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Die Erfindung betrifft ein Informationsschreib- und
Leseverfahren, welches die Verfahrensschritte umfaßt:
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Vorsehen eines optischen Plattenspeichers, welcher (a) ein Paar
von Substraten, das parallel mit einem Abstand dazwischen
vorgesehen ist, wobei eines der Substrate durchsichtig und das
andere reflektierend ist, (b) eine zwischen den Substraten
angeordnete chirale smektische Flüssigkristallschicht in
welcher Flüssigkristallmoleküle parallel zu den Substraten
angeordnet sind, (c) ein auf den Rändern des Substrats
angeordnetes Dichtungsteil, um die Menge des Flüssigkristalls
zwischen den Substraten einzuschließen, und (d) eine
Einrichtung, um der Menge an Flüssigkristall in bezug auf ein
elektrisches Feld eine wahrnehmbare Hysterese zu verleihen,
enthält;
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Bestrahlen eines bestimmten Abschnitts des optischen
Plattenspeichers mit Licht unter Anwesenheit eines elektrischen
Feldes, damit der Zustand der Flüssigkristallschicht verändert
wird; und
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Lesen der in dem optischen Plattenspeicher gespeicherten
Information durch Richten von Licht auf den Abschnitt der
Flüssigkristallschicht, und Erfassen des durch die
Flüssigkristallschicht tretenden Lichts zum Ermitteln des Zustands der
Flüssigkristallschicht in dem Abschnitt.
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Als optische Platte ist ein nicht wiederbeschreibbarer
digitaler Plattenspeicher bekannt, welcher die
Reflexionsbedingungen von Laserlicht von einer unebenen reflektierenden
Oberfläche nutzt und wie er durch die Kompaktdisk repräsentiert
wird. Anwendungen dieser Art werden als für die Zukunft sehr
vielversprechend angesehen, nicht nur für Audio und Videozwecke,
sondern auch für einen optischen Plattenspeicher für
Informationsverarbeitung. Jedoch besteht ein Nachteil des
Plattenspeichers darin, daß es nicht möglich ist, ihn neu zu
beschreiben. Aus diesem Grund bestand die Forderung nach
Systemen, die ein Wiederbeschreiben gestatten, und als ein
solches Produkt ist das magnetooptische Speichergerät bekannt.
Außerdem ist eine optische Plattenspeichereinrichtung auf der
Basis amorpher Halbleiter bekannt, welcher eine Chalkogenreihe
(Tellurreihe) verwendet.
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Jedoch benutzen Plattengeräte, welche magnetooptische Speicher
verwenden, seltene Materialien und sind extrem teuer, so daß
man bezüglich ihrer zukünftigen Massenproduktion besorgt sein
muß. Darber hinaus ist die Lichtsteuerung für das Verfahren,
welches einen amorphen Halbleiter auf der Basis einer
Chalkogenreihe verwendet, extrem schwierig.
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Daher wurde nach Einrichtungen gesucht, die solche Merkmale,
wie die Verwendung von Materialien, die für eine
Massenproduktion geeignet sind, Einfachheit beim An- und Abschalten des
Lichts, Nichtzerstörbarkeit und Nichtverbrauch externer Energie
beim Aufbewahren des Speichers besitzen.
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Eine Speichereinrichtung, die diese Forderungen weitgehend
erfüllt, ist aus der GB-A-2 090 673 bekannt. Der
Plattenspeicher umfaßt eine smektische Flüssigkristallschicht als ein
sich drehendes Flüssigkristallinformationsspeichermedium,
welches durch zwei Substrate eingeschlossen ist. Verschiedene
dünne Filme auf den zwei Schichten werden verwendet, um für
geeignete Bedingungen innerhalb des Flüssigkristallmediums zu
sorgen, welches, in Kombination mit einfallender Strahlung und
angelegter Spannung, Lese-, Schreib- und Löschfunktionen
ausführt.
Dieses System enthält einen lokal löschbaren optischen
Plattenspeicher mit hoher Speicherdichte, langfristiger
Informationsstabilität in einem großen Temperaturbereich und
Lese-, Schreib- und Löschzeiten, die mit modernen
Hochgeschwindigkeitsrechnern kompatibel sind. Spannungen werden durch
Elektroden angelegt, welche innerhalb der Plattenspeicher
angrenzend an ein oberes bzw. unteres Substrat des
Plattenspeichers angeordnet sind.
