鐵電液晶數據存儲卡的製作方法

2023-08-01 14:11:11

專利名稱：鐵電液晶數據存儲卡的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種卡片，其本身具有數據存貯能力，且可用作，例如，銀行的自動付鈔機卡(CD)，保密用的識別卡以及火車客票的予售卡等類似用途。
通常，用於銀行的自動付鈔機卡，火車客票的予售卡及類似用途的卡片都是將磁帶敷在紙或塑料片上構成的。其磁帶部分具有存貯帳號，餘款以及類似內容的能力。然而磁帶的存貯能力極小，只足以存儲幾欄數字和符號。
此外，儲存在這種磁帶上的詳細內容也不能視需要而重寫。
所謂的IC卡片是用集成電路，亦即可用電可擦除可編程的只讀存儲器(EEPROM)來存儲信息的卡片，因而克服了上述問題。
明確地講，已發展起來的集成電路卡，目的在於增大存儲容量，並考慮利用集成電路所提供的大的存儲量使得有可能進行重寫。然而，這就需要使用與主機相連的終端裝置，這不僅是為了能在這樣的卡片內全部進行存貯，也是由於當卡片的持有者想要知道哪怕是最小量的數據時，也必須先將數據顯示在終端設備的顯示器上以閱讀詳細內容。
為此，就要求卡片具有顯示所存儲的數據內容的能力，使得卡片本身就能夠進行顯示。
為此，必須把顯示部分與數據存儲部分做在同一卡片上。
通常大都用液晶顯示作為顯示部件，這是由於它的顯示能力，低功耗等特點。
另一方面，一般使用電可擦除可編程只讀存儲器作為存儲數據的部件，因為它具有存儲量大等優點。
然而，把它們做在同一卡片上就會增加工序使卡片的結構變得複雜起來，並會產生許多其他的技術問題。
本發明的發明者已發明了「一種用鐵電液晶的光碟器件」，這種器件已申請專利(日本專利申請書60-130190)。這是一種使用鐵電液晶的存儲器(記憶裝置)。它以同樣的方式對所存儲的數據進行讀出、重寫和擦去。
在實際使用鐵電液晶光碟存儲器時，必須克服許多問題。
下面是這樣一些問題的例子(1)在兩塊基板間，分子必須正確地排列，而且至少在相當於一個數位的範圍內形成單一排列區。
(2)在光碟上必須建立存儲區。尤其是相鄰的各個存儲區必須完全隔離，而且必須探查出任何錯誤的存取。
鑑於這種習用的器件的缺點，本發明的目的是提供一種非易失又可擦去的卡片(IC卡片)。
本發明的另一個目的是提供一種IC卡片，其顯示區和記憶區都由減少了工序的強介電性的同樣的液晶來構成。
本發明的再一個目的是提供一種使上述兩個問題得到改善，且結構簡化了的IC卡片。
本發明還有一個目的是提供一種IC卡片，這種卡片能夠跟蹤其存儲區並能容易地消除液晶中的取向缺陷。
本發明的這些和其它目的，特點和優點將在下面結合附圖對所申請的具體裝置的描述中變得更為明顯，在這些附圖中

圖1(A)是本發明的卡片的平面圖。
圖1(B)是本發明的卡片剖視圖。
圖1(C)表示圖1(B)中說明的結構的改型。
圖2是液晶分子呈現的狀態圖。
圖3是本發明的卡片系統圖。
圖4是本發明的卡片存儲區透射光特性圖。
圖1(A)表示一個具有顯示功能和數據存儲能力的卡片。圖1(B)是它的A-A′向剖視圖。圖3表示本發明的卡片所用的系統。
具有顯示功能的和數據存儲能力的卡片的存儲方法如圖2所示，對液晶層法向的指向角為θ的液晶分子12處於第一個傾斜狀態，當外部電能，熱能或光能施於此分子12時，它改變為第二個狀態，其與液晶層法向的夾角為一θ。
此時，這兩個狀態的差別是用外部探測器來確定的因第一和第二兩個狀態的不同而引起的光學上的變化。
確切地講，把數據作為訊號記錄在存儲器中時，是以第一個狀態代表O，第二個狀態代表l。
使液晶分子呈第一和第二個狀態的方法現用卡片存儲部件的剖視圖來加以說明，如圖1(B)所示。
用以下的方法來確保在一對基板間的整個液晶層厚度內，各分子都指向同一方向。在這個方法中(通常稱為SSFLC)兩個狀態是這樣得到的，它是使一對上，下基板4和10間的間隔與鐵電液晶7的螺旋間距相比足夠短，藉助於基板接觸面所施的力，使液晶分子呈兩種狀態。
在用鐵電膜作為液晶的一對上，下取向膜6和8而使液晶分子取向排列時，利用所產生的極化的不同來增進兩個狀態的穩定性。
此外，還有另一個增進穩定性的方法，即液晶的取向膜6和8是由介電膜和金屬膜迭層組成的，將儲存在金屬膜中的電負荷產生的電場施加在液晶層7上，就產生了第一和第二個狀態。
