WO2017069160A1 - 液晶駆動装置及び液晶駆動方法 - Google Patents

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重雄 竹内
隆一 平山
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株式会社オルタステクノロジー
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Definitions

  • the present invention relates to a liquid crystal driving device and a liquid crystal driving method particularly suitable for a polymer network type liquid crystal (PNLC: Polymer Network Liquid Crystal).
  • PNLC Polymer Network Liquid Crystal
  • FIG. 4 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of the polymer network type liquid crystal 10.
  • 11 and 12 are glass substrates, 13, 13,... Are segment electrodes made of transparent electrodes formed on the glass substrate 11
  • 14 is a common electrode made of transparent electrodes formed on the glass substrate 12
  • 15 is the above glass. It is a polymer network type liquid crystal layer sealed between the substrates 11 and 12.
  • the direction of the liquid crystal molecules in the polymer network type liquid crystal layer 15 is aligned in the electric field direction in the pixel region between the segment electrode 13 and the common electrode 14. Passes most and becomes transparent.
  • FIG. 5 shows the principle configuration of the drive circuit for the segment electrodes 13, 13,...
  • the power supplied by the power source PS is applied in parallel to the common electrode 14 and the segment electrodes 13, 13,... Via the switches SWc, SWs1,.
  • Each of the switches SWc, SWs1,... Is configured to switch forward / reverse of the waveform of the power applied to the common electrode 14, the segment electrodes 13, 13,.
  • FIG. 6 exemplifies voltage waveforms applied to the common electrode 14 and an arbitrary segment electrode 13, and FIG. 6A shows the segment electrode 13 when the segment electrode 13 is on. Is off.
  • a rectangular wave having a peak value Vop with a frequency f of about 32 [Hz] is applied to the common electrode 14, for example.
  • a voltage obtained by inverting the rectangular wave to the common electrode 14 is applied to the segment electrode 13 as shown in FIG.
  • the polymer network type liquid crystal layer 15 located in the pixel region between the segment electrode 13 and the common electrode 14 has a waveform similar to the voltage applied to the common electrode 14 as shown in FIG. A voltage having a waveform in which the peak value from voltage ⁇ Vop to + Vop is doubled to 2Vop is applied.
  • the voltage applied to the polymer network type liquid crystal layer 15 located in the pixel region between the segment electrode 13 and the common electrode 14 has a flat waveform at the GND level as shown in FIG. As described above, no electric field is generated between the electrodes, and the polymer network type liquid crystal layer 15 becomes opaque as described above.
  • the main factor of the power consumption of the polymer network type liquid crystal 10 is the charge / discharge current according to the capacity between the common electrode 14 and the segment electrodes 13, 13,... When the segment electrodes 13, 13,. .
  • FIG. 7A shows a voltage waveform applied to the common electrode 14
  • FIG. 7B shows a voltage waveform applied to the segment electrode 13
  • FIG. 7C shows a pair of the common electrode 14 and the segment.
  • FIG. 4 is a diagram showing charge movement in an electrode 13.
  • Patent Document 1 describes a technique for performing halftone display in a wide temperature range in a polymer dispersed liquid crystal (PDLC: Polymer Dedispersed Liquid Crystal).
  • PDLC Polymer Dedispersed Liquid Crystal
  • the polymer network type liquid crystal is often incorporated into a device that is carried and used by a user such as a finder of a single-lens reflex camera, for example, and power consumption required for driving the liquid crystal Is lower.
  • the first and second substrates, the first counter electrode provided on the second substrate side of the first substrate, and the first substrate of the second substrate When the second counter electrode provided on the substrate side, the polymer network type liquid crystal layer sealed between the first and second substrates, and the first and second counter electrodes are turned on. And a driving circuit that applies the rectangular wave voltage for driving the second counter electrode to the opposite phase with respect to the rectangular wave voltage for driving the first counter electrode, and is shifted before or after the minute time ⁇ t.
  • a liquid crystal driving device is provided.
  • FIG. 1 is a diagram mainly showing a configuration of a drive control system of a liquid crystal drive device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating voltage waveforms applied to the common electrode and the segment electrode according to the embodiment.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating specific current consumption when the segment electrode according to the embodiment is turned on.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of a polymer network type liquid crystal.
