JPS62132248A - 強誘電性液晶を用いた光メモリ装置 - 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」 この発明は、書換可能な不揮発性メモリ作用を有する強
誘電性液晶（以下ＦＬＣという）と強誘電体薄膜（以下
ＦＥという）を用いた書換可能な光メモリ装置（特に光
デイスクメモリ装置）を提案することにある。

「従来の技術」 光デイスクメモリ装置は、コンパクトディスクに代表さ
れるように、レーザ光の凹凸面での反射具合を利用した
書換不可能なディジタル式ディスクメモリ装置が知られ
ている。この応用はオーディオ用、ビデオ用のみならず
、情報処理用の光デイスクメモリ装置としてきわめて将
来を有望視されている。しかしこれらディスクメモリは
書換が不可能である。このため、書換を可能とする方式
が求められ、その代表例として光磁気メモリ装置が知ら
れている。さらに、カルコゲン系（テルル系）を用いた
アモルファス半導体の光デイスクメモリ装置も知られて
いる。

「発明が解決したいとする問題点」 しかし光磁気メモリを用いたディスクメモリ装置はきわ
めて高価かつ希少材料を用いており、将来の多量生産に
不安を残す。またカルコゲン系アモルファス半導体を用
いた方法は光の制御がきわめて微妙である。

これらより、本来多量生産し得る材料を用いること、光
のオン、オフをより容易に行い得ること、不揮発性を有
し、メモリをストア（保持）シ続ける時何等の外部エネ
ルギを必要としないこと、等の機能を有する手段が求め
られていた。

これらの目的のため、本発明人の出願になる強誘電性液
晶（以下ＦＬＣという）を用いた光デイスク装置（昭和
６０年８月７日出願）特願昭６０−１７３９３６がある
。しかしかかる出願はＰＬＣのみをメモリ媒体として用
いており、臨界電界（以下Ｅｃという）が必ずしも明確
でないため、記憶の保持及び各ビット間のクロストーク
において不十分さがあった。

このためかかるＥｃをより明確にし、動作マージンをよ
り大きくすることが求められていた。

本発明はかかる問題点を解決するものである。

「問題を解決するための手段」 かかる問題を解決するために、本発明は電極を互いに有
する一対の基板において、電極を有する面を内側にして
対向させて形成された液晶セルと、この電極間に強誘電
体薄膜（以下ＦＥという）を介在せしめる。特にこのＦ
Ｅを一方または双方の電極上に設け、配向処理層の一部
として取り扱うことにより、ＦＬＣにとってより表面安
定化（５ｕｒｆａｃｅｓｔａｂｉｌｉｚｅ）を行わんと
するものである。そしてこの前記基板間にある不揮発性
メモリ作用を有し液晶に溶解し得る染料を含有した強誘
電性を示す液晶と強誘電体薄膜とを電気的または光学的
に一体化せしめることにより、照射光の透過、非透過を
制御させる方式またはこの液晶セルの内部には外部より
の入射光を反射する層を有する反射方式とを特徴とする
ものである。

本発明は、液晶材料としてカイラル（キラルともいう）
スメクチックＣ相（ＳｍＣ”）を呈する強誘電性液晶（
以下ＦＬＣという）を用い、同時にアゾ系、アントラキ
ノン系等ＦＬＣに溶解し得る染料を用いている。以下こ
れら液晶材料と染料とを混合した物を液晶性物質と呼ぶ
。

また電極上には臨界電圧を明確にし、ビット間のクロス
トークを防止するため、その一方または双方に強誘電体
薄膜好ましくは有機強誘電体薄膜を設ける。そしてこの
薄膜上またはこの上面に配向処理面を設け、非対称配向
処理あるいは前記処理にさらにラビング等の処理を施し
たいわゆる配向処理を行った基体を用い、そして４μｍ
あるいはそれ以下のセル間隔を有するセルを形成し、そ
の中に前記液晶性物質を高温で封入し、低温に少しづつ
温度を下げることによりＳｍＣ”相を呈する双安定な状
態を得ることができる。

