JPH0769537B2 - 異方性補償ねじれネマチック液晶表示装置 - Google Patents
異方性補償ねじれネマチック液晶表示装置Info
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- JPH0769537B2 JPH0769537B2 JP63165071A JP16507188A JPH0769537B2 JP H0769537 B2 JPH0769537 B2 JP H0769537B2 JP 63165071 A JP63165071 A JP 63165071A JP 16507188 A JP16507188 A JP 16507188A JP H0769537 B2 JPH0769537 B2 JP H0769537B2
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- G02F1/133—Constructional arrangements; Operation of liquid crystal cells; Circuit arrangements
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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，液晶表示装置に関し，特に液晶層の異方性補
償を行ったねじれネマチック液晶表示装置に関する。
償を行ったねじれネマチック液晶表示装置に関する。
［従来の技術］ ねじれネマチック液晶表示装置は鮮明な表示のできる液
晶表示装置として各種の利用、開発が進められている。
薄膜トランジスタを組み込んだねじれネマチック液晶表
示装置（TFT−TNLCD）を例として、第６図（Ａ），
（Ｂ）を参照して説明する。
晶表示装置として各種の利用、開発が進められている。
薄膜トランジスタを組み込んだねじれネマチック液晶表
示装置（TFT−TNLCD）を例として、第６図（Ａ），
（Ｂ）を参照して説明する。
第６図中（Ａ）は平面図，（Ｂ）は断面図である。薄膜
トランジスタねじれネマチック液晶装置（TFT−TNLCD）
は，第６図（Ｂ）のように、２枚の偏光板1,6の間に液
晶セルが挟まれた構造を有している。液晶セルは、基板
２と基板４の間にねじれ配向されたネマチック液晶３が
封入された構造を持つ。第６図（Ａ）に示すように、一
方の基板２上にはTFT8と表示電極９が形成されている。
他方の基板４には対向共通電極が形成されている。
トランジスタねじれネマチック液晶装置（TFT−TNLCD）
は，第６図（Ｂ）のように、２枚の偏光板1,6の間に液
晶セルが挟まれた構造を有している。液晶セルは、基板
２と基板４の間にねじれ配向されたネマチック液晶３が
封入された構造を持つ。第６図（Ａ）に示すように、一
方の基板２上にはTFT8と表示電極９が形成されている。
他方の基板４には対向共通電極が形成されている。
このTFT−TNLCDの電界印加時であるON時と無電界時であ
るOFF時の画素の状態を第７図（Ａ）、（Ｂ）に示す。
第７図中（Ａ）がOFF時、（Ｂ）がON時を表す。
るOFF時の画素の状態を第７図（Ａ）、（Ｂ）に示す。
第７図中（Ａ）がOFF時、（Ｂ）がON時を表す。
第７図（Ａ）、（Ｂ）に示す液晶表示方式はポジ型（電
圧印加時に暗くなる）ねじれネマチック（TN）方式であ
り、２枚の偏光板１、６の偏光軸P1、P2は直交してい
る。基板２、４上には偏光軸P1、P2と平行な向きに配向
構造が設けられている。第７図（Ａ）のOFF時には、画
素の液晶層３は基板表面に設けられた配向構造に従い基
板に平行な面内で液晶分子の長軸が基板２側の縦方向か
ら基板４側の横方向まで徐々に90度ねじられたねじれ構
造である。入射光が偏光板１で縦方向の直線偏光とな
り、そのまま基板２側から液晶層３に入り、液晶層３中
で液晶分子の配向方向に従って施光され基板４側では横
