JP2007156343A - 液晶表示装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】中間調表示及び白表示をした場合の視野角特性を改善し、広い視野角と良好な表示品位を有する液晶表示装置を提供することを目的とする。
【解決手段】画素電極PEを含むアレイ基板101と、画素電極PEに対向する対向電極CEを含む対向基板102と、アレイ基板101および対向基板102間に挟持され、画素電極PEおよび対向電極CE間の画素領域PXにおいて画素電極PEおよび対向電極CEから印加される駆動電圧に応じた液晶分子配列に設定される液晶材料を含む液晶層190と、駆動電圧の印加に伴って画素領域PXに生じる電界を傾けるように対向電極CE上に設けられる複数の突起構造体154とを備え、複数の突起構造体154の高さ、および画素電極PEの端部から複数の突起構造体154までの距離の少なくとも一方が互いに異なる液晶表示装置。
【選択図】 図3
【解決手段】画素電極PEを含むアレイ基板101と、画素電極PEに対向する対向電極CEを含む対向基板102と、アレイ基板101および対向基板102間に挟持され、画素電極PEおよび対向電極CE間の画素領域PXにおいて画素電極PEおよび対向電極CEから印加される駆動電圧に応じた液晶分子配列に設定される液晶材料を含む液晶層190と、駆動電圧の印加に伴って画素領域PXに生じる電界を傾けるように対向電極CE上に設けられる複数の突起構造体154とを備え、複数の突起構造体154の高さ、および画素電極PEの端部から複数の突起構造体154までの距離の少なくとも一方が互いに異なる液晶表示装置。
【選択図】 図3
Description
本発明は、マルチドメイン型VANモードに関するもので、特に薄膜トランジスタ(TFT:Thin Film Transistor)などの能動素子により駆動される高精細型液晶表示装置の表示特性を向上させるものである。
液晶表示装置は、薄型、軽量、低消費電力である等の様々な特徴を有しており、OA機器、情報端末、時計、およびテレビ等の様々な用途に応用されている。特に、薄膜トランジスタ(以下、TFTという)を有する液晶表示装置は、その高い応答性から、テレビやコンピュータなどのように多量の情報を表示するモニタとして用いられている。
近年、情報量の増加に伴い、画像の高精細化や表示速度の高速化に対する要求が高まっている。これら要求のうち画像の高精細化は、例えば、上述したTFTを含むアレイ構造を微細化することによって実現されている。
一方、表示速度の高速化に関しては、従来の表示モードの代わりに、ネマチック液晶を用いたOCBモード、VAN(Vertical Aligned Nematic)モード、HANモード、およびπ配列モードや、スメクチック液晶を用いた界面安定型強誘電性液晶モードおよび反強誘電性液晶モードを採用することが検討されている。
これら表示モードのうち、VANモードでは、従来のTN(Twisted Nematic)モードよりも速い応答速度を得ることができ、しかも、垂直配向のため静電気破壊などの不良を発生させるラビング処理が不要である。なかでも、マルチドメイン型VANモード(以下、MVAモードという)は、視野角の補償設計が比較的容易なことから特に注目を集めている。
従来、MVAモードの半透過反射型の液晶表示装置において、液晶分子の倒れる方向を好適に制御することが可能な液晶表示装置が提案されている(特許文献1参照)。
特開2005−115143号公報
しかしながら、前述した従来の液晶表示装置では、中間調や白表示の視野角特性において未だ課題が残されている。そのひとつが、白抜け、或いは白浮きと呼ばれるものである。これは、パネルを斜め方向から見た場合、表示が全体に白茶けた印象となる不具合であり、パネル正面と斜め方向で階調特性が異なることに由来する。
本発明は、上記のような問題点に鑑みなされたものであって、中間調表示及び白表示をした場合の視野角特性を改善し、広い視野角と良好な表示品位を有する液晶表示装置を提供することを目的とする。
