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Die Erfindung betrifft ein Speichersystem, welches umfaßt:
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(a) einen sich drehenden optischen Plattenspeicher, welcher
zwei Substrate, von denen wenigstens eines lichtdurchlässig
ist, eine Flüssigkristallschicht mit einer Vielzahl von
laminierten molekularen Schichten, welche zwischen den
Substraten angeordnet ist, wobei die Flüssigkristallschicht
eine Bistabilität der elektrischen Dipolinoinentrichtungen der
Moleküle aufweist, und Einrichtungen zum Halten der Lage von
jedem Molekül enthält;
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(b) eine Datenschreibeinrichtung, welche eine Lichtquelle
zum Emittieren eines Lichts zu einem besonderen Abschnitt
der Flüssigkristallschicht unter Anwesenheit eines
elektrischen Feldes enthält, um den Zustand des
Flüssigkristallfilms auf dem Abschnitt entsprechend einer
vorbestimmten Richtung der stabilen Dipolmomentrichtungen
umzuschalten;
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(c) eine Datenleseeinrichtung, welche eine Lichtquelle zum
Emittieren eines Lichts zu einem Teil der
Flüssigkristallschicht und einen Photosensor mit
Polarisierungseinrichtungen zum Erfassen der
Lichtpolarisation von Licht, das durch die
Flüssigkristallschicht tritt, zum Ermitteln des Zustandes
der Flüssigkristallschicht an dem Abschnitt enthält.
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Als eine optische Platte ist eine nicht wieder beschreibbare
digitale Plattenspeichereinrichtung bekannt, welche die
Reflexionsbedingungen von Laserlicht von einer unebenen
reflektierenden Oberfläche ausnutzt und wie sie durch die
Compact-Disc repräsentiert wird. Anwendungen dieser Art
werden als für die Zukunft nicht nur für Audio- und
Videozwecke, sondern auch für optische Plattenspeicher für
die Informationsverarbeitung als sehr vielversprechend
angesehen. Ein Nachteil der Plattenspeicher besteht jedoch
darin, daß es nicht möglich ist, diese neu zu beschreiben.
Aus diesem Grunde bestand ein Bedarf an Systemen, die ein
Wiederbeschreiben ermöglichen, und als ein solches Produkt
ist die magneto-optische Speichereinrichtung bekannt.
Darüber hinaus ist auch eine optische
Plattenspeichereinrichtung auf Basis amorpher Halbleiter
bekannt, welche eine Chalkogen-Reihe (Tellur-Reihe)
verwendet.
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Plattengeräte, welche magneto-optische Speicher verwenden,
benutzen jedoch seltene Materialien und sind extrem teuer,
so daß man hinsichtlich ihrer zukünftigen Massenproduktion
Bedenken haben muß. Darüber hinaus ist die Lichtsteuerung
für das einen Halbleiter der Chalkogen-Reihe verwendende
Verfahren extrem schwierig.
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Es wurde daher nach Vorrichtungen gesucht, welche solche
Eigenschaften besitzen, wie die Verwendung von Materialien,
die eine Massenproduktion ermöglichen, Problemlosigkeit
bezüglich Ein- und Abschaltung von Licht, nicht vorhandene
Flüchtigkeit und kein Verbrauch an äußerer Energie beim
Aufbewahren des Speichers.
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Eine Speichervorrichtung, welche diese Erfordernisse
weitgehend erfüllt, ist aus der GB-A-2 090 673 bekannt. Der
Plattenspeicher umfaßt eine smektische
Flüssigkristallschicht als rotierendes
Flüssigkristallinformationsspeichermedium, welches zwischen
zwei Substraten eingeschlossen ist. Verschiedene dünne Filme
auf den zwei Schichten werden verwendet, um geeignete
Bedingungen innerhalb des Flüssigkristallmediums
hervorzurufen, welches in Kombination mit einfallender
Strahlung und angelegten Spannungen Lese-, Schreib- und
Löschfunktionen ausführt. Dieses System beinhaltet einen
lokal löschbaren optischen Plattenspeicher mit hoher
Speicherdichte, langzeitiger Stabilität der Information in
einem großen Temperaturbereich und Schreib-, Lese- und
Löschzeiten, welche kompatibel mit modernen
Hochgeschwindigkeitscomputern sind. Transparente Elektroden
sind innerhalb des Plattenspeichers vorgesehen.
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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 Informationen zu speichern, die
durch die bistabilen Orientierungsrichtungen von
Molukularachsen repräsentiert werden. Der Informationsstatus
der Speicherelemente wird eingestellt, indem bewirkt wird,
daß die Molekularachse innerhalb des Elements entweder eine
erste oder eine zweite stabile Achsenorientierung annimmt.