方向の直線偏光となって偏光板（検光器）５に入射す
る。偏光軸P2が横（水平）方向である偏光板５はこの光
を透過させるため、画素は明状態である。一方、第７図
（Ｂ）のON時には、液晶分子10が電界方向に揃うために
縦方向に偏光された入射光は液晶層３中で施光されず横
方向の偏光板（検光子）６で阻止されるため、画素を液
晶表示装置の法線方向から観察した場合暗状態となる。
圧印加時に暗くなる）ねじれネマチック（TN）方式であ
り、２枚の偏光板１、６の偏光軸P1、P2は直交してい
る。基板２、４上には偏光軸P1、P2と平行な向きに配向
構造が設けられている。第７図（Ａ）のOFF時には、画
素の液晶層３は基板表面に設けられた配向構造に従い基
板に平行な面内で液晶分子の長軸が基板２側の縦方向か
ら基板４側の横方向まで徐々に90度ねじられたねじれ構
造である。入射光が偏光板１で縦方向の直線偏光とな
り、そのまま基板２側から液晶層３に入り、液晶層３中
で液晶分子の配向方向に従って施光され基板４側では横
方向の直線偏光となって偏光板（検光器）５に入射す
る。偏光軸P2が横（水平）方向である偏光板５はこの光
を透過させるため、画素は明状態である。一方、第７図
（Ｂ）のON時には、液晶分子10が電界方向に揃うために
縦方向に偏光された入射光は液晶層３中で施光されず横
方向の偏光板（検光子）６で阻止されるため、画素を液
晶表示装置の法線方向から観察した場合暗状態となる。
［発明が解決しようとする課題］ ON時の画素を法線方向から見た場合には、ほぼ完全な暗
状態が得られるが、法線からずれた方向から入射する光
に対しては、完全な暗状態が得られない。
状態が得られるが、法線からずれた方向から入射する光
に対しては、完全な暗状態が得られない。
このために、視認角度がごく狭くなってしまう。
一般に液晶表示装置、特に透過型液晶表示装置の表示品
位に最も大きな影響を及ぼす因子はコントラストであ
る。コントラストを高くするためには暗状態の光洩れを
できるだけ小さくすることが必要である。従って、上記
のように法線からずれた方向で十分な暗状態が得られな
いと表示品位を著しく低下されてしまうことになる。
位に最も大きな影響を及ぼす因子はコントラストであ
る。コントラストを高くするためには暗状態の光洩れを
できるだけ小さくすることが必要である。従って、上記
のように法線からずれた方向で十分な暗状態が得られな
いと表示品位を著しく低下されてしまうことになる。
本発明の目的は、視認角度の広いねじれネマチック液晶
表示装置を提供することである。
表示装置を提供することである。
［課題解決のために行った検討］ 上述の視認角度が狭い現象の理由を第８図を用いて解析
する。印加電圧が十分に高ければ、液晶分子は電界方向
に向きを揃え、液晶層３は第８図に示す屈折率楕円体の
ように水平方向の屈折率がそれと直交する方向の屈折率
より大きい一軸性であると考えられる。
する。印加電圧が十分に高ければ、液晶分子は電界方向
に向きを揃え、液晶層３は第８図に示す屈折率楕円体の
ように水平方向の屈折率がそれと直交する方向の屈折率
より大きい一軸性であると考えられる。
第８図において、 ne＝n‖ no＝n⊥ ne＞no ただし、n‖、n⊥はそれぞれ液晶分子の長軸方向及び短
軸方向の屈折率である。
軸方向の屈折率である。
ここで、理想的な偏光板が使用されているとすれば、観
察される光強度（出射光強度）Ｉは、近似的には、 ただし、 （ΔＲはリターデーションと呼ばれる量、λは波長、ｄ
は液晶層の厚さ、I0は入射光強度、θ、φは第７図
（Ｂ）に示す角度） と表される。
察される光強度（出射光強度）Ｉは、近似的には、 ただし、 （ΔＲはリターデーションと呼ばれる量、λは波長、ｄ
は液晶層の厚さ、I0は入射光強度、θ、φは第７図
（Ｂ）に示す角度） と表される。
（１）式より、ΔＲに対応して光が洩れてくることがわ
かる。
かる。
たとえば、メルク社製の液晶材料ZLI−1701はn‖＝1.
