JPS60111389A - 誘電体記憶装置の情報入出力装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、誘電体物質を情報保持素子とする誘電体記憶
装置の悄−入出力装置に関する。

〔発明の背景〕

誘電体物質を情報保持素子とする記憶装置としては、情
報の表示機能と保持機能を備えたメモリ形の液晶表示装
置や、ＰＬＺＴ等の強誘電体物質を用いたものが知られ
ているが、以下、メモリ形の液晶表示装置を例にとり説
明する。

液晶表示装置としては、ネマチック液晶、コレステリッ
ク液晶あるいは、スメクチック液晶を用いたものが知ら
れている。いずれも、液晶分子の配鹿状態を何らかの外
部場（電場、磁場、熱等）によシ変化させ、これによる
光学的性質の変化を利用して表示をするものである。

これらの液晶表示装置として米国特許第３．７９６，９
９９号及び特開昭５１−１２７２８に示されたものが知
られておシ、スメクチック液晶からなる液晶表示素子に
、レーザ等め熱又は電界を印加して情報を書き込むよう
になっている。

このようなメモリ形液晶表示装置は情報の保持機能があ
るため、走査線数の大規模化が可能であり、高精細なデ
ィスプレイに適している。

しかしながら、書き込まれた情報を読み出す機能がない
ため情報の表示装置としてのみ利用されているにすぎな
い。したがって、例えばライトベン入力機能を有したマ
ン−マシン装置等の高機能装置に適用することができな
かった。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、誘電体物質からなる情報保持素子に書
き込まれた情報を読魯出す機能を有する誘電体記憶装置
の情報入出力装置を提供することにある。

〔発明の概要〕

本発明は、対向する一対の電極間に誘電体物質を封入し
てなる情報保持点に書き込まれた情報を、その電極間の
静電容量の変化を検出することによシ読み出そうとする
ものである。

〔発明の実施例〕

以下、本発明を実施例に基づいて説明する。

第１図及び第２図に、本発明の適用可能な誘電体記憶素
子の断面図及び平面図をそれぞれ示す。

図示のように、それぞれ複数の帯状の電極２及び電極４
の列設された基板１を、電極２と４とが格子状になるよ
うに対向させ、スペーサ３を挿入して基板１間のギャッ
プを一定に保持させ、それら基板１間に誘電体５を封入
して形成されている。

ここでは、誘電体５にスメクチック液晶を適用したもの
として説明する。この場合、基板１にはガラス板やプラ
スチック板等の透明基板、もしくは８１基板等の不透明
基板が用いられ、電極２゜４には、一般にネサ膜と呼ば
れている酸化インジウムと酸化スズの混合物、又はｋＬ
、ｃｒ等の金属が用いられる。液晶材料には　ｐ　、　
ｐ　／−アルキルシアノビフェニールの混合物のように
、室温でスメクチック人相を呈し、４２Ｃでスメクチッ
ク液晶相からネマチック液晶相へ、さらに４５Ｃにおい
てネマチック液晶相から等方性液体相へ転移するもの、
又は、４．４’−アルコキシビフェニルカルボン酸アル
キルエステル（！：４．４’−ｙルキルシアノトランと
の混合物、あるいは４−アルコキシフェニル−４′−ア
ルキル安息香酸−ｒ−ステルとｐ、ｐ’−アルキルシア
ノピフェニルとの混合物などのように、スメクチック液
晶相を示す液晶材料が用いられる。電極２、電極４とス
メクチック液晶との界面を、シラン系界面活性剤で処理
し、初期状態でホメオトロピック配向、すなわちスメク
チック液晶分子を基板１に対し垂直に配向させるように
する。しかし、水平配向としても本発明を適用すること
ができる。

