DE69229384T2

DE69229384T2 - Nichtflüchtige Speicheranordnung

Info

Publication number: DE69229384T2
Application number: DE1992629384
Authority: DE
Inventors: Yamamoto Yoshitaka; Ishii Yutaka
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1991-10-30
Filing date: 1992-09-09
Publication date: 1999-11-04
Anticipated expiration: 2012-09-10
Also published as: DE69229384D1

Description

Nichtflüchtige Speicheranordnung

1. Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft einen nichtflüchtigen Speicher mit großer Kapazität und hoher Dichte. Spezieller betrifft die Erfindung einen nichtflüchtigen Speicher, der zur Verwendung in einem Computer, einer Speicherkarte, einem Textprozessor und dergleichen ausgebildet ist.

2. Beschreibung des Stands der Technik

Als nichtflüchtige Speicher sind die folgenden vier wohlbekannt und werden in weitem Umfang verwendet:
(1) Magnetbänder,
(2) Magnetplatten,
(3) nichtflüchtige IC-Speicher wie EPROMs und EEPROMs, und
(4) magnetooptische Platten
Jede dieser Einrichtungen wird nun spezieller beschrieben.

(1) Magnetbänder

Magnetbänder sind die typischsten umschreibbaren nichtflüchtigen Speicher. Sie befinden sich als Audio- und Videobänder wegen ihres niedrigen Preises in weiter Verwendung und sie werden auch wegen ihres sehr großen Speichervermögens als Back-up-Speicher für Computer verwendet.
Magnetbänder zeigen Nachteile dahingehend, dass mit ihnen nur sequentielles Schreiben und Lesen von Daten möglich ist und die Zugriffszeit lang ist.

(2) Magnetplatten

Magnetplatten werden im Allgemeinen für externe Speicher eines Computers oder eines Textprozessors verwendet. Zu Magnetplatten gehören Disketten, die leicht handhabbar und billig sind, sowie Festplatten, die über größeres Speichervermögen verfügen, jedoch schwieriger zu handhaben sind und teurer sind als Disketten.
Magnetplatten zeigen die Vorteile eines schnellen Direktzugriffs und relativ einfacher Datenschreib- und Umschreibvorgänge.
Bei Magnetplatten besteht eine Beschränkung hinsichtlich einer Verbesserung des Speichervermögens und der Dichte. Z. B. beträgt das Speichervermögen einer 3,5-Zoll-Diskette ungefähr 1 Megabyte, und dasjenige einer 3,5-Zoll- Festplatte beträgt ungefähr 40 Megabyte.

(3) EPROMs und EEPROMs

EPROMs und EEPROMs sind repräsentative nichtflüchtige IC-Speicher, die umschreibbar sind und in die mit hoher Dichte geschrieben werden kann. Bei einem EPROM wird das Schreiben elektrisch ausgeführt, und das Löschen wird mittels Ultravioletteinstrahlung ausgeführt. In einem EEPROM werden sowohl das Schreiben als auch das Lesen elektrisch ausgeführt. Diese nichtflüchtigen IC-Speicher zeigen Vorteile wie Kompaktheit, geringes Gewicht, kurze Zugriffszeit und geringen Energieverbrauch.
Nun wird ein EEPROM, bei dem Schreib- und Löschvorgänge elektrisch ausführbar sind, im Einzelnen beschrieben. Fig. 20 ist eine Schnittansicht einer Speicherzelle eines EEPROM. Diese Speicherzelle enthält ein Siliziumsubstrat 7, einen auf diesem Siliziumsubstrat 7 vorhandenen Gateoxidfilm 5 sowie ein potentialungebundenes Gate 4 und ein Steuergate 2, die auf dem Gateoxidfilm 5 vorhanden sind. Das potentialungebundene Gate 4 hat die Funktion der Ansammlung und Speicherung von Ladungsträgern. Das Steuergate 2 hat die Funktion des Steuerns der Injektion der Ladungsträger in das potentialungebundene Gate 4. Das potentialungebundene Gate 4 und das Steuergate 2 sind durch einen aus Siliziumoxid bestehenden Isolierfilm 3 gegeneinander isoliert. Auf dem Siliziumsubstrat 7 ist ein Oberflächenpassivierungsfilm 1 so vorhanden, dass er das potentialungebundene Gate 4 und das Steuergate 2 bedeckt. Der Oberflächenpassivierungsfilm 1 wird im Allgemeinen aus Siliziumoxid oder Siliziumnitrid hergestellt. Das Siliziumsubstrat 7 verfügt über einen Sourcebereich 8 und einen Drainbereich 6, die durch Fremdstoffinjektion in ihren oberen Teilen ausgebildet wurden. Zwischen dem Sourcebereich 8 und dem Drainbereich 6 ist ein Kanalbereich 9 vorhanden.
Um Daten in einen EEPROM mit dem obigen Aufbau einzuschreiben, wird zwi schen den Drainbereich 6 und das Steuergate 2 eine Spannung gelegt, und Ladungsträger werden durch den Gateoxidfilm 5 in das potentialungebundene Gate 4 injiziert. Um Daten zu löschen wird eine Spannung zwischen den Sourcebereich 8 und das Steuergate 2 gelegt, und die Ladungsträger werden unter Verwendung des Fowler-Nordheim(NF)-Tunneleffekts entfernt. Um Daten zu lesen, wird der EIN- oder AUS-Zustand auf Grundlage einer Schwelle betreffend die Inversionsspannung im Kanalbereich 6 zwischen dem Sourcebereich 8 und dem Drainbereich 6 beurteilt.
Da beim obigen Aufbau die Injektion und Beseitigung von Ladungsträgern durch den Gateoxidfilm 5 hindurch erfolgt, sind die Qualität und die Dicke des Gateoxidfilms 5 sehr wichtig. Bei einem EEPROM mit einem Speichervermögen von 1 Megabit weist der Gateoxidfilm 5 im Allgemeinen eine Dicke von ungefähr 20 nm auf. Demgemäß ist es schwierig, seine Qualität und Dicke zu steuern, was zu einem schwerwiegenden Problem dahingehend führt, dass die Herstellkosten aufgrund einer Ausbeuteverringerung erhöht sind. Sowohl die langen als auch die kurzen Seiten eines EEPROM-Chips sind im Allgemeinen 7 bis 10 mm lang. Eine Vergrößerung, um das Speichervermögen zu erhöhen, erniedrigt die Ausbeute und erhöht so die Herstellkosten.
Wegen der obigen Probleme besteht bei EEPROMs eine Beschränkung hinsichtlich einer Verbesserung des Speichervermögens. Das mittlere Speichervermögen derzeit verwendeter EEPROMs beträgt ungefähr 1 bis 4 Megabit, was kleiner als bei anderen nichtflüchtigen Speichern wie einer Magnetplatte und einer magnetooptischen Platte ist.

(4) Magnetooptische Platten

Magnetooptische Platten, die umschreibbar sind, bilden einen der repräsentativen nichtflüchtigen Speicher mit großem Speichervermögen.
Fig. 21 zeigt den Aufbau einer magnetooptischen Platte. Diese magnetooptische Platte enthält magnetische Dünnfilme 15 und 16 als Speichermedien. Diese magnetischen Dünnfilme 15 und 16 zeigen rechtwinklige Magnetisierung. Um Daten zu schreiben, wird ein Laserstrahl 20 in einem schwachen Magnetfeld mit entgegengesetzter Polarität zu der des Magnetfelds, mit dem die magnetischen Dünnfilme 15 und 16 magnetisiert wurden, auf einen Konvergenzbereich 21 konvergiert. Daten werden durch örtliches Erwärmen in die magnetischen Dünnfilme 15 und 16 geschrieben. Ein Datenlesevorgang erfolgt unter Ausnutzung des Kerreffekts oder des Faradayeffekts. Genauer gesagt, wird, wenn ein linear polarisierter Laserstrahl 20 auf die Platte emittiert wird, die Polarisationsebene des durch die Platte hindurchgestrahlten oder an ihr reflektierten Lichts entsprechend dem Magnetisierungszustand der magnetischen Dünnfilme 15 und 16 gedreht. Eine derartige Drehung der Polarisationsebene wird unter Verwendung eines Analysators in ein optisches Signal umgesetzt und dann durch einen Photodetektor als elektrisches Signal erfasst. So werden die Daten ausgelesen. Magnetooptische Platten werden in der Praxis für Speicher mit großem Speichervermögen für Dokumentdateien und Bilddateien verwendet.
Bei einer magnetooptischen Platte kann ein Schreibvorgang kontaktfrei dadurch erfolgen, dass der Laserstrahl 20 durch ein transparentes Glassubstrat 12 gestrahlt wird. Demgemäß ruft Staub auf einer Schreibebene 23 keine Probleme hervor. Da der Laserstrahl 20 nicht auf die Oberfläche 22 des Glassubstrats 12 fokussiert wird, verfügt der Laserstrahl 20 an dieser Oberfläche 22 über einen großen Durchmesser von einigen hundert Mikrometern. Demgemäß hat das Vorhandensein von Staub an dieser Stelle keinerlei schwerwiegende Auswirkung.
Dank des Schreibens und Lesens unter Verwendung eines konvergierten Laserstrahls 20 wird Schreiben mit hoher Dichte bewerkstelligt. Z. B. verfügt eine 3,5-Zoll-Platte über ein großes Speichervermögen von ungefähr 120 Megabyte.
Ein Nachteil einer magnetooptischen Platte besteht darin, dass ein zum Drehen der Platte erforderlicher Rotationsmechanismus die Schreib- und Lesevorrichtung vergrößert und so die Herstellkosten erhöht.
Herkömmliche umschreibbare nichtflüchtige Speicher zeigen die oben genannten Vorteile und Nachteile. Ein idealer nichtflüchtiger Speicher muss die folgenden vier Erfordernisse erfüllen, die aus den folgenden Gründen durch keine der herkömmlichen Einrichtungen erzielbar sind.

(1) Großes Speichervermögen und hohe Dichte

Eine Diskette kann dieses Erfordernis nicht erfüllen, wie es aus der Tatsache ersichtlich ist, dass eine 3,5-Zoll-Diskette ein Speichervermögen von nur 1 Megabyte aufweist.
Nichtflüchtige IC-Speicher wie EPROMs oder EEPROMs können hohe Dichte rea lisieren, jedoch aufgrund ihrer begrenzten Fläche kein großes Speichervermögen.

(2) Widerstand gegen Stöße und Schwingungen

Im Fall einer Festplatte kann großes Speichervermögen durch Integrieren mehrerer Platten erzielt werden. Jedoch hat in diesem Fall der Abstand zwischen einem Kopf und der Platte den mikroskopischen Wert von 1 Mikrometer oder weniger. Eine derartige Einrichtung wird durch Stöße, Schwingungen oder selbst mikroskopischen Staub, wie er am Kopf oder der Platte anhaftet, leicht zerstört.

(3) Kompakte, einfache und billige Vorrichtung zum Schreiben und Lesen

Da eine Diskette, eine Festplatte und eine magnetooptische Platte Schreib- und Lesevorgänge durch Drehen einer Platte ausführen, ist ein Rotationsmechanismus wie ein Motor erforderlich. Demgemäß wird die Schreib- und Lesevorrichtung in unvermeidlicher Weise groß und kompliziert.
Im Fall einer Festplatte ist ein Dämpfungsmaterial erforderlich, um genauen Abstand zwischen der Platte und dem Kopf sowie Widerstand gegen Stöße sicherzustellen. Das Dämpfungsmaterial vergrößert und verkompliziert die Schreib- und Lesevorrichtung.
Auch magnetooptische Platten erfordern wegen der Verwendung eines Lasers und eines Magnets eine große und komplizierte Schreib- und Lesevorrichtung.

