数据储存装置及其储存方法.pdf

本发明公开了一种数据储存装置及其储存方法。其中本发明提出的一种数据储存单元，包括一第一电极，一电压施加于该第一电极以在其邻近处形成一电场；及一结合物，其排列于该第一电极上，该结合物包括一液晶分子及一具有极性的磁性物质，借此在该结合物的邻近处形成一磁场，其中该结合物的排列对应于该电场的变动，借此该磁场对应于该电场的变动。本发明技术方案将LC分子的排列特性应用于数据储存领域，实现了一种数字数据式储存装置及方法。

1、  一种数据储存单元，其特征在于，包括：
一第一电极，一电压施加于所述第一电极以在其邻近处形成一电场；及
一结合物，其排列于所述第一电极上，所述结合物包括一液晶分子及一具有极性的磁性物质，借此在该结合物的邻近处形成一磁场，
其中该结合物的排列对应于所述电场的变动，借此所述磁场对应于所述电场的变动。

2、  如权利要求1所述的单元，其特征在于，还包括：
一第二电极，所述结合物排列在所述第一及所述第二电极间，其中所述第一及所述第二电极间有一电压差而在其间形成一电场，所述结合物的排列对应于所述电场的变动；及
一第一及一第二基板，所述第一及第二电极分别设于所述第一及所述第二基板上。

3、  如权利要求1所述的单元，其特征在于，还包括：
一基板，所述第一电极设于所述基板上。

4、  如权利要求1所述的单元，其特征在于，还包括：
一基板，所述第一电极设于所述基板的一第一面上；及
一第二电极，设于所述基板的一第二面上，所述结合物排列于所述第一电极上及所述第二电极上，
其中一第一电压施加于所述第一电极以在其邻近处形成一第一电场及一第二电压施加于所述第二电极以在其邻近处形成一第二电场，排列于所述第一电极上及所述第二电极上的所述结合物的排列分别对应于所述第一及所述第二电场的变动。

5、  如权利要求2、3或4所述的单元，其特征在于，
其中所述基板为一玻璃基板和一半导体材质基板其中之一。

6、  如权利要求1所述的单元，其特征在于，还包括：
一开关元件，用于控制所述电压的开关，其中所述开关元件为一晶体管。

7、  如权利要求1所述的单元，其特征在于，其中：
所述液晶分子为一向列型液晶分子、一层列型液晶分子、一胆固醇型液晶分子和一长链状液晶分子其中之一；
所述具有极性的磁性物质的外形为条状及针状其中之一；
所述具有极性的磁性物质的长轴与所述液晶分子的长轴平行；
所述具有极性的磁性物质的尺度为纳米级；和/或
所述液晶分子及所述具有极性的磁性物质间是借由静电力或范德华力相结合而形成所述结合物的。

8、  一种数据储存单元，其特征在于，包括：
一电极；及
一结合物，其包括一液晶分子及一具有极性的磁性物质，所述结合物排列于所述电极上，
其中一电压施加于所述电极而变动所述结合物的排列。

9、  一种数据储存装置，其特征在于，包括：
若干数据储存单元，每一单元包括：
一第一电极；及
若干结合物，其排列于所述第一电极上，每一结合物包括一液晶分子及一具有极性的磁性物质，借此所述若干结合物在所述单元中形成一磁场；及
一磁感元件，
其中一电压施加于所述第一电极而变动所述结合物的排列并变动所述磁场，所述磁感元件感应所述每一单元中的所述磁场的变动。

10、  如权利要求9所述的装置，其特征在于，还包括：
一基板，所述第一电极设在所述基板的一第一面上；及
一第二电极，设于所述基板的一第二面上，所述结合物排列在所述第一电极上及所述第二电极上，
其中一第一电压施加于所述第一电极以在其邻近处形成一第一电场及一第二电压施加于所述第二电极以在其邻近处形成一第二电场。

11、  如权利要求9所述的装置，其特征在于，所述每一单元还包括：
一第二电极，所述第一电极及第二电极间施加有一电压，
其中所述组合物排列在所述第一电极及第二电极间。

