JPH05273601A - 集積光学構成部品用の液晶セル - Google Patents
集積光学構成部品用の液晶セルInfo
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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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Abstract
(57)【要約】
【目的】 定められた異なる方位を持つ領域で作られた
精密な構造の液晶セルの製造。 【構成】 精密な構造物は０．１〜１００μｍ程度の２
次元または３次元構造として定義されている。液晶と接
して誘導する板が異なる定められた好適な方向を持つ超
微細機械的に作られた領域を備えているので、誘導しか
つ偏光させる周囲領域が光を照射した一段と高い屈折率
を持つ分子配向を生じる。液晶に接する板の上の配向層
が超微細構造にされるのは、一定の空間領域が圧電装置
によって移動される針により一様な方向に機械的に作ら
れるからである。作動する電極が適当に分断化されるな
らば上述のセルは投影の目的にも適している。
精密な構造の液晶セルの製造。 【構成】 精密な構造物は０．１〜１００μｍ程度の２
次元または３次元構造として定義されている。液晶と接
して誘導する板が異なる定められた好適な方向を持つ超
微細機械的に作られた領域を備えているので、誘導しか
つ偏光させる周囲領域が光を照射した一段と高い屈折率
を持つ分子配向を生じる。液晶に接する板の上の配向層
が超微細構造にされるのは、一定の空間領域が圧電装置
によって移動される針により一様な方向に機械的に作ら
れるからである。作動する電極が適当に分断化されるな
らば上述のセルは投影の目的にも適している。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明の定められた異なる方位を
持つ領域から成る精密構造物の液晶セルに関する。本発
明は上述の精密な構造物から成る光導体にも関し、また
そのような構造物を製造する方法にも関する。
持つ領域から成る精密構造物の液晶セルに関する。本発
明は上述の精密な構造物から成る光導体にも関し、また
そのような構造物を製造する方法にも関する。
【０００２】この説明の目的で、精密な構造物は０．１
〜１００μｍ程度の２次元または３次元構造として定義
されている。
〜１００μｍ程度の２次元または３次元構造として定義
されている。
【０００３】
【従来の技術】適当に分割された電極に電界を加えるこ
とによって液晶レーザに上述の精密な構造を作ることが
知られている。電界に露出された領域では、液晶の方位
はそれを囲む電界のない領域に関して変更される。通
常、この結果影響を受けた領域の光特性が変化すること
になり、したがって液晶セルの電気光学表示効果の基本
である。
とによって液晶レーザに上述の精密な構造を作ることが
知られている。電界に露出された領域では、液晶の方位
はそれを囲む電界のない領域に関して変更される。通
常、この結果影響を受けた領域の光特性が変化すること
になり、したがって液晶セルの電気光学表示効果の基本
である。
【０００４】電界がない状態で作られる液晶セルの精密
な構造物を作ることも知られている。この目的で、液晶
分子の壁配向は向けられる光重合体によって取り出され
る。分子はいろいろに整合されて、液晶の配向パターン
を作ることができる（１９９１年７月２６日付のスイス
特許出願第２２４４／９１号および２２４６／９１号参
照）。
な構造物を作ることも知られている。この目的で、液晶
分子の壁配向は向けられる光重合体によって取り出され
る。分子はいろいろに整合されて、液晶の配向パターン
を作ることができる（１９９１年７月２６日付のスイス
特許出願第２２４４／９１号および２２４６／９１号参
照）。
【０００５】これらの配向パターンは、例えば異なる好
適配向を持つ領域から成るパターン、好適配向を持つ領
域および持たない領域のパターン、または変化する撚り
の領域のパターン、すなわちＴＮおよびＳＴＮ領域のパ
ターンを含む液晶セルを作るのに使用することができ
る。
適配向を持つ領域から成るパターン、好適配向を持つ領
域および持たない領域のパターン、または変化する撚り
の領域のパターン、すなわちＴＮおよびＳＴＮ領域のパ
