas para establecer un estado de orientación meta-estable en una red polimérica de LC diluida. Gracias al uso de una red polimérica de LC diluida de acuerdo con el primer aspecto de la presente invención, se supera el problema de una velocidad de relajación demasiado baja para la orientación de las moléculas de LC. La fuerza que es ejercida en el segundo tipo de moléculas de LC por la red polimérica de LC diluida, que fuerza al segundo tipo de moléculas de LC a reorientarse y adoptar una orientación de baja energía determinada por la capa de alineación, incrementa la velocidad de relajación del segundo tipo de moléculas de cristal líquido. Ya que el estado escrito de un medio legible por computadora, de acuerdo con la presente invención, es un estado al cual el segundo tipo de moléculas de cristal líquido se han relajado, este estado es en consecuencia un estado de energía más baja, que tiene una alta estabilidad. La estabilidad de la información almacenada es de esta forma incrementada usando el método de la invención. No obstante, tanto los bits escritos como no escritos son estables como resultado de la inmovilidad del segundo tipo de moléculas de LC cuando el medio es mantenido a una temperatura debajo de la Tg.

La red polimérica de LC hecha del primer tipo polimerizado de cristal líquido ejerce una fuerte fuerza de excitación sobre el segundo tipo de moléculas de cristal líquido en su estado de orientación meta-estable. Una vez que la temperatura de los bits de datos dirigidos es incrementada por arriba de la temperatura de transición vitrea, usando por ejemplo un láser o mediante calentamiento local, la red fuerza al segundo tipo de moléculas de LC a reorientarse a su estado relajado, incrementando de esta manera la velocidad de relajación del segundo tipo de moléculas de LC. Esto hace posible entonces un almacenamiento de datos a alta velocidad. El tiempo de relajación (tiempo de conmutación) del segundo tipo de moléculas en el proceso de almacenamiento se reduce al orden de microsegundos , en comparación con el tiempo de reorientación estándar del orden de milisegundos , en ausencia de una red polimérica de LC que ejerce esta fuerza de excitación. Por consiguiente, la invención requiere de menos energía (impulsos láser del orden de nanosegundos) para escribir datos. La probabilidad de una diafonía térmica se reduce más, ya que el tiempo durante el cual la temperatura de los bits de datos dirigidos después de la escritura tiene que permanecer por arriba de la temperatura de transición vitrea, es reducido. El medio legible por computadora de acuerdo con la reivindicación dependiente 2 tiene la ventaja de que el porcentaje relativo del primero y segundo tipo de moléculas de cristal líquido es favorable para una red polimérica de LC diluida. Se calcula que al menos 0.1% en peso del primer tipo de moléculas de LC se requiere para formar esta red polimérica de LC anisotrópica diluida. Además, 10% en peso se calcula como un límite de concentración superior de las moléculas de LC del primer tipo para formar así una red que esté diluida. Una concentración más baja y más alta de 80 y 99.9% en peso, respectivamente, son límites calculados para una función adecuada del medio legible por computadora de la presente invención. El uso de moléculas fluorescentes anisotrópicas orientadas (es decir, fluoróforos) en principios de almacenamiento hace posible un corte transversal de absorción incrementado cuando se lee el medio de almacenamiento. Con moléculas fluorescentes perfectamente alineadas, el corte transversal de absorción es incrementado tres veces en comparación con las moléculas fluorescentes que están orientadas isotrópicamente . Al hacer girar las moléculas fluorescentes alineadas por 90°, un contraste de 1:7 en absorción y de esta manera en emisión de fluorescencia es realista . El medio legible por computadora de acuerdo con la reivindicación dependiente 5, y el método de acuerdo con la reivindicación dependiente 7, tienen la ventaja de que la lectura del medio legible por computadora puede hacerse mediante fluorescencia, es decir, por medio de la excitación de los cromóforos y la detección de la luz fluorescente emitida. Las ventajas adicionales del uso de cromóforos fluorescentes se describen arriba. En el caso de escribir información en la película polimérica cristalina líquida orientada homeotrópicamente como se describió en la técnica anterior arriba, esta película tiene que mantenerse a una temperatura por arriba de la temperatura de transición vitrea durante la relajación completa de la orientación homeotrópica a la orientación isotrópica. Ya que este tiempo de relajación es relativamente largo, una memoria a base de esta técnica recibirá en consecuencia una velocidad de escritura relativamente baja. Un objetivo de acuerdo con un segundo aspecto de la invención está dirigido a proporcionar un método para escribir información usando cristales líquidos, el cual supera el problema de una velocidad de escritura demasiado baj a . De acuerdo con este segundo aspecto el objetivo se resuelve por un método para escribir datos en un medio legible por computadora, en el cual se aplica calor durante una corta duración de tiempo, por ejemplo, usando un impulso de calor, al área de la capa de LC en donde el bit va a ser escrito para que de esta manera el bit de datos alcance una temperatura, , para la cual