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Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein
Speichersystem der eingangs der Beschreibung erwähnten Art
zu schaffen, welches gegenüber dem Stand der Technik
verbessert ist.
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Ein Speichersystem entsprechend der Erfindung ist im
Anspruch 1 angegeben.
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In dem Speichersystem nach der Erfindung ist eine
Einrichtung zum Anlegen eines elektrischen Feldes
vorgesehen, welche ein Paar von Elektroden enthält, welche
außen an und nahe der optischen Platte auf ihren
gegenüberliegenden Seiten angeordnet sind.
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Durch dieses Erfindungsmerkmal kann die Zuverlässigkeit des
Speichersystems stark verbessert werden, weil kein
elektrischer Kontakt in der Flüssigkristallzelle wie beim
Stand der Technik existiert, so daß Probleme, welche
allgemein durch elektrische Kontakte verwendet werden
können, nicht auftreten.
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In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel können die
Elektroden eine Länge aufweisen, die gleich dem Radius des
Plattenspeichers ist. Wenn eine solche Elektrodenanordnung
verwendet wird, kann die gesamte Oberfläche der Platte durch
eine Drehung der Platte gelöscht werden.
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Es wird auch auf die EP-A-205 188 verwiesen, welche ein
Verfahren enthält, das dem Speichersystem nach der Erfindung
entspricht.
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In der Fig. 1 ist ein Plattenspeicher mit inneren Elektroden
gezeigt. 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,
welche einander gegenüberliegen. Wenigstens eines der
Substrate, das Substrat 3 in der Fig. , ist lichtdurchlässig.
Auf der Innenseite der zwei Substrate sind jeweilige
Elektroden 4 und 6 vorgesehen. Hier muß die auf dem Substrat
3 vorgesehene Elektrode 4 lichtdurchlässig sein und die auf
dem Substrat 7 vorgesehene Elektrode 6 muß reflektieren.
Darüber hinaus ist wenigstens eines der Substrate 3 und 7
mit einer gereckten, orientierten ausgerichteten Innenseite
ausgebildet. Die Substrate 3 und 7 sind voneinander durch
Distanzstücke (nicht gezeigt) um einen Abstand von 4 um
getrennt. Zwischen den Substraten 3 und 7 ist ein
ferroelektrischer Flüssigkristall (nachfolgend FLC genannt),
wie zum Beispiel ein smektischer C*, angeordnet.
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Der Anordnungsvorgang wird im erhitzten Zustand des
Flüssigkristalls in einer smektischen A-Phase ausgeführt.
Dabei werden die FLC-Moleküle ausgerichtet und zu einer
Vielzahl von molekularen Schichten senkrecht zu den
Substraten bei Raumtemperatur (entsprechend der orientierten
Innenoberfläche des Substrats) geformt und bekommen eine
Stabilität.
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Die inneren und äußeren Ränder der optischen Platte sind
durch Dichtungsteile 30 und 30' abgedichtet, um zu
verhindern, daß der FLC in Kontakt mit Luft kommt. Auf der
Innenrandseite 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 10 wird im folgenden nun genauer
beschrieben:
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Für das Substrat 7 wurde 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 leitenden Films auf dem transparenten
Substrat 3 aus Plastikmaterial oder Glas hergestellt. Als
lichtdurchlässiger leitfähiger 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 (Polyvenyl-Alkohol) durch ein
Drehverfahren in einer Dicke von 0,1 um erzeugt. FLC 5,
d. h.
S8 (Octyl-Oxi-Benzyliden-Amino-Methyl-Butyl-Benzoat) in
einer Dicke von 1,5 um wurde zwischen den Elektroden
angeordnet. Eine Anzahl von Abstandsstücken ist zwischen dem
Paar von Substraten zwischengelegt, um den Plattenspeicher
zu stabilisieren.
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Die Innenoberfläche wird einer bekannten Reibungs- bzw.
Polierbehandlung ausgesetzt. Zum Beispiel wird ein mit einem
Nylonfilm bedeckter Zylinder in einer Poliereinrichtung bei
900 Umdrehungen/min gedreht und die Innenoberfläche des
Films unterliegt, um orientiert zu werden, der Behandlung
der Reibungseinrichtung, die sich mit einer Geschwindigkeit
von 2 m/min bewegt. In diesem Ausführungsbeispiel kann auch
DOBAMBC oder eine Mischung aus einer Vielzahl von FLCs als
anstelle von S8 in die Platte zu füllender FLC verwendet
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 Vol. 55 pp.
