JPS60262136A - 液晶素子の駆動法 - Google Patents

液晶素子の駆動法

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JPS60262136A
JPS60262136A JP59118186A JP11818684A JPS60262136A JP S60262136 A JPS60262136 A JP S60262136A JP 59118186 A JP59118186 A JP 59118186A JP 11818684 A JP11818684 A JP 11818684A JP S60262136 A JPS60262136 A JP S60262136A
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liquid crystal
electrode
display
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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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Canon Inc
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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どが、例えば、M、 5ch
adtとW、 He1frich著、Applied 
Physics Letters” 、 Vat、 1
8. No、4(197+、 2.15) 、 P、 
127〜+28 (7)Vo I tage−Depe
ndent 0ptical Activity of
 a TwistedNematic Liquid 
Crystal″に示されたTNj (twisted
 nematic)型の液晶を用いたものであ′□” 
リ、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−
1−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1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(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、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
じる本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
強調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、(電界効果トランジスタ) F
ET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
一端子と第一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(ゲート電極)に所定の走
査信号を印加するとともに、表示信号線(ストライプ状
の対向電極群)に表示画像信号を印加することによって
第一の配向状態に基づく表示状態と第二の配向状態に基
づく表示状態を同時に書き込むことを第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(SmC*)又H相(SmH*)の液晶
が適している。この強誘電性液晶ニツイテt−k、”L
E JOllRNAL [lE PHYSIGLIEL
ETTER5” 3B (しE19) 1975. r
FerroelectricLiquid Cryst
als J ; Applied physics L
et−ters″3B (11) 1980、r Su
bmicro 5econd B1−5table E
lectrooptic Switching in 
LiquidCrystals J ; ”固体物理”
 1B (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) (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Sm1t相又はS+a旧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、In2(15、5n02やITO
(Indium−Tin 0w1de)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Sac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) (P↓)4を有している。
基板1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
メント(P上)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ip)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1)、その双極子モ
ーメントP又はP′は上向き(4d)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4
b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j) うな応答速度の速さ
と、双安定性が有効に実現さト (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 p〜20川、特にlIL〜5p
L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4367924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 
(簿膜トランジスタ)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
に行う事も可能である。
N型FETは、■ をドレイン電圧、V をD C ゲート電圧、■、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 す、VG>vS+v、の時導通状態となり、V <V 
+V、の時非導通状態となる。
G、 S P型FETにおいてはv <v とし、Vc <S v +v −c’導通状態トナリ、V >V8+V。
SP G 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
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。
最初に走査電極GNが選択された場合について述べる。
第6図(a)は走査信号であって、位相t1においてそ
れぞれ選択された走査電極GN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)GN+1
.GN+2に印加される電気信号を示している。第6図
(b)は、表示信号であって位相t1においてそれぞれ
選択された表示電極CCと選択されない表示電極CN+
1にN’ N+2 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。選択された走査
電極6(GN)に与えられる電極信号は、第6図(a)
に示される如く位相(時間)tlでは、+voを、位相
(時間)t2では、−vGである。
一方、それ以外の走査電極GN+□、GM+2は第6図
(a)に示す如く位相t1では一■。である。また、選
択された表示電極CN、CN+2に与えられる電気信号
は、第6図(b)に示される如<+Voであり、また選
択されない表示電極Cに与えらN+1 れる電気信号は−vC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ff1−qラインに表示電極n=文あ信号線で
「明」、表示電極nq文で「暗」を同時書込みする場合
1 .1[vGIIl−vP>vLc+vs(In=q)]
 vs +vLcくvCn (m=qln=5L)v 
s v LG〉v cn(m= q 、 n x x 
)(m洪q、n洪1 vGm−VP <vCn (m#q、 n= M)但し
、各記号は下記の事項を表わす。
vGm=ゲート電極(走査信号)電圧 Vcn:対向電極(表示信号)電圧 vS :ソース又はドレイン(共通端子)電圧vL6:
強誘電性液晶の閾値電圧の絶対値v、:ゲート、ソース
間の閾値 以上の動作を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 (明)
上側、0FF(暗)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、選択された走
査線上にある画素P 、P N、N N+2.Nで は、位相t1に於て、閾値VL6を越える電圧V LC
< V。−vSが印加される。又、同一走査線上に存在
する画素P では位相t、にN+1.N 於て閾値−■、。を越える電圧−V L c > V 
c−vSが印加される。従って、選択された走査電極線
トに於て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に配向を揃
え、画素はON (明)となり、選択されない場合には
第二の配向状態に配向を揃え、画素はOFF (暗)と
なる。
一方、第7図に示される如く、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、選択された走査線北風外の各画
素PN、N+1 ”N+1.N+□。
PN+2.N+1・ N、N+2・ N+1.N+2・
 N+2.N+2におけPP P 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−1)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lライフ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。
次に、ディスプレイ装置として駆動を行った場合を考え
てみる。第5図に於て、走査電極GN。
N+1・ N・2・°°°と表示電極CN・ON・1・
ON・2・°°°0G 交点で形成する画素のうち、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、GN+2に対応する画素では「明」状
態であり、それ以外の画素は「暗」状態である。走査信
号GNが走査されたとき、時間t1に於て画素PP N、N’ N+2.N には、閾値vLCを越える電圧が印加されるため。
前歴に関係なく、画素PN、N、PN+2.Nは一方向
の安定状態、即ち「明」状態に転移(スイ・ンチ)する
。その後は、CN+1.CN+2・・・が走査される間
は第7図に示される如く画素P 、P N、N N+2.N ’± 「明」状態を保ち得る。
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1/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、強誘電性液晶と
してDOBAMBG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f0= I XIO’ 〜I Xl06H2
10< l V、I <60V (波高値)0.3 <
 l ′vSl <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12
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l t
っ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11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 
0w1de)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、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′ノ
上には対向電極21 (ITO; IndniumTi
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19′が配置され、観察者Aが入射光
I0よりの反射光I、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(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TFT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(P↓) 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;n9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 111
.19′、偏光板20.20’;ガラス、プラスチ・ン
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 28;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 LC,液晶 FET、電界効果トランジスタ 子 出願人 キャノン株式会社 代理人 豊 1)善 雄 第2図 第3図 走 @ @ 極 第4図 第5図 灸 示 走 魚 @ 極 第6図 (q) 第7図

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回期させて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、
    第一の配向状態に共づく表示状態と、第二の配向状態に
    共づ〈表示状態を同時に書き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。
JP59118186A 1984-04-28 1984-06-11 液晶素子の駆動法 Pending JPS60262136A (ja)

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JP59118186A JPS60262136A (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 (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS61235815A (ja) * 1985-04-03 1986-10-21 ザ ゼネラル エレクトリツク カンパニー,ピーエルシー 液晶表示装置
JPS63124034A (ja) * 1986-11-13 1988-05-27 Nec Corp 薄膜トランジスタ基板とその製造方法
US4770501A (en) * 1985-03-07 1988-09-13 Canon Kabushiki Kaisha Optical modulation device and method of driving the same

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