ところで、電極２と電極４が対向交差した矩形領域が情
報保持点７となるが、以後、情報保持点７を画素、情報
保持素子６を液晶素子と呼ぶ。

第３図に、本発明の一実施例の全体の構成を概略的に示
す。なお、説明を簡単にするため各電極が４列のものを
示す。

液晶索子６のＸ電極４ａ〜４ｄは、それぞれ選択スイッ
チ１１ａ〜１１ｄを介してＸ電極駆動回路１３と静電容
量検出回路１４とに接続されている。一方、Ｘ電極２ａ
〜２ｄの一端は、それぞれスイッチ１２１〜１２ｄを介
して接地され、他端は、それぞれ選択スイッチ１０８〜
１０ｄを介してＹ電極駆動回路８と静電容量読み出し電
圧発生回路９とに接続されている。

ここで、液晶素子６に情報を書き込む第１の手段を説明
する。書き込みの場合は、選択スイッチｉｏａ〜１０ｄ
は、Ｙ電極駆動回路８を選択し、選択スイッチｌｌａ〜
ｌｉｄは、Ｘ電極駆動回路１３を選択するよう設定する
。そして、まず、選択スイッチ１２８〜１２ｄのいずれ
かをオンし、Ｙ電極４に電圧ＶＨを印加して電極を十分
に加熱すると、液晶５の温度は、第４図（ｂ）に示すよ
うに上昇する。この結果、スメクチック液晶は、等方性
液体相に転移されるが、時刻ｔ１において電圧Ｖｍを除
去すると液晶５は急速に冷却され、ネマチック相を経て
スメクチック相に転移する。この冷却過程（第４図（ｂ
）の１１〜１２間）でＸ電極４及びＸ電極２に印加する
電圧ＶＸ、ＶＹをＯＶ附近にし、第４図（ｄ）に示すよ
うに、液晶５に加わる電圧（Ｖｘ　Ｍｙ）をＯＶ附近に
すると液晶は外光を散乱する状態になる。この時の画素
の状態を「書込み状態」と呼ぶことにする。

これに対し、前記のような冷却過程（第４図（ｂ）ｔ４
〜１．間）において液晶５に加わる電圧上Ｖ。

をある値、つまシしきい値電圧■１．（例えば、３〜５
ｖ程度）以上にすると、液晶５はほぼ透明状態となシ外
光を散乱しない状態になる。この時の画素の状態を「非
書き込み状態」と呼ぶことにする。なお、この時、スイ
ッチ１２８〜１２ｄは全てオンにする。また、Ｘ電極２
をｃｒ、ｈｔ等の金属で形成すれば、電極を発熱させる
電圧Ｖｉ＋を低くできるので望ましい。

次に、液晶素子６に情報を書き込む第２の手段として、
第５図又は第６図に示すようなレーザ光を用いて画素７
を加熱するものについて説明する。

まず、第５図図示のものは、単導体レーザ１６と集光レ
ンズ１７を一体化してなるレーザベン１５を設け、レー
ザ光を任意の位置の画素７に集光できるようにしたもの
である。なお、レーザベン１５は、レーザ光を光源から
導く光ファイバと集光用レンズで形成したものであって
もよい。

第６図図示のものは、レーザ１８、レーザ光の変調を行
う変調器１９、レーザ光を任意の方向に偏向するＸ方向
、Ｙ方向の偏光器２０及びレーザ光を集光するレンズ２
１の構成により、画素７のスメクチック液晶を加熱する
ようにしたものである。なお、レーザ光の照射時間Ｔｏ
と、Ｘ電極４とＸ電極２に印加する電圧Ｖｘ、Ｖｙの波
形例を第７図（ａ）〜（ｅ）に示す。また、スイッチ１
２８〜ｉ２ｄは、全てオフとする。

レーザを一定時間Ｔｏだけ画素７に照射すると液晶５は
、加熱された後急速に冷却される。この冷却過程におい
て、第４図を用いて説明したと同様に、Ｖｘ＋　Ｖｙの
゛電圧条件を制御することによシ、画素７の状態を「書
き込み」又は「非書き込み」にすることができる。なお
、レーザの照射効率を高めるだめに、Ｘ電極４又はＹｉ
４を極２を特定の波長を吸収する物質で形成するのが望
ましい。

