JP2011227464A - 双安定型液晶表示装置の駆動方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 双安定型液晶表示装置の駆動において、画素間で干渉することなしに表示の書き換えを可能とする。
【解決手段】 始めに、リセットパルス１で全画素の液晶層をＴテクスチャにする。その後に、Ｔテクスチャを維持させる画素には第一選択期間２ａでアンカリング破壊閾値以下の電圧を加え、Ｕテクスチャに変える画素には第一選択期間５ａでアンカリング破壊閾値以上の電圧を加え。次に、第二選択期間２ｂ、５ｂでアンカリング破壊閾値より小さい電圧を加え、さらに、第三選択期間で０Ｖの電圧を印加する。これにより、液晶のフローを起こさずに、テクスチャ状態をコントロールできる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、双安定型の液晶表示装置の駆動方法に関するものであり、特に、双安定性スイッチングを利用して単純マトリクス駆動されるカイラルネマティック液晶を用いた液晶表示装置に関する。

現在、ツイストネマティック（ＴＮ）型液晶、スーパーツイストネマティック（ＳＴＮ）型液晶、複屈折を電気的に制御するＥＣＢ型液晶、垂直配向ネマティック（ＶＡ）型液晶等が液晶表示装置に用いられている。これらの液晶は、単安定タイプに分類され、液晶層に電場を印加しない場合には液晶分子は単一のテクスチャとなる。液晶層に電場を印加する場合には、液晶分子のテクスチャは連続的に変形し、テクスチャの変形とともに光特性が変化する。液晶層に電場が無くなると、再び単一テクスチャ（単安定テクスチャ）に戻る。これらの液晶表示装置には、メモリ効果が無い。そのため、スタティック駆動、マルチプレックス駆動、またはアクティブマトリクス駆動によって連続的に駆動する必要がある。一方、双安定やマルチ安定型の液晶表示装置にはメモリ効果がある。これらの液晶表示装置は、液晶層に電場が印加されない状態でもセル内に異なるテクスチャを形成することができる。そして、液晶層に特定の電場を印加することでテクスチャを変えることができる。このような表示装置は、いったんテクスチャが決まると、電場が失われた場合でもその双安定性によりそのテクスチャの状態を維持する。このようなメモリ効果を持つ双安定性液晶表示装置では、画像リフレッシュレートが大幅に低減し、消費電力が減少する。

近年、電極と配向膜が設けられた一対の基板間に、カイラルネマティック液晶を封入した双安定液晶パネルを用いた双安定液晶表示装置が提唱された（例えば、特許文献１を参照）。図５は液晶分子の挙動を説明する模式図である。図示するように、第一基板３１と第二基板３２にはそれぞれ電極３３が形成され、さらにその上に第一配向膜３４及び第二配向膜３５が設けられる。第一基板３１と第二基板３２の間隙に液晶６を封入する。このような双安定液晶パネルの電極界面では、配向膜層によって液晶分子が所望の向きに向けられている。ここで、第一配向膜３４は第二配向膜３５よりもアンカリング力が強くなっている。そのため、第一配向膜３４の界面では、液晶層６の液晶分子のアンカリング力は強く少し角度を有し、第二配向膜３５の界面では、アンカリング力は弱く分子はほぼ水平になる。液晶の界面では分子のアンカリングは単安定性を示すが、液晶層６のレベルでは電場が印加されないとき二つの安定状態が存在する。一つは、一様な、あるいは少しねじれたＵテクスチャ（uniform-texture）７であり、もう一つはねじれたＴテクスチャ（twisted-texture）である。この２つのテクスチャのねじれは約１８０°異なり、個々には共存し得ない。ネマティック型の液晶分子の自発的ピッチｐ０は、一様なＵテクスチャとねじれたＴテクスチャとのエネルギーが本質的に同一となるように、最大でも、セルの厚さｄの約４倍となるように選択される。従って、電場が印加していない時は、より低いエネルギーレベルを持つ他の状態は存在せず、Ｕテクスチャ７とＴテクスチャ８のいずれかの状態で安定する（双安定性）。

いずれのテクスチャにあっても、アンカリングを破壊することにより、一方のテクスチャから他方へ変化する。ＵテクスチャからＴテクスチャ（あるいは、ＴテクスチャからＵテクスチャ）への変換は、外部から強い電場を印加し、配向膜表面のアンカリング力を破壊することで起こる。Ｕテクスチャ、Ｔテクスチャいずれの状態でも、特定の電界を加えると、液晶層６はホメオトロピックテクスチャ（Homeotropic-texture）となる。以下、Ｈテクスチャと略す。液晶層をＨテクスチャ９にする電界閾値をＶｃ（アンカリング破壊閾値）と定義する。アンカリング破壊閾値Ｖｃは、液晶材料と配向膜の材料が固有に持つ極角アンカリングエネルギー（zenithal-anchoring-energy）Ａｚによって決まる。アンカリング破壊閾値以上の電場を加えると、アンカリングが破壊される。また、この電場が配向膜の表面近傍における液晶分子の再配列を促す。最終的にＨテクスチャ９が形成されるまで、十分な時間この電場を加えることが必要となる。最小時間は、加える電場の大きさ（振幅）、液晶や配向膜の物理特性に依存する。電場が１〜３ミリ秒或いはそれ以上加えられる場合に、アンカリング破壊閾値Ｖｃは次の式１のように定義できる。
（式１） Ｖｃ＝ｄ×Ａｚ／（Ｋ33×ε0×Δε）^1/2
ここで、ｄは液晶セルの厚さ、Ａｚは極角アンカリングエネルギー、Ｋ33は液晶の弾性ねじれ係数、Δεは液晶の誘電異方性、ε0は液晶の真空中の誘電率を表す。

このアンカリング破壊閾値Ｖｃが印加されると、配向膜界面での液晶分子の向きと垂直との間の角度が十分に小さく（例えば、０．５°以下）なり、配向膜界面の液晶分子に影響する応力が十分に低くなる。この状態では、配向膜の表面近傍の液晶分子は、電場が切られると不安定な平衡状態となり、元の向きに戻るか、または反対の方向に回転し元のテクスチャとは異なる１８０°ねじれた新たなテクスチャのどちらかに誘発される。最終的にどちらのテクスチャになるかは、加えられる電気信号の形状、具体的にはこの電場（電圧）が零に戻される方法に依存する。