T está por arriba de la Tg, de tal manera que la temperatura del área permanezca por arriba de la temperatura de transición vitrea, Tg, durante la relajación completa del segundo tipo de moléculas de LC, es decir, durante el cambio del estado meta-estable a un estado de orientación de baja energía. Debido a una deficiente conductividad de calor del medio legible por computadora, un impulso de calor de nanosegundos de largo es suficiente para permitir un cambio completo en la orientación durante un segmento de tiempo en el orden de microsegundos . De la manera descrita arriba, usando impulsos de calor que tienen una longitud en el orden de nanosegundos, el proceso de escritura, es decir, almacenamiento de datos, recibe un excelente rendimiento de velocidad. El método descrito arriba para escribir datos se beneficiará entonces de este rendimiento de velocidad. Estos y otros aspectos de la invención serán aparentes de, y elucidados con referencia a las modalidades descritas en adelante en la presente. Descripción de las figuras Estas y otras características y ventajas de la presente invención se entenderán mejor haciendo referencia a la siguiente descripción detallada cuando se le considere en conjunto con los dibujos anexos, en los cuales: La figura 1 muestra un panel superior, medio e inferior que ilustran esquemáticamente diferentes estados que se pasan durante la formación de una capa de LC que contiene moléculas de LC en una orientación meta-estable, atrapadas en una red polimérica de cristal líquido orientada y diluida. La figura 2 muestra un diagrama de flujo de un método de modalidad preferida para fabricar un medio legible por computadora para el almacenamiento óptico de datos. La figura 3 muestra la estructura de un medio legible por computadora de capas múltiples para el almacenamiento óptico de datos. La figura 4 muestra un diagrama de flujo de un método para escribir datos en un medio legible por computadora . Descripción detallada de la invención La presente invención se refiere a la provisión de medios legibles por computadora ópticos y en particular a memorias ópticas que usan redes poliméricas anisotrópicas . Se hará referencia ahora a los paneles superior, medio e inferior de la figura 1 que ilustran los diferentes estados que se pasan durante la formación de una capa de cristal líquido (LC) diluida que contiene moléculas de LC en una orientación meta-estable, para la provisión de un medio legible por computadora de acuerdo con una modalidad preferida. Esta capa de LC puede obtenerse al aplicar primero una mezcla sobre un substrato que sea pre-revestido con una capa de alineación. Esta mezcla se prepara al disolver un poco porcentaje de un primer tipo de moléculas de cristal líquido, 102, con la capacidad de entrelazarse unas con otras, es decir, son reactivas, una cantidad de moléculas de colorante fluorescente dicroico, 106, y un segundo tipo de moléculas de cristal líquido, 104, en un solvente. Este estado se ilustra esquemáticamente en el panel superior de la figura 1. Después de elevar la temperatura por arriba de la temperatura de transición vitrea del segundo tipo de moléculas de cristal líquido, y debajo de la temperatura de aclaración de las mismas moléculas, el primero y segundo tipo de moléculas de cristal líquido se alinean en una dirección definida por la capa de alineación subyacente. Mediante la polimerización del primer tipo de moléculas de LC, 102, se forma una red polimérica, 108, de moléculas de LC alineadas, como la mostrada en el panel medio de la figura 1. La orientación de este primer tipo alineado de moléculas de LC, 102, se mantiene en la red polimérica anisotrópica formada, 108, y define la orientación de la misma red. Se obtiene entonces un fuerte anclaje del segundo tipo de moléculas de LC, 104, a la red polimérica de LC anisotrópica, 108, y la orientación de las moléculas de LC será entonces determinada por la reorientación de la red polimerica de LC, 108. No obstante, bajo campos externos (por ejemplo, campos eléctricos o campos magnéticos) es aún posible cambiar la orientación total (deformar el perfil director) del segundo tipo de moléculas de LC, 104, y las moléculas de colorante fluorescente dicroico, 106, para lograr una segunda orientación general, diferente de la primera orientación de estas moléculas, la cual se muestra en el panel inferior de la figura 1. La propia orientación de la red polimérica de LC anisotrópica, 108, no es cambiada por la aplicación de este campo. Gracias al fuerte anclaje de las moléculas de LC, 104, a la red polimérica de LC, 108, obtenido de esta manera, la deformación del perfil director dará como resultado un incremento sustancial de la energía de deformación. Después de apagar el campo externo aplicado, la alta energía de deformación excita al segundo tipo de moléculas de LC, 104, para relajarse a, o cerrarse a, su orientación original, que coincide con la orientación de la red polimérica de LC, 108. Esta reorientación de la relajación de moléculas abundantes fuerza a las moléculas de colorante fluorescente dicroico, 106, a cambiar su orientación en consecuencia. La fuerza ejercida por la red polimérica anisotrópica incrementa la velocidad de relajación, en comparación con el caso en el que no hay una red polimérica de LC presente y el anclaje de las moléculas de LC se lleva a cabo en una capa de alineación solamente.