12、  如权利要求9所述的装置，其特征在于，其中：
所若干结合物的排列对应于所述电压的变动；和/或
所述磁感元件用于感应每一单元中所述磁场的变动。

13、  一种数据储存方法，其特征在于，包括以下步骤：
提供一电极及一结合物，所述结合物包括一具有极性的磁性物质及一液晶分子；
将所述结合物排列于一电极上；及
对所述电极施加一电压而变动所述结合物的排列。

数据储存装置及其储存方法
技术领域
本发明涉及一种数据储存装置及其储存方法，尤其涉及一种数字数据储存装置及其储存方法。
背景技术
在现有技术中，液晶(Liquid Crystal，以下简称LC)是一种具有组织方位性的液体(crystalline liquid)，液晶依其凝集构造的不同可略分为三类：向列型(nematic)液晶、层列型(smectic)液晶及胆固醇型(cholesteric)液晶。一般将LC普遍使用于液晶电视、膝上型电脑及各类型显示元件上，极少数LC也被应用于温度感测器或光记忆材料。
LC分子的外观为条状的椭圆形，其大致沿椭圆形的长轴方向彼此相互平行排列，因此在一维空间上具有规则排列此一特征，称为配向(alignment)，且由于LC具有诱电与光学的异向性，同时具备良好的分子配向性与流动特性，当受到光、热、电场、磁场等外部影响时，LC分子的配向排列容易产生变化。
图1(a)所示，是现有技术中液晶分子未受到外加电场影响时其排列方式的示意图，图1(b)所示，是现有技术中液晶分子在受到外加电场的影响后其排列方式的示意图。图1(a)及图1(b)中包括了上基板10a、下基板10b、上电极12a、下电极12b及长链状的LC分子14。首先请参阅图1(a)，由于图中的LC分子14并未受到外加电场的影响，图中的LC分子14以在一水平面上旋转90°角度的方式水平排列在上电极12a及下电极12b之间，这是LC分子14未受到外加电场影响时的水平排列方式；请继续参阅图1(b)，在图中的上电极12a及下电极12b之间施加一个电压差，从而在上电极12a及下电极12b之间形成一个电场，图中的LC分子14在受到此外加电场的影响之后，将全部由水平排列转为垂直排列而分布在上电极12a及下电极12b之间，这是LC分子14在受到外加电场影响后的排列方式。
在现有技术中，已经将上述LC分子的排列特性，大量地应用在各种类型的显示装置上，但在除了显示装置以外的技术领域，则鲜少听闻利用上述LC分子的排列特性。
发明内容
本发明提供了一种数据储存装置及其储存方法，利用了LC分子会随外加电场的变动而改变其配向排列的特性，而将具有极性的磁性物质与LC分子组合，此时当外加电场变动时，由磁性物质所产生的磁场亦将随着外加电场的变动而变动，再利用一磁感元件感应此磁场变化，定义不同的磁场状态代表不同的数据，如垂直磁场代表0及水平磁场代表1，则依照上述原理可建构出一种新式的数字数据储存装置，用于储存数字数据并任意读取。随着采用不同性质的LC分子，此数据储存装置可作为易失性数字数据储存装置或非易失性数字数据储存装置。
根据本发明的第一构想，提出一种数据储存单元，其包括一第一电极，一电压施加于该第一电极以在其邻近处形成一电场；及一结合物，其排列于该第一电极上，该结合物包括一液晶分子及一具有极性的磁性物质，借此在该结合物的邻近处形成一磁场，其中该结合物的排列对应于该电场的变动，借此该磁场对应于该电场的变动。
较佳地，本发明所提供的该种数据储存单元，还包括一第二电极，该结合物排列于该第一及该第二电极间，其中该第一及该第二电极间有一电压差从而在其间形成一电场，该结合物的排列对应于该电场的变动。
较佳地，本发明所提供的该种数据储存单元，还包括一第一及一第二基板，该第一及第二电极分别设于该第一及该第二基板上。
较佳地，本发明所提供的该种数据储存单元，还包括一基板，该第一电极设于该基板上。
较佳地，本发明所提供的该种数据储存单元，还包括一基板，该第一电极设于该基板的一第一面上；及一第二电极，设于该基板的一第二面上，该结合物排列在该第一电极上及该第二电极上，其中一第一电压施加于该第一电极以在其邻近处形成一第一电场，及一第二电压施加于该第二电极以在其邻近处形成一第二电场，排列在该第一电极上及该第二电极上的该结合物的排列分别对应于该第一及该第二电场的变动。
