JP2005092009A - Method and device for driving liquid crystal element - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a method and a device for driving a liquid crystal element by which a response time can be shortened even when the diameter of a lens is large. <P>SOLUTION: In the liquid crystal element which uses molecule orientation effect by an irregular electric field distribution, at least one electrode (1st electrode 12) is given a potential gradient for a certain time when a voltage is applied between a 1st electrode 12 and a 2nd electrode 17 which face each other or varied. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

この発明は、例えば液晶レンズとしての液晶素子の駆動方法と装置に関し、特に駆動時の光学特性に現われる液晶特有の問題点を改善し、結果的には応答速度を速くすることができるという技術に係わるものである。   The present invention relates to a method and apparatus for driving a liquid crystal element as, for example, a liquid crystal lens, and in particular to a technique capable of improving problems inherent to liquid crystal appearing in optical characteristics during driving, and consequently increasing response speed. It is related.

液晶の特徴を利用した液晶表示素子は、薄型軽量の平板型表示素子として、目覚ましい発展を続けている。液晶分子の配向状態は、液晶表示素子を構成する2枚の透明導電膜を付したガラス基板の表面の処理や、外部印加電圧により容易に制御することができる。   Liquid crystal display elements utilizing the characteristics of liquid crystals continue to be remarkably developed as thin and light flat display elements. The alignment state of the liquid crystal molecules can be easily controlled by treatment of the surface of the glass substrate provided with the two transparent conductive films constituting the liquid crystal display element or by an externally applied voltage.

ネマティック液晶セルにおいて、液晶分子は電界の方向に配向するという性質を利用すると、軸対称的な不均一電界による液晶分子配向効果により、空間的な屈折率分布特性を有する液晶レンズを得ることができる。例えば、特開平11−109304号公報では、液晶マイクロレンズが開示されており、焦点位置を光軸方向と光軸に垂直な方向とのいずれにも制御できるようにした技術が開示されている。
特開平11−109304号公報
In a nematic liquid crystal cell, a liquid crystal lens having a spatial refractive index distribution characteristic can be obtained by utilizing the property that liquid crystal molecules are aligned in the direction of an electric field due to the effect of alignment of liquid crystal molecules by an axisymmetric non-uniform electric field. . For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-109304 discloses a liquid crystal microlens, which discloses a technique that allows the focal position to be controlled in either the optical axis direction or the direction perpendicular to the optical axis.
JP-A-11-109304

ところで、上記の文献は、液晶マイクロレンズについて開示されているが、液晶レンズの利用分野としては、レンズ直径1mm以上の液晶レンズを要望する分野もある。例えば、撮像用レンズ、顕微鏡、眼鏡、光ファイバーのスイッチ素子などである。そこでレンズ直径1mm程度の液晶レンズを実現しようとすると、液晶層の厚みが500μm以上となる。しかしこれでは、液晶分子の配向が不十分となり、液晶が白濁するような現象が生じる。   By the way, although the above-mentioned document discloses a liquid crystal microlens, there is a field where a liquid crystal lens having a lens diameter of 1 mm or more is desired as a field of use of the liquid crystal lens. For example, an imaging lens, a microscope, glasses, an optical fiber switch element, and the like. Therefore, when trying to realize a liquid crystal lens having a lens diameter of about 1 mm, the thickness of the liquid crystal layer becomes 500 μm or more. However, this causes a phenomenon that the alignment of liquid crystal molecules becomes insufficient and the liquid crystal becomes cloudy.

さらにまた問題となるのが、応答特性である。応答特性は、液晶層が厚くなるとそれだけ応答時間が長くなる。このために液晶レンズを採用する製品、及び使用個所によっては、不十分である。そこで、応答時間を早くするために高い電圧を与えることが考えられる。しかしさらにここで問題となるのが、液晶分子の配向が不連続となるディスクリネーションラインと呼ばれる欠陥領域が発生する現象が知られている。この現象は、液晶分子が基板面から立ち上がる方向が、セルの中央付近で例えば左右逆方向となり、ここに不連続線が生じるというものである。   Another problem is the response characteristics. As for the response characteristic, the response time becomes longer as the liquid crystal layer becomes thicker. For this reason, it is insufficient depending on the product and the place where the liquid crystal lens is used. Therefore, it is conceivable to apply a high voltage in order to increase the response time. However, a further problem here is a phenomenon in which a defect region called a disclination line in which the alignment of liquid crystal molecules is discontinuous occurs. This phenomenon is such that the direction in which the liquid crystal molecules rise from the substrate surface is, for example, the left-right reverse direction near the center of the cell, and a discontinuous line is generated here.