本發明將用以下的具體裝置作進一步說明。
一個存儲卡有一對相對放置的基片4和10，其尺寸為8.6cm寬，和5.4cm長。同時，在一對基板的內側有一對透明電極5和9。在這對電極5和9上分別形成一對取向控制膜。在基片4和10間填充以鐵電液晶7。
此外，在液晶的取向控制膜8上至少可有一個突起部分23作為位置標誌，藉以將存儲區按數位的間隔來分割，必要時參見圖1(C)在畫圖時，為方便起見，這個間隔被放大了，畫得很寬。實際使用時，每隔幾個微米有一個突起部分23，而且卡片上的存儲區被沿著一個方向進行分割，這個方向平行於存儲卡的邊緣。確切的說，高1.5微米，寬3微米和間隔5微米的許多突起部分23是用光敏聚醯亞胺樹脂做在取向控制膜上的。這時，在前表面上施加光敏聚醯亞胺樹脂後，用光掩蔽技術形成規定的圖形。
同時，在一對基板間充以鐵電液晶7。
在存儲卡的四周施以密封劑11以防止鐵電液晶7接觸空氣。在存儲區以外有一對從電極5和9延伸出來的外電極5′和9′。外電極5′和9′與訊號源13的引出線相連。當要擦去(全表面擦去法)寫入存儲器的內容時是用施加規定的電壓來完成擦去功能的。
用這種方法，將所有零作為數據寫入整個存儲區。然後，從光源發出的光，尤其是紅外線19，通過反射鏡18，半透鏡17以及用作光學聚焦和位置補償等的系統22照射到液晶層中某個指定地址的區域上(這些區域以矩陣的形式排列在整個表面上)，使指定地址處的液晶分子的初始狀態發生變化，從而可以完成寫入。在光束照射期間，施加一個比指向閾電壓低的電壓，使上、下電極5和9間的液晶反轉就可迅速準確地寫入數據。光束通過反射鏡16到達光傳感器14來監視數據的寫入。
為了讀出數據，由半導體雷射束通過偏振器20，半透鏡17及用於聚焦位置補償或自動跟蹤的光學系統22射到存儲卡上。由存儲卡上的存儲區3透過的光經偏振器15和反射鏡16到達光接收傳感器14。在光接收傳感器中檢測雷射束的透過或未透過以讀取數據。
在此情況下，當數據要寫入和讀出時，鏡子16，17和18以及光學系統22相對卡片1作平行移動，從而對指定地址寫入或讀出數據。
換言之，可以移動卡片1，也可以自動地移動鏡子和光學系統或二者都可同時移動。
在突起部分23來寫入或讀出數據時，在突起部分23上面的液晶7的體積比數據存儲部分26小或完全不存在，這樣在寫入和讀出的光束偏離數據存儲部分26的情況下，基於液晶材料的各向異性，當光束到達光傳感器14時沒有發生光學上的變化。因此，光束只產生透明或不透明狀態(取決於光偏振器15和20的排列狀況)。這由電學上來探測，並對鏡子和光學系統的位置進行校正。這樣就能使寫入和讀出的光束正確地對準數據存儲部分26。
此外，即使突起部分由反光材料做成，也可用同樣的方法進行位置修正。
在本發明的存儲區中，基板4和10是用塑料或7059麻粒玻璃構成的。在基板上用真空澱積法形成透明導電膜ITO(氧化銦錫)。然後在一對基板電極5和9的內側加上不對稱的取向膜6和8，並形成液晶單元，其厚度等於基板間隔2微米。液晶層7被置於基板間。為實現取向排列，在電極5上用旋轉法塗敷厚為0.1微米的PAN(聚丙烯睛)和PVA(聚丙烯醇)，並進行普通的拋光處理。取向控制膜也可用SiO2(二氧化矽)或聚醯亞胺來代替。
在另一個電極9上施以無機化合物的取向膜，並且所提供的液晶取向控制膜8是未拋光的。
在液晶取向控制膜6和8間加入鐵電液晶，例如，聯笨系列的手性層列相結構液晶(biphenyl-relatedchiralsmecticliquidcryltals)。
此外，也可使用DOBAMBC鐵電液晶及其類似材料或多種液晶材料混合起來使用。圖4給出一個鐵電液晶閾值特性的例子。圖4也表示用施加±5伏電壓而得到的一對曲線24和25。確切地說，因引起液晶分子反轉而使光能夠透過或不能透過，與此同時，得到了表示記憶效應的回線。
在圖4中，縱坐標是光的透射比。
卡片1的顯示部分2實質上具有與前述的存儲區3相同的結構，除了在本發明的具體裝置中一對電極5和9具有矩陣結構以外，這樣就可用小斑點來顯示文字，圖和符號。此外卡片上也提供了所需的IC。
確切地講，卡片的存儲區3和顯示區2隻是電極形狀不同，其它部分的結構是完全一樣的。因此，兼有顯示功能和存儲能力的卡片可用製作液晶顯示器的常用工藝來製作。