電場を段階的に下げた場合は、フロー（液晶分子の流体力学的な力）は最小となり、強いアンカリングの配向膜の表面近傍の液晶分子はゆるやかに平衡状態に落ち着き、中央の液晶分子との弾性結合によって液晶分子が同一方向に回転される。この運動が、弱いアンカリング側基板へと広がり、同一方向に素早く次々と回転し、セル内に一様な状態（Ｕテクスチャ７）が形成される。

一方、電場を急に落とした場合、例えば短い時間内でスイッチングした場合、強いアンカリングの配向膜の表面近傍で強いフロー（液晶分子の流体力学的な力）が誘発され、これが液晶層全体に広がり、瞬時に弱いアンカリングの配向膜の表面に到達する。弱いアンカリングの配向膜の表面では流体力学的な力の方が強くなり、ねじれたＴテクスチャ８が誘発される。このように、各画素に印加する電場をコントロールすれば、一方のテクスチャから他方のテクスチャへ変化させることができる。

テクスチャを変化させる電場について、図６を用いて説明する。図６は液晶層に印加する電圧波形を示す模式図である。図６（ａ）、（ｂ）は、ＵテクスチャからＴテクスチャへ変化させる場合の波形である。図６（ａ）では、第一期間τ１で、アンカリング破壊閾値より大きな電圧パルスＰ１を加える。この破壊閾値電圧は、概ね２ボルトから１０ボルト程度である。波形のパルス幅である期間τ１は、２〜３ミリ秒である。この第一期間τ１で、ＵテクスチャからＨテクスチャに変る。次に、２〜３マイクロ秒、或いは最大でも２０〜３０マイクロ秒で、この電圧を素早く低下する。すなわち、第二期間τ２で、電圧パルスＰ１よりΔＶだけ低い電圧パルスＰ２を印加する。この電圧差ΔＶだけ素早く低下させることによって、液晶層内に十分に強い流体力学的効果が誘発され、Ｔテクスチャとなる。Ｔテクスチャ生成に必要な第二期間τ２は、第一期間τ１の１０分の１程度、長いパルスの場合でも最大５００マイクロ秒で、この期間内に電圧低下させる必要がある。電位差ΔＶは、τ１とτ２期間で印加される電圧パルスＰ１とＰ２の差で決まる。実験では第一期間τ１の電圧パルスＰ１を２４Ｖとした場合、第二期間τ２の電圧パルスＰ２を８Ｖ以下程度印加する。次に、第三期間τ３で０Ｖを印加する。この期間τ１〜τ２〜τ３の連続動作を行うと、ＵテクスチャからＨテクスチャを経由してＴテクスチャへ変化する。図６（ｂ）では、第一期間τ１と第二期間τ２の電位差より第二期間τ２と第三期間τ３期間の電位差を大きくした場合を示している。このとき、第一期間τ１で、ＵテクスチャからＨテクスチャに変り、第一期間τ１でＵテクスチャからＨテクスチャに変り、第三期間τ３でＨテクスチャからＴテクスチャに変る。具体的には、Ｐ２を１０Ｖ以上程度にすると同じ効果が得られる。

図６（ｃ）、（ｄ）はＴテクスチャからＵテクスチャへ変化させる場合の波形である。上記と同様に、第一期間τ１では、アンカリング破壊閾値より大きな電圧パルスＰ１を加える。この第一期間τ１で、ＵテクスチャからＨテクスチャに変る。次に、第２期間τ２では緩やかに下降させる。図６（ｃ）に第２期間τ２にスロープ状に電圧を下げた場合を示し、図６（ｄ）に階段状に電圧を降下させた場合を示す。スロープ状に電圧を下げるのが理想的であるが、通常は段階的に降下させる。具体的には、第一期間τ１で印加する電圧パルスＰ１が１６Ｖの場合、第二期間τ２では８Ｖ以上から１２Ｖ以下の電圧パルスＰ２を印加し、第三期間τ３で０Ｖを印加する。この期間τ１〜τ２〜τ３の連続動作を行うと、ＴテクスチャからＴテクスチャを経てＵテクスチャへ変化する。このように、どちらのテクスチャに落ち着くかは、第二期間τ２にどういう電圧を印加するかに依存する。

次に、ドットマトリックス型の双安定液晶表示パネルの駆動方法について説明する。図７に双安定液晶表示パネルに印加される信号波形を示す。図７（ａ）にコモン電極に印加するコモン信号（ＣＯＭ）を、図７（ｂ）にセグメント電極に印加するセグメント信号（ＳＥＧ）を、図７（ｃ）にコモン−セグメント間の電圧、即ちコモン電極とセグメント電極で挟持された液晶層に印加される波形（ＣＯＭ−ＳＥＧ）を示す。図中、左側の波形は、コモン電極とセグメント電極が交叉する画素をＵテクスチャとする場合であり、右側の波形は、この画素をＴテクスチャとする場合である。図７（ｄ）に、印加波形と液晶分子の状態の関係を模式的に示す。

まず、左側の波形について説明する。図７（ａ）に示すコモン信号と図７（ｂ）に示すセグメント信号が印加されると、画素（液晶層）には図７（ｃ）に示す電圧波形が加わることになる。液晶層に印加される＋Ｖ、−Ｖがアンカリング破壊閾値Ｖｃ以上なので、信号印加前の液晶層がどのようなテクスチャであっても、液晶層に−Ｖが印加される期間ではＨテクスチャである。次の階段状に０Ｖとなる波形により弱い液晶フォローが起き、０Ｖ電位まで到達した段階でＵテクスチャになる。一方、右側の波形について説明する。信号印加前の液晶層がどのようなテクスチャであっても、液晶層に−Ｖが印加される期間ではＨテクスチャとなるのは左側の波形の場合と同様である。次の期間では、ある程度の電位差を持って素早く０Ｖ電位まで到達する。このときＨテクスチャからＴテクスチャへ大きな液晶のフローに伴って変化していく。図から解るように、左右のＵテクスチャにする場合もＴテクスチャにする場合も、コモン信号は同一であるが、セグメント信号が異なっている。液晶パネルの表示は、選択信号が供給された１ラインのコモンと、全セグメントの信号状態によって１ライン分の白黒（テクスチャの状態）が決定し、全コモンを順次スキャンすることにより画面全体の表示（白黒）が決定する。スキャンを行う瞬間においては、画面全体のうちの１本のコモンのみ選択信号が供給される。残りの大多数のコモンには、非選択信号の電圧波形が供給される。このとき液晶層に印加される波形はアンカリング破壊を起こすような波形ではないので、選択信号により決定したテクスチャが維持される。この一連の動作は、制御回路（ＭＰＵ）がＣＯＭドライバ、ＳＥＧドライバをコントロールすることで行われる。このように、双安定液晶表示パネルに全てのコモンをスキャンし表示を決定した後は、コモンとセグメントを無印加状態にしても、表示画像は保持されている。すなわち、画像を書いた後に電源を切っても双安定液晶表示パネルの画像は表示が維持される。従って、書き換え時の電力は必要であるが、その後は無電力でも表示可能である（例えば、特許文献２を参照）。

