JPS60262134A - 液晶素子の駆動法 - Google Patents

液晶素子の駆動法

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JPS60262134A
JPS60262134A JP59118184A JP11818484A JPS60262134A JP S60262134 A JPS60262134 A JP S60262134A JP 59118184 A JP59118184 A JP 59118184A JP 11818484 A JP11818484 A JP 11818484A JP S60262134 A JPS60262134 A JP S60262134A
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electrode
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terminal
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Shinjiro Okada
伸二郎 岡田
Yasuyuki Tamura
泰之 田村
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は液晶を用いた光シヤツターアレイ、画像表示装
置等の駆動方法に関するものであり、さらに詳しくは双
安定性液晶、特に強誘電性液晶をアクティブマトリック
ス構成により駆動する方法に関するものである。
[従来の技術] 従来より、走査電極群と信号電極群をマトリクス状に構
成し、その電極間に液晶化合物を充填し、多数の画素を
形成して画像或いは情報の表示を行う液晶表示素子は、
よく知られている。この表示素子の駆動法としては、走
査電極群に、順次、周期的にアドレス信号を選択印加し
、信号電極群には所定の情報信号をアドレス信号と同期
させて並列的に選択印加する時分割駆動が採用されてい
るが、この表示素子及びその駆動法は、以下に述べる如
き致命的とも言える大きな欠点を有していた。
即ち、画素密度を高く、或いは画面を大きくするのが難
しいことである。従来の液晶の中で応答速度が比較的高
く、しかも消費電力が小さいことから、表示素子として
実用に供されているのは殆とか、例えば、M、 5ch
adtとW、 He1frich著、Applied 
Physics Letters”、 Vol、 18
. No−4g (197+、 2.15) 、P、 
127〜128のVo I tage:) i −Dependent 0ptical Acti
vity of a TwistedNematic 
Liquid Crystal″に示されたTN(tw
isted nematic)型の液晶を用いたもので
あり、この型の液晶は、無電界状態で正の誘電異方性を
もつ、ネマチック液晶の分子が、液晶層厚方向で捩れた
構造(ヘリカル構造)を形成し、両電極面でこの液晶の
分子が互いに並行に配列した構造を形成している。一方
、電界印加状態では、正の誘電異方性をもつネマチック
液晶が電界方向に配列し、この結果光調変調を起すこと
ができる。
この型の液晶を用いてマトリクス電極構造によって表示
素子を構成した場合、走査電極と信号電極が共に選択さ
れる領域(選択点)には、液晶分子を電極面に垂直に配
列させるに要する閾値以上の電圧が印加され、走査電極
と信号電極が共に選択されない領域(非選択点)には電
圧は印加されず、したがって液晶分子は電極面に対して
並行な安定配列を保っている。このような液晶セルの上
下に、互いにクロスニコル関係にある直線偏光子を配置
することにより、選択点では光が透過せず、非選択点で
は光が透過するため、画像素子とすることが可能となる
。然し乍ら、マトリクス電極構造を構成した場合には、
走査電極が選択され、信号電極が選択されない領域或い
は、走査電極が選択されず、信号電極が選択される領域
(所謂パ半選択点″)にも有限の電界がかかってしまう
。選択点にかかる電圧と、半選択点にかかる電圧の差が
充分に大きく、液晶分子を電界に垂直に配列させるに要
する電圧閾値がこの中間の電圧値に設定されるならば、
表示素子は正常に動作するわけである。しかし、この方
式において、走査線fi (N)を増やして行った場合
、画面全体(lフレーム)を走査する間に一つの選択点
に有効な電界がかかっている時間(duty比)は、l
/Hの割合で減少してしまう。このために、くり返し走