6、n⊥＝1.5である。例として、φ＝45°、n‖＝1.6、n
⊥＝1.5、ｄ＝10μｍ、λ＝550nmの場合を考える。
6、n⊥＝1.5である。例として、φ＝45°、n‖＝1.6、n
⊥＝1.5、ｄ＝10μｍ、λ＝550nmの場合を考える。
θ＝０°（法線と一致）であれば（１）式においてΔＲ
＝０となるから Ｉ（θ＝０）＝０である。
＝０となるから Ｉ（θ＝０）＝０である。
しかし、θ＝30°の場合は、それぞれの値を（１）式に
代入すると、 Ｉ（θ＝30°）＝0.5Io となる。
代入すると、 Ｉ（θ＝30°）＝0.5Io となる。
このようにして求まる観察方向（θ）と出射光（洩れ
光）強度は関係を第９図に示す。第９図において、横軸
は入射角度θ、縦軸は出射光量Ｉを表す。出射光量Ｉは
入射角度θが数度付近から立上がり、15度位から増加
し、約30度周辺に0.5Ioのピークを形成して再び下が
り、約40度以上で再び小さな値となる。
光）強度は関係を第９図に示す。第９図において、横軸
は入射角度θ、縦軸は出射光量Ｉを表す。出射光量Ｉは
入射角度θが数度付近から立上がり、15度位から増加
し、約30度周辺に0.5Ioのピークを形成して再び下が
り、約40度以上で再び小さな値となる。
［課題を解決するための手段］ ねじれネマチック液晶層を含む液晶セルと１対の偏光器
のうちの少なくとも１方との間に、少なくとも２枚の一
軸性フィルム等の異方性フィルムを配置し、各一軸性フ
ィルムの光軸を基板に平行な面内で90度の角度をなす方
向に配置して全体として基板に垂直な方向に負の光学異
方性を形成し、電極間に電圧が印加されねじれネマチッ
ク液晶が電界下で電界方向を軸とする正の光学異方性を
持った時、その光学異方性を補償する手段を挿入する。
のうちの少なくとも１方との間に、少なくとも２枚の一
軸性フィルム等の異方性フィルムを配置し、各一軸性フ
ィルムの光軸を基板に平行な面内で90度の角度をなす方
向に配置して全体として基板に垂直な方向に負の光学異
方性を形成し、電極間に電圧が印加されねじれネマチッ
ク液晶が電界下で電界方向を軸とする正の光学異方性を
持った時、その光学異方性を補償する手段を挿入する。
［作用］ 電界印加時に液晶層が基板に垂直な方向を向いた１軸性
光学媒体となって正の光学異方性を持った時、液晶セル
の光学異方性を異方性補償手段の光学異方性が補償する
ことにより有限な入射角方向での洩れ光を減じることが
できる。
光学媒体となって正の光学異方性を持った時、液晶セル
の光学異方性を異方性補償手段の光学異方性が補償する
ことにより有限な入射角方向での洩れ光を減じることが
できる。
［実施例］ 本発明の実施例による液晶表示装置の構成を第１図
（Ａ）及び（Ｂ）に示す。
（Ａ）及び（Ｂ）に示す。
ここで偏光板（偏光器）11,16と基板12,14及び液晶層13
は、第６図（Ａ），（Ｂ）に示す従来のものと同様の構
成である。第１図（Ａ）に示すように偏光板16と基板14
との間（あるいは第１図（Ｂ）に示すように偏光板11と
基板12との間）に各々が光学異方性を持つ２枚以上の一
軸性フィルムからなる異方性補償手段15が挿入されてい
る。なお、第１図（Ａ）、（Ｂ）を組み合わせた構成で
もよい。
は、第６図（Ａ），（Ｂ）に示す従来のものと同様の構
成である。第１図（Ａ）に示すように偏光板16と基板14
との間（あるいは第１図（Ｂ）に示すように偏光板11と
基板12との間）に各々が光学異方性を持つ２枚以上の一
軸性フィルムからなる異方性補償手段15が挿入されてい
る。なお、第１図（Ａ）、（Ｂ）を組み合わせた構成で
もよい。
無電界時のOFF時および電界印加時のON時の表示画素の
状態を第２図（Ａ）と（Ｂ）に示す。液晶分子の状態は
従来のねじれネマチック構成の場合と同様、OFF時には
基板に平行な面内で液晶分子の長軸方向が90°ねじれた
