JP2555176B2 - 液晶表示装置 - Google Patents
液晶表示装置Info
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は液晶表示装置に係り、特に優れた時分割駆動
特性を有し、かつ白黒及びカラー表示が可能な電解効果
型の液晶表示装置に関する。
特性を有し、かつ白黒及びカラー表示が可能な電解効果
型の液晶表示装置に関する。
従来、時分割駆動特性を有する液晶表示装置は、背景
あるいは表示の少なくとも一方が着色し、白黒表示がで
きなかつた。
あるいは表示の少なくとも一方が着色し、白黒表示がで
きなかつた。
しかし近年、液晶表示装置の画質の改良と表示情報量
の増大に対する要求が激しくなつており、要求仕様は白
黒表示、さらにはカラー表示へと移行している。このた
め第２図において示す素子構造のように、液晶素子を二
層構造とし、二つの素子間で液晶層の厚みｄ（μｍ）と
液晶の屈折率の異方性Δｎの積Δｎ・ｄを等しくし、液
晶分子のねじれを表わすツイスト角を等しくし、しかも
ねじり方向を逆とした。これにより、第３図に液晶素子
の偏光状態を示すように、液晶素子に入射した直線偏光
は、位相差を生じ楕円偏光となるが、逆ねじりの液晶素
子を配置することにより、位相補正が成され再び直線偏
光となり、白黒表示が可能となる（奥村，永田，和田：
テレビジヨン学会技術報告、11,p79,1987年）。
の増大に対する要求が激しくなつており、要求仕様は白
黒表示、さらにはカラー表示へと移行している。このた
め第２図において示す素子構造のように、液晶素子を二
層構造とし、二つの素子間で液晶層の厚みｄ（μｍ）と
液晶の屈折率の異方性Δｎの積Δｎ・ｄを等しくし、液
晶分子のねじれを表わすツイスト角を等しくし、しかも
ねじり方向を逆とした。これにより、第３図に液晶素子
の偏光状態を示すように、液晶素子に入射した直線偏光
は、位相差を生じ楕円偏光となるが、逆ねじりの液晶素
子を配置することにより、位相補正が成され再び直線偏
光となり、白黒表示が可能となる（奥村，永田，和田：
テレビジヨン学会技術報告、11,p79,1987年）。
一方、複屈折性フイルムを用いて、位相補正を行い白
黒表示を実現する方法も提案されている（長江，平方，
小村：テレビジヨン学会技術報告、12,p29〜34,1988
年）。
黒表示を実現する方法も提案されている（長江，平方，
小村：テレビジヨン学会技術報告、12,p29〜34,1988
年）。
上記従来技術は、液晶表示装置として、液晶素子を二
枚用いる必要があり、量産性が低かつた。また、液晶素
子を斜めから見た場合、背景部と表示部の輝度の比であ
るコントラスト比が大きく変化し、視角特性が烈る。第
４図に液晶素子の左右方向コントラスト比の視角特性
を、第５図に上下方向の視角特性を示す。視角が大きく
なるにつれ、コントラスト比は低下し、視角が40度以上
では、コントラスト比が１以下になり、白黒反転現像が
生じる。
枚用いる必要があり、量産性が低かつた。また、液晶素
子を斜めから見た場合、背景部と表示部の輝度の比であ
るコントラスト比が大きく変化し、視角特性が烈る。第
４図に液晶素子の左右方向コントラスト比の視角特性
を、第５図に上下方向の視角特性を示す。視角が大きく
なるにつれ、コントラスト比は低下し、視角が40度以上
では、コントラスト比が１以下になり、白黒反転現像が
生じる。
また、複屈折性プラスチツクフイルムを用いた場合に
おいては、位相差の波長依存性が考慮されておらず、第
６図に透過光の波長依存性を示すように、位相補正が完
全に成されず、コントラスト比が低いという問題があつ
た。
おいては、位相差の波長依存性が考慮されておらず、第
６図に透過光の波長依存性を示すように、位相補正が完
全に成されず、コントラスト比が低いという問題があつ
た。
本発明の目的は、背景と表示部の色を無彩色にし、白
黒及びカラー表示を可能にするとともに、高コントラス
ト比及び、表示特性の視角依存性を改善することができ
る。
黒及びカラー表示を可能にするとともに、高コントラス
ト比及び、表示特性の視角依存性を改善することができ