上記した白濁、ディスクリネーションラインのいずれが発生しても、液晶レンズとしての光学的な機能は果せなくなる。   Regardless of the occurrence of the above-described cloudiness or disclination line, the optical function as a liquid crystal lens cannot be achieved.

そこで、この発明の目的とするところは、簡単な構成で直径の大きな液晶レンズを容易に実現すること、さらに加えて、このような液晶レンズであってもその応答速度を早くすることができる液晶レンズの駆動方法と装置を提供することにある。   Accordingly, an object of the present invention is to easily realize a liquid crystal lens having a large diameter with a simple configuration, and in addition, even such a liquid crystal lens can increase the response speed. The object is to provide a lens driving method and apparatus.

この発明は、上記の目的を達成するために、不均一な電界分布による分子配向効果を利用した液晶素子において、対向電極間に電圧を印加するとき又は電圧を可変するときに、少なくとも一方の電極に一定時間電位勾配を与えるようにした。   In order to achieve the above object, according to the present invention, in a liquid crystal device using a molecular alignment effect due to non-uniform electric field distribution, at least one electrode is applied when a voltage is applied between the opposing electrodes or the voltage is varied. A potential gradient was applied to the fixed time.

また、この発明では、前記一方の電極に一定時間電位勾配を与えるときに前記対向電極間に所定電圧よりも大きい電圧を与え、その後前記所定電圧を与えることで、応答速度を速くしている。   In the present invention, when a potential gradient is applied to the one electrode for a certain period of time, a voltage higher than a predetermined voltage is applied between the counter electrodes, and then the predetermined voltage is applied to increase the response speed.

またこの発明は、透明な第1の基板と、この第1の基板上の透明な第1の電極と、この第1の電極上に液晶層を挟んで配置された透明の第2の基板と、前記第2の基板上に設けられ孔を有する第2の電極とからなる液晶レンズを駆動する装置であって、前記第1、第2の電極間に電圧を与えるときに、前記第1の電極に対して一定時間電位勾配を与えるための手段を備えるものである。   The present invention also provides a transparent first substrate, a transparent first electrode on the first substrate, and a transparent second substrate disposed on the first electrode with a liquid crystal layer interposed therebetween. , An apparatus for driving a liquid crystal lens comprising a second electrode provided on the second substrate and having a hole, and when applying a voltage between the first and second electrodes, the first electrode Means are provided for applying a potential gradient to the electrode for a certain period of time.

上記の手段により、対向電極(第1、第2の電極)間に電圧を与えるときに、一方の電極(第1の電極)に対して、一定時間電位勾配を与えるので、電界により液晶分子が基板面から立ち上がる方向が一方向に整列される。このために対向電極間に電圧を与えたときに、液晶レンズの特性悪化となるディスクリネーションラインの発生が抑制される。結果として、対向電極間に印加する電圧を高くすることができ、応答特性、さらには回復特性の改善を得ることが可能となる。勿論光学特性も良好となる。   When a voltage is applied between the counter electrodes (first and second electrodes) by the above means, a potential gradient is applied to one electrode (first electrode) for a certain period of time. The direction rising from the substrate surface is aligned in one direction. For this reason, when a voltage is applied between the counter electrodes, the occurrence of a disclination line that deteriorates the characteristics of the liquid crystal lens is suppressed. As a result, the voltage applied between the counter electrodes can be increased, and the response characteristics and further the recovery characteristics can be improved. Of course, the optical characteristics are also improved.

