JPS62204445A - 光メモリ装置の記録方式 - 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の配向を規定する手段
（以下ＮＶＬという）と電界の向きにより配向が規定さ
れる液晶（以下ＦＬＣという）とを一体化して有せしめ
た書換可能な光メモリ装置（特に光デイスクメモリ装置
）に関する。

「従来の技術」 光デイスクメモリ装置として、コンパクトディスクに代
表されるように、レーザ光の凹状のビットでの反射具合
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。

これらの点より、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）し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
。

この発明の光メモリ装置は、「書き込み」には光エネル
ギと電界、「書き消し」には電界または電界と光エネル
ギとを用いる。また「読み出し」は光エネルギを用いる
もので、記録用トランクへの「書き込み」に従来より公
知の光エネルギまたは熱エネルギのみまたは光エネルギ
と磁界とを用いる方式とはまったく異なる。

本発明はこうした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
する一対の基板を電極を有する面を内側にして対向させ
て形成された液晶装置において、この電極間に不揮発性
の配向を規定する手段（以下Ｎｏｎ−ｖｏｌａｔｉｌｅ
　１ａｙｅｒ　ｍｅａｎｓ即ちＮＶＬ　という）を有せ
しめる。特にこのＮＶＬを一方または双方の電極上に設
ける。そしてこのＮＶＬを実質的に配向処理層の一部と
して取り扱うことにより、ＬＣにとってより表面安定化
（５ｕｒｆａｃｅ　５ｔａｂｉｌｉｚｅ）を行わんとす
るものである。この前記基板間に介在させている液晶を
不揮定性とせしめ、このＮＶＬが有する２つの異なる配
向により、液晶の配向を定め、ひいてはこの？佼晶装置
の記憶の読み出しの際の照射光の透過、非透過を制御さ
せる方式とせしめたものである。

また、本発明における一方の基板は案内用トランクと記
憶用トランクとを凹凸を有して設け、この凹凸表面を有
する面上に電気的に電極より遊離（フローティング）し
たＮＶＬを設ける。そしてこの一対の電極間は各ビット
を０．５μ程度の巾に近づけるため、４μｍあるいはそ
れ以下の電極間隔（好ましくは０．５〜２μ）を有する
液晶装置とした。その中に液晶材料として、例えば、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（ＦＬＣという）を用い高温
で封入し、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。

本発明は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臨界電圧以上の電圧（電界）
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」を行うものである。他方ＦＬＣ
の臨界電圧（この電圧以上の高い電圧が印加されると液
晶の反転が行われる電圧をいう）以下の電圧値を有し、
初期の書き消しの方向と逆の方向に電界を印加しつつ所
定の記録用トラック上の番地に光または熱ビームを照射
し、その部分の温度を上昇させ「書き込み」を行うもの
である。するとこの温度上昇によりこの液晶の臨界電圧
を下げることができる。このため同じ電圧であってもこ
の熱または光ビームが照射されない液晶は初期の状態を
保持し、この熱または光ビームが照射された部分のみ逆
向きの配向とさせ記録をさせることができる。

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）を有する。このため、光の読
み出しに際しては、ディスクメモリの入射側及び出射側
に約９０°ずらした一対の偏光板を配設する。

以下に光メモリ装置の「読み出し」、「書き出し」、「
書き込み」の原理を略記する。

まず光メモリ装置の内部の情報の「読み出し」を以下に
記す。

本発明の光メモリ装置は、それぞれが電極を存する一対
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ＮＶＬと、前記した電界の向きによ
り配向が決められる液晶、例えばＳｍＣ”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）さらにその電極上に配向処理層を有する。

本発明では、この光メモリ装置に対する光ビームの入射
光の経路は、レーザ光源より第１の偏光板を経てオート
・トラッキング装置、対抗基板、対抗電極、ＮＶＬ　、
液晶、配向処理層、電極、基板、第２の偏光板を経てフ
ォトセンサに至る。

そして液晶の位相と２つの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、光照射ビーム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
、ｒｌＪの判定が可能となる。