ターンを含む液晶セルを作るのに使用することができ
る。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】液晶と隣接する板の超
微細機械的表面処理によって作られる上述の種類の精密
構造物がいま作られるようになった。本発明により、最
初に述べた液晶セルは、液晶に隣接しかつ配向させる板
が異なる定められた好適方向を持つ領域を超微細機械的
に作った領域を有することを特徴としている。
微細機械的表面処理によって作られる上述の種類の精密
構造物がいま作られるようになった。本発明により、最
初に述べた液晶セルは、液晶に隣接しかつ配向させる板
が異なる定められた好適方向を持つ領域を超微細機械的
に作った領域を有することを特徴としている。
【０００７】
【課題を解決しようとするための手段】光導体を作る比
較的簡単な方法にこれらの精密な構造物を使用できるこ
とも判明している。周知の通り、光伝導の前提条件は、
光導体の境界表面での全反射であり、すなわち境界表面
は光導体内側のより高い値から外側のより低い値までの
屈折率の変化を持たなければならない。
較的簡単な方法にこれらの精密な構造物を使用できるこ
とも判明している。周知の通り、光伝導の前提条件は、
光導体の境界表面での全反射であり、すなわち境界表面
は光導体内側のより高い値から外側のより低い値までの
屈折率の変化を持たなければならない。
【０００８】本発明により、液晶内に光伝導領域が作ら
れるのは、その領域が照射された光を誘導しかつ偏光さ
せる周囲の領域よりも大きい屈折率を持つ分子配向を作
る精密構造物を与えられるからである。
れるのは、その領域が照射された光を誘導しかつ偏光さ
せる周囲の領域よりも大きい屈折率を持つ分子配向を作
る精密構造物を与えられるからである。
【０００９】本発明のもう１つの目的は、上述の精密構
造物を作る方法を提供することである。本発明によるこ
の目的のための方法は、液晶に隣接する板の上の配向層
の超微細機械的な構造物を作ることを含む。この方法で
は、与えられた２次元領域が圧電装置によって移動され
る針により一様な方向に機械的に作られることが望まし
い。
造物を作る方法を提供することである。本発明によるこ
の目的のための方法は、液晶に隣接する板の上の配向層
の超微細機械的な構造物を作ることを含む。この方法で
は、与えられた２次元領域が圧電装置によって移動され
る針により一様な方向に機械的に作られることが望まし
い。
【００１０】液晶は光伝導構造物の製造に重要な諸特性
を有する。それらは強い光異方性を有し、それらの配向
は境界条件によって制御され、またそれらは準静止動作
で極めて強力な電気光学効果を有する。若干の新規に開
発された強誘電液晶も強い光学的非線形性を有する。ま
た、液晶は薄層を作る簡単な方法にも使用される。
を有する。それらは強い光異方性を有し、それらの配向
は境界条件によって制御され、またそれらは準静止動作
で極めて強力な電気光学効果を有する。若干の新規に開
発された強誘電液晶も強い光学的非線形性を有する。ま
た、液晶は薄層を作る簡単な方法にも使用される。
【００１１】したがって、従来の（ネマチック）液晶は
遅い（スタチック）スイッチング網を作るのに用いられ
る。しかし強誘電液晶が使用されるならば、ポッケルス
効果により１ｎｓよりもはるかに短かいスイッチング時
間も達成し得る。
遅い（スタチック）スイッチング網を作るのに用いられ
る。しかし強誘電液晶が使用されるならば、ポッケルス
効果により１ｎｓよりもはるかに短かいスイッチング時
間も達成し得る。
【００１２】また光伝導構造物において、光エネルギー
は極めて小さい容積に濃縮されるので、有効な周波数二
倍および混合動作が可能である。
は極めて小さい容積に濃縮されるので、有効な周波数二
倍および混合動作が可能である。
【００１３】
【実施例】図１は２個の平行に隔置されたガラス板１お
よび４を含む液晶セルを示す。底部のガラス板１は、重
合体配向層３で被覆されたＩＴＯ電極コーティング２を
有する。同様に頂部ガラス板４は、ＩＴＯ電極コーティ
ング５および重合体配向層６を有する。ネマチック液晶
層７は２枚の板の間の空間に置かれている。
よび４を含む液晶セルを示す。底部のガラス板１は、重
合体配向層３で被覆されたＩＴＯ電極コーティング２を
有する。同様に頂部ガラス板４は、ＩＴＯ電極コーティ
