JP3330910B2 - 電気光学装置 - Google Patents
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Description
装置例えばアクティブ型液晶表示装置に関するもので、
特にそれぞれの画素に相補型に2つの薄膜型絶縁ゲイト
電界効果トランジスタ(以下TFT という) をゲイト電極
配線を共通化して設けたものである。これを本発明では
変形トランスファゲイト(MTG,modified transfer
gate)構造の相補型薄膜トランジスタと称する。
表示装置が知られている。この場合、TFT にはアモルフ
ァスまたは多結晶型の半導体を用い、1つの画素にPま
たはN型のいずれか一方の導電型のみのTFT を用いたも
のである。即ち、一般にはNチャネル型TFT(NTFTとい
う) を画素に直列に連結している。その代表例を第2図
に示す。
列に連結してNTFT21が設けられている。これをマトリッ
クス配列せしめたものである。一般には640 ×480 また
は1260×960 と多くするが、この図面ではそれと同意味
で単純に2×2のマトリックス配列をさせた。このそれ
ぞれの画素に対し周辺回路26,27 より電圧を加え、所定
の画素を選択的にオンとし、他の画素をオフとした。す
るとこのTFT のオン、オフ特性が一般には良好な場合、
コントラストの大きい液晶表示装置を作ることができ
る。しかしながら、実際にかかる液晶表示装置を製造し
てみると、TFT の出力即ち液晶にとっての入力( 液晶電
位という) の電圧VLC20は、しばしば"1"(High) とする
べき時に"1"(High) にならず、また、逆に"0"(Low)とな
るべき時に"0"(Low)にならない場合がある。これは、画
素に信号を加えるスイッチング素子であるTFTがO
N、OFFの状態において、非対称な状態におかれるこ
とが原因である。
り、また、TFT がオフの時に液晶電位(VLC) は浮いた状
態になる。そしてこの液晶22は等価的にキャパシタであ
るため、そこに蓄積された電荷によりVLCが決められ
る。この電荷は液晶がRLCで比較的小さい抵抗となった
り、ゴミ、イオン性不純物の存在によりリ−クしたり、
またTFT のゲイト絶縁膜のピンホ−ルによりRGS25が生
じた場合にはそこから電荷がもれ、VLCは中途半端な状
態になってしまう。このため1つのパネル中に20万〜50
万個の画素を有する液晶表示装置においては、高い歩留
まりを成就することができない。特に液晶22は一般には
TN( ツイステッドネマティック) 液晶が用いられる。そ
の液晶の配向のためにはそれぞれの電極上にラビングし
た配向膜を設ける。このラビング工程のため発生する静
電気により弱い絶縁破壊が起こり、隣の画素との間また
は隣の導線との間でリ−クしたり、またゲイト絶縁膜が
弱く、リ−クをしたりしてしまう。アクティブ型の液晶
表示装置においては、液晶電位を1フレ−ムの間はたえ
ず初期値と同じ値として所定のレベルを保つことがきわ
めて重要である。しかし実際は不良が多く、必ずしも成
就しないのが実情である。
入電流を大きくする必要がある。このためにはTFT を大
きくして電流マ−ジンを大きくとらなければならないと
いう欠点がある。
画素を駆動する駆動素子のON、OFF時における状態
の非対称性に起因する問題、すなわち表示部分の電位
が"1","0" に十分安定して固定されず、1フレーム中に
そのレベルがドリフトしまうという問題を解決すること
を課題とする。
リックス構成を有する一対の信号線が設けられた液晶表
示装置において、それぞれの画素にPチャネル型薄膜ト
ランジスタとNチャネル型薄膜トランジスタとを相補型
に構成した相補型薄膜トランジスタを設け、該相補型薄
膜トランジスタの入出力側の一方を前記画素へ、他の一
方を前記マトリックス構成を有する一対の信号線の第1
の信号線へ接続し、かつ前記相補型薄膜トランジスタの
ゲートを前記マトリックスを構成する一対の信号線の第
2の信号線へ接続し、変形トランスファゲイト型C/T
FTとしたことを特徴とする表示装置である。
は、Nチャネル型薄膜トランジスタ( 以下(NTFT とい
