JPS617829A - 液晶素子の駆動法 - Google Patents

液晶素子の駆動法

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JPS617829A
JPS617829A JP59127419A JP12741984A JPS617829A JP S617829 A JPS617829 A JP S617829A JP 59127419 A JP59127419 A JP 59127419A JP 12741984 A JP12741984 A JP 12741984A JP S617829 A JPS617829 A JP S617829A
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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クク
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どが、例えば、M、 5ch
adtとW、 He1frich著、”Applied
 Physics 1.etters″、 Vow、 
18. No、4(1971,2,15) 、 P、 
127〜128のVoltage−Dependent
 0ptical Activity of a Tw
is’tedNeIIlatic Liquid Cr
ystaじに示されたTN(twiSted nema
tic)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°′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
に要する電圧間、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、走査線数(N)を増やして行った
場合、画面全体(1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
、1/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
としての電圧是は、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] 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]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
る第二位相を有し、前記対向電極群に表示信号を印加す
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
走査信号を印加する時分割駆動であり、かかる走査信号
線(ゲート)に順次所定の走査信号を印加するとともに
、表示信号線(複数のストライプ状対向電極群)に所定
の表示信号を印加して、第一の配向状態に基づく表示状
態を全画面に順次書込み、次に前記走査信号線に再び順
次所定の走査信号を印加するとともに、選択された表示
信号線に第二の配向状態を形成する所定の表示信号を印
加することを特徴とするものである。
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
強誘電性液高としては、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(9m0本) 又H相(SmHりの液晶
が適している。この強誘電性液晶ニツイテハ、”LE 
JOURNAL DE PHYSIOIJELETTE
R3” 3B (L、−H) 1875.’  r F
erroe’1ectricLiquid Cryst
als J ; ”Applied physics 
Let−ters″ 3B  (11)  +!118
0  、 r Submicro  5econd  
B1−5table  Electrooptic  
Switching  i’n  LiquidCry
stals J ;”固体物理”1111 (141)
 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、デシロキシベンジリデン−P′−ア
ミノ−2−メチルブチルシンナメー)’ (DOBA’
MBC) ’tヘキシルオキシベンジリデンーP′−ア
ミノ−2−クロロプロピルシンナメート()IOBAC
PC)および4−o−(2−メチル)−ブチルレゾルシ
リ゛デンー4′−オクチルアニリン(NBR^8)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SaO2箱又はSmH・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
た銅ブロー2り等により支持することができ名。
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。1と1′は、In2O3、S n %、やIT
O(Indiu+*−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Srm
 C零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ト(Pよ)4を有して
いる。基板lと1′上の電極間に一定の閾値以上の電圧
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)(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、その長軸方向と短軸方
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lIi、)
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)、
その双極子七−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上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を印加すると液晶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が一定の閾値を越えない限り、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
ては出来るだけ薄い方が好ましく、一般的には、0.5
に〜20井、特に1μ〜5IL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!1124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丁FT 
 (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
を逆にする事により、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FET構造以外のバイポーラトランジスタであって
も同様に行う事も可能である。
N型FETは、■ をトレイン電圧、■  を1G ゲート電圧、vSをソース電圧、■、をゲートソース間
の閾値電圧とするとV、>VS  であり、V、>VS
+V、の時導通状態となり、V  < V s + V
 pの時非導通状態となる。
P型FET ニオイテはvDくvsとし、Vc  <V
  +V、で導通状態となり、v  >v  +vS 
                         