  • FIG. 5 is a diagram showing a principle configuration of a drive circuit for the segment electrode and the common electrode.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating voltage waveforms applied to the common electrode and the segment electrode.
  • FIG. 7 is a diagram for explaining specific current consumption when the segment electrode is turned on.
  • FIG. 1 is a diagram mainly showing a configuration of a drive control system of a liquid crystal drive device 20 according to an embodiment of the present invention.
  • either the voltage Vop or the GND level from the power source is applied to the common electrode and the segment electrode via the switches SWc, SWs1,..., SWsn.
  • Numeral 21 in the figure is a drive frequency oscillation circuit for transmitting a drive frequency signal for driving the switches SWc, SWs1,..., SWsn on / off.
  • the drive frequency signal oscillated by the drive frequency oscillation circuit 21 is a rectangular wave, and the rectangular wave signal is directly applied to the switch SWc for the common electrode, and the on / off selection circuit 22s1 for the segment electrode. ,..., 22 sn are provided in parallel as an off signal.
  • the drive frequency signal oscillated by the drive frequency oscillation circuit 21 is processed by shifting the phase of the rectangular wave forward or backward by a minute time ⁇ t described later by the phase shift circuit 24 after the polarity is inverted by the inverter 23. Then, the signal is supplied in parallel to the on / off selection circuits 22s1,.
  • the phase shift circuit 24 shifts the drive frequency signal whose polarity from the inverter 23 is inverted by a minute time ⁇ t.
  • the on / off selection circuits 22 s 1,..., 22 sn pass through an off signal directly supplied from the drive frequency oscillation circuit 21 or an inverter 23 and a phase shift circuit 24 according to on / off of the corresponding segment electrode.
  • One of the ON signals whose polarity is inverted and whose phase is shifted is selected and applied to the segment electrode.
  • FIG. 2 illustrates voltage waveforms applied to the common electrode and the segment electrode.
  • FIG. 2A shows a case where the segment electrode is on
  • FIG. 2B shows a case where the segment electrode is off. .
  • the phase shifting process executed by the phase shifting circuit 24 is specifically the result of inverting the polarity of the off signal by delaying the output of the inverter 23 by “1 / f ⁇ t” time.
  • an ON signal shifted by the time ⁇ t is generated.
  • the polymer network type liquid crystal layer located in the pixel region between the segment electrode and the common electrode has a stepped shape at the GND level at time ⁇ t as shown in FIG. A voltage having a waveform ranging from ⁇ Vop to + Vop is applied.
  • the voltage applied to the polymer network type liquid crystal layer located in the pixel region between the segment electrode and the common electrode has a flat waveform at the GND level as shown in (B-3) of FIG. No electric field is generated between them, and the polymer network type liquid crystal layer becomes opaque as described above.
  • FIG. 3A shows the voltage waveform applied to the common electrode
  • FIG. 3B shows the voltage waveform applied to the segment electrode
  • FIG. 3C shows the charge on the pair of common electrode and segment electrode.
  • the potential of the common electrode is GND and the potential of the segment electrode before the timing t11 that is traced by a minute time ⁇ t from the initial timing t12 of one cycle “1 / f [sec]”.
  • Vop, as shown in (C-1) of FIG. 3 the charge on the common side is -Q and the charge on the segment side is + Q.
  • the segment electrode potential is Vop and the common electrode potential is GND as shown in (C-5) of FIG. Is + Q, and the charge on the common side is -Q.
  • the charge moves by Q from 0 to + Q between the power supply and the pixel electrode of the liquid crystal.
  • the minute time ⁇ t is set to a value longer than the charge / discharge time corresponding to the capacitance C between the common electrode and the segment electrode, and when both the electrodes are at the same potential, It is given as the time for the charge to move and reliably neutralize.
  • the phase shift circuit 24 is used to shift the phase of the change in the voltage applied to the segment electrode by the minute time ⁇ t before the change in the voltage applied to the common electrode. However, it may be shifted backward.
  • the phase shift circuit 24 is constituted by a delay circuit that delays the input signal by a minute time ⁇ t.
  • the power consumption required for driving the liquid crystal can be greatly reduced in order to effectively use a power supply having a limited capacity.