う))の入出力部分の一方とPチャネル型薄膜トランジス
タ( 以下PTFTという) の入出力部分の一方とがそれぞれ
接続されており、かつ前記PおよびNチャネル型薄膜ト
ランジスタのゲート電極は互いに接続されており、これ
ら接続された部分が入出力であるソース, ドレイン及び
ゲート電極となる相補型薄膜トランジスタ (以下C/TFT
という) である。
図1に示される周辺回路19,19'によって駆動される2×
2のマトリックスの例において、PTFT11とNTFT12とのソ
ース、ドレイン電極部分13,14 の一方をマトリックス状
に設けられている信号線の一方VDDに接続し、他の一方
を画素電極(101の部分) へ接続し、ゲート15,16 を他の
もう一方の信号線であるVGGに接続したものである。こ
のような構成をとることによって、PTFT11とNTFT12とか
らなるC/TFT 17のON、OFF時における表示部分18の
電位を"1","0" に十分安定して固定させ、1フレーム中
にそのレベルがドリフトしてしまうことがない表示装置
を得ることができた。
工程およびその上面図と断面図を示す。
いて説明する。図3において、ANガラス、パイレックス
ガラス等の約600 ℃の熱処理に耐え得るガラス基板30上
にマグネトロンRF( 高周波) スパッタ法を用いてブロッ
キング層としての酸化珪素膜31を1000〜3000Åの厚さに
作製した。プロセス条件は酸素100%雰囲気、成膜温度15
0 ℃、出力400 〜800W、圧力0.5Pa とした。タ−ゲット
に石英または単結晶シリコンを用いた成膜速度は30〜10
0 Å/分であった。さらにこの上にシリコン膜32をLPCV
D(減圧気相) 法、スパッタ法またはプラズマCVD 法によ
り形成し、公知のフォトリソ等のパターニング工程を経
て(A) の形状を得た。
合、結晶化温度よりも100 〜200 ℃低い450 〜550 ℃、
例えば530 ℃でジシラン(Si2H6) またはトリシラン(Si3
H8)をCVD 装置に供給して成膜した。反応炉内圧力は30
〜300 Paとした。成膜速度50〜250 Å/ 分であった。NT
ETとPTFTとのスレッシュホ−ルド電圧(Vth) を概略同一
に制御するため、ホウ素をジボランを用いて1×1014〜
1×1017cm-3の濃度として成膜中に添加してもよい。
得る場合、スパッタ前の背圧を1×10-5Pa以下とし、単
結晶シリコンをタ−ゲットとし、アルゴンに水素を20〜
80%に混入した雰囲気で行った。例えばアルゴン20%、
水素80%とした。成膜温度は150 ℃、周波数は13.56MH
z、スパッタ出力400 〜800Wとした。圧力は0.5Pa であ
った。
を得る場合、その温度は例えば300℃とし、モノシラン
(SiH4)またはジシラン(Si2H6) を用いた。これらをPCVD
装置内に導入し、13.56MHzの高周波電力を加えて成膜し
た。
酸素が7×1019cm-3以下、好ましくは1×1019cm-3以下
の濃度であることが好ましい。その代表的な結晶化をさ
せる場合、結晶化の程度を助長させ得るからである。例
えばSIMS( 二次イオン質量分析) 法における不純物とし
て酸素が8×1018cm-3、炭素3×1016cm-3を得た。また
水素は4×1020cm-3であり、珪素4×1022cm-3として比
較すると1原子%であった。
0 〜3000Å、例えば1500Åの厚さに作製の後、450 〜70
0 ℃の温度にて12〜70時間非酸化物雰囲気にて中温の加
熱処理した。例えば窒素または水素雰囲気にて600 ℃の
温度で保持した。この珪素膜の下の基板表面にアモルフ
ァスの酸化珪素膜が形成されているため、この熱処理で
特定の核が存在せず、全体が均一に加熱アニ−ルされ
る。即ち、成膜時はアモルファス構造を有し、また水素
は単に混入しているのみである。このアニ−ルにより、
珪素膜はアモルファス構造から秩序性の高い状態に移
り、その一部は結晶状態を呈する。特にシリコンの成膜
時に比較的秩序性の高い領域は特に結晶化をして結晶状
態となろうとする。しかしこれらの領域間に存在する珪
素により互いの結合がなされるため、珪素同志は互いに