査を行った場合の選択点と非選択点にかかる実効値とし
ての電圧差は、走査線数が増えれば増える程小さくなり
、結果的には画像コントラストの低下やクロストークが
避は難い欠点となっている。このような現象は、双安定
状態を有さない液晶(電極面に対し、液晶分子が水平に
配向しているのが安定状態であり、電界が有効に印加さ
れている間のみ垂直に配向する)を、時間的蓄積効果を
利用して駆動する(即ち、繰り返し走査する)ときに生
じる木質的には避は難い問題点である。この点を改良す
るために、電圧平均化法、2周波駆動法や多重マトリク
ス法等が既に提案されているが、いずれの方法でも不充
分であり、表示素子の大画面化や高密度化は、走査線数
が充分に増やせないことによって頭打ちになっているの
が現状である。
[発明が解決しようとする問題点コ 本発明の目的は、前述したような従来の液晶表示素子に
おける問題点を悉く解決した新規な双安定性液晶、特に
強誘電性液晶素子の駆動法を提供することにある。
即ち、本発明は電圧応答速度が早く、状態記憶性を有す
る強誘電性液晶をアクティブマトリックスにより2方向
の電界を印加して明、暗の2つの状態に駆動することに
より、画素数の多い大画面の表示及び高速度で画像を表
示する強誘電性液晶の駆動方法を提供することを目的と
するものである。
[問題点を解決するための手段]及び[作用1本発明の
液晶素子の駆動方法は、FET (電界効果トランジス
タ)のゲート以外の端子である第一端子と接続した画素
電極を該FETに対応して複数設けた第一基板と該画素
電極に対向する対向電極を設けた第二基板を有し、前記
画素電極と対向電極の間に電界に対して双安定状態を有
する強誘電性液晶を挟持した構造の液晶素子の駆動法で
あって、前記FETのゲートがゲートオン状態となる信
号印加と同期させてFETのゲート以外の端子である第
一端子と第二端子の間で電界を形成することによって、
第一の配向状態に強誘電性液晶の配列を制御する第一位
相と、前記第一端子と第二端子の間で形成した電界と逆
極性の電界を第一端子と第二端子の間で形成することに
よって、第二の配向状態に強誘電性液晶の配列を制御す
る第二位相j を有し、前記対向電極に走査信号を印加
するとともに各画素に対応しているFET端子のうちソ
ースもしくはドレインを共通端子に接続して、ゲートに
表示信号を印加する時分割駆動であることを特徴とする
ものである。一層具体的には、走査信号線(ストライプ
状の対向電極群)に所定の走査信号を印加するとともに
、表示信号線(ゲート電極)に表示画像信号を印加する
ことによって全画面の表示状態を第一の配向状態に基づ
く表示状態に一様にそろえ、次に走査信号線に順次、所
定の電圧信号を印加するとともに、表示信号線に表示画
像信号を印加することにより、表示状態を、前記第一の
配向状態に基づく表示状態とは異なる状態に書込むこと
を第2の特徴としている。
本発明の駆動法で用いる強誘電性液晶としては、加えら
れる電界に応じて第一の光学的安定状態と第二の光学的
安定状態とのいずれかを取る、すなわち電界に対する双
安定状態を有する物質、特にこのような性質を有する液
晶が用いられる。
本発明の駆動法で用いることができる双安定性を有する
強誘電性液晶としては、強誘電性を有するカイラルスメ
クティック液晶が最も好ましく、そのうち力イラルスメ
クティックC相(Sacs)又H相(SmH承)の液晶
が適している。この強誘電性液晶については、LE J
OURNAL DE PHYSIOυELETTER9
″3B (L−89) 1975. rFerroel
ectricLiquid Crystals J ;
 ”Applied physics Let−ter
s″311i (11) +980、r 5ubIli
cro 5econd B1−5table Elec
trooptic Switching in Liq
uidCrystalSJ ;”固体物理″1B (1
41) 1981 r液晶」等に記載されており、本発
明ではこれらに開示された強誘電性液晶を用いることが
できる。
より具体的には、本発明法に用いられる強誘電性液晶化
合物の例としては、デシロキシへンジリデンーP′−ア
ミノー2−メチルプチルシンナメー) (DOBAMB
C) 、ヘキシルオキシベンジリデン−P′−アミノ−
2−クロロプロピルシンナメート()IOBAcPc)
および4−o−(2−メチル)−ブチルレゾルシリテン
−4′−オクチルアニリン(MBRA8)等が挙げられ
る。
これらの材料を用いて、素子を構成する場合、液晶化合