  • the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention in the implementation stage. Further, the functions executed in the above-described embodiments may be combined as appropriate as possible.
  • the above-described embodiment includes various stages, and various inventions can be extracted by an appropriate combination of a plurality of disclosed constituent elements. For example, even if some constituent requirements are deleted from all the constituent requirements shown in the embodiment, if the effect is obtained, a configuration from which the constituent requirements are deleted can be extracted as an invention.

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Abstract

第1及び第2の基板(11,12)と、第1の基板(12)に設けられたコモン電極(14)と、第2の基板(11)に設けられたセグメント電極(13)と、第1及び第2の基板(11,12)間に封入された高分子ネットワーク型液晶層(15)と、コモン/セグメント電極(13,14)間をオン駆動する際に、コモン電極(14)を駆動する矩形波電圧(A-1)に対し、セグメント電極(13)を駆動する矩形波電圧(A-2)を逆位相とし、且つ微小時間Δtだけ前または後にずらして印加する駆動回路とを備える液晶駆動装置(20)が提供される。

Description

液晶駆動装置及び液晶駆動方法
 本発明は、特にポリマーネットワーク型液晶(PNLC:Polymer Network Liquid Crystal)に好適な液晶駆動装置及び液晶駆動方法に関する。
 図4は、ポリマーネットワーク型液晶10の概略構成を示す断面図である。同図で、11,12はガラス基板、13,13,‥‥はガラス基板11に形成された透明電極によるセグメント電極、14はガラス基板12に形成された透明電極によるコモン電極、15は上記ガラス基板11,12間に封入されたポリマーネットワーク型液晶層である。
 セグメント電極13,13,‥‥に信号が印加されていないオフ状態では、各セグメント電極13とコモン電極14間の画素領域でポリマーネットワーク型液晶層15中の液晶分子の方向が不規則な状態となって透過光を錯乱させ、不透明となる。
 一方で、セグメント電極13に信号を印加するオン状態では、当該セグメント電極13とコモン電極14間の画素領域でポリマーネットワーク型液晶層15中の液晶分子の方向が電界方向に配列して透過光のほとんどを通過させ、透明となる。
 図5は、上記セグメント電極13,13,‥‥、コモン電極14に対する駆動回路の原理構成を示す。電源PSが供給する電力が、スイッチSWc,SWs1,‥‥を介して上記コモン電極14、セグメント電極13,13,‥‥に並列に与えられる。各スイッチSWc,SWs1,‥‥は、その断続動作によりコモン電極14、セグメント電極13,13,‥‥に与える電力の波形の正転/反転を切換える構成となっている。
 図6は、コモン電極14と任意のセグメント電極13に印加される電圧波形を例示するもので、図6の(A)がセグメント電極13がオンの場合、図6の(B)がセグメント電極13がオフの場合である。
 図6の(A-1)に示すように、コモン電極14には例えば周波数f=32[Hz]程度となる波高値Vopの矩形波が印加される。セグメント電極13をオンさせる場合、図6の(A-2)に示すように、上記コモン電極14への矩形波を反転した電圧が当該セグメント電極13に印加される。
 その結果、セグメント電極13とコモン電極14間の画素領域に位置するポリマーネットワーク型液晶層15には、図6の(A-3)に示すようにコモン電極14への印加電圧と同様の波形で、電圧-Vopから+Vopに渡る波高値が2倍の2Vopとなる波形の電圧が印加されることになる。
