DE3147472A1

DE3147472A1 - Informationsspeichereinrichtung

Info

Publication number: DE3147472A1
Application number: DE19813147472
Authority: DE
Inventors: Henryk 94303 Palo Alto Calif. Birecki; jun. Robert A. 95070 Saratoga Calif. Burmeister; Frederic J. Kahn
Original assignee: Hewlett Packard Co
Current assignee: HP Inc
Priority date: 1981-01-02
Filing date: 1981-12-01
Publication date: 1982-08-05
Also published as: JPH045052Y2; SG99485G; HK20886A; JPH0226119U; GB2090673B; GB2090673A; US4405993A

Description

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Int. Az.: Case 1474 25. November 1981

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INFORMATIONSSPEICHEREINRICHTUNG

Die Erfindung betrifft eine Informationsspeichereinrichtung, welche insbesondere für Computersysteme geeignet ist.

In den letzten Jahren wurden bei Computern erhebliche Fortschritte bezüglich der Geschwindigkeit, Miniaturisierung und Kostenersparnis erzielt. Es wurden erhebliche Anstrengungen unternommen, um Informationsspeicher- und Zugriffssysteme zu entwickeln, welche kostengünstig und immer noch kompatibel mit den hohen Geschwindigkeiten der neuen Computersysteme arbeiten. Diese Anstrengungen waren zu einem erheblichen Teil gerichtet auf die Entwicklung von optischen Plattenspeichereinrichtungen wegen deren kurzer Schreibzeit (mehr als 1 MBit pro Sekunde) deren schneller Zugriffszeit (weniger als 0,1 s), deren hoher Speicherdichte (mehr als 10° Bits pro 6 cm²), und deren niedriger Kosten (ca. 2 · 10 Pfennig pro Bit), vgl. Kenney, et al., IEEE Spectrum, Seiten 33 bis 38, Februar 1979. Bis heute wurden verschiedene Arten von Materialien für optische Platten entwickelt, jedoch haben diese meistens den Nachteil, daß die Information dauerhaft gespeichert wird und nicht editiert oder gelöscht werden kann, vgl. R. A,. Bartolini et al, IEEE Spectrum, Seiten 20 bis 28, August 1978.

Materialien, die Ausnahmen von dieser allgemeinen Regel bilden, fallen in die folgenden Gruppen: gewisse Thermoplaste , photochromatische Materialien, Chalkogenide, magnetooptische Materialien, photoferroelektrische Materialien, photo!eitfähige/ elektrooptische Materialien und elektrooptische Materialien. Jede dieser Gruppen von Materialien hat erhebliche Nachteile. Beispielsweise erfordern die Thermoplaste wie Polyvinylkarbozol/

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Polystyren eine Vorbeiichtungs-Koronaladung. Zusätzlich verwenden sie eine Art der Oberflächenspeicherung mit einem relativ niedrigen Kontrastverhältnis, einer langen Löschzeit, Schwierigkeiten beim lokalen Löschen, und einer kurzen Lebensdauer vonungefähr 100 Zyklen. Photochromatische Materialien wie beispielsweise Spiropyran erfordern typischerweise blaues oder ultraviolettes Licht zum Schreiben und/oder Löschen und sind daher nicht mit den herkömmlichen Halbleiterlasern kompatibel. Außerdem zeigen die meisten rihotochromatisehen Materialien Ermüdungserscheinungen, welche deren Lebensdauer wesentlich begrenzen, und die gespeicherten Daten neigen dazu, schon nach einigen Minuten zu verschwinden. Chalkogenide, wie TeAsGe haben nur eine Lebensdauer von etwa zehn Zyklen und weisen ein relativ niedriges Kontrastverhältnis für löschbare Medien auf. Magnetooptische Materialien, beispielsweise Eisengranate der seltenen Erden erfordern üblicherweise ein größeres Magnetfeld. Materialien mit den größten magnetooptischen Wirkungen (Granate) erfordern eine MikroMusterung, um eine hohe Speicherdichte zu erlangen und haben hohe optische Einführverluste. Photoferroelektrische Materialien, beispielsweise Bi/rioO.,,, erfordern Einzel kristalle, welche in großen Flächen schwierig herzustellen sind. Großflächige photoferroelektrische Materialien können als Keramikkörper hergestellt werden, leiden dann jedoch unter Materialermüdung. Photoleitfähige/ elektrooptische Materialien, beispielsweise Bi.„SiO_?n, haben begrenzte Datenspeicherzeiten in der Größenordnung von einigen Stunden und erfordern auch große Einzel kristalle. Elektrooptische Materialien, beispielsweise LiNbO₃, erfordern auch Einzel kristalle, und die gespeicherte Information wird während der Auslesung gelöscht, falls das Abbild nicht thermisch fixiert wird, wonach eine weitere thermische Behandlung zum Löschen erforderlich ist. Es ist bekannt, für bestimmte Anzeigegeräte Flüssigkristallmaterialien, insbesondere smektische Flüssigkristalle zu verwenden, und es wurden bereits stationäre Speichersysteme entwickelt, welche diese Medien zur Informationsspeicherung verwenden, vgl. US-PS 3 796 999