物がStsにを相又は5txH*相となるような温度状
態に保持する為、必要に応じて素子をヒーターが埋め込
まれた銅ブロック等により支持することができる。
第1図は、強誘電性液晶セルの例を模式的に描いたもの
である。lと1′は、If1203 、5n02やIT
O(Indium−Tin 0xide)等の透明電極
がコートされた基板(ガラス板)であり、その間に液晶
分子層2がガラス面に垂直になるよう配向したSmc本
相の液晶が封入されている。太線で示した線3が液晶分
子を表わしており、この液晶分子3は、その分子に直交
した方向に双極子モーメン) (PA ) 4を有して
いる。基板1と1′上の電極間に一定の閾値具」二の電
圧を印加すると、液晶分子3のらせん構造がほどけ、双
極子モーメント(Pl)4はすべて電界方向に向くよう
、液晶分子3の配向方向を変えることができる。液晶分
子3は細長い形状を有しており、その長袖方向と短軸方
向で屈折率異方性を示し、従って例えばガラス面の上下
に互いにクロスニコルの位置関係に配置した偏光子を置
けば、電圧印加極性によって光学特性が変わる液晶光学
変調素子となることは、容易に理解される。さらに液晶
セルの厚さを充分に薄くした場合(例えばIg)には、
第2図に示すように電界を印加していない状態でも液晶
分子のらせん構造は、はどけ(非らせん構造)、その双
極子モーメン)P又はP′は上向き(4a)又は下向(
4b)のどちらかの状態をとる。このようなセルに第2
図に示す如く一定の閾値以」−の極性の異なる電界E又
はE′を所定時間付与すると、双極子モーメントは電界
E又はE′の電界ベクトルに対応して上向き4a又は、
下向き4bと向きを変え、それに応じて液晶分子は第一
の配向状態5かあるいは第二の配向状態5′の何れか一
方に配向する。
このような強誘電性液晶を光学変調素子として用いるこ
との利点は2つある。第1に、応答速度が極めて速いこ
と、第2に液晶分子の配向が双安定状態を有することで
ある。第2の点を例えば第2図によって説明すると、電
界Eを印加すると液5(1 、・1 高分子は第一の配向状態5に配向するが、この
状(態は電界を切っても安定である。又、逆向きの電界
E′を印加すると、液晶分子は第二の配向状態5′に配
向して、その分子の向きを変えるが、やはり電界を切っ
てもこの状態に留っている。又、与える電界Eが一定の
闇値を越えない限り、それぞれの配向状態にやはり維持
されている。このような応答速度の速さと、双安定性が
有効に実現されるには、セルとしては出来るだけ簿い方
が好ましく、一般的には、0.5ル〜20p、、特にi
 g〜5kが適している。この種の強誘電性液晶を用い
たマトリクス電極構造を有する液晶−電気光学装置は、
例えばクラークとラガバルにより、米国特許第4387
924号明細書で提案されている。
本発明は、アクティブマトリックスを構成するTPT 
(薄膜トランジスタ)等のFET (電界効果トランジ
スタ)構造の素子が、ドレインとソースの印加電圧を逆
にする車により、いずれをドレインとしていずれをソー
スとしても使用しうるという事にもとづいている。アク
ティブマトリックスを構成する素子としてはFET構造
の素子であればアモルファスシリコンTPT 、多結晶
シリコンTPT等のいずれであっても使用しうる。又F
ET構造以外のバイポーラトランジスタであっても同様
に行う“Bも可能である。
N型FETは、Voをドレイン電圧、VGをゲート電圧
、V8をソース電圧、■、をゲートソース間の閾値電圧
とするとV > V sであり、VG〉VS+V、の時
導通状態となり、VGくv、十■、の時非導通状態とな
る。
P型FETにおいてはV o < V sとし、VG 
くVS+V、で導通状態となり、V c > V s 
+ V pで非導通状態となる。
P型であってもN型であってもFETの端子のいずれが
ドレインとして作用し、いずれがソースとして作用する
かは、電圧の印加の方向によって定まる。すなわちN型
では電圧の低い方がソースであり、P型では電圧の高い
方がソースとして作用する。
強誘電性液晶においては、液晶セルに印加する、正、負
の電圧に対していずれを「明」状態とし、いずれを「暗
」状態とするかはセルの」1下に配置するクロスニコル
状態にした一対の偏光子の偏光軸と、液晶分子長軸との
向きにより自由に設定できる。
本発明は液晶セルに印加される電界をアクティブマトリ
ックスの各素子の端子間電圧を制御する事によって制御
し、表示を行なうものであるから、各信号の電圧レベル
は以下の実施例にとられれる事なく、各信号の電位差を