ところで、「非ｉｉ：き込み状態」において液晶分子は
、基板１に対し垂直に配向しているため、液晶５の比誘
電率は、液晶分子の長軸方向の比誘電率ε１１に等しい
。また、「盲き込み状態」において、液晶分子の配向方
向が足金にランダムであると仮定すれば液晶５の比誘゛
電率は前記εＮと液晶分子の短軸方向の比誘電率ｅ上と
の三次元的な平均値３　（’ｎ　＋２’工）になる。

ここで、「書き込み状態」の画素７の静電容量Ｃｗと、
「非書き込み状態」の静電容量ＣＮＷの比は、次式（１
）で示すものとなる。

例えば、ｇ、＝４７．　８上＝１２の液晶材料を用いた
ものについて静電容量を測定したところ、ＣＮＷ／　Ｃ
ｗ　＝　１．４８であった。これは式（１）による計算
値１．６８に近い値である。

このことから、画素７の静電容量の大小を判別すること
によシ、画素７に書き込まれた情報を読み出すことがで
きる、ということになる。

以下、本発明に係る液晶素子６に蓄き込まれた情報の読
み出し回路の実施例を説明する。第８図に静電容量の読
み出し回路の実施例を示す。読み出し時は、第３図図示
の選択スイッチ１０８〜１０ｄは、静電容量読み出し電
圧発生回路９を選択し、選択スイッチｌｌａ〜ｌｉｄは
、静電容量検出回路１４を選択するようにするが、第８
図にはそれらは省略されている。

第８図に示すように、液晶素子６は格子状に配列された
各４列からなるＸ電極２ａ〜２ｄとＸ電極４ａ〜４ｄの
各交差部に形成される画素７（以下−図示の如＜　ＪＩ
　Ｎｅ１４　ｗ　ｅｍｌ　Ｎｅ２４　＋　ｅｍｌ　Ｎｅ
３４　ｅ　ｅ４１〜ｅ４４と表す）を有している。各Ｘ
電極４８〜４ｄは選択スイッチ２３８〜２３ｄを介して
、ｆ′Ｏ″Ｖを含む一定電圧Ｖｍｆｆｉを出力する電源
２６又は電流−電圧変換回路（以下Ｉ／Ｖ変換回路と称
する）２８に接続されるようになっている。選択スイッ
チ２３ａ〜２３ｄは垂直走査回路２７から出力される走
査信号Ｃ！〜Ｃ４によって切換えられ、順次読み出した
い画素を含むＸ電極４ａ〜４ｄの１つをＩ／Ｖ変換回路
２８に接続し、他のＸ電極は電源２６に接続するように
なっている。Ｉ／Ｖ変換回路２８は第９図に示すように
、オペアンプ３９．４０及び抵抗４１〜４３から形成さ
れており、出力電圧ＶＱは選択スイッチ２９を介して、
サンプルホールド回路３０ａ、３０ｂに入力されるよう
になっている。サンプルホールド回路３０ａ、３０ｂの
出力７里は、それぞれ選択スイッチ３１ａ、３１ｂ、に
よシ選択される選択スイッチ３２又は増幅回路３３ａ、
３３ｂに入力されている。選択スイッチ３２にょシ選択
されたサンプルホールド回路３２ａ又は３２ｂの出力Ｖ
ｌは、比較回路３４０入力端子ＩＮＩに入力電圧Ｖ２と
して入力され増幅回路３２ａ、３２ｂの出力電圧Ｖｓ　
、Ｖ４は比較回路３４の入力端ＩＮ２．ＩＮ３に入力さ
れている。比較回路３４の出力端０１，０２から出力さ
れる出力電圧Ｖ、１゜Ｖ　ｅ　２はＯＲ回路３５を介し
て、ＢＸＯＲ回路３６の一方の入力端に入力されている
。ＥＸＯＲ回路３６の他の入力端はフリップ７０ツブ（
ＦＦ）３７のＱ出力端に、ＥＸＯＲ回路３６の出力端は
ＦＦ３７のＤ入力端に接続されている。Ｆｌｌｉ’３７
のＣＰ端にはクロック信号ＣＰ、が、Ｒ端にはリセット
信号Ｒ８が入力されている。