较佳地，本发明所提供的该种数据储存单元，其中该等基板为一玻璃基板及一半导体材质基板其中之一。
较佳地，本发明所提供的该种数据储存单元，还包括一开关元件，用于控制该电压的开关。
较佳地，本发明所提供的该种数据储存单元，其中该开关元件为一晶体管。
较佳地，本发明所提供的该种数据储存单元，其中该液晶分子为一向列型(nematic)液晶分子、一层列型(smectic)液晶分子、一胆固醇型(cholesteric)液晶分子及一长链状液晶分子其中之一。
较佳地，本发明所提供的该种数据储存单元，其中该具有极性的磁性物质的外形为条状及针状其中之一。
较佳地，本发明所提供的该种数据储存单元，其中该具有极性的磁性物质的长轴与该液晶分子的长轴平行。
较佳地，本发明所提供的该种数据储存单元，其中该具有极性的磁性物质的尺度为纳米级(nano-scaling)。
较佳地，本发明所提供的该种数据储存单元，其中该液晶分子及该具有极性的磁性物质间是借由静电力或范德华力相结合而形成该结合物。
根据本发明的第二构想，提出一种数据储存单元，其包括一电极；及一结合物，该结合物包括一液晶分子及一具有极性的磁性物质，该结合物排列于该电极上，其中一电压施加于该电极而变动该结合物的排列。
根据本发明的第三构想，提出一种数据储存装置，其包括若干数据储存单元，每一单元包括一第一电极及若干结合物，所述若干结合物排列于该第一电极上，而每一结合物包括一液晶分子及一具有极性的磁性物质，借此该若干结合物在该单元中形成一磁场；及一磁感元件，其中一电压施加于该第一电极而变动该结合物的排列并变动该磁场，该磁感元件感应每一单元中的该磁场的变动。
较佳地，本发明所提供的该种数据储存装置，还包括一第二电极，该若干结合物排列于该第一及该第二电极间，其中该第一及该第二电极间具有一电压差从而在其间形成一电场。
较佳地，本发明所提供的该种数据储存装置，还包括一基板，该第一电极设于该基板的一第一面上；及一第二电极，设于该基板的一第二面上，该结合物排列于该电极上及该第二电极上，其中一第一电压施加于该第一电极以在其邻近处形成一第一电场及一第二电压施加于该第二电极以在其邻近处形成一第二电场。
较佳地，本发明所提供的该种数据储存装置，更包括一第二电极，该第一电极及第二电极间施加有一电压，其中该组合物排列于该第一电极及第二电极间。
较佳地，本发明所提供的该种数据储存装置，其中该若干结合物的排列对应于该电压的变动。
较佳地，本发明所提供的该种数据储存装置，其中该磁感元件用于感应每一单元中该磁场的变动。
根据本发明的第四构想，提出一种数据储存方法，其包括提供一电极及一结合物，该结合物包括一具有极性的磁性物质及一液晶分子；将该结合物排列于一电极上；及对该电极施加一电压而变动该结合物的排列。
本发明技术方案将LC分子的排列特性应用于数据储存领域，实现了一种数字数据式储存装置及方法。
附图说明
图1(a)为现有技术中液晶分子未受到外加电场影响时其排列方式的示意图；
图1(b)为现有技术中液晶分子在受到外加电场的影响后其排列方式的示意图；
图2(a)为本发明的数据储存单元中的结合物未受到外加电场影响时其排列方式的示意图；
图2(b)为本发明的数据储存单元中的结合物在受到外加电场的影响后其排列方式的示意图；
图3为本发明的数据储存单元结构的第一变化实施例示意图；
图4为本发明的数据储存单元结构的第二变化实施例示意图；
图5为本发明的数字数据储存装置的示意图。
具体实施方式
可由以下实施例的说明充分了解本发明技术方案，使得本领域技术人员可以据此实现，但下列实施例并不限制本发明技术方案的实施。