 一方で、図6の(B)に示すセグメント電極13がオフの場合、図6の(B-1)に示すようにコモン電極14に印加される矩形波の電圧に対し、図6の(B-2)に示すようにセグメント電極13には上記コモン電極14への矩形波と同様の矩形波の電圧が印加される。
 したがって、セグメント電極13とコモン電極14間の画素領域に位置するポリマーネットワーク型液晶層15に印加される電圧は、図6の(B-3)に示すようにGNDレベルでフラットな波形となり、結果として両電極間には電界が生じず、上述したようにポリマーネットワーク型液晶層15は不透明となる。
 ポリマーネットワーク型液晶10の電力消費の主要因は、セグメント電極13,13,‥‥がオンとなるときのコモン電極14とセグメント電極13,13,‥‥間の容量に応じた充放電電流である。
 図7を用いて上記セグメント電極13をオンする場合の具体的な消費電流について説明する。図7の(A)はコモン電極14に印加される電圧波形、図7の(B)はセグメント電極13に印加される電圧波形であり、図7の(C)は一対のコモン電極14、セグメント電極13における電荷の移動を示す図である。
 同図の(C)に示すように、一周期「1/f[sec]」の間、タイミングt1とt2の2回に渡って、電荷が-Qから+Qまで2Q分、電源PSから液晶10の画素電極間で移動する。
 そのため、 消費電流I=d(4Q)/dt     …(1) 
となり、コモン/セグメント間の容量をCとすると、 
Q=C*Vop            …(2) 
となる。したがって、上記式(1)及び式(2)から、 
I=4f*C*Vop         …(3) 
となる。この消費電流Iを、上記式(3)で示す内容よりもさらに削減する手法が求められている。
 ところで特許文献1には、高分子分散型液晶(PDLC:Polymer Deispersed Liquid Crystal)において広い温度範囲での中間調表示を行なう技術が記載されている。
特開2013-257522号公報
 上記特許文献1に記載された技術を含めて、ポリマーネットワーク型液晶は、例えば一眼レフレックスカメラのファインダ等、ユーザが携帯して使用する機器に組込まれることが多く、液晶の駆動に要する消費電力はより低い方が望ましい。
 本発明は上記のような実情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、容量に制限のある電源を有効に活用するべく、液晶の駆動に要する消費電力をより低減させることが可能なポリマーネットワーク型の液晶駆動装置及び液晶駆動方法を提供することにある。
 本発明の一態様によれば、第1及び第2の基板と、上記第1の基板の上記第2の基板側に設けられた第1の対向電極と、上記第2の基板の上記第1の基板側に設けられた第2の対向電極と、上記第1及び第2の基板間に封入された高分子ネットワーク型液晶層と、上記第1及び第2の対向電極間をオン駆動する際に、第1の対向電極を駆動する矩形波電圧に対し、上記第2の対向電極を駆動する矩形波電圧を逆位相とし、且つ微小時間Δtだけ前または後にずらして印加する駆動回路とを備える液晶駆動装置が提供される。
 本発明によれば、容量に制限のある電源を有効に活用するべく、液晶の駆動に要する消費電力をより低減させることが可能となる。
図1は、本発明の一実施形態に係る液晶駆動装置の主として駆動制御系の構成を示す図である。 図2は、同実施形態に係るコモン電極とセグメント電極に印加される電圧波形を例示する図である。 図3は、同実施形態に係るセグメント電極をオンする場合の具体的な消費電流について説明する図である。 図4は、ポリマーネットワーク型液晶の概略構成を示す断面図である。 図5は、セグメント電極とコモン電極に対する駆動回路の原理構成を示す図である。 図6は、コモン電極とセグメント電極に印加される電圧波形を例示する図である。 図7は、セグメント電極をオンする場合の具体的な消費電流について説明する図である。
 以下、実施形態について図面を参照して説明する。但し、図面は模式的または概念的なものであり、各図面の寸法及び比率などは必ずしも現実のものと同一とは限らないことに留意するべきである。また図面の相互間で同じ部分を表す場合においても、互いの寸法の関係や比率が異なって表される場合もある。特に、以下に示す実施形態は、本発明の技術思想を具体化するための装置及び方法を例示したものであって、構成部品の形状、構造、配置などによって、本発明の技術思想が特定されるものではない。なお、以下の説明において、同一の機能及び構成を有する要素については同一符号を付し、重複説明は必要な場合にのみ行なう。