126-136, japanische Patentveröffentlichungen Nr. sho
59-98051 und 118744.
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Als in der Platte eingeschlossener FLC wird ein chiraler
(chiral) smektischer C-Flüssigkristall verwendet. Zwischen
den zwei Substraten 3 und 7 weist der Flüssigkristall eine
molekulare Struktur auf, die aus einer Vielzahl von
laminierten Schichten zusammengesetzt ist, von denen jede
senkrecht zu den Substraten 3 und 7 steht. In jeder Schicht
tendieren die Moleküle des Flüssigkristalls dazu, in der
gleichen Lage mit einer ferroelektrischen Polarisation P
(elektrisches Dipolmoment) senkrecht zur Längsachse des
Flüssigkristallmoleküls angeordnet zu sein und auf der
Schicht zu liegen. 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 für geeignet
polarisiertes Licht, das auf den FLC zwischen den Substraten
3 und 7 fällt. Durch die Wirkung der anliegenden Oberfläche
des Substrats an den FLC zeigt der FLC Hysterese. Nämlich
wenn +15 V (oder 3 · 10&sup4; V/cm) zwischen den Elektroden
angelegt werden, erscheint der FLC durchsichtig und weist
die elektrische Polarisation auf (weist "Aufwärts"-Dipole
auf, wie nachfolgend angegeben wird). Bei Abschaltung der
angelegten Spannung bleibt die Durchsichtigkeit des FLC wie
sie war. Andererseits transformiert ein Anlegen der
entgegengesetzten Spannung, d. h. -15 V den Zustand des FLC
in einen undurchsichtigen Zustand mit der entgegengesetzten
elektrischen Polarisation (die "Abwärts"-Dipole hiernach
genannt). Dieser undurchsichtige Zustand kann sogar
beobachtet werden, nachdem die angelegte Spannung zu einer
Spannung in Vorwärtsrichtung erhöht ist, vorausgesetzt die
Vorwärtsspannung ist kleiner als die Koerzitivspannung Ec.
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Nachdem die Spannung von -15 V zu einem bestimmten
Vorwärtsspannungsniveau, das kleiner als die
Koerzitivspannung Ec ist, erhöht worden ist, begünstigt die
angelegte Spannung den "Aufwärts"-Dipol, obwohl der FLC
vermöge der anliegenden Oberflächen der Substrate noch in
dem Zustand der "Abwärts"-Dipole gehalten wird. Eine
geeignete äußere Störung kann die Dipole der Moleküle von
"abwärts" nach "aufwärts", wie in der Figur durch eine
unterbrochene Linie gezeigt ist, umkehren. In diesem
Ausführungsbeispiel werden einige Domänen des FLC mit einem
Lichtstrahl bestrahlt, insbesondere einem infraroten Strahl,
um selektiv durch externe Einwirkung umgekehrt zu werden. Im
Folgenden wird der Zustand mit "Aufwärts"-Dipolen als
"0"-Zustand und der Zustand mit den "Abwärts"-Dipolen als
"1"-Zustand bezeichnet. Fig. 2 (B) zeigt die
Charakteristiken des FLC in bezug auf darauf einfallendes
Licht, das in der Ebene der Polarisation senkrecht zu
derjenigen der Fig. 2 (A) polarisiert ist.
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Nun folgt die Erklärung, wie Information auf den
Plattenspeicher geschrieben oder von dem oben beschriebenen
Plattenspeicher gelöscht wird.
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In dem Löschsystem 103 werden die Elektroden für äußere
Kontakte 32 und 32' mit den Anschlüssen 31 und 31' der
Leitungen 13 und 13' verbunden, welche aus einer
Steuereinrichtung 25 zum Ausführen der "Löschung"
herausgeführt sind. Eine ausreichende Spannung wird zwischen
den gegenüberliegenden Elektroden 32 und 32' angelegt, um
die FLC-Moleküle auf der gesamten Platte in einer Richtung,
die als "0"-Zustand bezeichnet ist, auszurichten.
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In diesem Zustand der Platte wird das "Schreiben" von
Information auf die Platte unter Verwendung des Systems 101
ausgeführt. Das "Schreiben" wird nämlich durch Bestrahlung
25 einer vorgeschriebenen Adresse des FLC, deren Moleküle in
einer Richtung über dessen Oberfläche ausgerichtet sind, mit
einem Lichtstrahl unter Anwendung einer schwachen Spannung
geringer als Vc durchgeführt. Wenn die Wellenlänge 1 bis 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 entsprechend einem binären System
aufgezeichnet.
