JPS62285245A - 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】 ３、発明の詳細な説明 「発明の利用分野」 この発明は、電界の向きでスイッチングが行われる液晶
、例えば強誘電性液晶（以下ＦＬＣという）を用いた液
晶装置であって、電気的または光学的に書き換え可能で
あり、メモリ情報の読み出しには光学的な非破壊読み出
しを行う光メモリ装置、特に好ましくは反射型の光デイ
スクメモリ装置を捷案するにある。

「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。

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
いた方法は光の強度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「液晶を用
いた光デイスク装置」（昭和６１年３月３１日出願）特
願昭６１−７３７４３がある。

かかる問題を解決するため、この出願は一対の電極を有
する面を内側にして対向させて形成された液晶装置の電
極間にフローティング電荷捕獲中心層（以下ＦＴＬとい
う）を介在せしめる。特に電荷捕獲中心層（以下ＴＬと
いう）を一方又は双方の電極上に第１の誘電体膜を介し
て設け、このＴＬを電気的にそれぞれの電極より分離（
フローティング）した構造に設け、そしてこのＴＬを他
の第２の誘電体膜で覆い液晶からもフローティングと甘
しめてフローティング電荷捕獲中心層（フローティング
ＴＬまたはＦＴＬ　という）を設ける。特にこのＦＴＬ
と充填された液晶とは互いに直接接しないように第２の
誘電体膜により離間している。このＦＴＬは通常の使用
状態（情報の読み出し状態）では不揮発性メモリ作用を
有するものである。

このＦＴＬに所定の電界で注入し捕獲させ保持されてい
る電荷の種類に従って、それと離間して設けられたＦＬ
Ｃの向きが決められ、結果として２つの光学的状態が決
められる。かくして例えばＦＴＬが１層の場合（一方の
光の入射光側の電極側のみに作られた場合）、そのＦＴ
Ｌに正の電荷が捕獲され保持し続けられると外部電界の
印加を中止した後であっても、このｌ’ＴＬに捕獲、保
持され続けている正の電荷によりＦＬＣの負極性側がこ
のＦＴＬＯ方を向き、結果として、系としては、例えば
このパネルに対し光は「非透過」となる。また逆に、こ
のＦＴＬに負の電荷が捕獲され保持し続けると、ＦＬＣ
の負極性側が電界の印加を中止しても反発することにな
り、逆に「透過Ｊとすることができる。

この透過、非透過のそれぞれの状態はＦＴＬに正または
負の電荷が捕獲されている限り不揮発性を存する。

またこの出願においては、正または負の電荷を平等に捕
獲させ得るため、読み出し光に対してはその透光性を妨
げない半導体材料を主成分とするクラスタまたは薄膜状
の層によりＴＬを構成させることが好ましい。または電
荷をトラ、プする半導体の不対結合手を有する層であっ
てもよい。これらのＦＴＬの存在により、このＦＴＬを
まったく有さない場合に比べて７００〜９００ｎ＋ｎの
光が３０％以上の減衰をしない程度に透光性を存するこ
とが重要である。そのため、このＴＬを構成するクラス
タまたは膜はその平均膜厚が２０００人またはそれ以下
を一般には用いる。

即ち記録情報の読み出しに用いられる光は６７０〜９０
０ｎａ＋であり、一般には７７０〜８２０ｎｍの波長が
用いられる。このためこの読み出し用の半導体レーザ光
を十分透過する光学的Ｅｇをもつ材料がＦＴＬを構成さ
せるために用いられる。また他方、メモリの書き込みを
行う５００ｎｍ以下の波長例えば４００〜５００ｎｍに
対しては照射される光が十分このＴＬまたはＦＴＬで吸
収され、ＴＬを捕獲されている電荷を励起することが必
要である。

この発明の光デイスクメモリ装置のメモリ部のみを拡大
して示した構成の１つの縦断面図を第１図に示す。

図面において透光性基板の（３）の内側に第１の透光性
電極（４）と有する。他方、反射性導電性基板（３゛）
よりなる第２の電極（４°）とを有する。

液晶材料としては電界の向きでスイッチングを行う液晶
のすべての種類を用いることができる。

さらに他方の光の入射光側の電極の一方（例えば（４）
）上（図面では下向きであるが、形成してゆく順序に従
って以下上側と表記する）には第１の誘電体薄膜（５−
１）と几（５−２）　（ここではシリコン半導体をクラ
スタ状に形成した場合を示す）と第２の誘電体膜（５−
３）とを有し、ＦＴＬ　（５）を構成している。