かかる液晶が一方向にそろった状態において、一対を構
成する両電極間に電圧を印加すると、液晶分子の持つ多
極子の向きが逆の一方向に揃い、「書き消し」を行うこ
とができる。また所定の位置に光を照射し、理想状態と
しては初期の一方向と逆の一方向に選択的に向きを変え
「書き込み」を行うことができる。そしてそれらとの間
に発生するその角度は約９０＠となる。

そしてこの２つの状態は電圧を切っても変化しない不揮
発性（パイスタビリテイ）を有し、本発明はかかる約９
０°のコーンアングルを有する不揮発性メモリ作用を用
いている。

ディスクメモリの表面および裏面に偏光板を配設する場
合はこのコーンアングルを約４５６とすることができる
。

本発明の光メモリ装置は、それぞれが電極を有する一対
の基板をその電極を有する面を互いに内側にして対抗せ
しめ、その電極間に強誘電体（ＦＥ）と、前記した５Ｉ
ＩＩＣ″相を呈する強誘電性液晶（ＦＬＣ）を充填する
。本発明はセルを構成する一対の基板（光の入射側を対
抗基板、内部側（奥側）を単に基板という）とその内側
に配設されている電極（光の入射側の電極を対抗電極、
内部側を単に電極という）さらにその一方の電極上に配
向処理層を有せしめ、かつ配向処理層間に封入された液
晶性物質とを有する。

特に本発明は、この光メモリに対し光ビーム特に好まし
くは半導体レーザ光を反射する層を有する。さらに好ま
しくはこの光ビームの反射面を１つの電極即ち基板上の
電極により併用構成せしめる。

その場合、入射光の経路はレーザ光源よりハーフミラー
を経て対抗基板、対抗電極、配向処理層、液晶性物質、
配向処理層、電極、さらにここで反射され、逆の経路を
辿る。この配向処理層の一方または双方の一部または全
部に強誘電体薄膜が設けられている。

メモリより出た反射光はハーフミラ−にて反射され、偏
光板を経てフォトセンサに至る。

そして液晶性物質の位相と偏光板の位相との位相差が合
致した場合、透光性となる。しかしこのビーム光が偏光
板とその位相角をずらせていると非透過または難透過と
なる。その結果、偏光板からの透過量が十分なコントラ
ストを有するならば光が照射された番地のｒＯＪ、ｒｌ
Ｊの判定が可能となる。

かかる光メモリの記憶の「書消し」　「書き込み」及び
「読み出し」を以下に概説する。

即ち記憶の「書消し」はこの液晶性物質に正または負の
所定の電圧をこのディスク状メモリの全面に一対の電極
より加えることにより実施する。

この書き込み情報のすべての書消しを行うには一対の電
極に前記した「書消し」と同じ極性の電圧を印加すれば
よい。即ちこのビット単位の書き込みおよびディスク全
面の書消しを繰り返し行うことができる。

また所定の番地の「書き込み」はディスク状メモリの回
転速度及び中央部よりの所定の距離に対し液晶性物質の
配向角をみだす程度に強いビーム光または熱を照射する
。さらに電気的に十分な書き込みが行われない程度に弱
い書き消しには逆方向の電圧を印加し、これに光または
熱を加える。

するとその番地のみは液晶性物質の双極子の方向が初期
の状態と異なる方向に配される。かくすることにより初
期状態を「０」とするならば、光照射により「１」とす
ることができる。

記憶の「読み出し」は前記した如く、半導体レーザの所
定の番地に対し光ビーム例えばレーザ光を照射し、その
反射光または反射光を偏光板を介してフォトセンサにて
検出する。

「作用」 かくすることにより、 （１）偏向板をフォトセンサ部に配設し、その板が１枚
のため光の損失を少なくできる。

（２）光メモリの上面、下面に偏光板を設ける必要がな
く、取扱が容易にできる。

（３）反射光用電極が大気に触れないため、酸化される
ことなく、反射率を高く保つことができる。

（４）不揮発性メモリとして液晶性物質と強誘電体との
複合構造を用いるため、メモリの「書き込み」を高スピ
ード（マイクロ秒のオーダ）で実施可能であり、また「
書消し」はディスク状メモリの全面に対し瞬時に行い得
る。書換プロセスでの繰り返しによる疲労が本質的にな
い。