以下、この発明の実施の形態を図面を参照して説明する。先ず、本発明が適用された液晶レンズの構成を説明し、その駆動方法について説明する。この発明が適用された液晶レンズは、透明な第1の基板11と、この第1の基板上の透明な第1の電極12と、この第1の電極12上に液晶層13を挟んで配置された透明の第2の基板14と、前記第2の基板14上に設けられ孔20を有する第2の電極17とを基本構成としている。そして、第1、第2の電極12、14間に電圧を与える前に、第1の電極12に対して一定時間電位勾配を与えるための手段を備える。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. First, a configuration of a liquid crystal lens to which the present invention is applied will be described, and a driving method thereof will be described. A liquid crystal lens to which the present invention is applied includes a transparent first substrate 11, a transparent first electrode 12 on the first substrate, and a liquid crystal layer 13 sandwiched on the first electrode 12. The transparent second substrate 14 and the second electrode 17 provided on the second substrate 14 and having the holes 20 are basically configured. Then, a means for applying a potential gradient to the first electrode 12 for a certain period of time before applying a voltage between the first and second electrodes 12 and 14 is provided.

透明な第1の電極12は、ITO(インジウム・スズ酸化物)からなる。一方、第2の電極17は、アルミニウム薄膜で形成されている。したがって、この液晶レンズは、第1の電極12と第2の電極17間に電圧を与えることで、孔20の中心軸を対称とする不均一な電界を得られる。よって、液晶分子配向効果により、液晶層13が、空間的に異なる屈折率の分布特性を示し、液晶レンズとして機能する。また、第1の電極12と、第2の基板14とが、それぞれ液晶層13に対向する面は、それぞれポリイミド膜またはポリビニルアルコール膜等の配向膜15,16で被覆されている。ポリイミド膜またはポリビニルアルコール膜等の配向膜15,16の表面は、液晶分子が均一に配列するように、一方向にラビングされている。   The transparent first electrode 12 is made of ITO (indium tin oxide). On the other hand, the second electrode 17 is formed of an aluminum thin film. Therefore, this liquid crystal lens can obtain a non-uniform electric field symmetric with respect to the central axis of the hole 20 by applying a voltage between the first electrode 12 and the second electrode 17. Therefore, due to the liquid crystal molecular alignment effect, the liquid crystal layer 13 exhibits spatially different refractive index distribution characteristics and functions as a liquid crystal lens. Further, the surfaces of the first electrode 12 and the second substrate 14 facing the liquid crystal layer 13 are respectively covered with alignment films 15 and 16 such as a polyimide film or a polyvinyl alcohol film. The surfaces of the alignment films 15 and 16 such as a polyimide film or a polyvinyl alcohol film are rubbed in one direction so that liquid crystal molecules are uniformly arranged.

上記のようにこの液晶レンズは,第2の基板14の液晶層13に対向する面には、電極は形成されておらず、アルミニウム薄膜である第2の電極17と液晶層13との間に、第2の基板14であるガラス(絶縁層)が介在していることになる。このため液晶層13の厚みが小さく、直径の大きなレンズを得るのに寄与している。つまり、小さな層厚での液晶分子配向が大きなレンズを構築するのに有効となるからである。また、液晶分子を確実に駆動できるため白濁の問題も生じない。また後述する液晶駆動の容易性にも寄与している。   As described above, in the liquid crystal lens, no electrode is formed on the surface of the second substrate 14 facing the liquid crystal layer 13, and an aluminum thin film is interposed between the second electrode 17 and the liquid crystal layer 13. The glass (insulating layer) which is the second substrate 14 is interposed. Therefore, the thickness of the liquid crystal layer 13 is small, which contributes to obtaining a lens having a large diameter. That is, liquid crystal molecular alignment with a small layer thickness is effective for constructing a large lens. Further, since the liquid crystal molecules can be driven reliably, the problem of cloudiness does not occur. It also contributes to the ease of liquid crystal driving described later.

本実施形態に係る液晶レンズにおいて、液晶層13の厚さは、130μm、基板11,14の厚さは1.3mm、孔20の径は7.0mmとしたが、これらの値は、種々変えることが可能である。   In the liquid crystal lens according to the present embodiment, the thickness of the liquid crystal layer 13 is 130 μm, the thicknesses of the substrates 11 and 14 are 1.3 mm, and the diameter of the hole 20 is 7.0 mm. It is possible.