一方、各Ｙ電極２ａ〜２ｄは選択スイッチ２２ａ〜２２
ｄを介して、′０”■を含む一定電圧Ｖｕを出力する電
源２５又はクロックパルス信号ＣＰＲを発生するパルス
回路２４に接続されるようになっている。選択スイッチ
２２８〜２２ｄは水平走査回路３８から出力される走査
信号Ｌ１〜Ｌ４によって切換えられ、順次読み出したい
画素を含むＸ電極２ａ〜２ｄにクロックパルス信号ＣＰ
Ｒを印加するようになっている。

このように構成される実施例の動作について、第９図に
示した模式図を用い以下に説明する。

まず、読み出し原理を説明すると、第９図は画素ｅ２２
の静電容量を検出する場合の状態を示しており、■／Ｖ
変換回路２８はＸ電極４ｂに接続され、他のＸ電極４ａ
、４ｃ、４ｄは電源２６に接続される。Ｘ電極２ｂには
第１０図に示す波形の読み出し電圧Ｖｌを印加し、他の
Ｘ電極２ａ。

２Ｃ，２ｄには０”■を含む一定電圧Ｖｌｌを印加する
。これによって、即ち、画素ｅ２２の液晶の静電容量を
Ｃとし、Ｘ電極２ｂに一定勾配で変化する電圧（ランプ
電圧）が印加されると、Ｘ電極４ｂには定常的に次式（
２）で示す変位電流ｉ、が流れる。

この変位電流１．がＩ／Ｖ変換回路２８に流入されると
、この回路２８の出力電圧Ｖ、は次式（３）で示すもの
となシ、第１０図にその波形を示す。

したがって、電圧ｖ、（以下、検出電圧と称する）は画
素の静電容量に比例した値となっておシ、この検出電圧
ｖ（１の大小を判別することによシ、画素が「書き込み
状態」又は「非書き込み状態」にあるかを読み出すこと
ができるのである。

なお、■／ｖ変換回路２８は纂１１図に示すように形成
してもよい。即ち、抵抗４４で発生した電圧（＋、・Ｒ
ｔ）を抵抗４５．４６及びオペアンプ４９と、抵抗４７
．４８及びオペアンプ５０で形成される電圧増幅回路で
増幅して出力電圧Ｖ。

とするものであシ、この電圧Ｖ、は次式（４）で示すも
のとなる。

また、Ｘ電極２ｂに印加する電圧ｖ１は、時間的に変化
する電圧であればよく、必ずしも第１０図図示の波形に
限定されるものでない。

次に、各画素の読み出し手順を第１２図に示すタイムチ
ャートを参照しながら説明する。水平走査回路３８の出
力信号Ｌ１〜Ｌ４によシ選択スイツチ２２８〜２２ｄを
制御して、Ｙ電極２ａ〜２ｄにパルス回路２４からクロ
ックパルス信号ＣＰｎの４クロック分を順次印加する。

一方、垂直走査回路２７からの走査信号Ｃ１〜Ｃ４によ
シ、選択スイッチ２３８〜２３ｄを切換制御して、Ｘ電
極４ａ〜４Ｃに流れる変位電流ｉ、を、順次工／Ｖ変換
回路２８に出力するようにする。なお、選択スイッチ２
２８〜２２ｄは、走査信号Ｌ１〜Ｌ４がＨ”のときパル
ス回路２４を選択し、Ｌ　Ｎのとき電源２５を選択する
。また、選択スイッチ２３８〜２３ｄは、走査信号０１
〜Ｃ４が”Ｈ”のときＩ／Ｖ変換回路２８を選択し、Ｌ
″のとき電源２６を選択する。第１２図に示すタイムチ
ャートは、画素ｅ１１　”ｅ１４　＊　ｅ２１　”’−
ｅ２４　＋ｅ８１〜ｅ３４　＋　ｅ４１　”　ｅ４４の
順に、読み出す場合を示している。