さらに電気的な等価回路により本発明のＣＣＦＬＣ（Ｃ
ｈａｒｇｅ　Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ　Ｆｅｒｒｏｅｌｅ
ｃｔｒｉｃ　Ｌｉｑｕｉｄ　Ｃｒｙｓ−ｔａｌ）の原理
を示す。即ち、電極（４）、誘電体膜（５−１）。

ＴＬ（５−２）により１つのキャパシタを等価的に構成
している。このＴＬ（５−２）と他の電極（４゛）との
間には第２の誘電体膜（５−３）　、液晶（６）、配向
処理層（７）とが設けられ、等価的に他のキャパシタを
構成している。液晶の配向処理層（膜）（７）は、基板
（３°）の液晶（６）と接する側に設けられている。

この第１図に示されている縦断面の電気的等価回路を第
２図に示す。

この際のＦＬＣ（６）等を電気的等価回路としてＧ２（
コンダクタンス）、Ｃｚ（キャパシタ）で示す。又誘電
体薄膜（５−１）を等価回路としてＣ，（コンダクタン
ス）、Ｃ１（キャパシタンス）で示す。その境界には、
電荷捕獲中心層（ＴＬ）　（５−２）またはこれらに起
因する半導体の不対結合手が捕獲及び放出し得る中心を
もつ電荷電荷捕獲中心層（ＴＬ）　（５−２）として設
けられている。この両端子（４）　、　（４°）間にｖ
ｏの電圧を印加した時、Ｃ，、Ｇ、に加わる電圧Ｖｌ＋
電荷Ｑ１とし、Ｃ２，ＧＺに加わる電圧をＶ２＋　電荷
Ｑ２とすると、 Ｖ（１＝　Ｖ　１　”　Ｖｚ で１＝０において分圧される。

そしてこの几には、この分圧に従ってコンダクタンス（
Ｇｌ）、（Ｇ２）より電流が注入される。

この注入される電流は互いに逆向きになり、その差によ
りｔ秒後にＱの電荷が蓄積される。

その結果、几に１秒後に蓄積されるＱは次式でまた上式
よりｖ２を求める。即ち、 Ｑ”Ｑｚ　　Ｑ＋ ａｚ＝ｃｚｖｚ＝　Ｑ　＋Ｑ。

Ｃ２Ｖ２＝Ｑ＋ＣＩ（ＶＯ−Ｖｚ） この式において、第１の誘電体膜（Ｇ１）は平均厚さが
２０〜１００　人を有し、第２の誘電体膜は３００〜１
０００人の厚さを有する。即ち、第２の誘電体膜、液晶
、配向処理層の直列した成分のコンダクタンスＧ２はＧ
、に比べ十分小さいコンダクタンスを有する。又Ｃ１は
Ｃ２に比べて十分大きい。即ち（：　１　＞　）Ｃｚ　
＋Ｇ　、　＞＞Ｇ　２において で与えられる。さらに、 Ｖ＋＝Ｖｏ　　Ｖｚ で与えられる。

即ちｔが十分長い場合、ｖ２は速やかに飽和し、その値
は ｖ、　＝Ｏ Ｖ、＝Ｖ０ で与えられ、すべての電位が液晶即ちＣ２（第１図では
第２の誘電体膜（５−３）　、液晶（６）、配向膜（７
）のすべてを意味する）の両端に印加されることになる
。そしてＴＬに所定の種類および量の電荷が蓄積される
ことになる。

この液晶に与えられる電位はＴＬに捕獲された電荷Ｑに
より作られたものであるため、ｖｏの外部からの印加電
圧を除去しても残存し、液晶がこの捕獲されている電荷
量に従って所定の向きが保持され、液晶が透過または非
透過の状態を不揮発に保持し得る。その結果、強誘電性
液晶の如く、液晶それ自体に十分なＥｃがなくても、Ｆ
ＴＬに蓄積される電荷により実質的に決定されるＥｃを
可変制御することにより、この電荷Ｑに従って液晶が従
属的に従い、見掛は上液晶が明確なＥｃを有するように
させることができる。

以上の結果より、この出願は液晶と直列にＦＴＬを存在
せしめ、このＦＴＬに注入捕獲された電荷の種類に従っ
て液晶の反転、非反転を決定することをその思想として
いる。

