液晶光调制元件的驱动装置及使用其的可变光衰减器的制作方法

专利名称：液晶光调制元件的驱动装置及使用其的可变光衰减器的制作方法
技术领域：
本发明涉及驱动液晶光调制元件的驱动装置及光调制装置。
背景技术：
以往，使用利用液晶的液晶光调制元件。液晶光调制元件是能够利用在 VOA(Variable Optical Attenuator 可变光衰减器)等用途中的元件。作为向液晶光调制 元件供给的驱动信号的调制方式，有例如脉冲宽度调制(PWM Pulse Width Modulation 脉 冲宽度调制)。脉冲宽度调制具有容易数字控制的优点，且具有与脉冲高度调制(PHM:PulSe Height Modulation)等调制方式相比在电路规模及消耗电力的方面优良的优点。通过脉冲 宽度调制将控制脉冲宽度的驱动信号向液晶光调制元件供给，从而能够调节液晶光调制元 件中的光的衰减率而调制光。接下来，对现有技术中的驱动信号和用于生成驱动信号的基 准时钟进行说明。图15是表示现有的驱动装置向液晶光调制元件供给的驱动信号的一例的图。在 图15中，对使脉冲宽度以32级变化时的驱动信号进行说明。帧T1表示基于调制数据的实 效电压向液晶光调制元件施加到液晶光调制元件的像素部的期间。基准时钟1510为用于 生成驱动信号的基准时钟。帧T1为时钟信号1510的32周期的量的期间。另外，在帧T1 之后设定帧T2。在此，帧T1与帧T2的长度设定为相等。驱动信号1520、1530、1540分别是以脉冲宽度变为8/32级、9/32级、10/32级的方 式生成的驱动信号。在脉冲宽度调制中，通过使在帧T1中电压的施加期间与未施加期间的 比例(脉冲宽度)变化，从而控制为任意的电压(实效值)。另外，在脉冲宽度调制中，对应 每个帧地使极性等变化而反复。为了使脉冲宽度调节精度良好地稳定进行，脉冲宽度调节电路通常由数字电路构 成。驱动信号1520、1530、1540根据调制数据计算基准时钟1510而生成。如驱动信号1530、 1540的斜线部所示，若调制数据仅变化1，则脉冲宽度变化与基准时钟1510的一个时钟宽 度的量相对应的量。由此，基准时钟的频率必须为驱动频率X级数以上。图16是表示现有的驱动装置向液晶光调制元件供给的驱动信号的另一例的图。 图16所示的驱动信号为在图15所示的驱动信号中使频率变为8倍的驱动信号。调制数据 的变化所引起的脉冲宽度的增加全部反映在脉冲中。施加的实效电压与图15所示的驱动 信号相同。专利文献1 日本特开2002-162944号公报然而，在现有的脉冲宽度调制中，若在液晶光调制元件中使用对高速响应的液晶 元件，则产生液晶元件对驱动信号的脉冲响应的波形响应(闪烁)，有液晶光调制元件的输 出光的质量恶化的问题。对此，虽然可以增大驱动信号的帧频率以使液晶元件不对驱动信 号的脉冲响应，但在进行多级控制时，必须减小驱动信号的最小脉冲宽度。若减小驱动信号 的最小脉冲宽度，则由于必须增大用于生成驱动信号的基准时钟的频率，因此产生消耗电力的增加、电路成本的增加、高频干扰等问题。

发明内容
本发明为了解决上述的现有技术产生的问题点，其目的在于，提供能够提高液晶 光调制元件的输出光的质量的驱动装置及光调制装置。为了解决上述问题，达成所述目的，本发明所涉及的驱动装置向液晶光调制元件 的像素部供给驱动信号，该驱动装置的特征在于，所述驱动信号由多个帧构成，所述帧是基 于调制数据的实效电压施加于所述液晶光调制元件的像素部的期间，所述驱动装置具有生 成驱动信号的生成机构，该驱动信号在每个所述帧中含有多个脉冲，所述生成机构生成下 述驱动信号在每个所述帧中含有的脉冲的数量未达到规定数时，根据所述调制数据的增 加而使每个所述帧中含有的脉冲的数量增加，在每个所述帧中含有的脉冲的数量达到规定 数时，根据所述调制数据的增加而使每个帧中含有的所述脉冲的宽度增加，所述驱动装置 具有供给机构，该供给机构向液晶光调制元件供给由所述生成机构生成的驱动信号。根据上述结构，即使不提高基准时钟的频率，也能够将液晶光调制元件高频驱动。 并且，即使不提高基准时钟的频率，也能够使驱动信号的每个帧的实效值根据调制数据变 化。并且，本发明所涉及的驱动装置的特征在于，在前后的两个所述帧中，以极性交替 完成的方式生成驱动信号。并且，本发明所涉及的驱动装置的特征在于，所述帧与在用于生成所述驱动信号 的基准时钟的、与所述调制数据的级数对应的脉冲数的区间相对应。并且，本发明所涉及的驱动装置的特征在于，在所述帧中的除施加电压为0V时以 外，未施加所述脉冲的最长期间设定在1X 10_4秒以下。并且，本发明所涉及的驱动装置的特征在于，在所述帧中的除施加电压为0V时以 外，未施加所述脉冲的最长期间设定在5X 10_5秒以下。并且，本发明所涉及的驱动装置的特征在于，由每个所述帧中含有的脉冲的数量 达到规定数时的帧极性交替周期的倒数定义的驱动信号中含有的最低频率为100Hz以上。另外，本发明所涉及的可变光衰减器的特征在于，具有上述的液晶光调制元件的 驱动装置。根据上述结构，即使不提高基准时钟的频率，也能够使驱动信号的每个帧的实效 值根据调制数据变化。发明效果根据本发明所涉及的驱动装置及光调制装置，能够达到使液晶光调制元件的输出 光的质量提高的效果。


图1-1是表示实施方式所涉及的驱动装置的结构的框图。图1-2是表示图1-1所示的驱动装置的变形例的框图。图2是表示图1-1或图1-2所示的驱动装置向液晶光调制元件供给的驱动信号的 一例的图。