(4) Schreiben und Lesen mit hoher Geschwindigkeit

Disketten, Festplatten und magnetooptische Platten zeigen eine Beschränkung hinsichtlich einer Erhöhung der Lesegeschwindigkeit, da Daten durch Verdrehen der Platte gesucht werden. Magnetbänder sind hinsichtlich des Schreibens und Lesens besonders langsam.
Da kein herkömmlicher nichtflüchtiger Speicher alle vier Erfordernisse erfüllt, bestand Bedarf an einer völlig neuen Einrichtung.
Das Dokument US-3 836 243, auf dem die Oberbegriffe der Ansprüche 1 und 14 beruhen offenbart einen nichtflüchtigen Speicher mit Folgendem: einem ersten Substrat und einem zweiten Substrat, die parallel zueinander mit einem gegenseitigen Abstand angeordnet sind; einem Speichermedium, das zwischen dem ersten und zweiten Substrat vorhanden ist und aus einem Material ausgewählt ist, das aus der aus einer Flüssigkristallverbindung und einem Verbundmaterial, das eine Flüssigkristallkomponente in einem Molekül enthält, bestehenden Gruppe ausgewählt ist; einer Gegenelektrode, die auf derjenigen Oberfläche des ersten Substrats vorhanden ist, die dem Speichermedium zugewandt ist; einer Erwärmungseinrichtung, die auf dem zweiten Substrat vorhanden ist, und eine Vielzahl streifenförmiger unterer Elektroden, die gegeneinander isoliert sind und parallel zueinander angeordnet sind, eine Vielzahl streifenförmiger oberer Elektroden, die rechtwinklig zu den unteren Elektroden angeordnet sind, und eine Wärmeerzeugungsschicht aufweist, die zwischen die oberen und unteren Elektroden eingebettet ist, um an Schnittstellen zwischen den oberen und unteren Elektroden von diesen Strom zu erhalten, wobei die Heizeinrichtung vorhanden ist, um dadurch Daten in das Speichermedium einzuschreiben, dass das Speichermedium erwärmt wird und so seine Phase geändert wird; und einer Leseeinrichtung zum Lesen der in das Speichermedium geschriebenen Daten.
Durch eine erste Erscheinungsform der Erfindung ist ein nichtflüchtiger Speicher des obigen Typs geschaffen, der dadurch gekennzeichnet ist, dass er ferner einen elektrisch isolierenden Film aufweist, der auf den unteren Elektroden in solchen Bereichen vorhanden ist, in denen die oberen Elektroden nicht über den unteren Elektroden liegen; und die Leseeinrichtung so ausgebildet ist, dass sie elektrisch eine Eigenschaftsänderung des Speichermediums unter Verwendung der Gegenelektrode und einer oberen oder mehrerer oberer Elektroden erfasst.
Gemäß einer zweiten Erscheinungsform der Erfindung ist ein nichtflüchtiger Speicher mit Folgendem geschaffen: einem ersten Substrat und einem zweiten Substrat, die parallel zueinander mit einem gegenseitigen Abstand angeordnet sind; einem Speichermedium, das zwischen dem ersten und zweiten Substrat vorhanden ist und aus einem Material ausgewählt ist, das aus der aus einer Flüssigkristallverbindung und einem Verbundmaterial, das eine Flüssigkristallkomponente in einem Molekül enthält, bestehenden Gruppe ausgewählt ist; einer Gegenelektrode, die auf derjenigen Oberfläche des ersten Substrats vorhanden ist, die dem Speichermedium zugewandt ist; einer Erwärmungseinrichtung, die auf dem zweiten Substrat vorhanden ist, und eine Vielzahl streifenförmiger unterer Elektroden, die gegeneinander isoliert sind und parallel zueinander angeordnet sind, eine Vielzahl streifenförmiger oberer Elektroden, die rechtwinklig zu den unteren Elektroden angeord net sind, und eine Wärmeerzeugungsschicht aufweist, die zwischen die oberen und unteren Elektroden eingebettet ist, um an Schnittstellen zwischen den oberen und unteren Elektroden von diesen Strom zu erhalten, wobei die Heizeinrichtung vorhanden ist, um dadurch Daten in das Speichermedium einzuschreiben, dass das Speichermedium erwärmt wird und so seine Phase geändert wird; und einer Leseeinrichtung zum Lesen der in das Speichermedium geschriebenen Daten durch optisches Erfassen eines Phasenübergangs des Speichermediums; dadurch gekennzeichnet, dass er ferner einen elektrisch isolierenden Film auf der unteren Elektrode in Bereichen aufweist, in denen die oberen Elektroden nicht mit den unteren Elektroden überlappen.
Beim erfindungsgemäßen nichtflüchtigen Speicher werden Daten durch elektrisches Erwärmen eines Flüssigkristalls geschrieben. Dank dieses Prinzips ist das Speichervermögen deutlich erhöht, und es ist auch die Dichte erhöht, während die Größe der Einrichtung verringert ist. Darüber hinaus können, da Direktzugriff mit hoher Geschwindigkeit möglich ist, Schreib- und Lesevorgänge betreffend Daten mit hoher Geschwindigkeit erfolgen. Schreib- und Lesefehler aufgrund von Stößen oder Schwingungen treten nicht auf, was die Schreib-und Lesegenauigkeit verbessert.
So ermöglicht die hier beschriebene Erfindung den Vorteil des Schaffens eines nichtflüchtigen Speichers, der einen Speicher hoher Dichte und mit großem Speichervermögen bilden kann, wobei hinsichtlich desselben genaue und schnelle Schreib-und Lesevorgänge erfolgen können, und der eine kompakte, einfache und billige Schreib- und Lesevorrichtung ermöglicht.
Diese und andere Vorteile der Erfindung werden dem Fachmann beim Lesen und Verstehen der folgenden detaillierten Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren deutlich.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 ist eine Draufsicht eines nichtflüchtigen Speichers gemäß einem ersten Beispiel der Erfindung.
Fig. 2 ist eine Draufsicht eines Aufzeichnungsabschnitts der nichtflüchtigen Speicherzelle gemäß dem ersten Beispiel.
Fig. 3 ist eine Schnittansicht eines wesentlichen Teils des Aufzeichnungsabschnitts des nichtflüchtigen Speichers gemäß dem ersten Beispiel.
Fig. 4 ist eine perspektivische Ansicht eines Aufzeichnungsabschnitts im Zustand, in dem ein Flüssigkristall weggelassen ist.
Fig. 5 ist ein Ersatzschaltbild des nichtflüchtigen Speichers gemäß dem ersten Beispiel.
Fig. 6 ist ein zeitbezogenes Diagramm, das die Beziehung zwischen der an den Flüssigkristall angelegten Spannung und der Temperatur zeigt.
Fig. 7 bis 11 sind Diagramme, die jeweils ein Beispiel von Signalverläufen zeigen, wie sie zum Lesen von Daten aus dem nichtflüchtigen Speicher gemäß dem ersten Beispiel verwendet werden.
Fig. 12 ist eine schematische Ansicht einer optischen Lesevorrichtung, wie sie dazu verwendet wird, Daten aus dem nichtflüchtigen Speicher gemäß dem ersten Beispiel zu lesen.
Fig. 13 ist ein Kurvenbild, das eine Eigenschaft eines ferroelektrischen Flüssigkristalls zeigt, wie er in einem nichtflüchtigen Speicher gemäß einem zweiten Beispiel der Erfindung verwendet wird.
Fig. 14 ist ein Kurvenbild, das die Beziehung zwischen der Temperatur des ferroelektrischen Flüssigkristalls und der Ansprechzeit zeigt.
Fig. 15 ist eine schematische Ansicht, die den chemischen Aufbau eines leitenden Polymerflüssigkristalls zeigt, wie er in einem nichtflüchtigen Speicher gemäß einem vierten Beispiel der Erfindung verwendet ist.
Fig. 16A ist eine schematische Ansicht des leitenden Polymerflüssigkristalls im Zustand, in dem mesogene Radikale und Ladungsübertragungskomplexe ausgerichtet sind.
Fig. 16B ist eine schematische Ansicht des leitenden Polymerflüssigkristalls im Zustand, in dem weder mesogene Radikale noch Ladungsübertragungskomplexe ausgerichtet sind.
Fig. 17 ist eine Ansicht eines wesentlichen Teils des nichtflüchtigen Speichers gemäß dem vierten Beispiel im Zustand, in dem die mesogenen Radikale und die Ladungsübertragungskomplexe ausgerichtet sind.
Fig. 18A und 18B sind Ansichten eines wesentlichen Teils des nichtflüchtigen Speichers gemäß dem vierten Beispiel im Zustand, in dem weder die mesogenen Radikale noch die Ladungsübertragungskomplexe ausgerichtet sind.
Fig. 19 ist ein Ersatzschaltbild des nichtflüchtigen Speichers des vierten Beispiels.
Fig. 20 ist eine Schnittansicht eines EEPROM.
Fig. 21 ist eine Schnittansicht einer magnetooptischen Platte.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE

Nachfolgend wird die Erfindung mittels veranschaulichender Beispiele unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.