ねじれ配置、ON時には液晶分子の長軸方向が基板に垂直
となる垂直配置となる。オフ時には液晶セルは明状態で
あり、オン時には暗状態となる。
状態を第２図（Ａ）と（Ｂ）に示す。液晶分子の状態は
従来のねじれネマチック構成の場合と同様、OFF時には
基板に平行な面内で液晶分子の長軸方向が90°ねじれた
ねじれ配置、ON時には液晶分子の長軸方向が基板に垂直
となる垂直配置となる。オフ時には液晶セルは明状態で
あり、オン時には暗状態となる。
異方性補償手段15は、たとえば第３図（Ａ）に示すよう
な２枚の光学異方性を持つ一軸フィルム15a、15bを、基
板に平行な面内で第３図（Ｂ）に示すように液晶表示装
置の光軸の周囲に相対的に90度回転して第３図（Ｃ）に
示すように重ね合せて配置したものである。ここで15
a、15bが同一特性のフィルムであるとし、屈折率を第３
図（Ｂ）に示すようにすると、２枚の一軸性フィルムが
合せられた積層フィルムの形態の異方性補償手段15の実
効的な屈折率は、第３図（Ｄ）に示すように、 となる。
な２枚の光学異方性を持つ一軸フィルム15a、15bを、基
板に平行な面内で第３図（Ｂ）に示すように液晶表示装
置の光軸の周囲に相対的に90度回転して第３図（Ｃ）に
示すように重ね合せて配置したものである。ここで15
a、15bが同一特性のフィルムであるとし、屈折率を第３
図（Ｂ）に示すようにすると、２枚の一軸性フィルムが
合せられた積層フィルムの形態の異方性補償手段15の実
効的な屈折率は、第３図（Ｄ）に示すように、 となる。
従って、第３図（Ｄ）に示すように異方性補償手段15は
光軸に平行な一軸性であり n1′＝n2′＞n3′ なる関係が成立する。すなわち光学的に負の屈折率楕円
体（負の光学異方性）を有する。
光軸に平行な一軸性であり n1′＝n2′＞n3′ なる関係が成立する。すなわち光学的に負の屈折率楕円
体（負の光学異方性）を有する。
なお、第３図（Ｄ）に示す光学的に負の１軸性屈折率楕
円体は２軸性フィルムを２枚合せることによってもでき
ることは当業者に自明であろう。
円体は２軸性フィルムを２枚合せることによってもでき
ることは当業者に自明であろう。
ON時の表示画素の光学系を第４図に示す。図中、光軸上
を左から右へ偏光子（偏光器）11、液晶層13、異方性補
償手段15、検光子（偏光器）16が配置されている。
を左から右へ偏光子（偏光器）11、液晶層13、異方性補
償手段15、検光子（偏光器）16が配置されている。
ここで ne＝n‖（液晶分子の長軸方向の屈折率） no＝n⊥（液晶分子の短軸方向の屈折率） ｄ ：液晶層厚 ｄ′：異方性補償手段の２枚のフィルムの厚さの和 とすれば、基板に平行な面内で垂直から45度傾いた方向
で、法線（光軸）からθ傾いた方向から入射する光の出
射光強度Ｉ′は近似的には、 ただし、 と表される。
で、法線（光軸）からθ傾いた方向から入射する光の出
射光強度Ｉ′は近似的には、 ただし、 と表される。
（２）式において、ΔＲ＋ΔＲ′＝０となるように、異
方性補償手段の特性を設定すれば、Ｉ′＝０となる。
方性補償手段の特性を設定すれば、Ｉ′＝０となる。
この条件下ではON時の洩れ光はどの視認方向からでも零
になる。したがって広い視認角度で高いコントラストの
得られる表示となる。
になる。したがって広い視認角度で高いコントラストの
得られる表示となる。
（２）式においてＩ′を小さくする条件は近似的には （ne−no）ｄ＋（n3′−n1′）ｄ′＝０ すなわち （ne−no）ｄ＋（n2−n1）ｄ″＝０…（３） ここでｄ″（＝ｄ′/2）は15aないし15bの厚さ、 とすればよい。
例えば、液晶材料としてメルク社製ZLI−1701を使用す
ると、 ne（＝n‖）＝1.6、no（＝n⊥）＝1.5 である。液晶層の厚さ（セル厚）がｄ＝10μｍである
時，異方性補償手段を構成する一軸性フィルムがn1＝1.