本発明の第1態様による液晶表示装置は、画素電極を含む第1電極基板と、前記画素電極に対向する対向電極を含む第2電極基板と、前記第1および第2電極基板間に挟持され、前記画素電極および対向電極間の画素領域において前記画素電極および前記対向電極から印加される駆動電圧に応じた液晶分子配列に設定される液晶材料を含む液晶層と、前記駆動電圧の印加に伴って前記画素領域に生じる電界を傾けるように前記対向電極上に設けられる複数の突起構造体とを備え、前記複数の突起構造体の高さ、および前記画素電極の端部から前記複数の突起構造体までの距離の少なくとも一方が互いに異なる。
本発明の第2態様による液晶表示装置は、略マトリクス状に配置された複数の画素電極を含む第1電極基板と、前記複数の電極基板に対向する対向電極を含む第2電極基板と、前記第1および第2電極基板間に挟持され、各画素電極および対向電極間の画素領域においてこれら画素電極および対向電極から印加される駆動電圧に応じた液晶分子配列に設定される液晶材料を含む液晶層と、複数の画素電極間の間隙からなる電極欠落部と、前記駆動電圧の印加に伴って前記画素領域に生じる電界を前記電極欠落部と協力して傾けるように前記対向電極上に設けられる複数の突起構造体とを備え、前記複数の突起構造体の高さ、および前記電極欠落部から前記複数の突起構造体までの距離の少なくとも一方が互いに異なる液晶表示装置。
本発明によれば、中間調表示及び白表示をした場合の視野角特性を改善し、広い視野角と良好な表示品位を有する液晶表示装置を提供することができる。
以下、本発明の一実施形態に係る液晶表示装置について図面を参照して説明する。図1に示すように、本実施形態に係る液晶表示装置は、例えばアクティブマトリクス型の液晶表示パネル100を有している。
液晶表示パネル100は、本実施形態に係る液晶表示装置のアレイ画素回路図である図2に示すように、画素電極PEを含むアレイ基板101と、画素電極PEに対向する対向電極CEを含む対向基板102と、アレイ基板101および対向基板102間に挟持された液晶層190とを備えている。液晶層190は、画素電極PEおよび対向電極CE間の画素領域PXにおいて、画素電極PEおよび対向電極CEから印加される駆動電圧に応じた液晶分子配列に設定される液晶材料を含んでいる。
また、液晶表示パネル100は、複数の画素電極PE間の間隙からなる電極欠落部EAと、記駆動電圧の印加に伴って画素領域PXに生じる電界を電極欠落部EAと協力して傾けるように対向電極CE上に設けられる複数の突起構造体154とを備えている。(アレイTFT部の断面図である図3を参照。)
このような液晶表示パネル100において、画像を表示する表示領域103は、アレイ基板101と対向基板102とを貼り合わせる外縁シール部材106によって囲まれた領域内に形成されている。また外縁の一部には、液晶層190となる液晶組成物を注入するための注入口が形成されており、封止部材(図示せず)により閉じられている。
このような液晶表示パネル100において、画像を表示する表示領域103は、アレイ基板101と対向基板102とを貼り合わせる外縁シール部材106によって囲まれた領域内に形成されている。また外縁の一部には、液晶層190となる液晶組成物を注入するための注入口が形成されており、封止部材(図示せず)により閉じられている。
また、表示領域103の外周に沿って配置された周辺領域104は、走査線駆動回路118、及び信号線駆動回路119を有している。
図2に示すように、アレイ基板101は、マトリクス状に配置されたm×n個の画素電極PE、これら画素電極PEの行方向に沿って形成されたm本の走査線Y1〜Ym、これら画素電極PEの列方向に沿って形成されたn本の信号線X1〜Xn、m×n個の画素電極PEに対応して走査線Y1〜Ymおよび信号線X1〜Xnの交差位置近傍にスイッチング素子として配置されたm×n個の画素TFT121を有している。
さらに図3に示すように、アレイ基板101は、補助容量を形成するために、補助容量電極161と補助容量線152とを有している。補助容量電極161は、ゲート絶縁膜162を介して対向配置された画素電極PEと同電位である。補助容量線152は、所定の電位に設定されている。
信号線Xは層間絶縁膜176を介して、走査線Yおよび補助容量線152に対して略直交するように配置されている。補助容量線152は、走査線Yと同一層に同一の材料によって形成されているとともに、走査線Yに対して略平行に形成されている。補助容量線152は、ゲート絶縁膜162を介して補助容量電極161に対向配置されている。