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sowie Dewey et al. SID 77 Digest, 108 (1977). Der Stand der Technik enthält keinen Hinweis auf die Entwicklung irgendwelcher Flüssigkristallanordnungen, die unter großen Beschleunigungen arbeiten können, um einen schnellen Zugang zu den Daten zu ermöglichen. Bei der Verwendung in einer Speicherplatte für Rechner wird ein Flüssigkristall mit mehr als 30 000 m/s² beschleunigt, und zwar in Abhängigkeit vom Plattendurchmesser und der gewünschten Datengeschwindigkeit. Die offensichtlich flußbedingten Probleme von Flüssigkeiten lassen es an sich ratsam erscheinen, Flüssigkristalle nicht in optischen Plattenspeichersystemen zu verwenden, bei denen große Drehgeschwindigkeiten erforderlich sind, um die gewünschten Daten-Eingangs/Ausgangsgeschwindigkeiten zu erreichen. In der Tat sind Drehgeschwindigkeiten über 10 000 UpM bei einigen Anwendungen wünschenswert.

Eine Möglichkeit der Informationsspeicherung in smektisehen Flüssigkristallen besteht darin, die Strahlung streuende Fehlstellen in dem Flüssigkristall zu erzeugen. In Anbetracht der speziellen physikalischen Eigenschaften von Fehlstellen in diesen Kristallen hat es des Anschein, daß smektische Flüssigkristalle in einem rotierenden System ernste Probleme bezüglich aer Informationsstabilität ergäben. Beispielsweise ist zu erwarten, daß die Kerne der Fehlstellen in smektisehen Flüssigkristallen sich strukturell der isotropen Phase nähern und daher eine meßbar kleinere Dichte haben als die smektische Phase (ungefähr 0,1%, vgl. S. Torza und P.E. Cladis Physical Review Letters, 32/25, 1406 (1974). Es ist daher eine beachtliche Bewegung der Defektste!!en oder sogar eine Zerstörung des Defektmusters im Flüssigkristall als Ergebnis der Zentrifugalkräfte zu erwarten, die bei höheren Winkelgeschwindigkeiten entwickelt werden. Auch ist eine Bewegung des Fluids während der Beschleunigungs- und Bremsphasen zu erwarten, wodurch jegliche Informa-

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tionsspeichernde Fehl stellensysteme zerstört würden.

Andere Untersuchungen der Struktur der Fehlstellen in homeotrop ausgerichteten smektischen Schichten haben gezeigt, daß die die Information tragenden Fehlstellen konische Kegel sind, welche polygonale Anordnungen bilden, die die Flüssigkristallzelle überspannen, vgl. CS. Rosenblatt, R. Pindak, N.A. Clark, R.B. Meyer, J. Physique 38(9), 1105 (1977). Es ist somit zu erwarten, daß solche Anordnungen zu einer Bewegung des Fluids neigen. Im übrigen hat andere Literatur gezeigt, daß Zellen-

erweiterungen in der Größenordnung von 100 A ausreichen, um die spontane Bildung von polygonalen fokalen konischen Fehl-Stellenbereichen hervorzurufen, vgl. N.A. Clark, Physical Review, A14, 1551, (1976). Bei solcher extremer Empfindlichkeit gegenüber Dehnungen ist zu erwarten, daß sich bei hohen Winkelgeschwindigkeiten solche polygonalen fokalen konischen Bereiche bilden und daß dadurch jegliches Informationsmuster zerstört wird, das in dem Flüssigkristall enthalten ist.

Aus allen diesen Gründen wurde durch den Stand der Technik die Verwendung von Flüssigkristall en in einem rotierenden Datenspeichersystem bisher nicht vorgeschlagen.

Der Erfindung liegt gegenüber diesem Stand der Technik die Aufgabe zugrunde, FlüssigkristaTlmaterialien in einem rotierenden Plattenspeichersystem derart einzusetzen, daß die gewünschte Informationsspeicherung erreicht wird.