る。
上記目的を達成するための本発明の第１の特徴は液晶
素子と複屈折性フイルムの位相差の波長依存性を概略等
しくしたものである。
素子と複屈折性フイルムの位相差の波長依存性を概略等
しくしたものである。
さらに、視角特性の一層の改善のための本発明の第２
の特徴は光学的二軸性結晶を用いたものである。
の特徴は光学的二軸性結晶を用いたものである。
優れた時分割駆動特性を有するツイステツドネマチツ
クタイプと言われる液晶素子は、背景または表示部の少
なくとも一方に色がつく。これに対し、逆ねじりの液晶
素子を積層し、液晶素子を二層構造とすることにより、
位相補正を行い白黒表示が可能となるが、液晶素子を斜
めから見た場合コントラスト比が大きく変化し、表示特
性の視角依存性に問題があつた。また、複屈折性フイル
ムを用いた場合、位相差の波長依存性が考慮されていな
いため、コントラスト比が低かつた。
クタイプと言われる液晶素子は、背景または表示部の少
なくとも一方に色がつく。これに対し、逆ねじりの液晶
素子を積層し、液晶素子を二層構造とすることにより、
位相補正を行い白黒表示が可能となるが、液晶素子を斜
めから見た場合コントラスト比が大きく変化し、表示特
性の視角依存性に問題があつた。また、複屈折性フイル
ムを用いた場合、位相差の波長依存性が考慮されていな
いため、コントラスト比が低かつた。
液晶素子と複屈折性フイルムの位相差の波長依存性を
概略等しくすることにより、コントラスト比及び視角特
性が改善された。
概略等しくすることにより、コントラスト比及び視角特
性が改善された。
より一層の視角特性の向上のためには、複屈折性フイ
ルムとして光学的二軸性結晶を用いればよい。これは、
視角による位相差の変化が少ないためである。
ルムとして光学的二軸性結晶を用いればよい。これは、
視角による位相差の変化が少ないためである。
以下、本発明を実施するに好適な液晶表示素子につい
て、図面を用いて詳細に説明する。
て、図面を用いて詳細に説明する。
〔実施例１〕 第１図は本発明になる液晶表示素子の素子構造の斜視
図である。
図である。
同図において、透光性ガラス板よりなる上基板5,下基
板８間には、ねじられた構造のツイステツドネマチツク
液晶が配置されている。また、上基板5,下基板８の外面
には偏光板1,10が配置され、かつ、上基板５と上側偏光
板１の間には複屈折性フイルム３が配置されている。さ
らに下側偏光板10の外面には、外部光源12が配置され
て、液晶表示素子が構成されている。
板８間には、ねじられた構造のツイステツドネマチツク
液晶が配置されている。また、上基板5,下基板８の外面
には偏光板1,10が配置され、かつ、上基板５と上側偏光
板１の間には複屈折性フイルム３が配置されている。さ
らに下側偏光板10の外面には、外部光源12が配置され
て、液晶表示素子が構成されている。
液晶はビフエニル系液晶とエステルシクロヘキサン系
液晶を主成分とするネマチツク液晶で、旋光性物質とし
て（メルク社のS811）を0.5重量％添加したものを用
い、Δｎ＝0.118、液晶層の厚さｄは6.5μｍとし、Δｎ
・ｄ＝0.77μｍになるように設定した。
液晶を主成分とするネマチツク液晶で、旋光性物質とし
て（メルク社のS811）を0.5重量％添加したものを用
い、Δｎ＝0.118、液晶層の厚さｄは6.5μｍとし、Δｎ
・ｄ＝0.77μｍになるように設定した。
液晶分子７のねじれ方向とねじれ角αは、上側電極基
板５のラビング方向６と下側電極基板８のラビング方向
９、及び添加される旋光性物質によつて規定され、本実
施例では240度とした。
板５のラビング方向６と下側電極基板８のラビング方向
９、及び添加される旋光性物質によつて規定され、本実
施例では240度とした。
複屈折性フイルム３には、ポリカーボネートフイルム
を用い、Δｎ・ｄ＝0.56μｍとした。またポリカーボネ
ートフイルムの延伸軸４と上側ラビング軸６のなす角は
90度である。
を用い、Δｎ・ｄ＝0.56μｍとした。またポリカーボネ
ートフイルムの延伸軸４と上側ラビング軸６のなす角は
90度である。
偏光板1,10には偏光率99.9％の日東電工製G1229DVを