記憶の「書消し」はこのＬＣに正または負のＥｃより十
分大きい所定の電圧をこのディスクメモリの全面に一対
の電極間に加えることにより実施する。

また所定の番地の「書き込み」はディスクメモリの所定
の記録用トラック上に対し、電気的に臨界電圧よりも小
さい書き込みが行われない書き消しとは逆方向の電圧即
ちＥｃより小さい電圧を印加する。さらに加えて同時に
液晶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。すると熱または光エネルギが供給された番地の
みは液晶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。

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
消しを操り返し行うことができる。

「作用」 かくすることにより、 （１）偏向板をフォトセンサ部および入射光側に配設し
、ディスクメモリ上に密接して配設しなくてよい。

（２）不揮発性メモリとして液晶とＮＶＬとの複合構造
を用いるため、メモリの「書き込み」が高スピード（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。

（３）液晶の使用材料が特殊な希少元素材料を用いるこ
とな（かつ部品点数が少ないため安価になり得る。

（４）液晶とＮＶＬとの複合構造を用いるため不揮発性
であり、臨界電界をより明確にし得る。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。

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。

光メモリディスク（１０）は円板状を有し、その縦断面
図が示されている。一対の対抗する基板（３）及び基板
（３°）を存する。基板（３”）及び対抗基板（３）は
ともに透光性である。さらにその一対の基板の内側には
一対の透光性電極（４）　、　（４°）を有する。さら
にその少な（とも一方例えば図面では対抗電極（４）上
にＮＶＬ　（５）を設ける。

そしてこの第１図における光デイスクメモリの部分の拡
大図を第２図に斜視図で示す。

縦断面図において、一方の対抗基板（３）はその内側の
面を凹凸を有する。そしてこの表面上には透明の対抗電
極（４）　、　ＮＶＬ　（５）を有する。他方の基板（
３”）の内側表面は平坦であり、この内側表面には電極
（４）、配向膜（７）を有する。そして配向膜（７）と
ＮＶＬ（５）との間には液晶（６）が充填されている。

この一方の対抗基板（３）の内表面において記録用トラ
ック（２７）と案内トラック（２６）とを有する。

その結果、記録用トラックでの液晶の厚さく２８）は案
内用トラックでの液晶の厚さく２９）より薄（する。

そのため同じ電圧でも記録用トランクの液晶を選択的に
書き込みしやすい。第１図における書き換え用レーザ光
（２２）、　読み出し用レーザ光（１６）は、記録用ト
ラック上のみをオートフォーカス・サーボ機構（２１）
　、　（１１）により焦点を合わせると同時に走査を行
うことができる。そして案内用トラック（２６）により
レーザビーム（１６）　、　（２２）がずれても公知の
フォーカス・サーボ機構によりもとにもどすことができ
る。

本発明は、この凸部表面を有する側にＮＶＬを有し、こ
こに対しまたはこの近傍のＬＣに対し光ビームまたは熱
ビームを集光して照射する。

するとこのＩＪＶＬにより規定されたＬＣの配向を初期
の第１の配向より異なる第２の配向に変えることができ
る。

さらにこの記録用トラックのみを拡大して示した実施例
の縦断面図を第３図に示す。

第３図（Ａ）において、ＮＶＬとしてここでは対抗電極
（４）上に強誘電体薄膜（以下ＦＥという）とこの上側
に導体または半導体のクラスタ（島状にそれぞれが電気
的にＮ離（フローティング）している塊が群を有して散
在している）を設けた。このクラスタは読み出し用のレ
ーザ光（１６）に対し透光性であることが好ましく、例
えば酸化インジュームスズ、酸化亜鉛、酸化スズ、酸化
アンチモン、非晶質シリコン、アモルファス５ｉＸＣ＋
−ｘ　（０＜Ｘ≦１）。