Diese Aufgabe wird bei einem Plattenspeichersystem gemäß dem Oberbegriff gelöst gemäß dem Kennzeichen von Anspruch 1. Entsprechend bevorzugten Ausführungsformen ergibt die Erfindung ein optisches, löschbares, Flüssigkristall -Plattenspeichersystem. Das System umfaßt eine Speicherplatte, in welcher zwei Substrate angeordnet sind zur Drehung um eine Achse, welche das Flüssigkristallmedium, vorzugsweise ein smektisches

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M?-".erial, enthalten. Das Schreiben auf der Platte wird während der Jrehung erreicht, indem der Flüssigkristall lokal erhitzt wird mit einem pulsartigen optischen Strahl oder einer Anordnung von Strahlen, um die Strahlung streuende Fehlstellen zu erzeugen, die das gewünschte Bitmuster bilden.

Bei einigen bevorzugten AusfUhrungsformen werden auf den Substraten aufgebrachte Dünnfilme verwendet, um die geeigneten Bedingungen innerhalb des Flüssigkristallmediums zu schaffen, so daß der gewünschte kleine "Spot" oder die Fehlstelle entsteht, um in Verbindung mit dem optischen Strahl Löschfunktionen ausführen zu können.

Bei einem System gemäß der bevorzugten Ausführungsformen werden viele der Ziele erreicht, die vorher in Verbindung mit herkömmlichen löschbaren optischen Plattenspeichern beschrieben wurden.

Es wird ein lokal löschbares Plattenspeichersystem geschaffen, welches Spotdurchmesser von weniger als 1 μ erreicht und einen stabilen Abstand zwischen den Mittelpunkten der Spots von weniger als 3 μ erreicht. (Diesbezügliche Begrenzungen sind in dem Flüssigkristallsystem gegenwärtig nicht inhärent, sind aber eine Funktion der absorbierenden Materialien und der Strahlfokussierung.) Einzelne Datenbits können geschrieben und gelöscht werden mit Hilfe von Laserimpulsen in der Größenordnung von 50 ns bei Leistungspegeln, die erreicht werden bei Halbleiterdiodenlasern mit hohem Tastverhältnis. Ein Temperaturspeicherbereich von -10⁰C bis 40⁰C kann mit kommerziell erhältlichen Flüssigkristallmischungen leicht erreicht werden, und mit speziellen Mischungen kann ein wesentlich weiterer Bereich erreicht werden. Das System hat die Fähigkeit von Plattengrößen von bis zu 34 cm und mehr, obgleich bei diesen größeren Formaten Einrichtungen zur Strömungssteuerung, beispielsweise Nuten und innere Abstandselemente, erforderlich sein können. Im übrigen hat die Anordnung entgegen allen vorher erläuterten Erwartungen eine Langzeitstabilität des

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Spots in der Größenordnung von Jahren, sowohl im dynamischen als auch im statischen Betrieb.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen und mit Bezug auf die Zeichnungen erläutert. Es stellt dar:

Figur 1 perspektivisch ein optisches Flüssigkristall-Datenspeichersystem,

Figur 2 schematisch Querschnitte einer Flüssigkristall ze!Ie zur Erläuterung der verschiedenen Zustände des Flüssigkristallmediums,

Figur 3 einen Querschnitt einer bevorzugten Ausführungsform der Flüssi gkri stal1platte,

Figur 4 einen Querschnitt einer zweiten Ausführungsform der

FlüssigkristalIpIatte,

Figur 5 einen Querschnitt einer dritten Ausführungsform der FlüssigkristalIpIatte,

Figur 6 schematisch eine typische Ausführungsform des optischen Systems für die Lese/Schreib/Lösch-Funktionen eines opti sehen Flüssi gkri stal1-Speicherplattensystems.