Beispiel 1

Fig. 1 zeigt schematisch eine Draufsicht eines nichtflüchtigen Speichers gemäß einem ersten Beispiel der Erfindung. Dieser nichtflüchtige Speicher umfasst ein Paar Aufzeichnungsabschnitte 34 mit jeweils einer Vielzahl von Speicherzellen 43 (Fig. 4) sowie Schaltungsabschnitten 31 bis 33, die jeweils paarweise um die Aufzeichnungsabschnitte 34 herum vorhanden sind. Da die Paare von Aufzeichnungsabschnitten 34 und Schaltungsabschnitten 31 bis 33 jeweils identisch sind, wird der Einfachheit halber nur ein Paar beschrieben. Die Schaltungsabschnitte 31 bis 33 verfügen über voneinander verschiedene Funktionen. Der Schaltungsabschnitt 31 hat die Funktion des Verarbeitens eines von einer externen Vorrichtung gelieferten Signals sowie des Lieferns des Signals an jede Speicherzelle 43 des Aufzeichnungsabschnitts 34 als Speicherdatenwert, sowie eine andere Funktion einer Verarbeitung eines aus der Speicherzelle 43 ausgelesenen Signals und des Lieferns des Signals an eine externe Vorrichtung. (Nachfolgend wird der Schaltungsabschnitt 31 als Eingabe/Ausgabe-Signalsteuerabschnitt 31 bezeichnet.) Der Schaltungsabschnitt 32 verfügt über die Funktion des vollständigen Steuerns der im nichtflüchtigen Speicher ausgeführten Verarbeitung. (Nachfolgend wird der Schaltungsabschnitt 32 als Logiksteuerungsabschnitt 32 bezeichnet.) Der Schaltungsabschnitt 33 hat die Funktion des Steuerns eines elektrischen Stroms zum Liefern eines elektrischen Signals an jede Speicherzelle 43 des Aufzeichnungsabschnitts 34 auf eine Anweisung vom Logik steuerungsabschnitt 32 hin. (Nachfolgend wird der Schaltungsabschnitt 33 als Treiberschaltungsabschnitt 33 bezeichnet.) Der Aufzeichnungsabschnitt 34 hat die Funktion des Ansammelns von Signalen, wie sie vom Eingabe/Ausgabe-Signalsteuerungsabschnitt 31 geliefert werden, sowie des Einspeicherns der Signale als Speicherdaten.
Wie es in Fig. 3 dargestellt ist, umfasst der Aufzeichnungsabschnitt 34 ein Siliziumsubstrat 55, ein dem Siliziumsubstrat 55 gegenüberstehendes Glassubstrat 52 sowie eine Flüssigkristallschicht 53, die zwischen dem Siliziumsubstrat 55 und dem Glassubstrat 52 eingeschlossen ist. Auf dem Siliziumsubstrat 55 sind eine Wärmeerzeugungsschicht 44 zum Erwärmen der Flüssigkristallschicht 53 sowie obere Elektroden 41 und untere Elektroden 42 zum Erzeugen von Wärme in der Wärmeerzeugungsschicht 44 auf zusammenwirkende Weise vorhanden. Auf dem Glassubstrat 52 sind streifenförmige Gegenelektroden 51 vorhanden. Die Flüssigkristallschicht 53 steht über einen Ausrichtungsfilm 56 in Kontakt mit den oberen Elektroden 41, und über einen anderen Ausrichtungsfilm 56' auch mit den Gegenelektroden 51.
Fig. 4 ist eine perspektivische Ansicht des Aufzeichnungsabschnitts 34 im Zustand, in dem das Glassubstrat 52 mit den Gegenelektroden 51 sowie die Flüssigkristallschicht 53 weggelassen sind. Die oberen, streifenförmigen Elektroden 41 sind in parallelen Spalten mit im Wesentlichen gleichmäßigem Abstand zwischen benachbarten oberen Elektroden 41 angeordnet. Unter den oberen Elektroden 41 sind die unteren, streifenförmigen Elektroden 42 parallel mit einem im Wesentlichen gleichmäßigen Abstand zwischen benachbarten unteren Elektroden 42 angeordnet. Die unteren Elektroden 42 sind in Zeilen rechtwinklig zu den oberen Elektroden 41 angeordnet. Die Speicherzellen 43 sind in Teilen der Flüssigkristallschicht 53 vorhanden, die den Schnittstellen zwischen den oberen Elektroden 41 und den unteren Elektroden 42 entsprechen. Als Material für die oberen Elektroden 41 und die unteren Elektroden 42 ist beim ersten Beispiel Wolfram verwendet, das hervorragende Wärmebeständigkeit zeigt. Ein Paar aus einer oberen Elektrode 41 und einer unteren Elektrode 42, das der Speicherzelle 43 entspricht, in die ein Datenwert einzuschreiben ist, wird zum Erzeugen von Wärme in der Wärmeerzeugungsschicht 44 verwendet.
Wie oben angegeben, sind die Speicherzellen 43 den Schnittstellen zwischen den oberen Elektroden 41 und den unteren Elektroden 42 zugewandt. In Fig. 2 sind in Spalten angeordnete obere Elektroden 41 als U1, U2, U3, U4 und US bezeichnet, und die in Zeilen angeordneten unteren Elektroden 42 sind als D1, D2 und D3 bezeichnet. Die Speicherzellen sind als Mij (i ist die Bezugszahl der oberen Elektrode 41, und j ist die Bezugszahl der unteren Elektrode 42; i = 1, 2, 3, 4 und 5; j = 1, 2 und 3) bezeichnet.
Nun wird unter Bezugnahme auf Fig. 3 der Aufbau des Aufzeichnungsabschnitts 34 beim ersten Beispiel im Einzelnen beschrieben.
Auf derjenigen Oberfläche des Glassubstrats 52, die dem Siliziumsubstrat 55 zugewandt ist, sind Gegenelektroden 51 vorhanden. Auf den Gegenelektroden 51 ist ein Ausrichtungsfilm 56' vorhanden. Die in Kontakt mit dem Ausrichtungsfilm 56' stehende Flüssigkristallschicht 53 hat die Funktion des Aufzeichnens von Daten auf Grundlage einer Änderung des Ausrichtungszustands oder eines Phasenübergangs des Flüssigkristalls.
Das Siliziumsubstrat 55 besteht aus einkristallinem Silizium, wie es allgemein für ICs verwendet wird, zu dem ein Fremdstoff hinzugefügt ist, um seinen elektrischen Widerstand einzustellen. Die Oberfläche des Siliziumsubstrats 55 ist mit einem Feldisolierfilm 57 bedeckt, und die unteren Elektroden 42 sind auf dem Feldisolierfilm 57 vorhanden. So ist verhindert, dass ein zu den unteren Elektroden 42 fließender Treiberstrom in das Siliziumsubstrat 55 ausleckt.
Zwischen den oberen Elektroden 41 und den unteren Elektroden 42 ist ein Isolierfilm 54 vorhanden, um die Isolierung zwischen ihnen aufrechtzuerhalten. Der Isolierfilm 54 wird beim ersten Beispiel unter Verwendung eines Plasma-CVD-Verfahrens aus Siliziumnitrid hergestellt. Möglicherweise wird eine Spannung von 10 V oder mehr zwischen ein Paar aus einer oberen Elektrode 41 und einer unteren Elektrode 42 angelegt, wobei selbst in diesem Fall die gegenseitige Isolierung sichergestellt ist, da der aus Siliziumnitrid bestehende Isolierfilm 54 gleichmäßige Qualität ohne feine Löcher und auch gleichmäßige Dicke aufweist.
Der Isolierfilm 54 verfügt in den Speicherzellen 43 entsprechenden Abschnitten über Öffnungen 54a. In jeder Öffnung 54a liegt ein Teil der Wärmeerzeugungsschicht 44, der zwischen ein Paar einer oberen Elektrode 41 und einer unteren Elektrode 42 eingefügt ist. Da die Wärme der Wärmeerzeugungsschicht 44 bei einem Vorgang zum Schreiben oder Löschen von Speicherdaten sowohl die Temperatur der oberen Elektrode 41 als auch die der unteren Elektrode 42 erhöht, müssen die oberen und unteren Elektroden 41 und 42 aus einem Material mit hoher Wärmebeständigkeit bestehen. Beim ersten Beispiel werden die oberen und unteren Elektroden 41 und 42 unter Verwendung eines Niederdruck-CVD-Verfahrens aus Wolfram hergestellt. Andererseits muss die Wärmeerzeugungsschicht 44 aus einem Material mit geeignetem elektrischem Widerstand hergestellt werden, das für feine Strukturierung geeignet ist und auch hohe Wärmebeständigkeit aufweist. Beim ersten Beispiel wird die Wärmeerzeugungsschicht 44 unter Verwendung eines Niederdruck-CVD-Verfahrens aus Polysilizium hoher Reinheit hergestellt.
Auf den oberen Elektroden 41 und der Wärmeerzeugungsschicht 44 ist der Ausrichtungsfilm 56 vorhanden. Um den Ausrichtungsfilm 56 herzustellen, wird Polyimid auf die oberen Elektroden 41 und die Wärmeerzeugungsschicht 44 aufgebracht, und dann wird die sich ergebende Polyimidschicht erwärmt und gerieben. Der Ausrichtungsfilm 56' wird auf dieselbe Weise hergestellt. Anstelle von Polyimid kann jedes andere Material verwendet werden, wie es allgemein für Ausrichtungsfilme verwendet wird. Die Ausrichtungsfilme 56 und 56' können weggelassen werden, wenn ein geeignetes Flüssigkristallmaterial und geeignete Schreib- und Lesebedingungen verwendet werden.
Die oberen und unteren Elektroden 41 und 42 werden beim ersten Beispiel durch ein Niederdruck-CVD-Verfahren aus Wolfram hergestellt. Es kann jedes andere Material verwendet werden, solange dieses Material hervorragende Wärmebeständigkeit und chemische Beständigkeit aufweist, leicht herstellbar und verarbeitbar ist und niedrigen elektrischen Widerstand aufweist. Das Niederdruck-CVD-Verfahren kann durch jedes beliebige andere Verfahren ersetzt werden, solange die Elektroden mit gleichmäßiger Dicke hergestellt werden können. Die Wärmeerzeugungsschicht 44 wird beim ersten Beispiel unter Verwendung eines Niederdruck-CVD-Verfahrens aus Polysilizium hergestellt. Es kann jedes beliebige andere Material verwendet werden, solange dieses Material einen geeigneten elektrischen Widerstand aufweist, hervorragende Wärmebeständigkeit und chemische Beständigkeit zeigt und leicht herstellbar und verarbeitbar ist. Das Niederdruck-CVD-Verfahren kann durch jedes beliebige andere Verfahren ersetzt werden, solange die Wärmeerzeugungsschicht 44 mit gleichmäßiger Dicke hergestellt werden kann.
Nun wird ein Herstellprozess für den Aufzeichnungsabschnitt 34 im Einzelnen beschrieben. Obwohl der nichtflüchtige Speicher neben dem Aufzeichnungsabschnitt 34 noch MOS-ICs aufweist, nämlich beim ersten Beispiel den Eingabe/Ausgabe-Signalsteuerungsabschnitt 31, den Logiksteuerungsabschnitt 32 und den Treiberschaltungsabschnitt 33, wird nur der Herstellprozess für den Aufzeichnungsabschnitt 34 beschrieben, da der Herstellprozess für die MOS- ICs bekannt ist.
Als Siliziumsubstrat 56 wird ein einkristalliner p-(100)-Siliziumwafer von 6 Zoll verwendet. Der Feldisolierfilm 57 wird durch thermisches Oxidieren der Oberfläche des Siliziumsubstrats 55 mit einer Dicke von 800 nm hergestellt. Auf dem Feldisolierfilm 57 werden die unteren Elektroden 42 dadurch hergestellt, dass unter Verwendung eines Niederdruck-CVD-Verfahrens Wolfram als Film mit einer Dicke von 1,2 um abgeschieden wird und dann der Wolframfilm unter Verwendung von Photolithographie und Trockenätzen strukturiert wird. Auf dem Feldisolierfilm 57 mit den unteren Elektroden 42 wird der Isolierfilm 54 unter Verwendung eines Plasma-CVD-Verfahrens aus Siliziumnitrid so auf den unteren Elektroden 42 hergestellt, dass er eine Dicke von 1,0 um aufweist. Dann werden die die unteren Elektroden 42 erreichenden Öffnungen 54a unter Verwendung von Photolithographie und Trockenätzen im Isolierfilm 54 hergestellt.
Auf dem Isolierfilm 54 und den unteren Elektroden 42 wird die Wärmeerzeugungsschicht 44 unter Verwendung eines Niederdruck-CVD-Verfahrens aus Polysilizium mit einer Dicke von ungefähr 1,0 um so hergestellt, dass sie einen spezifischen Widerstand von ungefähr 1000 Ω·cm aufweist. Wenn die aus Polysilizium bestehende Wärmeerzeugungsschicht 44 mit einem Fremdstoff wie Bor, Phosphor oder einem Metall dotiert wird, sinkt ihr Widerstand möglicherweise und verhindert so, dass ihre Temperatur selbst beim Erzeugen von Wärme einen spezifizierten Pegel erreicht. Um einen derartigen Mangel zu vermeiden, müssen hochreines Polysilizium und eine CVD-Vorrichtung hoher Reinheit verwendet werden. Die Wärmeerzeugungsschicht 44 wird beim ersten Beispiel unter Verwendung eines Niederdruck-CVD-Verfahrens mit hochreinem Monosilangas hergestellt. Es kann jede andere Siliziumverbindung oder jedes andere Verfahren verwendet werden, solange der erforderliche Widerstandswert erreicht werden kann.
Auf der Wärmeerzeugungsschicht 44 werden die oberen Elektroden 44 dadurch hergestellt, dass Wolfram unter Verwendung eines Niederdruck-CVD-Verfahrens als Film mit einer Dicke von ungefähr 1,0 um hergestellt wird und dann der Wolframfilm unter Verwendung von Photolithographie und Trockenätzen strukturiert wird. Dann wird der Ausrichtungsfilm 56 auf den oberen Elektroden 41 hergestellt. Um den Ausrichtungsfilm 56 herzustellen, wird Polyimid durch Aufschleudern auf die oberen Elektroden 41 aufgetragen, die sich ergebende Polyimidschicht wird durch Erwärmen polymerisierend behandelt, es werden überflüssige Teile entfernt, und dann wird der sich ergebende Film gerieben.
Das Glassubstrat 52 wird durch Zuschneiden von Glas auf geeignete Größe hergestellt. Auf der Oberfläche des Glassubstrats 52 werden die Gegenelektroden 51 dadurch hergestellt, dass unter Verwendung eines Sputtervorgangs ein dünner, leitender Film aus ITO (Indiumzinnoxid) auflaminiert wird und dann der ITO-Film unter Verwendung von Photolithographie und Ätzen strukturiert wird. Die Gegenelektroden 51 werden in Zeilen rechtwinklig zu den oberen Elektroden 41 angeordnet. Die Anordnungsschrittweite und die Breite der Gegenelektroden 51 werden so eingestellt, dass sie zum Schreiben und Lesen von Daten am besten geeignet sind. Dann wird der Ausrichtungsfilm 56' durch Polyimidbeschichtung mittels Aufschleudern auf den Gegenelektroden 51 hergestellt, gefolgt von Polymerisierung durch Erwärmung, Entfernen überflüssiger Teile und anschließendes Reiben.
Das Siliziumsubstrat 55 und das Glassubstrat 52 mit den oben genannten Elementen auf ihnen werden so einander gegenüberstehend angeordnet, dass die oberen und unteren Elektroden 41 und 42 innen liegen. Das Glassubstrat 52 und das Siliziumsubstrat 55 werden so ausgerichtet, dass die unteren Elektroden 42 den Gegenelektroden 51 zugewandt sind. Das Siliziumsubstrat 55 und das Glassubstrat 52 werden an ihrem Rand gegeneinander abgedichtet, und dann wird dazwischen ein Flüssigkristall eingefüllt, um die Flüssigkristallschicht 53 zu bilden.
Beim ersten Beispiel besteht die Flüssigkristallschicht 53 aus einem polymeren, nematischen Acrylflüssigkristall (Ti = 106ºC, Polymerisationsgrad: 150) mit p-Cyanobiphenyl als mesogenem Radikal. Der polymere, nematische Flüssigkristall wird allmählich von einer isotropen Phase aus abgekühlt, während eine Wechselspannung von 100 V und 500 Hz an ihn angelegt ist. So wird der Flüssigkristall in eine homöotrope Struktur gebracht. Dann wird der auf diese Weise hergestellte Aufzeichnungsabschnitt 34 abgeteilt und angebonded und dann in einem Gehäuse untergebracht.
Nachfolgend wird das Prinzip des Schreibens und Lesens von Daten in eine nichtflüchtige Speicherzelle gemäß dem ersten Beispiel beschrieben.
Beim ersten Beispiel wird zum Schreiben von Daten ein Phasenübergang oder eine Zustandsänderung des Flüssigkristalls, hervorgerufen durch eine thermische Änderung desselben genutzt, und zum Lesen von Daten wird eine Änderung der Dielektrizitätskonstante des Flüssigkristalls, einhergehend mit der Zustandsänderung, genutzt. Bei einem Flüssigkristall wie einem polymeren, nematischen Acrylflüssigkristall mit p-Cyanobiphenyl als mesogenem Radikal oder bei einem polymeren, smektischen Polysiloxanflüssigkristall wird die Phase durch Erwärmen in eine isotrope Phase überführt. Durch abschließendes schnelles Abkühlen wird die Eindomänenstruktur des Flüssigkristalls in eine Polydomänenstruktur geändert. Da die Polydomänenstruktur bei Raumtemperatur für lange Zeit aufrechterhalten werden kann, können unter Verwendung der obigen Strukturänderung geschriebene Daten für lange Zeit aufrechterhalten werden. Wenn eine Erwärmung der Polydomänenstruktur mit anschließendem Abkühlen erfolgt, wechselt die Polydomänenstruktur des Flüssigkristalls in eine Monodomänenstruktur. Da die Dielektrizitätskonstante des Flüssigkristalls in einer Monodomänenstruktur verschieden von der in einer Polydomänenstruktur ist, wird die Struktur des Flüssigkristalls durch Messen der Dielektrizitätskonstante erfasst. So können die im Flüssigkristall aufgezeichneten Daten elektrisch ausgelesen werden. Durch dieses Prinzip werden das Schreiben und Lesen von Daten bewerkstelligt.
Der Flüssigkristall ist in einer Monodomänenstruktur transparent, während er in einer Polydomänenstruktur aufgrund der Diffusion von Licht trüb ist. Unter Verwendung dieses Merkmals können Daten ebenfalls optisch dadurch ausgelesen werden, dass Licht wie ein Laserstrahl auf den Aufzeichnungsabschnitt 34 gestrahlt wird und dann das durch jede Speicherzelle 43 reflektierte Licht erfasst wird.
Anstelle des polymeren, nematischen Acrylflüssigkristalls kann jeder andere Typ von Flüssigkristall verwendet werden. Zu verwendbaren Flüssigkristallen gehört ein Polymerflüssigkristall mit einem cholesterischen Flüssigkristall als mesogenem Radikal, ein Polymerflüssigkristall mit einem smektischen Flüssigkristall als mesogenem Radikal, ein Polymerflüssigkristall mit einem nematischen Flüssigkristall als mesogenem Radikal, ein Flüssigkristall mit zwei der obigen zwei Typen von Flüssigkristallkomponenten in einem Molekül, einem Gemisch dieser drei Typen von Polymerflüssigkristallen sowie ein Gemisch eines identischen Typs von Flüssigkristallen mit verschiedenen mesogenen Radikalen.
Nachfolgend wird ein praxisgerechter Betrieb zum Schreiben, Löschen und Lesen von Daten im nichtflüchtigen Speicher gemäß dem ersten Beispiel beschrieben.

