JPH01201622A - 投映型表示装置 - Google Patents

投映型表示装置

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JPH01201622A
JPH01201622A JP63026171A JP2617188A JPH01201622A JP H01201622 A JPH01201622 A JP H01201622A JP 63026171 A JP63026171 A JP 63026171A JP 2617188 A JP2617188 A JP 2617188A JP H01201622 A JPH01201622 A JP H01201622A
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JP
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liquid crystal
polarizing plate
light
voltage
crystal display
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JP63026171A
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Yutaka Takato
裕 高藤
Takashi Inami
隆志 居波
Hisashi Shin
新　久司
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Sharp Corp
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    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/13—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
    • G02F1/133—Constructional arrangements; Operation of liquid crystal cells; Circuit arrangements
    • G02F1/136—Liquid crystal cells structurally associated with a semi-conducting layer or substrate, e.g. cells forming part of an integrated circuit
    • G02F1/1362—Active matrix addressed cells
    • G—PHYSICS
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    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
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    • G02F1/13—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
    • G02F1/133—Constructional arrangements; Operation of liquid crystal cells; Circuit arrangements
    • G02F1/1333—Constructional arrangements; Manufacturing methods
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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、液晶表示装置に関し、さらに詳しくはアクテ
ィブマトリクス型液晶表示装置に関する。
従来の技術 第５図は、従来のアクティブマトリクス型液晶表示装置
５０の要部を示す縦断面図である。この液晶表示装置５
０は、１扁光軸が互いに平行になるように配置した２枚
の偏光板１，２で液晶表示セル３を挟んで構成されてい
る。その液晶表示セル３は、駆動用のＴ　Ｐ　Ｔ　（Ｔ
Ｉ＋ｉｎ　Ｆｉｌｍ　Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）４と、表
示画素電極５とを片面に形成したガラス基板６と、対向
電極７を片面に形成したガラス基板８との間に液晶層９
を介挿して形成されている。
