JPH0152686B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、液晶素子の応答速度測定方法に係
り、特に液晶素子中の液晶分子の配列変化を電気
容量の時間的変化としてとらえる測定方法に関す
る。

従来では、液晶素子の応答速度測定は第１図に
示すように行なわれていた。

すなわち、第１図に於いて、光源１から放射さ
れる光を液晶素子２を通して、光検出器３で測定
する光学系と、液晶素子駆動回路４および光信号
処理回路５からなる測定測置を用い、たとえば、
オシユロスコープ６により、第２図に示すような
波形を観測していた。

第１図の装置において、液晶素子２は液晶素子
駆動回路４により、第２図ａのように、時刻t₀か
らt₁まで駆動信号が印加される。

このとき、液晶素子２の透過率が変化するので
光検出器３に入射する光量が変化し、光信号処理
回路５の出力は第２図ｂのように変化する。

同図から、液晶素子の応答時間を読取るが、た
とえば変化幅の90％まで変化する時間t_po，t_Offと
定義すれば、図中に示したようにt_po，t_Offを定め
ることができる。

ところが、この測定方法は液晶素子の光学的性
質の変化速度を正しく測定することは可能である
が、例えば、第２図ｃに示す様に、電圧印加時
（ｔ＝t₀）より、少し遅れて、透過光強度が変化
し始めている。液晶素子の旋光性やねじれのため
に、光学的性質の変化と液晶素子中の液晶分子の
配列変化は必ずしも一致しないことがよく知られ
ている。したがつて、液晶分子自体の応答速度を
測定するためには上記した方法による測定では不
充分であつた。

本発明の目的は、上述した欠点を除去し、液晶
分子自体の応答速度を測定するに好適な液晶素子
の応答速度測定方法を提供することにある。

上記目的を達成する本発明の特徴とするところ
は、液晶素子の電気容量の時間的変化を測定する
ことによつて液晶素子中の液晶分子の配列の時間
的変化即ち応答速度を検出するものである。

本発明を具体的に述べると、液晶素子とインピ
ーダンスを直列に接続し、交流電圧信号を印加
し、インピーダンスに印加された交流電圧信号の
時間的変化を測定することによつて、液晶素子中
の液晶分子の配列の時間的変化を検出するもので
ある。

さらに、具体的に述べれば、液晶素子とインピ
ーダンスを直列に接続し、駆動用交流電圧信号と
該信号とは異種（例えば、周波数が違う）測定用
交流電圧信号を重畳した信号を印加し、インピー
ダンスに印加された測定用交流電圧信号成分を測
定することによつて、液晶素子中の液晶分子の時
間的変化を検出するものである。

また、測定用交流電圧信号の実効電圧は液晶素
子の駆動状態に影響を与えない程度であり、ま
た、インピーダンスはコンデンサであることが好
ましい。

ここで、液晶素子中の液晶分子の配列の状態と
液晶素子の電気容量について説明する。

表示素子などに実用されている液晶分子は、通
常誘電率異方性を有しており、この誘電率異方性
のゆえに、電圧印加によりその配列を変化する。
従つて、光学的性質も変化し表示素子としての機
能をはたしている。

誘電率異方性とは、液晶分子の長軸方向の誘電
率εと短軸方向の誘電率ε⊥が異なつている
（ε≠ε⊥）ことであり、これゆえ液晶分子の配
列方向が変化すると、液晶素子の電気容量が変化
する。

なお、一般に普及しているTN（Twisted
Neinatic）型液晶素子ではOFF状態からON状態
に変化するとき、電気容量が２〜４倍に増加する
が、使用される液晶素子の種類によつてこの値は
異なる。

本発明を実施するのに好適な回路構成を第３図
に示す。

同図に於いて、１０は駆動用交流電圧信号V_A
を発生する発振回路、１１は測定用交流電圧信号
V_Bを発生する発振回路、１２は駆動用交流電圧
信号V_Aのスイツチング回路、１３は測定用交流
電圧信号V_Bとスイツチング回路１２の出力であ
る駆動用交流電圧信号V_Cを加算する加算回路、
１４は電極が設けられた少なくとも２枚の基板間
に液晶材料を封入した液晶素子、１５は液晶素子
１４と直列に接続されたインピーダンスとしての
コンデンサ、１６はコンデンサ１５に印加される
信号V_Eの測定用交流電圧信号成分を検出する弁
別回路で、具体的には駆動用交流電圧信号V_Aと
測定用交流電圧信号V_Bの周波数の中間にしや断
周波数を有するハイパスフイルタである。弁別回
路はこれに限らず、駆動用交流電圧信号V_Aのみ
を除去するバンドエリミネーシヨンフイルタ等で
も良い。

ここで、液晶素子１４は本質的にコンデンサと
して働くので、インピーダンス１５に加わる信号
に位相差が生じない様にインピーダンス１５はコ
ンデンサであることが望ましい。