特許第３２９３１３８号公報 特開２００４−４５５２号公報

上述のように、従来は、アンカリング破壊閾値Ｖｃより大きな電圧パルスを第一期間τ１で印加した後に、第二期間τ２でセグメント電極に所望のテクスチャとするための電位を与え、次に第三期間τ３で０Ｖの電圧を印加していた。したがって、液晶の挙動は、アンカリング破壊閾値Ｖｃ以上の電位により、まずＨテクスチャとなり、このＨテクスチャから画素の表示内容に応じてＴテクスチャまたはＵテクスチャへ変化する。そのため、ＴとＵテクスチャが隣り合う部分が生じる。このＴとＵテクスチャが隣り合う液晶分子間に流体力学な干渉が発生し、一つの画素内でＴとＵテクスチャが混ざった状態となる。これは、特に表示画素のエッジや表示画面の端に多発する。そのため、面内で表示状態が薄くなったり濃くなったりする表示ムラが発生する。特に、１ドット単位で反転する市松表示（チェッカパターン）や黒表示が多い場合では、表示ムラが目立つ。そこで、本発明は、面内に表示ムラの発生しない双安定液晶表示装置を実現することを目的とする。

そこで、本発明の双安定液晶表示装置の駆動方法では、全ての画素の液晶層をＴテクスチャにするために、アンカリング破壊値以上の電圧を持つリセットパルスを印加する初期化期間と、 Ｕテクスチャに変化させる画素の液晶層にアンカリング破壊値以上の電圧を印加し、または、Ｔテクスチャを維持する画素の液晶層にアンカリング破壊値以下の電圧を印加する第一選択期間と、 液晶層の液晶分子にフローを起させないように、液晶層にアンカリング破壊値以下の電圧を印加する第二選択期間と、 全ての画素の液晶層に０Ｖを印加する第三選択期間と、を順に備えることとした。このような駆動方法により、初期化期間で全ての画素の液晶層がＴテクスチャに書き換えられ、第一選択期間と第二選択期間でＵテクスチャに変化させるか、Ｔテクスチャを維持するか決まる。さらに、第三選択期間で０Ｖの電圧を印加することにより、ＵテクスチャまたはＴテクスチャが維持されることとなる。従って、Ｔテクスチャを得る場合に、第一から第三までの選択期間でアンカリング破壊値以上の電圧が印加されないため液晶のフローが起こらないようになる。

さらに、第三選択期間が第一選択期間と第二選択期間の和より長くなるようにした。また、初期化期間と第一選択期間の間に、全ての画素の液晶層に０Ｖを印加する期間を設けることとした。

さらに、液晶層に印加される波形を交流化するために、第一選択期間と第二選択期間を繰り返してから第三選択期間に移ることとした。また、第二選択期間において、段階的に電位が変化する波形を印加してもよい。

さらに、温度センサからの温度情報に基づいて、第一選択期間に印加される電圧値または印加期間、第二選択期間に印加される電圧値または印加期間、第三選択期間の少なくとも一つを決めることとした。

本発明の駆動方法によれば、画素をＴテクスチャにしたときでも液晶フローが発生しないため、表示画素の端や表示画面の端にＴテクスチャとＵテクスチャが混ざらない表示が可能となる。そのため、ムラのない均一な表示が可能となった。また、マトリックス駆動においても画素間で干渉することなしに表示の書き換えが可能となった。さらには、アイコン、キャラクター表示やセグメント表示でも表示画素のエッジまで鮮明に表示させることが可能となった。

実施例１の駆動波形を説明する模式図である。 実施例２の駆動波形を説明する模式図である。 実施例３の駆動波形を説明する模式図である。 双安定液晶表示装置の回路ブロック図である。 液晶層のテクスチャ状態を説明する模式図である。 従来の印加電圧を説明する模式図である。 従来の駆動波形を説明する模式図である。

本発明の双安定液晶表示装置の駆動方法では、まず、全表示画素に初期化リセットパルスを印加して液晶層をＴテクスチャにする。次に、Ｕテクスチャに変化させたい画素にはアンカリング破壊閾値以上の高い電圧パルスを加え（この電圧印加期間を第一選択期間とする）、０Ｖに降下する前にアンカリング破壊閾値Ｖｃより低い電圧を加える（この電圧印加期間を第二選択期間とする）。このような波形を液晶層に印加させると、第一選択期間でＴテクスチャからＨテクスチャに変化し、第二選択期間が終了した段階でＵテクスチャに変化する。第二選択期間が終了した直後に０Ｖの電圧を所定期間印加し（この０Ｖ印加期間を第三選択期間とする）、Ｕテクスチャを維持させる。このように、第一から第三選択期間で、液晶のテクスチャ状態を変化させることができる。一方、Ｔテクスチャを維持させたい画素には第一選択期間にアンカリング破壊閾値Ｖｃより低い電圧を加える。さらに、第二選択期間にもアンカリング破壊閾値Ｖｃより低い電圧を加える。このような波形を液晶層に印加させると、リセットパルスにより形成されたＴテクスチャが第一選択期間でも第二選択期間でも他のテクスチャに変化することがなく、Ｔテクスチャが維持される。さらに、第二選択期間の直後にライン信号休止期間（第三選択期間）を設け、ライン信号休止期間で０Ｖの電圧を印加する。これにより、Ｔテクスチャを維持させる。

このような駆動方法により、表示画面内にＵテクスチャの画素とＴテクスチャの画素を混在させることができる。このときのＴテクスチャ状態は、Ｈテクスチャから変化してＴテクスチャになっていない。そのため、液晶分子がフローを起こさずにＴテクスチャが得られる。したがって、Ｕテクスチャがフローの影響を受けることがない。