ここでは、前述した画素の静電容量の検出後の手順、即
ち、Ｉ／■変換回路２８以降の回路の動作を、画素”１
１””ｅ１４を対象にして説明する。いま、画素ｅｔａ
のみが「書き込み状態」にあシ、他は「非書き込み状態
」にあったものとする。

まず、ＦＦ３７はリセット信号Ｒ，によシリセットされ
出力Ｃ，，はθ″とされる。次に、画素ｅｌｆの検出電
圧を選択スイッチ２９を介して、サンプルホールド回路
３０ａに取シ込む。さらに、この回路３０ａの出力を、
選択スイッチ３１ａを介して増幅回路３３ａ、３３ｂに
入力する。次に、選択スイッチ２９を切り換え、画素ｅ
１２の検出電圧をサンプルホールド回路３０ｂに取シ込
む。この回路３０ｂの出力を選択スイッチ３１ｂ、３２
を介し、入力電圧Ｖ２として比較回路３４０入力端子Ｉ
ＮＩに入力する。なお、増幅回路３３ａ。

３３ｂは第１３図に示すように形成されている。

増幅回路３３ａは、オペアンプ５１と抵抗５２゜５３か
ら成り、その出力電圧ｖ３は入力電圧をＶｌとすると、
次式（５）に示すものとなる。

また増幅回路３３ｂは、オペアンプ５２，５４゜５５と
抵抗５６〜６２から成シ、その出力電圧■４は次式（６
）に示すものとなる。

のＩＮ２又はＩＮ３の各入力端子に入力される。

比較回路３４は入力電圧Ｖ２　＋　Ｖｓ　＋　Ｖ４を比
較し、それらの電圧の関係が下表に示す３つのケースＮ
０８１〜３に分類し、同表に示す２値出力電圧Ｖ−１，
Ｖ。２を出力するようになっている。なお、ケースＮ０
１１〜３と入力電圧との関係は、前記（５）になってい
る。

Ｏ，ス下＃ｔ１） 即ち、上表から明らかなように、Ｖ４　（Ｖ＊　（ｖ３
の関係にあるときのみＯＲ回路３５の出力ＶＢが′ＯＮ
となシ、それ以外のときは′１″となる。そこで、■／
Ｖ変換回路２８から出力される「非書き込み状態」の画
素′ｅ１１の検出電圧をＶｏｗ、ｒ書き込み状態」の画
素８１Ｍの検出電圧を１．４８となるが、Ｖａ＝Ｖｗ≦
ＶＮＷ（１−α）；ｖ４　となるようにαの値を決めれ
ば、ＯＲ回路３５０出力ＶＲを１″とすることができる
。なお、このαを定めるにあたシ、画素７の加熱にレー
ザ光を用いた場合には１画素の領域とレーザ光の照射領
域とが、必ずしも完全に一致しないことがあることから
、これを考慮した値にする。

さて、読み出しの出力であるＦＦ３７の出力り、は、前
述したように′０″にリセットされているから、ＥＸＯ
Ｒ回路３６の出力Ｖｍは′１′。

となシ、クロック信号ＣＰＨのタイミングでＦＦ３７に
取シ込まれてり、が′１″となシ、画素ｅ１２は「書き
込み状態」にあることが判定される。

以上の動作が終了すると、画素ｅｘａの静電容量を検出
しサンプルホールド回路３０ａに取シ込む。

さらにこの出力を選択スイッチ′３１ａ及び３２を切シ
換えて比較回路のＩＮＩの入力端子に加える。

この時、テンプルホールド回路３０ｂには、画素ｅ１２
の静電容量の検出電圧がホールドされているが、選択ス
イッチ３１ｂを切仄換えて、前記電圧を増幅回路３３ａ
、３３ｂに入力し前述と同様の動作を行う。第１５図に
画素ｅｌｆ〜ｅ１４の検出時の各部の電圧ｒタイムチャ
ートで示す。なお、図示していないが、ｅ２１　””ｅ
２４１　ｅｌｌ　”””　ｅ３４及びｅ４Ｊ〜ｅ４４に
ついても同様の方法によって状態を読み出すことができ
る。