Sin embargo, mediante el uso de moléculas de cristal líquido asociadas con una temperatura de transición vitrea, Tg, como el segundo tipo de moléculas de LC, 104, y al disminuir la temperatura hasta una temperatura por debajo de la Tg, antes de apagar el campo externo, la segunda orientación del segundo tipo de moléculas de LC, 104, y las moléculas de colorante fluorescente dicroico, 106, es congelada y mantenida. Se obtiene entonces una red polimérica, 108, alineada en una dirección y un segundo tipo de moléculas de cristal líquido, 104, y moléculas de colorante fluorescente, 106, orientadas en una segunda dirección, como se muestra esquemáticamente en el panel inferior de la figura 1. El estado de orientación del segundo tipo de moléculas de LC logrado de esta manera, es un estado de orientación meta-estable. Las moléculas con la capacidad de adoptar un estado meta-estable puede usarse para el almacenamiento de datos. Después de la escritura de un bit de datos, las moléculas en orientación meta-estable de este bit regresan a su orientación original, mientras que las moléculas de bits de datos no escritos permanecen en su orientación meta-estable. Debido a la diferente orientación de las moléculas de cristal líquido en los bits escritos y no escritos, éstos muestran un índice de refracción ligeramente diferente. Por una razón que se hará obvia más adelante en la descripción, en esta modalidad la diferencia es no obstante minimizada en la etapa de producción del medio legible por computadora. De esta manera, se ha descrito un medio legible por computadora de acuerdo con una modalidad preferida. Un método preferido para producir un medio de almacenamiento óptico de acuerdo con la invención se describirá ahora en relación a la figura 2. Sobre un substrato provisto, etapa 202, se aplica una capa de alineación, etapa 204, para alinear las moléculas que serán aplicadas sobre el substrato. Una mezcla que comprende de dos tipos diferentes de moléculas de cristal líquido, una de las cuales tiene la capacidad de formar una red después de la irradiación por ejemplo con luz ultravioleta (UV) , y la otra no, se aplica subsecuentemente sobre la parte superior de la capa de alineación en el substrato para formar así una capa de LC, etapa 206. Esta mezcla comprende también moléculas de colorante fluorescente y moléculas fotoiniciadoras (no mostradas) . En caso de que más de una capa de LC vaya a ser provista, se selecciona "Y" en la etapa 208, es decir, cuando una pila de capas va a ser provista, se aplica una capa pasiva, etapa 210, seguida por las etapas previamente mencionadas 204-206. Esto se repite hasta que una pila de un número deseado de capas de LC haya sido obtenida, y por consiguiente la "N" alternativa en la etapa 208, como una respuesta a "¿apilado?" se selecciona.