ひっぱりあう。結晶としてもレ−ザラマン分光により測
定すると、単結晶の珪素のピ−ク522 cm-1より低周波側
にシフトしたピ−クが観察される。それの見掛け上の粒
径は半値巾から計算すると、50〜500 Åとマイクロクリ
スタルのようになっているが、実際はこの結晶性の高い
領域は多数あってクラスタ構造を有し、その各クラスタ
間は互いに珪素同志で結合( アンカリング) がされたセ
ミアモルファス構造の被膜を形成させることができた。
結果として、この被膜は実質的にグレインバウンダリ(G
B という) がないといってもよい状態を呈する。キャリ
アは各クラスタ間をアンカリングされた個所を通じ互い
に容易に移動し得るため、いわゆるGBの明確に存在する
多結晶珪素よりも高いキャリア移動度となる。即ちホ−
ル移動度(μh)=10〜200cm2/Vsec 、電子移動度(μ
e )=15〜300cm2/Vsec が得られる。
く、900 〜1200℃の温度での高温アニ−ルにより被膜を
多結晶化をした、多結晶シリコン半導体であってもよ
い。この場合、核からの固相成長により被膜中の不純物
の偏析がおきて、GBには酸素、炭素、窒素等の不純物が
多くなり、結晶中の移動度は大きいが、GBでのバリア
(障壁)を作ってそこでのキャリアの移動を阻害してし
まう。そして結果としては10cm2/Vsec以上の移動度がな
かなか得られないのが実情である。この場合は炭素
(C)、窒素(N)又は酸素(O)等の不純物の濃度を
セミアモルファス半導体に比べて、さらに数分の一から
十数分の一とすることにより、30〜300cm2/Vsecと
いう高い移動度を得ることができる。
ミアモルファスまたはセミクリスタル構造を有するシリ
コン半導体を用いている。またこの上に酸化珪素膜をゲ
イト絶縁膜33として厚さは500 〜2000Å例えば1000Åに
形成した。これはブロッキング層としての酸化珪素膜31
の作製と同一条件とした。この成膜中に弗素を少量添加
させてもよい。さらにこの後、この上側にリンが1〜5
×1020cm-3の濃度に入ったシリコン膜またはこのシリコ
ン膜とその上にモリブデン(Mo)、タングステン(W),MoSi
2 またはWSi2との多層膜を形成した。これをフォトマス
クにてパタ−ニングし、ゲイト電極34を形成した。例え
ばチャネル長10μm、ゲイト電極としてリンド−プ珪素
を0.2 μm、その上にモリブデンを0.3 μmの厚さに形
成し図3(B) の形状を得た。
トマスクを用いて形成し、PTFT用であればソ−ス35、ド
レイン37に対し、ホウ素を1×1015cm-2のド−ズ量でイ
オン注入法により添加した。さらにまた、リンを1×10
15cm-2の量、イオン注入法またはプラズマドーピング法
により添加することにより NTFT 用のソース、ドレイン
を形成することができる。本実施例においては図4に示
されるようにPTFT43とNTFT44が平行に並んでいるので、
それぞれのTFT を作製する際には片側のTFT をフォトレ
ジスト等でマスクをすればよい。これらはゲイト絶縁膜
33を通じて行った。しかし図3(B) において、ゲイト電
極34をマスクとしてシリコン膜上の酸化珪素を除去し、
その後、ホウ素、リンを直接珪素膜中にイオン注入して
もよい。次に、600 ℃にて10〜50時間再び加熱アニ−ル
を行った。そして図4のNTFTのソ−ス35、ドレイン37、
PTFTのソ−ス35',ドレイン37' を不純物を活性化してN
+、P + 、として作製した。またゲイト電極34下にはチ
ャネル形成領域36を結晶性の高移動度半導体として形成
されている。
がらも、700 ℃以上にすべての温度を加えることがなく
第4図401 に示すC/TFT を作ることができる。そのた
め、基板材料として、石英等の高価な基板を用いなくて
もよく、本発明の大画素の液晶表示装置にきわめて適し
ているプロセスである。
しかし図3(A) のアニ−ルは求める特性により省略し、
双方を図3(D) のアニ−ルにより兼ねさせて製造時間の
短縮を図ってもよい。図3(E) において、層間絶縁物38
を前記したスパッタ法により酸化珪素膜の形成として行
った。この酸化珪素膜の形成はLPCVD 法、光CVD 法を用