従来より公知の２つの面により安定化して配向せしめる
５ＳＦＬＣ（Ｓｕｒｆａｃｅ　５ｔａｂｉｌｉｚｅｄ　
ＦＬＣ）の思想とはまったく異なる。即ちＦＬＣの第１
　（例えば透過）および第２　（例えば非透過）の向き
を決めるのはこのＦＬＣに密接した一対の面ではなく、
この面より離間して設けられたＦＴＬに捕獲された正又
は負の電荷である。即ちこの発明はＣＣＦＬＣ（Ｃｈａ
ｒｇｅｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ　ＦＬＣ）であり、５ＳＦ
ＬＣの概念とは根本的に異なることがわかる。

この発明で用いる誘電体薄膜としては、光ＣＶＤ法（光
励起型気相法）により形成される。その結果ＴＬはＳｉ
ｎＨｚｎ−ｚ（ｎ≧２）の分解よりなる珪素、または誘
電体膜はＳｉｎＨｚｎ−ｚ（ｎ≧２）とＮＨ，との反応
により形成される窒化珪素がその代表例である。その他
ＴＬとしては、ＳｉｘＣｔ−ｉ＋　（０＜Ｘ４）、Ｓｉ
３Ｎ４−ｘ　（０＜Ｘ＜４）＋ＳｉＯｚ−ｘ（０＜Ｘ＜
２）、ＳｉｘＧｅ、−Ｋ（０＜Ｘ＜１）を用い得る。

また誘電体膜としては窒化珪素、酸化タンタル、窒化ア
ルミニューム、窒化珪素、炭化珪素等ＴＬを構成する材
料の電気抵抗に比べて十分大きい電気抵抗を有する材料
を用い得る。

そのため、これらＦＴＬを形成する基板は高温に耐える
必要があるため、いわゆる硝子基板を用いなければなら
なかった。

よって、光ディスクとしては欠点であるが重量が増加し
てしまい回転むらの発生の原因となっていた。

本発明はこの点を改良したものであり、その為少なくと
も一方の基板として化学強化硝子を用いたものである。

以下に実施例に従って本発明を説明する。

実施例１ 第３図は本発明構成の光メモリ装置のメモリ部の縦断面
図である。この第３図の構成を第４図の装置に配設する
には上下をさかさとし、光の入射光（１６）　、　（２
６）を透光性電極（３）側とする。

図面において、反射型の導体基板（３°）および透光性
の化学強化のガラス基板（３）を用いる。その一方の反
射性の導体基板（３゛）は凹凸を有する。即ち例えばア
ルミニュームまたはその合金の反射率の大きい基板（３
°）に選択的に記録用トラック（２７）の領域のみ残存
させ、凹凸を有せしめる。か（して、一方は凹部（案内
用トラック＞　　（２６）と凸部記録用トラック（２７
）とを有せしめた基板（３”）とする。

他方の基板（３）は平板とし、厚さは０．７〜０．２ｍ
ｍ好ましくは０，３ｎｉとした。基板（３）上に透明導
電膜よりなる電極（４−１）を例えば酸化インジェーム
・スズにより形成した。さらにブロッキング層（４−２
）を約１００人の厚さにシリコン半導体をシラン（Ｓｉ
ｎＨ，、や２ｎ≧２）を用いたプラズマＣＶＤ法により
形成して電極（４）とした。この一方の上面にＦＴＬ　
（５）を作る。即ち電極（４）の上面に第１の誘電体薄
膜（５−１）　、例えば窒化珪素（５−２）を形成する
。誘電体薄膜としての窒化珪素は光ＣＶＯ法により作成
した。そして基板及び電極上を覆って３５０℃に加熱し
、シラン（ＳｉｎＨｚｎ＋ｚ　ｎ　≧２）とアンモニア
（Ｎｉｌ。

）とを、Ｎ）１ｓ／Ｓｉ）Ｉ＜≧５０の混合比で混合し
、１Ｑｔｏｒｒの反応圧力にしだ後１８５ｎ１１１の波
長の光を含む紫外光を照射し窒化珪素膜を形成する。そ
して第１の誘電体膜（５−１）は、１０〜２００人例え
ば１００人の平均厚さの窒化珪素被膜とした。　さらに
この上面に非単結晶半導体、ここではシリコン半導体よ
りなるクラスタ状（平均厚さ２０〜２００人）または膜
状（平均厚さ１００〜２０００人）のＴＬ（５−２）を
形成した。即ち、窒化珪素膜を形成した後、この反応系
を十分真空引きをし、この後、ジシランのみを導入する
。そして公知の光ＣＶＯ法を用い非単結晶珪素を平均的
な厚さで２００人に形成した。さらにこの上に第２の誘
電体膜を光ＣＶＤ法またはプラズマＣＶＯ法により窒化
珪素膜を平均厚さ３００〜２０００人例えば７００人の
厚さに半導体のＴＬ（５−２）を覆って形成した。

