JPH10282337A - シート状偏光分離・変換型偏光素子およびこれを用いた液晶表示装置 - Google Patents
シート状偏光分離・変換型偏光素子およびこれを用いた液晶表示装置Info
- Publication number
- JPH10282337A JPH10282337A JP9411997A JP9411997A JPH10282337A JP H10282337 A JPH10282337 A JP H10282337A JP 9411997 A JP9411997 A JP 9411997A JP 9411997 A JP9411997 A JP 9411997A JP H10282337 A JPH10282337 A JP H10282337A
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- Japan
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- light
- sheet
- prism
- polarized light
- polarizing element
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 自然光を高い効率で直線偏光に変換する偏光
分離・変換型偏光素子を得る。また これを用いること
により、高輝度 あるいは 消費電力を省力化した液晶表
示装置を提供する。 【解決手段】 直角三角形状の三角柱がアレー状に配列
されたシート状プリズムアレーにおいて、三角柱の斜面
に低、高屈折率の薄膜から成る周期構造反射増加膜 お
よび プリズム鉛直面に形成された1/2波長板により構成
され、入射光が反射増加膜により偏光分離され、その反
射光は さらに1/2波長板により偏光変換され 、隣接の
プリズム斜面で全反射され ほぼ垂直に素子外に射出さ
れる。一方屈折光はp,s偏光成分をほぼ同じ割合で有
し、プリズム外に射出される。これらの反射光、屈折光
を偏光板を通してp偏光光のみにすることにより、入射
自然光から50％以上のp偏光光を得る。すなわち 50％以
上の透過率を得ることができ、反射増加膜の設計により
90％程度まで向上できる。
分離・変換型偏光素子を得る。また これを用いること
により、高輝度 あるいは 消費電力を省力化した液晶表
示装置を提供する。 【解決手段】 直角三角形状の三角柱がアレー状に配列
されたシート状プリズムアレーにおいて、三角柱の斜面
に低、高屈折率の薄膜から成る周期構造反射増加膜 お
よび プリズム鉛直面に形成された1/2波長板により構成
され、入射光が反射増加膜により偏光分離され、その反
射光は さらに1/2波長板により偏光変換され 、隣接の
プリズム斜面で全反射され ほぼ垂直に素子外に射出さ
れる。一方屈折光はp,s偏光成分をほぼ同じ割合で有
し、プリズム外に射出される。これらの反射光、屈折光
を偏光板を通してp偏光光のみにすることにより、入射
自然光から50％以上のp偏光光を得る。すなわち 50％以
上の透過率を得ることができ、反射増加膜の設計により
90％程度まで向上できる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、液晶パネルディス
プレイに用いられる高透過率シート状偏光分離・変換型
偏光素子、および 該偏光素子を用いた液晶表示装置に
関する。
プレイに用いられる高透過率シート状偏光分離・変換型
偏光素子、および 該偏光素子を用いた液晶表示装置に
関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、液晶パネルディスプレイに用いら
れるシート状偏光板は、二色性色素が基材の高分子フィ
ルム中に吸着され、１軸方向に配列されている。二色性
色素としては、ヨウ素、あるいは、アゾ染料が用いられ
る。シート状偏光板に入射した光のうち 吸収軸方向の
偏光成分を有する光は吸収遮断され、それと直交する偏
光成分は透過させる。したがって、原理的には入射光の
透過率は50％となる。実際広く市販されている偏光板の
透過率は 40-45%である。すなわち、バックライトの光
量の約半分が偏光板により損失されるのが現状である。
このため表示画面の輝度を上げるにはバックライト光源
の出力を増加させる必要があり、省電力化に逆行するも
のである。
れるシート状偏光板は、二色性色素が基材の高分子フィ
ルム中に吸着され、１軸方向に配列されている。二色性
