Способ записи,хранения и стирания информации на жидких кристаллах

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик ()966651 ф с (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено16.03.81 (21) 3261081/18-25 с присоединением заявки ¹ (23) Приоритет

131)М Кл з

G 02 F 1/137

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий

Опубликовано 151082. Бюллетень ¹38 (53) УДК535 ° 511 (088.8) Дата опубликования описания 15. 10. 82

":®ЮЗ)т . и

A.Ï.Êàïóñòèí и С.A.Ïèêèí

ПА ТУт)1

ТЕfóð, Л@() т-,, Ордена Трудоиого Красного Знамени институт » гни / кристаллографии им. A.B. Шубникова j (72) Авторы изобретения (71) Заявитель (54) СПОСОБ ЗАПИСИ,, ХРАНЕНИЯ И СТИРАНИЯ

ИНФОРИАЦИИ НА ЖИДКИХ КРИСТАЛЛАХ

Изобретение относится к применению фазовых переходов и ориентационных эффектов в жидких кристаллах для записи, хранения и стирания информации.

Известен способ записи, хранения и стирания информации путем локального нагрева мезофазы лазерным лучом, последующего охлаидения, контролируемого фокусировкой лазерного пучка, и подачи разности потенциалов в целях локальной записи и локального стирания Г1);

Недостатками способа явл.:ются большая мощность лазерного излучения, необходимость двух циклов термообработки (нагрев и охлаидение) как нри записи, так и при стирании информации на каждом локальном участке.

Наиболее близким к предлагаемому является способ записи, хранения и стирания информации на жидких кристаллах, на которых характерен фазовый переход нематик-смектик A, за- 25 ключающийся в том, что при .записи .однородную пленку жидкого кристалла подвергают периодическому воздействию переменного электрического по« ля и охлаждению до температуры ниже ЗО точки фазового перехода и затем сохраняют при этой температуре, а при стирании жидкий кристалл нагревают до перехода в немавическую Фа3v l2l

Недостатком способа является низкая экономичность обусловленная большой потребляемой мощностью лазерного излучения и локальная многоцикличность термообработки жидкого крис" талла, а также узкий диапазон варьирования плотности в виде информации.

Цель изобретения — повышение экономичности и исключение локальной многоцикличности термообработки жидкого кристалла, а такие расширение диапазона варьирования плотности и вида информации.

Цель достигается тем, что Согласно способу записи, хранения и стирания информации на жидких кристаллах, для которым характерен фазовый переход нематик-смектик А,заключающемуся в том, что при записи однородную пленку жидкого кристалла подвергают периодическому воздействию переменного электрического поля и охлаждению до температуры ниже очки фазового перехода и затем со966651 храняют при этой температуре, а при стирании жидкий кристалл нагревают до перехода н нематическую фазу, при записи информации в образце нематического жидкого кристалла создают постоянный и одинаковый по всему об разцу температурный градиент в интервале температур, в котором находится точка фазового перехода нематика в смектическую фазу, причем охлаждение ведут с постоянной или с переменной скоростью, причем задают распределение электрического поля н пространстве и нремени.

Предлагаемый способ записи, хранения и стирания информации основывается на эффекте Фредерикса в нематических жидких кристаллах и обратном фазовом переходе нематиксметик Л . Эффект Фредерикса.необходим для записи информации и состо- 20 ит в следующем. Если на однородно ориентированный слой нематика, обладающего определенным знаком диэлект- рической анизотропии д6, действует электрическое поле Е, то в зависимос- 25 ти от величины Е, знака д и взаимной ориентации поля и молекул нематика, наблюдают изменение ориентации молекул. Например, заключив слой нематика с д <О между двумя 30 стеклянными пластинками, на которые нанесены прозрачные электроды, так, что молекулы ориентиронаны перпендикулярно стеклам, и подав достаточно высокую разность потенциалов

U = Ed, где d — - толщина слоя, можно изменить первоначальную ориентацию молекул на 90О. Поскольку пороговое напряжение О„, прМ котором начинается переориентация в поле, для нематика может быть весьма мало (0,1-1 В), то именно эта мезофаза является наиболее экономичной для записи информации. Поместив данную ячейку между скрещенными поляризаторами, можно видеть, что в зависимости от значения 45

U ячейка выглядит либо темной (при

U

U Uр). Электроды могут быть как сплошными, так и сегментными, т.е. можно переориентировать, т.е. запи- SO сывать информацию сразу на всей площади ячейки либо на ее отдельных . участках,, Снятие разности потенциалов U приводит к восстановлению первоначальной ориентации молекул за счет действия упругих сил, возвращающих оси молекул в исходное положение. Таким образом, записанная информация не сохраняется, если нет 60 специальных причин для ее запоминания. Информацию, записанную в ячейке, можно запомнить и сохранить, осуществив в заданном месте ячейки фазовый переход из нематического 65 состояния в смектическое, которое уже обладает некоторыми свойствами твердого тела и, в частности кристаллическим порядком молекул по одному направлению. При этом ориентация молекул после выключения поля практически сохраняется, так что в тех местах ячейки, где молекулы нематика перпендикулярны стеклам в

t смектике сохранится такая же ориентация и эти места будут выглядеть темными, в то время как в местах

1 где воздействует поле, сохранится наклонная ориентация и эти места останутся просветленными. Время хранения информации зависит or того, насколько глубоко охлаждена смектическая фаза. Если охлаждение неглубокое, т.е.температура вещества близка к точке перехода в нематическую фазу, то благодаря упругим силам в смектике ориентация молекул может за небольшое время возвратиться в исходное состояние. Если охлаждение смектика глубокое, то вследствие образонания многочисленных дефектов структуры (дислокаций и дисклинаций) места ячейки с наклонной ориентацией молекул сохраняются требуемое нремя. Это время хранения становится практически неорганиченным, еслй смектик охладить ниже точки перехода в твердый кристалл. Стереть записанную и сохраненную информацию легко, нагрев ячейку заметно выше точки перехода .в нематическую фазу.