しかし、本実施形態に係る液晶レンズにおいて、特に第2の基板14の厚さは、第2の電極17と液晶層13との間の距離を規定するために重要である。基板14の厚さは1μm〜5mm、特に数μm〜数mm、例えば2μm〜3mmであるのが望ましい。即ち、基板14はガラス基板に限らず、それ以外の絶縁層とすることも可能である。この場合、薄い絶縁層を保持するために、別途、基板を用いてもよい。絶縁層としては、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜等を用いることが出来る。なお、孔20の径は、数μm〜数10mm程度が望ましいが、特に限定されるものではない。   However, in the liquid crystal lens according to the present embodiment, the thickness of the second substrate 14 is particularly important for defining the distance between the second electrode 17 and the liquid crystal layer 13. The thickness of the substrate 14 is preferably 1 μm to 5 mm, particularly several μm to several mm, for example, 2 μm to 3 mm. That is, the substrate 14 is not limited to a glass substrate, but may be other insulating layers. In this case, a separate substrate may be used to hold the thin insulating layer. As the insulating layer, a silicon oxide film, a silicon nitride film, or the like can be used. The diameter of the hole 20 is preferably about several μm to several tens of mm, but is not particularly limited.

孔20の周辺に、例えば、基板14と電極17との間に、孔20よりもサイズの小さい開口部を有し、孔20を通過する光を制限する光遮断部材、いわゆるブラックマトリクスを設けてもよい。即ち、孔20の周辺部の特性は悪いが、ブラックマトリクスを設けることにより、孔20の周辺部においても、良好な特性を得ることが出来る。ブラックマトリクスとしては、カーボン等を用いることが出来る。   Around the hole 20, for example, a light blocking member that restricts light passing through the hole 20, a so-called black matrix, is provided between the substrate 14 and the electrode 17 and having an opening smaller in size than the hole 20. Also good. That is, although the characteristics of the peripheral part of the hole 20 are poor, by providing the black matrix, good characteristics can be obtained also in the peripheral part of the hole 20. Carbon or the like can be used as the black matrix.

以上のように構成される、液晶レンズでは、アルミニウム薄膜である第2の電極17と透明な第1の電極12の間に電圧を印加すると、不均一な電界が、液晶層13の広い領域全体にわたって分布する。このために、屈折率の異なる分子配向領域が液晶層13内に分布して形成される。このようにして、大きなサイズのレンズが実現される。   In the liquid crystal lens configured as described above, when a voltage is applied between the second electrode 17, which is an aluminum thin film, and the transparent first electrode 12, a non-uniform electric field is generated over the entire wide region of the liquid crystal layer 13. Distributed over. For this reason, molecular alignment regions having different refractive indexes are distributed and formed in the liquid crystal layer 13. In this way, a large size lens is realized.

多様な屈折率の分布は、印加される電圧により変化する。そのため、レンズの焦点距離は、外部電圧の関数であり、外部電圧によって、レンズの焦点距離を任意に変えることが可能である。   Various refractive index distributions vary depending on the applied voltage. Therefore, the focal length of the lens is a function of the external voltage, and the focal length of the lens can be arbitrarily changed by the external voltage.

図2には、本発明の特徴を説明するために、第1の電極12と第2の電極17と、その駆動手段21、及び第1の電極に対して電位勾配を与えることができる電位勾配設定手段22を取り出して示している。   In FIG. 2, in order to explain the characteristics of the present invention, a potential gradient that can provide a potential gradient to the first electrode 12, the second electrode 17, the driving means 21, and the first electrode. The setting means 22 is extracted and shown.

この発明では、第1の電極12は、比較的高抵抗な材料が用いて構成されており、例えば、酸化亜鉛にインジウム酸化物を添加したもの、又は酸化スズを挙げることが出来る。電気抵抗は、100Ω〜1MΩ程度が好ましい。ここでは、約10kΩの抵抗値の電極12を用いた。端子111、112が設けられている。端子111と112が並ぶ方向はラビング方向と平行な方向が好ましい。   In this invention, the 1st electrode 12 is comprised using the material with comparatively high resistance, For example, what added the indium oxide to the zinc oxide, or tin oxide can be mentioned. The electrical resistance is preferably about 100Ω to 1MΩ. Here, the electrode 12 having a resistance value of about 10 kΩ was used. Terminals 111 and 112 are provided. The direction in which the terminals 111 and 112 are arranged is preferably a direction parallel to the rubbing direction.