65、n2＝1.64であれば、（３）式より ｄ″＝（1.6−1.5）×10/（1.65−1.64）＝100μｍ とすれば良い。
ると、 ne（＝n‖）＝1.6、no（＝n⊥）＝1.5 である。液晶層の厚さ（セル厚）がｄ＝10μｍである
時，異方性補償手段を構成する一軸性フィルムがn1＝1.
65、n2＝1.64であれば、（３）式より ｄ″＝（1.6−1.5）×10/（1.65−1.64）＝100μｍ とすれば良い。
このような一軸性フィルムには、たとえば、適当に一軸
延伸されたポリエーテルサルフォンフィルムがある。こ
のほかにも、ポリエチレンテレフタレート、ポリエーテ
ルイミド、ポリエーテル・エーテル・ケトン等の透過率
の高いプラスチックフィルムにて同様の特性を持つ異方
性補償手段を構成することができる。
延伸されたポリエーテルサルフォンフィルムがある。こ
のほかにも、ポリエチレンテレフタレート、ポリエーテ
ルイミド、ポリエーテル・エーテル・ケトン等の透過率
の高いプラスチックフィルムにて同様の特性を持つ異方
性補償手段を構成することができる。
この時の視認方向と洩れ光Ｉ′との関係を第５図に示
す。横軸に入射角度θ、縦軸に出射光強度Ｉを表す。出
射光（洩れ光）の強度が小さいため、第９図と比較して
縦軸を10倍に拡大して示す。入射角約15度からわずかに
出射光強度Ｉが増加するが約35−40度ののピーク付近で
もたかだか0.005Io程度でしかない。ピーク値で約0.5Io
であった第９図に比べて大きく改善されていることがわ
かる。
す。横軸に入射角度θ、縦軸に出射光強度Ｉを表す。出
射光（洩れ光）の強度が小さいため、第９図と比較して
縦軸を10倍に拡大して示す。入射角約15度からわずかに
出射光強度Ｉが増加するが約35−40度ののピーク付近で
もたかだか0.005Io程度でしかない。ピーク値で約0.5Io
であった第９図に比べて大きく改善されていることがわ
かる。
［発明の効果］ 広い視認角度をもつねじれネマチック液晶表示装置が得
られる。
られる。
第１図（Ａ）、（Ｂ）は本発明の実施例による液晶表示
装置の２配置例を示す断面図である。 第２図（Ａ）、（Ｂ）は第１図（Ａ）の液晶表示装置の
動作を説明するための概略斜視図であり、（Ａ）はOFF
時、（Ｂ）はON時を表す。 第３図（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）は第１図
（Ａ）、（Ｂ）の異方性補償手段を説明するための図で
あり、（Ａ）は部品図、（Ｂ）は屈折率の分布を示す
図、（Ｃ）は組立図、（Ｄ）は（Ｃ）における合成屈折
率楕円体の斜視図である。 第４図は第２図（Ｂ）のON時の動作を説明する概略斜視
図であり、液晶層と異方性補償手段とを屈折楕円体で示
す。 第５図は第４図の光学系による入射角度θ対出射光強度
のグラフである。 第６図（Ａ）、（Ｂ）は従来技術による液晶表示装置を
示し、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は断面図である。 第７図（Ａ）、（Ｂ）はねじれネマチック液晶表示装置
の動作を説明する概略斜視図であり、（Ａ）はOFF時、
（Ｂ）はON時を表す。 第８図は第７図（Ｂ）のON時の動作を説明するための概
略斜視図であり、液晶層を屈折率楕円体で示す。 第９図は第７図（Ｂ），第８図に示すON時の入射角度に
対する洩れ光のグラフである。 符号の説明 １、６……偏光板、２、４……基板、３……液晶層、no
……常光線に対する屈折率、ne……異常光線に対する屈
折率、P1、P2……偏光軸、11、16……偏光板（偏光
器）、12、14……基板、13……液晶層、15……異方性補
償手段、n1、n2……１軸性フィルムの屈折率、n1′、
n2′、n3′……異方性補償手段の合成屈折率
装置の２配置例を示す断面図である。 第２図（Ａ）、（Ｂ）は第１図（Ａ）の液晶表示装置の
動作を説明するための概略斜視図であり、（Ａ）はOFF
時、（Ｂ）はON時を表す。 第３図（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）は第１図
（Ａ）、（Ｂ）の異方性補償手段を説明するための図で
あり、（Ａ）は部品図、（Ｂ）は屈折率の分布を示す
図、（Ｃ）は組立図、（Ｄ）は（Ｃ）における合成屈折
率楕円体の斜視図である。 第４図は第２図（Ｂ）のON時の動作を説明する概略斜視
図であり、液晶層と異方性補償手段とを屈折楕円体で示
す。 第５図は第４図の光学系による入射角度θ対出射光強度
のグラフである。 第６図（Ａ）、（Ｂ）は従来技術による液晶表示装置を
示し、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は断面図である。 第７図（Ａ）、（Ｂ）はねじれネマチック液晶表示装置