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Aus der US-A-3 775 757 ist ein Flüssigkristallspeicher bekannt,
welcher Eigenschaften der smektischen C-Phase eines
Flüssigkristalls nutzt, um Information zu speichern, die durch die
bistabilen Orientierungsrichtungen der Molekülachse
repräsentiert wird. Der Informationszustand von Speicherelementen wird
eingestellt, indem die Molekülachse innerhalb des
Speicherelements veranlaßt wird, entweder eine erste oder eine zweite
stabile Achsenlage einzunehmen.
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Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein
Informationsschreib- und Leseverfahren, wie zu Beginn der Beschreibung
erwähnt, zu schaffen, welches gegenüber dem Stand der Technik
verbessert ist.
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Das Verfahren nach der vorliegenden Erfindung ist durch Anlegen
des elektrischen Feldes durch Elektroden, die auf der
Außenseite der Substrate angeordnet sind, gekennzeichnet.
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Durch dieses Erfindungsmerkmal kann die Zuverlässigkeit des
Verfahrens wesentlich verbessert werden, da kein elektrischer
Kontakt wie im Stand der Technik in dem Flüssigkristall selbst
existiert, so daß Probleme, welche für gewöhnlich durch
elektrische Kontakte verursacht werden können, nicht auftreten.
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In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel können die Elektroden
eine Länge gleich dem Radius des Plattenspeichers aufweisen.
Wenn eine solche Elektrodenanordnung verwendet wird, kann die
gesamte Oberfläche der Platte durch eine einzige Drehung der
Platte gelöscht werden.
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Es wird auch auf die EP-A-2 05 187 (P 86 108 132.1)
hingewiesen, welche ein Speichersystem enthält, das dem Verfahren
nach der vorliegenden Erfindung entspricht.
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Es wird nun auf Fig. 1 Bezug genommen, wo ein Plattenspeicher
mit inneren Elektroden gezeigt ist. Ein erstes System 100 ist
zum "Lesen" von Information, ein zweites System 101 ist zum
"Schreiben" von Information und ein drittes System 103 ist zum
"Löschen" von Information vorgesehen. Die Referenzzahl 10
bezeichnet eine optische Platte.
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Die optische Platte weist zwei Plattensubstrate 3 und 7 auf,
die einander gegenüberliegen. Wenigstens eines der Substrate,
das Substrat 3 in der Figur, ist lichtdurchlässig. Jeweils auf
der Innenseite der zwei Substrate ist eine Elektrode 4 bzw. 6
vorgesehen. Hier muß die auf dem Substrat 3 vorgesehene
Elektrode 4 lichtdurchlässig sein, und die Elektrode 6 auf dem
Substrat 7 muß Licht reflektieren. Darüber hinaus ist
wenigstens eines der Substrate 3 und 7 mit der orientierten
Innenseite ausgebildet. Die Substrate 3 und 7 sind voneinander um
einen Abstand von 4 qm durch Abstandsstücke (nicht gezeigt)
getrennt. Zwischen den Substraten 3 und 7 ist ein
ferroelektrischer Flüssigkristall (nachfolgend mit FLC bezeichnet), wie
z. B. ein smektischer C*, angeordnet. Der Anordnungsvorgang wird
mit dem heißen Flüssigkristall in einer smektischen A-Phase
ausgeführt. Bei diesem Vorgehen werden die FLC-Moleküle
ausgerichtet und zu einer Vielzahl von molekularen Schichten, die
zu den Substraten senkrecht stehen, bei Raumtemperatur
entsprechend der orientierten inneren Oberfläche des Substrats
geformt und erlangen eine Stabilität.
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Der innere und äußere Rand der optischen Platte ist jeweils
durch Dichtungsteile 30 und 30' abgedichtet, um den FLC gegen
den Kontakt mit Luft abzuschirmen. Auf der inneren Randseite
der optischen Platte 10 sind Kontakte 32 und 32' vorgesehen,
welche sich von einem Paar von Elektroden 4 und 6 erstreckend
zum Anlegen von Spannung zwischen den Elektroden ausgebildet
sind.