ング５および重合体配向層６を有する。ネマチック液晶
層７は２枚の板の間の空間に置かれている。
【００１４】その表面の大部分を覆う重合体層３は、鎖
線８によって示される方向にある液晶７の隣接分子を配
向させる表面構造物８を有する。頂部板４にある重合体
層６は、それに平行な表面構造物１０を有する。２枚の
板の壁配向の平行整合により、全液晶７の一様な整合の
既知の方法が得られる。この液晶構造物は同質または平
面と呼ばれる。
線８によって示される方向にある液晶７の隣接分子を配
向させる表面構造物８を有する。頂部板４にある重合体
層６は、それに平行な表面構造物１０を有する。２枚の
板の壁配向の平行整合により、全液晶７の一様な整合の
既知の方法が得られる。この液晶構造物は同質または平
面と呼ばれる。
【００１５】１つの方向に配向されたこの同質液晶層
は、異なる配向を持ち数μｍ幅のストリップと共に本発
明により提供され、また本発明により下記の通り作ら
れ、すなわち重合体層３は残りの区域から異なる方向
に、例えば配向８に対して直角に、底板１の表面上の与
えられた制限領域９に作られる。領域９に隣接する液晶
分子は、壁配向力によって上述の異なる方向に整合され
る。
は、異なる配向を持ち数μｍ幅のストリップと共に本発
明により提供され、また本発明により下記の通り作ら
れ、すなわち重合体層３は残りの区域から異なる方向
に、例えば配向８に対して直角に、底板１の表面上の与
えられた制限領域９に作られる。領域９に隣接する液晶
分子は、壁配向力によって上述の異なる方向に整合され
る。
【００１６】液晶分子の共動相互作用により、上述の異
なる整合は液晶内にわたる。対向側、すなわち頂部板上
の壁配向は変更されず、すなわち方向８に平行である。
その結果、区域９により定められかつ鎖線によって示さ
れる空間１１において撚り分子配列（ＴＮまたは回転電
池構造）が生じる。このストリップ状空間１１は、光導
体として働き、ストリップの両側の光伝導は液晶の異な
って配向された空間領域間の屈折率の定められた差によ
って得られ、また下側では、ガラスのより小さい屈折率
によって得られる。頂部では、撚られた分子配列は光を
導く屈折率傾度を生じる。ガラス板を通る光の伝導は頂
部でも作動するが、液晶層の厚さ次第である。
なる整合は液晶内にわたる。対向側、すなわち頂部板上
の壁配向は変更されず、すなわち方向８に平行である。
その結果、区域９により定められかつ鎖線によって示さ
れる空間１１において撚り分子配列（ＴＮまたは回転電
池構造）が生じる。このストリップ状空間１１は、光導
体として働き、ストリップの両側の光伝導は液晶の異な
って配向された空間領域間の屈折率の定められた差によ
って得られ、また下側では、ガラスのより小さい屈折率
によって得られる。頂部では、撚られた分子配列は光を
導く屈折率傾度を生じる。ガラス板を通る光の伝導は頂
部でも作動するが、液晶層の厚さ次第である。
【００１７】別法として、頂部板４の上の重合体層は、
同様に区域９に対応する異なる精密構造物を与えられ
る。２つの対面する精密構造物の区域が平行な配向方向
を有するならば、対応する空間領域１１は一様に整合さ
れ、すなわち単軸となる。
同様に区域９に対応する異なる精密構造物を与えられ
る。２つの対面する精密構造物の区域が平行な配向方向
を有するならば、対応する空間領域１１は一様に整合さ
れ、すなわち単軸となる。
【００１８】もう１つの別法は、平面な一般壁配向に代
わるホメオトロピック（ｈｏｍｅｏｔｒｏｐｉｃ）に１
枚または２枚の板を与えることである。ホメオトロピッ
ク分子配列も空間１１よりも小さい屈折率を有する。
わるホメオトロピック（ｈｏｍｅｏｔｒｏｐｉｃ）に１
枚または２枚の板を与えることである。ホメオトロピッ
ク分子配列も空間１１よりも小さい屈折率を有する。
【００１９】区域９は図２に示されデバイスによって作
られるが、例えば重合体層３が既に好適な方向８に例え
ば研磨によって配向された板１が二重矢印により示され
る２つの方向に可動されるようになっている。ばね１３
によって圧電管１２に取り付けられた針１４は、板の上
に置かれる。この配列は電力走査顕微鏡における既知の
走査装置に対応する。
られるが、例えば重合体層３が既に好適な方向８に例え
ば研磨によって配向された板１が二重矢印により示され
る２つの方向に可動されるようになっている。ばね１３
によって圧電管１２に取り付けられた針１４は、板の上