の動作を説明する概略斜視図であり、（Ａ）はOFF時、
（Ｂ）はON時を表す。 第８図は第７図（Ｂ）のON時の動作を説明するための概
略斜視図であり、液晶層を屈折率楕円体で示す。 第９図は第７図（Ｂ），第８図に示すON時の入射角度に
対する洩れ光のグラフである。 符号の説明 １、６……偏光板、２、４……基板、３……液晶層、no
……常光線に対する屈折率、ne……異常光線に対する屈
折率、P1、P2……偏光軸、11、16……偏光板（偏光
器）、12、14……基板、13……液晶層、15……異方性補
償手段、n1、n2……１軸性フィルムの屈折率、n1′、
n2′、n3′……異方性補償手段の合成屈折率
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭61−189520（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−203124（ＪＰ，Ａ)
Claims (1)
- 【請求項１】電極を備え、かつ直交若しくはほ直交した
配向方向を有する一対の平行基板間に正の誘電異方性を
有するネマチック液晶層を挾み、電極間に電圧を印加し
ない状態では液晶分子が基板の配向方向に従い一方の基
板から他方の基板に向かって基板に平行な面内で徐々
に、かつ全体として80〜100度ねじれて配向し、電極間
に電圧を印加した状態では液晶分子の長軸方向が基板に
垂直な方向に近づくねじれネマチック液晶セルと、 ねじれネマチック液晶セルを挾み、各基板の配向方向と
平行若しくは直交する偏光軸方向を有する一対の直交偏
光器と、 液晶セルと少なくとも１つの偏光器との間に配置され、
屈折率の異方性を持ち、光軸が基板に平行な面内で互い
に90度の角度をなす方向に配置された少なくとも２枚の
異方性フィルムを有し、全体として面内方向で実質的な
光学異方性を有さず、かつ基板に垂直な方向に負の光学
異方性を形成し、電極間に電圧が印加されねじれネマチ
ック液晶が電界下で電界方向を軸とする正の光学異方性
を持った時、その光学異方性を補償する手段 を有するねじれネマチック液晶表示装置。
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|---|---|---|---|
| JP63165071A JPH0769537B2 (ja) | 1988-07-04 | 1988-07-04 | 異方性補償ねじれネマチック液晶表示装置 |
| EP19890111830 EP0349900A3 (en) | 1988-07-04 | 1989-06-29 | Twisted nematic liquid crystal display device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63165071A JPH0769537B2 (ja) | 1988-07-04 | 1988-07-04 | 異方性補償ねじれネマチック液晶表示装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0215237A JPH0215237A (ja) | 1990-01-18 |
| JPH0769537B2 true JPH0769537B2 (ja) | 1995-07-31 |
Family
ID=15805318
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63165071A Expired - Lifetime JPH0769537B2 (ja) | 1988-07-04 | 1988-07-04 | 異方性補償ねじれネマチック液晶表示装置 |
Country Status (2)
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| JP (1) | JPH0769537B2 (ja) |
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-
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-
1989
- 1989-06-29 EP EP19890111830 patent/EP0349900A3/en not_active Withdrawn
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0215237A (ja) | 1990-01-18 |
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