色素としては、ヨウ素、あるいは、アゾ染料が用いられ
る。シート状偏光板に入射した光のうち 吸収軸方向の
偏光成分を有する光は吸収遮断され、それと直交する偏
光成分は透過させる。したがって、原理的には入射光の
透過率は50％となる。実際広く市販されている偏光板の
透過率は 40-45%である。すなわち、バックライトの光
量の約半分が偏光板により損失されるのが現状である。
このため表示画面の輝度を上げるにはバックライト光源
の出力を増加させる必要があり、省電力化に逆行するも
のである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、このこの種
の偏光板の透過率が低く、該偏光板を用いた液晶表示装
置の輝度向上にはバックライトの電力を高める必要があ
る、などの問題点を解決するためになされたものであ
り、その目的とするところは 偏光板の透明性を大幅に
増加させることにより、輝度向上 もしくはバックライ
トの電力の低減化を図った液晶表示装置を提供するにあ
る。
の偏光板の透過率が低く、該偏光板を用いた液晶表示装
置の輝度向上にはバックライトの電力を高める必要があ
る、などの問題点を解決するためになされたものであ
り、その目的とするところは 偏光板の透明性を大幅に
増加させることにより、輝度向上 もしくはバックライ
トの電力の低減化を図った液晶表示装置を提供するにあ
る。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明は、前述の課題を
解決すべくなされたものであり、直角三角形状の三角柱
がアレー状に配置されたシート状プリズムアレーにおい
て、三角柱の斜面に低屈折率、高屈折率の薄膜から成る
周期構造反射増加膜 および プリズム鉛直面に形成され
た1/2波長板により構成され、入射光が該周期構造反射
増加膜により偏光分離され、その反射光は s偏光成分が
優勢であり、さらに1/2波長板により偏光変換され p偏
光成分が優勢となり、隣接のプリズム斜面で全反射され
さらに偏光板を通過することにより p偏光成分のみを
もつ直線偏光光として ほぼ垂直に素子外に出射され
る。一方 屈折光は p偏光成分, s偏光成分をほぼ同じ割
合で有し、プリズム外に出射され、偏光板を通してs偏
光成分は吸収され p偏光成分のみの直線偏光に変換され
る。これら直線偏光に変換された反射光、屈折光を加え
合わせると、入射自然光から50％以上のp偏光成分を有
する直線偏光を得ることができる。すなわち 50％以上
の透過率を得ることができるものであり、反射増加膜の
設計により 90％程度にまで向上することが可能とな
る。
解決すべくなされたものであり、直角三角形状の三角柱
がアレー状に配置されたシート状プリズムアレーにおい
て、三角柱の斜面に低屈折率、高屈折率の薄膜から成る
周期構造反射増加膜 および プリズム鉛直面に形成され
た1/2波長板により構成され、入射光が該周期構造反射
増加膜により偏光分離され、その反射光は s偏光成分が
優勢であり、さらに1/2波長板により偏光変換され p偏
光成分が優勢となり、隣接のプリズム斜面で全反射され
さらに偏光板を通過することにより p偏光成分のみを
もつ直線偏光光として ほぼ垂直に素子外に出射され
る。一方 屈折光は p偏光成分, s偏光成分をほぼ同じ割
合で有し、プリズム外に出射され、偏光板を通してs偏
光成分は吸収され p偏光成分のみの直線偏光に変換され
る。これら直線偏光に変換された反射光、屈折光を加え
合わせると、入射自然光から50％以上のp偏光成分を有
する直線偏光を得ることができる。すなわち 50％以上
の透過率を得ることができるものであり、反射増加膜の
設計により 90％程度にまで向上することが可能とな
る。
【０００５】
【発明の実施の形態】図１は本発明の偏光分離・変換素
子の構造説明図であり、1 は頂角が 40-50゜の直角三角
形状の三角柱がアレー状に配置されたプリズムシートで
ある。このプリズムシートはプラスチック成形加工技術
をもって作成することができる。あるいは ガラスから
成る長尺のプリズムをアレー状に配列することにより容
易に製作することができる。シート状プリズムアレー１
には、三角柱の斜面に低屈折率、高屈折率の薄膜から成
る周期構造反射増加膜 2 および 直角プリズムの鉛直直
に形成された1/2波長板 3 が形成される。
子の構造説明図であり、1 は頂角が 40-50゜の直角三角
形状の三角柱がアレー状に配置されたプリズムシートで