このシリコン半導体（５−２）は光学的バンド巾（Ｅｇ
）として１．５（水素が添加されていない場合）〜１．
７ｅＶ（水素が添加されている場合）を有し、７６０ｎ
ｍ以上の波長の光に対しては透光性である。

かかる時、ＴＬの平均膜厚が２０〜２００人においては
、一般に薄膜構造を構成せず、島状境部ちクラスタを構
成する。この平均膜厚が１００〜２０００人においては
薄膜状に形成させることもできる。また反応容器の圧力
により平均厚さが１００〜２００人ではクラスタと薄膜
とが混合する状態もある。

このクラスタは平均直径が１０人〜１μ程度の島状を有
するものであり、１つのメモリビットと隣のメモリビッ
トとが電気的に第１の誘電体膜（５−１）の電気抵抗と
同程度またはそれ以上の抵抗性を有する限りにおいてク
ロストークをしない。即ちこの限りにおいて薄膜を形成
し得る。

さらに図面ではこのクラスタを覆って他の第２の誘電体
膜（５−３）を７００人の厚さに形成した。かくしてＦ
ＴＬ　（５）を構成せしめ得、下側の電極（４）および
液晶（６）より電気的に完全に浮いた状態とさせた。

また、他方の電極（４゛）上には同様に窒化珪素膜（７
−１）を３００人の平均膜厚に同様の方法にて形成した
。この窒化珪素膜はガラス、アルミニュ　ム合金等から
のナトリューム等の不純物の液晶内への混入を防ぐため
に有効であった。

さらにこの上面に有機物被膜（７−２）を形成し、これ
らにより配向処理層（７）を構成させた。例えば、本発
明においてはナイロン６をスピナで塗布し、１２０　’
Ｃ１３０分で乾燥して形成した。この上面に対してこの
ディスクを回転させてラビング処理を施し、配向処理層
（７）とした。

次にこの配向処理膜が形成された一対の基板の周辺部を
互いに封止（図示せず）し、公知の方法にてＦＬＣを充
填した。このＦＬＣは、例えばエステル系とビフェニル
系との１：１のブレンド品を用いた。そしてここにアン
トラキノン系又はアゾ系の２色性色素を添加した。

かかるセルの上下一対の電極間に±３０Ｖの電圧を加え
た。するとこの電界が加わっても画素はシランカップリ
ング材のみを用いた従来の方法では見られないきわめて
きれいなＥｃを実質的に有せしめることが可能となった
。

第４図（Ｂ）に、第４図（Ａ）に示されたような電気光
学測定系で測定した結果を示す。半導体レーザ（４１）
より出たレーザ光（４２）をポーラライザ（４３）を通
した後、サンプル（１０）に照射し、その光をアナライ
ザー（４４）を通した後、フォトマル（４５）でその光
の強さを電圧に変換し、オシロスコープ（４７）でモニ
ターした。この場合、ファンクションンエネレータ（４
６）によりサンプルに印加する電圧波形は±３０Ｖの三
角波であり、その周波数は１ｌｌｚとした。

たて軸はフォトマルの感度を示し、横軸は印加電圧を示
している。第４図と同様に約＋ＩＯＶ、　−１０νに明
確なＥｃ＋、Ｅｃ−が存在することがフォトマルの感度
より明らかである。

この第５図（Ｂ）より明らかな如く、室温で±３０■の
電圧を印加すると、曲線（４８）　、　（４９）が得ら
れる。そのため、Ｖ、の電圧を印加して曲線（４９）を
得ることにより、光メモリ装置の書き消し操作を実施す
ることができる。他方、このサンプル（１０）に対し４
８８ｎｍのアルゴンレーザ（４１’　）を照射し、同時
にサンプル（１０）に対し正の電圧をＶ−までの電圧（
即ち室温におけるＥｃ以下の電圧であって強光が照射さ
れた時には十分反転し得る範囲の電圧）を印加すると曲
線（４８’）が得られる。即ち強光（４１’）を照射し
た番地のみが選択的に透過となり、ディスクの他の部分
は非透過の初期の状態を保持することが可能となる。か
かる書き込み操作により曲線（４８’）が得られる。他
方、書き消し操作により曲線（４９）が得られる。この
操作は何回も繰り返し実施することが可能となる。