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图3是表示图1-1或图1-2所示的段驱动电路的具体结构例的框图。图4是表示图3所示的分频电路的输出波形的图。图5是表示图3所示的多脉冲电路的具体结构例的电路图。图6是表示图5所示的多脉冲电路(第二路径)的输出波形的图。图7是表示图3所示的第一输出电路的具体结构例的电路图。图8是表示图7所示的第一输出电路的输出波形的图。图9-1是表示对液晶光调制元件的各电极施加的电压的波形的图。图9-2是表示对液晶光调制元件的液晶层实际施加的电压的波形的图。图9-3是表示液晶光调制元件的输出光的强度的变化的图。图10是表示作为V0A使用液晶光调制元件时的光强度特性和波形响应特性的一 例的图表。图11是表示最大波形响应比与再生频率的关系的图表。图12-1是表示评价Vcom转换的实验电路的图。图12-2是表示对图12-1所示的液晶光调制元件施加的驱动电压的图。图12-3是表示由图12-1所示的检波器监测到的光学响应的图。图13是表示直流偏移随时间的变化的图表。图14是表示液晶材料5CB的介质特性的一例的图表。图15是表示现有的驱动装置向液晶光调制元件供给的驱动信号的一例的图。图16是表示现有的驱动装置向液晶光调制元件供给的驱动信号的另一例的图。图中T1_帧；11、911、1211_液晶光调制元件；12、13_基板；14-共同电极；15-段 电极；16、17-偏振板；18-密封件；19-液晶；21-驱动装置；511 515-第一输入部 第五 输入部；521 525-第一切换开关 第五切换开关；531 535-第一输出部 第五输出部； 711 716-输入部；721 725-存储器；731 735、761 765- “或”电路；741 745、 751 755-“与”电路；770-“异”电路；780-缓冲器；790-输出部；912,913-电极；1010-波 形响应特性；1020-光强度特性；1212-电源；1213-外部DC电源；1214-反射镜；1215-检 波器；1221-矩形交流电压；1222、1223_光学响应；1410-介质弛豫曲线。
具体实施例方式以下参照附图详细说明本发明所涉及的驱动装置及光调整装置的适宜的实施方 式。(实施方式)(驱动装置的结构)图1-1是表示实施方式所涉及的驱动装置的结构的框图。图1-1所示的液晶光调 制元件11构成为，在由玻璃或硅构成的-对基板12、13的互相对置的面上分别设置有共同 电极14和段电极15，且在相反侧的面上分别设置有偏振板16、17。并且，在由所述的基板 12、13和密封件18密封的空间内装入有液晶19。对驱动装置21输入调制数据(级数据)。驱动装置21使每个向液晶光调制元件 11供给的段信号(驱动信号)的帧对应的实效值根据调制数据变化。帧(7 > — △)是指 基于调制数据的实效电压施加于像素上的期间(期間)，是光调制的控制单位。例如，帧是基准时钟的、对应调制数据的级数的脉冲数的区间。这时，帧是使调制数据变化1级后的驱 动信号的脉冲宽度的变化量连续了级数的量的区间。除去变更了调制数据时以外，帧的有 效值是固定的。驱动装置21包括段驱动电路22、共同驱动电路23、控制电路24、模拟电 源电路25。段驱动电路22是生成根据调制数据的驱动信号的生成机构。另外，段驱动电路22 是将生成的驱动信号作为段信号而向液晶光调制元件11供给的供给机构。具体地说，由段 驱动电路22生成的驱动信号作为段信号施加于段电极15。在本发明中，段电极15配置有 多个，采用施加对应于各个段电极15的段信号的静态驱动。并且，共同驱动电路23基于极 性信号而生成施加于共同电极14的共同信号。控制电路24对段驱动电路22供给基准时钟，该基准时钟控制进行脉冲宽度调制 时的时序。另外，控制电路24对共同驱动电路23供给极性信号。模拟电源电路25对段驱 动电路22及共同驱动电路23供给用于进行电压增幅的直流电压。段驱动电路22及共同 驱动电路23分别根据模拟电源电路25供给的直流电压，而生成适用于液晶驱动的电压电 平的段信号和共同信号。图1-2是表示图1-1所示的驱动装置的变形例所示的框图。如图1-2所示，液晶 光调制元件11也可以由反射型形成。这时，偏振板仅配置于一个基板12侧(偏振板16)， 使段电极15为由A1等高反射率的金属膜形成的反射型电极。(驱动信号的示例)图2是表示图1-1或图1-2所示的驱动装置向液晶光调制元件供给的驱动信号的 一例的图。在图2中，对使驱动信号的脉冲宽度以32级变化的情况进行说明。帧T1、T2表 示向液晶光调制元件11施加基于调制数据的实效电压的期间。在此，将帧T1和帧T2的长 度设定为相等。基准时钟210为从控制电路24向段驱动电路22供给的基准时钟。帧T1、 T2为基准时钟210的32周期量的期间。驱动信号220是以脉冲宽度变为6/32级的方式生成的驱动信号。驱动信号230 是以脉冲宽度变为7/32级的方式生成的驱动信号。驱动信号240是以脉冲宽度变为8/32 级的方式生成的驱动信号。如驱动信号220、230、240所示，驱动装置21的段驱动电路22 在每个帧中生成含有多个脉冲的驱动信号。另外，驱动装置21的段驱动电路22生成在每个帧中含有根据调制数据的数量的 脉冲的驱动信号。具体地说，驱动信号220在每个帧中含有六个脉冲，驱动信号230在每个 帧中含有七个脉冲，驱动信号240在每个帧中含有八个脉冲。如此，根据调制数据的增加而 使每个帧中含有的脉冲数增加。