５ｉＪａ−ｘ　（０，５＜　Ｘ＜４）を用い得る。

またこのＦＥとしてビニリデンフロライド（ＣＨ２ＣＦ
２）（Ｖ叶という）とテトラフロロエチレン（ＣＦ２Ｃ
Ｆ、）とを混合して得られる共重合体を用いた。これを
１０重量％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。スピンコード後、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ることに
より、１００〜５０００人例えば１０００人ときわめて
薄く形成できる。他方の電極（４゛）上に、同様のＦＥ
であっても、他のＦＥ例えばビニリデンクロライド（Ｃ
ＨｚＣＣｌｚ）　（ＶＤＣＩ）　、またＶＤＦとトリフ
ロロエチレン（ＴｒＦＩＥｚ）との共重合体を用いても
よい。ここでは他方の電極（４”）上にはナイロン薄膜
（７）を形成し、こ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（３）、（３°）を所定の間
隔離間し、そのＮＶＬ　（５）と配向処理膜（７）との
間に液晶（５）が充填される。

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８７またはＢ８とのブレンド液晶を充填した
。これ以外でもＤＯＢＡｌｌ［ＩＣ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、Ｇｏｏ
ｄｂｙらによりＦｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃｓ　Ｓｗｉ
ｔｃｈｉｎｇ　ｉｎ　ｔｈｅ　Ｔｉｔｌｅｄ　Ｓｍｅｃ
−ｔｉｃ　Ｐｈａｓｅ　ｏｆ　　Ｒ−Ｃ−３−４−ｎ−
Ｈｅｘｙｌｏｘｙｄｅｎｚｙｌｉｄｅｎｅ４’　−Ａｍ
’　ｎｏ−（２−ＣｈＩｏｒｏｐｒｏｐｙｌ）（ｉｎｎ
ａｍａ　ｔｅ　（ＨＯＢＡＣＰＣ）。

特開昭５９−９８０５１．特開昭５９−１１８７４４を
用いてもよい。

この光メモリディスク（１０）は、周辺を液晶が大気に
触れないように、第１図に示す如く封止（３０）。

（３０°）されている。この光メモリディスクは（１０
）の中心部には一対の電極（４）　、　（４”）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、ジグ（１４）と補助ジグ（１４’）とによ
りディスクを固定する際端子（３１）、　（３１’）と
電気的に連結させる。さらにこのジグは記憶の書き込み
（１０１）、書消しく１０２）の際その信号源（２５）
より導出したリード（１３）　、　（１３′）と接続さ
れている。

光ディスク（１０）のコンタクト（３２）　、　（３２
”）は光ディスク（１０）を回転させる駆動系（１５）
のジグ（１４）に補助ジグ（１４°）により密着させる
際に同時に行われ、コンタクト部でのしゅう動はない。

このためディスクのコンタクト部（３２）　、　（３２
°）の信頼性の低下を防ぐことができる。

例えばチルト角が約２２．５°のものを用いた。この場
合「書き消し」はディスクメモリ全体を一１５Ｖ印加し
、チルト角を約−２２，５°としてすべての番地を０”
とする。他方「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）、例えば＋２ｖを加える。更に書き込みを行
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て徐冷がなされた際、正の電圧
により確定された方向のチルト角を＋１７．５〜＋２７
．５　　’にさせることができる。

第４図は一対の電極間に電圧が印加された場合の透過率
の変化を（Ａ）に示す。また、この臨界電圧（Ｅｃ）と
この液晶およびＮＶＣの温度との関係を示す。高温にな
るとＥｃが小さくなり、室温付近において２ｖではＥｃ
より十分低いものが８０℃以上ではＥｃより大きくなる
ことがわかる。

書き込み用のレーザ光程度の波長が１〜３μを有する赤
外線を加えると、この光の大部分を液晶が吸収する。ま
たＮＶＬに捕獲された電荷の放出には＾ｒレーザ等の短
波長光のレーザ光が好ましい。

すると、この先エネルギにより実施例り、２．３．４に
示す捕獲された電荷を絶縁物のバリアをこえて励起し放
出または注入させることができる。

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（臨界電圧
より小さい電圧）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。

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）よりの光ビームは偏光板（
８）、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、ディスクメモリ（１０）に光（１
６）を入射させる。さらにこのディスクメモリより光が
（１６′）として透過し、第２の位置補正、光学系（１
１”）、第２の偏光板（８゛）を経て受光センサ（９）
に至る。

実施例２ この実施例は第１図、第２図の光メモリ装置を用いる。

特にこのうち記録用トラックに関し第３図（Ｂ）の構造
を用いた。即ち、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（３）、（３’）例えばアクリル樹脂またはコーニ
ング７０５９ガラス基板を用いた。この基板上に電極と
して透光性導電膜（４）。