（５）液晶性物質の使用材料が特殊な元素材料を用いる
ことなくかつ部品点数が少ないため安価になり得る。

（６）液晶性物質と有機物強誘電体との複合構造を用い
るため不揮発性であり、の臨界電界をより明確にする。

記憶保持のため新たなエネルギを必要とせず、省エネル
ギである。

（７）強誘電体が電極を覆って設けられ、その一方にラ
ビング処理を行うことにより配向させている。このため
ＦＬＣにとっては周辺部のすべてを有機材料で取り囲む
ことができ、このＦＥとＦＬＣとの界面を利用してＥｃ
を大として用いることができる。

以下に実施例に従って本発明を説明する。

「実施例１」 第１図は本発明の光デイスクメモリ装置の方式第１の系
（１００）は情報の「読み出し」用であり第２の系（１
０１）は情報の「書き込み」用である。

また（１０３）は情報の「書消し」用である。ディスク
は（１０）により示す。

光デイスクメモリ（１０）は一対の対抗基板（３）及び
基板（７）を有する。一方の対抗基板（３）は少なくと
も透光性である。さらにその一対の基板の内側には一対
の電極（４）　、　（６）を有する。そして対抗電極（
４）は透光性を有し、また電極（６）は反射性を有する
。さらにその少なくとも一方例えば図面では（６）上に
強誘電体薄膜（５゛）を設ける。このＦＥとしてビニリ
デンフロライド（ＣＨ２ＣＦ２）　（Ｖ叶という）とト
リフロロエチレン（ＴｒＦＥ）とを混合し、共重合体を
用いた。これを１０重量％にメチル・エチル・チトン中
にとかし、希釈した。さらにこれをスピン法にて電極上
に塗布した。このスピン回転数と希釈の程度によりＦＥ
の厚さを制御できる。１００〜５００人例えば３００人
ときわめて薄く形成できるため、コート後例えば１４０
℃に加熱し、不要物を気化し、加えて共重合体の結晶化
を助長させた。他方の電極上に同様のＦＥであっても他
のＦＥ例えばビニリデンフロライド（ＣＨｚＣＣｌ　り
　（ＶＤＣＩ）を用いても、またＶＤＦとテトラフロロ
エチレン（ＣｈＣＦｚ）との共重合体を用いてもよい。

これらＦＥを形成した後、一方の表面特にＦＥの表面に
ラビング処理を施した。

この後、これら一対の基板を所定の間隔離間しその配向
処理膜間にはＦＬＣを呈する液晶物質（５）が充填され
る。

この光メモリは周辺を液晶性物質が大気に触れないよう
に封止（３０）　、　（３０”）されている。この光メ
モリは（１０）の内側には一対の電極（４）　、　（７
）より延在した外部コンタクト用電極（３２）　、　（
３２”）を有する。

この外部コンタクト用電極（３２）　、　（３２’　）
は記憶の書消しく１０３）の際その信号源（２５）より
導出したリード（１３）　、　（１３”）の端子（３１
）、（３１’）と接続され「書消し」を行わせる。

このコンタクトはディスクメモリ（１０）を回転させる
移動系（１４）と密着させる際、同時に行われ、コンタ
クト部でのしゅう動はない。

かくしてこの外部コンタクト用電極より所定の電圧例え
ば−１５Ｖを印加し、全面が「０」の状態とし、このデ
ィスクメモリに対し情報の「書き込み」を系（１０１）
を用いて行う。即ち、全面に一方向に配設した液晶性物
質に対し、光ビーム特に赤外線を（２３）よりハーフミ
ラ−（２２）を経、集光光学系、位置補正等の系（２１
）を経て所定の番地に対し照射（２５）　Ｌ、所定の番
地の位相を初期状態よりずらすことにより書き込みを行
う。さらにその光はハーフミラ−（２２）を経てフォト
センサ（９）に至る。ここで情報の書き込みが行われて
いることをモニタする。その際適量の光強度となるよう
に（２４）にて修正をする。

情報の「読み出し」に関しては系（１００）を用いる。

即ち、半導体レーザ（１２）よりの光ビームはハーフミ
ラ−（２）をへて集光光学系、位置の補正（オートトラ
ッキング装置’）　（１１）を経て、光ディスク（１０
）に光（１６）を入射する。さらにこの光ディスク（１
０）より光が（１６’　）として反射し、ハーフミラ−
（２）により光路を分離し偏光＋７ｉｊ（８）を経て受
光センサ（９）に至る。