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Die optische Platte wird im folgenden genauer beschrieben:
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Für das Substrat 7 wurde nämlich Plastikmaterial oder Formglas
7059 verwendet. Auf diesem Substrat wurde eine reflektierende
Elektrode 6 aus Aluminium durch Vakuumbedampfung gebildet. Die
gegenüberliegende Elektrode 4 wurde durch Bilden eines
lichtdurchlässigen leitfähigen Films auf dem transparenten Substrat
3 aus Plastikmaterial oder Glas hergestellt. Für den
lichtübertragenden leitfähigen Film wurde ITO (Indium-Zinn-Oxid)
verwendet. Dann wurde auf der Innenseite der Elektrode 4 ein
orientierter Film (nicht gezeigt) aus PAN (Polyacryl-Nitryl)
und PVA (Polyvinyl-Alkohol) durch ein Drehverfahren in einer
Dicke von 0,1 um aufgebracht. Der FLC 5, z. B. S8 (Octyl-Oxy-
Benzyliden-Amino-Metyl-Butyl-Benzoat) in einer Dicke von 1,5
um, wurde als Zwischenschicht zwischen die Elektroden gebracht.
Eine Anzahl von Abstandstücken wurde zwischen dem Paar von
Substraten angeordnet, um den Plattenspeicher zu verstärken und
zu versteifen.
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Die Innenoberfläche wird einer bekannten Reibungsbehandlung
unterworfen. Zum Beispiel wird ein mit einem Nylonfilm
bedeckter Zylinder in einer Reibeinrichtung mit 900
Umdrehungen pro Minute gedreht und die Innenoberfläche des
Films, die auszurichten ist, unterliegt der Einwirkung der
Reibungseinrichtung durch Bewegen mit einer Geschwindigkeit
von 2 in/min. In diesem Ausführungsbeispiel, DOBAMBC oder eine
Mischung aus einer Vielzahl von FLCs kann ebenso als FLC
anstelle von S8 in die Platte eingefüllt werden. Einige
Beispiele sind bei J.W. Goodby et al., "Ferroelectrics
Switching in the Tilted Smectic Phase of
R-C-3-4-n-Hexyloxydenzylidene 4'-Am'no-(2-Chloropropyl) (innamate (HOBACPC))",
Ferroelectrics 1984, Band 59, Seiten 126-136, japanische
Patentveröffentlichungen Nr. sho 59-98051 und 118744 gezeigt.
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Als ein in der Platte eingeschlossener FLC wird ein chiraler
smektischer C-Flüssigkristall verwendet. Zwischen den zwei
Substraten 3 und 7 weist der FLC eine molekulare Struktur auf,
die aus einer Vielzahl von laminierten Schichten
zusammengesetzt ist, von denen jede senkrecht zu dem Substrat 3 und 7
steht. In jeder Schicht tendieren die Moleküle des
Flüssigkristalls dazu, in der gleichen Lage mit einer
ferroelektrischen Polarisation P (elektrisches Dipolelement) senkrecht
zu der Längsachse des Flüssigkristallmoleküls und auf der
Schicht liegend, angeordnet zu sein. Die Längsachsen nehmen
spontan einen bestimmten Neigungswinkel zu der Schichtnormalen
ein.
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Fig. 2 (A) zeigt eine Lichtdurchlässigkeit aufgetragen über
einer Spannung über dem Flüssigkristall unter Bezugnahme auf
passend polarisiertes Licht, das auf den FLC zwischen den
Substraten 3 und 7 fällt. Mit Hilfe der an den FLC angrenzenden
Oberfläche des Substrats zeigt der FLC Hysterese. Nämlich, wenn
+15V (oder 3 · 10&sup4;V/cm) zwischen den Elektroden angelegt
werden, erscheint der FLC transparent und weist die elektrische
Polarisation auf (auf die nachfolgend im Zusammenhang mit
"Auf"-Dipolen verwiesen wird). Beim Wegnehmen der Spannung
bleibt die Durchsichtigkeit des FLC erhalten. Auf der
anderen Seite ändert ein Anlegen einer umgekehrten Spannung,
z. B.
