JPH0566376A - 液晶素子の過渡的誘電率測定法及び測定装置 - Google Patents

液晶素子の過渡的誘電率測定法及び測定装置

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JPH0566376A
JPH0566376A JP22740891A JP22740891A JPH0566376A JP H0566376 A JPH0566376 A JP H0566376A JP 22740891 A JP22740891 A JP 22740891A JP 22740891 A JP22740891 A JP 22740891A JP H0566376 A JPH0566376 A JP H0566376A
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Shunsuke Kobayashi
駿介 小林
Munehiro Kimura
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は液晶電気光学素子において、ウイー
ンブリッジ発振回路および周波数/電圧変換回路を用い
て過渡的誘電率を測定法に係り、液晶表示パネルの特性
評価等に供するものである。 【構成】 液晶セルを入力側に接続ウイーンブリッジ発
振回路と、その出力端に接続した周波数/電圧変換回路
と、前記発振回路の出力側より入力側に帰還する発振振
幅安定化回路とより成り、印加電圧による液晶分子の動
きによって過渡的に変化する誘電率の変化を周波数−電
圧変化し、電圧の変化として読取り、表示するようにし
た測定法及び装置である。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は液晶を用いた液晶電気光
学素子に関するものである。特に本発明は液晶電気光学
素子において、ウイーンブリッジ発振回路および周波数
/電圧変換回路を用いた誘電率観測装置を利用して過渡
的誘電率を観測することによる液晶分子挙動を観測する
測定法及び装置に係る。
【0002】本発明の産業上の利用分野としては液晶表
示パネルの特性評価等に供するものである。
【0003】
【従来の技術】従来、強誘電性液晶素子の分極反転応答
の評価は、三角波法や反転電場法が用いられている。こ
れらの方法の特徴は、強誘電性液晶のもつ自発分極の反
転にともなう分極反転電流を求める方法としては比較的
簡便である。ここで分極反転電流は液晶分子の反転挙動
をよく反映しているため、その応答波形自体の解析評価
が広く行われている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、実際の
分極反転電流は、自発分極にともなうものだけでなく、
液晶に含まれている不純物による電流が重畳されること
や、外部からのノイズ等によって正確な反転挙動をとら
えることが困難な場合がある。また、低い周波数により
強誘電性液晶素子を駆動した場合、分極反転電流値は微
量となってしまうため、正確な測定ができない欠点があ
る。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明者等は、液晶分子
の分極反転電流の測定にかわる液晶分子反転の測定法と
して、液晶分子反転にともなって変化する液晶素子の見
かけの過渡的誘電率の変化を測定する方法を発明した。
すなわち本発明者等は過渡的誘電率を測定することによ
って、液晶分子の反転挙動を精度良く観測することに成
功した。
【0006】三角波法による分極反転電流応答と、過渡
的誘電率応答変化の比較を図1に示す。図1(A)は液
晶駆動電圧、(B)は過渡的誘電率応答、(C)は分極
反転電流、(D)は電気光学応答である。(C)の波形
には、不純物イオンによるピークが重畳されており、か
つ外来ノイズの影響が大きくみられる。これに対し、
(B)では、そうした悪影響が全く見られず、液晶分子
の反転挙動が捉えられ、(D)電気光学応答ともよく対
応している。また、過渡的誘電率の測定はネマティック
