FR2737315A1 - Liquid crystal electro-optical display - has slabs flanking liquid crystal molecules and supporting pixel electrodes opposite electrode divided into bands separated by equal gaps - Google Patents
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Abstract
Description
L'invention concerne le domaine des afficheurs électrooptiques à cristaux liquides. The invention relates to the field of electrooptical liquid crystal displays.
Ces afficheurs comportent un réseau géométrique de cellules électrooptiques élémentaires formant chacune un pixel dont l'état est commandé sélectivement de manière à obtenir l'apparition sur l'afficheur des caractères ou motifs graphiques voulus. These displays include a geometric network of elementary electrooptical cells each forming a pixel, the state of which is selectively controlled so as to obtain the appearance on the display of the desired characters or graphic patterns.
ns peuvent être utilisés soit en vision directe (observation en lumi- ère ambiante par réflexion ou avec rétroéclairement) soit par transparence dans des projecteurs, l'afficheur étant alors utilisé comme élément d'occultation dans le plan focal d'un système optique comprenant par ailleurs une source lumineuse, un objectif et un écran de projection. They can be used either in direct vision (observation in ambient light by reflection or with backlighting) or by transparency in projectors, the display being then used as an occultation element in the focal plane of an optical system comprising by elsewhere a light source, a lens and a projection screen.
Plus précisément, la structure générale de ces afficheurs électrooptiques à cristaux liquides comporte deux lames parallèles disposées en vis-à-vis portant, l'une, une série d'électrodes de pixel discrètes en forme de bandes allongées parallèles et, l'autre, une contre-électrode commune s'étendant en vis-à-vis des électrodes de pixel. Ces lames enferment entre elles un matériau contenant des molécules de cristaux liquides dont l'orientation de la texture est sensible à l'application d'un champ électrique entre électrode de pixel et contre-électrode, et portent sur leur face interne une couche d'alignement propre à imposer, avant application du champ électrique, une pré-inclinaison dans le plan transversal aux molécules de cristaux liquides immédiatement adjacentes à cette couche. More specifically, the general structure of these electrooptical liquid crystal displays comprises two parallel blades arranged opposite, one carrying a series of discrete pixel electrodes in the form of parallel elongated strips and the other a common counter electrode extending opposite the pixel electrodes. These blades enclose between them a material containing molecules of liquid crystals whose orientation of the texture is sensitive to the application of an electric field between pixel electrode and counter-electrode, and carry on their internal face a layer of alignment proper to impose, before application of the electric field, a pre-tilt in the transverse plane to the liquid crystal molecules immediately adjacent to this layer.
L'un des inconvénients de ces afficheurs connus, qui sera décrit plus en détail par la suite en référence à la figure 1, est la présence fréquente d'un "défaut d'alignement" apparaissant principalement le long de l'un des côtés de chaque pixel et dû au fait que la direction du champ électrique en cet endroit, compte tenu d'un effet de bord, n'est pas exactement rectiligne et perpendiculaire au plan de l'écran, comme cela serait nécessaire pour un fonctionnement théoriquement optimal de la cellule électrooptique. One of the drawbacks of these known displays, which will be described in more detail below with reference to FIG. 1, is the frequent presence of a "misalignment" appearing mainly along one of the sides of each pixel and due to the fact that the direction of the electric field at this location, taking into account an edge effect, is not exactly rectilinear and perpendicular to the plane of the screen, as would be necessary for a theoretically optimal operation of the electrooptical cell.
Cette déformation locale du champ électrique peut introduire des domaines de rétro-inclinaison ou reverse tilt, ce qui affecte fortement le contraste et le comportement dynamique de l'afficheur. This local deformation of the electric field can introduce areas of retro-tilt or reverse tilt, which strongly affects the contrast and the dynamic behavior of the display.
L'un des buts de l'invention est de remédier à cet inconvénient par ticulier en proposant une structure d'afficheur électrooptique modifiée permettant de supprimer ou, à tout le moins, de très fortement atténuer le défaut de bord, et donc les effets qui y sont attachés, et de créer une direction préférentielle pour le basculement des molécules. One of the aims of the invention is to remedy this drawback in particular by proposing a modified electro-optical display structure making it possible to eliminate or, at the very least, to very greatly attenuate the edge defect, and therefore the effects which are attached to it, and create a preferential direction for rocking molecules.