[Schreiben und Löschen von Daten]

Von einer externen Vorrichtung gelieferte Daten werden in einem Pufferspeicher im Eingabe/Ausgabe-Signalsteuerungsabschnitt 31 aufgezeichnet und nach einer Datenverarbeitung in den Aufzeichnungsabschnitt 34 geschrieben. Der Schreibvorgang wird dadurch ausgeführt, dass über ein bestimmtes Paar aus einer oberen und einer unteren Elektrode 41 und 42 eine Impulsspannung an einen Teil der Wärmeerzeugungsschicht 44 angelegt wird und dadurch die Speicherzelle 43 der Flüssigkristallschicht 53 erwärmt wird, wobei diese Speicherzelle 43 dem obigen Teil der Wärmeerzeugungsschicht 44 entspricht. Der Flüssigkristall in der obigen Speicherzelle 43 wird durch das Anlegen der Impulsspannung erwärmt, und er kühlt sich schnell ab, wenn die Spannungsanlegung endet. Durch derartiges schnelles Abkühlen wechselt die Monodomänenstruktur des Flüssigkristalls der Speicherzelle 43 in eine Polydomänenstruktur. In diesem Zustand sind Daten in die Speicherzelle 43 eingeschrieben. Andere Speicherzellen 43, in die keine Daten einzuschreiben sind, werden nicht erwärmt, wodurch die Monodomänenstruktur erhalten bleibt. Wenn die Speicherzelle 43 mit dem eingeschriebenen Datenwert erneut erwärmt wird und dann die an die Wärmerzeugungsschicht 44 angelegte Impulsspannung allmählich abgesenkt wird, um die Speicherzelle 43 allmählich abzukühlen, wechselt die Polydomänenstruktur des Flüssigkristalls der Speicherzelle 43 in eine Monodomänenstruktur. In diesem Zustand ist der Datenwert gelöscht. In welche Speicherzelle 43 ein Datenwert eingeschrieben wird, wird frei gewählt, um dadurch Direktzugriff zu realisieren.
Fig. 5 zeigt neun Speicherzellen, die durch drei untere Elektroden D1 bis D3 und drei obere Elektroden U1 bis U3 gebildet sind. Z. B. wird zum Einschreiben eines Datenwerts in die Speicherzelle M11 eine Impulsspannung von +V1 durch eine Treiberschaltung für untere Elektroden im Treiberschaltungsabschnitt 33 an die untere Elektrode D1 angelegt, und eine Impulsspannung - V1 wird durch eine Treiberschaltung für obere Elektroden im Treiberschaltungsabschnitt 33 an die obere Elektrode U1 angelegt. So wird die Speicherzelle M11 durch eine Impulsspannung 2V1 erwärmt. In diesem Fall wird, da die Spannungen, wie sie in Fig. 6 durch eine durchgezogene Linie a dargestellt sind, an die obere Elektrode U1 und die untere Elektrode D1 angelegt werden, der Flüssigkristall in der Speicherzelle M11 einmal erwärmt und dann schnell abgekühlt. So wird der Flüssigkristall in der Speicherzelle 43 in eine Polydomänenstruktur gebracht, in welchem Zustand der Datenwert eingeschrieben ist. Anschließend werden Impulsspannungen an die oberen Elektroden 41 und die unteren Elektroden 42 angelegt, die Speicherzellen 43 entsprechen, in die Daten auf diese Weise einzuschreiben sind. So werden die Daten vollständig in den nichtflüchtigen Speicher eingeschrieben.
Um den in die Speicherzelle M11 eingeschriebenen Datenwert zu löschen, wird an die obere Elektrode U1 und die untere Elektrode D1 eine Impulsspannung angelegt, die allmählich abgesenkt wird, wie es durch eine gestrichelte Linie b in Fig. 6 dargestellt ist. Durch Anlegen einer derartigen Impulsspannung wird der Flüssigkristall in der Speicherzelle M11 allmählich abgekühlt und in eine Monodomänenstruktur überführt. So wird der in die Speicherzelle M11 geschriebene Datenwert gelöscht. Um alle Daten innerhalb einer kurzen Zeitspanne zu löschen, werden Impulsspannungen, die allmählich abgesenkt werden, an alle oberen Elektroden 41 und alle unteren Elektroden 42 angelegt.

[Lesen von Daten]