图2(a)所示，为本发明的数据储存单元中的结合物未受到外加电场影响时的排列方式的示意图，图2(b)所示，为本发明的数据储存单元中的结合物在受到外加电场的影响后的排列方式的示意图。图2(a)及图2(b)中的数据储存单元200包括了第一基板20a、第二基板20b、第一电极22a、第二电极22b、LC分子24、磁性物质26、结合物25、开关元件27、水平磁场Hh、垂直磁场Hv及磁感元件28，其中LC分子24为向列型(nematic)LC分子、层列型(smectic)LC分子、胆固醇型(cholesteric)LC分子或长链状LC分子；开关元件27为晶体管(transistor)；第一基板20a及第二基板20b为玻璃基板或其他半导体材质的基板；磁性物质24的外形为条状或针状；组合若干磁性物质26与LC分子24而形成一结合物25，虽然在图2(a)及图2(b)中，每一LC分子24搭配六个条状的磁性物质26，但对于长轴长度较长的LC分子24，其所搭配的磁性物质26的数量自然会增加，反之亦然，即每一LC分子24所搭配磁性物质26的数量是依实际状况而定的，甚至每一LC分子24仅搭配一个长度与此LC分子24相同或接近的条状磁性物质26亦可，其中磁性物质26的尺度(scale)甚至可以缩小到纳米级(nano-scaling)，但非仅限于纳米级，当组合两者时，原则上先使得结合物25中的具有极性的磁性物质的长轴与液晶分子的长轴平行，再将适当数量的磁性物质26组合到一个LC分子24的表面而形成一个结合物25，LC分子24与磁性物质26间依靠静电力(electrostatic force)或范德华力(van der Waals force)而相结合。
请先参阅图2(a)，由于图中结合物25中的LC分子24并未受到外加电场的影响，图中的结合物25将以在一水平面上旋转90°角度的方式排列在第一电极22a及第二电极22b之间，如图中所示，由于每一结合物25中的LC分子24的表面周围均配有若干具有极性的磁性物质26，此时在此数据储存单元200中的所有磁性物质26的N极至S极间的连线几乎为水平，因此所有以水平排列的磁性物质26将会形成一个水平磁场Hh，此时磁感元件28将感应到此数据储存单元200中的磁场状态为水平磁场Hh。
请继续参阅图2(b)，在图中的第一电极22a及第二电极22b之间施加一个电压差从而在第一电极22a及第二电极22b间形成一个电场，图中结合物25中的LC分子24在受到此外加电场的影响之后，将全部由水平排列转为垂直排列而分布在第一电极22a及第二电极22b之间，如图中所示，由于每一结合物25中的LC分子24的表面周围均配有若干具有极性的磁性物质26，此时在数据储存单元200中的所有磁性物质26的N极至S极间的连线几乎为垂直，因此所有转为以垂直排列的磁性物质26将会形成一个垂直磁场Hv，此时磁感元件28将感应到数据储存单元200中的磁场状态为垂直磁场Hv。
如果以数据储存单元200中的垂直磁场Hv代表0及水平磁场Hh代表1，或垂直磁场Hv代表1及水平磁场Hh代表0，则借由变动数据储存单元200中第一电极20a及第二电极20b间的电场(借由变动第一电极20a及第二电极20b间的电压而达成)而使得数据储存单元200中的磁场状态产生变化，则数据储存单元200将具有纪录0或1的二进制(binary)数字数据的能力。
需要特别强调的是，数据储存单元200中的磁场状态并不是只能存在水平磁场Hh或垂直磁场Hv以分别代表二进制资料的0或1，通常LC分子24的旋转角度与外加电场的强度有关，若以达成数据储存的目的而言，只要能够使数据储存单元200形成两种以上足以相互区别的磁场状态，就能够达成数据储存的目的，如在未受到外加电场的影响时，形成水平磁场Hh以代表二进制资料的0，在受到外加电场的影响时，结合物仅旋转45°而形成一个45°角度的磁场H45以代表二进制资料的1，只要磁感元件28能够辨识出Hh磁场及H45磁场，即可达成数据储存的目的，以此类推可知，只要能够在数据储存单元200中产生两种以上不同的磁场状态且能够由磁感元件28辨识出这两种磁场状态，即可达成数据储存的目的。若数据储存单元200能产生两种磁场状态，则此单元可储存二位元(bit)的数据，若数据储存单元200能产生四种的磁场状态，则此单元可储存四位元的数据，以此类推，经良好设计后，每一单元可储存相当多位元的电子数据。