に置かれる。この配列は電力走査顕微鏡における既知の
走査装置に対応する。
【００２０】圧電管１２の電気作動により、針１４は任
意な所望の方向に移動される。針は、本例のように板１
の移動方向に直角に重合体層３の上を簡単に往復運動す
ることができるが、板１は既存の配向８の方向にゆっく
り移動することができる。針１４の圧力は、前述の電力
走査顕微鏡で監視することができる。
意な所望の方向に移動される。針は、本例のように板１
の移動方向に直角に重合体層３の上を簡単に往復運動す
ることができるが、板１は既存の配向８の方向にゆっく
り移動することができる。針１４の圧力は、前述の電力
走査顕微鏡で監視することができる。
【００２１】重合体層３と接触している針１４の運動
は、細い刻み線として表わされる構造物を持つ層を提供
するが、線は針の運動の方向にわたっている。代表的に
ｎｍ領域である線間の空間は、板が移動される速度に左
右される。
は、細い刻み線として表わされる構造物を持つ層を提供
するが、線は針の運動の方向にわたっている。代表的に
ｎｍ領域である線間の空間は、板が移動される速度に左
右される。
【００２２】針１４は板１の運動に対し９０°から異な
る角ψで重合体層の上を移動することもできるので、構
造物の線は配向８に対して角ψで延びる。この「傾斜」
構造は、例えば分子が壁配向に対してある角度をなすＳ
ｃ材料について有用である。適当な角度での構造によっ
て、空間１１で正確に横方向の分子整合が生じる。
る角ψで重合体層の上を移動することもできるので、構
造物の線は配向８に対して角ψで延びる。この「傾斜」
構造は、例えば分子が壁配向に対してある角度をなすＳ
ｃ材料について有用である。適当な角度での構造によっ
て、空間１１で正確に横方向の分子整合が生じる。
【００２３】他方では、液晶の屈折率は例えば周波数２
倍動作に位相整合を与えるために空間１１にある分子を
ゆっくりと傾斜させることによって変えることができ
る。
倍動作に位相整合を与えるために空間１１にある分子を
ゆっくりと傾斜させることによって変えることができ
る。
【００２４】液晶分子の傾斜は作り方によっても影響を
受けることがある。すべての線が同じ方向の針１４によ
って画かれるならば、すなわち針が唯一の方向に表面と
触れかつ復帰運動中に持ち上げられるならば、合成線の
構造は分子を傾斜させる。
受けることがある。すべての線が同じ方向の針１４によ
って画かれるならば、すなわち針が唯一の方向に表面と
触れかつ復帰運動中に持ち上げられるならば、合成線の
構造は分子を傾斜させる。
【００２５】超微細機械的な構造は他の手段、例えば重
合体層にある特殊構造物を浮き彫りにすることによって
も作ることができる。また、すべての方法において、選
択された表面の特殊構造は、多数の場合で、例えばパタ
ーン状に置かれた針または浮彫りデバイスによって同時
に作られる。
合体層にある特殊構造物を浮き彫りにすることによって
も作ることができる。また、すべての方法において、選
択された表面の特殊構造は、多数の場合で、例えばパタ
ーン状に置かれた針または浮彫りデバイスによって同時
に作られる。
【００２６】光は干渉格子（図示されていない）を用い
て、既知の手段で光伝導空間に結合される。同じことが
光の除結合にも当てはまる。これらの格子は、構造用パ
ラメータの適当な選択により、針によっても作られる。
格子は既知の方法でも浮き彫りにすることができる。
て、既知の手段で光伝導空間に結合される。同じことが
光の除結合にも当てはまる。これらの格子は、構造用パ
ラメータの適当な選択により、針によっても作られる。
格子は既知の方法でも浮き彫りにすることができる。
【００２７】非ネマチック、例えば強誘電液晶も具合良
く使用することができる。ネマチック液晶は、静または
電気光学的に比較的低速な構成部品を形成する。強誘電
液晶は高速電気光学スイッチング工程、特に強い光非線
形性を有し、かつ室温でガラス状に凍結される結晶にと
って望ましい。
く使用することができる。ネマチック液晶は、静または
電気光学的に比較的低速な構成部品を形成する。強誘電
液晶は高速電気光学スイッチング工程、特に強い光非線
形性を有し、かつ室温でガラス状に凍結される結晶にと
って望ましい。
【００２８】２枚の板１，４の上にある電極層２，５
は、電池の所期の使用次第で、適当な方法で分断するこ
とができる。