À cet effet, l'afficheur de l'invention, qui est du type général exposé plus haut, est caractérisé en ce que la surface de la contre-électrode est divisée en une série de bandes parallèles qui, en direction longitudinale, s'étendent dans la même direction que les bandes formant les électrodes de pixel, et, en direction transversale, présentent un pas égal à celui de ces dernières, et, par rapport aux intervalles formés entre électrodes de pixel, les intervalles formés entre les bandes de contre-électrode sont décalés en direction transversale, ce décalage ayant un sens et une valeur permettant de contrer la composante transversale du champ électrique due à l'effet de bord au voisinage de l'intervalle entre bandes d'électrodes de pixel ; de cette manière, on compense la rétro-inclinaison locale des molécules de cristaux liquides qui, en l'absence d'intervalle entre bandes de contre-électrode, apparaîtrait du fait de cette composante transversale du champ électrique due à l'effet de bord. To this end, the display of the invention, which is of the general type described above, is characterized in that the surface of the counter electrode is divided into a series of parallel strips which, in longitudinal direction, extend in the same direction as the bands forming the pixel electrodes, and in a transverse direction have a pitch equal to that of the latter, and, with respect to the intervals formed between pixel electrodes, the intervals formed between the counter bands electrodes are offset in transverse direction, this offset having a direction and a value making it possible to counter the transverse component of the electric field due to the edge effect in the vicinity of the interval between strips of pixel electrodes; in this way, the local retro-tilt of the liquid crystal molecules is compensated for, which, in the absence of an interval between bands of counter-electrode, would appear due to this transverse component of the electric field due to the edge effect.
Les bandes de contre-électrode ont avantageusement, en direction transversale, une largeur sensiblement égale à celle des bandes d'électrodes de pixel. The counter-electrode strips advantageously have, in transverse direction, a width substantially equal to that of the pixel electrode strips.
Les cristaux liquides peuvent notamment être des cristaux du type nématique en hélice, ou autre, les lames portant respectivement un polariseur et un analyseur croisés. The liquid crystals can in particular be crystals of the nematic helical type, or other type, the blades respectively carrying a crossed polarizer and an analyzer.
Les électrodes de pixel peuvent être notamment adressées par une matrice active de transistors à film mincie, une électrode de grille de commande étant disposée dans les intervalles formés entre électrodes de pixel, ou se trouvant sous une des électrodes de pixel. The pixel electrodes can in particular be addressed by an active matrix of thin film transistors, a control gate electrode being arranged in the gaps formed between pixel electrodes, or being located under one of the pixel electrodes.
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D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée ci-dessous, faite en référence aux dessins annexés (sur les différentes figures, les mêmes références numériques désignent des éléments semblables). 0
Other characteristics and advantages of the invention will appear on reading the detailed description below, made with reference to the accompanying drawings (in the different figures, the same reference numerals designate similar elements).
La figure 1 illustre de façon schématique la structure et le fonctionnement d'un afficheur électrooptique de l'art antérieur, de manière à illustrer le défaut que vise à remédier l'invention. Figure 1 schematically illustrates the structure and operation of an electrooptical display of the prior art, so as to illustrate the defect which the invention aims to remedy.
La figure 2 est homologue de la figure 1, pour une structure modifiée selon l'invention. Figure 2 is homologous to Figure 1, for a modified structure according to the invention.
La figure 3 représente un résultat de simulation de la distribution de l'orientation moléculaire dans un afficheur de l'art antérieur. FIG. 3 represents a result of simulation of the distribution of the molecular orientation in a display of the prior art.
La figure 4 est homologue de la figure 3, pour ce même afficheur modifié selon les enseignements de l'invention. FIG. 4 is equivalent to FIG. 3, for this same display modified according to the teachings of the invention.