いてもよい。例えば0.2 〜0.4 μmの厚さに形成した。
その後、フォトマスクを用いて電極用の窓39を形成し
た。さらにこれら全体をアルミニウムをスパッタ法によ
り形成し、リ−ド301 およびコンタクト302 をフォトマ
スクを用いて作製した。さらに図4(A) の401 に示す如
く、2つのTFT 43,44 を相補とし、かつその出力端を液
晶装置の一方の画素電極である透明電極に連結するた
め、スパッタ法によりITO(インジュ−ム・スズ酸化膜)
を形成した。それをフォトマスクによりエッチングし
て、画素電極41を構成させた。このITO は室温〜150 ℃
で成膜し、それを200 〜400 ℃の酸素または大気中のア
ニ−ルにより成就した。
電膜の電極41とを同一ガラス基板30上に作製した。かか
るTFT の特性を下記の表1に略記する。
不可能とされていたTFT に大きな移動度を作ることがで
きた。そのため、初めて図1、図3、図4に示した液晶
等の表示装置用の相補型TFT、すなわちMTG型C/
TFTを構成させることができた。
6、VDD ,,47を有するX軸方向の配線( 以下X線ともい
う)を形成した。なおY軸方向はVGG48、VGG'49 とY
軸方向の配線(以下Y線ともいう)を形成した。図4
(A) は平面図であるが、そのA-A`の縦断面図を図4(B)
に示す。またB-B'の縦断面図を図4(C) に示す。NTFT44
とPTFT43はX線VDD45とY線VGG48との交差部に設けら
れC/TFT401を形成している。また他の画素にも図4(A)
に示すように同じ構成を有したC/TFT を用いたマトリッ
クス構成を有せしめた。C/TFT401を構成するNTFT44,PTF
T43 はソース, ドレインである35,37 、35,,37, がコン
タクト302,402(図3のリード301 に相当 )を介して画素
電極である透明導電膜41とマトリックス構成を有する一
方の信号線である45に連結している。他方、NTFT44,PTF
T43 のゲイト電極34はコンタクト404 を介して一方の信
号線である48のアルミニウム配線に連結されている。
まれた間( 内側) に透明導電膜41とC/TFT401とにより1
つのピクセルを構成せしめた。かかる構造を左右、上下
に繰り返すことにより、2×2のマトリックスの1つの
例またはそれを拡大した640×480 、1280×960 といっ
た大画素の液晶表示装置を作ることが可能となった。
る一方の基板の構成を示すものである。図4にその構成
が示される基板上に設けられた液晶駆動装置の透明導電
膜(図5の51に相当)上に配向膜、配向処理を施し、さ
らにこの基板ともう一方の画素電極(図5の52に相当)
を有する基板との間に一定の間隔をあけて公知の方法に
より互いに配設した。そしてその間に液晶材料を注入し
て本実施例である液晶表示装置を完成させた。液晶材料
にTN液晶を用いるならば、基板間の間隔を約10μm 程度
とし、透明導電膜双方に配向膜をラビング処理して形成
する必要がある。
は、動作電圧を±20Vとし、また、セルの間隔を1.5 〜
3.5 μm 例えば2.3 μm とし、対抗電極(図5の52に相
当)上のみに配向膜を設けてラビング処理を施せばよ
い。分散型液晶またはポリマー型液晶を用いる場合に
は、配向膜は不要であり、スイッチング速度を大とする
ため、動作電圧は±10〜±15Vとし、セル間隔(液晶を
挟持する一対の基板の間隔)を1〜10μm と薄くした。
特に分散型液晶を用いる場合には、偏光板も不要のた
め、反射型としても、また透過型としても光量を大きく
することができる。そしてその液晶はスレッシュホール
ドがないため、本発明のC/TFT の特徴である明確なスレ
ッシュホールド電圧が規定される駆動素子(C/TFT) を用
いると大きなコントラスト得ることができ、またクロス
トーク(隣の画素との悪干渉)を除くことができた。
高移動度半導体を用いた。しかし同じ目的であれば他の
結晶構造の半導体を用いてもよいことはいうまでもな
い。
液晶表示装置を用いているが画素電極に電圧を印加し、
そのことによって何らかの表示作用を行なおうとする表
示装置における画素を駆動する素子に本発明のMTG 型の