この光ディスクに関し以下にさらに具体的に示す。

第２図は本発明の光デイスクメモリの一部を拡大して示
したものである。図面において、プラスチック基板例え
ばアクリル樹脂またはコーニング７０５９ガラス基板（
７）を用いた。この基板上に反射性電極としてアルミニ
ュームを真空蒸着法により一方の電極（６）として形成
した。また他方の対抗電極として透光性導電膜（４）を
プラスチック基板またはガラス基板（対抗基板）（３）
上に形成する。

そしてこの一対の電極（６）、対抗電極（４）の内側に
非対称配向処理層（５°）、（５”）を設け、スペーサ
（図示せず）を介在させる。

この配向処理層（５’）　、　（５”　）は第２図（Ａ
）においてはともに強誘電体薄膜とした。

これらによりＦＬＣ（厚さ１．５μ）（５）を挟んであ
る。

配向処理層として対抗電極（４）上にはＶＤＦ　（ビニ
リデンフロライド）とＴｒＦＥ（）リフロロエチレン）
２００人の厚さに形成した。さらに公知のラビング処理
をした。ラビング処理の一例として、ナイロンをラビン
グ装置にて９００　ＰＰＭで回転させ、その基板を回転
移動させて形成した。さらに他方の配向処理層（５”）
としてＶＤＦ／ＴｒＦＥＯ共重合体（成分比５２／４８
）を用い、同様に約２００人の厚さに形成した。そして
一方の電極（６）上面はラビング処理を行わない配向膜
とし、他方の電極（４）には有機化合物強誘電体薄膜を
形成しラビング処理を行った。

さらにこの間には液晶性物質例えばＳ８（オクチル・オ
キシ・ベンジリデン・アミノ・メチル・ブチル・ベンゾ
エイト）゛とＢ７またはＢ８とのブレンド液晶を充填し
た。これ以外でもＤＯＢＡＭＢＣ等の液晶性物質または
複数のブレンドを施した液晶性物質を充填し得る。その
−例として、Ｆｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃｓ１９８４　
Ｖｏｌ、５９　ｐｐ１２６〜１３６　Ｊ、Ｗ、Ｇｏｏｄ
ｂｙらによりＦｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃｓ　Ｓｗｉｔ
ｃｈｉｎｇ　ｉｎ　ｔｈｅ　Ｔｉｔｌｅｄ　Ｓｍｅｃ−
ｔｉｃ　Ｐｈａｓｅ　ｏｆ　　Ｒ−Ｃ−３−４−ｎ−１
１ｅｘｙｌｏｘｙｄｅｎｚｙｌｉｄｅｎｅ４’　−Ａｍ
’　ｎｏ−（２−Ｃｈ　１ｏｒｏｐｒｏｐｙ　１）　（
ｉｎｎａｍａ　ｔｅ　（ＨＯＢＡＣＰＣ）　。

特開昭５９−９８０５１．特開昭５９−１１８７４４を
用いてもよい。

この液晶性物質のしきい値特性例を第３図に示す。図面
でも±１５Ｖ加えることにより、曲線（２９）。

（２９’）を得、透過、非透過をさせ得、十分反転させ
るとともにメモリ効果を示すヒステリシスを得ることが
判明した。そしてそのＲｅは負から正方向への変化の際
現れるＥｃ、および正から負へ走査した時に現れるＥｃ
−はともに安定し、大きな角型ヒステリシスで電圧がＯ
ｖのとき十分な透過、非透過を得ることができる。かか
る明確なヒステリシスはＦＬＣのみでは生じさせること
ができない。第１図において縦軸は透過率である。