液晶素子の分子スイッチング挙動の観測にも応用でき
る。このように、過渡的誘電率変化をとらえることによ
って、液晶素子の反転挙動の観測に成功した。
【0007】本発明の目的は、上述の従来の分極反転電
流測定に代わる新しい測定法として、過渡的誘電率を測
定することを提唱し、これに基づいて過渡的誘電率の測
定を実現することにある。 第1発明 本発明は、電源に接続した強誘電性液晶セルと、この液
晶セルを入力側に接続したウイーンブリッジ発振回路
と、前記ウイーンブリッジ発振回路の出力端に接続した
周波数−電圧変換回路とより成り、前記ウイーンブリッ
ジ発振回路は発振回路の最終段より入力側に帰還するよ
う接続された緩衝増幅回路および発振回路の振幅を安定
化する緩衝増幅回路およびバイアス制御回路とを順次接
続して発振安定化回路を構成し、印加電圧による液晶分
子の動きによって過渡的に変化する誘電率の挙動をウイ
ーンブリッジにより読みとり、これを周波数−電圧変換
し、液晶素子の過渡的誘電率の変化に対応した挙動を表
示するようにしたことを特徴とする液晶素子の過渡的誘
電率測定法。 第2発明 本発明は、電源に接続した強誘電性液晶セルと、この液
晶セルを入力側に接続したウイーンブリッジ発振回路
と、前記ウイーンブリッジ発振回路の出力端に接続した
周波数−電圧変換回路とより成り、前記ウイーンブリッ
ジ発振回路は発振回路の最終段より入力側に帰還するよ
う接続された緩衝増幅回路および発振回路の振幅を安定
化する緩衝増幅回路およびバイアス制御回路とを順次接
続して発振安定化回路を構成し、印加電圧による液晶分
子の動きによって過渡的に変化する誘電率の挙動をウイ
ーンブリッジにより読みとり、これを周波数−電圧変換
し、液晶素子の過渡的誘電率の変化に対応した挙動を表
示するようにしたことを特徴とする液晶素子の過渡的誘
電率測定装置。
【0008】
【作用】以下図面について、本発明の実施態様を説明す
る。図2,図3は本発明に使用する液晶素子の構成を示
すものである。同図において1は基板、2は電極、3は
配向膜、4は液晶層を示す。強誘電性液晶は、図2に示
すような層構造をもち、また液晶表示素子は電界又は電
流の印加により液晶層内部において分子が反転する。液
晶の分子が反転するときは、図3に示すようなコーン上
に沿って動く。また、液晶分子は、誘電率異方性(分子
長軸に平行な誘電率と、垂直な誘電率の値に違いがあ
る)を持つ。よって、液晶分子が反転していく過程にお
いて、基板電極からの見かけ上の誘電率の値は連続的に
変化する。この変化をとらえることによって液晶分子の
反転挙動を観測するのが本発明の液晶素子の測定原理で
ある。
【0009】本発明において、液晶素子を用いてその過
渡的誘電率の変化を測定するには、図4におけるウイー
ンブリッジ発振回路に液晶素子を接続し測定するもの
で、液晶分子の反転にともなう液晶素子の誘電率の変化
は素子の静電容量変化として現れるため、容量の変化に
ともなって発振周波数が変化する。この発振周波数変化
を図5に示す周波数/電圧変換回路によって、電圧の変
化の形に変換して測定する。すなわち本発明において
は、以上の回路を用いて、誘電率の変化を電圧変化とし
て読み出し過渡的誘電率の変化を測定することができる
のである。
【0010】ここで、発振回路はRC型発振回路で安定
であれば何でも良く、また周波数/電圧変換回路の代わ
りにジッタアナライザ等を用いても良い。
【0011】
【実施例】本発明の液晶素子の過渡的誘電率測定法を図
4ないし図8について詳細に説明する。図4は本発明の
誘電率測定法を実施するに必要な振幅安定化ウイーンブ
リッジ発振回路図、図5はこれに接続する周波数ー電圧
変換回路図であり、図6,図7,図8はそれぞれその波
形図である。
【0012】まず図4の回路図について本発明の測定法
について説明する。図4において、1は印加電圧入力端
子、2は液晶素子のサンプルセル、3はウイーンブリッ
ジ発振回路である。4は発振増幅器であり、5はこれに
接続された緩衝増幅回路、6は発振出力端子である。本
発明に使用するウイーンブリッジ発振回路は振幅安定化