は、電池の所期の使用次第で、適当な方法で分断するこ
とができる。
【００２９】前述の方法はマッハ−ツェンダーの干渉計
のような一段と複雑な構造物を得るのにも使用される。
これは、液晶の強力な電気光学効果と組み合わされて、
複合スイッチング網を持つ集積光学装置への道を開く。
のような一段と複雑な構造物を得るのにも使用される。
これは、液晶の強力な電気光学効果と組み合わされて、
複合スイッチング網を持つ集積光学装置への道を開く。
【００３０】光導体の生産に加えて、本発明による精密
構造作りは、１９９１年７月２６日付の最初に挙げたス
イス特許出願第２２４６／９１号に説明された通り液晶
表示セルを作るのにも使用することができる。特に、本
発明による方法は、引用に説明されたセルに似て異なる
分子構造で隣接空間のチェス盤配列を持つセルを作るの
に具合よく使用することができる。この目的で、板１の
上の全重合体層３は、表面領域の異なる配向方向に超微
細機械的構造物のチェス盤配列を具備している。面して
いる板は同様に作られたり、処理されるので、それは液
晶をホモエオトロピカリ（ｈｏｍｏｅｏｔｒｏｐｉｃａ
ｌｌｙ）に配向させる。液晶は前述の壁配向に対応する
異なって配向された空間領域を有する。
構造作りは、１９９１年７月２６日付の最初に挙げたス
イス特許出願第２２４６／９１号に説明された通り液晶
表示セルを作るのにも使用することができる。特に、本
発明による方法は、引用に説明されたセルに似て異なる
分子構造で隣接空間のチェス盤配列を持つセルを作るの
に具合よく使用することができる。この目的で、板１の
上の全重合体層３は、表面領域の異なる配向方向に超微
細機械的構造物のチェス盤配列を具備している。面して
いる板は同様に作られたり、処理されるので、それは液
晶をホモエオトロピカリ（ｈｏｍｏｅｏｔｒｏｐｉｃａ
ｌｌｙ）に配向させる。液晶は前述の壁配向に対応する
異なって配向された空間領域を有する。
【００３１】このように形成された液晶は、個々の区域
の寸法が光波長の範囲内であり、したがって透明である
ならば、入射光を散乱させる。電界が印加されると、液
晶分子は整合されて光を送る。したがって簡単な電気光
学スイッチを生じる。
の寸法が光波長の範囲内であり、したがって透明である
ならば、入射光を散乱させる。電界が印加されると、液
晶分子は整合されて光を送る。したがって簡単な電気光
学スイッチを生じる。
【００３２】光学的には、セルは動散乱（ＤＳ）効果に
基づく液晶技術の初期段階中に最初の市販で入手し得る
電池に似た働きをする。本発明の電池は、それが偏光器
を必要としない点で似ている。しかしＤＳセルとは対照
的に、本電池は消費電流、使用寿命などに関するような
利点をすべて備えた真の電界効果に基づいている。
基づく液晶技術の初期段階中に最初の市販で入手し得る
電池に似た働きをする。本発明の電池は、それが偏光器
を必要としない点で似ている。しかしＤＳセルとは対照
的に、本電池は消費電流、使用寿命などに関するような
利点をすべて備えた真の電界効果に基づいている。
【００３３】
【発明の効果】作動する電極が適当に分断化されるなら
ば、上述のセルは投影の目的にも適している。
ば、上述のセルは投影の目的にも適している。
【図面の簡単な説明】
【図１】異なる配向の領域を持つ液晶セルの図。
【図２】超微細構造物を「表わす」デバイスの図。
１ 底部のガラス板 ２ ＩＴＯ電極コーティング ３ 重合体配向層 ４ 頂部ガラス板 ５ ＩＴＯ電極コーティング ６ 重合体配向層 ７ ネマチック液晶層 ８ 鎖線（表面構造物）配向 ９ 制限領域（区域） １０ 表面構造物 １１ 空間領域 １２ 圧電管 １３ バネ １４ 針
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ペーター グリュッター スイス国バーセル，ヘゲンハイメルシュト ラーセ 35 (72)発明者 ハンス − ヨゼフ ハッグ スイス国プラテルン，フォーゲルマッツシ ュトラーセ 20 (72)発明者 トーマス ユング スイス国バーゼル，バウムガルテンベグ 20 (72)発明者 ウド シュワルツ スイス国バーゼル，ガスシュトラーセ 48
Claims (5)
- 【請求項１】 定められた異なる方位を持つ領域で作ら
れた精密な構造の液晶セルであり、液晶に接しかつそれ
を方位づける板が異なる定められた望ましい方向を持つ