驱动信号250是以脉冲宽度变为9/32级的方式生成的驱动信号。驱动信号260 是以脉冲宽度变为10/32级的方式生成的驱动信号。如信号240、250、260所示，在驱动装 置21的段驱动电路22中，若每个帧的脉冲的数量达到规定数(在此为八个)，则帧中的脉 冲数的数量保持规定数而根据调制数据改变脉冲的宽度。并且，在段驱动电路22中，若调 制数据增加一级，则使帧中含有的规定数的脉冲中的一个脉冲的宽度增加。另外，每个帧的 脉冲的规定数不局限为八个，也可以例如为四个，或其他的个数。例如，如图2所示，在段驱动电路22中，若从生成驱动信号240的状态使调制数据 增加一级，则产生使最初的帧T1的第八个脉冲251的宽度增加且使下一个帧T2的第八个脉冲252的宽度增加的驱动信号250。并且，在段驱动电路22中，若从生成驱动信号250的 状态使调制数据增加一级，则产生使最初的帧T1的第七个脉冲261的宽度增加且使第二个 帧T2的第七个脉冲262的宽度增加的驱动信号260。这样，驱动装置21进行生成在每个帧中含有多个脉冲的驱动信号的多脉冲驱动。 并且，在驱动装置21中，通过根据调制数据的增加而使每个帧中含有的脉冲的数量增加， 从而控制根据调制数据的驱动信号的实效值。另外，在驱动装置21中，也可以通过根据调 制数据的增加而使每个帧中含有的脉冲的宽度增加，从而控制根据调制数据的控制信号的 实效值。并且，如图2所示，在驱动装置21中，在每个帧中含有的脉冲的数量没有达到规定 数(在此为八个)的情况下，也可以根据调制数据的增加而使每个帧中含有的脉冲的数量 增加。这时，在驱动装置21中，在每个帧中含有的脉冲的数量达到规定数的情况下，根据调 制数据的增加而使每个帧T1中含有的脉冲的宽度增加。在利用该驱动装置21进行的多脉冲驱动中，由于每个帧中含有多个脉冲，因此能 够将液晶光调制元件11高频驱动。由此，在获得规定的每个帧的实效值时，能够缩短连续 的脉冲间隔。由于在液晶光调制元件11中使用高速响应型的液晶材料时的脉冲波形响应 十分依赖于脉冲间隔，因此通过进行这样的多脉冲驱动，即使不提高帧频也能够抑制脉冲 波形响应。并且，由于可以不提高频率，因此可以使决定驱动信号的分辨率的基准时钟的频 率降低。因此，能够实现低消耗电力化及高频干扰的减少。在图2中，说明两个帧，即前半部分的帧T1及后半部分的帧T2。前半部分的帧T1 全部由正电压的脉冲构成。并且，后半部分的帧的T2全部由负电压的脉冲构成。由此，在 两个帧中极性颠倒。由于两个帧除极性以外全部相同，因此两个帧的实效值相等。由于像 这样极性颠倒的帧连续，因此在两个帧中正负的电压抵消，无需施加直流(DC)。但是，在使 频率降低后的情况下，即使以直流量为0的方式驱动，产生由可动离子引起的DC偏移的影 响而光调制装置的可靠性下降。由此，优选以高频率进行驱动，关于这一方面在后面详细说 明。(段驱动电路的具体结构例)图3是表示图1-1或图1-2所示的段驱动电路的具体结构例的框图。如图3所示， 段驱动电路22(参照图1-1或图1-2)具有分频电路310、多脉冲电路320、第一输出电路 331及第二输出电路332。对分频电路310输入由控制电路24供给的基准时钟。分频电路310将输入的基准时钟分频为五部分，并将分频后的五个分频信号 (Q1 Q5)向多脉冲电路320输出。关于分频电路310输出的各分频信号后述(例如参照 图4)。多脉冲电路320将从分频电路310输出的各分频信号调换，分别向第一输出电路331 及第二输出电路332输出。多脉冲电路320的结构例及多脉冲电路320输出的各信号后述 (例如参照图5、图6)。对第一输出电路331输入从多脉冲电路320输出的各信号和调制数据。第一输出 电路331将从多脉冲电路320输出的各信号基于调制数据而调制，将调制后的信号作为驱 动信号输出。对第二输出电路332输入从多脉冲电路320输出的各信号和调制数据。第二 输出电路332将从多脉冲电路320输出的各信号基于调制数据而调制，将调制后的信号作为驱动信号输出。另外，在此说明设置第一输出电路331及第二输出电路332从而输出两个驱动信 号的结构。对此，在必要的驱动信号为一个时，也可以采用省略第二输出电路332的结构。 并且，在必要的驱动信号为三个以上时，也可以采用设有三个以上输出电路的结构。由此， 在对多个段电极中的每个电极使用不同的驱动信号时，仅需要设置段电极个数的输出电 路。图4是图3所示的分频电路的输出波形的图。如图4所示，分频电路310 (参照图 3)输出第一分频信号410 (Q1)、第二分频信号420 (Q2)、第三分频信号430 (Q3)、第四分频 信号440 (Q4)、第五分频信号450 (Q5)。第一分频信号410是与向分频电路310输入的基准 时钟频率相同的分频信号。第二分频信号420是向分频电路310输入的基准时钟的频率的 1/2的频率的分频信号。第三分频信号430是向分频电路310输入的基准时钟的频率的1/4的频率的分频 信号。第四分频信号440是向分频电路310输入的基准时钟的频率的1/8的频率的分频信 号。第五分频信号450是向分频电路310输入的基准时钟的频率的1/16的频率的分频信号。图5是表示图3所示的多脉冲电路的具体结构例的电路图。如图5所示，多脉冲 电路320具有第一输入部511 第五输入部515、第一切换开关521 第五切换开关525、 第一输出部531 第五输出部535、未图示的切换控制部。对第一输入部511 515分别输入从分频电路310输出的各分频信号(Q1 Q5)。 