することが測定の精度をあげるために必要で、このため
にウイーンブリッジ発振回路3の出力側の抵抗R7 の個
所で分圧して出力の一部を発振変化検出回路7、積分回
路8、緩衝増幅回路9、発振増幅器のバイアス制御回路
9より成る振幅安定化回路を通して発振増幅器4のバイ
アス抵抗R21に帰還してその振幅を安定化させるもので
ある。
【0013】まず、ウイーンブリッジ発振回路3の入力
側に接続した液晶素子より成るサンプルセル2には図6
に示すように2種の電圧がかかっている。すなわち、三
角波形の駆動電圧V1 とウイーンブリッジ発振回路3か
らの電圧V2 とである。強誘電性液晶セルは、三角波駆
動電圧V1 とウイーンブリッジ発振回路よりの発振周波
数(40kHz)のパルス電圧V2 を印加すると、液晶分
子は図3に示すように円錐面にそい反転する。この液晶
セルの見かけ上の誘電率も液晶分子の動きに従って過渡
的に変化する。この誘電率の変化はセルの静電容量の変
化の形(Cc の値の変化)で表わされる。ウイーンブリ
ッジ発振回路の発振周波数fは次式で表わされる。
【0014】
【数1】
【0015】によって、印加電圧により、液晶分子が動
きその動きによって誘電率が変化し、その誘電率をウイ
ーンブリッジ発振周波数fの形で読みとるのである。R
1 ,R2 ,C1 はセル非駆動時には40kHzで発振回路
3が発振するように設定してあり、R1 =R2 =2.2k
Ω,C1 =1500pFである。発振増幅器4の出力は、緩
衝増幅回路5において緩衝増幅され、出力端6に出力さ
れる。
【0016】出力電圧の一部は振幅安定化回路を通じて
発振回路4のバイアス電流を制御するバイアス制御回路
10に帰還される。すなわち、出力電圧の一部は整流器11
で整流された後、分圧され、その振幅変化が発振変化検
出回路7により検出される。上記の整流器11で整流され
た波形が図7の(E)に示す波形である。この波形の整
流された電圧成分は発振変化検出回路7に送られ、ここ
で発振周波数の変化に対応した電圧変化を検出する。こ
こで、出力電圧の振幅変化が急激なときは、発振変化検
出回路7だけではその振幅変化に追従できないので、検
出回路7の出力は次の積分回路8に送ると共に、急激変
化はバイパス7Bを通じて緩衝増幅回路9に直接伝えら
れるようにする。バイパス7Aと7Bとの波形が図7の
波形(F)と波形(G)であり、これら両成分が緩衝増
幅回路9で緩衝増幅され、図7の波形(H)として発振
回路のバイアス制御回路10に入力される。これにより発
振回路4の−入力バイアスを制御し、その振幅を安定化
させるのである。(なお、図4において、回路7,8,
9の各オペアンプの+電極、−電極の結線は省略して示
してある。)次に図5について説明する。図5におい
て、16は入力端子、17はシュミットトリガ回路17、周波
数−電圧変換用IC回路18、引算回路19に送られる。
【0017】図4の発振出力は(図8の波形(A))は
まず入力端子16よりシュミットトリガ回路17に入力さ
れ、サイン波から矩形波(図8の波形(B))に変換さ
れる。そしてIC回路18に入力される。このIC回路18
は周波数−電圧変換用1チップICであり、0〜100 k
Hzを0〜10Vに直接的に変換する。IC回路18からの
出力電圧はセル非駆動時は、40kHzで4Vであるがセ
ル駆動時の誘電率の変化にともなうIC回路18の出力電
圧の変化量は数10mVであるため、引算回路19によって
セル非駆動時の諸出力を0ボルトに調整し、セル駆動に
ともなう電圧出力(0mV〜50mV)のみをその出力端
子20に出力するようにセットしてあり、液晶素子の所要
の過渡的誘電率が測定できるのである。
【0018】
【発明の効果】本発明によると、液晶電気光学素子にお
いて、過渡的誘電率を観測することによる液晶分子挙動
が高精度で測定することが可能となった。本発明の測定
法を応用することによって、 液晶分子反転の観測 次世代強誘電性液晶素子作製の問題点の一つである
層構造の解析 ネマティック液晶における電気2重層の解析 等の応用が期待できる。