C/TFT が使用できることはいうまでもない。
が相補構成をして設けられていること、また電極41は液
晶電位VLCを構成するが、それは、PTFTがオンでありNT
FTがオフか、またはPTFTがオフでありNTFTがオンか、の
いずれのレベルに固定されることである。
原理を説明する。図5には本実施例の動作原理を説明す
るために2×2のマトリックスの構成が示されている。
この図は図1と本質的には同質であるが、本実施例に合
わせるため図1の表示部分23を液晶50、液晶50に電圧を
印加する画素電極51(図4の41に対応する), 対抗電極
52が図5には示されている。なおその他の部分について
は図1と同一である。この図に示されている一対の信号
線SEG1,SEG2 とSEG1, SEG2, とに信号電圧を加えること
によって、図5の液晶50に電圧を印加し、公知の液晶表
示をさせるものである。図6にA点に存在する液晶に電
圧を印加するために信号線SEG1(45),SEG2(46) とSEG1,
(48), SEG2 ,(49)そして対抗電極52に加える信号電圧の
駆動波形チャートを示す。図6を見ればわかるように図
5に示されているのは2×2のマトリックスであるので
1フレームは2分割されている。またこの場合における
液晶50に実際に印加される電圧をブロックA電圧として
示す。図6に示されているのは単にON,OFFの状態のみで
あるが、階調表示をするためにはSEG1またはSEG2に加え
る信号電圧をその強弱に応じた信号電圧波形にすればよ
い。例えば図5の場合において、A点の液晶の透過率を
大きくとりたいのならば、図6のSEG1に液晶の透過率に
応じて高い電圧の信号電圧を加えればよく、逆に液晶の
透過率を小さくとりたいのならば低い電圧の信号電圧を
加えればよい。
のスレッシュホールド電圧Vthよりも大きくなければな
らない(VGG≫Vth )。さらに図6の61に示されるよう
に印加電圧に対して液晶が反応する電圧であるスレッシ
ュホールド電圧ともいえるV OFFSET電圧をマイナス電位
で対抗電極に印加することは、液晶の透過率と液晶への
印加電圧の関係を利用して階調表示をする場合に有用で
ある。
7(B) にA−A, の断面図を、図7(C) にB−B, の断
面図を示す構成を有する液晶表示装置である。
素電極である透明導電膜41を作製していたものをまず最
初に透明導電膜41を成膜し、パターニングすることによ
って画素電極41を得るものである。こうすることによっ
て、透明導電膜例えばITOをパターニングする際に下
部の素子破壊や、配線を断線させたりすることのない工
程で、本発明の構成を得ることができる。その他作製工
程等は実施例1と同様であるので省略する。
型電界効果トランジスタを各画素に設けて、表示部分の
画素に加わる電圧を制御することによって、ON,OF
F特性の明確な表示装置を得ることができた。
だ場合の説明図である。
ある。
る。
Claims (4)
- 【請求項1】 第1の周辺回路、第2の周辺回路からな
る周辺回路、画素電極、第1の信号線、第2の信号線、
Pチャネル型薄膜トランジスタおよびNチャネル型薄膜
トランジスタを有し、 前記Pチャネル型薄膜トランジスタと前記Nチャネル型
薄膜トランジスタは、それぞれソース領域、ドレイン領
域およびチャネル形成領域が設けられた半導体薄膜、ゲ
ート絶縁膜およびゲート電極を有し、前記Pチャネル型薄膜トランジスタのソース領域または
ドレイン領域の一方は、前記画素電極と電気的に接続さ
れ、 前記Pチャネル型薄膜トランジスタのソース領域または
ドレイン領域の他方は、前記第2の信号線と電気的に接
続され、前記Nチャネル型薄膜トランジスタのソース領域または
ドレイン領域の一方は、前記画素電極と電気的に接続さ
れ、 前記Nチャネル型薄膜トランジスタのソース領域または
ドレイン領域の他方は、前記第2の信号線と電気的に接
続され、 前記Pチャネル型薄膜トランジスタのゲート電極は、前
記第1の信号線と電気的に接続され、 前記Nチャネル型薄膜トランジスタのゲート電極は、前
記第1の信号線と電気的に接続され、前記第1の信号線は、前記第1の周辺回路に接続され、 前記第2の信号線は、前記第2の周辺回路に接続され、 前記ゲート絶縁膜は、フッ素を含む酸化珪素膜であるこ