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La figure 1 illustre le principe général de fonctionnement d'un afficheur électrooptique à cristaux liquides, que celui-ci soit utilisé en vision directe ou dans un système à projection, et comportant des pixels commandés sélectivement de manière à composer l'image ou les caractères à afficher.0
FIG. 1 illustrates the general principle of operation of an electrooptic liquid crystal display, whether used in direct vision or in a projection system, and comprising pixels selectively controlled so as to compose the image or the characters to display.
Essentiellement, cet afficheur comporte deux lames parallèles 10, 12 transparentes formant substrats et portant chacune des électrodes, également transparentes. Essentially, this display comprises two parallel blades 10, 12 transparent forming substrates and each carrying electrodes, also transparent.
Les électrodes 14 de la lame 10, que l'on appellera "électrodes de pixel", définissent par leur étendue la géométrie du pixel et sont connectées à un système d'adressage (en lui-même connu et non illustré) composé de lignes ("lignes de sélection") et de colonnes ("lignes de données") aux intersections desquelles sont situées chacune des électrodes de pixel.Le pilotage de ces dernières peut notamment être réalisé par une matrice active de transistors à film mince (technologie dite "TFI"'): les grilles de ces transistors forment les lignes de sélection et sont commandées par des circuits périphériques qui balayent les lignes et rendent passants les transistors de chaque ligne ; par les lignes de données connectées à d'autres circuits de commandes périphériques, on peut ainsi polariser sélectivement les électrodes de pixel et modifier les propriétés optiques du cristal liquide situé en vis-à-vis de cette électrode, permettant ainsi la formation de l'image sur l'écran. The electrodes 14 of the blade 10, which will be called "pixel electrodes", define by their extent the geometry of the pixel and are connected to an addressing system (in itself known and not illustrated) composed of lines ( "selection lines") and columns ("data lines") at the intersections of which are located each of the pixel electrodes. The control of the latter can in particular be achieved by an active matrix of thin film transistors (technology called "TFI" "'): the gates of these transistors form the selection lines and are controlled by peripheral circuits which scan the lines and make the transistors of each line pass; by the data lines connected to other peripheral control circuits, it is thus possible to selectively polarize the pixel electrodes and modify the optical properties of the liquid crystal located opposite this electrode, thus allowing the formation of the picture on the screen.
L'électrode 16 de la lame 12, que l'on appellera "contre-électrode", est commune à plusieurs pixels ; dans le cas d'un écran adressé par une matrice active, elle recouvre en général tout l'écran. The electrode 16 of the blade 12, which will be called "counter-electrode", is common to several pixels; in the case of a screen addressed by an active matrix, it generally covers the entire screen.
Les lames 10, 12 enferment entre elles un matériau 18 contenant des molécules de cristaux liquides dont les propriétés optiques peuvent varier en fonction du champ électrique local, donc d'une tension de polarisation appliquée entre les électrodes 14 et 16. The blades 10, 12 enclose between them a material 18 containing liquid crystal molecules whose optical properties can vary as a function of the local electric field, therefore of a bias voltage applied between the electrodes 14 and 16.
Ces cristaux liquides peuvent être notamment du type "nématique en hélice", dont les caractéristiques de polarisation lumineuse varient en fonction du champ électrique ambiant. L'invention n'est cependant pas limitée à ce type de cristaux liquides et s'applique également à d'autres matériaux, tels que par exemple les cristaux liquides à structure cholestérique, qui sont également susceptibles d'un effet électrooptique. These liquid crystals may in particular be of the "helical nematic" type, the light polarization characteristics of which vary according to the ambient electric field. The invention is not however limited to this type of liquid crystal and also applies to other materials, such as for example liquid crystals with a cholesteric structure, which are also susceptible to an electrooptical effect.
Les lames 10 et 12 portent en outre, sur leur face en contact direct avec le matériau contenant les cristaux liquides, des couches dites d'alignement 20, 22 propres à imposer en l'absence de tout champ électrique une pré-inclinaison dans le plan transversal des molécules de cristaux liquides immédiatement adjacentes à cette couche (déposée en surface des électrodes). The blades 10 and 12 further carry, on their face in direct contact with the material containing the liquid crystals, so-called alignment layers 20, 22 capable of imposing in the absence of any electric field a pre-tilt in the plane transverse liquid crystal molecules immediately adjacent to this layer (deposited on the surface of the electrodes).