Da die Dielektrizitätskonstante in einer Monodomänenstruktur verschieden von der in einer Polydomänenstruktur ist, wie oben angegeben, können Daten dadurch ausgelesen werden, dass die Differenz hinsichtlich der Dielektrizitätskonstanten zwischen einer Monodomänenstruktur und einer Polydomänenstruktur gemessen wird. D. h., dass zwischen die oberen Elektroden 41 und die Gegenelektroden 51 eine Wechselspannung angelegt wird, um die elektrischen Kapazitäten der Speicherzellen 43 in der Flüssigkristallschicht 53 zu messen. So werden die Daten ausgelesen. In der Praxis werden, wie es in Fig. 5 dargestellt ist, Signale X1, X2 und X3 mit jeweils spezifiziertem Signalverlauf an die oberen Elektroden U1, U2 bzw. U3 angelegt; und Signale Y1, Y2 und Y3 mit jeweils spezifiziertem Signalverlauf werden an die unteren Elektrode D1, D2 bzw. D3 im Zustand angelegt, in dem an die Gegenelektroden 51 eine Spannung angelegt ist. An die oberen Elektroden U1, U2 und U3 ausgegebene Signale x1, x2 und x3 werden durch einen Verstärker verstärkt, und so wird durch eine Impedanzänderungs-Erfassungsschaltung eine Änderung der Impedanz für jedes Signal erfasst. Auf diese Weise wird eine Änderung der Dielektrizitätskonstante des Flüssigkristalls in jeder Speicherzelle 43 erfasst. Die Signale x1, x2 und x3 werden nachfolgend als Ausgangssignale bezeichnet.
Um Übersprechen zu vermeiden, werden die Signale X1 bis X3 sowie Y1 bis Y3 hinsichtlich des Signalverlaufs und des Pegels gesteuert. Fig. 7 zeigt Signalverläufe für Signale zum Lesen von Daten aus den Speicherzellen M12, M22 und M32, entsprechend der unteren Elektrode D2, als Beispiel. Das Si gnal Y2 wird mit konstantem Pegel an die untere Elektrode D2 angelegt, und die Signale X1 bis X3 sowie Y1 und Y3, wie sie an die oberen Elektroden U1 bis U3 sowie die unteren Elektroden D1 und D3 angelegt werden, sind miteinander synchronisierte Rechtecksignale. Das Ausgangssignal x2 an der oberen Elektrode U2 hat kleinere Amplitude als die anderen Ausgangssignale x1 und x3. Daraus wird erkannt, dass ein Datenwert in die Speicherzelle M22 eingeschrieben ist, die der Schnittstelle zwischen der oberen Elektrode U2 und der unteren Elektrode D2 entspricht.
Wenn das Flüssigkristallmaterial große Anisotropie zeigt, erfolgt die obige Erfassung mit ausreichender Genauigkeit durch Anlegen von Rechtecksignalen mit hoher Frequenz zum Messen der Impedanz. Die Rechtecksignale mit hoher Frequenz ermöglichen ein Lesen mit hoher Geschwindigkeit. Anstelle eines Rechtecksignalverlaufs können die Signale dreieckigen, sägezahnförmigen, sinusförmigen oder impulsförmigen Signalverlauf aufweisen.
Wenn Rechtecksignale mit relativ niedriger Frequenz angelegt werden, kann keine ausreichende Genauigkeit erzielt werden. Um diesen Mangel zu vermeiden, kann ein Rechtecksignal, dem eine hochfrequente Komponente überlagert ist (Fig. 8), an die oberen Elektroden U1 bis U3 und die unteren Elektroden D1 und D3 angelegt werden. Auch in diesem Fall wird das Signal Y2 mit konstantem Pegel an die untere Elektrode D2 angelegt. Um Daten zu lesen, werden die hochfrequenten Komponenten der Ausgangssignale x1 bis x3 anstelle der zugehörigen Rechteckverläufe verwendet. In der Praxis werden die Daten dadurch ausgelesen, dass die Amplitudendifferenz zwischen der hochfrequenten Komponente des Ausgangssignals x2 und derjenigen der anderen Ausgangssignale x1 und x3 erfasst wird.
Ein Rechtecksignal mit überlagerter hochfrequenter Komponente kann auch dann verwendet werden, wenn sich die Abhängigkeit des Flüssigkristallmaterials von der Frequenz ändert. Wenn z. B. ein Material verwendet wird, dessen Dielektrizitätskonstante, Widerstand oder andere Eigenschaften sich bei einer bestimmten Frequenz abhängig von einer Änderung des Ausrichtungszustands ändern, wird die Komponente mit bestimmter Frequenz dem Rechtecksignal überlagert. So wird eine Änderung des Ausrichtungszustands genau erfasst, um ein genaues Lesen der Daten sicherzustellen.
Gemäß Fig. 9 werden Signale, denen jeweils eine hochfrequente Komponente überlagert ist, an alle oberen Elektroden und alle unteren Elektroden mit Ausnahme der unteren Elektrode D2 angelegt, die der Speicherzelle M12 ent spricht, aus der ein Datenwert auszulesen ist. An die untere Elektrode D2 wird ein Rechtecksignal ohne hochfrequente Komponente angelegt. So bestehen die Ausgangssignale x1 bis x3 nur aus hochfrequenten Komponenten, wodurch der Aufbau der Impedanzänderungs-Erfassungsschaltung sowie der Aufbau einer Signalerzeugungsschaltung vereinfacht sind. Es ist auch möglich, ein Rechtecksignal an die untere Elektrode D2, aus der ein Datenwert auszulesen ist, anzulegen, und Signale mit dazu umgekehrten Rechteckverläufen an die anderen Elektroden U1 bis U3, D1 und D3 anzulegen (Fig. 10). In diesem Fall ist die Amplitudendifferenz zwischen dem Ausgangssignal x2 und den anderen Ausgangssignalen x1 und x3 erhöht, um dadurch ein noch genaueres Lesen von Daten sicherzustellen.
Der Signalverlauf der Ausgangssignale x1 bis x3 differiert wesentlich abhängig von den Eigenschaften des Flüssigkristallmaterials. Eine derartige Differenz stellt solange kein Problem dar, wie die der durch die Änderung des Ausrichtungszustands aufgezeichnete Datenwert als Impedanzdifferenz erfasst wird. Wenn z. B. ein Flüssigkristallmaterial verwendet wird, dessen Leitfähigkeit sich abhängig von einer Änderung des Ausrichtungszustands ändert, werden Ausgangssignale x1 bis x3 jeweils mit Rechteckform, wie in Fig. 11 dargestellt, angelegt.
In den Fig. 7 bis 11 ist kein Spannungspegel gekennzeichnet. Wenn eine Gleichspannungskomponente nachteilige Auswirkung auf einen Flüssigkristall hat, wird eine geeignete Spannung ausgewählt, um das Anlegen der Gleichspannungskomponente an den Flüssigkristall zu vermeiden. Das Anlegen nur einer positiven Spannung oder nur einer negativen Spannung wird durch Auswählen einer geeigneten Spannung realisiert. Die zum Lesen von Daten anzulegende Spannung wird im Allgemeinen auf einen niedrigen Pegel, z. B. 0 bis 30 V, eingestellt, um jede Änderung eines festen Ausrichtungszustands des Flüssigkristalls zu vermeiden. In der Praxis ist für stabiles Aufzeichnen eine Spannung von 10 V oder weniger wünschenswert.
Wie oben angegeben, ist der Flüssigkristall in einer Eindomänenstruktur transparent, jedoch aufgrund von Lichtstreuung in einer Polydomänenstruktur trübe. Demgemäß können Daten auch dadurch ausgelesen werden, dass Licht wie ein Laserstrahl auf den Aufzeichnungsabschnitt 34 gestrahlt wird und dann das von jeder Speicherzelle 43 reflektierte Licht erfasst wird.
Fig. 12 ist eine schematische Ansicht einer optischen Lesevorrichtung. Ein von einem Laserstrahl 71 emittierter Laserstrahl wird durch einen bewegli chen Spiegel 72 und einen Polygonspiegel 73 auf den Aufzeichnungsabschnitt 34 des nichtflüchtigen Speichers gemäß dem ersten Beispiel gestrahlt. Der bewegliche Spiegel 72, der zum Empfangen des vom Laser 71 emittierten Laserstrahls dient, wird in solcher Richtung gedreht, dass er den Laserstrahl so verstellt, dass dieser den Aufzeichnungsabschnitt 34 in der Richtung N abrastert. Der Polygonspiegel 73 zum Empfangen des durch den beweglichen Spiegel 72 reflektierten Laserstrahls wird in einer solchen Richtung gedreht, dass der Laserstrahl den Aufzeichnungsabschnitt 34 in der Richtung M abrastert. Durch Verdrehen des beweglichen Spiegels 72 und des Polygonspiegels 73 auf synchronisierte Weise wird durch den Laserstrahl die gesamte Fläche des Aufzeichnungsabschnitts 34 abgerastert.
Der auf den Aufzeichnungsabschnitt 34 emittierte Laserstrahl wird abhängig vom Ausrichtungszustand des Flüssigkristalls in jeder Speicherzelle des Aufzeichnungsabschnitts 34 in anderen Richtungen reflektiert. Wenn der Flüssigkristall in einer Polydomänenstruktur trüb ist, wird der Laserstrahls gestreut. Wenn der Flüssigkristall in einer Monodomänenstruktur transparent ist, wird der Laserstrahl durch die Flüssigkristallschicht 53 hindurchgestrahlt und durch die Oberfläche des Siliziumsubstrats 55 reflektiert. Ein Photosensor 74, der so angeordnet ist, dass er dem Aufzeichnungsabschnitt 34 zugewandt ist, empfängt nicht den durch das Siliziumsubstrat 55 reflektierten Laserstrahl, sondern er empfängt nur den durch den trüben Flüssigkristall gestrahlten Laserstrahl. Wenn der Laserstrahl vom Photosensor 74 empfangen wird, ist spezifiziert, an welcher Speicherzelle der Laserstrahl gestreut wurde, und so wird der in diese Speicherzelle 43 eingeschriebene Datenwert ausgelesen.
Als Laser 71 wird ein Halbleiterlaser, wie er allgemein zum Lesen eines optischen Speichers verwendet wird, oder ein Laser mit niedriger optischer Ausgangsleistung verwendet, so dass die Temperatur des Flüssigkristalls durch die Emission des Laserstrahls nicht erhöht wird und dass nicht einhergehend mit einer Temperaturerhöhung ein Phasenübergang auftritt.
Für die am Rand des nichtflüchtigen Speichers vorhandenen Schaltungsabschnitte 31 bis 33 besteht keine Beschränkung auf ICs, sondern es können andere Schaltungen oder andere Elemente verwendet werden, solange sie am einkristallinen Siliziumsubstrat 55 angebracht werden können. Wenn jedoch für den Aufzeichnungsabschnitt 34 ein einkristallines Siliziumsubstrat 55 verwendet wird, ist die Verwendung von ICs dahingehend von Vorteil, dass die Anbringung einfach ist und die Größe der Speicherzelle verringert ist.
Beim nichtflüchtigen Speicher gemäß dem ersten Beispiel werden das Einschreiben und das Lesen von Daten in bzw. aus einem Speichermedium durch statische elektrische Steuerung ausgeführt. Ein derartiger Vorgang beseitigt einen rotierenden Mechanismus oder einen Verstellmechanismus, wie sie bei einer optischen Platte oder einer Magnetplatte erforderlich sind. Demgemäß ist dar Aufbau des Speichers vereinfacht, was seine Größe verringert, und es sind die Herstellkosten gesenkt. Darüber hinaus tritt es nicht auf, dass der Speicher durch Schwingungen, Stöße oder Staub beeinträchtigt wird, da komplizierte Komponenten wie ein Laseraufnehmer sowie ein Kopf sowie genaue Strukturen nicht erforderlich sind. Im Ergebnis ist die Stabilität der Aufrechterhaltung von Daten deutlich verbessert.
Der nichtflüchtige Speicher mit einfacherem Aufbau als dem eines nichtflüchtigen IC-Speichers ist leicht herstellbar. Ferner können die Speicherzellen durch Anwenden der für ICs verwendeten Feinstrukturierungstechnik mikroskopischer sein. Demgemäß kann ein nichtflüchtiger Speicher mit hoher Dichte und hohem Speichervermögen hergestellt werden. Das Lesen von Daten kann nicht nur elektrisch, sondern auch optisch ausgeführt werden.