第一输入部511将输入的分频信号(Q1)分别向第一切换开关521及第三切换开关523输 出。第二输入部512将输入的分频信号(Q2)分别向第二切换开关522及第四输入开关524 输出。第三输入部513将输入的分频信号(Q3)分别向第三切换开关523及第五切换开 关535输出。第四输入部514将输入的分频信号(Q4)分别向第四切换开关524及第一切 换开关521输出。第五输入部515将输入的分频信号(Q5)分别向第五切换开关525及第 二切换开关522输出。第一切换开关521将第一路径与第二路径相互切换，该第一路径将从第一输入部 511输出的信号向第一输出部531输出，该第二路径将从第四输入部514输出的信号向第一 输出部531输出。第二切换开关522将第一路径与第二路径相互切换，该第一路径将从第 二输入部512输出的信号向第二输出部532输出，该第二路径将从第五输入部515输出的 信号向第二输出部532输出。第三切换开关523将第一路径与第二路径相互切换，该第一路径将从第三输入部 513输出的信号向第三输出部533输出，该第二路径将从第一输入部511输出的信号向第三 输出部533输出。第四切换开关524将第一路径与第二路径相互切换，该第一路径将从第 四输入部514输出的信号向第四输出部534输出，该第二路径将从第二输入部512输出的 信号向第四输出部534输出。第五切换开关525将第一路径与第二路径相互切换，该第一路径将从第五输入部 515输出的信号向第五输出部535输出，该第二路径将从第三输入部513输出的信号向第五 输出部535输出。第一输出部531 第五输出部535分别将从第一切换开关521 第五切换开关525输出的信号(P1 P5)向第一输出电路331及第二输出电路332输出。切换控 制部以使第一切换开关521 第五切换开关525成为第一路径或第二路径的方式控制。通过由切换控制部以使第一切换开关521 第五切换开关525成为第一路径的方 式进行控制，从分频电路310向多脉冲电路320输入的各分频信号不调换顺序而输出。并 且，通过由切换控制部以使第一切换开关521 第五切换开关525成为第二路径的方式进 行控制，从分频电路310向多脉冲电路320输入的各分频信号调换顺序而输出。在第一切换开关521 第五切换开关525分别成为第一路径时的多脉冲电路320 的输出波形与图4所示的输出波形相同，因此省略说明。由于通过使第一切换开关521 第五切换开关525成为第一路径而使各信号不调换，因此能够生成在每个帧中含有一个脉 冲的驱动信号。由此，能够生成对应例如用途或液晶的特性的合适的驱动信号。另外，在生成每个帧中含有多个脉冲的驱动信号时，多脉冲电路320的切换控制 部以使第一切换开关521 第五切换开关525成为第二路径的方式控制。在图6中说明这 时的多脉冲电路320的输出波形。另外，在图5所示的多脉冲电路320中，采用能够选择是 不调换各信号而输出还是调换各信号而输出的结构，但是多脉冲电路320采用始终调换各 信号而输出的结构。图6是表示图5所示的多脉冲电路(第二路径)的输出波形的图。图6所示的第 一输出信号610是从多脉冲电路320的第一输出部531输出的信号(P1)，与图4所示的第 四分频信号440相同。第二输出信号620从多脉冲电路320的第二输出部532输出的信号 (P2)，与图4所示的第五分频信号450相同。第三输出信号630是从多脉冲电路320的第三输出部533输出的信号(P3)，与图4 所示的第一分频信号410相同。第四输出信号640是从多脉冲电路320的第四输出部534 输出的信号(P4)，与图4所示的第二分频信号420相同。第五输出信号650是从多脉冲电路320的第五输出部535输出的信号(P5)，与图 4所示的第三分频信号430相同。如此，第一切换开关521 第五切换开关525成为第二路 径的多脉冲电路320的输出信号成为将图4所示的各分频信号调换的信号。在此，分频电 路310的各输出的顺序通过多脉冲电路320每次两个进行转换。图7是表示图3所示的第一输出电路的具体结构例的电路图。如图7所示，第一输 出电路331 (参照图3)包括输入部711 716、存储器721 725、“或”电路731 735、 “与”电路741 745、“与”电路751 755、“与”电路761 765、“异”电路770、缓冲器 780、输出部790。若调制数据为5位(0 31)，各位为D1 D5，则在存储器721 725中分别存储 D1 D5。例如，若调制数据的值为2 ( 二进制数为00010)，则存储器721 725中分别存 储0、1、0、0、0。另外，若调制数据的值为3 ( 二进制数为00011)，则存储器721 725中分 别存储 1、1、0、0、0。对输入部711输入从多脉冲电路320的第一输出部531输出的信号(P1)。输入部 711将输入的信号向“或”电路731及“与”电路751输出。“或”电路731将表示从输入部 711输出的信号与存储在存储器721中的调制数据(D1)的逻辑和的信号向“与”电路741输出。“与”电路741的一个输入与“或”电路731连接，另一个输入被上拉。因此，在从