ある。このプリズムシートはプラスチック成形加工技術
をもって作成することができる。あるいは ガラスから
成る長尺のプリズムをアレー状に配列することにより容
易に製作することができる。シート状プリズムアレー１
には、三角柱の斜面に低屈折率、高屈折率の薄膜から成
る周期構造反射増加膜 2 および 直角プリズムの鉛直直
に形成された1/2波長板 3 が形成される。
【０００６】低屈折率、高屈折率の薄膜から成る周期構
造反射増加膜 2 には、低屈折率である材料としては硫
化亜鉛、酸化セリウム、酸化チタンなど、低屈折率であ
る材料としては フッ化マグネシウムが使われる。成膜
方法としては真空蒸着、もしくはスパッタリングが用い
られる。交互に積層する高、低屈折率薄膜の各々の膜
厚、層数は 周期構造反射増加膜の性能を設計する上で
重要である。
造反射増加膜 2 には、低屈折率である材料としては硫
化亜鉛、酸化セリウム、酸化チタンなど、低屈折率であ
る材料としては フッ化マグネシウムが使われる。成膜
方法としては真空蒸着、もしくはスパッタリングが用い
られる。交互に積層する高、低屈折率薄膜の各々の膜
厚、層数は 周期構造反射増加膜の性能を設計する上で
重要である。
【０００７】1/2波長板 3 は入射偏光面を 90度回転す
る機能をもつ光学部品であり、個別光学部品として従来
水晶を用いたものが使われている。本発明ではプリズム
壁面の集積する必要があり 従来品を使用することは出
来ない。本発明に適合する1/2波長板としては、延伸高
分子フィルム もしくは、薄膜波長板がある。前者は高
分子フィルムを延伸することにより面内に屈折率異方性
を発現し、その複屈折性を1/2波長板として利用するも
のである。高分子としてはポリカーボネート、ポリプロ
ピレン、ポバールなどが用いられる。後者は誘電体物質
を斜め蒸着し 薄膜の内部構造が傾いた柱状構造をもた
らしめることにより複屈折性を誘起し 1/2波長板として
利用できる。このための材料としては五酸化タンタルが
使われる。4 は偏光板であり、従来使われている二色性
吸収を原理とする偏光シートである。
る機能をもつ光学部品であり、個別光学部品として従来
水晶を用いたものが使われている。本発明ではプリズム
壁面の集積する必要があり 従来品を使用することは出
来ない。本発明に適合する1/2波長板としては、延伸高
分子フィルム もしくは、薄膜波長板がある。前者は高
分子フィルムを延伸することにより面内に屈折率異方性
を発現し、その複屈折性を1/2波長板として利用するも
のである。高分子としてはポリカーボネート、ポリプロ
ピレン、ポバールなどが用いられる。後者は誘電体物質
を斜め蒸着し 薄膜の内部構造が傾いた柱状構造をもた
らしめることにより複屈折性を誘起し 1/2波長板として
利用できる。このための材料としては五酸化タンタルが
使われる。4 は偏光板であり、従来使われている二色性
吸収を原理とする偏光シートである。
【０００８】本発明の偏光分離・変換素子の構造断面図
である図２により、本発明の機能を説明する。偏光して
いない光（自然光) 5 が第一の偏光分離・変換素子 10
に垂直に入射すると周期構造反射増加膜 2 が形成され
ているプリズム斜面で 反射 および 屈折し、反射光 6
および 屈折光 7に分離される。反射光 6 および 屈折
光 7 の偏光状態 および 光強度は、周期構造反射増加
膜2 の構成、すなわち 高、低屈折率の値、膜厚 および
層数により決定される。ここで 周期構造反射増加膜 2
を、反射光 6 の s偏光成分が多くなるよう、また、屈
折光 7 の p偏光成分は多くなるように設計する。反射
光 6 は 1/2波長板 3 の作用により s,p偏光成分が逆転
し、その結果 p偏光成分は多くなり、透過光 8 として
隣接した第二のプリズム状偏光分離・変換素子11 に入
射し、その斜面で全反射され、偏光光 8'となる。この
際 偏光状態は変化しない。さらに p偏光光を通過する
ように配置された、偏光板 4 を通り、射出光 9 とな
る。この射出光9 は p偏光のみを偏光成分としてもつ直
線偏光光である。一方、屈折光 7 は p偏光成分と s偏
光成分をほぼ等量にもつ楕円偏光であるが、周期構造反
射増加膜 2 の作用によりその光強度は反射光 6 に比し
十分に低い。屈折光 7 は 反射光の場合と同様偏光板 4
を経て、p偏光成分のみを有する直線偏光光 12 として
射出する。反射光 6 が偏光変換された直線偏光光 9 と
直線偏光光 12 を加え合わせ、直線偏光光源として利