请继续参阅图3，为本发明的数据储存单元结构的第一变化实施例示意图。图3中的数据储存单元300包括了基板30、电极32、LC分子34、磁性物质36、结合物35、开关元件37、垂直磁场Hv及磁感元件38，其中结合物35与磁感元件38之间并不需要以任何的基板或其他物质予以区隔，可以直接以磁感元件38感应结合物35的磁场状态变化，但若在结合物35与磁感元件38之间以任何的基板或其他物质加以区隔，也不妨碍磁感元件38感应结合物35的磁场状态变化。
图3中所揭露的单元结构，仅具有一个电极元件即电极32，在尚未对电极32施加电压之前，结合物35均为水平排列而形成一个水平磁场Hh(未示于图中)，对电极32施加电压，则在电极32邻近处将形成电场，结合物35中的LC分子34在受到此外加电场的影响之后，将全部由初始的水平排列转为垂直排列而分布在电极32上，并形成一个垂直磁场Hv，此时在数据储存单元300中即形成了两种以上足以相互区别的磁场状态，而能够达成数据储存的目的。请特别注意，如前所述的原理，数据储存单元300中的磁场状态并非仅限于水平磁场Hh和垂直磁场Hv两种。
请继续参阅图4，为本发明的数据储存单元结构的第二变化实施例示意图。图4中的数据储存单元400包括了基板40、第一电极42a、第二电极42b、LC分子44、磁性物质46、结合物45、开关元件47、垂直磁场Hv及磁感元件48，其中结合物45与磁感元件48之间并不需要以任何的基板或其他物质予以区隔，可以直接以磁感元件48感应结合物45的磁场状态变化，但若在结合物45与磁感元件48之间以任何的基板或其他物质予以区隔，也不妨碍磁感元件48感应结合物45的磁场状态变化。
图4中所揭露的单元结构，其储存数据的原理同样是利用数据储存单元400中不同的磁场状态代表不同的数据，如前所述。但图4中所揭露的单元结构是在基板40的两侧设置两个电极即第一电极42a及第二电极42b，如此等于两个单元共用一个基板40，或是利用一个基板40即可制作出两个单元，为本发明的数据储存单元结构的一种巧妙的变化实施方式。请特别注意，以上在图2(a)及图2(b)、图3及图4中所揭露的数据储存单元200、300或400，其中所使用的LC分子的性质将会决定数据储存单元200、300或400的储存特性为易失性(volatile)或为非易失性(non-volatile)。当使用胆固醇型液晶分子作为LC分子时，由于胆固醇型液晶分子在外加电场消除后，仍可维持其排列方式如同施加有外加电场的状况，故其磁场状态可保持在如同施加有外加电场的状态，因此采用胆固醇型液晶分子作为LC分子的数据储存单元200、300或400，在电场消失后仍可具有储存的功效，为非易失性的储存特性；当使用向列型液晶分子作为LC分子时，由于向列型液晶分子在外加电场消除后，其排列方式将回复到无外加电场的状况，故其磁场状态无法保持在如同施加有外加电场的状态，因此采用向列型液晶分子作为LC分子的数据储存单元200、300或400，仅能在电场维持的期间中具有储存的功效，为易失性的储存特性。
请继续参阅图5，为本发明的数字数据储存装置的示意图。图5中的数字数据储存装置50包括了若干数据储存单元52、开关元件(未示于图中)及磁感元件58。组合若干数据储存单元52，此数据储存单元52可为前述的数据储存单元200、300或400，每一数据储存单元52均配置一个开关元件以控制此资料储存单元52的电压开关，此开关元件可为晶体管(transistor)，再配置磁感元件58以读取每一数据储存单元52的磁场状态，即可创造出一个数字数据储存装置，其写入(write in)功能是经由控制数据储存单元52中的磁场状态而达成的，其读取(read on)功能是经由控制磁感元件58感应数据储存单元52中的磁场状态而达成的，借由适当增加数据储存单元52的数量，即可用于储存大量的数字数据，请特别注意，本发明的数字数据储存装置的外形并不限于图5中所揭露的矩形外观，也可以为其他如圆形的外观。
以上所述，仅为本发明的最佳实施例而已，不能以此限定本发明所实施的范围，即凡在本发明申请专利范围内所作的均等变化与修饰，仍属于本发明专利涵盖的范围内。