用い、下側偏光板10の吸収軸（あるいは偏光軸）11と下
側ラビング軸９のなす角は45度とし、上側偏光板１の吸
収軸（あるいは偏光軸）２とポリカーボネートフイルム
の延伸軸４のなす角は75度とした。
用い、下側偏光板10の吸収軸（あるいは偏光軸）11と下
側ラビング軸９のなす角は45度とし、上側偏光板１の吸
収軸（あるいは偏光軸）２とポリカーボネートフイルム
の延伸軸４のなす角は75度とした。
また、光源12には冷陰極管を用いたが、熱陰極管やエ
レクトロルミネツセントあるいは、光源を用いずに反射
板を用いた外光利用型でもよい。
レクトロルミネツセントあるいは、光源を用いずに反射
板を用いた外光利用型でもよい。
第７図は本実施例における背景及び表示部の色をCIE
色度座標に示した。同図に示すように、背景色及び表示
色ともにＣ光源に近く、概略白黒表示を表現している。
また、この時のコントラスト比は15対１である。
色度座標に示した。同図に示すように、背景色及び表示
色ともにＣ光源に近く、概略白黒表示を表現している。
また、この時のコントラスト比は15対１である。
液晶素子と複屈折性フイルムの位相差の関係式はジヨ
ーンズマトリクスを用いて、導くことが可能であり、液
晶素子のツイスト角をθ1,光路差を（Δｎ・ｄ）１、複
屈折性フイルムの光路差を（Δｎ・ｄ）２、光の波長を
λ、ｍを任意の整数とした時、 なる関係式で示される。
ーンズマトリクスを用いて、導くことが可能であり、液
晶素子のツイスト角をθ1,光路差を（Δｎ・ｄ）１、複
屈折性フイルムの光路差を（Δｎ・ｄ）２、光の波長を
λ、ｍを任意の整数とした時、 なる関係式で示される。
λ＝450nmから650nmの範囲において、上式が満たされ
る時、位相補正が完全に成され、完全な白または黒表示
となる。
る時、位相補正が完全に成され、完全な白または黒表示
となる。
一般に液晶分子の屈折率の波長依存性は、Δｎ（λ）
＝Ａ＋B/（λ２−λ0 2）なる関係式で表わされ、本実施
例ではＡ＝0.0764,B＝4443.8（μm2）、λ０＝263.5（n
m）とする。第８図に液晶分子のΔｎ・ｄの波長依存性
と、上式より導いた白黒表示を実現する複屈折性フイル
ムのΔｎ・ｄの波長依存性を示す。第８図に示す波長依
存性に概略近いフイルムを用いることにより全波長域で
位相補正が成される。ただし、上式の整数ｍの値によつ
て位相差が変化する。第17図に液晶素子と複屈折性フイ
ルムの位相差の波長依存性を示す。ｍ＝１の時フイルム
と液晶素子の位相差の波長依存性は概略一致し、より位
相補正が完全になり白黒表示が実現され、その時のコン
トラスト比は二層液晶方式と同等の30対１が得られる。
＝Ａ＋B/（λ２−λ0 2）なる関係式で表わされ、本実施
例ではＡ＝0.0764,B＝4443.8（μm2）、λ０＝263.5（n
m）とする。第８図に液晶分子のΔｎ・ｄの波長依存性
と、上式より導いた白黒表示を実現する複屈折性フイル
ムのΔｎ・ｄの波長依存性を示す。第８図に示す波長依
存性に概略近いフイルムを用いることにより全波長域で
位相補正が成される。ただし、上式の整数ｍの値によつ
て位相差が変化する。第17図に液晶素子と複屈折性フイ
ルムの位相差の波長依存性を示す。ｍ＝１の時フイルム
と液晶素子の位相差の波長依存性は概略一致し、より位
相補正が完全になり白黒表示が実現され、その時のコン
トラスト比は二層液晶方式と同等の30対１が得られる。
第８図においてｍ＝１の波長依存性を持つ、複屈折性
フイルムを得るためには、長波長側で屈折率が大きくな
る、いわゆる異常分散を持つ材料を用いればよい。屈折
率の異常分散については、例えば、「光学」、石黒浩三
著、（共立全書）、p260にて詳しく述べられている。第
18図において、任意の波長に吸収ピークが生じた時、屈
折率の分散曲線に発散現象が生じ、吸収ピークが近赤外
にある時、可視光領域では長波長側で屈折率が大きくな
る。
フイルムを得るためには、長波長側で屈折率が大きくな
る、いわゆる異常分散を持つ材料を用いればよい。屈折
率の異常分散については、例えば、「光学」、石黒浩三