Gemäß Figur 1 ist ein Flüssigkristall-Plattenspeicher (LCDM) 11 vorgesehen, der zur Rotation um eine zentrale Achse B angeordnet ist. Der Speicher 11 hat typischerweise einen Radius zwischen 2,5 cm und 17 cm und eine Dicke von 1 mm bis 13 mm. Vorzugsweise wird ein Flüssigkristal!medium im Speicher 11 verwendet, welches typischerweise bezüglich der Phase smektisch ist. Es sind ein Servomotor und ein Generator 21 vorgesehen, um den Speicher 11 mit einer konstanten Geschwindigkeit zu drehen und dem Speicher 11 geeignete Spannungen zuzuführen. Weiterhin sind ein bewegbares optisches System 41 und ein optischer übertrager 51 vorgesehen. Das optische System 41 wandelt elektrische Signale in optische Signale und umgekehrt und wird verwendet, um Daten in

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den Speicher 11 einzulesen und von diesem abzulesen. Das optische Sys te-■ 41 wird auch in Verbindung mit dem Generator 21 verwendet, um lokal den Speicher 11 zu löschen. Der optische Übertrager bewegt das optische System an die geeignete Stelle auf der Platte und wandert zwischen der Platte und einer Steuerungseinrichtung, beispielsweise einem nicht dargestellten digitalen Computer. Der Übertrager 51 wandert auch zwischen der Steuerungseinrichtung und dem optischen System 41. Mit dem Steuerungsgerät ist auch eine Lichtquelle 61, beispielsweise eine Leuchtdiode und ein:

Photodetektor 71 verbunden, um optisch den Generator 21 zu schalten, wenn Löschfunktionen ausgeführt werden sollen.

Das Verfahren zum Lesen, Schreiben und Löschen des Speichers ist an sich bekannt. Gemäß Figur 2a werden Ausgangsbedingungen derart eingestellt, daß der Speicher 11 einen smektischen Flüs-' sigkristall in einer nicht streuenden oder unbeschriebenen Anordnung enthält, so daß er bei der Arbeitstemperatur transparent ist. Der Schreibvorgang erfolgt, indem selektiv kleine Bereiche des Kristalls auf den isotropen, bei einem Laser typischen Zustand erhitzt werden, und indem der Kristall schnell in den smektischen Zustand abgekühlt wird, wodurch streuende Zentren 15 in jenen Bereichen erzeugt werden, die lokal erhitzt wurden (Figur 2b und 2c). Die Wirkung des Schreibvorgangs ist daher, daß ein Muster aus Spots (oder Bits) auf einem im übrigen nicht streuenden Hintergrund erzeugt wird. Das Lesen erfolgt, indem der Flüssigkristall beleuchtet wird (und zwar mit wesentlich weniger Strahlungsleistung als beim Schreibvorgang) und die gestreute Strahlung beobachtet wird, um das Bitmuster gemäß Figur 2d zu bestimmen. Es sind zwei Arten von Löschverfahren verfügbar, eines für das lokale Löschen (Figur 2e) und das andere für das Löschen der gesamten Platte (Figur 2f). Zum lokalen Löschen wird der lokale Bereich auf den isotropen Zustand erhitzt, und dieser kann sich abkühlen, während eine relativ niedrige Spannung angelegt wird, deren Größe von der

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Geometrie und dem Material abhängt. Ein totales Löschen des Inhalts der Platte kann auf verschiedene bekannte Weise erreicht werden, beispielsweise durch Erhitzen des Flüssigkristall mediums auf den isotropen Zustand und Abkühlen auf den regelmäßigen nichtstreuenden Zustand in der Gegenwart eines elektrischen Feldes oder indem die Platte einem starken gleichförmigen elektrischen Feld ausgesetzt wird.

Figur 3 zeigt einen Querschnitt einer bevorzugten Ausführungsform des Speichers 11. Bei dieser Ausführungsform fällt das Licht sowohl für den Lesevorgang als auch für den Schreibvorgang von oben ein. Der Speicher 11 enthält zwei Substrate 71 und 151, die zusammen mit Abstandselementen und nicht dargestelltem Dichtungsmaterial das Flüssigkristallmedium zwischen den Substraten enthalten. Natürlich muß das Substrat 151 transparent für die einfallende Strahlung sein, die zum Lesen und Schreiben verwendet wird. Die Substrate 71 und 151 haben typischerweise eine Stärke in der Größenordnung von 1,5 mm bis 2 mm, können jedoch dicker oder dünner sein in Abhängigkeit von der gewünschten optischen Qualität der Oberflächen und der Masse der Platte» Mehrere geeignete Materialien für die Substrate sind Natronkalk, Polymethylmethakrylat oder geschmolzener Quarz. Es könnten noch viele andere Materialien verwendet werden, falls deren optische Qualität steuerbar ist, die relativ inert sind gegenüber dem Füssigkristallmedium und die hinreichende Festigkeit haben, um andere Filme zu tragen und den sich aus der Rotation ergebenden Kräften zu widerstehen. Ein anderer Gesichtspunkt dieser Ausführungsform ist, daß beide Substrate nicht aus dem gleichen Material zu bestehen brauchen, beispielsweise braucht nur die obere Fläche transparent zu sein. Das in den Substraten 71 und 151 enthaltene Flüssigkristallmedium 81 ist typischerweise smektisch, obgleich andere Phasen sich ebenfalls als stabil bei der Rotation erweisen.