La nécessité de ces couches d'alignement tient au fait qu'en général les molécules de cristaux liquides tendent à s'aligner dans le sens du champ électrique (ce cas est le cas le plus général, mais n'est pas limitatif, car il existe d'autres matériaux qui s'alignent perpendiculairement à la direction du champ ; l'invention leur est également applicable mutatis mutandis, l'état de repos correspondant à l'état actif dans le cas général, et inversement). Pour éviter la formation de domaines où les molécules seraient inclinées dans le sens opposé, on impose un léger angle de pré-inclinaison (schématisé en 24, 26 sur la figure 1) pour donner une direction préférentielle à la déformation de l'état d'alignement des molécules de cristaux liquides lorsque le champ électrique sera appliqué. The need for these alignment layers is due to the fact that in general the liquid crystal molecules tend to align in the direction of the electric field (this case is the most general case, but is not limiting, because it other materials exist which are aligned perpendicular to the direction of the field; the invention is also applicable to them mutatis mutandis, the rest state corresponding to the active state in the general case, and vice versa). To avoid the formation of domains where the molecules would be tilted in the opposite direction, a slight pre-tilt angle is imposed (shown diagrammatically at 24, 26 in FIG. 1) to give a preferential direction to the deformation of the state of alignment of liquid crystal molecules when the electric field is applied.
Ces couches d'alignement 20, 22 peuvent être par exemple, de manière en elle-même connue, des couches en polyimide ayant subi un léger brossage ou une légère impression, ou bien des couches en monoxyde de silicium déposées obliquement (à cet égard, on notera que, sur la figure, l'inclinaison des hachures des couches 20 ou 22 correspond à la direction de pré-inclinaison que l'on souhaite imposer aux molécules). These alignment layers 20, 22 can be, for example, in itself known, polyimide layers having undergone a light brushing or a slight impression, or else layers of silicon monoxide deposited obliquely (in this regard, it will be noted that, in the figure, the inclination of the hatching of the layers 20 or 22 corresponds to the direction of pre-inclination which it is desired to impose on the molecules).
Enfin, les lames 10, 12 portent un polariseur et un analyseur, par exemple sous forme de films, respectivement 28, 30, déposés chacun sur leur surface externe et permettant de révéler le phénomène électrooptique de modification de la texture des cristaux liquides. Finally, the blades 10, 12 carry a polarizer and an analyzer, for example in the form of films, respectively 28, 30, each deposited on their external surface and making it possible to reveal the electrooptical phenomenon of modification of the texture of the liquid crystals.
Cette structure connue présente l'inconvénient suivant. This known structure has the following drawback.
Comme on peut le voir sur la figure 1, compte tenu des effets de bord, à la périphérie de chaque pixel le champ électrique E (produit par l'application d'une tension entre électrodes de pixel et contre-électrode) n'est pas dirigé exactement perpendiculairement aux lames 10, 12 et, près de l'un des bords de chaque électrode de pixel (le bord droit sur la figure 1, compte tenu de la pré-inclinaison dans le sens contraire des aiguilles d'une montre donnée aux molécules de cristaux liquides par les couches d'alignement 20 et 22), le champ électrique présente une composante horizontale qui s'oppose à la direction préférentielle de déformation de l'état d'alignement, mentionnée plus haut, que l'on cherchait précisément à imposer par les couches d'alignement. As can be seen in FIG. 1, taking into account the edge effects, at the periphery of each pixel the electric field E (produced by the application of a voltage between pixel electrodes and counter-electrode) is not directed exactly perpendicular to the blades 10, 12 and, near one of the edges of each pixel electrode (the right edge in Figure 1, taking into account the pre-tilt in the anticlockwise direction given to liquid crystal molecules by the alignment layers 20 and 22), the electric field has a horizontal component which opposes the preferential direction of deformation of the alignment state, mentioned above, which was precisely sought to be imposed by the alignment layers.
Ce phénomène a pour conséquence de créer localement un domaine, visiblement notamment en 32 sur la figure 1, dans lequel l'inclinaison des molécules est en sens inverse de la légère pré-inclinaison imprimée par la couche 22. The effect of this phenomenon is to locally create a domain, obviously at 32 in FIG. 1, in which the inclination of the molecules is in the opposite direction to the slight pre-inclination imparted by the layer 22.