-15V, den Zustand des FLC in einen undurchsichtigen
Zustand mit der entgegengesetzten elektrischen Polarisation
(die "Ab"-Dipole im folgenden). Dieser undurchsichtige Zustand
kann sogar beobachtet werden, nachdem die angelegte Spannung
auf eine Vorwärtsspannung erhöht wurde, vorausgesetzt, die
Vorwärtsspannung ist kleiner als die Koerzitivspannung Ec.
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Nachdem die angelegte Spannung von -15V zu einem Vorwärtsniveau
kleiner als die Koerzitivspannung Ec erhöht wurde, begünstigt
die angelegte Spannung den "Auf"-Dipol, obwohl der FLC noch
unter der Wirkung der angrenzenden Oberflächen der Substrate,
die "Ab"-Dipole festgehalten hat. Eine geeignete äußere Störung
kann die Dipole der Moleküle von "Auf" zu "Ab", wie in der
Figur mit einer unterbrochenen Linie gezeigt ist, umkehren. In
diesem Ausführungsbeispiel werden einige Domänen des FLC mit
einem Lichtstrahl, insbesondere infrarotem Licht, bestrahlt, um
selektiv durch äußere Einwirkung umgekehrt zu werden. Im
folgenden wird der Zustand mit dem "Auf"-Dipol als "0"-Zustand
und der Zustand mit dem "Ab"-Dipol als "1"-Zustand bezeichnet.
Fig. 2 (B) zeigt die Charakteristiken des FLC in bezug auf
darauf fallendes Licht, das in der Polarisationsebene senkrecht
zu derjenigen von Fig. 2 (A) polarisiert ist.
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Nun wird erklärt, wie Information auf die oben beschriebene
Speicherplatte geschrieben wird oder Informationen von dieser
gelöscht wird.
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In dem Löschsystem 103 sind die Elektroden für äußere Kontakte
32 und 32' mit den Anschlüssen 31 und 31' der Leitungen 13 und
13', welche aus einer Steuereinrichtung 25 zum Ausführen der
"Löschung" herausgeführt sind, verbunden. Eine ausreichende
Spannung wird zwischen den gegenüberliegenden Elektroden 32 und
32' angelegt, um die FLC-Moleküle in einer Richtung, die sich
auf den "0"-Zustand bezieht, vollständig überall auf der Platte
auszurichten.
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In diesem Zustand der Platte wird das "Schreiben" von
Information auf die Platte unter Verwendung des Systems 101
durchgeführt. Das "Schreiben" wird nämlich durch Bestrahlen 25
einer vorbeschriebenen Adresse des FLC, dessen Moleküle in
einer Richtung auf seiner gesamten Oberfläche angeordnet sind,
mit einem Lichtstrahl unter Anwendung einer schwachen Spannung
kleiner als Vc ausgeführt. Wenn die Wellenlänge 1-3 um
beträgt, kann der FLC einen großen Teil der Lichtenergie
absorbieren. Die geeignete Wellenlänge hängt von der
angelegten Spannung ab. Zum Beispiel sind 10 V bei 1, 2 um
oder 6 V bei 2 um geeignet. Auf diese Weise wird Information
auf der Platte in Form eines Binärsystems aufgezeichnet.
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Der Lichtstrahl wird von einer Lichtquelle 23 durch einen
Halbspiegel 22 und ein System 21, wie z. B. eine Sammeloptik und
eine automatische Nachführeinrichtung hindurch abgestrahlt.
Nach Reflexion von der Platte erreicht dieser Lichtstrahl
ferner über den Spiegel 22 einen Photosensor 9 und eine
Lichtintensitätssteuereinrichtung 24. Dort wird überwacht,
ob der Schreibprozeß im Gange ist.
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Als nächstes wird der Leseprozeß beschrieben. Der Lichtstrahl
aus einem Halbleiterlaser 12 trifft, nachdem er durch einen
halbdurchlässigen Spiegel 2 und ein System 10, z. B. eine
Sammeloptik und eine automatische Nachführeinrichtung, gelaufen
ist, auf die optische Platte 10 als ein Strahl 16 auf. Dann
wird das Licht von der Platte 10 als ein Strahl 16'
reflektiert, sein Weg wird durch den Halbspiegel 2 aufgespaltet und
er erreicht den Lichtempfangssensor 9 über eine polarisierende
Platte 8.