用できる。すなわち 入射自然光 5 は周期構造反射増加
膜 2を装荷した斜面で偏光分離・変換され、直線偏光光
に変換される。その変換効率は50％以上、典型的には80
％程度の値が得られる。
である図２により、本発明の機能を説明する。偏光して
いない光（自然光) 5 が第一の偏光分離・変換素子 10
に垂直に入射すると周期構造反射増加膜 2 が形成され
ているプリズム斜面で 反射 および 屈折し、反射光 6
および 屈折光 7に分離される。反射光 6 および 屈折
光 7 の偏光状態 および 光強度は、周期構造反射増加
膜2 の構成、すなわち 高、低屈折率の値、膜厚 および
層数により決定される。ここで 周期構造反射増加膜 2
を、反射光 6 の s偏光成分が多くなるよう、また、屈
折光 7 の p偏光成分は多くなるように設計する。反射
光 6 は 1/2波長板 3 の作用により s,p偏光成分が逆転
し、その結果 p偏光成分は多くなり、透過光 8 として
隣接した第二のプリズム状偏光分離・変換素子11 に入
射し、その斜面で全反射され、偏光光 8'となる。この
際 偏光状態は変化しない。さらに p偏光光を通過する
ように配置された、偏光板 4 を通り、射出光 9 とな
る。この射出光9 は p偏光のみを偏光成分としてもつ直
線偏光光である。一方、屈折光 7 は p偏光成分と s偏
光成分をほぼ等量にもつ楕円偏光であるが、周期構造反
射増加膜 2 の作用によりその光強度は反射光 6 に比し
十分に低い。屈折光 7 は 反射光の場合と同様偏光板 4
を経て、p偏光成分のみを有する直線偏光光 12 として
射出する。反射光 6 が偏光変換された直線偏光光 9 と
直線偏光光 12 を加え合わせ、直線偏光光源として利
用できる。すなわち 入射自然光 5 は周期構造反射増加
膜 2を装荷した斜面で偏光分離・変換され、直線偏光光
に変換される。その変換効率は50％以上、典型的には80
％程度の値が得られる。
【０００９】
本発明の第一の実施例： 直角の2辺が 4mm である直角
２等辺三角形を断面とし長さ 5cm のガラス製の長尺プ
リズムを用意し、斜面に 高屈折率薄膜材料である硫化
亜鉛（Hと略記する）0.05μm および 低屈折率薄膜材料
であるフッ化マグネシウム（Lと略記する）を 0.09μm
を HLHLHLHLH の順に9層積層した。成膜は２つの蒸発源
を有する真空蒸着法によりおこなった。次に、直角を挟
む一辺に５酸化タンタル薄膜を斜め蒸着することによ
り、1/2波長板を形成した。成膜法は電子ビーム蒸着に
よった。その膜厚は 3.5μmであり、波長：633nm(He-Ne
レーザー)に対し1/2波長分の複屈折率差を有していた。
このように用意した長尺プリズム５本をガラス板上のア
レー状に配置した。ガラス板の下面には偏光板を張り付
け、本発明の偏光分離・変換型偏光素子を作成、自然光
を照射した。本偏光分離・変換型偏光素子から射出した
直線偏光の光パワーは 入射自然光の 83％ であった。
２等辺三角形を断面とし長さ 5cm のガラス製の長尺プ
リズムを用意し、斜面に 高屈折率薄膜材料である硫化
亜鉛（Hと略記する）0.05μm および 低屈折率薄膜材料
であるフッ化マグネシウム（Lと略記する）を 0.09μm
を HLHLHLHLH の順に9層積層した。成膜は２つの蒸発源
を有する真空蒸着法によりおこなった。次に、直角を挟
む一辺に５酸化タンタル薄膜を斜め蒸着することによ
り、1/2波長板を形成した。成膜法は電子ビーム蒸着に
よった。その膜厚は 3.5μmであり、波長：633nm(He-Ne
レーザー)に対し1/2波長分の複屈折率差を有していた。
このように用意した長尺プリズム５本をガラス板上のア
レー状に配置した。ガラス板の下面には偏光板を張り付
け、本発明の偏光分離・変換型偏光素子を作成、自然光
を照射した。本偏光分離・変換型偏光素子から射出した
直線偏光の光パワーは 入射自然光の 83％ であった。
【００１０】本発明の第二の実施例： 直角の2辺が 2m
m である直角２等辺三角形を断面とし、面積 10cm ×10
cm に プリズムがアレー状に配列したシートを金型成形
法により成形した。成形樹脂はポリメチルメタクリレー
ト（PMMA)であり、光硬化法によって成形した。次の位
相差が波長633nmに対し1/2波長である1/2波長板をポリ
カーボネートの一軸延伸法により作成、2mm×10cmの短
冊状に切断し、直角２等辺三角形の鉛直面に接着した。