Beispiel 2

Ein nichtflüchtiger Speicher gemäß einem zweiten Beispiel der Erfindung verfügt über identischen Aufbau wie das erste Beispiel mit der Ausnahme des Materials der Flüssigkristallschicht 53. Beim zweiten Beispiel besteht die Flüssigkristallschicht 53 aus einem ferroelektrischen Polymerflüssigkristall mit einem in eine Seitenkette eingeführten ferroelektrischen Flüssigkristall. Ein derartiger ferroelektrischer Polymerflüssigkristall enthält z. B. einen ferroelektrischen Biphenylflüssigkristall als mesogenes Radikal, wie es durch die Strukturformel 1 dargestellt ist. (Strukturformel 1)
Ein ferroelektrischer Polymerflüssigkristall, bei dem ein ferroelektrischer Flüssigkristall in eine Seitenkette eingefügt ist, wird dadurch erhalten, dass in eine Polymerhauptkette eine Seitenkette eingeführt wird, die aus einem mesogenen Radikal besteht, das an einem Ende mit einer chiralen Struktur versehen ist. Wenn ein geeignetes ferroelektrisches Flüssigkristallmaterial für die Seitenkette verwendet wird und zwischen die Seitenkette und die Polymerhauptkette ein geeigneter Abstandshalter eingesetzt ist, zeigt der ferroelektrische Flüssigkristall in der Seitenkette ein Verhalten ähnlich demjenigen eines niedermolekularen ferroelektrischen Flüssigkristalls, d. h., er zeigt Ferroelektrizitäts.
Ferroelektrische Flüssigkristalle sind bistabil und für hohes Ansprechverhalten bekannt. Demgemäß zeigt auch ein ferroelektrischer Polymerflüssigkristall, der einen ferroelektrischen Flüssigkristall enthält, hohe Ansprechgeschwindigkeit. Die oben genannten Merkmale eines ferroelektrischen Polymerflüssigkristalls sind explizit in den folgenden Literaturstellen beschrieben: S. Uchida, K. Morita, K. Miyoshi, K. Hashimoto, K. Kawasaki, Mol. Cryst. Liq. Cryst. 1988, 155, 93; T. Kitazume, T. Ohnogi, K. Ito, J. Am. Chem. Soc., 1990, 112, 6608; T. Sekiya, K. Kawasaki, Kohbunshi (Polymer), 1991, 40, July, 454; und T. Kitazume, Kinohzairyo (Functional Material), 1990, Sept., 43.
Fig. 13 zeigt eine DSC(Differential Scanning Calorimetry = Differenzabtastkalorimetrie)-Kurve eines ferroelektrischen Polymerflüssigkristalls mit einem ferroelektrischen Biphenylflüssigkristall, wie in der Strukturformel 1 dargestellt. Wie es aus Fig. 13 erkennbar ist, erfährt die Phase dieses ferroelektrischen Flüssigkristalls einen Übergang von einer Glasphase auf eine chirale SmI(oder chirale SmF)-Phase, auf eine chirale SmC-Phase, auf eine SmA-Phase und eine isotrope Phase. In einem Niedertemperaturbereich entsprechend der Raumtemperatur befindet sich der Flüssigkristall in einer Glasphase. Wenn die Temperatur erhöht wird, erfährt die Phase des Flüssigkristalls einen Übergang auf eine chirale SmI-Phase und dann eine chirale SmC-Phase. Die chirale SmC-Phase bleibt für lange Zeit aufrechterhalten. Um einen Datenwert in eine bestimmte Speicherzelle 43 einzuschreiben, wird die Temperatur dieser Speicherzelle 43 so erhöht, dass der Flüssigkristall in ihr in eine chirale SmC-Phase gebracht wird, und es wird ein elektrisches Feld an den Flüssigkristall in der Speicherzelle 43 angelegt. Dann ändert sich ihr Ausrichtungszustand. So wird der Datenwert in die obige Speicherzelle 43 eingeschrieben.
Um die Temperatur des ferroelektrischen Polymerflüssigkristalls zu erhöhen, wird zwischen die obere Elektrode 41 und die untere Elektrode 42 eine Spannung gelegt, um dadurch Wärme in demjenigen Teil der Wärmeerzeugungsschicht 44 zu erzeugen, der der Speicherzelle 43 entspricht, in die der Datenwert einzuschreiben ist. Wenn der ferroelektrische Polymerflüssigkristall in der Speicherzelle 43 in eine chirale SmC-Phase gebracht wird, wird eine Spannung von z. B. 15 V zwischen die Gateelektrode 51 und die obere Elektrode 41 gelegt, um ein elektrisches Feld an die Speicherzelle 43 anzulegen, um dadurch den Ausrichtungszustand des ferroelektrischen Polymerflüssigkristalls zu ändern. So unterscheidet sich der Ausrichtungszustand des Flüssigkristalls, an den ein elektrisches Feld angelegt ist, von demjenigen des restlichen Flüssigkristalls, an den kein elektrisches Feld angelegt ist. Unter Ausnutzung der Differenz hinsichtlich des Ausrichtungszustands werden "EIN" und "AUS", d. h. "1" und "0" geschrieben. Das Schreiben von Daten erfolgt durch sequentielles Erwärmen der Schnittstellen zwischen den oberen Elektroden 41 und den unteren Elektroden 42 und anschließendes Anlegen einer Spannung zwischen die Gegenelektroden 51 und die oberen Elektroden 41, um dadurch ein elektrisches Feld an den Flüssigkristall in einer Speicherzelle 43 anzulegen. Demgemäß erfolgt das Schreiben von Daten mit höherem Wirkungsgrad als dann, wenn ein elektrisches Feld an jede Speicherzelle angelegt wird, in die ein Datenwert einzuschreiben ist. Abhängig vom Flüssigkristallmaterial kann der Ausrichtungszustand dadurch geändert werden, dass ein Magnetfeld anstelle eines elektrischen Felds angelegt wird.
Nachdem ein Datenwert geschrieben ist, wird die Spannungsanlegung zwischen den Gegenelektroden 51 und den unteren Elektroden 41 beendet, um den ferroelektrischen Polymerflüssigkristall schnell abzukühlen, um dadurch seine Phase in eine Glasphase zu überführen. So wird der Ausrichtungszustand des Flüssigkristalls fixiert. Da diese Glasphase für lange Zeit aufrechterhalten bleibt, wird der in den Flüssigkristall geschriebene Datenwert für lange Zeit aufrechterhalten.
Der Datenwert wird dadurch ausgelesen, dass eine Differenz der Dielektrizitätskonstante erfasst wird, wie sie durch die Änderung des Ausrichtungszustands auftritt. Die Dielektrizitätskonstante variiert abhängig vom Ausrichtungszustand des ferroelektrischen Polymerflüssigkristalls. Durch elektrisches Erfassen der Differenz wird ein Datenwert ausgelesen. Dank der hohen Dielektrizitätskonstante eines ferroelektrischen Polymerflüssigkristalls kann ein großer Wert erfasst werden. Anders gesagt, kann ein Lesevorgang mit hohem S/R-Verhältnis erfolgen, um dadurch die Lesegenauigkeit zu verbessern.
Ein Datenwert kann auch dadurch ausgelesen werden, dass eine Differenz der Richtungen spontaner Polarisation erfasst wird, wie sie durch eine Änderung des Ausrichtungszustands des ferroelektrischen Polymerflüssigkristalls auftritt. Die spontane Polarisation liefert eine Spannung zwischen der oberen Elektrode 41 und der Gegenelektrode 51. Da das Vorzeichen dieser Spannung durch eine Änderung des Ausrichtungszustands umgekehrt wird, kann ein Datenwert durch elektrisches Messen der Spannung erfasst werden. Dank des hohen Ausmaßes spontaner Polarisation eines ferroelektrischen Polymerflüssigkristalls kann ein großer Wert erfasst werden. Anders gesagt, kann ein Lesevorgang mit hohem S/R-Verhältnis erfolgen, wodurch die Lesegenauigkeit verbessert ist.
Fig. 14 zeigt die Abhängigkeit der Ansprechzeit von der Temperatur des ferroelektrischen Polymerflüssigkristalls. Die Ansprechzeit wird plötzlich kürzer, wenn die Phase einen Übergang in eine chirale SmC-Phase erfährt. Diese Tatsache zeigt an, dass das Einschreiben eines Datenwerts im Zustand, in dem die Temperatur des ferroelektrischen Polymerflüssigkristalls so erhöht ist, dass er sich in einer chiralen SmC-Phase befindet, dank der kurzen Ansprechzeit mit hoher Geschwindigkeit ausgeführt wird. Nachdem das Einschreiben eines Datenvorgangs beendet ist, wird die Temperatur des ferroelektrischen Polymerflüssigkristalls gesenkt.
Wenn das Schreiben von Daten mit hoher Geschwindigkeit ausgeführt wird, ist die Wärmemenge, wie sie von einer Speicherzelle 43, in die ein Datenwert einzuschreiben ist, an eine Speicherzelle 43 übertragen wird, in die kein Datenwert einzuschreiben ist, während des Datenschreibvorgangs deutlich verringert. Demgemäß wird ein thermisch nachteiliger Effekt wie thermisches Übersprechen zuverlässig verhindert, wodurch die Schreibgenauigkeit verbessert ist.
Für den ferroelektrischen Polymerflüssigkristall besteht keine Beschränkung auf den in der Strukturformel dargestellten, sondern er kann aus einem ferroelektrischen, polymeren Fluorflüssigkristall bestehen, wie er in der Strukturformel 2 dargestellt ist. (Strukturformel 2)
Beim zweiten Beispiel wird die Temperatur des ferroelektrischen Polymerflüssigkristalls zum Schreiben von Daten so erhöht, dass er sich in einer chiralen SmC-Phase befindet. Es ist auch möglich, die Temperatur des ferroelektrischen Polymerflüssigkristalls so zu erhöhen, dass er sich in einer isotropen Phase befindet (Fig. 13), um dann zum Schreiben von Daten eine Spannung an den Flüssigkristall anzulegen.
Beim nichtflüchtigen Speicher gemäß dem zweiten Beispiel ist ein Speichermedium ein ferroelektrischer Polymerflüssigkristall verwendet. Dank der Merkmale des ferroelektrischen Polymerflüssigkristalls kann das Schreiben von Daten mit hoher Geschwindigkeit ausgeführt werden, thermisches übersprechen ist zuverlässig verhindert, und das Lesen von Daten wird leicht und mit hoher Genauigkeit ausgeführt.

Beispiel 3

Bei einem dritten Beispiel gemäß der Erfindung besteht die Flüssigkristallschicht 53 aus einem Verbundmaterial, aus einem Polymer und einer Flüssigkristallverbindung. Ein derartiges Verbundmaterial wird dadurch hergestellt, dass 2-Ethylhexylacrylat (Monomer), ein Urethanacrylatoligomer und ein Flüssigkristallgemisch vom Cyanobiphenyltyp mit einem Polymerisationsverhältnis von 12 : 18 : 70 gemischt werden und dann das sich ergebende Gemisch und ein Photopolymerisationsstarter gleichmäßig gemischt werden. Als Flüssigkristallgemisch wird z. B. ein Material verwendet, das hauptsächlich 4- Decylhexanoylbiphenyl enthält. Das sich ergebende Verbundmaterial wird zwischen das Siliziumsubstrat 55 und das Glassubstrat 52 gefüllt. Durch Emittieren von Ultraviolettstrahlung auf dieses Verbundmaterial trennen sich eine Polymerphase und eine Flüssigkristallphase voneinander, um einen PDLC (Polymer Dispersed Liquid Crystal = in einem Polymer dispergierter Flüssigkristall) zu bilden.
Beim dritten Beispiel ist ein Acrylpolymer als Material zum Erzeugen einer Polymerphase verwendet, jedoch können auch andere Polymere Materialien wie PMMA (Polymethylmetacrylat) verwendet werden. Anstelle eines Flüssigkristallgemischs vom Cyanobiphenyltyp, wie beim dritten Beispiel als Flüssigkristallmaterial verwendet, kann auch jedes andere Material verwendet werden, solange dieses Material einen PDLC bildet. Als Flüssigkristallmaterialien werden diejenigen verwendet, wie sie in der folgenden Literaturstelle genannt sind: A. Sasaki, Ekisho Electronics no Kiso to Ohyo (Basics and Applications of Liquid Crystal Electronics), veröffentlicht von Ohmu-sha. Anstelle des Emittierens von Ultraviolettstrahlung auf das zwischen die Substrate gefüllte Verbundmaterial kann jedes andere Verfahren verwendet werden. Zu verwendbaren Verfahren gehören ein Verfahren des Aushärtens des zwischen die Substrate gefüllte Verbundmaterials durch Erwärmen sowie ein Verfahren des Auflösens des Verbundmaterials in einem Lösungsmittel und des Entfernens des Lösungsmittels nach dem Einfüllen des Verbundmaterials zwischen die Substrate.
In einem PDLC, der ein Flüssigkristallgemisch vom Cyanobiphenyltyp enthält, werden Moleküle ausgerichtet, wenn ein elektrisches Feld an sie angelegt wird. Wenn das Flüssigkristallgemisch auf eine Temperatur, bei der ein Phasenübergang nematisch-isotrop auftritt, oder höher erwärmt und dann abgekühlt wird, werden die Moleküle in eine isotrope Phase überführt. Da die isotrope Phase bei Raumtemperatur für lange Zeit aufrechterhalten bleibt, werden Daten für lange Zeit aufrechterhalten. Die Dielektrizitätskonstante des Flüssigkristalls differiert hinsichtlich einer ausgerichteten Phase und einer isotropen Phase, und Daten werden dadurch ausgelesen, dass die Impedanzänderung erfasst wird, die mit einer Änderung der Dielektrizitätskonstante einhergeht. Da der Flüssigkristall in einer isotropen Phase trübe ist, während er in einer ausgerichteten Phase durchsichtig ist, können die Daten auch optisch erfasst werden, wie oben angegeben.
Demgemäß ist dann, wenn ein Verbundmaterial aus einem Polymer und einer Flüssigkristallverbindung verwendet wird, kein Ausrichtungsfilm erforderlich. Daher besteht kein nachteiliger Effekt statischer Elektrizität, wie sie durch die Herstellung des Ausrichtungsfilms erzeugt wird, wodurch stabiles Schreiben von Daten gewährleistet ist.