この補助容量電極161は、不純物ドープされたポリシリコン膜によって形成されている。信号線X、走査線Y、及び補助容量線152等の配線部は、アルミニウムや、モリブデン−夕ングステンなどの低抵抗材料によって形成されている。本実施形態では、走査線Y及び補助容量線152は、モリブデン−タングステンによって形成され、信号線Xは、主にアルミニウムによって形成されている。
また、画素TFT121は、補助容量電極161と同層のポリシリコン膜によって形成された半導体層112を有している。この半導体層112は、ガラス基板上に配置されたアンダーコーティング層(図示せず)上に配置され、チャネル領域112Cの両側にそれぞれ不純物をドープすることによって形成されたドレイン領域112D及びソース領域112Sを有している。
この画素TFT121は、ゲート絶縁膜162を介して半導体層112に対向して配置された走査線Yと一体のゲート電極163を備えている画素TFT121のドレイン電極188は、信号線Xと一体に形成され、ゲート絶縁膜162及び層間絶縁膜176を貫通するコンタクトホール177を介して半導体層112のドレイン領域112Dに電気的に接続されることによって形成されている。
画素TFT121のソース電極189は、ゲート絶縁膜162及び層間絶縁膜176を貫通するコンタクトホールを介して半導体層112のソース領域112Sに電気的に接続されることによって形成されている。さらにアレイ基板101の層間絶縁膜176上には、透明樹脂層123が設けられ、透明樹脂層123上には、画素電極PEが設けられている。
画素電極PEは、スルーホール126を介して画素TFT121のソース電極189に電気的に接続されている補助容量電極161は、ゲート絶縁膜162及び層間絶縁膜176を貫通するコンタクトホール179を介して信号線Xと同一材料によって形成されたコンタクト電極180に電気的に接続されている。これにより、画素TFT121のソース電極189、画素電極PE、及び補助容量電極161は、同電位となる。
対向基板102は、ガラス基板などの透明な絶縁性基板111上に形成されたカラーフィルター層124(R、G、B)、対向電極CE、及び液晶分子190Aの配向制御用の突起構造体154を有している。
上述のアレイ基板101と対向基板102は基板間に液晶層190を挟持した状態で、柱状スペーサ131により所定のギャップを保って対向配置されている。
また、アレイ基板101と対向基板102の主面上には配向膜113が塗布されており、液晶分子190Aを基板平面に対して略垂直な方向に配向する。また、表示領域103外側には遮光層SPによる遮光領域141が設けられており、その外側は外縁シール部材106により囲まれている。また、液晶パネルの両面には偏光板PL1、PL2を有している。
本実施形態では、一般的なアクティブマトリクス型の液晶表示パネル100を形成するプロセスと同様に成膜とパターニングを繰り返して画素TFT121等となるTFT素子を形成し、液晶表示パネルを形成した。すなわち、絶縁性基板111上に走査線Y及び補助容量線152をモリブデンで膜厚約0.3μmスパッタリングにより成膜し、フォトリソグラフィにより所定の形状にパターン形成する。その上に、膜厚0.15μmに二酸化珪素あるいは窒化珪素から成るゲート絶縁膜162を形成し、その上に画素TFT121の半導体層112を設ける。
その上に、膜厚0.3μmのAIから成る信号線Xとソース電極189とを形成し画素TFT121を形成する。続いて、感光性レジストをスピンナーで全面塗布し、露光・現像することにより透明樹脂層123、及びスルーホール126を形成する。その後、ITOを膜厚約0.1μmスパッタリングしてフォトリソグラフィにより画素電極PEを形成した。
さらに透明樹脂レジストを塗布し、フォトリソグラフィにより柱状スペーサ131を形成した。一方で、対向基板102上には、赤色の顔料を分散させた感光性レジストを塗布し、フォトリソグラフィにより赤色の着色層124Rを形成した。その後、同様にして緑色の着色層124G、及び青色の着色層124Bをそれぞれ形成した。その上に、ITOを膜厚約0.1μmでスパッタリングして対向電極CEを形成し、更に、感光性レジストを用いて配向制御用の突起構造体154を形成した。その後、パネル周辺部には遮光層SPを形成した。