第６図は本発明に用いたＦＴＬを有する光メモリ装置の
波長に対する光の透過率の特性である。液晶、ＦＴＬを
まったく用いないガラス板の透過率を曲線（５０）に示
す。他方、ＦＴＬが水素が添加されたアモルファスシリ
コンにおいては曲線（５１）が得られる。またＳｉｘＧ
ｅ＋−ｘ（０＜Ｘ＜１）例えばｘ　＝０．８においては
曲線（５２）が得られる。これらより読み出しには領域
（５４）を用いることにより十分透光性を有せしめ得、
また書き込みは領域（５３）を用いることにより照射光
を十分ＦＴＬに吸収させることができることがわかる。

さらにこのＦＴＬを光照射面側に配設することにより、
この強光がＦＴＬに吸収されＦＴＬは残りの光しか吸収
されないためＦＴＬ自体が劣化する可能正をも防ぐこと
ができることがわかる。

「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。

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」の光の強度が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かできる
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。

さらに本発明の実施例においては、光の読み出しは透光
す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、光デイスクメモリ装置として
は反射光の大小を比較してそのｒｏ」、ｒｔ」を判別し
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。

また基板は薄く、耐衝撃性のある化学強化硝子基板を用
いたため重量が軽くなり、高速回転する光デイスクメモ
リーでは慣性力を小さくおさえることができた。

また衝撃にも強いため、手荒く扱っても破…することは
ない。

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。

本発明は以上に示す如く、一方または双方の電極の内側
に第１および第２の誘電体薄膜を設け、該膜の間には該
膜より１００倍以上の導電性を持つ几を設けた。そして
このＦＴＬに蓄禎された電荷の種類に従ってより一層正
および負のＥｃの明確な；夜晶メモリ装置を得ることが
できた。

この液晶装置は単に光デイスクメモリのみならずあらゆ
る光メモリ装置（読み出しを光で行うメモリ装置）に対
しても適用でき、スメクヂノク液晶の光学的異方性の適
用可能な製品に適用できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の液晶装置の縦断面図である。 第２図は第１図の装置の等価回路図を示す。 第３図は本発明の液晶装置の縦断面図である。 第４図は本発明の光デイスクメモリ装置の概要を示す。 第５図、第６図は本発明により得られる光メモリ装置の
特性の一例を示す。 ３・・・化学強化硝子基板 ５・・・ＦＴＬ ６・・・液晶 ７・・・配向処理層

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、少なくとも一方が化学強化硝子よりなる透光性基板
   の内側に設けられた第１の電極と反射性の第２の電極ま
   たは反射性導電性基板よりなる第２の電極との一方また
   は双方にフローティング電荷捕獲中心層を設け、一方の
   前記フローティング電荷捕獲中心層と他方のフローティ
   ング電荷捕獲中心層または前記電極との間に染料が添加
   された液晶が充填して設けられたことを特徴とする液晶
   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、フローティング電
   荷捕獲中心層は電気的に電極および液晶からそれぞれ第
   １の誘電体膜および第２の誘電体膜とにより分離された
   半導電性を有するクラスタまたは薄膜状の層、または半
   導体の不対結合手を有する電荷捕獲中心層よりなること
   を特徴とする液晶を用いた光メモリ装置。 ３、特許請求の範囲第２項において、クラスタまたは薄
   膜状の電荷捕獲中心層は珪素または水素またはハロゲン
   元素が添加されたＳｉ＿ＸＧｅ＿１＿−＿Ｘ（０≦Ｘ≦
   １）、Ｓｉ＿ＸＣ＿１＿−＿Ｘ（０＜Ｘ≦１）、Ｓｉ＿
   ３Ｎ＿４＿−＿Ｘ（０＜Ｘ≦４）よりなることを特徴と
   する液晶を用いた光メモリ装置。 ４、特許請求の範囲第２項において、第１および第２の
   誘電体膜は窒化珪素膜、酸化珪素膜、炭化珪素膜または
   それらの多層膜よりなることを特徴とする液晶を用いた
   光メモリ装置。 ５、特許請求の範囲第１項において、電極とフローティ
   ング電荷捕獲中心層との間には珪素または珪素を主成分
   とするブロッキング層が設けられたことを特徴とする液
   晶を用いた光メモリ装置。 ６、特許請求の範囲第１項において、前記使用する化学
   強化硝子の厚みは０．２〜０．７ｍｍであることを特徴
   とする光メモリ装置。