とを特徴とする半導体装置。 - 【請求項2】 第1の周辺回路、第2の周辺回路からな
る周辺回路、画素電極、第1の信号線、第2の信号線、
Pチャネル型薄膜トランジスタおよびNチャネル型薄膜
トランジスタを有し、 前記Pチャネル型薄膜トランジスタと前記Nチャネル型
薄膜トランジスタは、それぞれソース領域、ドレイン領
域およびチャネル形成領域が設けられた半導体薄膜、ゲ
ート絶縁膜およびゲート電極を有し、前記Pチャネル型薄膜トランジスタのソース領域または
ドレイン領域の一方は、前記画素電極と電気的に接続さ
れ、 前記Pチャネル型薄膜トランジスタのソース領域または
ドレイン領域の他方は、前記第2の信号線と電気的に接
続され、前記Nチャネル型薄膜トランジスタのソース領域または
ドレイン領域の一方は、前記画素電極と電気的に接続さ
れ、 前記Nチャネル型薄膜トランジスタのソース領域または
ドレイン領域の他方は、前記第2の信号線と電気的に接
続され、 前記Pチャネル型薄膜トランジスタのゲート電極は、前
記第1の信号線と電気的に接続され、 前記Nチャネル型薄膜トランジスタのゲート電極は、前
記第1の信号線と電気的に接続され、前記第1の信号線は、前記第1の周辺回路に接続され、 前記第2の信号線は、前記第2の周辺回路に接続され、 前記ゲート絶縁膜は、フッ素を含む酸化珪素膜であり、 前記半導体薄膜は、7×1019cm-3以下の酸素を含ん
でいることを特徴とする半導体装置。 - 【請求項3】 第1の周辺回路、第2の周辺回路からな
る周辺回路、画素電極、第1の信号線、第2の信号線、
Pチャネル型薄膜トランジスタおよびNチャネル型薄膜
トランジスタを有し、 前記Pチャネル型薄膜トランジスタと前記Nチャネル型
薄膜トランジスタは、それぞれソース領域、ドレイン領
域およびチャネル形成領域が設けられた半導体薄膜、ゲ
ート絶縁膜およびゲート電極を有し、前記Pチャネル型薄膜トランジスタのソース領域または
ドレイン領域の一方は、前記画素電極と電気的に接続さ
れ、 前記Pチャネル型薄膜トランジスタのソース領域または
ドレイン領域の他方は、前記第2の信号線と電気的に接
続され、前記Nチャネル型薄膜トランジスタのソース領域または
ドレイン領域の一方は、前記画素電極と電気的に接続さ
れ、 前記Nチャネル型薄膜トランジスタのソース領域または
ドレイン領域の他方は、前記第2の信号線と電気的に接
続され、 前記Pチャネル型薄膜トランジスタのゲート電極は、前
記第1の信号線と電気的に接続され、 前記Nチャネル型薄膜トランジスタのゲート電極は、前
記第1の信号線と電気的に接続され、前記第1の信号線は、前記第1の周辺回路に接続され、 前記第2の信号線は、前記第2の周辺回路に接続され、 前記ゲート絶縁膜は、フッ素を含む酸化珪素膜であり、 前記半導体薄膜は、7×1019cm-3以下の酸素を含ん
でおり、 前記半導体薄膜は、1×1014cm-3〜1×1017cm
-3のホウ素を含んでいることを特徴とする半導体装置。 - 【請求項4】 請求項1から3のいずれか一項におい
て、前記半導体薄膜は、多結晶シリコン薄膜であること
を特徴とする半導体装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP28360399A JP3330910B2 (ja) | 1999-10-04 | 1999-10-04 | 電気光学装置 |
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP28360399A JP3330910B2 (ja) | 1999-10-04 | 1999-10-04 | 電気光学装置 |
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JP41572290A Division JP2999271B2 (ja) | 1990-12-10 | 1990-12-10 | 表示装置 |
Publications (2)
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