超微細機械的に作られた領域を有する、ことを特徴とす
る液晶セル。 - 【請求項２】 与えられた空間領域が移動針によって一
様な方向に機械的に作られている、ことを特徴とする請
求項１記載による液晶セルを作る方法。 - 【請求項３】 針が圧電装置によって移動される、こと
を特徴とする請求項２記載による精密構造の液晶を製造
する方法。 - 【請求項４】 与えられた空間領域が浮彫りによって一
様な方向に機械的に作られる、ことを特徴とする請求項
１記載による精密構造を有する液晶セルを製造する方
法。 - 【請求項５】 領域が照射された光を誘導および偏光さ
せる周囲の領域よりも強い屈折率を持つ分子配向として
作る精密構造を与えられる、ことを特徴とする請求項１
記載による精密構造の液晶セル中にある光誘導領域。
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|---|---|---|---|
| CH357091 | 1991-12-05 | ||
| CH03570/91-4 | 1991-12-05 |
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|---|---|
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| HK (1) | HK182896A (ja) |
Cited By (1)
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| SG50596A1 (en) | 1991-07-26 | 2001-01-16 | Rolic Ag | Photo-oriented polymer networks and method of their manufacture |
| EP0525478B1 (de) | 1991-07-26 | 1997-06-11 | F. Hoffmann-La Roche Ag | Flüssigkristallanzeigezelle |
-
1992
- 1992-11-25 EP EP92120023A patent/EP0545234B1/de not_active Expired - Lifetime
- 1992-11-25 DE DE59205351T patent/DE59205351D1/de not_active Expired - Fee Related
- 1992-12-01 KR KR1019920022961A patent/KR100359002B1/ko not_active IP Right Cessation
- 1992-12-04 JP JP4325375A patent/JP2839173B2/ja not_active Expired - Fee Related
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- 1996-10-03 HK HK182896A patent/HK182896A/xx not_active IP Right Cessation
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- 1997-07-08 US US08/889,482 patent/US6271906B1/en not_active Expired - Fee Related
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| KR930013801A (ko) | 1993-07-22 |
| HK182896A (en) | 1996-10-11 |
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| EP0545234B1 (de) | 1996-02-14 |
| US6271906B1 (en) | 2001-08-07 |
| JP2839173B2 (ja) | 1998-12-16 |
| EP0545234A1 (de) | 1993-06-09 |
| DE59205351D1 (de) | 1996-03-28 |
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