 [液晶駆動装置の構成] 
 図1は、本発明の一実施形態に係る液晶駆動装置20の主として駆動制御系の構成を示す図である。同図で、電源からの電圧Vop及びGNDレベルのいずれかがスイッチSWc,SWs1,‥‥,SWsnを介してコモン電極、セグメント電極に与えられる。
 図中の21は、上記スイッチSWc,SWs1,‥‥,SWsnをオン/オフ駆動するための駆動周波数信号を発信する駆動周波数発振回路である。この駆動周波数発振回路21が発振する駆動周波数信号が矩形波であり、当該矩形波の信号が、コモン電極のための上記スイッチSWcに直接与えられる他、セグメント電極のためのオン/オフ選択回路22s1,‥‥,22snに並列にオフ信号として与えられる。
 さらに駆動周波数発振回路21が発振する駆動周波数信号は、インバータ23で極性が反転された上で、位相ずらし回路24により矩形波の位相を後述する微小時間Δt分だけ前、または後ろにずらす加工がなされた後に、オン信号として上記オン/オフ選択回路22s1,‥‥,22snに並列に与えられる。 
 本実施形態では、位相ずらし回路24がインバータ23からの極性を反転した駆動周波数信号を、微小時間Δt分だけ前にずらすものとする。
 上記オン/オフ選択回路22s1,‥‥,22snはそれぞれ、該当するセグメント電極のオン/オフに応じて、駆動周波数発振回路21から直接与えられるオフ信号、またはインバータ23、及び位相ずらし回路24を経て極性が反転され、位相がずらされたオン信号のいずれかを選択して、当該セグメント電極に印加する。
 [液晶駆動装置の動作] 
 図2は、コモン電極とセグメント電極に印加される電圧波形を例示するもので、図2の(A)がセグメント電極がオンの場合、図2の(B)がセグメント電極がオフの場合である。
 図2の(A-1)に示すように、上記駆動周波数発振回路21からスイッチSWcへの駆動周波数信号のスイッチング制御に基づいて、コモン電極には例えば周波数f=32[Hz]程度となる波高値Vopの矩形波が印加される。
 セグメント電極をオンさせる場合、上記位相ずらし回路24が出力するオン信号を上記オン/オフ選択回路22sx(x=1,‥‥,n)で選択して該当するセグメント電極のスイッチング制御を行なうことで、図2の(A-2)に示すように、コモン電極への矩形波を反転し、且つ微小時間Δt分だけ前にずれた電圧が当該セグメント電極13に印加される。
 この場合、上記位相ずらし回路24が実行する位相ずらし処理は、具体的にはインバータ23の出力を「1/f-Δt」時間分遅延させることで、結果としてオフ信号の極性を反転した結果に対して、時間Δt分だけ前にずらしたオン信号を生成することになる。
 その結果、セグメント電極とコモン電極間の画素領域に位置するポリマーネットワーク型液晶層には、図2の(A-3)に示すような、時間ΔtのタイミングにGNDレベルで階段状となる、電圧-Vopから+Vopに渡る波形の電圧が印加されることになる。
 一方で、図2の(B)に示すセグメント電極がオフの場合、図2の(B-1)に示すようにコモン電極に印加される矩形波の電圧に対し、図2の(B-2)に示すようにセグメント電極にもコモン電極への矩形波と同様の矩形波の電圧が印加される。
 したがって、セグメント電極とコモン電極間の画素領域に位置するポリマーネットワーク型液晶層に印加される電圧は、図2の(B-3)に示すようにGNDレベルでフラットな波形となり、結果として両電極間には電界が生じず、上述したようにポリマーネットワーク型液晶層は不透明となる。
 図3を用いて上記セグメント電極13をオンする場合の具体的な消費電流について説明する。図3の(A)はコモン電極に印加される電圧波形、図3の(B)はセグメント電極に印加される電圧波形であり、図3の(C)は一対のコモン電極、セグメント電極における電荷の移動を示す図である。
 同図の(C)に示すように、一周期「1/f[sec]」の当初のタイミングt12から微小時間Δt分遡ったタイミングt11以前においては、コモン電極の電位がGND、セグメント電極の電位がVopとなっており、図3の(C-1)に示すようにコモン側の電荷が-Q、セグメント側の電荷が+Qとなっている。
 タイミングt11からt12に至る間の微小時間Δtにおいて、コモン電極とセグメント電極の電位が共にGNDとなり、図3の(C-2)に示すように電位差がなくなるために両電極の電荷が中和されて「0」となる。