Posteriormente, la/las capa(s) de LC son calentadas hasta una temperatura, T, que está por arriba de la temperatura de transición vitrea, Tg, de la mezcla de cristal líquido aplicada, y debajo de la temperatura de aclaración, Tc, de la mezcla, etapa 212. En esta etapa a la temperatura, T, los dos tipos de moléculas de cristal líquido y las moléculas de colorante fluorescente son alineadas y orientadas en la dirección determinada por la capa de alineación. Mientras se mantiene la estructura completa o muestra a esta temperatura T, la muestra es irradiada por luz UV, etapa 214, causando que el primer tipo de moléculas de cristal líquido se entrelacen unas con otras, formando una capa de LC reforzada por polímero. Manteniendo la muestra a la temperatura T, se aplica un campo eléctrico sobre la muestra, por ejemplo mediante el uso conveniente de una descarga en corona, causando que el segundo tipo de moléculas de cristal líquido cambie en su orientación a una dirección sustancialmente perpendicular a la dirección de la red, etapa 216. Posteriormente la muestra es enfriada hasta una temperatura debajo de la temperatura de transición vitrea Tg, etapa 218. Un medio legible por computadora que contiene un estado de orientación meta-estable en el cual el segundo tipo de moléculas de cristal líquido están orientadas de preferencia perpendicularmente a la dirección de la red polimérica de LC anisotrópica , se obtiene entonces, etapa 220, como se ilustra esquemáticamente en el panel inferior de la figura 1. Este medio provisto entonces se ilustra esquemáticamente en la figura 3, que muestra una vista lateral de las diferentes capas de la estructura, en la cual están provistos el substrato, 302, está cubierto por una capa de alineación, 304, sobre la cual la capa de LC vitrea reforzada con polímero, 306, que contiene la red polimérica de LC anisotrópica, el segundo tipo de moléculas de cristal líquido en un estado de orientación meta-estable y las moléculas fluorescentes dicroicas. Si más de una capa de LC vitrea reforzada con polímero va a ser aplicada, una capa pasiva inerte, 308, es provista sobre la capa de LC vitrea, 306, seguida por una capa de alineación, 310, y otra capa de LC vitrea, 312, como la indicada en la figura 3 por líneas discontinuas. Las etapas que corresponden a la aplicación de estas tres capas pueden repetirse hasta que se haya obtenido el número deseado de capas . El uso del medio legible por computadora para almacenamiento óptico de datos se explicará ahora: La información es almacenada al enfocar un láser (o mediante calentamiento local) sobre una capa de LC vitrea, que contiene el estado de orientación meta-estable. En foco, el haz de luz causa que la temperatura local en el punto iluminado se incremente por arriba de la temperatura de transición vitrea, causando una transición de fases para el segundo tipo de moléculas de cristal líquido de la fase vitrea a una fase cristalina líquida o líquida con la consecuencia de que el estado meta-estable del segundo tipo de moléculas de cristal líquido se desvanece y las moléculas de cristal líquido se relajan y adoptan una orientación dirigida de acuerdo con la red polimerica de LC. Esto corresponde a la escritura de un bit o una transición de bits. Un bit escrito entonces, por ejemplo, corresponde a un "cero" mientras que un bit no escrito corresponde a un "uno" . El segundo tipo de moléculas de cristal líquido de los bits de datos escritos son entonces alineadas en la dirección de la red polimerica de LC, mientras que los bits de datos no escritos no, sino que más bien son orientados en una dirección perpendicular a la dirección de la red, en el estado meta-estable. Otro aspecto de la invención está dirigido a superar el problema de una velocidad de escritura demasiado baja, haciendo uso de la deficiente conductividad de calor de la capa de LC reforzada con polímero, y se describirá ahora con referencia a la figura 4. El método comienza al establecer un valor de contador, X, a l, etapa 402. Por cada bit de datos que vaya a ser escrito, etapa 404, se determina si este bit de datos es un "uno" o un "cero" . Para cada "uno" o "cero" se aplica calor a un área de la capa de LC que sea descrita por un impulso láser o un dispositivo de calentamiento, para que el área dirigida alcance una temperatura, T, por arriba de la Tg, y de esta manera escribir el bit de datos. Si todos los bits de datos que van a ser escritos han sido escritos, etapa 406, es decir el valor de contador, X, ha alcanzado el número final (último bit de datos) , el método es concluido, etapa 410. Si todos los bits de datos no han sido escritos, etapa 406, el valor de contador, X, se ajusta a X+l, etapa 408, el rayo láser es movido a otra área, o alternativamente el dispositivo de calentamiento es dispuesto, para calentar otra área, con lo cual las etapas 404 y 406 serán repetidas. Para los bits que requieran calentamiento, la temperatura, T, a la cual el área de datos dirigida es calentada, se ajusta de tal manera que la relajación del segundo tipo de molécula de cristal líquido se logre sustancialmente en el segmento de tiempo durante el cual la temperatura del área dirigida disminuya hasta la temperatura de transición vitrea, Tg. Debido a la deficiente conductividad de calor del medio legible por computadora, un impulso de calor con una longitud en el orden de nanosegundos es suficiente para permitir un cambio sustancialmente completo de orientación (relajación) dentro un segmento de tiempo en el orden de microsegundos. Por consiguiente, mediante el uso de impulsos de calor de nanosegundos de largo, se hace posible una alta velocidad de altos para escritura.