9第一输出部531输出的信号(P1)及存储器721中存储的调制数据(D1)的至少一个为1时， “或”电路731的输出为1，“与”电路741的输出为1。在从第一输出部531输出的信号(P1) 及存储器721中存储的调制数据(D1)为0时，“或”电路731的输出为0，“与”电路741的 输出为0。“与”电路751将表示从输入部711输出的信号与存储器721中存储的调制数据的 逻辑积的信号向“或”电路761输出。“或”电路761将表示从“与”电路741输出的信号和 从“与”电路751输出的信号的逻辑和的信号向“与”电路742输出。对输入部712输入从多脉冲电路320的第二输出部532输出的信号(P2)。输入部 712将输入的信号向“或”电路732及“与”电路752输出。“或”电路732将表示从输入部 712输出的信号与存储器722中存储的调制数据(D2)的逻辑和的信号向“与”电路742输 出。“与”电路742将表示从“或”电路761输出的信号与从“或”电路732输出的信号的逻 辑积的信号向“或”电路762输出。“与”电路752将表示从输入部712输出的信号与存储器722中存储的调制数据的 逻辑积的信号向“或”电路762输出。“或”电路762将表示从“与”电路742输出的信号与 从“与”电路752输出的信号的逻辑和的信号向“与”电路743输出。对输入部713输入从多脉冲电路320的第三输出部533输出的信号(P3)。输入部 713将输入的信号向“或”电路733及“与”电路753输出。“或”电路733将表示从输入部 713输出的信号与存储器723中存储的调制数据(D3)的逻辑和的信号向“与”电路743输 出。“与”电路743将表示从“或”电路762输出的信号与从“或”电路733输出的信号的逻 辑积的信号向“或”电路763输出。“与”电路753将表示从输入部713输出的信号与存储器723中存储的调制数据的 逻辑积的信号向“或”电路763输出。“或”电路763将表示从“与”电路743输出的信号与 从“与”电路753输出的信号的逻辑和的信号向“与”电路744输出。对输入部714输出从多脉冲电路320的第四输出部534输出的信号(P4)。输入部 714将输入的信号向“或”电路734及“与”电路754输出。“或”电路734将表示从输入部 714输出的信号与存储器724中存储的调制数据(D4)的逻辑和的信号向“与”电路744输 出。“与”电路744将表示从“或”电路763输出的信号与从“与”电路734输出的信号的逻 辑积的信号向“或”电路764输出。“与”电路754将表示从输入部714输出的信号与存储器724中存储的调制信号 (D4)的逻辑积的信号向“或”电路764输出。“或”电路764将表示从“与”电路744输出的 信号与从“与”电路754输出的信号的逻辑和的信号向“与”电路745输出。对输入部715输入从多脉冲电路320的第五输出部535输出的信号(P5)。输入部 715将输入的信号向“或”电路735及“与”电路755输出。“或”电路735将表示从输入部 715输出的信号与存储器725中存储的调制信号(D5)的逻辑和的信号向“与”电路745输 出。“与”电路745将表示从“或”电路764输出的信号与从“或”电路735输出的信号的逻 辑积的信号向“或”电路765输出。“与”电路755将表示从输入部715输出的信号与存储器725中存储的调制信号 (D5)的逻辑积的信号向“或”电路765输出。“或”电路765将表示从“与”电路745输出的 信号与从“与”电路755输出的信号的逻辑和的信号向“异”电路770输出。
对输入部716输入极性信号Pol。输入部716将输入的极性信号Pol向“异”电路 770输出。“异”电路770将表示从“或”电路765输出的信号与从输入部716输出的信号 Pol的按位加的信号向缓冲器780输出。缓冲器780将从“异”电路770输出的信号增幅而 向输出部790输出。输出部790将从缓冲器780输出的信号作为驱动信号输出。从输出部790输出的 驱动信号作为段信号施加到液晶光调制元件11的段电极15上。在图7中说明了图3所示 的第一输出电路331的具体结构例，关于图3所示的第二输出部332以及设置三个以上输 出电路的情况也是同样。图8是表示图7所示的第一输出电路的输出波形的图。在调制数据n为1时，图8 所示的驱动信号801为从第一输出电路331输出的1帧的驱动信号。同样地，在调制数据 n为2 12时，驱动信号802 812分别为从输出电路输出的1帧的驱动信号。如图8所示，在每个帧中含有的脉冲的数量不到4时，驱动装置21对应调制数据 n的增加而使每个帧中含有的脉冲的数量增加。并且，在每个帧中含有的脉冲的数量达到4 时，驱动装置21对应调制数据n的增加而使每个帧中含有的脉冲的宽度增加。并且，在使脉冲的宽度增加时，调制数据n每增加1，则驱动装置21使帧中含有的 各脉冲中的一个脉冲的宽度增加。在图8中，对调制数据n为1 12时的第一输出部531 输出的情况进行了说明，调制数据n为13 31时，调制数据n每增加1，脉冲宽度增加了的 驱动信号就从第一输出部531输出。(波形响应)接下来，对通过实施方式所涉及的驱动装置21而能够减少的波形响应(闪烁)进 行说明。如图2所示，若着眼于驱动信号220，则存在帧内未施加脉冲的期间。若该未施加 脉冲的期间变长，则除去施加电压为0V时，也就是除去偏移值为0V的情况，液晶层进行响 应，波形响应(闪烁)变大。在此，观察出从该脉冲被施加到下一个脉冲被施加的期间(再生期间)的最长期 间，讨论波形响应(闪烁)变小的驱动波形。在上述的说明中，说明了前半部分的帧T1与 极性颠倒了的后半部分的帧T2的本发明的多脉冲驱动法的示例，但在本项中，为了说明液 晶的波形响应，将前半部分的帧T1与后半部分的帧T2分别作为一个脉冲而使极性颠倒的 单纯的脉冲宽度调制的波形作为示例。