Способ записи, хранения и стирания информации на жидких кристаллах

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик р)966651(23) Приоритет 11)М Кане 3 С 02 Р 1/137 Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытийДата опубликования описаиия 15.10.82"ЮЗИ, и фА.П.Капустин и С.А.ПикинПА ТУт)1ТЕ)у р,ф)Л 1; н-ордена Трудоиого Красного Знамени институтгнукристаллографии им. А.В. Шубникова(54) СПОСОБ ЗАПИСИ ХРАНЕНИЯ И СТИРАНИЯ ИНФОРИАЦИИ НА ЖИДКИХ КРИСТАЛЛАХИзобретение 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 охлаждения, контролируемого фокусировкой лазерного пучка, и подачи разности потенциалов в целях локальной записи и локального стирания 1;Недостатками способа явл.:ются большая мощность лазерного излучения, необходимость двух циклов термообработки (нагрев и охлаждение) как нри записи, так и при стирании информации на каждом локальном участке.Наиболее близким к предлагаемому является способ записи, хранения и стирания инФормации нажидких кристаллах, на которых характерен фазовый переход нематик-смектик А, за ключающийся в том, что при .записи однородную пленку жидкого кристалла подвергают периодическому воздействию переменного электрического поля 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 Фазу Г 23Недостатком способа является низкая экономичность обусловленная боль" шой 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 также 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 Аф,заключающемуся в том, что при записи однородную пленку жидкого кристалла подвергают периодическому воздействию переменного электрического поля и охлаждению до температуры ниже рочки фазового перехода и затем сохраняют при этой температуре, а пристирании жидкий кристалл нагревают доперехода н нематическую фазу, призаписи информации в образце нематического жидкого кристалла создаютпостоянный и одинаковый по всему об"разцу температурный градиент в интервале температур, в котором нахо"дится точка фазового перехода нематика в смектическую фазу, причем охлаждение ведут с постоянной или спеременной скоростью, причем задают распределение электрическогополя н пространстве и нремени.Предлагаемый способ записи, хранения и стирания информации основывается на эффекте Фредерикса в нема.тических жидких кристаллах и обратном фазовом переходе фнематиксметикЛ. Эффект Фредерикса.необходим для записи информации и состоит в следующем. Если на однородноориентированный слой нематика, обладающего определенным знаком диэлект-рической анизотропии Ь 6, действуетэлектрическое поле Е, то в зависимости от величины Е, знака Л и взаимной ориентации поля и молекул нематика, наблюдают изменение ориентации молекул, Например, заключивслой нематика с ь сО между двумя 30стеклянными пластинками, на которыенанесены прозрачные электроды, так,что молекулы ориентиронаны перпендикулярно стеклам, и подав достаточно высокую разность потенциаловУ = ЕЙ, где Й - толщина слоя, можноизменить первоначальную ориентациюмолекул на 90 О. Поскольку пороговоенапряжение О, прй 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 междускрещенными поляризаторами, можно видеть, что в зависимости от значения 45У ячейка выглядит либо темной (приБПл), либо просветленной (приОБр). Электроды могут быть каксплошными, так и сегментными, т,е.можно переориентировать, т.е. записывать информацию сразу на всей площади ячейки либо на ее отдельных. участках1Снятие разности потенциалов Бприводит к восстановлению первоначальной ориентации молекул за счетдействия упругих сил, возвращающих оси молекул в исходное положение. Таким образом, записанная информация не сохраняется, если нет 60специальных причин для ее запоминания. Информацию, записанную в ячейке, можно запомнить и сохранить,осуществив в заданном месте ячейкифазовый 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 вР смектике сохранится такая же ориентация и эти места будут выглядеть темными, в то время как в местах1 где воздействует поле, сохранится наклонная ориентация и эти места останутся просветленными. Время хранения информации зависит от 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 йТ/с 1 с=а)0, который является постоянным как во временн, так и в пространстве. Интервал температур Л Т вырабатывается так, чтобы точка фазового перехода нематик-смектик Тс находилась на одном конце отрезка АхТ =Т+ах, Ох Ьх, ЬТ = а ЛхЕсли такую ячейку однородно охлаждать, т.е. н каждой точке на оси х понижать температуру Т на одну и ту же величину То(1), зависящую от времени (Т =Тс+ах - Тд(, то точка Т=Тс начнет перемещаться к другому концу ячейки со скоростьюЧЙх 1 сПоа а ссКПри включении поля, т.е. подаче напряжения ПП, на время В, ,точка Тс перемещается на расстояние х д = Чс зк . Таким образом, информация записывается и сохраняется на отрезке 0(х(х к .После выключения поля на интервале ххб в ячейке восстанавливается исходная ориентация на времяпока снова не будет подано напряжение ПтБ. За время 1 точка- Т перемещается дальше на расстояние х = Ч 1 О.Затем весь процесс записи й 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 1 к и 1 О, 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 может храниться необходимое время. Стирание информации нетрудно произвести, нагревая образец выше температуры Тс .П р и м е р . Используют 4 н. гексилоксифениловый эфир 4-н-децилоксибензойной кислоты, который обладает отрицательной диэлектрической анизотропией и фазовые превращения в котором происходят по схемеТК Б 3 - Я С- Я А- НЖК - ИЖНебольшое 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 89 ВНИИПи Заказ 7839/6Филиал ППП "Патент",ФормУла изобретенияСпособ записи, хранения и стирания информации на жидких кристаллах,для которых характерен фазовый переход нематик-смектик А, заключающийся в том, что при записи однородную пленку жидкого кристалла подвергают периодическому воздействию переменного электрического поля и охлаждению до температуры ниже точки 40 фазового перехода и затем сохраняютпри этой температуре, а при стирании жидкий кристалл нагревают до перехода в нематическую фазу, о т -л и а а ю щ и й с я тем, что, сцелью повышения экономичности, призаписи информации в образце нематического жидкого кристалла создают постоянный и одинаковый по всему образ 45 50 цу температурный градиент в интервале температур, в котором находитсяточка фазового перехода нематика всмектическую фазу. 55 Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Патент США Р 3796999,кл. 340-173, опублик, 1974.2. Патент СГИ Р 3836243,кл. 353-122, опублик1974 (прототип) .Тираж 518 Подписное г.ужгород, ул.Проектная,4 90 С. Далее печь выключают, расплавначинает охлаждаться и.переходит внематическое состояние. Вблизи темепературы около 82 С нематик образуетгомеотропный слой, который в скрещенных николях микроскопа выглядиттемным. В интервале 82-87 С, путемналожения и снятия поля (величинанапряжения 8-9 В), информация записывается в виде параллельных светлых полос, которые имеют соответствующую ширину (х) и соответствующую плотность записи (1/(хек +х ).Предлагаемый способ экономиченпотому, что эффект Фредерикса в нема тике происходит при низком пороговомнапряжении Пп, а однородное охлаждение ниже точки Тс не требует больших затрат мощности. При известныхже способах записи, хранения и сти рания информации требуется большаямсщность лазерного излучения с достаточно сложной схемой управления,а также подача больших разностейпотенциалов, например,для стира ния информации в смектическом состоянии образца . Способ может быть применен в сэндвичевых устройствах,включающих электрооптическую ячейку.и слой фотопроводника, в которых ука занная сегментная конфигурация электродов фактически создается неоднородным потоком электромагнитного излучения.