本発明は、この電気抵抗を有効に活用し、対向電極12、17間に電圧を印加するときに、第1の電極12に電流を流し、電位勾配を与えるのである。このとき第1の電極12の端子111、112間には、例えば図3に示されるように、電圧V1とV2とが一定時間Δt与えられる。一定時間経過後は、両端子111、112はV0となる。   In the present invention, this electric resistance is effectively used, and when a voltage is applied between the counter electrodes 12 and 17, a current is passed through the first electrode 12 to give a potential gradient. At this time, between the terminals 111 and 112 of the first electrode 12, for example, as shown in FIG. 3, voltages V1 and V2 are given a given time Δt. After a certain time has elapsed, both terminals 111 and 112 become V0.

一定時間Δtの間は、液晶層内における電界が一定方向へ傾いた状態となり、液晶分子の配向も一定方向へ揃うことになる。この結果、駆動手段21で駆動したとき、液晶分子配向が確実に得られ、ディスクリネーションラインが生じないことが確認された。つまり本発明では、ディスクリネーションラインが生じにくいように改善されたものである。この結果、駆動手段21からは、応答を速くするために、大きな電圧を出力してもよいことになる。   During a certain time Δt, the electric field in the liquid crystal layer is inclined in a certain direction, and the alignment of the liquid crystal molecules is also aligned in the certain direction. As a result, it was confirmed that when driven by the driving means 21, liquid crystal molecular alignment was reliably obtained and no disclination line was generated. That is, in the present invention, the disclination line is improved so as not to easily occur. As a result, a large voltage may be output from the driving means 21 in order to speed up the response.

つまり、一方の電極12に上記した一定時間の電位勾配を与えるときに前記対向電極11,12間に、所定電圧よりも大きい電圧を与え、その後前記所定電圧を与えるのである。これにより、ディスクリネーションラインが生じることなく、大きな電圧で駆動することができ、応答速度を速くすることができる。   That is, when applying the above-described potential gradient for a certain time to one electrode 12, a voltage larger than a predetermined voltage is applied between the counter electrodes 11 and 12, and then the predetermined voltage is applied. Thereby, it is possible to drive with a large voltage without generating a disclination line, and to increase the response speed.

実験は、電位勾配を与えるための電圧としては、V1=210Vrms、V2=270Vrms,V0=80rmsで行った。また、Δtを種々選択し、フォーカスの焦点変化を観察した。図4には、その観察結果を示している。図4の横軸はフォーカス応答時間である。縦軸は、フォーカス状態である。この結果から、応答時間は、Δtに依存することが分る。   The experiment was performed with V1 = 210 Vrms, V2 = 270 Vrms, and V0 = 80 rms as voltages for applying a potential gradient. In addition, Δt was variously selected and the change in focus was observed. FIG. 4 shows the observation results. The horizontal axis in FIG. 4 is the focus response time. The vertical axis represents the focus state. From this result, it can be seen that the response time depends on Δt.

また、図5には、横軸がΔtを示し、縦軸が応答時間(τ)を示している。図3のように電位勾配を第1の電極12に与えることで、応答時間が短くなることが分る。   In FIG. 5, the horizontal axis indicates Δt, and the vertical axis indicates the response time (τ). It can be seen that the response time is shortened by applying a potential gradient to the first electrode 12 as shown in FIG.

焦点距離は、透明な第1の電極12とアルミニウム薄膜の第2の電極17との間に印加する電圧を変化させることにより変化する。液晶セルの焦点距離は、印加電圧により変化する。つまり光に対する集束力は、電圧により変化することである。最小の焦点距離は約76cmであり、35Vrmsの近傍で得られる。電圧が増加し続けるに従って、中央付近のダイレクタが回転し続け、一方、孔の近傍のダイレクタは飽和する。屈折率のプロファイルは平坦化し、焦点距離はより長くなる。また位相リターデーションのプロファイルは、孔の径と基板の厚さにより調整することが出来る。良好な性能を得るためには、孔のサイズを基板の厚さに従って増加させることが必要である。このような構造では、中間絶縁層として種々の厚さのガラス基板又は薄膜を用いることにより、殆ど任意のサイズの液晶レンズを実現することが出来る。   The focal length is changed by changing the voltage applied between the transparent first electrode 12 and the aluminum thin film second electrode 17. The focal length of the liquid crystal cell varies depending on the applied voltage. That is, the focusing force for light changes with voltage. The minimum focal length is about 76 cm and is obtained in the vicinity of 35 Vrms. As the voltage continues to increase, the director near the center continues to rotate, while the director near the hole saturates. The refractive index profile is flattened and the focal length is longer. The phase retardation profile can be adjusted by the hole diameter and the substrate thickness. In order to obtain good performance, it is necessary to increase the hole size according to the thickness of the substrate. In such a structure, a liquid crystal lens of almost any size can be realized by using glass substrates or thin films having various thicknesses as the intermediate insulating layer.