第３図の回路に於ける信号波形を第４図に示
し、これらを用いて、液晶素子１４をOFF状態
からON状態へ変化させたときの本発明の実施例
を詳細に説明する。

発振回路１０より発生される駆動用交流電圧信
号V_Aは第４図ａに示す如く周波数200Hzの正弦波
であり、スイツチング回路１２により、第４図ｂ
に示す如く、駆動用交流電圧信号V_Cは、OFF状
態からON状態へ変化する。発振回路１１より発
生される測定用交流電圧信号V_Bは第４図ｃに示
す如く周波数４ＫHzの正弦波である。

ここで、測定用交流電圧信号V_Bは、液晶素子
の駆動状態に影響しない様に電圧値を小さくする
ことが必要であるが、通常0.1V以下であること
が望ましい。

加算回路１３によつて、駆動用交流電圧信号
V_Cと測定用交流電圧信号V_Bは加算され、第４図
ｄに示す合成電圧信号V_Dが液晶素子１４とコン
デンサ１５に印加される。

時刻t₀に於いて、駆動用交流電圧信号が印加さ
れると、液晶素子中の液晶分子の配列方向が変化
し、前述の如く液晶素子１４の電気容量は変化す
る。例えば、TN型液晶素子の様に、ε−ε⊥＞
０の液晶材料を用いた場合は、液晶素子１４の電
気容量は増加する。

液晶素子１４の電気容量をＣ（ｔ）、コンデンサ
１５の電気容量C₀（一定）とすると、コンデンサ
１５に印加される電圧信号V_Eは式(1)の如く表わ
せる。

V_E＝Ｃ（ｔ）／C₀＋Ｃ（ｔ）V_D ……(1) 式(1)より、液晶素子１４の電気容量Ｃ（ｔ）が
大きくなるとコンデンサ１５に加わる電圧信号
V_Eも大きくなることがわかる。さらに、コンデ
ンサ１５の電気容量C₀を液晶素子１４の電気容
量Ｃ（ｔ）に比して十分大きくすれば、式(1)は V_E＝Ｃ（ｔ）／C₀V_D（C₀≫Ｃ（ｔ）） ……(2) となり、コンデンサ１５に印加される電圧信号
V_Eと液晶素子１４の電気容量Ｃ（ｔ）は略比例す
る。

従つて、コンデンサ１５に印加される電圧信号
V_Eの時間的変化を測定することは、液晶素子１
４の電気容量の時間的変化を測定することにな
り、すなわち、液晶素子１４中の液晶分子の時間
的変化を検出することになる。

第４図ｅに示す様なコンデンサ１５に印加され
る電圧信号V_Eはハイパスフイルタによつて、駆
動用交流電圧信号成分が除去され、第４図ｆに示
す様な測定用交流電圧信号成分V_Fが出力される。
この波形の包絡線V_Gは第４図ｇの様になり、V_G
が液晶素子１４の電気容量の変化、すなわち液晶
素子１４の時間的変化を直接表わすことになる。

ｔ＝t₀で駆動用交流電圧信号をON状態にした
時のTN型液晶素子の透過光強度の時間的変化を
第５図ａに、電気容量の時間的変化を第５図ｂに
示す。これらの図より明らかな様に、透過光強度
に比べて電気容量は早く変化し始めている。

従つて、本発明の実施例によれば液晶素子中の
液晶分子自体の応答速度を正確に測定することが
できる。

尚、測定用交流電圧信号は液晶素子のOFF状
態とON状態の両方に含まれているが、駆動用交
流電圧信号をOFFからONに切換えると同時に、
測定用交流電圧信号Ｏ（Ｖ）から任意の電圧値に
変化させても良い。

さらに、液晶素子１４とコンデンサ１５に印加
される交流電圧信号は２種類ではなく、駆動用交
流電圧信号だけでも、本発明は適用できる。この
場合、第３図に於ける発振回路１１、加算回路１
３、ハイパスフイルタ１６は省略でき、回路を簡
素化することができる。

次に液晶素子１４をON状態からOFF状態へ変
化させたときの本発明の実施例を詳細に説明す
る。

第６図は第３図に示す回路に於ける、液晶素子
１４をON状態からOFF状態に変化させるときの
信号波形である。

第６図では、駆動用交流電圧信号V_Cが第６図
ｂに示す如くｔ＝t₀の時刻でONからOFFへ切換
わるので、合成電圧信号V_D、コンデンサ１５に
印加される電圧信号V_E，V_Eの測定用交流電圧信
号V_F，V_Fの包絡線V_Gはそれぞれ第６図ｄ〜ｇの
様に変化する。第６図ａ，ｃに示す発振回路１０
及び１１より発生される駆動用交流電圧信号V_A
及び測定用交流電圧信号V_Bは第４図ａ，ｃと同
一の波形である。

