JP3642144B2 - Reflective display device - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、反射型表示装置、特に干渉反射方式の反射型表示装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
液晶表示装置は、視野角依存性が大きく、観察方向によって表示品位が大きく変化する。そこで、液晶表示装置などの視野角依存性が大きい表示装置の視野角を改善するために、種々の方法が考えられている。
【0003】
例えば、特開平7−43703号、特開平7−43704号、特開平7−120743号には、TN方式やSTN方式などの液晶表示装置において、表示素子の観察面側にマイクロレンズアレイシートを装着することによって視野角を拡大することが示されている。
【0004】
また、特開平5−45644号、特開平5−61032号、特開平5−61033号には、同様にTN方式やSTN方式などの液晶表示装置において、アクリル樹脂などからなる多数の透明薄板を重ね合わせた視野角拡大板を表示素子の表示面側に配置することによって視野角を拡大することが示されている。
【0005】
ところで、小型情報機器や携帯情報端末などには、バックライトのような専用の光源を必要とせず、消費電力が少ないとともに、薄型軽量に構成できる反射型表示装置が使用されている。そして、この反射型表示装置として、最近、干渉反射方式の反射型表示素子(調光素子)を利用したものが注目されている。
【0006】
干渉反射方式の反射型表示素子は、素子内の屈折率の周期的な変化を利用したもので、米国特許第4,938,568号明細書、特開平4−355424号、SID95Digest,p267、EuroDisplay’93,p109などに示されているように、以下のような方法によって得ることができる。
【0007】
例えば、正の誘電異方性を有するネマティック液晶に対して光重合性モノマーおよび光重合開始剤や増感剤などを混合した混合液を、それぞれ電極を形成した一対の透明基板を所定間隔で対向させたセル内に注入して、セルを封止し、単一のレーザ光を二分して、セルに照射する。
【0008】
このとき、レーザ光のコヒーレンス性により、二分されたレーザ光の間で干渉を生じて、混合液中に光電場の強弱を生じ、空間的に電場の強い部分で光重合を生じて、高分子リッチな部分が形成され、その高分子リッチな部分の間には、液晶リッチな部分が形成されて、セル中にレーザ光の波長オーダーの縞状の屈折率分布を生じる。
【0009】
この場合、液晶は0.1μm以下の球状ドロップレットとなって、その部分の屈折率が周囲の高分子リッチな部分の屈折率とは異なるようになるため、セル中に屈折率の周期的な変化の構造が形成される。そして、液晶ドロップレット部分では液晶ディレクタがランダムな方向を向き、ドロップレット間でも特に相関はないと考えられる。
【0010】
このような高分子リッチな部分と液晶リッチな部分が周期的に形成された調光層に光が入射すると、その屈折率の周期的な変化により多重干渉を生じて、Bragg反射の条件を満たす特定波長の反射光を生じる。これは、誘電体多層膜による干渉反射と同様な現象である。
【0011】
また、上記の電極間に所定値以上の電圧を印加すると、液晶ドロップレット内の液晶ディレクタが電界方向に一様に配列される。したがって、液晶の通常光に対する屈折率noと高分子の屈折率npとが等しくなるように、当初の混合液の組成を選択しておくことによって、このとき、液晶リッチな部分と高分子リッチな部分との間に屈折率の差がなくなって、入射光はすべてセル中を透過する。
【0012】
この干渉反射方式の反射型表示素子を用いた反射型表示装置によれば、偏光板を用いないため光の吸収がないとともに、多重干渉により高い反射率が得られるので、明るい表示を実現することができる。ただし、干渉反射方式では、入射光が白色光であっても、上述したようにBragg反射の条件を満たす特定波長の光のみが高い反射率で反射される。
【0013】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の干渉反射方式の反射型表示素子では、外光である入射光と、素子から射出される反射光である信号光との間で、Bragg反射の条件を満足する方向にのみ、信号光が射出される。そのため、信号光の射出方向が限定されて、視野角依存性が非常に大きくなり、表示が見にくくなる。
【0014】
しかも、干渉反射方式の反射型表示素子は、このように信号光が特定の方向に射出されるため、上述したマイクロレンズアレイシートや多数の透明薄板を重ね合わせた視野角拡大板による視野角拡大法では、視野角を拡大することが困難である。
【0015】
そこで、この発明は、干渉反射方式の反射型表示装置において、簡単な方法により視野角を確実に拡大することができるようにしたものである。
【0016】
【課題を解決するための手段】