また、コモンラインは線順次に選択されて駆動される。非選択状態のコモンラインには常にアンカリング破壊閾値Ｖｃより低い電圧を加える必要がある。
また、ライン信号休止期間は、第一選択期間と第二選択期間の和より長くなるように設定するとよい。

次に、本実施例の双安定液晶パネルの駆動方法を説明する。図１に、双安定カイラルネマティック液晶を用いたドットマトリクス液晶パネルに印加される駆動波形を示す。図１（ａ）にセグメントライン（ＳＥＧ１）に印加される信号を、図１（ｂ）にコモンライン（ＣＯＭ１）に印加される信号を、図１（ｃ）にＣＯＭ１とＳＥＧ１の交点に印加される波形を、図１（ｄ）にＣＯＭ２に印加される信号を、図１（ｅ）にＣＯＭ２とＳＥＧ１の交点に印加される波形を示す。

本実施例では、図１（ｃ）に示した波形が印加される画素はＴテクスチャとなり、図１（ｅ）に示した波形が印加される画素はＵテクスチャとなる。どちらの場合でも、初めにリセットパルス１を印加し、液晶パネルの全面をＴテクスチャへ変化させる。実際の動作は、図１（ａ）に示すセグメントリセット信号Ｓ１をセグメントラインに、図１（ｂ）に示すコモンリセット信号Ｃ１をコモンラインに供給する。例えば、Ｖ０＝３０、Ｖ５＝ＧＮＤ（０Ｖ）とする。これらの信号を合成した波形は、０Ｖを中心にＶ０の２倍の振幅をもつリセット波形１となる。リセット波形１により、正のレベル＋４の矩形波に続いて負のレベル−４の矩形波が印加される。したがって、液晶には直流が印加されず、電荷成分が液晶層に滞留することがない。ここで、アンカリング破壊値＋ｖｃは、電位レベル＋４と電位レベル＋３の間にある。

次に、リセットパルス１印加後の時間間隔Ｄでは、コモン信号もセグメント信号もＶ５へ変化させる。したがって、画素にも図１（ｃ）に示したように０Ｖが印加される。これがライン信号休止期間に印加される休止期間波形３である。この休止期間波形３は、全面がＴテクスチャへ変化した後、この状態を安定させるために必要となる。

以降、Ｔテクスチャを維持する画素に印加する波形を図１（ａ）〜（ｃ）に基づいて説明する。ＳＥＧ１に供給する信号の具体例を図１（ａ）に基づいて説明する。セグメントリセット信号Ｓ１の後で、Ｓ２信号とＳ４信号を交互に供給する。Ｓ２信号は選択状態のコモン信号と協働してＴテクスチャを維持し、Ｓ４信号は選択状態のコモン信号と協働してＵテクスチャに変化させる。Ｓ２信号は時間間隔ＥとＦに対応し電圧値はＶ３４、Ｓ４信号は時間間隔ＨとＩに対応し電圧値はＶ０である。Ｓ２信号とＳ４信号に続く時間間隔Ｇ，Ｊの電圧値はＶ５となる。ＣＯＭ１に供給する信号の具体例を図１（ｂ）に基づいて説明する。コモンリセット信号Ｃ１の後で、Ｃ２信号を供給し、その後、Ｃ４信号が供給される。各信号間では電圧値Ｖ５をとり、休止期間波形に対応している。コモンラインは線順次で駆動されているので、コモンラインの選択期間にＣ２信号が供給される。すなわち、ＣＯＭ１は時間間隔Ｅ，Ｆが選択期間であり、この時間後は、すべてのコモンラインに画像を書き込み終えるまでＣ４信号が供給される。したがって、ＣＯＭ１とＳＥＧ１が交わる画素の液晶層には図１（ｃ）に示す波形が印加される。Ｔテクスチャを維持するために、図１（ｃ）に示す波形はリセットパルス１の後はアンカリング破壊電圧Ｖｃ以下の電位で構成されている。時間間隔Ｅ，Ｆには、この画素の液晶層に図１（ｃ）に示した第一選択波形２が印加される。ここでは、第一選択波形２は第一選択期間２ａの電圧レベルが「−２」であり、第二選択期間２ｂの電圧レベルが「＋１」である。第一選択波形２はアンカリング破壊閾値Ｖｃ以下となる電圧レベルで構成されていなければならない。具体的には、第一選択期間２ａで約−４Ｖ程度の電圧と１ミリ秒程度の波形幅とし、第二選択期間２ｂで＋２から＋４Ｖ程度の電圧と５０から５００マイクロ秒程度の波形幅とした。

環境温度によって最適な印加電圧や時間が変わるので、これを考慮して設定される。そして、第二選択期間２ｂの直後にライン信号休止期間となり、この時間間隔Ｇではレベル０Ｖの電圧、すなわち、休止期間波形３になる。このような第一選択波形２と休止期間波形３を液晶層に印加すると、Ｔテクスチャが維持されるため液晶フローが発生しない。このとき、最後に休止期間波形３が印加される時間は、第一選択期間２ａと第二選択期間２ｂの和より長い時間である。具体的には２ミリ秒以上に設定する。

図１中の時間間隔Ｇに示したライン信号休止期間の後では、この画素の液晶層には図１（ｂ）に示したＣ４信号（非選択コモン波形）と図１（ｂ）に示したＳ４信号またはＳ２信号の合成波形が交互に印加される。すなわち、図１（ｃ）に示した非選択期間波形４がすべてのコモンラインに画像データが書き込まれるまで継続して印加される。ここでは、非選択期間波形４は電圧レベル−２または＋２の矩形波である。異なる電圧レベルの非選択期間波形４の間には０Ｖの電圧が、すなわち、休止期間波形３が印加される。このように、初期リセットパルス１で全面をＴテクスチャにした後、休止期間波形３、第一選択波形２、休止期間波形３、さらにその後に非選択期間波形４と休止期間波形３を残りのライン数繰り返すことにより、Ｔテクスチャが維持される。