此外，使用一對光偏振器15和20完全覆蓋了卡片的兩側，這樣就完全不必使用作為光讀出裝置的偏振器了。
再者，液晶12具有按照突起部分23自行對準的能力。這樣，數據存儲部分26的液晶分子的取向狀態得到改善而無缺陷，使數據能夠準確地存儲在存儲器中。
突起部分23也可用作液晶單元的隔離區。這就減少了工序，降低了生產成本。
以上是使用這種顯示存儲卡的一個例子。在用作銀行的自動付鈔機卡或類似用途時，持卡者來到銀行，把卡片插入與計算機相連的自動付鈔機設備中，通過電極5′和9′給卡片供電，由光學系統的讀出裝置從卡片的存儲區取出數據，如持卡者的姓名，帳號，過去的詳細業務情況等。與此同時，新的數據由光學系統寫入，而所要的數據則顯示在卡片上。
這種顯示所用的液晶表現出鐵電性(手性層列相液晶)，當其密封在間距窄於液晶的螺旋間距的平行板間時，液晶分子則沿穩定的二個軸的方向定位。這兩個方向之一可用電場來選擇。即使除去電場，液晶也能可靠地保持穩定位置。結合使用偏振板，(文字等的)顯示就能保持。
因此，當卡片從自動付鈔機終端設備中取出時，卡片電源被切斷，但數據仍保留在存儲區中，這是基於液晶具有強介電性，並且在顯示區也具有強介電性。
這樣，用戶隨時隨地都能看到存儲的內容。
這裡所述的例子只是將本發明的卡片用作銀行的自動付鈔機卡的方法，但是也可以把這種卡片用於別處。
在這個具體裝置中，本發明的卡片是由透射型的顯示區2和存儲區3組成的，但在其他具體裝置中，使用反射型也不會降低本發明的效果。在這種情況下，雷射束被卡片的電極部分反射，這就可用金屬來做一個電極，因而本發明的成本就可降低。
此外，在本發明的卡片沒有外接線端時，也可以不用連接電源來讀卡片的存儲器，這樣存儲區的工作就如同一個只讀存儲器。
還可以在鐵電液晶中添加二色性染料，以賓-主方式儲存和顯示數據。在這種情況下其特點是可以使用一個或不用偏振器。
與至今所用的磁性卡片系統相比，把使用鐵電液晶的顯示器件和存儲部分合併在一個卡片內，卡片本身具有記憶功能，其一部分或全部存儲器可隨時用顯示裝置來檢查，因而不必使用特殊的終端裝置。
此外，由於只在重寫時需要電源，所以卡片本身不必有電源。當然，卡片可備有太陽電池作為電源來驅動卡片電路。
權利要求
1.一個非易失鐵電液晶卡片存儲器由以下部分組成一對卡片基板，至少一個所述基板是透明的；一個鐵電液晶層置於所述的基板之間；在所述的基板內表面上備有電極以供給電場來改變所述的液晶層各向異性方向。
2.如權利要求1中所述的存儲器，其中所說的電極排列，是彼此相對，沿著在它們之中的所說的液晶層延伸的一對電極。
3.如權利要求2所述的存儲器，其進一步包括一個由第二鐵電液晶層構成的顯示部分，其液晶層的光學特性是由加於其上的一電場控制的。
4.如權利要求3所述的存儲器，其進一步包括一個用於將所說的第二液晶層的一特定部分加至顯示可見信息的第二電極裝置。
5.如權利要求4所述的存儲器，其中所述的信息為字母，字符，符號或其它圖象。
6.如權利要求5所述的存儲器，其中所說的第二電極裝置是成矩陣方式構造的。
7.如權利要求5所述的存儲器，其中所述的第一電極與第二電極液晶顯示層是由同一鐵電液晶材料構成。
8.如權利要求7所述的存儲器，進一步包括一集成電路片，以驅動所說的存儲器及所說的顯示器。
9.如權利要求8所述的存儲器，進一步包括外部終端以接收來自外部設備的控制信號。
10.如權利要求8所述的存儲器，進一步包括一外部終端，以接受其所述存儲器工作所需的電源。
11.如權利要求8所述的存儲器，進一步包括為其存儲器供電的一太陽電池。
12.如權利要求1所述的存貯器，進一步包括置於相對基層的內部的一對方向控制膜，一個膜由聚醯亞胺構成而另一膜片由二氧化矽構成。
13.如權利要求1所述的存儲器，其中所述的基層是8.6cm寬，5.4cm長。
全文摘要
本發明涉及一種鐵電液晶數據存貯卡，可用作銀行的自動付鈔機卡、保密用的識別卡及火車票預售卡等類似的用途。它包括合為一體的數據存儲部分及數據顯示部分。構成上採用了強介電性的同樣液晶，使整個存儲卡具有既非易失又可擦除，使用方便，製造簡單等優點。
文檔編號G06K19/06GK1030663SQ8810390
公開日1989年1月25日 申請日期1988年5月9日 優先權日1987年5月9日
發明者山崎舜平 申請人:株式會社半導體能源研究所