液晶層を有する液晶レンズでは、孔の直径に対して相対的に液晶層を薄くすることが出来るので、そのため、動作速度を、従来の液晶レンズよりもはるかに高速にすることが可能である。本発明の液晶レンズのセル構造では、金属のような導電体の近傍では電界は面に垂直であるという事実により、電界と、液晶レンズの任意の位置にあるダイレクタとの間の角度は、殆ど同一であり、すべてのダイレクタは同じ方向に回転する。そのため、電圧を印加した場合でも、ディスクリネーションラインは生じない。このことは、動作速度を速めるために高電圧を印加することが出来ることを示している。特に、図3で説明した電位勾配を与える手法を用いたので、ディスクリネーションラインの発生を確実に抑圧できるというものである。   In a liquid crystal lens having a liquid crystal layer, since the liquid crystal layer can be made relatively thin with respect to the diameter of the hole, the operation speed can be made much higher than that of a conventional liquid crystal lens. In the cell structure of the liquid crystal lens of the present invention, due to the fact that the electric field is perpendicular to the surface in the vicinity of a conductor such as metal, the angle between the electric field and the director at an arbitrary position of the liquid crystal lens is almost All directors rotate in the same direction. Therefore, even when a voltage is applied, no disclination line is generated. This indicates that a high voltage can be applied to increase the operation speed. In particular, since the method for applying the potential gradient described in FIG. 3 is used, the occurrence of the disclination line can be reliably suppressed.

本発明は上記の実施の形態に限定されるものではない。上記の実施の形態では、第1の電極12に対して、図3に示したような波形で電圧を印加した。しかしこれに限らず、駆動中においても、第1の電極12に対して電位勾配を与えてもよい。このようにすると、液晶層13の液晶分子が電位勾配の方向に配向する。その結果、第1の電極12に電位勾配がないときに軸対称であった屈折率分布が、電位勾配の方向に非対称な分布となり、入射光が直進する方向から偏向するという機能が得られる。   The present invention is not limited to the above embodiment. In the above embodiment, a voltage is applied to the first electrode 12 with a waveform as shown in FIG. However, the present invention is not limited thereto, and a potential gradient may be applied to the first electrode 12 even during driving. In this way, the liquid crystal molecules of the liquid crystal layer 13 are aligned in the direction of the potential gradient. As a result, the refractive index distribution that is axially symmetric when there is no potential gradient in the first electrode 12 becomes an asymmetric distribution in the direction of the potential gradient, and the function of deflecting from the direction in which incident light goes straight is obtained.

この場合、電極12へ電圧が印加される部分、即ち、電極12の両端に設ける端子の位置を適宜変えることにより、入射光の偏向の方向を変化させることが出来る。これにより電極12と電極17との間に印加する電圧、及び電極12の両端部に印加する電圧を変化させることにより、3次元的な焦点可変特性を得ることが可能である。この液晶レンズは、自由空間での光スイッチや光ファイバー間の切り替えスイッチ等の種々の広範囲の用途への適用が可能である。   In this case, the direction of deflection of the incident light can be changed by appropriately changing the position where the voltage is applied to the electrode 12, that is, the positions of the terminals provided at both ends of the electrode 12. As a result, by changing the voltage applied between the electrode 12 and the electrode 17 and the voltage applied to both ends of the electrode 12, it is possible to obtain a three-dimensional variable focus characteristic. This liquid crystal lens can be applied to various uses such as an optical switch in free space and a switch between optical fibers.