ガラス基板６側のＴＦＴ４は、各表示画素電極５に対応
させてマトリクス状に配列されている。液晶Ｎｉ９を成
すネマティンク液晶分子は、一方のガラス基板６のＴＦ
Ｔ４および表示画素電極５の表面に形成された配向膜１
０と、他方のガラス基板Ｓの対向電極７の表面に形成さ
れた配向膜１１とによって、電圧非印加時に２枚のガラ
ス基板６゜８の間で、９０度捩られたツイスト本マチイ
ックを成す配向状態に設定されている。ガラス基板８の
対向電極７の下面側には、他方のガラス基板６のＴ　Ｐ
　Ｔ　＝１に対向する位置に遮光膜１２が、また表示画
素電極５に対向する位置にカラーフィルタ層１３がそれ
ぞれ形成されている。第５図において、参照符Ａは偏光
板１の偏光軸の方向を示し、参照符Ｂは偏光板２の偏光
軸の方向を示す。
第６（２Ｉは、上記した液晶表示装置５０の駆動用スイ
ッチ要素として用いられているＴＦＴ４を拡大して示す
縦断面図である。ガラス基板６の表面に、先ず金属膜か
ら成るゲート電極１１１を形成し、その上にゲート絶縁
膜１５を積層形成し、さらにその上に活性層となる水素
化非晶質シリコン膜１６を、さらにｎ　”水素化非晶質
シリコン鳳１７゜１８を積層形成して構成されている。
参照符１つは絶縁膜、参照ｒｆ２０は金属膜である。
上記構成の液晶表示装置５０では、第１の（扁光板１側
に設けられた光源（図示せず）から第５図に矢印Ｐで示
すように光が照射され、その光は１扁光板１で直線１扁
光となり、ガラス基板６、表示画素電極５、液晶層９、
対向電極７、カラーフィルタ層１３およびガラス基板８
を′順次透過して、第２の偏光板２に入射する。上記し
たように、液晶層９は９０度捩られたツイストネマティ
ックを成し、２枚の偏光板１，２は互いに偏光軸が下行
であるため、表示画素電極５と対向電極７との間に電圧
が印加されないときには、光源から第１の届光板１を透
過した光は、その偏光軸が；α高層９の旋光性により９
０度捩られ、第２の偏光板２の偏光軸と直交することに
なり、したがって第２の偏光板２を透過しない。一方、
表示画素５と対向電極７との間に電圧が印加されると、
液晶層９の旋光性が解消するため、第２の偏光板２に入
射する光の偏光軸がその偏光板２の濱光軸と一致して、
光は第２の偏光板２を透過する１表示画素電極５と対向
電極７との間に印加する電圧の制御はＴＦＴ４によって
行われ、上記した動作に従って電圧の印加された画素の
みが光透過状態となり、カラーフィルタ層１３により着
色された透過光によってカラー表示が行われる。
また、上記した動作において、可視光に対し高い光１云
導を示す水素１ヒ非晶質シリコン膜１６を有するＴ　Ｆ
　Ｔ　４に対し、第１の偏光板１およびガラス基板６を
透過した光が入射するが、この場合、金属膜からなるゲ
ート電極１３が遮光膜の役目を果たすため、光伝導によ
るＴＦＴ４のオフ電流増加が阻止される。特に、このよ
うな水素化非晶質シリコン膜１５を有するＴＦＴ４を駆
動用スイツヂ要素とするアクティブマトリクス型液晶表
示装置を用いて、投映レンズによりスクリーン上に工作
などを拡大投映する場合、明るい表示を得るために光源
として非常に強い光が必要で、このときの液晶表示装置
５０への入射光の照度は、数１０万〜数１００万１ｘに
も及ぶ。ＴＦＴ４では、この場合においてもゲート電極
１３が遮光膜の反目を果たすため、光伝導によるＴＦＴ
４のオフ電流増加は阻止され、表示特性の劣化が防止さ
れる。
発明が解決しようとする課題 ところが、上記したように電圧非印加時に光が透過せず
、電圧が印加されると液晶層９の旋光性が解消し、光が
透過するという表示モードが用いられる従来のアクティ
ブマトリクス型液晶表示装置では、液晶層９での旋光分
散のため赤、緑、青のそれぞれ波長の異なる光に対し、
電気光学特性に違いが現れるという問題点があった。
第７図は、上記した従来のアクティブマトリクス型液晶
表示装置５０における光の波長（赤、緑、青）をパラメ
ータとした透過率の実効値依存性カーブを示したもので
、縦軸に光透過強度を、横軸に印加電圧をそれぞれ示し
ている。同図から明らかなように、特に黒に近いレベル
、すなわち液晶層９がツイストネマティックを成す電圧
非印加時側での表示において、旋光分散による漏れ光が
大きくなっており、このことは色再現性が悪くなること
を息味している。
また、上記したアクティブマトリクス型液晶表示装置５
０により長時間に亘って投映表示を行ったり、蛍光灯な
どのバンクライト照明による表示を行った場き、ＴＰＴ
４の閾値電圧が光照射時間の経過につれてシフトし、表
示特性の劣化が起きるという問題点があった。
第３図は、ＴＰＴ４における光（照度７０万２Ｘの可視
光）照射時間と闇値電圧シフト量ΔＶ７゜どの関係を示