Ces domaines, dits "de rétro-inclinaison", se forment habituellement le long d'un seul des quatre côtés de l'électrode de pixel, et leur dimension et leur emplacement exact dépendent notamment de la valeur de l'angle de pré-inclinaison. These so-called "back-tilt" domains usually form along only one of the four sides of the pixel electrode, and their size and exact location depend in particular on the value of the pre-tilt angle. .
Ils affectent notablement le contraste de l'affichage au bord du pixel et le comportement dynamique de l'afficheur en ralentissant les changements d'état. They significantly affect the contrast of the display at the edge of the pixel and the dynamic behavior of the display by slowing down the changes of state.
Pour remédier à cet inconvénient, la présente invention propose de modifier la structure de la contre-électrode de la manière illustrée schématiquement figure 2. To remedy this drawback, the present invention proposes to modify the structure of the counter-electrode as illustrated schematically in FIG. 2.
La contre-électrode, qui était une électrode continue 16 dans le cas de la structure connue illustrée figure 1, est maintenant divisée en une série de bandes 34 parallèles entre elles et séparées par des intervalles respectifs 36, de manière à former une structure périodique ayant le même pas que les électrodes de pixel 14 situées en vis-à-vis. The counter electrode, which was a continuous electrode 16 in the case of the known structure illustrated in FIG. 1, is now divided into a series of strips 34 parallel to each other and separated by respective intervals 36, so as to form a periodic structure having the same pitch as the pixel electrodes 14 located opposite.
La largeur de l'intervalle 36 séparant les bandes 34 est de préférence, mais de façon non limitative, du même ordre de grandeur que l'intervalle 38 séparant les électrodes de pixel, avantageusement avec des largeurs sensiblement égales. The width of the gap 36 separating the strips 34 is preferably, but not limited to, of the same order of magnitude as the gap 38 separating the pixel electrodes, advantageously with substantially equal widths.
Les bandes 34 sont orientées parallèlement au bord de l'électrode de pixel sujet au phénomène de rétro-inclinaison, et sont alignées par rapport aux électrodes de pixel, en direction transversale avec un léger décalage (c'est-à-dire un léger déphasage des deux structures périodiques) des bandes 34 par rapport aux électrodes de pixel 14. The strips 34 are oriented parallel to the edge of the pixel electrode subject to the phenomenon of back-tilting, and are aligned with respect to the pixel electrodes, in transverse direction with a slight offset (i.e. a slight phase shift of the two periodic structures) of the bands 34 relative to the pixel electrodes 14.
Le léger décalage 40 permet de déformer localement le champ électrique en inversant le sens de sa composante transversale au voisinage du domaine 32 où se produit le défaut auquel on veut remédier. En d'autres termes, les bandes 34 sont positionnées par rapport aux électrodes de pixel de manière que la direction du champ électrique au voisinage des bords corresponde à la direction préférentielle définie par l'angle de pré-inclinaison des molécules de cristaux liquides à l'endroit de la couche d'alignement. The slight offset 40 makes it possible to locally deform the electric field by reversing the direction of its transverse component in the vicinity of the domain 32 where the defect which one wishes to remedy occurs. In other words, the strips 34 are positioned relative to the pixel electrodes so that the direction of the electric field in the vicinity of the edges corresponds to the preferred direction defined by the pre-tilt angle of the liquid crystal molecules at 1 location of the alignment layer.
De la sorte, comme on peut le voir en 32 sur la figure 2, le défaut de rétro-inclinaison a disparu et les molécules de cristaux liquides prB sentent la pré-inclinaison voulue sur toute l'étendue du pixel, faisant ainsi disparaître le défaut antérieur. In this way, as can be seen at 32 in FIG. 2, the back-tilt defect has disappeared and the liquid crystal molecules have the desired pre-tilt over the entire extent of the pixel, thus making the defect disappear. prior.