La lectura de los bits de datos escritos y no escritos puede hacerse sobre las bases de diferencias en índices de refracción, absorción o fluorescencia. En el caso de la fluorescencia, la lectura se lleva a cabo por ejemplo mediante la excitación de las moléculas fluorescentes dicroicas, y posteriormente la detección de la luz fluorescente emitida. Las moléculas fluorescentes son excitadas de acuerdo con su corte transversal de absorción. Las moléculas fluorescentes orientadas en diferentes direcciones serán entonces excitadas a diferentes grados, llevando a diferencias en la intensidad de la luz emitida -de esta manera correspondiendo a diferentes tipos de información almacenada (unos y ceros) . Como se indicó previamente el índice de refracción entre las moléculas en bits escritos y no escritos difiere ligeramente. Si más de una capa de LC vitrea está presente en el medio de almacenamiento de datos cualquier diferencia entre el índice de refracción de bits escritos y no escritos reducirá la calidad del haz para las capas subyacentes y por lo tanto también el rendimiento del medio de almacenamiento de datos. En sistemas de una sola capa, la lectura a base de la diferencia en el índice de refracción o absorción entre bits escritos y no escritos, es igualmente adecuada en comparación con la fluorescencia. En el caso de varias capas de LC vitreas, pasivas y de alineación apiladas alterna ivamente una sobre las otras, es adecuado reducir al mínimo esta diferencia en el índice de refracción. Afortunadamente una modalidad de esta invención que incluye cromóforos fluorescentes dicroicos hace posible una elección cuidadosa de materiales para reducir al mínimo de esta manera la diferencia en índices de refracción y de esta manera se abre para un medio de almacenamiento óptico que tiene una arquitectura de capas múltiples. La invención puede variarse de muchas maneras, por ejemplo: En una segunda modalidad de la presente invención del método para producir el medio legible por computadora, el apilado se lleva a cabo al aplicar una capa de alineación, aplicar la mezcla, que comprende las moléculas de LC, sobre el substrato, calentar la mezcla aplicada hasta una temperatura por arriba de la Tg y debajo de la Tc, e irradiar la muestra con luz UV, causando la polimerización, antes de aplicar una capa pasiva inerte. Posteriormente, las etapas en este párrafo se repiten hasta que un número deseado de capas de LC se haya obtenido, creando un medio de almacenamiento óptico de capas múltiples. En esta modalidad la muestra se enfría de preferencia hasta una temperatura, T, debajo de la Tg, justo antes de aplicar la capa pasiva inerte. En otra modalidad más, el apilado se obtiene al procesar substratos transparentes delgados individualmente con capas de alineación, activas y pasivas, antes de apilar los substratos procesados juntos para lograr un medio de almacenamiento óptico de capas múltiples. En una modalidad diferente de la presente invención, el medio legible por computadora que tiene varias capas de LC, es decir, un medio legible por computadora de capas múltiples, contiene datos preescritos en al menos una de las capas de LC. En otra modalidad más de la presente invención, un método para producir un medio legible por computadora de capas múltiples que tiene al menos una capa de LC preescrita, comprende la aplicación de un estampado caliente, que tiene un patrón de bits de escritura que corresponde a los datos que van a ser escritos, sobre la capa de LC reforzada con polímero que contiene moléculas de LC del segundo tipo en un estado de orientación meta-estable. Después de la aplicación de este estampado prediseñado con patrones, las áreas de datos que corresponden al patrón de bits de escritura del estampado, las cuales van a ser calentadas, se calientan hasta una temperatura por arriba de la Tg, haciendo posible el cambio del estado meta-estable al estado relajado de baja energía para el segundo tipo de moléculas de LC, es decir, una transición de bits. El segundo tipo de moléculas de LC en las áreas de datos que corresponden al patrón de bits escrito, áreas que no van a ser calentadas, mantienen su estado de orientación meta-estable. El proceso de escritura usando un estampado caliente, por ejemplo hecho de metal, se usa de preferencia para la escritura simultánea de más de un bits de datos, es decir, escritura de datos paralelos. Cualquier aspecto de estructura de datos y/o replicación de datos que se beneficie de un proceso de escritura paralela son aplicaciones posibles de esta técnica de escritura. Por ejemplo, la fabricación (y posiblemente uso) de CD's, DVD's, discos láser, MD, por mencionar algunos, son áreas obvias de interés de esta modalidad de la presente invención. El substrato mencionado arriba puede por ejemplo hacerse de policarbonato o polinorborneno u otro material que sea adecuado para las etapas de procesamiento ejemplificadas arriba. Además, el substrato es de preferencia transparente a la luz electromagnética aplicada durante el uso (es decir, escritura y lectura) del medio de almacenamiento legible por conputadora, es decir, luz visible, ultravioleta e infrarroja. En otra modalidad más de la presente invención, el substrato es desprendible de la muestra que está siendo formada, es decir, el substrato funciona simplemente como un soporte durante etapas de procesamiento iniciales e intermedias. La capa de alineación aplicada antes de aplicar la mezcla que comprende moléculas de cristal líquido, sirve para alinear las moléculas de cristal líquido en una dirección. Esta capa de alineación puede por ejemplo ser una capa de alineación desgastada o una capa de foto-alineación.