さらにこの1/2波長板を張り付けたプリズムシートに垂
直方向から蒸着することにより、斜面のみに多層膜を成
膜することができた。この時の薄膜材料 および 膜厚
は、第一の実施例の場合と同様であり、層構成はHLHLHL
Hの７層とした。以上のプロセスで完成したプリズムア
レーシートに自然光を照射し、偏光分離・変換の効率を
測定した結果、その効率は81％であった。さらに本発明
の偏光素子を液晶パネルのバックライト側の偏光板と差
し替え、その効果を比較した。その結果、本発明の偏光
分離・変換型偏光素子を挿入した場合の画像輝度が明ら
かに高いことが確認できた。
m である直角２等辺三角形を断面とし、面積 10cm ×10
cm に プリズムがアレー状に配列したシートを金型成形
法により成形した。成形樹脂はポリメチルメタクリレー
ト（PMMA)であり、光硬化法によって成形した。次の位
相差が波長633nmに対し1/2波長である1/2波長板をポリ
カーボネートの一軸延伸法により作成、2mm×10cmの短
冊状に切断し、直角２等辺三角形の鉛直面に接着した。
さらにこの1/2波長板を張り付けたプリズムシートに垂
直方向から蒸着することにより、斜面のみに多層膜を成
膜することができた。この時の薄膜材料 および 膜厚
は、第一の実施例の場合と同様であり、層構成はHLHLHL
Hの７層とした。以上のプロセスで完成したプリズムア
レーシートに自然光を照射し、偏光分離・変換の効率を
測定した結果、その効率は81％であった。さらに本発明
の偏光素子を液晶パネルのバックライト側の偏光板と差
し替え、その効果を比較した。その結果、本発明の偏光
分離・変換型偏光素子を挿入した場合の画像輝度が明ら
かに高いことが確認できた。
【００１１】
【発明の効果】本発明によると、自然光を非常に高い効
率で直線偏光光に変換できる。本発明の偏光分離・変換
型偏光素子を用いることにより、従来の偏光板を用いた
場合に比べ、液晶表示画面の輝度は30％ 程度向上し
た。このことはバックライトの液晶表示装置の省電力化
に結びつくことは明らかである。
率で直線偏光光に変換できる。本発明の偏光分離・変換
型偏光素子を用いることにより、従来の偏光板を用いた
場合に比べ、液晶表示画面の輝度は30％ 程度向上し
た。このことはバックライトの液晶表示装置の省電力化
に結びつくことは明らかである。
【図１】 本発明の偏光分離・変換素子の構造説明図
【図２】 本発明の偏光分離・変換素子の構造断面図
1 : プリズムシート 2 : 周期構造反射増加膜 3 : 1/2波長板 4 : 偏光板 5 : 自然光 6 : 反射光 7 : 屈折光 8 : 透過光 8': 偏光光 9 : 射出光 10 : 第一のプリズム 11 : 第二のプリズム 12 : 射出光
Claims (6)
- 【請求項１】 直角三角形状の三角柱がアレー状に配列
されており、前記三角柱の斜面に低屈折率、高屈折率材
料が積層された多層反射増加膜が形成され、さらに直角
を挟むひとつの面上に1/2波長板が形成されたプリズム
アレーシートと、プリズムアレーシートが偏光板に近接
して配置されていることを特徴とするシート状偏光分離
・変換型偏光素子。 - 【請求項２】 請求項１記載の直角三角形の一つの頂角
が40-50°であるシート状偏光分離・変換型偏光素子。 - 【請求項３】 請求項１記載の三角柱の斜面に形成され
る多層反射増加膜が、屈折率が異なる二種類の薄膜から
成り高屈折率、低屈折率材料の薄膜が交互に積層された
シート状偏光分離・変換型偏光素子。 - 【請求項４】 請求項１記載の三角柱の直角を挟む一つ
の面に斜面に形成される1/2波長板が延伸シートである
シート状偏光分離・変換型偏光素子。 - 【請求項５】 請求項１記載の三角柱の直角を挟む一つ
の面に斜面に形成される1/2波長板が斜め蒸着で形成さ
れた複屈折性誘電体薄膜から成るシート状偏光分離・変
換型偏光素子。 - 【請求項６】 請求項１〜５のいずれか１項に記載のシ
ート状偏光分離・変換型偏光素子を用いた液晶表示装置
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9411997A JPH10282337A (ja) | 1997-04-11 | 1997-04-11 | シート状偏光分離・変換型偏光素子およびこれを用いた液晶表示装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9411997A JPH10282337A (ja) | 1997-04-11 | 1997-04-11 | シート状偏光分離・変換型偏光素子およびこれを用いた液晶表示装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10282337A true JPH10282337A (ja) | 1998-10-23 |