Вдоль плоскости ячейки устанавливается с помощью специального нагревателя градиент температуры

dT/й =а10, который является постоянным как во временн, так и в пространстве. Интервал температур d Т вырабатывается так, чтобы точка фазового перехода нематик-смектик

Тс находилась на одном конце отрезка dx

Т =Т +ах, 0 хЛх, дT = а дх

Если такую ячейку однородно охлаждать, т.е. н каждой точке на оси х понижать температуру Т на одну и ту же величину То(t), зависящую от времени (Т =Т +ах — Тд()), то точка Т=Т начнет перемещаться к другому концу ячейки со скоростью

Йх 1 dTo

dt а Ж

При включении поля, т.е. подаче напряжения U>U„, на время t,точка Т перемещается на расстояние х д = Ч „ . Таким образом, информация записывается и сохраняется на отрез ке 0<х< х q .

После выключения поля на интервале х х6„ в ячейке восстанавливается исходная ориентация на время пока снова не будет подано на5

966651

40

55 пряжение U>U„. За время t точкаТ перемещается дальше на расстояние х = Vt .Çàòåì весь процесс записи и запоминания информации можно вновь повторить, но уже на новом участке, ячейки.

Таким образом, необходимую информацию можно записать и сохранить в любом месте такой ячейки, не прибегая к локальным нагревам и охлаждениям, как это имеет место при других известных способах. В данном случае требуется тслько один цикл термообработки (охлаждение) и он производится совершенно одинаково для любой точки на оси х (однородно).

Это существенно упрощает весь механизм записи, а вид и плотность информации можно варьировать в широких пределах, изменяя скорость охлаждения Ч, времена включения и выключения поля t к„ и to а также подбирая нужную конфигурацию сегментных электродов или делая их

/ сплошными. К концу процесса записи, когда точка Тс достигает противоположного конца ячейки, весь образец нематика переходит в смектическое состояние. При дальнейшем охлаждении весь образец становится твердым. В таком виде ячейка с записанной информацией мо><ет храниться необходимое время. Стирание информации нетрудно произвести, нагревая образец выше температуры Тс .

Пример . Используют 4 н. гексилоксифениловый эфир 4-н-децилоксибензойной кислоты, который обладает отрицательной диэлектрической анизотропией и фазовые превращения в котором происходят по схеме

TK S 3 — $ С вЂ” S A - НЖК вЂ” ИЖ

Небольшое количество (около 0,1 г) твердого вещества (при комнатной температуре это вещество находится в твердом состоянии в виде порошка) помещают в ячейку, образованную двумя параллельными друг другу прозрачными пластинками, на которые нанесены электроды в форме металлического слоя, причем между этими пластинами находятся прокладки из слюды или другого изолятора, задающие толщину слоя (20-30 мкм). Для того чтобы проследить последовательность фазовых переходов в вещества в процессе нагревания и охлаждения, ячейку помещают на столик поляризационного микроскопа. Для перехода этого вещества в жидкокристаллическое состояние в форме однородного слоя, на котором записывается информация, сначала его нагревают на электропечи до иэотропного состояния при 89ВНИИПИ Заказ 7839/6

Филиал ППП "Патент", 90 С. Далее печь выключают, расплав начинает охлаждаться и.переходит в нематическое состояние. Вблизи теме пературы около 82 С нематик образует гомеотропный слой, который в скрещенных николях микроскопа выглядит темным. В интервале 82-87 С, путем наложения и снятия поля (величина напряжения 8-9 В), информация записывается в виде параллельных светлых полос, которые имеют соответствующую ширину (х „„ ) и соответствующую плотность записи (1/(хщ,„ +х ).

Предлагаемый способ экономичен потому, что эффект Фредерикса в нема15 тике происходит при низком пороговом напряжении Uä, а однородное охлаждение ниже точки Тс не требует больших затрат мощности. При известных же способах записи, хранения и сти20 рания информации требуется большая мсщность лазерного излучения с достаточно сложной схемой управления, а также подача больших разностей потенциалов, например, для стира25 ния информации в смектическом состоянии образца . Способ может быть применен в сэндвичевых устройствах, включающих электрооптическую ячейку. и слой фотопроводника, в которых ука30 занная сегментная конфигурация электродов фактически создается неоднородным потоком электромагнитного излучения.

Формула изобретения

Способ записи, хранения и стирания информации на жидких кристаллах, ! для которых характерен фазовый пере.ход нематик-смектик A, заключаю.щийся в том, что при записи однородную пленку жидкого кристалла подвергают периодическому воздействию переменного электрического поля и охлаждению до температуры ниже точки фазового перехода и затем сохраняют при этой температуре, а при стирании х<идкий кристалл нагревают до перехода в нематическую фазу, о т— л и а а ю шийся тем, что, с целью повышения экономичности, при записи информации в образце нематического х<идкого кристалла создают по1 стоянный и одинаковый по всему образцу температурный градиент в интервале температур, в котором находится точка фазового перехода нематика в смектическую фазу.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент США Р 3796999, . кл. 340-173, опублик. 1974.

2. Патент CUA Р 3836243, кл. 353-122, опублик. 1974 (прототип) .

Тираж 518 Подписное г.ужгород, ул.Проектная 4