ここで、MVAモードの基本原理について説明する。例えば図4に示すように、アレイ基板101上には画素電極PEの間隙である電極欠落部EAが配置され、対向基板102上の対向電極CEの表面には突起構造体154が配置されている。また、電極欠落部AEはさらに画素電極PEを複数の副画素領域に区分する間隙を含み、複数の突起構造体154は複数の副画素領域に対向するように配置されている。
突起構造体154は、アレイ基板101および対向基板102の基板平面に平行な断面に略円形の形状を有している。アレイ基板101および対向基板102の主面上には垂直配向膜113が塗布されている。ここで、液晶層190となる負の誘電異方性を示すネマチック液晶組成物を用いた場合、電圧が印加されていない状態では液晶分子190Aは垂直方向に配向する。
また、所定の電圧を印加した状態では、図4に示すように、電界離散効果により電極欠落部EAの外側に電界が傾斜し、液晶分子190Aは電極欠落部EAの内側に傾斜する。一方、対向基板102側では突起構造体154の形状効果により液晶分子190Aは突起構造体154の外側に傾斜する。
上記の原理にしたがって、電極欠落部EA及び突起構造体154の配置により液晶分子190Aのチルトの傾斜方向を制御する。
上記のように電極欠落部EAおよび突起構造体154を配置すると、液晶表示パネル100の視野角は図5に示すような特性となる。図5に示すグラフの縦軸は明度(L*)を示す。ここでは白輝度自体が視角依存性を有しているため、白表示時の明度を100として規格化している。
また、図5に示すグラフの横軸は視野角を示す。8階調の視野角依存性をグラフにしたところ、視野角が大きくなるにつれて中間調表示と白表示との明度差が小さくなっていくのが確認された。この差が小さい程、白抜けの程度は悪化する。このときに、所定の階調での正面と斜め方向での明度差(△L*)の最大値を取って白抜けの指標として用いる。例えば、図5には正面から見たときに明度L*が約40となるときの明度差ΔL*の最大値を示している。
以下に本発明の好ましい実施例を説明する。尚、これら実施例は、本発明の理解を容易にする目的で掲載されるものであり、本発明を限定するものではない。また本発明はその要旨の範囲内で種々変更して用いることができることは言うまでもない。
本発明の実施例1に係る液晶表示装置の液晶表示パネル100の画素平面図、及び画素断面図をそれぞれ図6、図7に示す。本実施例では、液晶層190の画素領域PXを副画素領域PXA、PXBに分割し、それぞれに突起構造体154を配置した。すなわち、図6に示すように、各副画素領域PXA、PXBにアレイ基板101および対向基板102の基板平面に平行な断面に略円形の形状を有する突起構造体154を配置した。
また、副画素領域PXAに配置された突起構造体154の大きさを直径16μm、副画素領域PXBに配置された突起構造体154の大きさを直径6μmとした。その結果、副画素領域PXAの突起構造体の高さは、副画素領域PXBの突起高さに対し0.5μm高くなった。このとき、隣接する副画素領域には異なる大きさの突起構造体154を配置するようにした。
このようにして出来上がったアレイ基板101と、対向基板102とに、それぞれ垂直性を示す配向膜113を70nmの厚さで塗布した後、アレイ基板101の端面と対向基板102の端面を治具で合わせエポキシ系の熱硬化樹脂から成る外縁シール部材106を用いて貼合わせた。続いて、誘電率異方性が負の液晶組成物をセルに充填し液晶層190を形成し、注入口132を紫外線硬化樹脂で封止して液晶表示パネル100を作製した。
この液晶表示パネル100の視野角階調特性を測定し、全階調で正面と斜め方向からの明度差(△L*)が最も大きくなる値(△L*−Max)を求めたところ、△L*−Maxの値は約20であった。
次に実施例2に係る液晶表示装置について説明する。実施例2に係る液晶表示装置の液晶表示パネル100の画素断面図、及び画素平面図をそれぞれ図8、図9に示す。本実施例では、半透過表示型の液晶表示装置に本発明を適用した。すなわち、本実施例の半透過表示型の液晶表示パネル100では、表示領域103に透過表示領域A1と反射表示領域A2との両方が設けられており、かつ、反射表示領域A2には透過表示領域A1と光路を略等しくするために有機絶縁膜からなる絶縁層155が形成されている。
複数の突起構造体154は透過表示領域A1において絶縁層155と同一の層からなる下地156上に配置された突起部を含んでいる。すなわち、絶縁層155と同一の層からなる下地156を一部の突起構造体154の下に設けることで、異なる高さの突起構造体154を同時に形成した。