第1の発明の反射型表示装置は、干渉反射方式の反射型表示素子のそれぞれの画素に対してプリズムを配置し、そのプリズムの一面を、外光を取り入れる入射面とし、他の一面を、これに凹凸形状を形成することによって上記画素からの反射光が散乱されて射出される観察面としたことを特徴とする。
第2の発明の反射型表示装置は、干渉反射方式の反射型表示素子のそれぞれの画素に対してプリズムを配置し、そのプリズムの一面を、外光を取り入れる入射面とし、他の一面を、その近傍に光散乱体を設けることによって上記画素からの反射光が散乱されて射出される観察面としたことを特徴とする。
【0017】
この場合、上記プリズムの底面を接着剤によって上記反射型表示素子の画素面に密着させるとともに、上記プリズムおよび上記接着剤の屈折率を上記画素面の屈折率と等しくする。あるいはまた、上記プリズムを上記反射型表示素子の画素面と一体に形成する。
【0018】
また、上記プリズムの上記入射面には反射防止膜を形成することが望ましい。
【0019】
【作用】
上記のように構成した、この発明の反射型表示装置においては、プリズムの一面である入射面に外光が入射したとき、反射型表示素子の画素からは、Bragg反射の条件などで規定される特定の方向に反射光が射出される。しかし、その射出された反射光である信号光は、必ずプリズムの他の一面である観察面を照明して、その観察面で散乱される。したがって、観察者は観察面側から見る限り、見る角度に無関係に信号光を観察することができ、反射型表示装置の視野角依存性が大幅に改善される。
【0020】
【発明の実施の形態】
図1(A)は、この発明の反射型表示装置の原理的な構成を示し、干渉反射方式の反射型表示素子10のそれぞれの画素Pに対して微小なプリズム20を配置したものである。
【0021】
反射型表示素子10は、素子内の屈折率の周期的な変化を利用した干渉反射方式のものであれば、必ずしも上述したように高分子リッチな部分と液晶リッチな部分が周期的に形成されたものである必要はないとともに、上述した方法によって形成されたものである必要もない。
【0022】
また、反射型表示素子10の外光入射側と反対側、すなわちプリズム20が配置される側と反対側には、必要に応じて反射型表示素子10を透過した光を吸収する光吸収層を設けるとともに、多色表示の表示装置の場合には、反射型表示素子10として、例えば、それぞれ赤、緑、青の波長領域を反射波長領域とする3つの表示素子を積層する。
【0023】
プリズム20は、透明なガラスや樹脂などの透明材料をプリズム状に加工または形成したもので、後述するように、反射型表示素子10とは別体に形成して、その底面を接着剤によって反射型表示素子10の画素面に密着させ、または反射型表示素子10の画素面と一体に形成する。
【0024】
そして、図1(B)に示すように、プリズム20の一面を外光1を取り入れる入射面とし、他の一面を画素Pからの反射光が出射光2として射出される観察面とする。
【0025】
この場合、図2(A)(B)または(C)で示すように、反射型表示素子10の画素面に対してθ1,θ2またはθ3の角度で、外光1がプリズム20の一面である入射面に入射したとき、反射型表示素子10の画素からは、Bragg反射の条件などで規定される特定の方向に反射光3が射出される。
【0026】
その射出された反射光3である信号光は、必ずプリズム20の他の一面である観察面を照明するが、後述のように、その観察面には凹凸形状を形成し、または観察面の近傍には光散乱体を設ける。そのため、観察面を照明した信号光は、観察面で散乱される。したがって、観察者は観察面側から見る限り、見る角度に無関係に信号光を観察することができる。すなわち、室内光や屋外光などの各種方向からの照明光が有効に利用されることになる。
【0027】
図3に示すように、プリズム20の角度は、観察面22の底面23に対する角度がα、入射面21の底面23に対する角度がβと定義される。
【0028】
そして、外光1は、底面23に対して角度αで入射する光まで、有効に利用することができる。α以上の角度で入射する光は、一部が観察面22を照射するため、コントラストの低下を引き起こす原因ともなる。一方、観察面22で反射した光は、隣接するプリズムの入射面に入射して再び利用されるという利点がある。α以下の角度で入射する光は、入射面21での反射を除けば、有効に利用することができる。したがって、干渉反射方式の高い反射率と相まって、高明度の反射型表示装置を得ることができる。
【0029】
角度βは、観察者の観察角度範囲を決定する。β以上の角度で観察すると、裏面である入射面21が見えるため、画質が低下するが、β以下の角度で観察すれば、観察面22のみを見ることができる。通常の使用条件では、βは45度前後にすればよく、大きく真上から覗き込むことはまれである。角度α,βは、用途に応じて決定すればよい。
【0030】
図1は、上記の角度α,βを、それぞれの画素に対するプリズムにつき、同一にした場合であるが、観察者からそれぞれの画素を望む角度は、画素面内の直交するX,Y方向のいずれにおいても若干異なるので、それに応じて、角度α,βを、それぞれの画素に対するプリズムにつき、若干変えるようにしてもよい。
【0031】
〔実施例1〕