上述したように、１つ前の画素の静電容量と比較するこ
とによって「書き込み状態」を判定するようにしている
ことから、検出精度を高めるため、例えば画素Ｊｌ　＋
　ｅｌｌ１　ｅｌｌ　＋　ｅ４１は１全て「非書き込み
状態」とするのが望ましいが、画素ｅｌｌのみを特定の
状態としても良い。この場合は、ｅｌｌ　”””　ｅ１
４　Ｈ””　ｅ２４”””２１　＋　＋ｅ３１””　ｅ
３４＋　””６４４〜ｅ４１の順序で走査することによ
り、各画素の状態を読み出す。即ち、前後の画素の静電
容量を比較することで画素の状態を読み出していること
から、画素ごとの電極２，４間隔にバラツキがあっても
、読み出し誤りを除去することができ、大型の表示装置
にも適用できる。

なお、サンプルホールド回路３０ａ及び３０ｂが取シ込
む電圧は、検出電圧が安定する以前の重圧でも良い。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、誘電体物質から
なる情報素子に書き込まれた情報を正確に読み出すこと
が可能とな如、高機能の表示装置に適用することができ
る。即ち、ＣＲＴと同様に半導体レーザ等の発光ペンに
よシ、所定画素を加熱しこれを同様に検出することによ
シ、座標点を認識できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を適用可能な情報保持素子の断面図、第
２図はその平面図、第３図は本発明の一実施例の全体構
成図、第４図は電場による書き込み動作を説明するため
の縮図、第５図及び第６図はレーザ光による書き込み手
段の構成図、第７図はレーザ光による書き込み動作を説
明するための線図、第８図は第３図図示実施例の情報読
み出し回路の詳細構成図、第９図及び第１０図は第８図
図示実施例の動作原理を説明する図、第１１図は電流−
電圧変換回路の他の実施例の構成図、第１２図は読み出
し手Ｊ＠を説明するためのタイムチャート、第１３図は
増幅回路の詳細回路図、第１４図は比較回路の動作説明
図、第Ｉ５図は読み出し時の各部の電圧を示すタイムチ
ャートである。 ２．４・・・電極、５・・・液晶、７・・・情報保持点
、２４・・・パルス回路、２８・・・電流−電圧変換回
路、３３ａ、３３ｂ・・・増幅回路、３４・・・比較回
路、３５・・・ＯＲ回路、３６・・・ＥＸＯＲ回路、３
７・・・フリップフロップ。 代理人　弁理士　鵜沼辰之 第　ｌ　図 第　２　口 第　４　目 ＝ 第　５　口 第　６　囚 第　７　日 さ　９ 第８巳 第　９　膓 第　７１　口 ６ 第　１２　日 ＶＹ４Ｄ 第　１３　目

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、対向する第１と第２の電極間に熱又は電界等の外部
   場を印加することによって、該電極間の静電容量が変化
   する誘電体を介在させてなる情報保持点が複数個備えら
   れた誘電体記憶装置の情報入出力装置において、選択さ
   れた前記情報保持点の１つの第１の！極に時間的に変化
   する電圧を印加する手段と、該第１の電極に対応する第
   ２の成極に流れる変位電流を検出する手段と、該変位電
   流に基づいて当該情報保持点の静電容量の変化を判定す
   ることによシ保持された情報を読み出す手段と、を設け
   てなることを特徴とする誘電体記憶装置の情報入出力装
   置。 ２、特許請求の範囲第１項記載の発明において、前記情
   報を読み出す手段は２つの情報保持点の静電容量に基づ
   く値を比較し、差が所定偏差以内にあるか否かによシ、
   それら２つの情報保持点に保持された情報が同一である
   か否かを判定するものであることを特徴とする誘電体記
   憶装置の情報入出力装置。 ３、特許請求の範囲第２項記載の発明において、前記比
   較される２つの情報保持点の１つは、予め既知情報が保
   持されているものであることを特徴とする誘電体記憶装
   置の情報入出力装置。