また、本実施例では画素領域PXの透過表示領域A1を二つの副画素領域PXA、PXBに分割し、各副画素領域に対応して突起構造体154が配置されている。突起構造体154は直径12μmとし、対向突起の下地156は直径16μmとした。前述の実施例1の場合と同様に、突起構造体154は、アレイ基板101および対向基板102の基板平面に平行な断面に略円形の形状を有している。
製造方法上で実施例1と異なる点は、アレイ基板101側の反射表示領域A2において、透明樹脂層123上にAI薄膜からなる反射電極REを形成する点と、対向基板102側の反射表示領域においてカラーフィルター層124を形成した後に、有機絶縁層からなる絶縁層155、及び突起構造体154の下地156を同時に形成する点である。
すなわち、図9に示すように下地156は、基板平面に平行な断面が台形状となるように形成される。この場合、例えば、有機絶縁膜を露光する工程においてハーフトーン露光により下地156のみ露光量を落として、図9に示すように台形状の下地156を形成する方法がある。この際に、絶縁層155は通常の露光を行うことによって絶縁層155と下地156とが同時に形成される。下地156を上記のような形状とすることによって、下地156上に画素電極PEが配置されることがなく、突起構造体154は誘電体が積層された構成となる。
この2点を除き、実施例1と同様にして液晶表示パネル100を試作した。この液晶表示パネル100の表示特性を評価したところ、△L*−Maxは約20であった。
次に実施例3に係る液晶表示装置について説明する。実施例3の液晶表示装置に係る液晶表示パネル100の画素断面図、および、画素平面図をそれぞれ図10、図11に示す。ここでは、画素電極PEに電極欠落部EAを設けて画素領域PXを図10に示したようにサイズの異なる複数の副画素領域PXA〜PXB4に分割した。
また、対向突起は各副画素領域PXA〜PXB4に配置され、全ての突起構造体154の大きさを直径12μmとし、前述の実施例1および実施例2の場合と同様に、突起構造体154はアレイ基板101および対向基板102の基板平面に平行な断面に略円形の形状を有している。
上記の様に電極欠落部EAおよび突起構造体154を配置して、図11に示すように、副画素領域PXAと副画素領域PXB4とで画素電極PEの端部から突起構造体154までの距離が互いに異なるようにした。
この点を除き、実施例1と同様のプロセスにより液晶セルを試作したところ、△L*−Maxは約25あった。
比較例1の液晶表示素子の画素断面図、及び、画素平面図をそれぞれ図12及び図13に示す。比較例1では、実施例1と同様に画素領域PXを2つの副画素領域PXA、PXBに分割し、それぞれの副画素領域PXA、PXBに直径12μmの突起構造体154を配置した。この点を除き、実施例1と同様のプロセスにより液晶表示パネル100を試作したところ、△L*一Maxは約30であった。
図14に上記の実施例1乃至実施例3と比較例1との△L*一Maxの値を示す。実施例1と比較例1とを比較すると、実施例1では比較例1での値に対し30%程度改善した。また、実施例1に係る液晶表示パネルを実際に斜め方向から画像の目視評価を行ったところ、比較例1に係る液晶表示パネルを実際に斜め方向から目視評価した場合、白茶けた印象で良好な表示は得られなかった。これに対し実施例1にかかる液晶表示パネルでは白抜けの程度が軽減している事を確認できた。
実施例2および実施例3の場合も実施例1と同様に、比較例1に対して白抜け改善効果を確認した。
すなわち、MVAモードでは所定の電圧を印加した場合に、負の誘電異方性を有する液晶分子190Aは電極欠落部EAから突起に向かって傾斜することを利用し、突起構造体154の高さ、或いは、突起構造体154と電極欠落部EA間の距離が異なる領域を混在させることにより、画素領域PX内に傾斜角の異なる複数の液晶分子190Aを混在させ、その合成値として擬似的にある階調を表示させることができる。
その結果、階調間での視野角特性の優劣を平均化して緩和させ、全体として中間調表示での白抜けを改善することが可能となる。