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Der Lichtstrahl wird von einer Lichtquelle 23 über einen
Halbspiegel 22 und ein System 21, wie zum Beispiel eine
Sammeloptik und eine Eigennachführungseinrichtung,
abgestrahlt. Nachdem er von der Platte reflektiert worden
ist, erreicht der Lichtstrahl ferner einen Photosensor 9
über den Spiegel 22 und über eine
Lichtintensitätssteuereinrichtung 24. Dort wird überwacht,
daß der Schreibvorgang voranschreitet.
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Als nächstes wird der Leseprozeß beschrieben. Der Lichtstrahl
aus einem Halbleiterlaser 12 trifft, nachdem er durch einen
Halbspiegel 2 und ein System 10, wie zum Beispiel eine
Sammeloptik und eine automatische Nachführungseinrichtung,
hindurchgegangen ist, auf die optische Platte als ein Strahl
16 auf. Dann wird das Licht von der optischen Platte als ein
Strahl 16' reflektiert, wobei sein Weg durch den Halbspiegel
2 aufgespaltet wird, und erreicht den Lichtempfangssensor 9
über eine Polarisationsplatte 8.
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Entsprechend der Richtung des Flüssigkristalls, auf welchen
das Licht auftritt, ist das reflektierte Licht entweder in
einer parallelen oder nicht parallelen Ebene zu der
Polarisationsebene der Platte 8 polarisiert. Obwohl, wenn
der Neigungswinkel des Flüssigkristalls 45º beträgt, das auf
die Platte 8 auffallende Licht entsprechend einer parallelen
oder senkrechten Ebene zu der Polarisationsebene der Platte
8 polarisiert worden ist, ist die Polarisation durch den
Flüssigkristall gelegentlich nicht befriedigend, weil der
Flüssigkristall, sogar wenn eine vollständige reguläre
Anordnung der Moleküle in der gleichen Lage vorliegt, die
Lichtwelle notwendigerweise vollständig polarisieren muß. Um
das Polarisierungsvermögen eines solchen Flüssigkristalls zu
verbessern ist ein Additiv verwendbar, so daß die Moleküle
des Additivs zwischen den Molekülen des Flüssigkristalls
angeordnet und ausgerichtet werden. Das Additiv funktioniert
als Polarisierer im Zusammenwirken mit dem Flüssigkristall,
während der Flüssigkristall die Lagerichtung bestimmt, die
seine Moleküle selbst und die des Additivs einzunehmen
haben. Als Additiv können zum Beispiel eine dichromatische
Substanz, wie zum Beispiel Anthraguinonfarbstoff oder eine
Azo-Verbindung, wirken. Das Polarisierungsvermögen 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 der Figur ist, das Anlegeverfahren für das elektrische
Feld ausgenommen, der gleiche wie bei dem vorangehenden
Ausführungsbeispiel, so daß sich wiederholende Erklärungen
unterbleiben können.
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In diesem Fall wird eine Spannung für die optische Platte 10
von einer Hochspannungsquelle 20 direkt an ein Paar von
Elektroden 31 und 31' an der Außenseite gelegt, um dem FLC
das vorgeschriebene elektrische Feld einzuprägen. Die
Elektroden 31 und 31' sind nahe anliegend bei der optischen
Platte 10 angeordnet. Obwohl in der Figur die Elektroden 31
und 31' eine Länge aufweisen, welche nur einen Teil des
Radius der Platte ausmacht, können sie eine Länge gleich dem
Radius haben. In dem vorhergehenden Fall ist der Verbrauch
an elektrischer Energie reduziert. Im letzteren Fall ist
eine Einrichtung zum radialen Abtasten der Platte 10 durch
die Elektroden 31 und 31' von der Außenseite der Platte nach
innen oder umgekehrt gegeben, und es ist möglich, die
gesamte Oberfläche der Platte mit einer Drehung der Platte
10 zu löschen. Entsprechend diesem anderen
Ausführungsbeispiel umfaßt die Platte 10 das Paar von
Substraten 31 und 31', von denen eines lichtdurchlässig ist
und das andere 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 zu sein
braucht, ist es bei Verwendung einer leitfähigen Platte
möglich, die Elektrode 31' im Abstand von der Platte
anzuordnen. Eine Polarisationsplatte 8' kann zwischen dem
Halbspiegel 2 und dem Laser 12 anstelle der Platte 8
angeordnet werden. In dieser Modifikation wird das auf die
Platte auffallende Licht im voraus zugunsten von einem der
bistabilen Zustände polarisiert.