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Q-eignete Materialien für den Speicher 81 wären eine Mischung aus Alkyl und Alkoxycyanobiphenyl en, beispielsweise "SI" und "S2" der Firma BHD Chemicals Ltd. Bei dieser speziellen Ausführungsform hat der Speicher 81 eine Stärke in der Größenordnung von 10 Mikron. Im. allgemeinen wird die minimale Stärke des Flüssigkristallmateriales bestimmt durch die charakteristische Größe der streuenden Fehlstellen in dem Medium, dessen dielektrische Eigenschaften und die Begrenzung der Herstellungsverfahren, um eine gleichförmige Stärke und Molekularorientierung zu erreichen. Natürlich wird die optische Stärke von einem Material zum nächsten variieren.

Um Information in die Speicherplatte einzuspeichern und dieser zu entnehmen, müssen innerhalb des Flüssigkristall geeignete Bedingungen hergestellt werden bezüglich der schreibenden und lesenden Einrichtungen. Bei der Ausführungsform gemäß Figur 3 werden diese Bedingungen eingestellt, indem verschiedene Schichten von an den Substraten 71 und 151 befestigten Dünnfilmen verwendet werden. Es sind sechs solcher Filme dargestellt. Der Film 111 ist eine Ausrichtungs/Passivierungsschicht,

typischerweise im Bereich von 50 bis 2 000 A Dicke. Beispiele geeigneter Materialien für den Film 111 wären Polyimid oder mit Plasma beschichtetes SiOg. Die minimale Stärke des Filmes 111 wird bestimmt durch die minimale Menge des Material es, welches erforderlich ist um eine gleichförmige Flüssigkristallausrichtung zu erreichen, während die maximale Stärke typischerweise begrenzt ist durch das Erfordernis einer guten thermischen Übertragung zwischen dem Speicher 81 und dem Film 101. Bei dieser speziellen Ausführungsform dient der Film 111 dazu, vorzugsweise die Flüssigkristallmoleküle in einer Richtung auszurichten, die parallel zur Oberfläche des Films ist.. (Bei einer anderen AusfUhrungsform kann eine andere Richtung bevorzugt sein.) Dieser Film, der ein Isolator ist, dient auch dazu, um den Ladungsträgertransport zwischen dem Flüssigkristall und der Elektroden/Absorptions/Reflektorschicht, d.h.

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dem Film 101, zu verhindern. Das heißt, daß der Film 111 auch eine Passivierungsfunktion hat. Bei dieser speziellen Ausführungsform kann der Film 101, die Elektroden/Absorptions/Reflektorschicht, typischerweise ein glashaltiges Material mit 20 Gewichtsprozent Wolfram, 40 Gewichtsprozent Nickel und 40 Gewichtsprozent Tantal sein, obgleich diese Zusammensetzung wesentlich variieren könnte, je nach der Funktion - Absorption oder Reflektion - welche optimiert werden soll. Bei der Funktion als Elektrode dient der Film 101 zusammen mit der transparenten Elektrode 141 dazu, ein elektrisches Feld an der Flüssigkristal!zelle anzulegen, um den ursprünglichen nicht streuenden Zustand im Speicher 81 herzustellen und die vorher erläuterten Löschfunktionen zu erreichen. Bei der Funktion als Absorbens absorbiert der Film 101 die einfallende Strahlung vom Schreibsystem und wandelt diese in Wärme um. Bei der Funktion als Reflektor reflektiert der Film 101 die einfallende Strahlung, welche in dem Lesesystem benutzt wurde, durch den Flüssigkristall zurück in die Leseoptik.