第２図（Ｂ）〜（Ｄ）は第２図を変形した実施例である
。第２図（Ｂ）は第１の配向処理層は強誘電体とＦＥ（
５°−１）とは実質的に接する構成を有する。このポリ
イミド樹脂薄膜（５”−２）上に所定のラビング処理を
行った。他方の配向処理層（５°゛）は強誘電体薄膜と
した。第２図（Ｃ）は配向処理層の一方のみ（５゛）が
ＦＥである。他方（５”）はポリイミド樹脂薄膜とし、
その上面を所定のラビング処理を行った。第２図（Ｄ）
はＦＥ（５’−１）上に非強誘電体薄膜（５−２°）を
設けたものである。これら４種類以外にも多くの実施例
を考え得る。

更にこのヒステリシスに関し、本発明においては、「光
書き込み」、「電気書き消し」を行う。

例えば「書き消し」はディスクメモリ全体を一１５Ｖと
してすべての番地をＯ”とすればよい。液晶はチルト角
は約−４５°のものを用いた。「書き込み」は全体に対
し正のスレッシュホールド電圧に至らない弱い電圧（即
ちＥｃ、よりも小さな電圧）を加える。例えば＋２ｖを
加える。さらに書き込みを行い、番地に対し書き込み用
のレーザ光を照射する。

するとこの所定の番地の温度が上昇し、この後この温度
はレーザ光の照射がなくなった後徐冷がなされた際、正
の電圧により確定された方向のチルト角を＋２０〜＋４
５６にさせることができる。特にレーザ光の波長が１〜
３μを有する赤外線を加えると、この光の大部分を液晶
物質は吸収する。

即ち、本発明において、書き込みはスポット状のレーザ
光の照射の有無に加えて、基礎バイヤス電圧を印加する
方法を採用した。さらに書き消しは全体をスレッシュホ
ールド電圧より十分大きな逆方向バイヤスを加えた。

しかし書き消しに対しても、局部的（選択的）に行う場
合はレーザ光にて行い、またこれを逆方向の基礎バイヤ
ス電圧を加えれば成就させ得る。

「効果」 以上の説明より明らかな如く、本発明の光デイスクメモ
リ装置は液晶性物質を用いるため書換回数が比較的多い
場合に特に有効である。

本発明の光学系は「読み出し」と「書き込み」とで異な
る光学系を用いた。しかし、他ψ方式としてオート・ト
ラッキング用ジグ（２１）を略し、光源（２３）よりの
光をハーフミラ−等により光路（１６）　。

（１６°）と同じとし得る。しかしこの場合は「書き込
み」と「読み出し」の光量が１０倍以上も異なるため、
部品点数は少なくなるが光路設計が面倒になる欠点を有
する。

さらに本発明を一部修正した方式として偏光板を「書き
消し」または「書きこみ」において耐えることができる
ならばディスクの光照射面側に配設することは可能であ
る。

さらに本発明の実施例においては、光の読み出しは反射
層により反射させる光の有無または大小を比較して識別
する方式を主として示した。しかし光デイスク装置とし
ては照射光の大小を比較してそのｒｏｂ、ｒｌＪを判別
してもよい。

本発明はかくのごとく透過型にも反射型でも用いること
ができるという他の特徴を有する。

かかる方式において、「書き込み」および「読み出し」
が光方式のため、メモリ容量がきわめて大きいという特
長を有する。

本発明の実質的応用は単に民生用のコンパクトディスク
メモリのみならず、大容量のファイルメモリに対しても
有効である。またディスクも円形状で回転方式であるが
、ディスクを固定し、光路を移動させる方式等の応用も
可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の光デイスクメモリ装置の概略を示す。 第２図は本発明の光デイスクメモリ装置の部分拡大図を
示す。 第３図は強誘電性液晶と強誘電体とを一体化した本発明
装置の動作特性を示す。 μツ 本ｔｃ’ｒ （Ｃン　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　（Ｄ）翼２印 ４導ニアｉ　　　（ｖン 末別コ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、一対の基板の一方を互いに対向させ、前記基板上の
   一方または双方に強誘電体薄膜を有し、該薄膜上の配向
   処理面に接して強誘電性を示す液晶を有することを特徴
   とする強誘電性液晶を用いた光メモリ装置。 ２、特許請求の範囲第１項において、強誘電性液晶は、
   アントラキノン系、アゾ系等二色性比（ＣＲ）＝８以上
   である二色性染料が添加されているスメクチック液晶よ
   りなることを特徴とする強誘電性液晶を用いた光メモリ
   装置。