したもので、そのうちのライン１１が従来のアクティブ
マトリクス型液晶表示装置５０におけるＴＰＴ４の場合
を示している。ライン１１から明らかなように、この場
合、光照射時間の経過とともにＴＰＴ４の閾値電圧が次
第にジフトしている。
上記した旋光分散による色再現性悪化の問題点について
は、たとえば赤、緑、青の表示を行う画素部分の液晶セ
ルギャップｄを、複屈折と波長＾の比Δｎ−ｄ／λ（た
だし、Δｎは、液晶の複屈折率〉が一定となるように設
定することにより、赤、緑、青の光の色再現性を等価に
する方法が知られている（　１ｌｏｔｔａ　ｅｔ、ａ（
、ＳＩＤ’　８６　Ｄｉｇｅｓｔ、Ｐ、２９６（１９８
６）　）。しかし、この方法の場合、赤、緑、青の各色
ごとの液晶セルギャップｄを極めて正確に調整設定する
ことが必要で、量産コストが非常に高くなるという新た
な問題点が生ずる。
一方、長時間の光照射によるＴＰＴの閾値電圧シフトの
問題点については、第６図に示すＴＰＴ４において、ゲ
ート電極１３により遮光されていない水素化非晶質シリ
コン膜１６のはみ出し部分１６ａが原因で起きることが
本件発明者らの研究によって解明された。しかし、通常
のＴｒ−ｒｑ造プロセスにおいては、ＴＰＴ特性にＲ，
影響企及＋Ｘすことなく、上記したはみ出し部分１６　
ａを完全に無くすことは極めて困難である。
したがって本発明の目的は、旋光分散による色変化がな
く、かつ長時間の光照射による表示特性の劣化もない液
晶表示装置を提供することである。
課題を解決するための手段 本発明は、駆動用スイッチ要素と表示画素電極とが形成
された第１の絶縁基板の片面と、対向電極が形成された
第２の絶縁基板の片面との間に液晶層を介挿して構成し
た液晶表示セルを、第１の絶縁基板側に配置された第１
偏光板と、第２の絶縁基板側に配置された第２偏光板と
で挟み、表示画素電極と対向電極との間に印加する電圧
を駆動用スイッチ要素で制御することにより、液晶層の
旋光状態を変えて第２旧光板から第１偏光板へ透過する
光の透過率変化により画像表示を行うようにした液晶表
示装置において、 第２偏光板側から第１偏光板側に光が表示用光源から入
射され、 第１偏光板と第２１０光板との各偏光軸は、電圧印加時
に非道光性となり、かつ非印加時に透光性となるように
定められ、さらに、 光が少なくとも前記表示画素電極の外周部および前記駆
動用スイッチ要素に入射するのを遮蔽する遮光手段を、
前記第２の絶縁基板上に設けたことを特徴とする液晶表
示装置である。
作　　用 本発明に従えば、液晶層がツイストネマティックをなす
電圧非印加時に光が透過し、ツイストネマティックが解
かれる電圧印加時に光が透過しないという表示モードと
なり、旋光分散による色変化が表示画面に現れることが
ない一方、第２の偏光板側から照射される表示用光源の
光が駆動用スイッチ要素と、表示画素電極の周辺部に入
射するのを遮光手段が遮光するので、長時間の光照射に
よる駆動用スイッチ要素の表示特性劣化が防止され、ま
た高い表示コントラストが得られる。
実施例 第１図は、本発明の第１の実施例であるアクティブマト
リクス型液晶表示装置４０の要部の概略を示す縦断面図
である。この液晶表示装置４０は、偏光軸が互いに直交
するように配置した第１および第２の漏光板２１．２２
で、液晶表示セル２３を挟んで構成されている。その液
晶表示セル２３は、駆動用スイッチ要素であるＴＰＴ２
４と表示画素電極２５とを片面に形成した第１のガラス
基板２Ｇと、対向電極２７を片面に形成した第２のガラ
ス基板２８との間に液晶層２つを介挿して構成されてい
る。第１のガラス基板２６側のＴＦＴ２４の構造は、第
６図で示した従来の装置の場合と同様であるので、その
ｖ４造の説明はここでは省略する。このＴＰＴ２４は、
各表示画素電極２５に対応させてマトリクス状に配列さ
れている。液晶層２つを成すネマティック液晶分子は、
第１のガラス基板２６のＴＰＴ２４および表示画素電極
２５の表面に形成された配向膜３０と、第２のガラス基
板２８の対向電極２７の表面に形成された配向ｙＡ３１
とによって、液晶層２つに電圧が印加されていないとき
、第１および第２のガラス基板２６．２８の間で９０度
捩られたツイストネマティックを成し、かつ、この液晶
層２つを透過して第１の偏光板２１に入射する光の偏光
軸が第１の偏光板２１の偏光軸の向きに揃い、またこの
液晶層２つを透過して第２の偏光板２２に入射する光の
偏光軸が、第２の偏光板２２の（扁光軸の向きに揃う配
向状態に設定されている。
第２のガラス基板２８の対向電極２７Ｑ下面側には、第
１のガラスπ板２６のＴＰＴ２４仝木と、表示画素電極
２５の外周部２５ａを覆う対向位置に遮光膜３２が形成
され、また表示画素電極２５の池の主要部を覆う対向位