著、（共立全書）、p260にて詳しく述べられている。第
18図において、任意の波長に吸収ピークが生じた時、屈
折率の分散曲線に発散現象が生じ、吸収ピークが近赤外
にある時、可視光領域では長波長側で屈折率が大きくな
る。
例えば第19図に示すポリスチレンフイルムを用いた
り、あるいは近赤外に吸収ピークを持つ、ナフタロシア
ニン、フクシン等の色素をフイルムに添加することによ
り、上記の異常分散を持つことが可能である。
り、あるいは近赤外に吸収ピークを持つ、ナフタロシア
ニン、フクシン等の色素をフイルムに添加することによ
り、上記の異常分散を持つことが可能である。
また、第８図に示す波長依存性を得る別の手段とし
て、波長依存性の異なるフイルムを積層することによつ
ても可能である。
て、波長依存性の異なるフイルムを積層することによつ
ても可能である。
第９図は左右方向のコントラスト比の視角特性を示
す。コントラスト比が２対１以上の範囲は、40度であ
り、従来の二層液晶方式の場合、30度に比べて広くなつ
ている。また、第10図は上下方向のコントラスト比の視
角特性を示すが、コントラスト比が１以下になる白黒反
転現象はおこらず、二層液晶方式に比べて、視角特性が
優れている。
す。コントラスト比が２対１以上の範囲は、40度であ
り、従来の二層液晶方式の場合、30度に比べて広くなつ
ている。また、第10図は上下方向のコントラスト比の視
角特性を示すが、コントラスト比が１以下になる白黒反
転現象はおこらず、二層液晶方式に比べて、視角特性が
優れている。
液晶分子は第11図に示す、偏光顕微鏡においてコンデ
ンサレンズをそう入し、直交ニコル下で観察した。コノ
スコープ像より光学的一軸性結晶であるのに対し、ポリ
カーボネートフイルムは第12図に示すコノスコープ像よ
り光学的二軸性結晶である。第13図は偏光板を直交ニコ
ルとした時、平行配向液晶素子とポリカーボネートフイ
ルム単体をそう入した時の、透過率の視角依存性を示
す。垂直方向の透過率を１とした時、45度方向では、液
晶は0.4であるのに対し、ポリカーボネートフイルムは
0.6である。すなわち光学的二軸結晶は、視角による位
相差の変化が少なく、コントラスト比等の表示特性の視
角特性が優れている。
ンサレンズをそう入し、直交ニコル下で観察した。コノ
スコープ像より光学的一軸性結晶であるのに対し、ポリ
カーボネートフイルムは第12図に示すコノスコープ像よ
り光学的二軸性結晶である。第13図は偏光板を直交ニコ
ルとした時、平行配向液晶素子とポリカーボネートフイ
ルム単体をそう入した時の、透過率の視角依存性を示
す。垂直方向の透過率を１とした時、45度方向では、液
晶は0.4であるのに対し、ポリカーボネートフイルムは
0.6である。すなわち光学的二軸結晶は、視角による位
相差の変化が少なく、コントラスト比等の表示特性の視
角特性が優れている。
〔実施例２〕 第１図において、光学的二軸性結晶３として、Δｎ・
ｄ＝0.3μｍのポリカーボネートフイルムを二枚用い、
その延伸軸をずらして積層する。そのなす角度は、第14
図に示すコントラスト比の関係より、10度とした。上側
フイルムの延伸軸と上側偏光板の吸収軸（あるいは偏光
軸）２のなす角度は40度とし、その他の素子構成は実施
例１と同じである。
ｄ＝0.3μｍのポリカーボネートフイルムを二枚用い、
その延伸軸をずらして積層する。そのなす角度は、第14
図に示すコントラスト比の関係より、10度とした。上側
フイルムの延伸軸と上側偏光板の吸収軸（あるいは偏光
軸）２のなす角度は40度とし、その他の素子構成は実施
例１と同じである。
第15図は本実施例における、背景色及び表示色をCIE
色度座標に示した。
色度座標に示した。
第７図と比較した場合CIE色度座標は、背景色は（0.3
5,0.35）から（0.33,0.33）に、表示色は（0.29,0.36）
から（0.33,0.34）にいずれもＣ光源（0.31,0.31）に近
づいており、概略白黒表示を実現している。また、この
時のコントラスト比は20対１である。
5,0.35）から（0.33,0.33）に、表示色は（0.29,0.36）