 さらにタイミングt12以後、セグメント電極の変化に遅れてコモン電極に電圧Vopが印加されると、図3の(C-3)に示すようにコモン電極の電位がVop、セグメント電極の電位はGNDであるため、コモン側の電荷が+Q、セグメント側の電荷が-Qとなる。 
 このとき、電源と液晶の画素電極間で電荷が0から+QまでQ分、移動する。
 さらにタイミングt13からt14に至る間の微小時間Δtにおいて、今度はコモン電極とセグメント電極の電位が共にVopとなると、図3の(C-4)に示すように再び電位差がなくなるために両電極の電荷が中和されて「0」となる。
 さらにタイミングt14以後、セグメント電極の変化に遅れてコモン電極がGNDとなると、図3の(C-5)に示すようにセグメント電極の電位がVop、コモン電極の電位はGNDであるため、セグメント側の電荷が+Q、コモン側の電荷が-Qとなる。 
 このとき、電源と液晶の画素電極間で電荷が0から+QまでQ分、移動する。
 このように、タイミングt11からt15に渡る周期1/fの間、2回に渡って電荷が0から+QまでQ分、電源から液晶の画素電極間で移動する。
 そのため、 消費電流I=d(2Q)/dt     …(4) 
となり、コモン/セグメント間の容量をCとすると、 
Q=C*Vop            …(5) 
であるから、上記式(11)及び式(12)から、 
I=2f*C*Vop         …(6) 
となる。この式(6)における消費電流Iは、上記式(3)で示した電流Iの1/2となる。
 なお上記微小時間Δtは、コモン電極とセグメント電極間の静電容量Cに応じた充放電時間よりは長い値に設定されるもので、上記両電極が同電位となった場合に、両電極の電荷が移動して確実に中和する時間として与えられる。
 また上記実施形態では、上記位相ずらし回路24により、コモン電極に印加する電圧の変化に比して、セグメント電極に印加する電圧の変化の位相を上記微小時間Δt分だけ前にずらすものとして説明したが、後ろにずらすものとしても良い。その場合、上記位相ずらし回路24は、入力信号を微小時間Δt分だけ遅延する遅延回路で構成される。
 [液晶駆動装置の効果] 
 以上詳述した如く本実施形態によれば、容量に制限のある電源を有効に活用するべく、液晶の駆動に要する消費電力を大幅に低減させることが可能となる。
 本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々に変形することが可能である。また、上述した実施形態で実行される機能は可能な限り適宜組み合わせて実施しても良い。上述した実施形態には種々の段階が含まれており、開示される複数の構成要件による適宜の組み合せにより種々の発明が抽出され得る。例えば、実施形態に示される全構成要件からいくつかの構成要件が削除されても、効果が得られるのであれば、この構成要件が削除された構成が発明として抽出され得る。

Claims (4)

  1.  第1及び第2の基板と、
     上記第1の基板の上記第2の基板側に設けられた第1の対向電極と、
     上記第2の基板の上記第1の基板側に設けられた第2の対向電極と、
     上記第1及び第2の基板間に封入された高分子ネットワーク型液晶層と、
     上記第1及び第2の対向電極間をオン駆動する際に、第1の対向電極を駆動する矩形波電圧に対し、上記第2の対向電極を駆動する矩形波電圧を逆位相とし、且つ微小時間Δtだけ前または後にずらして印加する駆動回路と
    を備える液晶駆動装置。
  2.  上記駆動回路は、上記微小時間Δtの期間に上記第1及び第2の対向電極間で電荷の中和を行なってから両電極間に電圧を印加する、請求項1記載の液晶駆動装置。
  3.  上記微小時間Δtは、上記第1及び第2の対向電極間の静電容量による充放電時間より長い時間である、請求項1記載の液晶駆動装置。
  4.  第1及び第2の基板と、上記第1の基板の上記第2の基板側に設けられた第1の対向電極と、上記第2の基板の上記第1の基板側に設けられた第2の対向電極と、上記第1及び第2の基板間に封入された高分子ネットワーク型液晶層とを備えた装置での液晶駆動方法であって、
     上記第1及び第2の対向電極間をオン駆動する際に、第1の対向電極を駆動する矩形波電圧に対し、上記第2の対向電極を駆動する矩形波電圧を逆位相とし、且つ微小時間Δtだけ前または後にずらして印加する
     ことを含む液晶駆動方法。
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