【0019】また、本発明の測定法を利用することによ
り、従来の分極反転電流の観測では、様々な雑音成分の
重畳による測定誤差が問題となるが、この方法では外来
雑音電流成分を分離して測定することが可能となる工業
上顕著な利点があり有用である。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は従来の三角波法による分極反転電流応答
波形と、本発明の過渡的誘電率応答波形と電気光学応答
波形とを対比した比較図である。
【図2】図2は本発明に使用する液晶素子の構成を示す
図である。
【図3】図3は本発明に使用する液晶素子の作用説明図
である。
【図4】図4は本発明の測定に使用する振幅安定化ウイ
ーンブリッジ発振回路図である。
【図5】図5は本発明の測定に使用する周波数−電圧変
換回路図である。
【図6】図6(A),(B),(C)は本発明の測定の
波形図である。
【図7】図7(D),(E),(F),(G),(H)
は本発明測定の波形図である。
【図8】図8(A),(B),(C),(D)は本発明
測定の波形図である。
【符号の説明】
1 印加電圧入力端子 2 液晶素子のサンプルセル 3 ウイーンブリッジ発振回路 4 発振増幅器 5 緩衝増幅回路 6 発振出力端子 7 発振変化検出回路 8 積分回路 9 緩衝増幅回路 10 発振増幅器のバイアス制御回路 11,12,13,14 整流器 R0 〜R21 抵抗 C1 〜C7 コンデンサー 15 周波数−電圧変換回路 16 発振入力端子 17 シュミットトリガ 18 周波数−電圧変換用1チップIC回路 19 緩衝増幅回路 20 電圧出力端子 C8 〜C17 コンデンサー R22〜R31 抵抗
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成3年9月9日
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0014
【補正方法】変更
【補正内容】
【0014】
【数1】

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 電源に接続した強誘電性液晶セルと、こ
    の液晶セルを入力側に接続したウイーンブリッジ発振回
    路と、前記ウイーンブリッジ発振回路の出力端に接続し
    た周波数−電圧変換回路とより成り、前記ウイーンブリ
    ッジ発振回路は発振回路の最終段より入力側に帰還する
    よう接続された緩衝増幅回路および発振回路の振幅を安
    定化する緩衝増幅回路およびバイアス制御回路とを順次
    接続して発振安定化回路を構成し、印加電圧による液晶
    分子の動きによって過渡的に変化する誘電率の挙動をウ
    イーンブリッジにより読みとり、これを周波数−電圧変
    換し、液晶素子の過渡的誘電率の変化に対応した挙動を
    表示するようにしたことを特徴とする液晶素子の過渡的
    誘電率測定法。
  2. 【請求項2】 電源に接続した強誘電性液晶セルと、こ
    の液晶セルを入力側に接続したウイーンブリッジ発振回
    路と、前記ウイーンブリッジ発振回路の出力端に接続し
    た周波数−電圧変換回路とより成り、前記ウイーンブリ
    ッジ発振回路は発振回路の最終段より入力側に帰還する
    よう接続された緩衝増幅回路および発振回路の振幅を安
    定化する緩衝増幅回路およびバイアス制御回路とを順次
    接続して発振安定化回路を構成し、印加電圧による液晶
    分子の動きによって過渡的に変化する誘電率の挙動をウ
    イーンブリッジにより読みとり、これを周波数−電圧変
    換し、液晶素子の過渡的誘電率の変化に対応した挙動を
    表示するようにしたことを特徴とする液晶素子の過渡的
    誘電率測定装置。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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