 GSP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上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
17、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図においては、それぞれ横軸が時間を、縦軸が電圧
を表す0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0選択゛された走
査電極に与えられる電気信号は、第6図(a)に示され
る如く位相(時間)1+〜t3では、+V、であり、位
相(時間)t4〜t6では、0である。
一方、それ以外の選択されない走査電極に与えられる電
気信号は第6図(a)に示す如く位相t1〜t3ではO
であり、位相t4〜t6では−Vcである。また、選択
された表示電極に与えられる電気信号は、第6図(b)
に示される如く位相t1〜t3では+vcであり、位相
t4〜七6では=voである。また選択されない表示電
極に与えられる電気信号は0である0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。
走査電極層=1〜Nのラインに、表示電極n= 1 、
の信号線で全画面に順次「明」を書込み、次に同じ層=
1〜Nのラインに表示電極n=J12の信号線で、全画
面に順次「暗」を書込みを行う場合。
v clv p > V LC+ V S (m= t
−N、n= x I)Vs +vLcくvcn   (
n=見、)Vs −vLc>vcn      (腸=
1  wN、  n=12  )V G、= O(n=
 !L2 ) (n#it )v c、  v 、 <
 V CnCn匁iL2 )但し、各記号は下記の事項
を表わす。
■G、:ゲート電極(走査信号)電圧 von二対二対極電極示信号)電圧 ■、:ゲート、ソース間の閾値 以上の動作をq=1−Nまで繰返し!込みを行う。
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図及び第7図より明らかな如く、位相1.に
おいて選択された走査線及び表示線の交点にある画素P
□1.Nには閾値V を越えるV LC< V c −
V sが印加されG る、したがって第4図において画素PM41.Nに「明
」の書込みが行なわれる。以後位相t2及びt3では、
それぞれ選択された走査線と表示線の交点にある画素P
N、841’  N+2.N+1IPN+I、N+2 
1M+2.N+2に順次「明」の書込みが行なわれる。
位相1.−13で全画面の画素に、「明」の書込みが行
なわれた後、位相t4〜七6間では全画面に「暗」の書
込みが行なわれる。すなわち。
位相t4において選択された走査線上にある画素n 、
* 、  N+2 、 N ニハII irl  V 
tcを越える一V t c >P −V  −VSの電圧が印加される。したがって第4図
において画素PP    に「暗」の書込N、N’  
N+2.N みが行なわれる。以後位相t5及びt6までは、それぞ
れ選択された走査線上にある画素PNat 、N+1 
、PM、N+2に「暗Jの書込みが行なわれる0以上の
各動作でわかる通り、選択された走査電極線上に於て1
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O?l (暗)あるいはO
FF  (明)となり、選択されない場合には、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、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(QN−□)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
1ライン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’N”N+1.’ N+2’・
・・と表示電極CCC・・・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CN上の表示に注目すると、走査電極GN”
N+2に対応する画素では「暗」状態であり、それ以外
の画素は「明」状態である。前記、位相t、〜t6の各
動作によって、第5図の表示パターンが完成する。
なお、第6図において駆動波形は走査信号、表示信号と
も3レベルをもつ電圧信号であるが、共通電極として使
用している対向電極の電位を、第−の表示状態書込みの
時はGNDに、第二の表示状態書込みの時には+Vsに
することより、走査信号、表示信号とも2レベルの電圧
信号で駆動することができる。
第8図に2レベルの電圧による駆動波形の例を示す。
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9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」二に説明した実施例において、強誘電性液晶
としてDOBAMBCを駆動するのに好ましい具体的数
値を示すと、例えば 入力周波数fO= I XIO’ 〜lXl06Hz1
0< l ′vGl <80V  (波高値)0.3 
< I ′vSl <IOV (波高値)が挙げられる
第10図は本発明において使用されるTFTにおけるF
ETの構成を示す断面図、第11図はTPTを用いた強
誘電性液晶セルの断面図、第12図はTPT基板の斜視
図、第13図はTPT基板の平面図、第14図は第13
図のA−A ′線で切断した部分断面図、第15図は第
13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11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、ブラスチンク等の基板
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1B(水素原子をドーピングしたアモルファスシ
リコン)と、この半導体膜16に接する2つ端子8と1
1で構成したTFTと、TFTの端子11と接続した画
素電極12(ITO; Indnium Tin 0w
1de)が形成されている。
さらに、この上に絶縁層13(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、S+0
 、3+02)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Lには対向電極21 (ITO; Indr+ium
トn O! i d e)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2o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19と18′が配置され、観察者Aが入射光
IOよりの反射光11によって表示状態を見ることがで
きる様に偏光子18:の背後に反射板18(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、上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図は2レベルの電圧に
よる駆動波形の説明図、第9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1今図はTFTにおけるFETの構成を示す断面図、
第11図はTPTを用いた強誘電性液晶セルの断面図、
第12図は↑FT基板の斜視図、第13図はTPT基板
の平面図、第14図はA−A”線部分断面図び第15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(P工) 48;−L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 8;ソース電極(ドレイン電極) 9;光遮蔽ll1t(1;n”層 11;  ドレイン電極(ソース電極)12;画素電極
 +3.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 
 19.18’、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;強誘電性液晶層  、 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′〜M′;走査電極 1−N、表示電極 L;共通電極 LCi液晶 FET;電界効果トランジスタ

Claims (1)

    【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を有し、前記対向電極群に表示信号
    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に接続して、ゲート
    に走査信号を印加する時分割駆動であり、かかる走査信
    号線に順次所定の走査信号を印加するとともに、表示信
    号線に所定の表示信号を印加して、第一の配向状態に基
    づく表示状態を全画面に順次書込み、次に前記走査信号
    線に再び順次所定の走査信号を印加するとともに、選択
    された表示信号線に第二の配向状態を形成する所定の表
    示信号を印加することを特徴とする液晶素子の駆動法。
JP59127419A 1984-04-28 1984-06-22 液晶素子の駆動法 Pending JPS617829A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4770501A (en) * 1985-03-07 1988-09-13 Canon Kabushiki Kaisha Optical modulation device and method of driving the same
JPH0249745B2 (ja) * 1987-01-19 1990-10-31 Shinnippon Kako Kk
KR20190102192A (ko) 2017-01-17 2019-09-03 호야 가부시키가이샤 도전막 부착 기판, 다층 반사막 부착 기판, 반사형 마스크 블랭크, 반사형 마스크 및 반도체 장치의 제조 방법

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JPS59127418A (ja) * 1983-01-10 1984-07-23 Nec Corp アナログ・デジタル変換器

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