以降、ＴテクスチャからＵテクスチャに変換する画素に印加する波形を説明する。ここでは、ＣＯＭ２とＳＥＧ１が交わる画素の液晶層をＵテクスチャに変換するものとする。図１（ｄ）はＣＯＭ２に供給する信号であり、図１（ｅ）はＣＯＭ２とＳＥＧ１が交わる画素の液晶層に印加される波形である。図１（ｄ）に示すように、ＣＯＭ２には、コモンリセット信号Ｃ１の後で、Ｃ４信号が供給され、その後、Ｃ２信号が供給される。コモンラインは線順次で駆動されているので、ＣＯＭ１とＣＯＭ２の選択期間がずれている。すなわち、ＣＯＭ２は時間間隔Ｈ，Ｉが選択期間であり、この時間後は、全てのコモンラインに画像を書き込み終えるまでＣ４信号が供給される。

図１（ｅ）を参照してＣＯＭ２とＳＥＧ１が交わる画素の液晶層の状態を説明する。まず、時間間隔Ｂ，Ｃでリセットパルス１が印加されると、液晶層はＴテクスチャとなる。そしてＣＯＭ２の選択期間である時間間隔Ｈ，Ｉで第二選択波形５が印加される。第二選択波形５はアンカリング破壊閾値Ｖｃ以上となる電圧レベルを含んでいる必要がある。第二選択波形５は図１（ａ）に示したセグメント信号Ｓ４と図１（ｄ）に示したコモン選択信号Ｃ２の合成波形である。第二選択波形５は、第一選択期間５ａの電圧レベルが「−４」であり、アンカリング破壊閾値Ｖｃ以上の電圧レベルである。第二選択期間５ｂの電圧レベルが「−３」であり、アンカリング破壊閾値Ｖｃ以下の電圧レベルである。第二選択期間５ｂの直後はライン信号休止期間となり、この時間間隔Ｊの間はレベル０Ｖの電圧（すなわち、休止期間波形３）が印加される。このような第二選択波形５がＴテクスチャの液晶層に印加されると、第一選択期間５ａでアンカリングが破壊され、Ｈテクスチャに変る。そして、第二選択期間５ｂが終わった段階でＵテクスチャに変化する。これは、第一選択期間５ａと第二選択期間５ｂに印加される電圧の差、及び、第二選択期間５ｂとライン信号休止期間に印加される電圧の差のいずれもアンカリング破壊閾値Ｖｃより低いからである。このように、第二選択波形５によりＴテクスチャの液晶層はＨテクスチャを経てＵテクスチャに変る。そして、休止期間波形３によりＵテクスチャが維持される。さらに、これ以降は非選択期間波形４と休止期間波形３が印加されるが、アンカリング破壊閾値Ｖｃ以下の電圧が設定されているので、Ｕテクスチャが維持されることとなる。

具体的には、第一選択期間５ａに印加される電圧を−１３Ｖから−２０Ｖ程度に、印加時間を１ミリ秒程度に設定する。また、第二選択期間５ｂでは、−８から−１３Ｖ程度の電圧と５０から５００マイクロ秒程度の時間に設定する。ライン信号休止期間Ｇは、第一選択期間５ａと第二選択期間５ｂの和の時間より長い、具体的には２ミリ秒以上に設定する。また、時間間隔ＥとＨ、ＦとＩ、ＧとＪは同じ時間幅である。時間間隔Ｊ以降は非選択期間波形４と休止期間波形３が残りのライン数繰り返される。また、図１（ｃ）、（ｅ）に示すように、非選択期間波形４は＋側と−側に交互に現われているため、液晶層が直流成分による影響を受けることがない。

ここで、双安定液晶パネルの構成について説明する。双安定液晶パネルは、配向角度から略４５度の角度の吸収軸をもつ偏光板が、液晶層の両側に平行（ニコル）配置されている。液晶層がＴテクスチャのときは、透過率は高くなり、反射モードで観察すると白表示となる。これは、Ｔテクスチャでは、直線偏光に位相差があまり発生せず、そのまま偏光板を通過するからである。一方、液晶層がＵテクスチャのときは、液晶分子がほぼ０度で配列し、Δｎｄの位相差が発生する。例えば、液晶の屈折率Δｎと液晶層厚ｄの積を波長λ／２に設定した場合は、直線偏光は１８０度の位相差が発生し方位が９０度回転する。したがって、平行ニコル配置した場合は透過率が低くなるため反射モードでは黒の表示となる。つまり、Ｔテクスチャでは白、Ｕテクスチャでは黒となるモードを利用して表示を行う。なお、直交ニコルにした偏光板配置を行う場合はＴテクスチャでは黒表示、Ｕテクスチャでは白表示となり平行ニコルと比較して反転した表示が可能となる。以降、偏光板を平行ニコル配置した構成の場合で説明する。

図３に、双安定液晶表示装置の回路構成を模式的に示す。双安定液晶パネル３０は、水平方向のコモンラインを駆動するコモンドライバ４１、垂直方向のセグメントラインを駆動するセグメントドライバ４２、駆動電位（Ｖ０、Ｖ１２、Ｖ３４、Ｖ５、ＶＣＸ）を生成する電源回路４３、コモンドライバ４１とセグメントドライバ４２と電源回路４３を制御する制御回路（ＭＰＵ）４４で駆動される。制御回路４４がコモンドライバ４１とセグメントドライバ４２に供給する制御信号は、通常のＳＴＮ駆動回路と同様である。すなわち、コモンドライバ４１には、初期化信号（ＲＥＳＥＴＸ）、スキャンタイミングを決める信号（Ｃ-ｄａｔａ）、書き込み用クロック（ＣＬ）、交流化信号（ＦＲＣＯＭ）や表示消去信号（ＤｉｓｐＯｆｆｘ）が入力され、セグメントドライバ４２には、初期化信号（ＲＥＳＥＴＸ）、表示画像データ信号（Ｓ-ｄａｔａ）、書き込み用クロック（ＸＣＫ）、交流化信号（ＦＲＳＥＧ）や表示消去信号の（ＤｉｓｐＯｆｆｘ）が入力される。また、温度センサ４５が制御回路（ＭＰＵ）４４に接続されている。電源回路４３をコモンドライバ４１の中に取り込むこと、さらにセグメントドライバ４２をも取り込んで１つのＩＣにすることも可能である。初めにＭＰＵ４４は、温度センサ４５から環境温度値を読み取り、ＭＰＵ内に記憶されている温度テーブルから各電圧情報を取得し、テーブルに従った値を電源４３へ設定後各電位（Ｖ０、Ｖ１２、Ｖｃｘ、Ｖ３４、Ｖ５）を出力するシーケンスを行う。同時に温度テーブルから各時間間隔の幅情報を取得し、逐次出力ごとにパルス幅を決定する。そして、これらの情報に基づいて温度に合ったパルス幅で液晶パネルを駆動する。