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Entsprechend der Orientierung des Flüssigkristalls, auf welchen
das Licht auftrifft, ist das reflektierte Licht entweder in
einer zu der Polarisationsebene der Platte 8 parallelen Ebene
oder in einer nichtparallelen Ebene polarisiert. Obwohl, wenn
der Neigungswinkel des Flüssigkristalls 45º beträgt, das auf
die Platte 8 fallende Licht in einer zu der Polarisationsebene
der Platte 8 parallelen oder normalen Ebene polarisiert worden
ist, wird die Polarisation durch den Flüssigkristall
gelegentlich nicht befriedigend sein, weil der Flüssigkristall, sogar
bei vollständiger regelmäßiger Anordnung von Molekülen in der
gleichen Lage, Lichtwellen nicht zwangsläufig vollständig
polarisiert. Um das Polarisierungsvermögen eines solchen
Flüssigkristalls zu verbessern, sind einige Additive
verwendbar, so daß die Moleküle des Additivs zwischen den Molekülen
des Flüssigkristalls angeordnet und ausgerichtet werden. Das
Additiv fungiert als ein Polarisierer in Zusammenarbeit mit dem
Flüssigkristall, während der Flüssigkristall die
Orientierungslage bestimmt, welche die Moleküle von ihm selbst und des
Additivs einnehmen müssen. Zum Beispiel ist als Additiv eine
dichromatische Substanz, wie z. B. eine Antraquinonfarbe oder
eine Azo-Verbindung wirksam. Die Polarisationskraft wird einer
Absorptionsanisotropie zugeschrieben.
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Ein Ausführungsbeispiel eines Speichersystems nach der
vorliegenden Erfindung ist in der Fig. 3 gezeigt. Der Aufbau
in dieser Figur ist mit Ausnahme des Verfahrens, wie das
elektrische Feld angelegt wird, der gleiche wie bei dem
vorhergehenden Ausführungsbeispiel und daher werden redundante
Erklärungen nicht wiederholt.
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In diesem Fall wird eine Spannung für die optische Platte 10
direkt an ein Paar von Elektroden 31 und 31' an der Außenseite
aus einer Hochspannungsquelle 25 gelegt, um dem FLC ein
vorgeschriebenes elektrisches Feld einzuprägen. Die Elektroden 31
und 31' sind in enger Nachbarschaft zu der optischen Platte 10
angeordnet. Obwohl in der Figur die Elektroden 31 und 31' eine
Länge aufweisen, welche nur einem Teil der Länge des Radius der
Platte entspricht, könnte sie eine Länge gleich dem Radius
haben. In dem ersteren Fall ist der elektrische
Energieverbrauch reduziert. Im letzteren Fall wird auf eine Einrichtung
zum radialen Abtasten der Platte 10 mit den Elektroden 31 und
31' von der Außenseite zu der Innenseite der Platte 10 oder
umgekehrt verzichtet, und es ist möglich, die gesamte
Oberfläche der Platte bei einer einzigen Drehung der Platte 10 zu
löschen. Entsprechend diesem anderen Ausführungsbeispiel umfaßt
die optische Platte 10 das Paar von Substraten 31 und 31', von
denen eines durchlässig ist und ein anderes eine reflektierende
Innenseite aufweist, und einen FLC zwischen den Substraten. In
der Figur ist eine reflektierende Platte 6 auf der Glasplatte 7
vorgesehen. Obwohl die reflektierende Platte 6 nicht leitfähig
sein muß, ermöglicht es die Verwendung einer leitfähigen
Platte, die Elektrode 31' im Abstand zu der Platte anzuordnen.
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Eine polarisierende Platte 8' kann zwischen dem Halbspiegel 2
und dem Laser 12 anstelle der Platte 8 vorgesehen werden. In
dieser Modifikation wird das auf die Platte treffende Licht im
voraus zugunsten von einem der bistabilen Zustände polarisiert.