置にカラーフィルタ層３３がそれぞれ形成されている。
上記遮光膜３２は、各ＴＰＴ２４および表示画素電極２
５に対応付けて形成されるため、全体として格子状とな
る。
この遮光膜３２の材料としては、Ｃｒ、Ｎｉ。
ＡＮ、Ｎｉ−Ｃｒなとの金属膜が好適であるが、ゼラチ
ンや有機高分子膜を染料あるいは顔料で着色したものを
用いてもよい、第１図に′おいて、参照ｒＦＡは第１の
偏光板２１の偏光軸の方向を示し、参照符Ｂは第２の偏
光板２２の偏光軸の方向を示す。
第２図は、上記液晶表示装置４０を用いた投映型表示光
学系６０を示す構成図である。投映型表示光学系６０は
、ミラー３４、光源３５、第１のコンデンサレンズ３６
、熱線カットフィルタ３７、第２のコンデンサレンズ３
８、紫外線カツトフィルタ３つ、液晶表示装置４０、投
映レンズ４１およびスクリーン４２の順序で配置される
。液晶表示装置Ｚ１０は、その第２の偏光板２２を光源
３５側に向けて配でされている。この場合、上記光源３
５として、ハロゲンランプ、キセノンランプあるいはメ
タルハライドランプが明るい表示を得るのに適している
。
次に、上記した液晶表示装置４０による投映表示の動作
を説明する。第２図において、光源３５から出た光は、
ミラー３４、第１のコンデンサレンズ３６により集光さ
れ、熱線カットフィルタ３７を透過したあと、第２のコ
ンデンサレンズ３８に入射する。第２のコンデンサレン
ズ３８３透過した光は、紫外線カツトフィルタ３つを透
過し、液晶表示装置４０の第２の偏光板２２に入射する
。
その入射光を第１図に矢印Ｐで示している。液晶表示装
置４０では、第２の偏光板２２に入射した光が直線偏光
となり、第２のガラス基板２８、カラーフィルタ層３３
、対向電ｆｉ２７、液晶ＪＷ２９、表示画素電極２５お
よび第１のガラス基板２６を順次透過して、第１の偏光
板２１に入射する。上記したように、液晶１２９は９０
度捩られたツイストネマティックを成し、第１および第
２の１ｑ光板２１．２２は、互いに偏光軸が直交するよ
うに配置されているため、表示画素Ｓ％２５と対向電極
２７との間に電圧が印加されないときには、光源３５か
ら出て第２の偏光板２２を透過した光は、その偏光軸が
液晶層の旋光性によって９０度捩られ、第１の偏光板２
１の偏光軸と平行になり、したがって第１の漏光板２１
を透過する。一方、表示画素電極２５と対向電極２７と
の間に電圧が印加されると、液晶ＪＷ　２９の旋光性が
解消されるため、第１の偏光板２１に入射する光の偏光
軸がその偏光板２１の偏光軸と直交して、光は第１の偏
光板２１を透過しない。このように、表示画素電極２５
と対向電極２７との間に印加する電圧がＴＰＴ２４で制
御されることによって、各画素ての光−透過率が変えら
れ、カラーフィルタ層３３によって着色された透過光が
第２図に示す投映レンズ４１を通し、スクリーン４２に
拡大投映されてカラー表示が行われる。
上記動作において、電圧非印加時に液晶層２つはツイス
トネマティックを成し旋光分散の現象が現れるが、この
ときは光が透過する状態であるため、表示画面に旋光分
故による色変化は殆ど生じない。一方、光がほとんど透
過しない電圧印加時には、液晶層２つの捩れは殆ど解消
しているため、旋光分散の現象は殆ど現れず、したがっ
て旋光分故による漏れ光は生じない。すなわち、上記液
晶表示装置４０による表示の場き、色再現性が極めて良
好となる。
また、第２のガラス基板２８に形成された遮光膜３２は
、光源３５からの光がＴＰＴ２４に入射するのを防止す
るので、長時間の光照射によるＴＰＴ２４の閾値電圧シ
フトが回避される。
第３図において、ライン１２はこの実施例の液晶表示装
置４０でのＴＰＴ２４における光（照度７０万２ｘの可
視光）照射時間と、閾値電圧シフト量Δ■ＴＨの関（系
を示している。ライン１２から明らかなように、この場
合、光照射時間が経過してもＴＰＴ２４の閾値電圧は、
殆どシフトしていない。したがって、表示特性の劣化も
防止される。
さらに、上記遮光膜３２は、電圧印加時でも電圧の９う
が及ばず、光を遮断できない表示画素電極２５の周辺部
についての遮光の役目も果たすので、高表示コントラス
トも実現できる。
なお、第２図に示した投映型表示光学系６０の構成にお
いて、色分離手段としてカラーフィルタ３３″！：用い
た場合を示したが、このほかグイクロイックミラーやグ
イクロイックプリズムを用いてもよい。また、その配置
は、第２の調光板２２と第１の偏光板２１の間に限られ
るものではない。
第４図は、本発明の第２の実施例であるアクティブマト
リクス型液晶表示装置４０　ａの要部の概略を示す縦断
面図である。この液晶表示装置は、駆動用スイッチ要素