図6にはさらにこの発明の別の実施の形態を示している。勿論上述した実施の形態と本実施の形態とを組み合せて構成してもよいし、また、一部の実施の形態を削除した状態で実施しても本発明の範疇である。図6は、第2の電極17が分割されて電極171、172とされている。他の構成部分は、図2に示した構成と同じである。図6に示した実施の形態であると、回復時間を短くすることができる。第1と第2の電極12、17間に印加する電圧を除去すると、液晶分子に対する電界による配向効果が消失する。すると、ラビングによる配向効果により、液晶分子はラビングの方向に沿って基板に平行に配向した元の状態に戻る。このときに要する時間が回復時間である。回復時間は、液晶層13の厚みの2乗に近い特性で長くなる。   FIG. 6 further shows another embodiment of the present invention. Of course, the above-described embodiment and this embodiment may be combined, and the present invention may be applied to a case where some embodiments are deleted. In FIG. 6, the second electrode 17 is divided into electrodes 171 and 172. Other components are the same as those shown in FIG. In the embodiment shown in FIG. 6, the recovery time can be shortened. When the voltage applied between the first and second electrodes 12 and 17 is removed, the alignment effect due to the electric field on the liquid crystal molecules disappears. Then, due to the alignment effect by rubbing, the liquid crystal molecules return to the original state aligned parallel to the substrate along the rubbing direction. The time required at this time is the recovery time. The recovery time becomes longer with characteristics close to the square of the thickness of the liquid crystal layer 13.

そこでこの実施の形態では、第1と第2の電極12、17間に印加する電圧Va,Vaを除去した後、続いて、電極171、172間に電圧Vbを一定時間印加するようにしている。するとランビング方向に電界が勾配し、これに沿って液晶分子も配列することになる。つまりレンズ状態から非レンズ状態に回復することになる。電圧Vbの印加により、回復時間が大きく短縮される。したがって、先に延べた応答時間の改善と相俟って、本実施例であると、回復時間も改善され、結果として、大型で、高速応答が可能な液晶レンズを提供できるものである。なおこの発明の思想は、液晶レンズのみならず、不均一電界に基く分子配向効果を利用する液晶素子全般に適応できるものである。   Therefore, in this embodiment, the voltages Va and Va applied between the first and second electrodes 12 and 17 are removed, and then the voltage Vb is applied between the electrodes 171 and 172 for a predetermined time. . Then, the electric field is inclined in the lambing direction, and the liquid crystal molecules are arranged along this. That is, the lens state is restored to the non-lens state. By applying the voltage Vb, the recovery time is greatly shortened. Therefore, in combination with the previously improved response time, the recovery time is improved in the present embodiment, and as a result, a large-sized liquid crystal lens capable of high-speed response can be provided. The idea of the present invention can be applied not only to liquid crystal lenses but also to all liquid crystal elements that utilize molecular alignment effects based on non-uniform electric fields.

図6に示した実施の形態では、第2の電極17に対して、孔20及びスリットを形成した。しかしこれに限らず、図7に示すように、第1の電極12を第2の電極17と同様な構造に構成してもよい。この場合は、液晶マイクロレンズを構成する場合に有効となる。またこの場合は、図1の構成と異なり、電極間にあえて絶縁層を設けずともよく、対向基板の対向面に第1と第2の電極12、17を設ける構造となる。第1と第2の電極12、17は、それぞれの分割電極間に電圧Vbが印加される。この電圧Vbの印加タイミングは、駆動開始時、及び回復時である。   In the embodiment shown in FIG. 6, the hole 20 and the slit are formed in the second electrode 17. However, the present invention is not limited to this, and the first electrode 12 may be configured in the same structure as the second electrode 17 as shown in FIG. This is effective when a liquid crystal microlens is configured. In this case, unlike the structure of FIG. 1, it is not necessary to provide an insulating layer between the electrodes, and the first and second electrodes 12 and 17 are provided on the opposing surface of the opposing substrate. A voltage Vb is applied between the divided electrodes of the first and second electrodes 12 and 17. The application timing of the voltage Vb is at the start of driving and at the time of recovery.

本発明の一実施の形態の基本構成を示す断面図。Sectional drawing which shows the basic composition of one embodiment of this invention. 本発明の一実施の形態における特徴部を示す説明図。Explanatory drawing which shows the characteristic part in one embodiment of this invention. 本発明の一実施の形態の動作を説明するために示した電圧波形の例を示す図。The figure which shows the example of the voltage waveform shown in order to demonstrate operation | movement of one embodiment of this invention. 本発明による液晶レンズのフォーカス位置の変化の例を示す図。The figure which shows the example of the change of the focus position of the liquid crystal lens by this invention. 本発明のレンズ特性への応答速度を測定した結果を示す図。The figure which shows the result of having measured the response speed to the lens characteristic of this invention. 本発明の他の実施の形態を示す説明図。Explanatory drawing which shows other embodiment of this invention. 本発明のさらに他の実施の形態を示す説明図。Explanatory drawing which shows other embodiment of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

11…第1の基板、12…第1の電極、13…液晶層、14…第2の基板、17…第2の電極、20…穴、21…駆動手段、22…電気勾配設定手段、23…コントロール手段。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 ... 1st board | substrate, 12 ... 1st electrode, 13 ... Liquid crystal layer, 14 ... 2nd board | substrate, 17 ... 2nd electrode, 20 ... Hole, 21 ... Drive means, 22 ... Electric gradient setting means, 23 ... control means.