図4は、この発明の反射型表示装置の第1の例を示し、干渉反射方式の反射型表示素子10のそれぞれの画素Pに対してプリズム20を、その底面を接着剤30によって反射型表示素子10の画素面に密着させるように配置するとともに、プリズム20の入射面21に反射防止膜25を形成した場合である。
【0032】
反射型表示素子10は、それぞれITOなどからなる透明電極13,14が形成された、それぞれガラスや樹脂などからなる透明基板11,12間に、屈折率の周期的な変化を生じる調光層15が形成され、透明電極13,14間に電圧が印加されるか否かに応じて、外光1を透過光4として透過させ、または外光1中の特定波長の光を反射光3として反射するとともに、それ以外の波長の光を透過光4として透過させるものである。
【0033】
図では省略しているが、透明基板12の背面側には、透過光4を吸収する光吸収層が設けられる。また、多色表示の表示装置の場合には、反射型表示素子10として、例えば、それぞれ赤、緑、青の波長領域を反射波長領域とする3つの表示素子が積層される。
【0034】
プリズム20は、透明なガラスや樹脂などの透明材料をプリズム状に加工したもので、そのプリズム20および接着剤30の屈折率は、透明基板11の屈折率と等しくする。
【0035】
プリズム20と透明基板11との間に空気層が形成されると、そこで屈折率差を生じて反射が起こり、プリズム20を介して反射型表示素子10に入射する光量およびプリズム20を介して観察面22から射出される光量が低下する。プリズム20の底面を接着剤30によって透明基板11に密着させるとともに、プリズム20および接着剤30の屈折率を透明基板11の屈折率と等しくすることによって、このような光量の低下を防止することができる。
【0036】
反射防止膜25は、例えば誘電体多層膜によって形成する。このようにプリズム20の入射面21に反射防止膜25を形成することによって、外光1の入射効率が高くなって、外光1をより有効に利用できるようになる。
【0037】
そして、この例では、観察面22に凹凸形状を形成して、反射光3を観察面22で散乱させる。
【0038】
〔実施例2〕
図5は、この発明の反射型表示装置の第2の例を示し、図4の実施例1と同様にプリズム20を接着剤30によって反射型表示素子10に密着させるとともに、プリズム20の観察面22の近傍に光散乱体27を設けた場合である。
【0039】
光散乱体27は、図示するようにプリズム20の形成時にプリズム20内に埋め込んでもよいし、プリズム20の形成後に観察面22に接着してもよい。また、光散乱体27としては、反射波長と同程度に細かくした硫酸バリウムのような白色粉体や、液晶ドロップレットのようなものを用いることができる。
【0040】
このように観察面22の近傍に光散乱体27を設けることによって、ランダムな方向への散乱が効率よく生じ、印刷物のような外観を呈する表示を実現することができる。
【0041】
この例においても、プリズム20の入射面21に反射防止膜を形成することが望ましい。
【0042】
〔実施例3〕
図6は、この発明の反射型表示装置の第3の例を示し、プリズム20を反射型表示素子10の画素面、すなわち透明基板11と一体に形成した場合である。
【0043】
このように、プリズム20を透明基板11と同一材料により、透明基板11と一体に形成することによって、プリズム20の屈折率は透明基板11の屈折率と等しくなるとともに、プリズム20と透明基板11との間に空気層が形成されるようなことがなくなり、プリズム20を介して反射型表示素子10に入射する光量およびプリズム20を介して観察面22から射出される光量の低下を防止することができる。
【0044】
この場合、透明基板11とプリズム20を一体に形成して、透明基板11のプリズム20が形成された側と反対側の面に透明電極13を形成するとともに、透明基板12の一面に透明電極14を形成し、透明基板11および12を所定間隔で対向させて、両者間に上述したような混合液を注入し、単一のレーザ光を二分して、その一方をプリズム20の入射面21からプリズム20および透明基板11を介して混合液に照射するとともに、その他方を透明基板12を介して混合液に照射することによって、プリズム20が一体に形成された反射型表示素子10を得ることができる。
【0045】
この例においても、プリズム20の観察面22に凹凸形状を形成し、または観察面22の近傍に光散乱体を設ける。また、プリズム20の入射面21に反射防止膜を形成することが望ましい。
【0046】
【発明の効果】
上述したように、この発明によれば、簡単な方法により干渉反射方式の反射型表示装置の視野角を確実に拡大することができ、コントラストが高く、かつ視野角依存性の小さい反射型表示装置を実現することができる。また、画素面に対して角度αで入射する光まで有効に利用できるので、干渉反射方式の高い反射率と相まって、高明度の反射型表示装置を得ることができる。また、画素ごとにプリズムを配置するだけであるので、構造が簡単で、反射型表示装置としての軽量化を損ねることもない。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の反射型表示装置の原理的な構成を示す図である。