として非線型素子４３を用いた点が、第１の実施例の場
自と異なるのみで、その池の構成については第１の実施
例と同様である。
したがって、ここでは同じ構成部分については同一の参
照符を付し説明を省略する。この場合の非線型素子４３
としては、ＰＩＮ接合の水素化非晶質シリコン膜を活性
層として持つ２つのダイオード４４．４５を互いに順方
向と逆方向に並列に接続して、リングダイオードとした
ものが用いられている。第２のガラス基板２８上に形成
されて、上記非線型素子４３の全域および表示画素電極
２５の周辺部を遮光する遮光膜３２の材料として、この
場合絶縁性が要求され、ゼラチンや高分子膜を染料ある
いは顔料で着色した絶縁物が好適である。第４図におい
て参照符ａ、ｂ、ｃは、それぞれダイオード−１４、−
１５の［１層、ｉ層、９層を示し、参照符４６．４７は
金属膜を示し、４８は絶縁膜を示す。また、参照符Ａ（
第４図の紙面に垂直方向）は第１の偏光板２１の偏光軸
の方向を示し、参照符Ｂは第２の月光板２２の渭光軸の
方向を示す。
なお、非線型素子４３としては、このほか上記した２つ
のダイオード４４．４５を互いに逆方向あるいは順方向
に直列に接続したものでもよく、さらにはショットキー
接合を用いた素子やいわゆるＭ　Ｉ　Ｍ　（Ｍｅｔａｌ
　Ｉｎ５ｕｌａｔｏｒ　Ｍｅｔａｌ　）素子であっても
よい。
発明の効果 以上のように本発明によれば、液晶層がツイストネマテ
ィックを成す電圧非印加時に光が透過し、ツイストネマ
ティックが解かれる電圧印加時に光が透過しないという
表示モードにしているので、旋光分散による色変化が表
示画面に現れることがなく、色再現性が向上するととも
に、第２の偏光板側から照射される光源の光が、駆動用
スイ／チ要素と表示画素電極の周辺部とに入射するのを
遮光手段が確実に遮光するので、駆動用スイッチ要素の
表示特性劣化が防止され、高い表示コントラストが得ら
れる。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の第１の実施例であるアクティブマトリ
クス型液晶表示装＝４０の要部を示す縦断面図、第２図
はその液晶表示装置４０を用いた投映型表示光学系６０
を示す構成図、第１２１はその液晶表示装置４０におけ
るＴＰＴ２４の閾値電圧の経時変１ヒを従来の液晶表示
装置５０におけるＴＰＴ４と比較して示すグラフ、第４
図は本発明の第２の実施例であるアクティブマトリクス
型液晶表示装置４０ａの要部を示す縦断面図、第５図は
従来のアクティブマトリクス’Ｍ　？’＆晶表示装置５
０の要部を示す縦断面図、第６図はその液晶表示装置５
０のＴＰＴ４を拡大して示す縦断面図、第７図はその液
晶表示装置５０における光透過率の実効値依存性カーブ
である。 ２１・・・第１の旧先板、２２・第２のは先板、２３・
・・液晶表示セル、２・１・・・ＴＰＴ（駆動用スイッ
チ要素）、２５・・表示画素電極、２６・・第１のガラ
ス基板（絶縁基板）、２７・・対向電極、２８・第２の
ガラス基板（絶縁基板〉、２つ・・液晶層、３２・・遮
光膜（遮光手段）、４３・・非線型素子（駆動用スイッ
チ要素） 代理人　　弁理士　西教　圭一部 第　１　口 第２図 第３゜　　　　　　　　パ′４″Ｉ′ ／４０ａ 落５図 第　６図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 駆動用スイッチ要素と表示画素電極とが形成された第１
    の絶縁基板の片面と、対向電極が形成された第２の絶縁
    基板の片面との間に液晶層を介挿して構成した液晶表示
    セルを、第１の絶縁基板側に配置された第１偏光板と、
    第２の絶縁基板側に配置された第２偏光板とで挟み、表
    示画素電極と対向電極との間に印加する電圧を駆動用ス
    イッチ要素で制御することにより、液晶層の旋光状態を
    変えて第２偏光板から第１偏光板へ透過する光の透過率
    変化により画像表示を行うようにした液晶表示装置にお
    いて、 第２偏光板側から第１偏光板側に光が表示用光源から入
    射され、 第１偏光板と第２偏光板との各偏光軸は、電圧印加時に
    非透光性となり、かつ非印加時に透光性となるように定
    められ、さらに、 光が少なくとも前記表示画素電極の外周部および前記駆
    動用スイッチ要素に入射するのを遮蔽する遮光手段を、
    前記第２の絶縁基板上に設けたことを特徴とする液晶表
    示装置。
JP63026171A 1988-02-06 1988-02-06 投映型表示装置 Pending JPH01201622A (ja)

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