相対的に維持すれば、実施する事が可能である。
[実施例] 次に、本発明のアクティブマトリックスによる強誘電性
液晶の駆動方法の具体例を第3図〜第7図に基づいて説
明する。
第3図はアクティブマトリックスの回路図、第4図は対
応画素の番地を示す説明図及び第5図は対応画素の表示
例を示す説明図である。
6は走査電極群であり、7は表示電極群である。
第6図(a)は走査信号を示す図であって、位相tl+
t2・・・・においてそれぞれ選択された走査電極に印
加される電気信号とそれ以外の走査電極(選択されない
走査電極)に印加される電気信号を示している。第6図
(b)は、表示信号を示す図であって位相1..12・
・・・においてそれぞれ選択された表示電極と選択され
ない表示電極に与えられる電気信号を示している。
第6図においては、それぞれ横軸が時間を、縦軸が電圧
を表す。例えば、動画を表示するような場合には、走査
電極群6は逐次、周期的に選択される。位相(時間)1
+において選択された走査電極C,CCに与えられる電
気信号は、N N+1’N+2 第6図(a)に示される如く位相(時間)1+では、+
Voであり、位相(時間)tzにおいて選択された走査
電極CNに与えられる電気信号は−voである。
一方、それ以外の走査電極CCは第6 N+1 ’ N+2 図(a)に示す如く位相t2では■c−0である。
また、位相t1において選択された表示電極GN。
l G 、G に与えられる電気信号は、第6図N+I
 N+2 (b)に示される如< + V cであり、位相t2に
おいて選択された表示電極G 、GN+2に与えられる
電気信号は■。=0である。また位相t2において選択
されない表示電極GN+1に与えられる電気電気信号は
−■oである。以上に於て各々の電圧値は、以下の関係
を満足する所望の値に設定される。
走査電極m= 1〜fll(Nは走査線数)ラインに表
示電極n=1〜M(Mは表示線数)の信号線で全面に「
明」をリフレッシュ、次いで走査電極m=qラインに表
示電極n=lで「暗」の書込みをする場合、 (m=q) VGn−VP>VLc+Vs(m= 1−N、n= 1
〜M)V s 十V LC< V c、 (n =1〜
M )v s V L c > v c、 (m=q 
、n−x )但し、各記号は下記の事項を表わす。
vGn’ゲート電極(表示信号)電圧 vCIIl:対向電極(走査信号)電圧vS :ソース
又はドレイン(共通端子)電圧V 1強誘電性液晶の閾
値電圧の絶対値C V :ゲート、ソース間の閾値 以」二の動作をq=l−Nまで繰返し書込みを行う。こ
の際、対向電極は第12図に示す様にストライブ形状の
ものとすることができる。
この様な電気信号が与えられたときの各画素のうち、例
えば第4図中の画素の書込み動作を第7図に示す。第7
図においては、それぞれ横軸が時間を、縦軸がON(暗
)上側、OFF (明)下側の各表示状態を表わす。す
なわち、第6図および、第7図より明らかな如く、位相
t1において、選択された走査線及び表示線の交点にあ
るすべてのN、N N+2.N+2 ニは、閾値vLC
を越える画素P =P V < V V cの電圧が印加される。したかっLC
S て、第4図において全画素PM、N ” PN+2.N
+2は配向状態を変え、「明」にリフレッシュされる。
次に、位相t2において、選択された走査線上にN、N
’ N、N+2には閾値−vLCを越えるある画素PP 電圧−V L c > V s V cが印加される。
したかって、画素PP N、N、N、N+2は「暗」に転移(スイッチ)する。
位相t3以降の動作は、位相t2の場合と同じように、
選択された走査線及び表示線に対向する画素に順次「暗
」が書込まれていく。以上各動作でわかる通り1選択さ
れた走査電極線上に表示電極が選択されたか否かに応じ
て、選択された場合には、液晶分子は第一の配向状態あ
るいは第二の配向状態に配向を揃え、画素はON (暗
)あるいはOFF (明)となり、選択されない走査線
上では、すべての画素に印加される電圧は、いずれも閾
値電圧を越えない。従って、第7図に示される如く、選
択された走査線上以外の各画素における液晶分子は配向
状態を変えることなく前回走査されたときの信号状態に
対応した配向を、そのまま保持している。即ち、走査電
極が選択されたときにその1947分の信号の書き込み
が行われ、lフレームが終了して次回選択されるまでの
間は、その信号状態を保持し得るわけである。従って、
走査電極数が増えても、実質的なデユーティ比はかわら