上述したように、Ｕテクスチャ（黒表示）にしたいときは、第一選択期間においてアンカリング破壊閾値Ｖｃ以上の±４レベルを印加し、Ｔテクスチャ（白表示）を維持したいときには第一選択期間においてアンカリング破壊閾値Ｖｃ以下の±２レベルを印加している。また、いずれの場合も第二選択期間ではアンカリング破壊閾値Ｖｃ以下の電圧レベルを印加している。第二選択期間の直後の第三選択期間では０Ｖの電圧レベル（すなわち、休止期間波形３）が印加される。さらに、非選択期間においてもアンカリング破壊閾値Ｖｃ以下の電圧レベル（±２レベル）がライン信号休止期間を挟んで印加されている。このように、第一選択期間でアンカリング破壊閾値Ｖｃ以上の電圧レベルが印加された画素はＴテクスチャ（白表示）からＵテクスチャ（黒表示）へ変化し、第一選択期間でアンカリング破壊閾値Ｖｃ以下の電圧レベルが印加された画素はＴテクスチャ（白表示）を維持し続けることとなる。なお、これらの波形情報は、リセットパルスと同様に温度センサにより環境温度データを読み取り、その温度にあった波形の電圧および幅情報を予め設定した温度テーブルから取得し、波形に反映させている。この駆動は、Ｈテクスチャから変化してＴテクスチャを得ていないため、液晶のフローが発生しない。そのため、画素間での干渉も発生しない。したがって、スムーズに書き換えが行われ画素間に表示干渉が起こらない。非選択期間に印加される波形はアンカリング破壊閾値に達しないためにテクスチャは変わらない。双安定液晶パネル３０は、１画面分順次コモンをスキャンすることにより画面全体の表示が決定する。上述のように双安定液晶パネル３０に画像を書き込んだ後は、コモン電圧とセグメント電圧をＧＮＤにして双安定液晶パネル３０を無印加状態にしても書き込んだ表示画像は保持されている。すなわち画像書き込み後は、電源を切っても双安定液晶パネル３０の表示画像は維持される。従って、書き込み時に電力は必要であるが、その後は無電力で表示可能である。

次に、本実施例の駆動方法について図２を用いて説明する。図２は、双安定カイラルネマティック液晶を用いたドットマトリクス液晶パネルに印加される駆動波形を表す模式図である。実施例１とは第一選択波形と第二選択波形を構成する第一選択期間と第二選択期間の詳細が相違している。すなわち、本実施例では、第一選択期間１２ａと第二選択期間１２ｂが一つの選択波形の中に２回ずつ現われている。その他は実施例１と同様なので、重複する説明は適宜省略する。

図２（ａ）にセグメントライン（ＳＥＧ１）に印加される信号を、図２（ｂ）にコモンライン（ＣＯＭ１）に印加される信号を、図２（ｃ）にＣＯＭ１とＳＥＧ１の交点に印加される波形を、図２（ｄ）にＣＯＭ２に印加される信号を、図２（ｅ）にＣＯＭ２とＳＥＧ１の交点に印加される波形を示す。本実施例でも、図２（ｃ）に示した波形が印加される画素はＴテクスチャとなり、図２（ｅ）に示した波形が印加される画素はＵテクスチャとなる。

初めに、Ｔテクスチャを維持する画素（ＣＯＭ１とＳＥＧ１の交点）に印加される波形について、図２（ｃ）に基づいて説明する。まず、セグメントリセット信号Ｓ１とコモンリセット信号Ｃ１の合成波であるリセットパルス１が画素に印加される。リセットパルス１はアンカリング破壊値Ｖｃ以上の電圧を持つので、液晶層はＴテクスチャとなる。リセットパルス１が印加される初期化期間の直後にライン信号休止期間が設けられる。ライン信号休止期間で休止期間波形３（０Ｖの電位）が印加される。この休止期間波形３は、全面をＴテクスチャへ変化した後安定させるために必要である。

次に、Ｓ１２信号とＣ１２信号の合成波である第一選択波形１２が画素に印加される。Ｃ１２信号はコモンラインの選択期間に印加される信号である。Ｔテクスチャを維持するために、第一選択波形１２はアンカリング破壊電圧Ｖｃ以下の電位で構成されている。本実施例では、時間間隔Ｅでレベル＋２、時間間隔Ｆでレベル−１、時間間隔Ｇでレベル−２、時間間隔Ｈでレベル＋１の波形である。そして、第一選択波形１２の後にライン信号休止期間が設けられ、この期間で０Ｖの電圧（休止期間波形３）が印加される。このように、時間間隔Ｅ〜Ｈの期間内ではアンカリング破壊閾値Ｖｃ以下の電位レベルが設定されていなければならない。このような波形によりＴテクスチャが維持されることとなる。そのため、液晶層にフローは発生しない。具体的には、第一選択期間１２ａでは、約±４Ｖ程度の電圧と１ミリ秒程度に設定し、第二選択期間１２ｂの電位レベル±１は、±２から±４Ｖ程度の電圧と５０から５００マイクロ秒程度の波形幅を設定する。ここで、第一選択期間１２ａは時間間隔ＥとＧであり、第二選択期間１２ｂは時間間隔ＦとＨである。したがって、第一選択波形１２では、第一選択期間１２ａと第二選択期間１２ｂのセットが２回繰り返されていると見なすことができる。ここで、ライン信号休止期間は、時間間隔Ｅ〜Ｈまでの時間より長く、具体的には２ミリ秒以上であることが好ましい。