また、本発明では異なる高さの突起構造体154を形成するための手段として、突起構造体の大きさ、或いは下地の構成を変えている。また、突起構造体154と電極欠落部EAとの間の距離も、画素領域PXを複数の異なる大きさの副画素領域に分割することで容易に変えることができる。このため、本発明を実施する上では工程増やプロセス変更の必要は無く、製造コストは変わらない。このように、本発明によれば、広い視野角と良好な表示品位を有する液晶表示装置を安価に提供する事が可能となる。
また、実施例1および実施例3では、隣接する副画素領域において突起構造体154の高さ、および画素電極の端部から突起構造体154までの距離の少なくとも一方が異なるように、突起構造体154および電極欠落部EAが配置されている。このことによって、表示領域103内で液晶分子190Aの傾きが同じ領域が偏って配置されることがなく、画面のちらつき等を改善することができる。
したがって、本発明によれば、中間調表示及び白表示をした場合の視野角特性を改善し、広い視野角と良好な表示品位を有する液晶表示装置を提供することができる。
なお、この発明は、上記実施形態そのまま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構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合わせてもよい。
例えば、実施例1および実施例3における電極欠落部EAと突起構造体154との配置を、半透過型の液晶表示装置に適応させても良い。その場合にも、上記の実施例1および実施例3の場合と同様の効果が得られる。
32a…突起部、100…液晶表示パネル、101…アレイ基板、102…対向基板、123…絶縁層、154…絶縁性構造体、154…突起、154…対向突起、155…段差、190…液晶層、190A…液晶分子、PE…画素電極、CE…対向電極、PX…画素領域
Claims (6)
- 画素電極を含む第1電極基板と、
前記画素電極に対向する対向電極を含む第2電極基板と、
前記第1および第2電極基板間に挟持され、前記画素電極および対向電極間の画素領域において前記画素電極および前記対向電極から印加される駆動電圧に応じた液晶分子配列に設定される液晶材料を含む液晶層と、
前記駆動電圧の印加に伴って前記画素領域に生じる電界を傾けるように前記対向電極上に設けられる複数の突起構造体とを備え、
前記複数の突起構造体の高さ、および前記画素電極の端部から前記複数の突起構造体までの距離の少なくとも一方が互いに異なる液晶表示装置。 - 前記複数の突起構造体は、下地となる絶縁層の厚さによって互いに高さが異なる請求項1記載の液晶表示装置。
- 前記画素領域は、互いに隣接する透過表示領域及び反射表示領域からなり、
前記突起構造体は、前記反射表示領域における前記液晶層の厚さと前記透過表示領域における前記液晶層の厚さとを異ならせるための絶縁層を有し、
前記複数の突起構造体は前記透過表示領域において前記絶縁層と同一の層からなる下地上に配置された突起部を含む請求項1記載の液晶表示装置。 - 前記複数の突起構造体の形状は前記第2電極基板の基板平面に平行な断面において略円形の形状を有する請求項1に記載の液晶表示装置。
- 前記電極欠落部はさらに前記画素電極を複数の副画素領域に区分する間隙を含み、前記複数の突起構造体は複数の副画素領域に対向するように配置される請求項1に記載の液晶表示装置。
- 略マトリクス状に配置された複数の画素電極を含む第1電極基板と、
前記複数の電極基板に対向する対向電極を含む第2電極基板と、
前記第1および第2電極基板間に挟持され、各画素電極および対向電極間の画素領域においてこれら画素電極および対向電極から印加される駆動電圧に応じた液晶分子配列に設定される液晶材料を含む液晶層と、
複数の画素電極間の間隙からなる電極欠落部と、
前記駆動電圧の印加に伴って前記画素領域に生じる電界を前記電極欠落部と協力して傾けるように前記対向電極上に設けられる複数の突起構造体とを備え、
前記複数の突起構造体の高さ、および前記電極欠落部から前記複数の突起構造体までの距離の少なくとも一方が互いに異なる液晶表示装置。
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- 2005-12-08 JP JP2005355115A patent/JP2007156343A/ja active Pending
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