この場合も液晶素子１４をOFF状態からON状
態へ変化させる場合と同様に液晶素子中の液晶分
子自体の応答速度を正確に測定することができ
る。

さらに本実施例の場合、駆動用交流電圧信号
V_CがOFFに切換つても、測定用交流電圧信号V_B
は常に流れているので、コンデンサ１５に印加さ
れる電圧信号V_Eの測定用交流電圧信号成分V_Fに
よつて液晶分子の時間的変化を検出することがで
きる。

尚、第４図、第６図に示した駆動用交流電圧信
号V_Aと測定用交流電圧信号V_Bは、合成された信
号が弁別回路によつて弁別できるものであれば良
い。従つて、周波数はどちらが高くても良く、周
波数が同じでも、位相がずれていれば良い。さら
に、正弦波に限らず三角形、矩形波等の一般の交
流信号にも本発明は適用できる。

また、駆動用交流電圧信号V_AはOVから任意の
電圧値に変化させた場合を例にとつたが、これに
限定されず任意の電圧値から任意の電圧値に変化
させても良い。

第３図に示される加算回路１３は種々の回路で
実現できるが、一例として第７図に示す様な演算
増幅器を用いたものを例示する。第７図に於い
て、演算増幅器１７の反入力端子１８に抵抗１
９，２０を介して駆動用交流電圧信号V_C及び測
定用交流電圧信号V_Bを入力すると、出力端子２
１には加算された合成電圧信号V_Dが出力される。

また、式(1)、式(2)より、コンデンサ１５の電気
容量C₀を液晶素子の電気容量Ｃ（ｔ）より大きく
するにしたがつて、コンデンサ１５に印加される
電圧信号V_Eの変化は液晶素子１４の電気容量の
変化を正確に現わす様になり液晶分子の配列の時
間的変化を検出する精度が上がる。しかし、コン
デンサ１５の電気容量C₀を大きくすると、式(2)
よりコンデンサ１５に印加される電圧信号V_Eは
小さくなるので、弁別回路であるハイパスフイル
タ１６の前段に信号増幅回路を挿入する場合があ
る。

さらには、弁別回路であるハイパスフイルタ１
６の後段に、測定用交流電圧信号V_Fの包絡線V_G
を取るための回路や、波形記録のための波形記録
装置等を設けると測定に好都合である。

なお、液晶素子とコンデンサの分圧比を測定す
るという測定原理上、液晶素子の応答時間内で液
晶素子に印加される電圧も変化させなければなら
ない。

以上述べた様に本発明によれば、液晶素子中の
液晶分子自体の配列変化を測定できるもので、液
晶分子自体の応答速度を測定するに好適な液晶素
子の応答速度測定方法を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の液晶素子の応答速度測定方法を
示すブロツク図、第２図は第１図で観測される波
形図、第３図は本発明を実施するのに好適な回路
を示すブロツク図、第４図及び第６図は第３図の
回路に於ける信号波形を示す図、第５図は従来例
による測定結果と本発明の実施例による測定結果
を示す波形図、第７図は本発明の実施例に使用す
る加算回路の一例を示す回路図である。 １４…液晶素子、１５…コンデンサ、１６…ハ
イパスフイルタ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 液晶素子の電気容量の時間的変化を測定する
   ことによつて液晶素子中の液晶分子の配列の時間
   的変化を検出することを特徴とする液晶素子の応
   答速度測定方法。 ２ 特許請求の範囲第１項において、液晶素子と
   インピーダンスを直列に接続し、該液晶素子とイ
   ンピーダンス間に交流電圧信号を印加し、インピ
   ーダンスに印加される交流電圧信号の時間的変化
   を測定することによつて液晶素子中の液晶分子の
   配列の時間的変化を検出することを特徴とする液
   晶素子の応答速度測定方法。 ３ 特許請求の範囲第２項において、液晶素子と
   インピーダンス間に、駆動用交流電圧信号と該信
   号とは異種の測定用交流電圧信号が重畳された合
   成電圧信号を印加し、インピーダンスに印加され
   る合成電圧信号の測定用交流電圧信号成分を測定
   することによつて、液晶素子中の液晶分子の配列
   の時間的変化を検出することを特徴とする液晶素
   子の応答速度測定方法。 ４ 特許請求の範囲第３項において、駆動用交流
   電圧信号の周波数と測定用交流電圧信号の周波数
   とが違うことを特徴とする液晶素子の応答速度測
   定方法。 ５ 特許請求の範囲第３項において、測定用交流
   電圧信号の実効電圧は、液晶素子の駆動状態に影
   響を与えない程度であることを特徴とする液晶素
   子の応答速度測定方法。 ６ 特許請求の範囲第２項及び第３項において、
   インピーダンスはコンデンサであることを特徴と
   する液晶素子の応答速度測定方法。