から（0.33,0.34）にいずれもＣ光源（0.31,0.31）に近
づいており、概略白黒表示を実現している。また、この
時のコントラスト比は20対１である。
〔実施例３〕 実施例１の素子構成において、第１図に示される光学
的二軸性結晶３あるいは、電極基板5,8に、赤，緑，青
の顔料型印刷タイプ、あるいは顔料型電着タイプ、燃料
型タイプの色フイルタを組合せることにより、カラー表
示が可能となる。
的二軸性結晶３あるいは、電極基板5,8に、赤，緑，青
の顔料型印刷タイプ、あるいは顔料型電着タイプ、燃料
型タイプの色フイルタを組合せることにより、カラー表
示が可能となる。
第16図は表示色をCIE色度座標に示した。
また同図の波線で示した領域は、薄膜トランジスタ
（TFT）を用いたカラー液晶テレビの色再現性の範囲を
示したものである。同図より、本実施例の色再現性の範
囲はTFTカラー液晶テレビと同等である。
（TFT）を用いたカラー液晶テレビの色再現性の範囲を
示したものである。同図より、本実施例の色再現性の範
囲はTFTカラー液晶テレビと同等である。
本発明によれば、全波長域で位相補正が成されるた
め、背景及び表示部の色を無彩色にすることができるの
で、白黒及びカラー表示が可能となる効果がある。
め、背景及び表示部の色を無彩色にすることができるの
で、白黒及びカラー表示が可能となる効果がある。
また、光学的二軸性結晶を用いることにより、従来の
二層構造液晶素子と比較して、視角特性が改善されると
いう効果がある。
二層構造液晶素子と比較して、視角特性が改善されると
いう効果がある。
第１図は本発明の液晶素子の斜視図、第２図は従来技術
における液晶素子の斜視図、第３図は従来技術における
液晶素子の偏光状態を示す図、第４図は従来技術におけ
る液晶素子の左右方向のコントラスト比の視角特性を示
す図、第５図は従来技術における液晶素子の上下方向の
コントラスト比の視角特性を示す図、第６図は従来技術
による透過光の波長依存性を示す図、第７図は本発明に
おける液晶素子の表示色と背景色とCIE色度座標に示し
た図、第８図は白黒表示を実現するための液晶分子と複
屈折フイルムのΔｎ・ｄの波長依存性を示す図、第９図
は本発明における液晶素子の左右方向のコントラスト比
の視角特性を示す図、第10図は本発明における液晶素子
の上下方向のコントラスト比の視角特性を示す図、第11
図は液晶分子のコノスコープ像を示す図、第12図はポリ
カーボネートフイルムのコノスコープ像を示す図、第13
図は平行配向液晶素子及びポリカーボネートフイルムの
透過率の視角依存性を示す図、第14図は本発明の第２の
実施例における、位相板フイルムの延伸軸のなす角とコ
ントラスト比の関係、第15図は本発明の第２の実施例に
おける表示色と背景色をCIE色度座標に示した図、第16
図は本発明の第３の実施例における、表示色の範囲をIC
E色度座標に示した図、第17図は位相差の波長依存性を
示した図、第18図は異常分散の現象を示す図、第19図は
ポリスチレンの吸収スペクトルを示す図である。 1,19……上側偏光板、2,13……上側偏光板の吸収軸、３
……光学的二軸性結晶、４……延伸軸、5,22……駆動用
液晶素子の上側電極基板、6,14,16……上側基板のラビ
ング方向、7,15,17……液晶分子、8,25……駆動用液晶
素子の下側電極基板、9,16,24……下側基板のラビング
方向、10,26……下側偏光板、11,18……下側偏光板の偏
光軸、12,27……光源。
における液晶素子の斜視図、第３図は従来技術における
液晶素子の偏光状態を示す図、第４図は従来技術におけ
る液晶素子の左右方向のコントラスト比の視角特性を示
す図、第５図は従来技術における液晶素子の上下方向の
コントラスト比の視角特性を示す図、第６図は従来技術
による透過光の波長依存性を示す図、第７図は本発明に
おける液晶素子の表示色と背景色とCIE色度座標に示し
た図、第８図は白黒表示を実現するための液晶分子と複
屈折フイルムのΔｎ・ｄの波長依存性を示す図、第９図
は本発明における液晶素子の左右方向のコントラスト比
の視角特性を示す図、第10図は本発明における液晶素子