Family
ID=14101548
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9411997A Pending JPH10282337A (ja) | 1997-04-11 | 1997-04-11 | シート状偏光分離・変換型偏光素子およびこれを用いた液晶表示装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10282337A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7310463B2 (en) | 2002-09-09 | 2007-12-18 | Kyocera Corporation | Optical structural body, its manufacturing method and optical element |
| WO2008018247A1 (fr) * | 2006-08-09 | 2008-02-14 | Nippon Sheet Glass Company, Limited | Élément polarisant à transmission, et plaque polarisante complexe utilisant l'élément |
| JP2019530896A (ja) * | 2016-10-13 | 2019-10-24 | エルジー・ケム・リミテッド | 光孤立装置 |
-
1997
- 1997-04-11 JP JP9411997A patent/JPH10282337A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7310463B2 (en) | 2002-09-09 | 2007-12-18 | Kyocera Corporation | Optical structural body, its manufacturing method and optical element |
| WO2008018247A1 (fr) * | 2006-08-09 | 2008-02-14 | Nippon Sheet Glass Company, Limited | Élément polarisant à transmission, et plaque polarisante complexe utilisant l'élément |
| JP2019530896A (ja) * | 2016-10-13 | 2019-10-24 | エルジー・ケム・リミテッド | 光孤立装置 |
| US11347070B2 (en) | 2016-10-13 | 2022-05-31 | Lg Chem, Ltd. | Optical isolation device |
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Legal Events
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Effective date: 20040405 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 |
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Effective date: 20051020 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 |
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| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20060620 |
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| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20061205 |