图9-1是表示对液晶光调制元件的各电极施加的电压的波形的图。在图9-1中， 横轴表示时间[ms]，纵轴表示电压V[V]。液晶光调制元件911表示对其供给驱动信号的液 晶光调制元件。液晶光调制元件911为向列型液晶。图9-1的波形914表示向液晶光调制 元件911的电极912施加的电压的变化。波形915表示向液晶光调制元件911的电极913 施加的电压的变化。图9-2是表示对液晶光调制元件的液晶层实际施加的电压的波形的图。在图9-2 中，横轴表示时间[ms]，纵轴表示电压V[V]。图9-2的波形921表示在对液晶光调制元件 911的电极912及电极913施加图9-1所示的电压时，对液晶光调制元件911的液晶层实际 施加的电压的变化，相当于图9-1的波形914及波形915的合成波形。符号922表示对液晶光调制元件911的液晶层施加的电压的脉冲宽度。符号923 表示对液晶光调制元件911的液晶层施加的电压的驱动周期(T)。在图9-2中，对前半部分的帧T1与后半部分的帧T2分别以作为一个脉冲而使极性颠倒了的单纯的脉冲宽度调制的 波形为示例。在此，基于一个调制数据的实效电压的施加由于是由一个脉冲实施的，因此从正 脉冲的施加时到下一个负脉冲的施加时为一个帧。由此，在图9-2中的驱动周期T相当于 一个帧的两倍。符号924表示对液晶光调制元件911的液晶层施加的电压的再生期间，具 体来说，是从施加脉冲到施加下一个脉冲的期间。图9-3是表示液晶光调制元件的输出光的强度的变化的图。在图9-3中，横轴表示 施加[ms]，纵轴表示光强度(任意单位)。图9-3的波形931表示对液晶光调制元件911的 液晶层施加如图9-2所示的电压时的液晶光调制元件911的输出光的强度的变化的一例。符号932表示脉冲宽度所对应的液晶光调制元件911的输出光的光强度变化。符 号933表示液晶光调制元件911的输出光的再生期间所对应的再生周期。符号934表示液 晶光调制元件911的输出光的波形响应所对应的光强度的变动幅度。若由光检测器(PD: Photo Detector)检测液晶光调制元件的射出光，则由于液晶光调制元件的射出光作为电 压值而被输出，因此该光强度的变动幅度与PD的变动电压振幅Vp_p成比例。符号935表 示液晶光调制元件911的输出光的平均值，与光检测器(PD)的平均电压Vdc成比例。向列型液晶等液晶元件为实效值响应。驱动电压V的实效值Vrms可以由下式⑴ 表示。在下式(1)中，T表示例如图9-2的符号923所示的驱动周期(T)，V表示图9_2的 纵轴所示的电压，to表示对液晶层施加的电压的脉冲的上升时间。[式1]
Vrms = |lj;7TV2dt]…⑴但是，如图9-3所示，对高速响应的高速液晶光调制元件对各个脉冲响应，作为 波形响应(闪烁)，出现与实际的对液晶层的控制信号没有关系的数字干扰(Digital Artifact) 在将液晶光调制元件作为光通信用的可变光衰减器(VOA Variable Optical Attenuator)而使用时，这样的闪烁影响输出光的质量或内置有液晶光调制元件的通信用 组件的特性。因此，优选考虑减小该闪烁。接下来，对该波形应答的定量评价法进行说明。图10是表示将液晶光调制元件作为V0A而使用时的光强度特性与波形响应特性 的一例的图表。在此，作为V0A而使用的液晶光调制元件采用下述平行取向液晶元件，其为 透过型且将一对偏振板的偏振轴平行配置，液晶的指向矢取向(夕M >々夕方向)设定为 相对于偏振板的透过轴倾斜45度。另外，该液晶光调制元件的单元间隙为10 ym，液晶材料 使用默克公司(Merck Ltd.)的MJ011580。在图10中，横轴表示驱动电压的实效值[Vrms]，左侧的纵轴表示与V0A的射出光 强度成比例的光检测器的平均电压Vdc[V]。右侧的纵轴表示示出波形响应(闪烁)的重叠 度的残留波形响应比(RWR :Residual Waveform Response Ratio)。该残留波形响应比越 显示大的值，闪烁越明显。波形响应特性1010表示相对于驱动电压的实效值的残留波形响 应比的特性。光强度特性1020表示相对于驱动电压的实效值的光强度所对应的光检测器 的平均电压Vdc的特性。另外，图10的波形响应特性1010及光强度特性1020表示对V0A施加PWM(脉冲宽度调制)波形的驱动电压时的光强度特性和波形响应特性。在本例中，驱动信号的频率 为1kHz (再生频率为2kHz)，测定速度为10 [°C ]，测定波长为1550歷。光检测器的平均电压Vdc为将使V0A的输出光感光的光检测器(PD)的输出转换 为电压而通过示波器读取的值。由于PD的输出与感光的光的强度成比例，因此PD的输出 可以考虑采用图9-3所示的输出光的强度。PD的电压输出在与光强度成比例的区域中进行 测定。在此，残留波形响应比RWR如式(2)定义。式(2) 在此，Ip_p为波形响应引起的光强度的变动量，相当于图9-3的符号934，Idcmax 为最大平均光强度。另外，Vp_p为波形响应引起的PD的变动电压，Vp_p(0)为实效值为 0[Vrms]时的PD的变动电压。在此，在原理上实效值为0[Vrms]时，本应没有波形响应引起 的变动，但由于PD的干扰或起伏而产生Vp_p (0)。由此，为了计算出Ip_p的实效性的大小，使变动电压Vp_p减去Vp_p(0)的值(Vp_ p-Vp_p(0))作为与PD的波形响应所引起的与光强度成比例的电压的变动量。并且，Vdcmax 为由光检测器输出的平均电压变为最大时的PD的平均输出电压。