【図2】この発明の反射型表示装置における入射光と出射光との関係を示す図である。
【図3】この発明の反射型表示装置におけるプリズムの角度による入射光利用可能範囲および観察可能範囲を示す図である。
【図4】この発明の反射型表示装置の第1の例を示す図である。
【図5】この発明の反射型表示装置の第2の例を示す図である。
【図6】この発明の反射型表示装置の第3の例を示す図である。
【符号の説明】
10 反射型表示素子
11,12 透明基板
13,14 透明電極
15 調光層
20 プリズム
21 入射面
22 観察面
23 底面
25 反射防止膜
27 光散乱体[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a reflection type display device, and more particularly to an interference reflection type reflection type display device.
[0002]
[Prior art]
The liquid crystal display device has a large viewing angle dependency, and the display quality varies greatly depending on the viewing direction. Therefore, various methods have been considered for improving the viewing angle of a display device having a large viewing angle dependency such as a liquid crystal display device.
[0003]
For example, in JP-A-7-43703, JP-A-7-43704, and JP-A-7-120743, in a liquid crystal display device such as a TN system or STN system, a microlens array sheet is mounted on the observation surface side of the display element. By doing so, it is shown that the viewing angle is enlarged.
[0004]
Similarly, in JP-A-5-45644, JP-A-5-61032, and JP-A-5-61033, a large number of transparent thin plates made of acrylic resin or the like are stacked in a liquid crystal display device such as a TN mode or STN mode. It is shown that the viewing angle is expanded by arranging the combined viewing angle expansion plate on the display surface side of the display element.
[0005]
By the way, a small-sized information device, a portable information terminal, or the like uses a reflective display device that does not require a dedicated light source such as a backlight, consumes less power, and can be configured to be thin and light. In recent years, attention has been paid to a reflection type display device using an interference reflection type reflection type display element (light control element).
[0006]
An interference reflection type reflective display element uses a periodic change in the refractive index in the element, and is disclosed in U.S. Pat. No. 4,938,568, JP-A-4-355424, SID95Digest, p267, EuroDisplay. As shown in '93, p109, etc., it can be obtained by the following method.