（４”）を形成する。そしてこの一対の電極（４°）、
対抗電極（４）の内側の少なくとも一方にＮＶＬ　（５
）を設ける。このＮＶＬ（５）は窒化珪素膜（５−１）
（平均厚さ５０〜１５０　人）、シリコン半導体の膜（
５−２）　（平均厚さ３００〜１０００人、窒化珪素膜
（５０〜１０００人）　（５−３）より構成させている
。このシリコン半導体の膜は読み出し用のレーザ光（波
長７００〜９００ｎｍ）に対しては透光性を有し、かつ
正または負の電荷捕獲中心として作用する。さらに電極
（４“）に対してはナイロン薄膜を形成し、ラビング処
理を行った。この後この間に実施例１と同様の液晶を充
填した。

実施例３ 第３図（Ｃ）は第３図（Ｂ）を変形した実施例である。

第３図（Ｂ）はＮＶＬが窒化珪素（５−１）　、　（５
−３）と半導体のクラスタ（５−２）とによりなる。ま
た他の電極（４゛）上には窒化珪素膜（７−１）と有機
膜（７−２’）とよりなり、この有機膜上面にラビング
処理を施した。この場合、液晶は実施例１と同様のＦＬ
Ｃを充填した。そして「書き消し」としてクラスタ（５
−２）に正または負の電荷を注入捕獲させて成就する。

また「書き込み」は室温において臨界電界より低い書き
消しとは逆向きの電界を印加する。そしてさらに熱また
は光のビームを照射することにより、記録用トラックの
所定の番地のクラスタに逆極性の電荷を注入・捕獲せし
め「無」とすれば、書き消しとは逆の透過または非透過
を決定できる。

その他は実施例２と同じである。

実施例４ この実施例は、第３図（０）にその縦断面図を示す。一
方の電極（４）上にはシリコンが過剰に添加された窒化
珪素膜（５）を有する。この窒化珪素膜（ＳｉＪｔ−ｘ
　Ｏ，５＜Ｘ＜４）はシリコンの不対結合手を多量に有
し、これをＮＶＬとして作用させることができる。また
他方の電極（４゛）上には誘電体膜（５”−２）と透光
性の電荷捕獲層（５’−１）を設けた。即ち一対の電極
の双方上にＮＶＬを設けた例である。この他は実施例１
と同様である。

「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。

そして記録トラックと案内トランクとを設け、この記録
トラックを読み出し用のレーザ光また書き込み用レーザ
光を照射することにより隣の内側または外側のトランク
への読み出し、書き込みの際の飛びを除去することがで
きた。

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、他の方式としてこれらをハ
ーフミラ−を用い同じ光源とし得る。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跡設計が面倒になる
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。しかしディスクメモリのすべてに２枚の偏光板を設
けるため製造コスト上昇に繋がる欠点を有する。

さらに本発明は、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用いて
もよい。

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図は記録用トランクの拡大した縦断面図を示す。 第４図（＾）は強誘電性液晶のヒステリシス特性、（Ｂ
）は臨界電界と液晶の温度との関係を示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、一対の基板の内側に互いに電極を有し、該電極間に
   電界の向きにより配向が規定される液晶が充填され、一
   方または双方の前記電極上に前記液晶の不揮発性の配向
   を規定する手段を有する液晶装置において、前記手段に
   より第１の向きとは逆の向きとなるべき臨界電圧よりも
   低い電圧を前記一対の電極に印加するとともに、前記電
   圧が臨界電圧よりも大きい電圧となる前記熱または光エ
   ネルギを前記液晶に供給することにより記録の書き込み
   を行うことを特徴とする光メモリ装置の記録方式。 ２、特許請求の範囲第１項において、熱または光エネル
   ギはビーム状を有し、不揮発性の配 向を規定する手段またはその近傍の液晶に選択的に照射
   されることを特徴とする光メモリ装置の記録方式。 ３、特許請求の範囲第１項において、液晶装置はディス
   ク構造を有することを特徴とする光メモリ装置の記録方
   式。