在此，图10的波形响应特性1010表示闪烁的程度的大小，而波形响应特性1010 在光强度特性1020的最大值与最小值之间具有峰值。可以认为这是因为，在PWM的驱动电 压低时，液晶分子的动作小而波形响应原本就小，并且在PWM的驱动电压高时，由于PWM波 形间的间隔狭窄而波形响应的影响难以显现因此波形响应变小。在图10的条件中，在PWM的驱动电压低时，由于液晶的初始延迟的关系从最初光 强度不是0，在即将超过2V时从入射偏振板射出的入射偏振光旋转ji/2而成为与射出侧偏 振器正交的闭合状态，光强度接近于0。因此，在波形响应特性曲线上，在2V附近也可以观 察到小的峰值。在此，为了以实验性确定用作驱动信号的脉冲的最适合的再生期间，以作为该指 标的残留波形响应比的最大值作为RWR的最大值而取对数的最大波形响应比RWM如下式 (3)定义。可以说最大波形响应比RWM越小，闪烁的程度越小。在下式(3)中，最大波形响 应比RWM由波形响应特性1010取最大值时的残留波形响应比RWRmax的值求出。式(3)RWM = 101og10RWRmax...(3)由图10可以得知，在液晶光调制元件的动作范围内，由于在残留波形响应比RWR 的值达到最大RWRmax时，波形响应的影响(闪烁的程度)最大，因此以由该RWRmax取对数 计算后的最大波形响应比RWR为指标来研究驱动信号的波形。图11是表示最大波形响应比与再生频率的关系的图表。在此，再生周期用频率来 表示再生期间的周期。再生周期如上所述，为从施加脉冲到施加下一个脉冲的期间，在图11 中，横轴表示驱动信号的再生频率[Hz]，纵轴表示上式(3)的最大波形响应比RWM[dB]。特 性1111 1115分别表示动作温度为-7[°C ]、10[°C ]、25[°C ]、50[°C ]、70[°C ]时的相对 于再生频率的最大波形响应比RWM的特性。
可知在各动作温度时，再生频率越大则最大波形响应比RWM越小。并且，可知温度 越高即使再生频率相同RWM也越大。另外，图11所示的结果为，由于由透过型的液晶光调制 元件构成V0A，用于该测定的测定系统的干扰电平在-30[dB]附近，因此各曲线在-30[dB] 附近渐近。若使动作温度从_7[°C ]到70[°C ]，则由图11所示的结果可知，为了将最大波形 响应比RWM抑制在例如-25[dB]以下，考虑最苛刻的条件即70[°C]时，再生频率必须为 10000[Hz] (10[kHz])以上。并且，可知因为测定系统的干扰电平在_30[dB]附近，所以在 考虑其背景干扰，以70[°C ]的图形的再生频率从较低的曲线外插的特性(将图11的特性 1115延长的虚线)时，为了将最大波形响应比RWM抑制在_30[dB]以下，必须使再生频率为 约21 [kHz]以上。另外，在此，使用为透过偏振光依赖型且单元间隙为10km]的液晶光调制元件， 使用通过脉冲宽度调制生成的5[V]的驱动信号。通常，若为将本发明的液晶光调制元件作 为V0A应用的情况，则在V0A的衰减量范围设定为0 -20[dB]时，波形响应(闪烁)若抑 制为RWM在-25 -30[dB]以下则可以看作是实用的。由此，再生频率优选设定为10[kHz]以上，或者说更优选设定为约21[kHz]以上。 也就是说，若考虑适用于本发明的驱动法，则在帧中的除施加电压为0V时以外，未施加电 压的最长期间若与本项说明了的波形对应则取频率的倒数即可，因此设定为IX 10_4[秒] (=1/10[kHz])以下，优选设定为5X10—5[秒]( l/21[kHz])以下。(Vcom 转换)图12-1是表示评价Vcom转换的实验电路。图12_1所示的液晶光调制元件1211 为使用反射型的液晶光调制元件的V0A。电源1212向液晶光调制元件1211供给驱动电压。 外部DC电源1213对液晶光调制元件1211施加直流电压。反射镜1214使入射光向液晶光 调制元件1211反射。检波器1215(DET)是监测由反射镜1214反射并由液晶光调制元件 1211反射的光的光检测器(PD)。图12-2是表示对图12-1所示的液晶光调制元件施加的驱动电压的图。在图12-2 中，横轴表示时间，纵轴表示向液晶光调制元件1211施加的电压。如图12-2所示，说明通 过电源1212对液晶光调制元件1211施加占空比为0. 5的矩形交流电压1211的情况。图12-3是表示由图12-1所示的检波器监测的光学响应的图。在图12-3中，横轴 表示时间，纵轴表示液晶光调制元件1211的光学响应。通过检波器1215监测的光学响应 在理想情况下与在图12-1所示的实验装置中没有外部DC电源1213的情况等效，如图12-3 的光学响应而为固定的。这是因为，由于作为向列型液晶单元的液晶光调制元件1211为实 效值响应，因此本来光学响应相对于交替电场就为固定的。但是，在实际的测定中，在低频驱动(几赫兹 几十赫兹)下，通过检波器1215监 测的光学响应变为如图12-3中的光学响应1223，矩形交流电压1221对应的闪烁的产生大 多能够观察到。这时，需要注意其是与反映所述施加脉冲波形的波形响应的闪烁不同，随着 低频驱动波形的极性颠倒而能够观察到的闪烁。其原因是，形成液晶光调制元件1211的元 件结构的非对称性或液晶内部的杂质离子的一部分可动离子化而产生的空间电荷的偏移。在产生这样的闪烁的情况下，由于与对液晶层内部施加直流电压的情况等效，因 此影响长期可靠性，成为引起设备特性的劣化的主要原因。