このような第一選択波形１２を得るために、ＳＥＧ１とＣＯＭ１に供給される信号を以下に説明する。図２（ａ）に示すように、Ｓ１２信号のセグメント電圧波形は、最初の時間間隔ＥとＦでＶ１２、時間間隔ＧとＨでＶ３４となる波形である。そしてＳ１２信号の直後の時間間隔ＩではＶ５が印加される。時間間隔Ｅ，Ｆと、時間間隔Ｇ，ＨはＦＲＳＥＧ信号で反転される。また、図２（ｂ）に示すように、Ｃ１２信号のコモン電圧波形は、最初の時間間隔ＥでＶ０、時間間隔ＦでＶｃｘ、時間間隔ＧでＶ５、時間間隔ＨでＶｃｘとなる波形である。そしてＣ１２信号の直後の時間間隔ＩではＶ５が印加される。時間間隔Ｅ，Ｆと時間間隔Ｇ，ＨはＦＲＣＯＭ信号で反転される。ここで、アンカリング破壊値ｖｃは、電位レベル±４と±３の間、Ｖ１２とＶ３４の間である。また、例えば、Ｖ０＝３０Ｖ、Ｖ５＝ＧＮＤ（０Ｖ）とする。

次に、Ｕテクスチャに変換して維持する画素（ＣＯＭ２とＳＥＧ１の交点）に印加される波形について、図２（ｅ）に基づいて説明する。ここで示した波形は、図２（ａ）のＳＥＧ１信号と図２（ｄ）のＣＯＭ２信号の合成波形である。図２（ｃ）と同様に、まず、セグメントリセット信号Ｓ１とコモンリセット信号Ｃ１の合成波であるリセットパルス１が画素に印加される。リセットパルス１はアンカリング破壊値Ｖｃ以上の電圧を持っているので、液晶層はＴテクスチャとなる。リセットパルス１が印加された直後に休止期間波形３が印加される。この時間間隔Ｄにおける休止期間波形３は、全ての画素をＴテクスチャへ変化した後、これを安定させるために必要である。ＣＯＭ２では、ライン信号休止期間（時間間隔Ｄに相当）の直後は非選択期間なので非選択期間波形１４が印加される。

非選択期間波形１４はアンカリング破壊閾値Ｖｃ以下の電圧で構成されていなければならない。そして、Ｓ１４信号とＣ１２信号の合成波である第二選択波形１５が画素に印加される。Ｃ１２信号はコモンラインの選択期間に印加される信号である。第二選択波形１５も第一選択波形１２と同様に、第一選択期間１５ａと第二選択期間１５ｂのセットが２回繰り返されていると見なすことができる。第一選択期間１５ａには、アンカリング破壊閾値Ｖｃ以上の電圧で印加される。この第一選択期間１５ａで、液晶層はＴテクスチャからＨテクスチャに変る。そして、第二選択期間１５ｂでアンカリング破壊閾値Ｖｃ以下の電圧を印加してから０Ｖの電圧である休止期間波形３を印加する。これにより、液晶層はＨテクスチャからＵテクスチャに変わり、Ｕテクスチャが維持されることになる。このような駆動により、液晶フローを発生させずにＵテクスチャを得ることができる。

本実施例では、非選択期間波形１４は、時間間隔ＥとＦで電位レベル−２、時間間隔ＧとＨで電位レベル＋２である。具体的には、±４Ｖから±８Ｖ程度の電圧を設定する。また、第二選択波形１５は、時間間隔Ｊ（第一選択期間１５ａ）で電位レベル＋４、時間間隔Ｋ（第二選択期間１５ｂ）で電位レベル＋３、続く時間間隔Ｌ（第一選択期間１５ａ）で電位レベル−４、時間間隔Ｍ（第二選択期間１５ｂ）で電位レベル−３である。具体的には、第一選択期間１５ａの電位レベル±４は±１３Ｖ〜±２０Ｖ程度で１ミリ秒程度に設定し、第二選択期間１５ｂの電位レベル±３は、±８Ｖ〜±１３Ｖ程度で５０〜５００マイクロ秒程度に設定した。第一選択期間、第二選択期間は温度テーブルから取得した時間データを使用している。また、ライン信号休止期間は、時間間隔Ｅ〜Ｈまでの時間より長く、具体的には２ミリ秒以上であることが好ましい。また、非選択期間とその直後のライン休止期間の幅は選択期間とその直後のライン休止期間と同じである。また、時間間隔ＥとＪ、ＦとＫ、ＧとＬ、ＨとＭ、ＩとＮ、の各々は同じ時間幅である。

上述した波形から明らかなように、Ｕテクスチャに変化させるときは、第一選択期間にアンカリング破壊閾値Ｖｃ以上の電位レベル±４を印加し、Ｔテクスチャを維持するときは第一選択期間にアンカリング破壊閾値Ｖｃ以下の電位レベル±２を印加する。また、いずれのテクスチャでも、第二選択期間ではアンカリング破壊閾値Ｖｃ以下の電位レベル±２を印加し、その後のライン信号休止期間に休止期間波形を印加する。この波形により、液晶フローを起こすことなく画面内にＴテクスチャとＵテクスチャが存在できる。

また、第一選択期間１２ａ、１５ａと第二選択期間１２ｂ、１５ｂは極性を逆にして繰り返される。さらに、非選択期間波形１４も、実施例１と同様に＋側と−側に交互に現われている。このように、液晶層に印加される波形が交流化されているため、液晶層は直流成分による影響を受けることがない。

次に、本実施例の駆動方法について図３を用いて説明する。図３は、ドットマトリクス液晶パネルに印加される駆動波形を表す模式図である。実施例２とは第一選択波形と第二選択波形の第二選択期間を細分化した点で相違している。その他は実施例２または１と同じなので重複する説明は適宜省略する。

図３（ａ）にセグメントライン（ＳＥＧ１）に印加される信号を、図３（ｂ）にコモンライン（ＣＯＭ１）に印加される信号を、図３（ｃ）にＣＯＭ１とＳＥＧ１の交点に印加される波形を、図３（ｄ）にＣＯＭ２に印加される信号を、図３（ｅ）にＣＯＭ２とＳＥＧ１の交点に印加される波形を示す。本実施例でも、図３（ｃ）に示した波形が印加される画素はＴテクスチャとなり、図３（ｅ）に示した波形が印加される画素はＵテクスチャとなる。いずれの場合でも、初めに、セグメントリセット信号Ｓ１とコモンリセット信号Ｃ１の合成波であるリセットパルス１が画素に印加される。リセットパルス１はアンカリング破壊値Ｖｃ以上の電圧を持つので、液晶層はＴテクスチャとなる。リセットパルス１が印加される初期化期間の直後にライン信号休止期間が設けられる。ライン信号休止期間で休止期間波形３（０Ｖの電位）が印加される。この休止期間波形３は、リセットパルス１により変化したＴテクスチャを安定させる。この直後は、ＣＯＭ１は選択期間となり、ＣＯＭ２は非選択期間となる。