Der Film 91 besteht aus einer Wärmesteuerschicht, welche dazu dient, die Verteilung der vom Film 101 zum Flüssigkristall geführten Wärme bezüglich der vom Film 101 zum Substrat geführten Wärme zu steuern. Die Wärmesteuerschicht dient auch dazu, um die Wärmeverteilung innerhalb des Flüssigkristall selbst zu steuern. Die Stärke der Wärmesteuerschicht reicht von 0,1 μπι bis 5 μπι bei dieser Ausführungsform, könnte aber auch in weiteren Grenzen schwanken in Abhängigkeit von der gewünschten Wärmeverteilung, dem für die Schicht benutzten Material, der Leistungsdichte der einfallenden Strahlung und der gewünschten Spotgröße. Geeignete Materialien für die Wärmesteuerschicht sind Polyimid, Si(^ oder sogar ein Metall wie Aluminium, wenn die Wärme schnell vom Film 101 absorbiert und über einen größeren Bereich verteilt werden solK

Der Film 121 ist eine Justierschicht zum Ausrichten der Flüssig-

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kristallmolekUle. Der Film 121 sollte optisch transparent und

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typischerweise 50 A bis 1000 A stark sein. Geeignete Materialien umfassen Silan bindende Mittel, organische Polymerfilme und anorganische Filme, beispielsweise aus SiO₂- Der Film 131 ist eine andere Passivierungsschicht, um die Ladungsübertragung zwischen dem Flüssigkristall und der Elektrode 141 zu verhindern. Ein typisches Material für den Film 131 wäre ein transparenter Isolator, beispielsweise Polyimid. Natürlich könnte der Film auch als Justierschicht ebenso wie der Film 111 dienen und somit den Film 121 überflüssig machen. Die Verwendung eines getrennten Films 121 zeigt, daß die gewählten Justierrichtungen auf den oberen und unteren Flächen entkoppelt sind und nicht gleich zu sein brauchen. Der Film 141 ist eine transparente Elektrode, typischerweise mit einer Stärke in der Größenordnung

von 1000 A, wobei geeignete Materialien In_o-xSn Oq und mit

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dotiertes Sb umfassen.

Figur 4 zeigt einen Querschnitt einer zweiten Ausführungsform der Flüssigkristallplatte. Bei dieser Ausführungsform entsprechen . der Aufbau und die Funktion der Elemente 71, 81,121, 131, und 151 der ersten Ausführungsform gemäß Figur 3. Die Strahlung für die Lese-, Schreib- und Löschfunktionen ergibt sich aus dem vorhergesagten. Bei dieser zweiten Ausführungsform besteht der Film 92 aus einer Wärmesteuerschicht und einer Elektrode. Zusätzlich wirkt der Film zusammen mit der Reflexionssteuerbe-Schichtung 102 als Absorbens für die Schreib/Löschfunktionen und als Reflektor für die Lesefunktion*

Bei dieser Ausführungsform kann der Film 92 ein Metall, bei-

spielsweise Aluminium mit einer Stärke von etwa 300 A sein, wobei die Stärke bestimmt wird durch die gewünschte Wärmeverteilung. Bei dieser Ausführungsform wie auch bei den anderen ist es wichtig, das Material für die Wärmesteuerschicht derart auszu-

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suchen, daß sich das gewünschte Temperaturprofil sowohl räumlich als auch zeitlich innerhalb des Flüssigkristall ergibt.

Die Daten der Reflexionssteuerschicht 102 hängen ab vom Brechungsindex des in dem Film. 92 verwendeten Materials, der Wellenlänge der für die Lese/Schreib/Löschfunktionen verwendeten Strahlung und die relativen Absorptions/Reflexionseigenschaften, die für die Lese/Schreib/Löschfunktionen gewünscht werden. Für einen Aluminiumfilm 92, eine Lese/Schreib/Löschwellenlänge von 850 nm und eine 50/50 Aufteilung in absorbiertes und reflektiertes Licht ist ein geeignetes Material für

den Film 102 TiO₂ mit einer Stärke von etwa 1000 A. Wenn ein anderes Material wie beispielsweise Gold für den Film 92 gewählt würde, würde die Stärke des Films 102 sich ebenfalls ändern. Auch kann es erstrebenswert sein, einen Mehrschicht-Reflexionssteuerfilm, beispielsweise eine Kombination von MgF₂ und CeF₃ zu verwenden, insbesondere wenn ein Lese/Schreib-System mit zwei Wellenlängen vorgeschlagen wird. Der Film 102 kann auch ein Isolator sein und somit auch als Passivierungsschicht dienen.

Der Film 112 ist eine Justierschicht, ähnlich dem Film 111 der ersten Ausführungsform mit der Ausnahme, daß der Film 112 keine Passivierungsfunktion hat. Geeignete Materialien sind Polyimide oder Silan bindende Reagenzien.