[0007]
For example, a nematic liquid crystal having positive dielectric anisotropy is mixed with a mixture of a photopolymerizable monomer, a photopolymerization initiator and a sensitizer, and a pair of transparent substrates on which electrodes are formed are opposed to each other at a predetermined interval. It is injected into the formed cell, the cell is sealed, and a single laser beam is bisected and irradiated to the cell.
[0008]
At this time, due to the coherence of the laser beam, interference occurs between the divided laser beams, the intensity of the photoelectric field is generated in the liquid mixture, and photopolymerization is generated in a portion where the electric field is spatially strong. Rich portions are formed, and liquid crystal-rich portions are formed between the polymer-rich portions, and a striped refractive index distribution in the wavelength order of the laser beam is generated in the cell.
[0009]
In this case, the liquid crystal becomes a spherical droplet of 0.1 μm or less, and the refractive index of the portion becomes different from the refractive index of the surrounding polymer-rich portion. A structure of change is formed. And in the liquid crystal droplet part, the liquid crystal director is oriented in a random direction, and it is considered that there is no particular correlation between the droplets.
[0010]
When light is incident on the light control layer in which such polymer-rich portions and liquid crystal-rich portions are periodically formed, multiple interference occurs due to the periodic change of the refractive index, thereby satisfying the Bragg reflection condition. A reflected light of a specific wavelength is generated. This is the same phenomenon as interference reflection by the dielectric multilayer film.
[0011]
Further, when a voltage of a predetermined value or higher is applied between the electrodes, the liquid crystal directors in the liquid crystal droplets are uniformly arranged in the electric field direction. Therefore, by selecting the composition of the initial liquid mixture so that the refractive index no of the normal light of the liquid crystal is equal to the refractive index np of the polymer, the liquid crystal rich portion and the polymer rich portion can be obtained at this time. The difference in refractive index from the portion disappears, and all incident light is transmitted through the cell.
[0012]
According to the reflective display device using the reflective display element of the interference reflection system, since a polarizing plate is not used, light is not absorbed and a high reflectance is obtained by multiple interference, so that a bright display can be realized. Can do. However, in the interference reflection method, even if the incident light is white light, only light of a specific wavelength that satisfies the conditions of Bragg reflection is reflected with high reflectance as described above.
[0013]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the reflective display element of the interference reflection system, the signal is transmitted only in the direction satisfying the Bragg reflection condition between the incident light that is external light and the signal light that is reflected light emitted from the element. Light is emitted. Therefore, the emission direction of the signal light is limited, the viewing angle dependency becomes very large, and the display becomes difficult to see.
[0014]
In addition, since the interference reflection type reflective display element emits signal light in a specific direction in this way, the viewing angle is expanded by the viewing angle expansion plate in which the above-described microlens array sheet and a large number of transparent thin plates are superimposed. With this method, it is difficult to enlarge the viewing angle.
[0015]
In view of this, the present invention is an interference reflection type reflective display device that can reliably enlarge the viewing angle by a simple method.
[0016]
[Means for Solving the Problems]
In the reflective display device of the first invention, a prism is arranged for each pixel of the reflective display element of the interference reflection type, and one surface of the prism is used as an incident surface for taking in external light, and the other surface is used as By forming a concavo-convex shape on this, an observation surface on which reflected light from the pixel is scattered and emitted is used.
In the reflection type display device of the second invention, a prism is arranged for each pixel of the reflection type display element of the interference reflection type, and one surface of the prism is used as an incident surface for taking in external light, and the other surface is used. By providing a light scatterer in the vicinity thereof, an observation surface on which reflected light from the pixel is scattered and emitted is provided.
[0017]
In this case, the bottom surface of the prism is brought into close contact with the pixel surface of the reflective display element with an adhesive, and the refractive index of the prism and the adhesive is made equal to the refractive index of the pixel surface. Alternatively, the prism is formed integrally with the pixel surface of the reflective display element.
[0018]
It is desirable to form an antireflection film on the incident surface of the prism.