Vcom(共同电压)转换以使闪烁从外部无法观察到的方式通过外部DC电源1213施加直流电压(偏压电压)，将这时的直流 电压定义为Vcom(直流偏移)从而进行评价。即使从外部施加直流电压，Vcom转换也存在 对转换量的时间依赖性，转换量大多根据时间而向正或负方向变化。为了提高可靠性，一般 减小Vcom转换量是有效的。图13是表示直流偏移的时间所引起的变化的图表。在图13中，横轴表示时间 [min]，纵轴表示直流偏移[mV]。特性1311 1313分别表示驱动信号的频率为10[Hz]、 30 [Hz]、100 [Hz]时的直流偏移的变化。根据图13所示的结果可知，通过提高驱动信号的频 率，能够降低Vcom的转换量。图14是表示液晶材料5CB的介质特性的一例。在图14中，横轴表示对液晶光调 制元件1211供给的驱动信号的频率[Hz]，纵轴表示相对介电常数(复介电常数的实部)。 如图14所示，通过使对液晶光调制元件1211供给的驱动信号的频率为100[Hz]以上，从而 介质弛豫曲线1410变为固定值。液晶层中含有的离子种类为多个且根据液晶单元的制作环境及使用的液晶的种 类、温度等的参数而介质弛豫曲线也不同，但在图14的比100[Hz]高的频率的部分能够观 察到平稳曲线是依赖于可动离子的液晶层中的移动性。并且，由图13所示的直流偏移评价 的结果也可以确认，通过将驱动信号的频率提高(例如100[Hz])，Vcom转换变小。由此可知，与Vcom转换相关的液晶设备的特性转换的一个重要的主要原因在于 以液晶光调制元件1211的液晶层内的杂质离子为起因的介质弛豫，通过使包含于考虑介 质弛豫时的驱动波形中，也就是每个帧中包含的脉冲的数量达到规定数时的最低频率成分 为100[Hz]以上，从而能够降低以可动离子为起因的特性转换。由此，减少实际的液晶设备中的杂质离子量很重要，进而，通过使驱动频率所含有 的最低的频率成分为100[Hz]以上，可以预测能够改善可靠性及特性转换以及该经时变 化。另外，在实际的液晶光调制元件中，将适合于设备特性的多个材料混合使用，但杂质离 子的影响如上所述与液晶材料5CB的示例相同。如以上说明，根据驱动装置21，通过将每个帧中含有多个脉冲的驱动信号向液晶 光调制元件11供给，能够高频驱动液晶光调制元件11。由此，在获得规定的每个帧的实效 值时，能够缩短连续的两个脉冲间隔而抑制脉冲波形响应。并且，因为即使不提高基准时钟 的频率也可以，所以能够实现低消耗电力化及干扰电平的降低。并且，无需将多级化所需要的时钟频率提高到需要以上而使加上由每个帧中含有 多个脉冲的驱动信号构成的前半部分帧及使前半部分帧的极性颠倒了的后半部分帧的驱 动周期为10[ms]以下(使由帧极性交替周期的倒数定义的驱动信号所含有的最低频率为 100 [Hz]以上)，从而能够将驱动频率中含有的最低频率提高。因此，能够抑制液晶光调制 元件11的液晶层内的可动离子的移动，提高可靠性。工业上的可利用性如上所述，本发明所涉及的驱动装置及光调制装置作为进行光的调制的驱动装置 及光调制装置有用，特别适用于光通信系统中的光调制器及光调整装置。
权利要求
一种驱动装置，其向液晶光调制元件的像素部供给驱动信号，所述驱动装置的特征在于，所述驱动信号由多个帧构成，所述帧是基于调制数据的实效电压施加于所述液晶光调制元件的像素部的期间，所述驱动装置具有生成驱动信号的生成机构，该驱动信号在每个所述帧中含有多个脉冲，所述生成机构生成下述驱动信号在每个所述帧中含有的脉冲的数量未达到规定数时，根据所述调制数据的增加而使每个所述帧中含有的脉冲的数量增加，在每个所述帧中含有的脉冲的数量达到规定数时，根据所述调制数据的增加而使每个帧中含有的所述脉冲的宽度增加，所述驱动装置具有供给机构，该供给机构向液晶光调制元件供给由所述生成机构生成的驱动信号。
2.根据权利要求1所述的驱动装置，其特征在于，在前后的两个所述帧中，以极性交替完成的方式生成驱动信号。
3.根据权利要求1或2所述驱动装置，其特征在于，所述帧与在用于生成所述驱动信号的基准时钟的、与所述调制数据的级数对应的脉冲 数的区间相对应。
4.根据权利要求1 3中任一项所述的驱动装置，其特征在于，在所述帧中的除施加电压为OV时以外，未施加所述脉冲的最长期间设定在 1X10—4[秒]以下。
5.根据权利要求1 3中任一项所述的驱动装置，其特征在于，在所述帧中的除施加电压为OV时以外，未施加所述脉冲的最长期间设定在 5X10—5[秒]以下。
6.根据权利要求1 5中任一项所述的驱动装置，其特征在于，由每个所述帧中含有的脉冲的数量达到规定数时的帧极性交替周期的倒数定义的驱 动信号中含有的最低频率为IOOHz以上。
7.—种可变光衰减器，其特征在于，具有权利要求1 6中任一项所述的液晶光调制元件的驱动装置。
全文摘要
本发明提供液晶光调制元件的驱动装置及使用其的可变光衰减器，而提高液晶光调制元件的输出光的质量。液晶光调制元件(11)根据供给的驱动信号的实效值调制光。驱动装置(21)根据调制数据而使向液晶光调制元件(11)供给的驱动信号的每个帧的实效值变化。驱动装置(21)生成在每个帧中含有多个脉冲的驱动信号。驱动装置(21)将生成的驱动信号向液晶光调制元件(11)供给。由此，能够高频驱动液晶光调制元件(11)。
文档编号G02F1/133GK101866073SQ20101016396
公开日2010年10月20日 申请日期2010年4月16日 优先权日2009年4月17日
发明者井出昌史, 白石笃 申请人:西铁城控股株式会社