ず、コントラストの低下は全く生じない。
第5図に於て、走査電極CCC・・・とN’ N+1’
 N+2 表示電極GG G ・・・の交点で形成する画N’ N
+1’ N+2 素のうち、斜線部の画素は「暗」状態に、白地で示した
画素は「明」状態に対応するものとする。
今、第5図中の表示電極GN上の表示に注目すると、走
査電極CCに対応する画素では N’N+2 「暗」状態であり、それ以外の画素は「明」状態である
。前記位相t1〜t4の各動作によって表示パターンが
完成する。
本発明の強誘電性液晶の駆動方法において、走査電極と
信号電極の配置は任意であり、例えば第8図(a)、(
b)に示すように一列に画素を配置することも可能であ
り、この様に配置するとシャッターアレイ等として利用
することができる。
次に、以上に説明した実施例において1強誘電性液晶と
してDDBAMBCを駆動するのに好ましい具体的数値
を示すと、例えば 21.1 入力周波数f、=IX10°〜1x10°H
2” 10< I VGI <130V (波高値)0
.3 < I v、I <IOV (波高値)が挙げら
れる。
第9図は本発明において使用されるTFTにおけるFE
Tの構成を示す断面図、第10図はTPTを用いた強誘
電性液晶セルの断面図、第11図はTPT基板の斜視図
、第12図はTPT基板の平面図、第13図は第12図
のA−A ′線で切断した部分断面図、第14図は第1
2図のB−B ′線で切断した部分断面図であり、以上
に示す各図はいずれも本発明の一実施態様を示すもので
ある。
第10図は、本発明の方法で用いうる液晶素子の1つの
具体例を表わしている。ガラス、プラスチック等の基板
20の上にゲート電極24、絶縁膜22(水素原子をド
ーピングした窒化シリコン膜など)を介して形成した半
導体膜16(水素原子をドーピングしたアモルファスシ
リコン)と、この半導体M16に接する2つ端子8と1
1で構成したTPTと、TPTの端子11と接続した画
素電極12(ITO; Indnium Tin 0x
ide)が形成されている。
さらに、この上に絶縁層ta(ポリイミド、ポリアミド
、ポリビニルアルコール、ポリパラキシリレン、SiO
、SiO□)とアルミニウムやクロムなどからなる光遮
蔽膜9が設けられている。対向基板となる基板20′の
上には対向電極21 (ITQ; InduinlTi
n 0xide) と絶縁膜22が形成されている。
この基板20と20′の間には、前述の強誘電性液晶2
3が挟持されている。又、この基板20と20′の周囲
部には強誘電性液晶23を封止するためのシール材25
が設けられている。
この様なセル構造の液晶素子の両側にはクロスニコル状
態の偏光子18と18′が配置され、観察者Aが入射光
I0よりの反射光■1によって表示状態を見ることがで
きる様に偏光子19′の背後に反射板+8 (乱反射性
アルミニウムシート又は板)が設けられている。
又、」1記の各図においてソース電極、ドレイン電極と
は、ドレインからソースへ電流が流れる場合に限定した
命名である。FETの働きではソースがドレインとして
働く場合も可能である。
[発明の効果] 上記の構造よりなる本発明の強誘電性液晶の駆動方法を
用いることにより、アクティブマトリックスに画素数の
多い大画面の表示及び高速度で鮮明な画像を表示するこ
とができる。
【図面の簡単な説明】
第1図及び第2図は、本発明の方法に用いる強誘電性液
晶を模式的に表わす斜視図、第3図は本発明の方法に用
いるマトリックス電極の回路図、第4図は対応画素の番
地を示す説明図、第5図は対応画素の表示例を示す説明
図、第6図(a)及び(b)は走査電極及び表示電極に
印加する電気信号を表わす説明図、第7図は各画素への
書込み動作を表わす説明図、第8図(a)及び(b)は
アクティブマトリックス回路と画素配置の例を示す配線
図、第9図はTFTにおけるFETの構成を示す断面図
、第1θ図はTPTを用いた強誘電性液晶セルの断面図
、第11図はTPT基板の斜視図、第12図はTPT基
板の平面図、第13図はA−A ′線部分断面図び第1
4図はB−B ”部分断面図である。 1.1′;透明電極がコートされた基板2;液晶分子層 3;液晶分子 4;双極子モーメント−(ビニ) 4a;上向き双極子モーメント 4b、下向き双極子モーメント 5;第一の配向状態 5′;第二の配向状態 9;光遮蔽膜 10;n+層 11; ドレイン電極(ソース電極) 12;画素電極 13.絶縁層 14;基板 15;半導体直下の光遮蔽膜16;半導体
 17;ゲート配線部の透明電極18、反射板 19.