La alineación de las moléculas de LC contenidas en la mezcla de LC puede como alternativa lograrse además al aplicar un campo eléctrico o magnético externo sobre la muestra . La mezcla activa se aplica al substrato al usar cualquier técnica de revestimiento adecuada, tal como impresión, revestimiento centrífugo, revestimiento con escalpelo, inmersión, colado u otro método de revestimiento industrialmente controlable. En otra modalidad de la presente invención las moléculas de colorante fluorescente comprendidas en la mezcla son sustituidas por un tipo diferente de moléculas fluorescentes, por ejemplo, moléculas de cristal líquido fluorescentes. En otra modalidad de la presente invención cualquier mecanismo de almacenamiento que se base en un cambio de orientación de moléculas anisotrópicas es aplicable . También es posible leer la información almacenada en el medio legible por computadora, con base en la pequeña diferencia en el índice de refracción entre los bits de datos escritos y no escritos, la cual en este caso no es completamente minimizada. Una diferencia en la absorción de una luz iluminada, que causa una diferencia en la reflexión puede como alternativa usarse para leer la información almacenada.

La diferencia en la transparencia o transmisión de bits escritos y no escritos también se puede usar para leer el medio legible por computadora. Para la irradiación de la mezcla, que comprende los dos tipos de moléculas de cristal líquido, se puede usar radiación electromagnética o radiación con haz de electrones para causar que el primer tipo de moléculas de cristal líquido se entrelacen, formando la red polimérica de LC anisotropica. Dentro de la radicación electromagnética, pueden usarse alternativamente longitudes de onda que no sean luz ultravioleta, por ejemplo, luz visible, rayos X o radicación gama. El estado de orientación de este segundo tipo de moléculas de cristal líquido, causado por la aplicación del campo eléctrico externo puede ser diferente de la orientación sustancialmente perpendicular preferida en comparación con la dirección de la red polimérica de LC anisotropica del primer tipo de moléculas de LC. La orientación efectiva del segundo tipo de moléculas de LC se determina por la orientación relativa de la red polimérica de LC y el campo externo aplicado. Un aspecto alternativo del método para producir un medio legible por computadora es que la alineación de las moléculas de cristal líquido al menos parcialmente es provista por la técnica usada para aplicar la mezcla de moléculas de cristal líquido sobre el substrato. Estas técnicas son tales como revestimiento centrífugo, revestimiento con escalpelo o técnicas de impresión. El estado meta-estable es logrado por la combinación de un primer tipo de moléculas de LC que pueden formar una red polimérica diluida, por ejemplo moléculas de LC con grupos reactivos tales como diacrilatos, diepóxidos o similares, y un segundo tipo de moléculas de LC que forman un cristal a temperatura ambiente y poseen una fase de cristal líquido nemática o esméctica a temperaturas elevadas. Este segundo tipo de molécula de cristal líquido es típicamente un oligómero de cadena lateral de LC de bajo peso molecular, un oligomero de cadena principal de LC de bajo peso molecular o una molécula de LC altamente ramificada. La combinación de estos dos tipos de moléculas de LC debe optimizarse para obtener el estado meta-estable, haciendo posible la escritura a una alta velocidad. Los colorantes absorbentes o fluorescentes dicroicos pueden optimizarse independientemente siempre y cuando se disuelvan en el solvente usado para la capa de LC vitrea reforzada con polímero (gel de LC) formada. Con la presente invención se ha descrito entonces una memoria con las siguientes ventajas: El estado escrito es un estado al cual el segundo tipo de moléculas de cristal liquido han sido relajadas, y en consecuencia ese estado es un estado de energía más baja, que tiene una alta estabilidad. La estabilidad de la información almacenada es de esta manera incrementada usando el método de la invención. Como se indicó arriba, tanto los bits de datos escritos como no escritos son estables como resultado de la inmovilidad del segundo tipo de moléculas de LC cuando el medio se mantiene a una temperatura debajo de la Tg. La red polimérica de LC hecha del primer tipo polimerizado de cristal líquido ejerce una fuerte fuerza de excitación en el segundo tipo de moléculas de cristal líquido en su estado de orientación meta-estable. Una