Beispiel 4

Bei einem vierten Beispiel der Erfindung besteht die Flüssigkristallschicht 53 aus einem leitenden Polymerflüssigkristall. Dieser leitende, als Flüssigkristall verwendete Polymerflüssigkristall enthält einen Ladungsübertragungskomplex als Radikal B, das Leitfähigkeit liefert, einen Esterflüssigkristall als mesogenes Radikal A und eine Acrylhauptkette. Der Ladungsübertragungskomplex enthält Phenanthren als Elektronendonator sowie Jod als Elektronenakzeptor. Ein derartiger leitender Polymerflüssigkristall wird zwischen das Siliziumsubstrat 55 und das Glassubstrat 52 gefüllt. Der lei tende Polymerflüssigkristall wird von einer isotropen Phase ausgehend allmählich abgekühlt, während eine Wechselspannung von 100 V und 500 Hz angelegt wird. So wird der Flüssigkristall in eine homogene Struktur gebracht. Der auf diese Weise hergestellte Aufzeichnungsabschnitt 34 wird unterteilt und angebondet und dann in einem Gehäuse untergebracht.
Wenn ein derartiger leitender Polymerflüssigkristall als Flüssigkristallmaterial verwendet wird, wird zum Schreiben von Daten ein Phasenübergang oder eine andere Zustandsänderung des Flüssigkristalls, hervorgerufen durch eine thermische Änderung desselben, verwendet, und zum Lesen von Daten wird eine Änderung der Dielektrizitätskonstante einhergehend mit der Zustandsänderung verwendet.
Wie es in Fig. 15 dargestellt ist, enthält ein leitender Polymerflüssigkristall eine Polymerhauptkette P, ein mesogenes Radikal A (Flüssigkristall), ein für Leitfähigkeit sorgendes Radikal B sowie Abstandshalter 5. Das mesogene Radikal A ist über den Abstandshalter S mit der Polymerhauptkette verbunden. Das für Leitfähigkeit sorgende Radikal B ist über einen anderen Abstandshalter 5 mit dem mesogenen Radikal A verbunden.
Die Polymerhauptkette P besteht aus einem Acrylpolymer, einem Siliziumpolymer, einem Metacrylpolymer oder einer Verbindung hiervon. Das mesogene Radikal A fixiert ein Ende des für Leitfähigkeit sorgenden Radikals B und beeinflusst ferner die Temperatur, bei der eine Phasenänderung auftritt, sowie die Ansprechgeschwindigkeit. Das mesogene Radikal A besteht aus einer Flüssigkristallverbindung, einschließlich Azomethyl-, Azoxy-, Biphenyl- Flüssigkristallen und dergleichen. Die mesogenen Radikale A werden dann ausgerichtet, wenn ein elektrisches Feld angelegt wird, während sie ausgehend von einer isotropen Phase abgekühlt werden, um dadurch die für Leitfähigkeit sorgenden Radikale B zwangsweise geordnet auszurichten. Das für Leitfähigkeit sorgende Radikal B ist ein Ladungsübertragungskomplex, d. h., es verfügt nur dann über Leitfähigkeit in der Anordnungsrichtung, wenn es geordnet ausgerichtet ist. Dieses Merkmal wird zum Schreiben von Daten verwendet. Die Abstandshalter 5, die aus Methylenketten oder dergleichen bestehen, bestimmen den Freiheitsgrad der mesogenen Radikale A. Die Moleküllänge des Abstandshalters 5 beeinflusst wichtige Eigenschaften des Speichers wie die Ansprechgeschwindigkeit. Demgemäß ist es wichtig, einen leitenden Flüssigkristall mit solchen Molekülen zu verwenden, dass die Ausrichtung der mesogenen Radikale A und die Anordnung der für Leitfähigkeit sorgenden Radikale B erleichtert ist. Die Abstandshalter S können weggelas sen werden.
Fig. 16A zeigt schematisch einen leitenden Polymerflüssigkristall im Zustand, in dem die mesogenen Radikale A ausgerichtet sind und die für Leitfähigkeit sorgenden Radikale B geordnet ausgerichtet sind. Die Ausrichtung der mesogenen Radikale A führt zwangsweise zu einer geordneten Ausrichtung der für Leitfähigkeit sorgenden Radikale B. Demgemäß fließt Strom in der Richtung der Pfeile (oder in der Gegenrichtung) durch benachbarte für Leitfähigkeit sorgende Radikale B, um dadurch den Flüssigkristall leitend zu machen.
Fig. 16B zeigt schematisch einen leitenden Polymerflüssigkristall im Zustand, in dem die mesogenen Radikale A nicht ausgerichtet sind und die für Leitfähigkeit sorgenden Radikale B nicht geordnet ausgerichtet sind. Demgemäß wird der Flüssigkristall nicht auf leitend geschaltet, und er zeigt hohen elektrischen Widerstand.
Ein derartiger leitender Polymerflüssigkristall wird zwischen das Siliziumsubstrat 55 und das Glassubstrat 52 gefüllt. Der Flüssigkristall wird dadurch zwischen dem leitenden Zustand und dem Zustand mit hohem Widerstand umgeschaltet, dass der Strom gesteuert wird, der zum Erwärmen des Flüssigkristalls zwischen der oberen Elektrode 41 und der unteren Elektrode 42 fließt, und die Spannung gesteuert wird, die zum Schreiben eines Datenwerts zwischen die obere Elektrode 41 und die Gegenelektrode 51 gelegt wird. So kann das Schreiben und Löschen von Daten ausgeführt werden.
Nun wird unter Bezugnahme auf die Fig. 17, 18A und 18B ein Prinzip zum Schreiben und Lesen beschrieben. Der leitende Polymerflüssigkristall wird so erwärmt, dass er sich in einer isotropen Phase befindet, es wird eine Spannung angelegt, und dann wird er schnell abgekühlt. So werden die mesogenen Radikale A ausgerichtet. Die für Leitfähigkeit sorgenden Radikale B werden zwangsweise durch die Ausrichtung der mesogenen Radikale A geordnet angeordnet. Da elektrische Ladungen durch die benachbarten, für Leitfähigkeit sorgenden Radikale B laufen können, wird der Flüssigkristall leitend, wie es in Fig. 17 dargestellt ist. Wenn als mesogene Radikale A ein Flüssigkristall mit negativer dielektrischer Anisotropie verwendet wird, befinden sich die mesogenen Radikale in der homogenen Struktur. Die für Leitfähigkeit sorgenden Radikale B werden durch die mesogenen Radikale zwangsweise in eine homogene Struktur gebracht. Wenn die für Leitfähigkeit sorgenden Radikale geordnet ausgerichtet sind, ist der Flüssigkristall in der Anord nungsrichturrg leitend. In Fig. 17 ist der Flüssigkristall zwischen den Gegenelektroden 51 und den oberen Elektroden 41 leitend.
Andererseits werden die mesogenen Radikale A nicht ausgerichtet, wenn der leitende Polymerflüssigkristall von einer isotropen Phase ohne angelegte Spannung schnell abgekühlt wird, wodurch die für Leitfähigkeit sorgenden Radikale B nicht geordnet angeordnet werden. Demgemäß zeigt der Flüssigkristall hohen elektrischen Widerstand ohne Leitfähigkeit, wie es in den Fig. 18A und 18B dargestellt ist. In Fig. 18A befinden sich die Polymerhauptketten P, die mesogenen Radikale A und die für für Leitfähigkeit sorgenden Radikale B alle in Unordnung. In Fig. 18B sind die Polymerhauptketten P geordnet ausgerichtet, jedoch sind die mesogenen Radikale A nicht ausgerichtet, und demgemäß sind die für Leitfähigkeit sorgenden Radikale B nicht geordnet ausgerichtet. Demgemäß wird der Flüssigkristall nicht auf leitend geschaltet. In den Fig. 18A und 18B verfügt der Flüssigkristall zwischen den Gegenelektroden 51 und den oberen Elektroden 41 über hohen elektrischen Widerstand. Ob der Flüssigkristall in den Zustand der Fig. 18A oder denjenigen der Fig. 18B versetzt wird, hängt von verschiedenen Elementen wie den Heizbedingungen, den Ausrichtungsbedingungen durch die Ausrichtungsfilme 56 und 56' und dem Typ des leitenden Polymerflüssigkristalls ab. Es ist wünschenswert, derartige Elemente so auszuwählen, dass der Zustand von Fig. 18B erzielt wird, um hohe Ansprechgeschwindigkeit zu erzielen.
Die Leitfähigkeit und der elektrische Widerstand des Flüssigkristalls werden dadurch beurteilt, dass zwischen die obere Elektrode 41 und die Gegenelektrode 51 eine Wechsel-oder Gleichspannung gelegt wird, um die Impedanz oder die Leitfähigkeit des Flüssigkristalls zu messen.
Nun wird ein praxisgerechter Betrieb zum Schreiben und Lesen von Daten im Speicher unter Verwendung eines leitenden Polymerflüssigkristalls als Speichermedium beschrieben.

[Schreiben und Löschen von Daten]

Das Schreiben von Daten wird auf die folgende Weise ausgeführt. Zwischen die obere Elektrode 41 und die untere Elektrode 42 wird als Heizspannung eine Spannung angelegt, so dass eine spezifizierte Spannung an einem Teil der Wärmeerzeugungsschicht 44 anliegt, die der Speicherzelle 43 entspricht, in die ein Datenwert einzuschreiben ist. So wird der Teil der Wärmeerzeugungsschicht 44 erwärmt, um dadurch den Flüssigkristall in der Speicherzel le 43 zu erwärmen. Wenn der Flüssigkristall in der Speicherzelle 43 in eine isotrope Phase überführt ist, wird zwischen die obere Elektrode 41 und die untere Elektrode 42 eine Spannung als Schreibspannung gelegt, während das Anlegen der Heizspannung beendet wird, um dadurch den Flüssigkristall schnell abzukühlen. So wird der Flüssigkristall leitend. Der spezifische Widerstand des Flüssigkristalls beträgt: ρ = 10&sup6; bis 10&sup8; Ω·cm.
Andererseits erhält der Flüssigkristall hohen elektrischen Widerstand, wenn er ausgehend von einer isotropen Phase schnell ohne angelegte Schreibspannung abgekühlt wird. Der spezifische Widerstand des Flüssigkristalls beträgt dabei: ρ = 10¹² bis 10¹³ Ω·cm.
Zwischen dem leitenden Zustand und dem Zustand mit hohem Widerstand kann jederzeit umgeschaltet werden. Es kann einer der Zustände als "EIN" aufgezeichnet werden. Da die Speicherzelle 43 frei gewählt werden kann, in die ein Datenwert einzuschreiben ist, ist Direktzugriff möglich.

[Lesen von Daten]