の上下方向のコントラスト比の視角特性を示す図、第11
図は液晶分子のコノスコープ像を示す図、第12図はポリ
カーボネートフイルムのコノスコープ像を示す図、第13
図は平行配向液晶素子及びポリカーボネートフイルムの
透過率の視角依存性を示す図、第14図は本発明の第２の
実施例における、位相板フイルムの延伸軸のなす角とコ
ントラスト比の関係、第15図は本発明の第２の実施例に
おける表示色と背景色をCIE色度座標に示した図、第16
図は本発明の第３の実施例における、表示色の範囲をIC
E色度座標に示した図、第17図は位相差の波長依存性を
示した図、第18図は異常分散の現象を示す図、第19図は
ポリスチレンの吸収スペクトルを示す図である。 1,19……上側偏光板、2,13……上側偏光板の吸収軸、３
……光学的二軸性結晶、４……延伸軸、5,22……駆動用
液晶素子の上側電極基板、6,14,16……上側基板のラビ
ング方向、7,15,17……液晶分子、8,25……駆動用液晶
素子の下側電極基板、9,16,24……下側基板のラビング
方向、10,26……下側偏光板、11,18……下側偏光板の偏
光軸、12,27……光源。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平２−37321（ＪＰ，Ａ) テレビジョン学会技術報告、12［32 ］Ｐ．29−34 テレビジョン学会技術報告、12［49 ］Ｐ．61−65
Claims (2)
- 【請求項１】上下一対の電極基板と、前記電極基板間に
挟持され、前記電極基板間の厚さ方向にツイスト角θの
ねじれたらせん構造を有するネマテック液晶層とを有す
る液晶素子と、前記液晶表示素子を挟んで設けられた一
対の偏光板と、前記電極基板と前記偏光板との間に配置
された複屈折フィルムとを有する液晶表示装置におい
て、 前記複屈折フィルムの異方性屈折率Δｎと厚さｄとの積
を（Δｎ・ｄ）２、前記ネマチック液晶層の異方性屈折
率Δn1と厚さd1との積を（Δｎ・ｄ）１、入射する光の
波長をλとしたとき、 (Δｎ・ｄ)２ ＝{(Δｎ・ｄ)1 2＋λ２(ｍπ２＋θ２)２ −2mπλ２(θ２＋((Δｎ・ｄ）1 2/λ２)1/2}1/2 （ｍは任意の整数） の関係式を概略満たすことを特徴とする液晶表示装置。 - 【請求項２】前記複屈折フィルムは、異方性屈折率が異
なる複数枚のフィルムから構成され、各フィルムは延伸
軸が所定の角度ずれで積層されていることを特徴とする
請求項１記載の液晶表示装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1016163A JP2555176B2 (ja) | 1989-01-27 | 1989-01-27 | 液晶表示装置 |
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| JP1016163A JP2555176B2 (ja) | 1989-01-27 | 1989-01-27 | 液晶表示装置 |
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Family
ID=11908840
Family Applications (1)
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-
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Non-Patent Citations (2)
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|---|
| テレビジョン学会技術報告、１２［３２］Ｐ．２９−３４ |
| テレビジョン学会技術報告、１２［４９］Ｐ．６１−６５ |
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| JPH02197816A (ja) | 1990-08-06 |
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