Figur 5 zeigt einen Querschnitt einer dritten Ausführungsform der Flüssigkristall platte, welche derart ausgebildet ist, daß die Strahlung zum Lesen von oben einfällt und die Strahlung zum Schreiben und Löschen von unten einfällt« Bei dieser Ausführungsform sind die Elemente 71, t11, 81, 121, 131, 141 und 151 die gleichen wie bei der ersten Ausführungsfornij die in Figur 3 dargestellt ist, mit der Ausnahme, daß beide Substrate

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71 und 151 transparent sind. Bei !dieser dritten Ausführrungsform ist c-·" Film 103 eine Elektrode, ein Reflektor und ein Absorbens typisc rweise aus einem Metall aus Aluminium in der Größenord-

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nung von 1000 A bis 2000 A Stärke. Der Film 99 ist eine Antireflexionsbeschichtung, die derart ausgelegt ist, daß die Absorption der von oben einfallenden Strahlung durch den Film 103 optimiert wird. Für ein Glassubstrat 71 und einen Film 93 aus Aluminium bei einer mit 850 nm einfallenden Strahlung wäre eine typische Antireflexionsbeschichtung sandwichartig aufgebaut aus

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drei Schichten, beispielsweise 1030 A bei TiO₉, 1550 A bei MgF₉

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und 875 Ä bei TiO,

Aus den vorgenannten drei Ausführungsformen des Flüssigkristall-Plattenspeichers ist ersichtlich, daß verschiedene Filme mehrere Funktionen ausführen können.So wie die Anzahl der Filme reduziert wird durch Kombination mehrerer Funktionen in einen Film, ist es auch möglich, die Anzahl der Filme zu vermindern, indem das Flüssigkristallmedium derart dotiert wird, daß es dessen eigenes Absorbens wird. Zusätzliche Ausführungsformen ergeben sich außerdem für den Fachmann.

Figur 6 zeigt ein typisches Lese/Schreib/Löschsystem, welches bei den ersten und zweiten erläuterten Flüssigkristall-Plattenspeichern verwendet werden kann. Das System umfaßt typischerweise eine pulsierende Lichtquelle, in diesem Fall einen Halbleiterlaser 201, ein Kollimatorsystem 191, einen Dunkel feidstop/Kollektorspiegel 181, eine Fokussieroptik 161, welche den einfallenden Strahl auf die Absorptionsschicht des Flüssigkristall/Plattenspeichers 11 richtet und eine Abbildungsoptik, welche die vom Spiegel 181 reflektierte Strahlung auf das Detektorsystem 51 richtet. In der Praxis umfaßt dieses System auch eine automat!scheFokussierungseinstellung, die funktionell verbunden ist mit dem optischen übertrager 51 der Figur 1, um die Änderungen in kritischen Strahlengängen in Folge von Axial verschiebungen, Plattenverwerfung und Änderung der Plattenstärke zu kompensieren. Fokussierverfahren sind

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bekannt, beispielsweise aus US-PS 4 051 519 sowie US S/N 120 vom 11. Februar 1980. Es gibt offenkundig viele Änderungsmöglichkeiten für das optische Lese/Schreib/Löschsystem in Abhängigkeit von den speziellen Fokussier- und Abbildsystemen, sei es daß getrennte Systeme für die Lese- und die Schreibfunktionen verwendet werden, sei es daß ein Abschnitt des Systems optimiert ,werden soll. Wenn es beispielsweise erstrebenswert ist, das Schreibsystem zu optimieren, würde wahrscheinlich ein optisches System mit invertiertem Dunkel feld verwendet, d.h» daß der zentrale Schreibstrahl nicht wie vorher beschrieben blockiert würde und daß das aus der zentralen Strahl richtung gestreute Licht für die Lesefunktion gesammelt würde. Bei der dritten Ausführungsform ist es möglich, sowohl das Lesesystem als auch das Schreibsystem unabhängig voneinander zu optimieren. Beispielsweise würde das Lesesystem optimiert werden, indem ein Dunkelfeldsystem der beschriebenen Art verwendet wird und ein direkt fokussierter Strahl auf der gegenüberliegenden Seite der Platte zum Schreiben und Löschen verwendet wird» Bei dieser dritten Ausführungsform ist einige Sorgfalt erforderlich, um eine Ausrichtung der Lese- und Schreibsysteme für die geeignete Identifizierung der Spur und den Nachlauf sicherzustellen.