vez que la temperatura de la muestra es incrementada por arriba de la temperatura de transición vitrea, usando por ejemplo un láser o mediante calentamiento local, la red fuerza al segundo tipo de moléculas LC a reorientarse a su estado relajado, incrementando de esta manera la velocidad de relajación del segundo tipo de moléculas de LC. Esto hace posible entonces un lmacenamiento de datos de alta velocidad. También es posible además calentar la capa activa después de la escritura hasta una temperatura por arriba de la Tg mediante por ejemplo un corto impulso de láser. Cuando se escribe el haz de escritura se mueve entonces para escribir otros bits mientras la temperatura del primer bit permanece por arriba de la Tg durante cierta cantidad de tiempo como resultado de una deficiente conductividad de calor del medio. La temperatura a la cual las áreas escritas son calentadas se ajusta de tal manera que la duración por la cual la temperatura del área escrita está arriba de la Tg sea lo suficientemente larga como para permitir una relajación completa del segundo tipo de moléculas de LC. Como una consecuencia, el rayo láser puede moverse mientras el proceso de reorientación continúa en los bits escritos, siempre y cuando la temperatura T>Tg. El uso de moléculas fluorescentes anisotrópicas orientadas (es decir, fluoróforos) en principios de almacenamiento hace posible un corte transversal de absorción incrementado cuando se lee el medio de almacenamiento. Con moléculas fluorescentes perfectamente alineadas, el corte transversal de absorción es incrementado tres veces en comparación con moléculas fluorescentes que están orientadas isotrópicamente . Al hacer girar las moléculas fluorescentes alineadas por 90 °C, un contraste de 1:7 en absorción y de esta manera en emisión de fluorescencia, es realista. El uso de moléculas fluorescentes ainostrópicas orientadas hace posible además la emisión anistropica de luz fluorescente. En comparación con las moléculas fluorescentes orientadas isotrópicamente, un factor de tres, o hablando realistamente un factor de dos, se obtiene en la emisión de la luz, el cual se puede utilizar para mejorar la eficiencia de colección, llevando a velocidades de datos más altas. Debido a la orientación alineada de las moléculas de colorante fluorescente, la emisión de luz es anisotrópica, lo cual incrementa la intensidad de la señal fluorescente en una dirección. Como una consecuencia de la alineación de las moléculas fluorescentes se hace posible además un corte transversal incrementado. Al cambiar las moléculas de colorante fluorescente su orientación después de la escritura, la fluorescencia es prácticamente encendida. Por lo tanto, las áreas no escritas no contribuyen al fondo, causando una reducción de la luz de fondo interventora. El tiempo de relajación (tiempo de conmutación) del segundo tipo de moléculas en el proceso de almacenamiento se reduce al orden de microsegundos , en comparación con el tiempo de reorientación estándar del orden de milisegundos, en ausencia de una red polimérica de LC que ejerza esta fuerza de excitación. Por consiguiente, la invención requiere de menos energía (impulsos de láser del orden de nanosegundos) para escribir datos. La probabilidad de una diafonía térmica es reducida más ya que el tiempo durante el cual la temperatura del bit de datos dirigido está en foco después de la escritura tiene que permanecer por arriba de la temperatura de transición vitrea, es reducido. Se hace constar que con relación a esta fecha, el mejor método conocido por la solicitante para llevar a la práctica la citada invención, es el que resulta claro de la presente descripción de la invención.

Claims (19)

1. 30
2. REIVINDICACIONES Habiéndose descrito la invención como antecede, se reclama como propiedad lo contenido en las siguientes reivindicaciones : 1. Un medio legible por computadora para el almacenamiento óptico de datos, caracterizado porque comprende : una capa de LC que incluye un primer tipo de moléculas de cristal líquido alineadas en una dirección y que forman una red polimérica y un segundo tipo de moléculas de cristal líquido orientadas en una segunda dirección, el donde la orientación del segundo tipo de moléculas de cristal líquido es meta-estable . 2. El medio legible por computadora de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la capa de LC contiene 0.1-10% en peso del primer tipo de moléculas de cristal líquido, y 80-99.9% en peso del segundo tipo de moléculas de cristal líquido.