Claims (7)

不均一な電界分布による分子配向効果を利用した液晶素子において、
対向電極間に電圧を印加するとき又は電圧を可変するときに、少なくとも一方の電極に一定時間電位勾配を与えるようにしたことを特徴とする液晶素子の駆動方法。
In the liquid crystal device using molecular alignment effect due to non-uniform electric field distribution,
A method of driving a liquid crystal element, wherein a potential gradient is applied to at least one electrode for a certain period of time when a voltage is applied between the opposing electrodes or when the voltage is varied.
前記一方の電極に一定時間電位勾配を与えるときに前記対向電極間に所定電圧よりも大きい電圧を与え、その後前記所定電圧を与えることを特徴とする請求項1記載の液晶素子の駆動方法。   2. The method of driving a liquid crystal element according to claim 1, wherein when a potential gradient is applied to the one electrode for a predetermined time, a voltage larger than a predetermined voltage is applied between the counter electrodes, and then the predetermined voltage is applied. 透明な第1の基板と、この第1の基板上の透明な第1の電極と、この第1の電極上に液晶層を挟んで配置された透明の第2の基板と、前記第2の基板上に設けられ孔を有する第2の電極とからなる液晶レンズを駆動する装置であって、
前記第1、第2の電極間に電圧を与えるときに、前記第1の電極に対して一定時間電位勾配を与えるための手段を具備したことを特徴とする液晶素子の駆動装置。
A transparent first substrate, a transparent first electrode on the first substrate, a transparent second substrate disposed on the first electrode with a liquid crystal layer interposed therebetween, and the second substrate An apparatus for driving a liquid crystal lens comprising a second electrode provided on a substrate and having a hole,
A driving device for a liquid crystal element, comprising means for applying a potential gradient to the first electrode for a predetermined time when a voltage is applied between the first and second electrodes.
前記第1の電極は、100Ω〜1MΩの電気抵抗を有することを特徴とする請求項3記載の液晶素子の駆動装置。   The liquid crystal element driving device according to claim 3, wherein the first electrode has an electric resistance of 100Ω to 1 MΩ. 前記第2の電極は、中央にスリットを有して分割され、分割された2つの電極間にも電圧が与えられることを特徴とする請求項4記載の液晶素子の駆動装置。   5. The liquid crystal element driving device according to claim 4, wherein the second electrode is divided with a slit at the center, and a voltage is also applied between the two divided electrodes. 透明な第1の基板に設けられ第1の孔を有する第1の電極と、透明な第2の基板に設けられ第2の孔を有する第2の電極と、前記第1と第2の電極間の液晶層とからなる液晶レンズを駆動する装置であって、
前記第1、第2の電極間に電圧を与える時間とは異なる時間に、前記第1、第2の電極の少なくとも一方にスリットを設けて分割した2つの電極間に一定時間電位勾配を与えるための手段を具備したことを特徴とする液晶素子の駆動装置。
A first electrode having a first hole provided on a transparent first substrate, a second electrode having a second hole provided on a transparent second substrate, and the first and second electrodes A device for driving a liquid crystal lens comprising a liquid crystal layer therebetween,
To apply a potential gradient between two electrodes divided by providing a slit in at least one of the first and second electrodes at a time different from the time for applying a voltage between the first and second electrodes. A device for driving a liquid crystal element comprising the means described above.
前記第1と第2の電極の両方が、中央にスリットを有して分割されており、各分割電極間にも電圧が与えられることを特徴とする請求項6記載の液晶素子の駆動装置。   7. The liquid crystal element driving device according to claim 6, wherein both of the first and second electrodes are divided with a slit in the center, and a voltage is also applied between the divided electrodes.
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