19′;偏光板 20.20’;ガラス、プラスチック等の透明基板21
:対向電極 22;絶縁膜 ・□・’ 23;@、J□□や 24;ゲート電極 25;シール材 26:薄膜半導体 27;ゲート配線 28;パネル基板 29;光遮断効果を有するゲート部 1−N;表示電極 1′〜M′;走査電極 L;共通電極 LC;液晶 FET ;電界効果トランジスタ 出願人 キャノン株式会社 代理人 豊 1)善 雄 第1図 第2図 第3図 表示を極 第4図 第5図 炙示電枠 第6図 (G)

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1) FETのゲート以外の端子である第一端子と接
    続した画素電極を該FETに対応して複数設けた第一基
    板と該画素電極に対向する対向電極を設けた第二基板を
    有し、前記画素電極と対向電極の間に電界に対して双安
    定状態を有する強誘電性液晶を挟持した構造の液晶素子
    の駆動法であって、前記FETのゲートがゲートオン状
    態となる信号印加と同期させてFETのゲート以外の端
    子である第一端子と第二端子の間で電界を形成すること
    によって、第一の配向状態に強誘電性液晶の配列を制御
    する第一位相と、前記第一端子と第二端子の間で形成し
    た電界と逆極性の電界を第一端子と第二端子の間で形成
    するこkによって、第二の配向状態に強誘電性液晶の配
    列を制御する第二位相を有し、前記対向電極に走査信号
    を印加するとともに各画素に対応しているFET端子の
    うちソースもしくはドレインを共通端子に接続して、ゲ
    ートに表示信号を印加する時分割駆動であることを特徴
    とする液晶素子の駆動法。
  2. (2)走査信号線に所定の走査信号を印加するとともに
    、表示信号線に表示画像信号を印加することによって全
    画面の表示状態を第一の配向状態に基づく表示状態に一
    様にそろえ、次に走査信号線に順次、所定の電圧信号を
    印加するとともに、表示信号線に表示画像信号を印加す
    ることにより、表示状態を、前記第一の配向状態に基づ
    く表示状態とは異なる状態に書込むことを特徴とする特
    許請求の範囲第1項記載の液晶素子の駆動法。
JP59118184A 1984-04-28 1984-06-11 液晶素子の駆動法 Pending JPS60262134A (ja)

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JP59118184A JPS60262134A (ja) 1984-06-11 1984-06-11 液晶素子の駆動法
US06/724,828 US4697887A (en) 1984-04-28 1985-04-18 Liquid crystal device and method for driving the same using ferroelectric liquid crystal and FET's
FR8506484A FR2563649B1 (fr) 1984-04-28 1985-04-29 Dispositif a cristaux liquides et procede d'attaque correspondant

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS614027A (ja) * 1984-06-19 1986-01-09 Canon Inc 液晶素子の駆動法
JPH03113421A (ja) * 1989-09-27 1991-05-14 Sharp Corp アクティブマトリクス表示装置

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS59118190A (ja) * 1982-12-27 1984-07-07 蛇の目ミシン工業株式会社 ジグザグミシンにおける下糸たるみ量調節装置

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