3. 3. El medio legible por computadora de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque comprende varias capas de LC.
4. 4. El medio legible por computadora de conformidad con la reivindicación 3, caracterizado porque al menos una capa de LC es preescrita con datos. 31
5. 5. El medio legible por computadora de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la capa de LC contiene moléculas de colorante fluorescente.
6. 6. Método para producir un medio legible por computadora para el almacenamiento óptico de datos, caracterizado porque comprende las etapas de: aplicar sobre un substrato una mezcla que comprende un primer tipo de moléculas de cristal líquido y un segundo tipo de moléculas de cristal líquido, el segundo tipo de moléculas de cristal líquido estando asociado con una temperatura de transición vitrea, para proporcionar una capa de LC vitrea, calentar la capa de cristal líquido hasta una temperatura por arriba de la temperatura de transición vitrea, proporcionar la alineación de las moléculas de cristal líquido en una primera dirección, suministrar radiación a la capa de LC para formar una red polimérica de cristal líquido del primer tipo de moléculas de cristal líquido, aplicar un campo eléctrico o magnético a la capa de LC causando la orientación del segundo tipo de moléculas de cristal líquido en una segunda dirección y enfriar la capa de LC hasta una temperatura debajo de la temperatura de transición vitrea durante la aplicación 32 del campo eléctrico o magnético, para que un estado de orientación meta-estable de moléculas de cristal líquido se establezca en el medio.
7. 7. El método para producir un medio legible por computadora para el almacenamiento óptico de datos de conformidad con la reivindicación 6, caracterizado porque la mezcla aplicada comprende moléculas de colorante fluorescente .
8. 8. El método para producir un medio legible por computadora para el almacenamiento óptico de datos de conformidad con la reivindicación 6, caracterizado porque el medio legible por computadora comprende varias capas de LC.
9. 9. El método para producir un medio legible por computadora para el almacenamiento óptico de datos de conformidad con la reivindicación 8, caracterizado porque la escritura de datos se lleva a cabo en por lo menos una capa.
10. 10. El método para producir un medio legible por computadora para el almacenamiento óptico de datos de conformidad con la reivindicación 9, caracterizado porque más de un área de bits se calienta simultáneamente al aplicar un estampado caliente pre-diseñado con patrones.
11. 11. El método para producir un medio legible por computadora para el almacenamiento óptico de datos de conformidad con la reivindicación 6, caracterizado porque la etapa de proporcionar alineación incluye la aplicación de una 33 capa de alineación sobre el substrato antes de aplicar la mezcla de moléculas de cristal líquido.
12. 12. El método para producir un medio legible por computadora para el almacenamiento óptico de datos de conformidad con la reivindicación 6, caracterizado porque la etapa de proporcionar alineación incluye el uso de un campo eléctrico externo aplicado a la capa de LC.
13. 13. El método para producir un medio legible por computadora para el almacenamiento óptico de datos de conformidad con la reivindicación 6, caracterizado porque la etapa de proporcionar alineación incluye el uso de un campo eléctrico externo aplicado a la capa de LC.
14. 14. El método para producir un medio legible por computadora para el almacenamiento óptico de datos de conformidad con la reivindicación 6, caracterizado porque la radiación suministrada para formar al menos una red polimérica de cristal líquido es radiación electromagnética y uno de luz UV, rayos X o rayos gamma.
15. 15. El método de conformidad con la reivindicación 6, caracterizado porque la radiación suministrada es una radiación con haz de electrones.
16. 16. El método de conformidad con la reivindicación 6, caracterizado porque el primer tipo de moléculas de cristal líquido son reactivas y el segundo tipo son moléculas de cristal líquido no reactivas. 34
17. 17. El método de conformidad con la reivindicación 6, caracterizado porque la etapa de calentar incluye calentar hasta una temperatura por arriba de la temperatura de transición vitrea, Tg, y debajo de la temperatura de aclaración, Tc.
18. 18. Método para escribir datos en un medio legible por computadora de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque comprende la siguiente etapa: por cada área de bits en una capa de LC que será escrita, aplicar un impulso de calor al área de bits en la capa de LC, de tal forma que la temperatura, T, del área se haga más alta que la temperatura de transición vitrea, Tg; del segundo tipo de moléculas de LC en el área de bits.
19. 19. El método para escribir datos de conformidad con la reivindicación 18, caracterizado porque la aplicación de un impulso de calor al área de bits se lleva a cabo al enfocar un impulso láser corto en el área de bits.