Les figures 3 et 4 sont des résultats de simulations de l'orientation moléculaire des cristaux liquides, respectivement dans le cas de l'art antérieur et dans celui de l'invention. FIGS. 3 and 4 are results of simulations of the molecular orientation of the liquid crystals, respectively in the case of the prior art and in that of the invention.
Sur ces figures, pour la clarté de la représentation, on a dilaté d'un facteur deux la figure dans le sens vertical. On a également représenté sur cette figure l'électrode de grille 42, située au milieu de l'intervalle 38 séparant deux électrodes de pixel successives 14, et dont la largeur d, qui est du même ordre que l'épaisseur de la cellule, est d'environ le tiers de l'intervalle 38. In these figures, for clarity of the representation, the figure has been expanded by a factor of two in the vertical direction. Also shown in this figure is the gate electrode 42, located in the middle of the interval 38 separating two successive pixel electrodes 14, and whose width d, which is of the same order as the thickness of the cell, is about a third of the 38 interval.
Dans l'exemple illustré, l'angle de pré-inclinaison est de l'ordre de 1,50, la tension de commande sur l'électrode de pixel est de plus ou moins deux fois la tension de seuil du cristal liquide, la tension négative sur la ligne de grille est six fois cette même tension de seuil, et la contre-électrode est au potentiel zéro. In the example illustrated, the pre-tilt angle is of the order of 1.50, the control voltage on the pixel electrode is more or less twice the threshold voltage of the liquid crystal, the voltage negative on the grid line is six times this same threshold voltage, and the counter electrode is at zero potential.
Sur la figure 3, on peut voir en 32 un domaine de rétro-inclinaison. In FIG. 3, we can see at 32 a back-tilt domain.
La figure 4 illustre cette même structure de cellule, modifiée selon les enseignements de l'invention. FIG. 4 illustrates this same cell structure, modified according to the teachings of the invention.
La contre-électrode est maintenant conformée en une série de bandes parallèles 34 séparées par un intervalle 36 sensiblement de même largeur que l'intervalle 38 séparant les électrodes de pixel 14, le décalage transversal 40 étant de l'ordre de la moitié de l'épaisseur d de la cellule. The counter electrode is now shaped as a series of parallel strips 34 separated by an interval 36 substantially of the same width as the interval 38 separating the pixel electrodes 14, the transverse offset 40 being of the order of half the cell thickness d.
La figure montre clairement la disparition dans la région 32, par la mise en oeuvre de la présente invention, du domaine de rétro-inclinaison des molécules. The figure clearly shows the disappearance in region 32, by the implementation of the present invention, of the back-tilting domain of the molecules.
Claims (4)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR9509260A FR2737315A1 (en) | 1995-07-28 | 1995-07-28 | Liquid crystal electro-optical display - has slabs flanking liquid crystal molecules and supporting pixel electrodes opposite electrode divided into bands separated by equal gaps |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR9509260A FR2737315A1 (en) | 1995-07-28 | 1995-07-28 | Liquid crystal electro-optical display - has slabs flanking liquid crystal molecules and supporting pixel electrodes opposite electrode divided into bands separated by equal gaps |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| FR2737315A1 true FR2737315A1 (en) | 1997-01-31 |
Family
ID=9481528
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| FR9509260A Pending FR2737315A1 (en) | 1995-07-28 | 1995-07-28 | Liquid crystal electro-optical display - has slabs flanking liquid crystal molecules and supporting pixel electrodes opposite electrode divided into bands separated by equal gaps |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| FR (1) | FR2737315A1 (en) |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH03111820A (en) * | 1989-09-26 | 1991-05-13 | Sony Corp | Liquid crystal display element |
| EP0435529A2 (en) * | 1989-12-26 | 1991-07-03 | General Electric Company | Liquid crystal device |
-
1995
- 1995-07-28 FR FR9509260A patent/FR2737315A1/en active Pending
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH03111820A (en) * | 1989-09-26 | 1991-05-13 | Sony Corp | Liquid crystal display element |
| EP0435529A2 (en) * | 1989-12-26 | 1991-07-03 | General Electric Company | Liquid crystal device |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| PATENT ABSTRACTS OF JAPAN vol. 015, no. 312 (P - 1236) 9 August 1991 (1991-08-09) * |
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