DE3623395A1 - Vorrichtung zur reversiblen, optischen datenspeicherung unter verwendung von polymeren fluessigkristallen - Google Patents

Vorrichtung zur reversiblen, optischen datenspeicherung unter verwendung von polymeren fluessigkristallen

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Description

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

Claims (30)

1) Vorrichtung zur reversiblen optischen Informationsspeicherung mit einem polymeren flüssigkristallinen Speichermedium, dadurch gekennzeichnet, daß das Speichermedium aus einem makroskopisch orientierten Film eines flüssigkristallinen Polymeren, welches photochrome Gruppen enthält, besteht, wobei die Informationsspeicherung durch lokale Desorientierung der Moleküle, induziert durch Photoisomerisierung mittels einer selektiv wirkenden Lichtquelle erfolgt.
2) Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur des Speichermediums, bei welcher die Information eingespeichert wird, im viskoelastischen Zustand oberhalb der Glastemperatur Tg des flüssig-kristallinen Polymeren liegt.
3) Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur des Speichermediums bei der Einspeicherung unterhalb der Glastemperatur liegt, so daß ein formstabiler Zustand vorliegt.
4) Vorrichtung gemäß den Ansprüchen 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß die Löschung der eingespeicherten Information selektiv über eine lokale Temperaturerhöhung und Abkühlung in einem elektrischen, magnetischen oder oberflächenwirksamen Feld erfolgt, wodurch der ursprüngliche Orientierungszustand wieder hergestellt wird.
5) Vorrichtung gemäß den Ansprüchen 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß die Löschung der gesamten eingespeicherten Information und die Wiederherstellung des Ausgangszustandes über eine Temperaturerhöhung und Abkühlung des Speichermediums im elektrischen, magnetischen oder oberflächenwirksamen Feld erfolgt.
6) Vorrichtung gemäß den Ansprüchen 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorrichtung ein Laser zugeordnet ist.
7) Vorrichtung gemäß den Ansprüchen 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß die photochromen Gruppen im Speichermedium so gewählt werden, daß die Information mit einem Laserstrahl geeigneter Wellenlänge und geeigneter Intensität eingespeichert und mit einem anderen Laserstrahl anderer Wellenlänge ohne Störung der Information ausgelesen werden kann.
8) Vorrichtung gemäß den Ansprüchen 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß die photochromen Gruppen Bestandteil der Kettenmoleküle sind.
9) Vorrichtung gemäß den Ansprüchen 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß photochrome Moleküle dem flüssigkristallinen Polymeren beigemischt sind.
10) Vorrichtung gemäß den Ansprüchen 3-9, dadurch gekennzeichnet, daß die flüssigkristalline Polymere durch Einpolymerisierung farbstoffhaltiger Comonomereinheiten in seinem Absorptionsverhalten der Emissionswellenlänge des Schreiblasers so angepaßt wird, daß der Schreiblaser als Wärmequelle dient.
11) Vorrichtung gemäß Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die örtliche Information durch Abschalten des Lasers als Wärmequelle nach der Einspeicherung im Glaszustand des Polymeren fixiert wird.
12) Vorrichtung gemäß den Ansprüchen 1-10, dadurch gekennzeichnet, daß flüssigkristalline Seitenkettenpolymere als Speichermedium verwendet werden.
13) Vorrichtung gemäß den Ansprüchen 1-10, dadurch gekennzeichnet, daß flüssigkristalline Hauptkettenpolymere als Speichermedium verwendet werden.
14) Vorrichtung gemäß den Ansprüchen 1-12, dadurch gekennzeichnet, daß die Polymeren eine smektische Phase ausbilden.
15) Vorrichtung gemäß den Ansprüchen 1-13, dadurch gekennzeichnet, daß als photochrome Gruppen aromatische Azoverbindungen Verwendung finden.
16) Vorrichtung gemäß dem Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die photochrome Gruppe durch Variation der Substituenten am aromatischen Kern der Emissionswellenlänge des Lasers angepaßt wird.
17) Verfahren zur reversiblen optischen Informationsspeicherung, dadurch gekennzeichnet, daß man - ausgehend von abbildungsfähigen materiellen Strukturen - die zu speichernde Struktur mittels einer kohärenten monochromatischen Lichtquelle beleuchtet, und das Interferenzmuster, das durch Richtung, Amplitude und Phasenlage des von der zu speichernden Struktur gestreuten Lichts relativ zu einer von derselben Lichtquelle stammenden Referenzlichtwelle bestimmt wird, in einer Vorrichtung enthaltend einen makroskopisch orientierten Film aus einem flüssigkristallinen Hauptkettenpolymeren als Speichermedium gemäß den Ansprüchen 1-16 holographisch registriert und speichert.
18) Verfahren gemäß Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß das Auslesen der analog optisch gespeicherten Information durch Beleuchtung des makroskopisch orientierten Films mit monochromatisch kohärenten Licht erfolgt.
19) Verfahren zur reversiblen optischen Informationsspeicherung, dadurch gekennzeichnet, daß man zur Einspeicherung mittels eines Laserstrahls beliebigen Querschnitts eine digitale Phasenstruktur in einem makroskopisch orientierten Film als Speichermedium der Vorrichtung gemäß den Ansprüchen 1 bis 16 erzeugt.
20) Verfahren gemäß Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß man den Laserstrahl und das Speichermedium sowohl beim Einspeichern als beim Auslesen der Information in definierter Weise relativ zu einander bewegt.
21) Verfahren gemäß Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß beim Einspeichern während des Bewegens die Intensität des Laserstrahls in geeigneter Weise moduliert wird.
22) Verfahren gemäß Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß beim Einspeicherungsvorgang auf digitalem Wege über eine vorzugebende Intensitätsmodulation eine Phastenstruktur im Speichermedium erzeugt wird und die Reproduktion durch Ausleuchten des gewonnenen synthetischen Hologramms mit einer Referenzwelle erfolgt.
23) Verfahren gemäß Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß die für die Erzeugung der Phasenstruktur erforderliche Intensitätsmodulation rechnerisch ermittelt wird.
24) Verfahren gemäß den Ansprüchen 18-22, dadurch gekennzeichnet, daß die erzeugte Informationsdichte (ausgedrückt in Linien pro Längeneinheit) bezüglich aller drei Koordinatenachsen einerseits begrenzt wird durch die linearen Abmessungen des Speichermediums und andererseits durch maximal 2000 Linien pro mm.
25) Verwendung der Vorrichtung gemäß den Ansprüchen 1 bis 16 zur reversiblen, optischen Speicherung der Information.
26) Verwendung der Vorrichtung gemäß den Ansprüchen 1 bis 16 zur optischen Signalverarbeitung.
27) Verwendung der Vorrichtung gemäß Anspruch 26 zur Fourier-Transformation und -Faltung.
28) Verwendung der Vorrichtung gemäß den Ansprüchen 1 bis 16 zur Herstellung von Abbildungssystemen.
29) Verwendung der Vorrichtung gemäß den Ansprüchen 1 bis 16 zur Erzeugung und Speicherung von Hologrammen, die vergleichbare Abbildungseigenschaften haben wie Linsen.
30) Verwendung der Vorrichtung gemäß den Ansprüchen 1 bis 16 in der kohärent optischen Korrelationstechnik.
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