Zwischen die obere Elektrode 41 und die Gegenelektrode 51 wird eine Wechsel- oder Gleichspannung gelegt, um dadurch die Leitfähigkeit oder die Impedanz des Flüssigkristalls in der Speicherzelle 43 zu messen, aus der ein Datenwert auszulesen ist. Der spezifische Widerstand des Flüssigkristalls differiert wesentlich zwischen dem Fall, in dem die mesogenen Radikale nicht ausgerichtet sind und die für für Leitfähigkeit sorgenden Radikale B nicht geordnet ausgerichtet sind, und dem Fall, in dem die mesogenen Radikale A ausgerichtet sind, jedoch die für Leitfähigkeit sorgenden Radikale B nicht geordnet ausgerichtet sind. Demgemäß kann ein Datenwert dadurch ausgelesen werden, dass die Leitfähigkeitsdifferenz erfasst wird.
Als leitender Polymerflüssigkristall können diejenigen verwendet werden, die in der japanischen Patentoffenlegungsveröffentlichung Nr. 59-59705 offenbart sind. Für den leitenden Polymerflüssigkristall besteht keine Beschränkung auf einen solchen mit einem Ladungsübertragungskomplex als für Leitfähigkeit sorgendes Radikal B, sondern es kann sich um eine beliebige andere Verbindung handeln, solange die Verbindung eine Leitfähigkeit aufweist, die sich abhängig von einer Änderung des Ausrichtungszustands oder einem Phasenübergang ändert. Z. B. kann als leitender Polymerflüssigkristall ein Polymer unter Verwendung eines konjugierten Systems aus Hauptketten vom Polyacetylentyp und dergleichen oder ein organisches, leitendes Polymer verwendet werden, das ein Verbundmaterial wie ein Polymer und ein Metall enthält.
Die Verwendung eines derartigen leitenden Polymerflüssigkristalls als Ausrichtungsfilm vergrößert ferner das EIN/AUS-Verhältnis eines Auslesesignals, um dadurch das S/R-Verhältnis des Auslesesignals zu vergrößern. Im Ergebnis ist die Lesegenauigkeit verbessert. Die Vergrößerung des EIN/Aus- Verhältnisses bietet auch den Vorteil, dass der Verstärkungsfaktor eines Verstärkers zum Verstärken des Auslesesignals niedrig sein kann.
Weswegen die Verwendung eines leitenden Polymerflüssigkristalls als Ausrichtungsfilm das EIN/AUS-Verhältnis (tatsächlich das AUS/EIN-Verhältnis) des Auslesesignals in Korrelation mit dem EIN/AUS-Zustand der Speicherzelle 43 vergrößert, wird nun unter Bezugnahme auf Fig. 19 erläutert.
Um einen Datenwert zu lesen, wird eine Wechselspannung von einer Wechselspannungsquelle 100 als Lesespannung zwischen die Gegenelektrode 51 und die obere Elektrode 41 gelegt. In Fig. 19 bezeichnet C&sub1; die Kapazität des Ausrichtungsfilms 56'; C&sub2; bezeichnet die Kapazität des Flüssigkristalls und C&sub3; bezeichnet die Kapazität des Ausrichtungsfilms 56. R&sub1; bezeichnet den Widerstand des Ausrichtungsfilms 56'; R&sub2; bezeichnet den Widerstand des Flüssigkristalls und R&sub3; bezeichnet den Widerstand des Ausrichtungsfilms 56.
Wenn die Fläche der Speicherzelle 43 die folgende ist:
S = 2 um · 2 um = 4 · 10&supmin;¹² m²;
ist die Dicke jedes Ausrichtungsfilms 56 oder 56' aus Polyimid (Dielektrika) die folgende:
t = 0,02 um = 2 · 10&supmin;&sup8; m;
die Dicke der Flüssigkristallschicht 53 ist die folgende: L = 1,0 um = 1 · 10&supmin;&sup6; m;
die spezifische Dielektrizitätskonstante des Polyimids ist:
&epsi;S = 3,3;
die spezifische Dielektrizitätskonstante des Flüssigkristalls ist:
&epsi;S = 5,0;
der spezifische Widerstand des Polyimids ist:
ρ = 10¹&sup6; Ω·cm;
der spezifische Widerstand des Flüssigkristalls im AUS-Zustand (im nichtleitenden Zustand) ist:
ρ = 10¹² Ω·cm; und
der spezifische Widerstand des Flüssigkristalls im EIN-Zustand (im leiten den Zustand) ist:
ρ = 10&sup6; Ω·cm;
die Kapazität Ci (i = 1, 2, 3) ist durch die Formel (1) ausgedrückt:
Ci = &epsi;&sub0; · &epsi;S · S/t ... (1),
wobei die spezifische Dielektrizitätskonstante des Vakuums die folgende ist:
&epsi;&sub0; = 8,9 · 10&supmin;¹².
Durch Einsetzen der obigen Werte in die Formel (1) ergibt sich:
C&sub1; = C&sub3; = 5,9 · 10&supmin;¹&sup5;[F], und
C&sub2; = 1,8 · 10&supmin;¹&sup6;[F].
Kapazitive Reaktanzen RC&sub1;, RC&sub2; und RC&sub3; hinsichtlich der Kapazitäten C&sub1;, C&sub2; und C&sub3; sind durch die Formel (2) ausgedrückt:
RC&sub1; = 1/(2πfC&sub1;)
RC&sub2; = 1/(2πfC&sub2;) ... (2)
RC&sub3; = 1/(2πfC&sub3;)
wobei f die Frequenz der Lesespannung ist, wie sie von der Wechselspannungsquelle 100 zwischen die Gegenelektrode 51 und die obere Elektrode 41 gelegt wird. Beim vierten Beispiel wird als Lesespannung eine Wechselspannung von 50 Hz verwendet.
Durch Einsetzen der Wert betreffend C&sub1;, C&sub2; und C&sub3; in die Formel (2) ergibt sich für die kapazitiven Reaktanzen das Folgende:
RC&sub1; = RC&sub3; = 4,50 · 10¹¹ Ω, sowie RC&sub2; = 1,5 · 10¹³ Ω.
Der Widerstand R1 ist durch die Formel (3) ausgedrückt:
Ri = ρ · L/S ... (3)
Durch Einsetzen der obigen Werte in die Formel (3) erhält man R&sub1; = R&sub3; = 5,0 · 10¹&sup7; Ω.
Die Werte von R&sub2; im AUS- und EIN-Zustand sind die folgenden:
RAUS2 = 2,5 · 10¹&sup5; Ω und
REIN2 = 2,4 · 10&sup9; Ω
Gemäß den obigen Ergebnissen sind der Widerstand RAUS, wie er erhalten wird, wenn sich die Speicherzelle 43 im AUS-Zustand befindet, und der Widerstand REIN, wie er erhalten wird, wenn sich die Speicherzelle im EIN- Zustand befindet, durch die Formeln (4) und (5) ausgedrückt:
RAUS = R1·RC&sub1;/(R&sub1;+RC&sub1;)+RAUS2·RC&sub2;/(RAUS2+RC&sub2;) +R&sub3;·RC&sub3;/(R&sub3;+RC&sub3;) = 1,55 · 10¹³ Ω (4)
REIN = R&sub1;·RC&sub1;/(R&sub1;+RC&sub1;)+REIN2·RC&sub2;/(REIN2+RC&sub2;) +R3·RC&sub3;/(R3+RC&sub3;) = 0,9 · 10¹² Ω (5)
Aus den Formeln (4) und (5) wird das Verhältnis der Widerstände (1/Leitfähigkeitsverhältnis) in Korrelation mit dem AUS/EIN-Zustand der Speicherzelle 43 durch die Formel (6) ausgedrückt:
RAUS/REIN = 17 (6)
Wie es aus der Formel (6) erkennbar ist, kann das AUS/EINVerhältnis für das Auslesesignal groß sein, da das Widerstandsverhältnis in Korrelation mit dem AUS/EIN-Zustand der Speicherzelle 43 entsprechend dem vierten Beispiel erhöht sein kann. Im Ergebnis kann die Auslesegenauigkeit verbessert werden.
Nachfolgend wird das AUS/EIN-Verhältnis für das Auslesesignal für den Fall beschrieben, dass für die Ausrichtungsfilme 56 und 56' ein leitender Flüssigkristall verwendet ist.
Leitendes Polyimid, das eine kleine Menge eingemischten Kohlenstoffs enthält, wird dazu verwendet, die Ausrichtungsfilme 56 und 56' mit jeweils einem spezifischen Widerstand von ρ = 10³ qcm herzustellen. Aus der obigen Formel (3) ergibt sich R&sub1; = R&sub3; = 5 · 10&sup4; Ω. Aus den Formeln (4) und (5) ergibt sich:
RAUS = 1,5 · 10¹³ Ω und
REIN = 2,5 · 10&sup9; Ω.
Demgemäß ist das Widerstandsverhältnis das folgende: RAUS/REIN = 6 · 10³. Wie es aus diesem Wert erkennbar ist, kann das AUS/EIN-Verhältnis des Auslesesignals viel größer als das EIN/AUS-Verhältnis sein, das dann erhalten wird, wenn ein nichtleitender Flüssigkristall verwendet wird. Daher kann die Auslesegenauigkeit verbessert werden.
Wie oben angegeben, ist beim nichtflüchtigen Speicher gemäß dem vierten Beispiel das EIN/AUS-Verhältnis für das Auslesesignal groß, was zu einer Verbesserung der Schreibgenauigkeit führt.
Dem Fachmann sind verschiedene Modifizierungen erkennbar. Demgemäß ist der Schutzumfang der Erfindung nicht auf die oben beschriebenen bevorzugten Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern durch die beigefügten Ansprüche definiert.

Claims

1. Nichtflüchtiger Speicher mit:

- einem ersten Substrat (52) und einem zweiten Substrat (55), die parallel zueinander mit einem gegenseitigen Abstand angeordnet sind;

- einem Speichermedium (53), das zwischen dem ersten und zweiten Substrat vorhanden ist und aus einem Material ausgewählt ist, das aus der aus einer Flüssigkristallverbindung und einem Verbundmaterial, das eine Flüssigkristallkomponente in einem Molekül enthält, bestehenden Gruppe ausgewählt ist;

- einer Gegenelektrode (51), die auf derjenigen Oberfläche des ersten Substrats (52) vorhanden ist, die dem Speichermedium zugewandt ist;

- einer Erwärmungseinrichtung, die auf dem zweiten Substrat vorhanden ist, und eine Vielzahl streifenförmiger unterer Elektroden (42), die gegeneinander isoliert sind und parallel zueinander angeordnet sind, eine Vielzahl streifenförmiger oberer Elektroden (41), die rechtwinklig zu den unteren Elektroden angeordnet sind, und eine Wärmeerzeugungsschicht (44) aufweist, die zwischen die oberen und unteren Elektroden eingebettet ist, um an Schnittstellen zwischen den oberen und unteren Elektroden von diesen Strom zu erhalten, wobei die Heizeinrichtung vorhanden ist, um dadurch Daten in das Speichermedium einzuschreiben, dass das Speichermedium erwärmt wird und so seine Phase geändert wird; und

- einer Leseeinrichtung zum Lesen der in das Speichermedium geschriebenen Daten;

dadurch gekennzeichnet, dass er ferner einen elektrisch isolierenden Film (54) aufweist, der auf den unteren Elektroden (42) in solchen Bereichen vorhanden ist, in denen die oberen Elektroden (41) nicht über den unteren Elektroden (42) liegen; und die Leseeinrichtung so ausgebildet ist, dass sie elektrisch eine Eigenschaftsänderung des Speichermediums unter Verwendung der Gegenelektrode und einer oberen oder mehrerer oberer Elektroden erfasst.

2. Nichtflüchtiger Speicher nach Anspruch 1, bei dem die Leseeinrichtung die Differenz zwischen der Dielektrizitätskonstante des Speichermediums in einer Monodomänenstruktur und der Dielektrizitätskonstante des Speichermediums in einer Polydomänenstruktur erfasst.

3. Nichtflüchtiger Speicher nach Anspruch 1, bei dem das Speichermedium aus einem Material besteht, das aus der aus Folgendem bestehenden Gruppe ausgewählt ist: einem nematischen Polymerflüssigkristall, einem smektischen Polymerflüssigkristall, einem cholesterischen Polymerflüssigkristall, einem Flüssigkristallmaterial, das mindestens zwei Flüssigkristallkomponenten in einem Molekül enthält, und einem Gemisch aus einem nematischen Polymerflüssigkristall, einem smektischen Polymerflüssigkristall und einem cholesterischen Polymerflüssigkristall.

4. Nichtflüchtiger Speicher nach Anspruch 1, bei dem das Speichermedium aus einem ferroelektrischen Polymerflüssigkristall besteht.

5. Nichtflüchtiger Speicher nach Anspruch 4, bei dem die Leseeinrichtung die Differenz zwischen den Dielektrizitätskonstanten des ferroelektrischen Polymerflüssigkristalls in verschiedenen Ausrichtungszuständen unter Verwendung der Gegenelektrode und der oberen Elektroden erfasst.

6. Nichtflüchtiger Speicher nach Anspruch 4, bei dem die Leseeinrichtung die Differenz zwischen den Ausmaßen spontaner Polarisation des ferroelektrischen Polymerflüssigkristalls in verschiedenen Ausrichtungszuständen unter Verwendung der Gegenelektrode und der oberen Elektroden erfasst.

7. Nichtflüchtiger Speicher nach Anspruch 1, bei dem das Speichermedium aus einem Verbundmaterial aus einem Polymer und einer Flüssigkristallverbindung besteht.

8. Nichtflüchtiger Speicher nach Anspruch 7, bei dem die Leseeinrichtung die Differenz zwischen den Dielektrizitätskonstanten der Flüssigkristallverbindung und verschiedenen Ausrichtungszuständen unter Verwendung der Gegenelektrode und der oberen Elektroden erfasst.

9. Nichtflüchtiger Speicher nach Anspruch 1, bei dem das Speichermedium aus einem leitenden Polymerflüssigkristall besteht.

10. Nichtflüchtiger Speicher nach Anspruch 9, bei dem die Leseeinrichtung die Leitfähigkeitsänderung des leitenden Polymerflüssigkristalls unter Verwendung der Gegenelektrode und der oberen Elektroden erfasst.

11. Nichtflüchtiger Speicher nach Anspruch 9, bei dem das Speichermedium in Kontakt mit einem leitenden Ausrichtungsfilm steht.

12. Nichtflüchtiger Speicher nach Anspruch 1, bei dem das zweite Substrat ein Siliziumsubstrat ist.

13. Nichtflüchtiger Speicher nach Anspruch 12, bei dem das Siliziumsubstrat einen Isolierfilm trägt, der auf seiner Oberfläche mit den unteren Elektroden vorhanden ist.

14. Nichtflüchtiger Speicher mit:

- einer Leseeinrichtung zum Lesen der in das Speichermedium geschriebenen Daten durch optisches Erfassen eines Phasenübergangs des Speichermediums;

dadurch gekennzeichnet, dass er ferner einen elektrisch isolierenden Film (54) auf der unteren Elektrode (42) in Bereichen aufweist, in denen die oberen Elektroden nicht mit den unteren Elektroden überlappen.

15. Nichtflüchtiger Speicher nach Anspruch 14, bei dem die Leseeinrichtung einen nicht transparenten Zustand und einen transparenten Zustand des Speichermediums optisch erfasst.

16. Nichtflüchtiger Speicher nach Anspruch 14, bei dem das Speichermedium aus einem Material besteht, das aus der aus Folgendem bestehenden Gruppe ausgewählt ist: einem nematischen Polymerflüssigkristall, einem smektischen Polymerflüssigkristall, einem cholesterischen Polymerflüssigkristall, einem Flüssigkristallmaterial, das mindestens zwei Flüssigkristallkomponenten in einem Molekül enthält, und einem Gemisch aus einem nematischen Polymerflüssigkristall, einem smektischen Polymerflüssigkristall und einem cholesteri schen Polymerflüssigkristall.

17. Nichtflüchtiger Speicher nach Anspruch 14, bei dem das Speichermedium aus einem ferroelektrischen Polymerflüssigkristall besteht.

18. Nichtflüchtiger Speicher nach Anspruch 14, bei dem das Speichermedium aus einem Verbundmaterial aus einem Polymer und einer Flüssigkristallverbindung besteht.

19. Nichtflüchtiger Speicher nach Anspruch 14, bei dem das Speichermedium aus einem leitenden Polymerflüssigkristall besteht.

20. Nichtflüchtiger Speicher nach Anspruch 19, bei dem das Speichermedium in Kontakt mit einem leitenden Ausrichtungsfilm steht.

21. Nichtflüchtiger Speicher nach Anspruch 14, bei dem das zweite Substrat ein Siliziumsubstrat ist.

22. Nichtflüchtiger Speicher nach Anspruch 21, bei dem das Siliziumsubstrat einen Isolierfilm trägt, der auf seiner Oberfläche mit der unteren Elektrode vorhanden ist.