Während bei den vorbeschriebenen bevorzugten Ausführungsformen die Abstände bei der optischen Streuung zwischen regelmäßigen und unregelmäßigen Mustern die primäre Betriebsart für die Informationsspeicherung in dem Flüssigkristallmedium darstellen, können auch andere optische Eigenschaften für diese Funktion in einem Plattenspeicher verwendet werden, beispielsweise verschiedene optische Pol an" sationseigenschaften bezüglich der Polarisationen der einfallenden Strahlen, differenzielIe Absorptionseigenschaften oder sogar Lumineszenzeigenschaften. In ähnlicher Weise könnte die Verwendung von gemusterten Schichten sich in Verbindung mit einer FVüssigkeitskristallspeicherplatte nützlich erweisen. Beispielsweise wurden

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gemusterte Wärmesteuerschichten eine bessere Steuerung der Wärmeverteilung sowohl räumlich als auch zeitlich ermöglichen. In ähnlicher Weise könnten gemusterte Elektroden verwendet werden, um die Probleme mit der kapazitiven Reaktanz zu vermindern, wodurch schnellere Schaltzeiten erreicht werden, oder solche Elektroden könnten verwendet werden, um Sektoren völlig zu löschen statt die ganze Platte zu löschen. Solche Muster können auch dazu verwendet werden, um den Spurnachlauf zu regeln und die Spur zu identifizieren. Andere Eigenschaften von Flüssigkristall en wären ebenfalls nützlich: Beispielsweise könnten über Photoleiter adressierte Flüssigkristalle verwendet werden, um die erforderliche Laserenergie für die Schreibund die Löschfunktionen zu vermindern. Weiterhin sollten die Schreibfunktionen nicht auf optische Systeme allein begrenzt bleiben. Andere Strahlungsquelle^ insbesondere Anordnungen für Teilchenstrahlen, könnten sich als vorteilhaft herausstellen, wenn es um eine Verkleinerung der Fehlstellen geht.

US-Leerseite

Claims

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PATENTANSPRÜCHE

π) Informationsspeichereinrichtung gekennzeichnet durch eine Begrenzungseinrichtung (71, 151) zum Begrenzen eines Flüssigkristallmediums, wobei die Begrenzungseinrichtung derart rotationssymmetrisch bezüglich -einer Achse ausgebildet ist, daß sie die Drehung um diese Achse erleichtert, und durch ein Flüssigkristallmedium (81), welches in der Begrenzungseinrichtung eingeschlossen ist.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Flüssigkristal!medium einen smektischen Flüssigkristall enthält.
3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens zwei Elektroden (101 + 141; 92 + 141; 103 + 141) vorgesehen sind, daß eine Justiereinrichtung (111, 112) vorgesehen ist zum Ausrichten des Flüssigkristallmediums und daß eine Absorptionseinrichtung vorgesehen ist zum Absorbieren eines Teiles der auf diese einfallende Strahlung.
4. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Reflektoreinrichtung (101, 102-92,

103) einen Teil aer einfallenden Strahlung reflektiert.
5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Wärmesteuereinrichtung (91, 92) die relative Verteilung der Energie steuert, die von der Absorptionseinrichtung zum Flüssigkristallmedium und von der Absorptionseinrichtung zur Begrenzungseinrichtung gelangt.
6. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich-. net, daß die Begrenzungseinrichtung zwei Substrate ent-

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hält, zwischen denen das Flüssigkristallmedi um enthalten ist.
7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden einander gegenüberliegen und das Flüssigkristallmedi um zwischen sich einschließen und die Ausrichtungseinrichtung und die Absorptionseinrichtung wenigstens einen zwischen den Substraten angeordneten Film enthalten.
8. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmesteuereinrichtung wenigstens einen Film enthält, der zwischen dem Flüssigkristallmedium und wenigstens einem der Substrate angeordnet ist.
9. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1, 7 oder 8 g e k e η η zeichnet durch eine Rotationseinrichtung zum Drehen des Flüssigkristal!mediums und der Begrenzungseinrichtung und eine erste Einrichtung (41, 51) für das Schreiben von Information und/oder das Lesen von in der Speichereinrichtung gespeicherter Information und/oder das Löschen von darin gespeicherter Information.
10. Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß eine Schreibeinrichtung (20t, 191., 181, 161) lokal das Flüssigkeitskristallmedium stört und dadurch in diesem die Strahlung streuende Fehlstellen erzeugt.
11. Einrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß eine Leseeinrichtung (S1, 171) einzelne die Strahlung streuende Fehlstellen in dem Flüssigkristallmedium erfaßt.
12. Einrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß eine Löscheinrichtung (201, 191, 181, 161, 61, 71, 21) die einzelnen die Strahlung streuenden Fehlstellen in dem Flüssigkristallmedium löscht.