[0019]
[Action]
In the reflective display device of the present invention configured as described above, when external light is incident on the incident surface, which is one surface of the prism, the pixel of the reflective display element is defined by the conditions of Bragg reflection. Reflected light is emitted in a specific direction. However, the emitted signal light, which is reflected light, always illuminates the observation surface, which is the other surface of the prism, and is scattered by the observation surface. Therefore, as long as the observer views from the observation surface side, the signal light can be observed regardless of the viewing angle, and the viewing angle dependency of the reflective display device is greatly improved.
[0020]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1A shows the basic configuration of a reflective display device according to the present invention, in which a
[0021]
As long as the
[0022]
Further, on the side opposite to the external light incident side of the
[0023]
The
[0024]
As shown in FIG. 1B, one surface of the
[0025]
In this case, as shown in FIGS. 2A, 2B, or 2C, the
[0026]
The emitted signal light that is the reflected
[0027]
As shown in FIG. 3, the angle of the
[0028]
The
[0029]
The angle β determines the observation angle range of the observer. When the image is observed at an angle of β or more, the
[0030]
FIG. 1 shows the case where the angles α and β are the same for the prisms for the respective pixels, but the angle at which each pixel is desired by the observer is either in the orthogonal X or Y direction within the pixel plane. Therefore, the angles α and β may be slightly changed for each prism for each pixel.
[0031]
[Example 1]
FIG. 4 shows a first example of the reflection type display device of the present invention. A
[0032]
The
[0033]
Although omitted in the figure, a light absorption layer that absorbs the transmitted light 4 is provided on the back side of the
[0034]
The
[0035]
When an air layer is formed between the
[0036]
The
[0037]
In this example, an uneven shape is formed on the
[0038]
[Example 2]
FIG. 5 shows a second example of the reflective display device of the present invention, and the
[0039]
As shown in the figure, the
[0040]
By thus Ru provided a
[0041]
Also in this example, it is desirable to form an antireflection film on the
[0042]
Example 3
FIG. 6 shows a third example of the reflective display device of the present invention, in which the
[0043]
Thus, by forming the
[0044]
In this case, the transparent substrate 11 and the
[0045]
Also in this example, an uneven shape is formed on the
[0046]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, it is possible to reliably expand the viewing angle of the interference reflection type reflection type display device by a simple method, the reflection type display device having high contrast and low viewing angle dependency. Can be realized. In addition, since even light incident at an angle α with respect to the pixel surface can be used effectively, a high-brightness reflective display device can be obtained in combination with the high reflectivity of the interference reflection system. In addition, since only a prism is arranged for each pixel, the structure is simple, and weight reduction as a reflective display device is not impaired.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a basic configuration of a reflective display device according to the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing a relationship between incident light and outgoing light in the reflective display device of the present invention.
FIG. 3 is a diagram showing an incident light usable range and an observable range depending on the angle of the prism in the reflective display device of the present invention.
FIG. 4 is a diagram showing a first example of a reflective display device according to the present invention.
FIG. 5 is a diagram showing a second example of the reflective display device of the invention.
FIG. 6 is a diagram showing a third example of the reflective display device of the invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (5)
上記プリズムの底面を接着剤によって上記反射型表示素子の画素面に密着させるとともに、上記プリズムおよび上記接着剤の屈折率を上記画素面の屈折率と等しくしたことを特徴とする反射型表示装置。The reflective display device according to claim 1 or 2 ,
A reflective display device, wherein a bottom surface of the prism is adhered to a pixel surface of the reflective display element with an adhesive, and a refractive index of the prism and the adhesive is made equal to a refractive index of the pixel surface.
上記プリズムを上記反射型表示素子の画素面と一体に形成したことを特徴とする反射型表示装置。The reflective display device according to claim 1 or 2 ,
A reflective display device, wherein the prism is formed integrally with a pixel surface of the reflective display element.
上記プリズムの上記入射面に反射防止膜を形成したことを特徴とする反射型表示装置。In the reflective display apparatus in any one of Claims 1-4,
A reflection type display device, wherein an antireflection film is formed on the incident surface of the prism.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP04967097A JP3642144B2 (en) | 1997-02-18 | 1997-02-18 | Reflective display device |
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JP04967097A JP3642144B2 (en) | 1997-02-18 | 1997-02-18 | Reflective display device |
Publications (2)
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JPH10232624A JPH10232624A (en) | 1998-09-02 |
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