選択期間には、ＣＯＭ１に図３（ｃ）に示す第一選択波形２２が印加される。第一選択波形２２はＳ２２信号とＣ２２信号の合成波である。Ｃ２２信号はコモンラインの選択期間に供給される信号である。第一選択波形２２はアンカリング破壊電圧Ｖｃ以下の電位で構成されているため、Ｔテクスチャが維持される。実施例２と同様に、第一選択波形２２では、第一選択期間２２ａと第二選択期間２２ｂのセットが２回繰り返されていると見なすことができる。第一選択期間２２ａは一つの電位（一パルス）で構成されているが、本実施例では、第二選択期間２２ｂは三つの電位（三つの期間）で構成されている。具体的な電位を図３に示す。第一選択波形２２の後には、休止期間波形３を経て、非選択期間波形２４が印加される。非選択期間波形２４もアンカリング破壊電圧Ｖｃ以下の電位で構成されているため、引き続きＴテクスチャが維持される。

ＣＯＭ２には、図３（ｅ）に示すように、第二選択波形２５の前に非選択期間波形２４が印加される。この非選択期間波形２４はＳ２２信号とＣ２４信号の合成波である。非選択期間波形２４はアンカリング破壊電圧Ｖｃ以下の電位で構成されているため、Ｔテクスチャが維持される。第二選択波形２５はＳ２４信号とＣ２２信号の合成波である。実施例２と同様に、第二選択波形２５では、第一選択期間２５ａと第二選択期間２５ｂのセットが２回繰り返されていると見なすことができる。第一選択期間２５ａは一つの電位（一パルス）で構成されているが、本実施例では、第二選択期間２５ｂは三つの電位（三つの期間）で構成されている。第二選択波形２５は、第一選択期間２５ａでアンカリング破壊電圧Ｖｃ以上の電圧を印加する。そのため、ＴテクスチャからＨテクスチャに変化する。次に、階段状に低下する電位が印加される第二選択期間２５ｂを経てライン信号休止期間になる。すなわち、第一選択期間２５ａの電位が徐々に低下して０Ｖになるように駆動される。したがって、液晶層はＨテクスチャからＵテクスチャに変化する。具体的な電位を図３に示す。

図３に示すように、Ｕテクスチャに変化させる場合には、第一選択期間２５ａにアンカリング破壊閾値以上の電圧レベル±５を印加する。Ｔテクスチャを維持する場合には、第一選択期間２５ａにアンカリング破壊閾値以下の電圧レベル±２レベルを印加する。いずれの場合にも、第一選択期間２５ａに続く第二選択期間２５ｂでは、アンカリング破壊閾値以下の電圧レベルを印加し、テクスチャが変化しないようにする。そして、第二選択期間２５ｂの後にライン信号休止期間を設ける。

本実施例のように、第二選択期間２５ｂで段階的に電圧を降下させると、ＴテクスチャからＵテクスチャになり易い。スロープ状に電圧降下を行ってもよい。

本発明は上述した各実施例に限定されるものでなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の変更や改善などは何ら差し支えない。実施例で示した以外の波形でも同じ効果が得られる。例えば、パルス幅をコントロールすることにより、段階的に電圧を下げる波形でなくても同じ効果が得られる。これは、アンカリング破壊電圧値とパルス幅には密接の関係があり、特に低温時の場合、パルス幅を長くすることで電圧をかなり低くすることも可能である。その場合、高耐圧ドライバを使用しないで同様な作用効果が得られる。

上述の各実施例のような駆動を行えば、液晶のフォローが起きないために、Ｕテクスチャになり易くＬＣＤの歩留りを向上させることが可能となる。また、マトリックス駆動においても、画素間で干渉することなしに表示の書き換えが可能となる。さらには、アイコン、キャラクター表示やセグメント表示（数字の８の字やアルファベットのアルファニューメリック文字）でも、表示画素のエッジまで鮮明な表示が可能となった。

１ リセットパルス
２，１２，２２ 第一選択波形
３ 休止期間波形
４、１４，２４ 非選択期間波形
５，１５，２５ 第二選択波形
６ 液晶層
７ Ｕテクスチャ
８ Ｔテクスチャ
９ Ｈテクスチャ
３０ 双安定液晶パネル
３１ 第一の基板
３２ 第二の基板
３３ 電極
３４ 強いアンカリング配向膜
３５ 弱いアンカリング配向膜
４１ コモンドライバ
４２ セグメントドライバ
４３ 電源回路
４４ 制御部
４５ 温度センサ
２ａ、５ａ 第一選択期間
２ｂ、５ｂ 第二選択期間

Claims (7)

1. 全ての画素の液晶層をＴテクスチャにするために、アンカリング破壊値以上の電圧を持つリセットパルスを印加する初期化期間と、
   Ｕテクスチャに変化させる画素の液晶層にアンカリング破壊値以上の電圧を印加し、または、Ｔテクスチャを維持する画素の液晶層にアンカリング破壊値以下の電圧を印加する第一選択期間と、
   前記液晶層の液晶分子にフローを起させないように、前記液晶層に前記アンカリング破壊値以下の電圧を印加する第二選択期間と、
   前記全ての画素の液晶層に０Ｖを印加する第三選択期間と、を順に備えることを特徴とする双安定型液晶表示装置の駆動方法。
2. 前記第三選択期間は、第一選択期間と第二選択期間の和より長いことを特徴とする請求項１に記載の双安定型液晶表示装置の駆動方法。
3. 前記初期化期間と前記第一選択期間の間に、前記全ての画素の液晶層に０Ｖを印加する期間を備える請求項１または２に記載の双安定型液晶表示装置の駆動方法。
4. 前記液晶層に印加される波形を交流化するために、前記第一選択期間と前記第二選択期間を繰り返してから第三選択期間に移ることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の双安定型液晶表示装置の駆動方法。
5. 前記第二選択期間において、段階的に電位が変化する波形が印加されることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の双安定型液晶表示装置の駆動方法。
6. 温度情報に基づいて、前記第一選択期間または前記第二選択期間に印加される電圧値または印加期間が決められたことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の双安定型液晶表示装置の駆動方法。
7. 前記温度情報に基づいて、前記第三選択期間が決められることを特徴とする請求項６に記載の双安定型液晶表示装置の駆動方法。

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