JP2002048921A - 導光板、面光源装置及び表示装置 - Google Patents

導光板、面光源装置及び表示装置

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、導光板、面光源装置及び表示装置
に関し、出射光の指向性を補正するシート材を特に配置
しなくても照明光を出射面の正面方向に出射できるよう
に構成された面光源装置等に適用して、出射光の特性を
種々に調整することができるようにする。 【解決手段】 本発明は、入射面から離れるにつれて出
射面と対向する面に近づくように稜線を形成して交わる
少なくとも1対の斜面を有する突起19を出射面と対向
する面15Bに複数形成し、これら突起間に微細な凹凸
を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、導光板、面光源装
置及び表示装置に関し、例えば出射光の指向性を補正す
るシート材を配置しなくても照明光を出射面の正面方向
に出射できるように構成された面光源装置等に適用する
ことができる。本発明は、入射面から離れるにつれて出
射面と対向する面に近づくように稜線を形成して交わる
少なくとも1対の斜面を有する突起を出射面と対向する
面に複数形成し、これら突起間に微細な凹凸を形成する
ことにより、出射光の指向性を補正するシート材を特に
配置しなくても照明光を出射面の正面方向に出射できる
ように構成して、出射光の特性を種々に調整することが
できるようにする。
【0002】
【従来の技術】従来、液晶表示装置においては、面光源
装置を用いて液晶表示パネルを照明することにより、明
るい画面を表示するようになされている。
【0003】このような面光源装置においては、平板形
状の透明部材である導光板の側面より入射する一次光源
の照明光を導光板の出射面と裏面とで繰り返し反射して
導光板の内部を伝搬させながら、臨界角以下の角度によ
り導光板の出射面に入射する照明光を出射面より出射さ
せ、これにより出射面の全面を発光面として機能させて
面光源を構成するようになされている。
【0004】このような基本原理に係る面光源装置は、
導光板の出射面、裏面等に照明光の出射を促す各種工夫
が施されるものの、導光板の内部を伝搬する照明光のう
ち、臨界角以下の角度により出射面に入射する照明光を
出射面から出射するものであることから、導光板から出
射される照明光の指向性が、出射面の正面方向より導光
板の内部における照明光の伝搬方向に傾いた特性とな
る。
【0005】このためこの種の構成に係る面光源装置に
おいては、導光板の出射面に所定のシート材を配置し、
このシート材により照明光の指向性を補正するようにな
されている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】ところで導光板から出
射する照明光の指向性を補正するシート材の使用は、部
品点数の増加による装置全体の複雑化を招くばかりか、
装置の薄型化を図る上での妨げにもなるという点でも好
ましくなく、またコスト的にも不利であったため、この
ようなシート材の使用点数を削減し得る面光源装置が切
望されていた。
【0007】そこで本発明者は、この問題を解消すべく
鋭意研究を重ねていった結果、導光板の出射面に照明光
の指向性を補正する各種シート材を配置しなくても、そ
の出射面の正面方向に照明光を出射できる導光板の構造
を見出し、これを先に提案した(特願平11−3897
7号)。
【0008】ここで、この先の提案に係る導光板は、図
6に示すように、第1の反射面と第2の反射面とを有
し、かつこれら一対の反射面によって内部に谷が形成さ
れる突起を導光板の出射面と対向する面に複数形成し、
導光板内を伝搬しながらこの突起に達した内部伝搬光
が、これら第1又は第2の反射面のいずれか一方で反射
された後、他方の反射面で連続的に反射され、主として
この2回の反射によって内部伝搬光が導光板から出射し
ていくようにしたものである。
【0009】このような構造の導光板は、個々の突起に
おける第1及び第2の反射面の傾き具合や、複数形成さ
れた突起群の配列等を調整することにより、導光板から
出射する照明光の出射方向を制御でき、この方向を導光
板の出射面の正面方向に設定するのも容易となる。そし
て一次光源として冷陰極管の如き線状光源を用いた場
合、又は発光ダイオードの如き点状光源を用いた場合の
いずれの場合であっても、従来に比して十分な輝度の面
光源を構成することが可能であった。
【0010】このような導光板において、出射光の特性
を細かく調整することができれば、この種の導光板の使
い勝手をさらに一段と向上できると考えられる。
【0011】本発明は以上の点を考慮してなされたもの
で、出射光の指向性を補正するシート材を特に配置しな
くても照明光を出射面の正面方向に出射できるように構
成して、出射光の特性を種々に調整することができる導
光板、面光源装置及び表示装置を提案しようとするもの
である。
【0012】
【課題を解決するための手段】かかる課題を解決するた
め請求項1に係る発明においては、所定の入射面より入
射した照明光を、その内部を伝搬させながら出射面より
出射するようにしてなる導光板において、出射面と対向
する面には、入射面から離れるにつれて出射面と対向す
る面に近づくように稜線を形成して交わる少なくとも1
対の斜面を有する突起が複数形成され、突起間に、微細
な凹凸が形成されるようにする。
【0013】また請求項2に係る発明においては、請求
項1の構成において、突起が、四角錐形状であるように
する。
【0014】また請求項3に係る発明においては、請求
項1又は請求項2に記載の導光板を使用して面光源装置
を構成する。
【0015】また請求項4に係る発明においては、請求
項3に記載の面光源装置により液晶表示パネルを照明す
る。
【0016】請求項1の構成によれば、所定の入射面よ
り入射した照明光を、その内部を伝搬させながら出射面
より出射するようにしてなる導光板において、出射面と
対向する面には、入射面から離れるにつれて出射面と対
向する面に近づくように稜線を形成して交わる少なくと
も1対の斜面を有する突起が複数形成されていることに
より、この1対の斜面における2回の反射によって導光
板の内部を伝搬する照明光を出射面の方向に出射するこ
とができる。このとき突起間に、微細な凹凸を形成すれ
ば、この凹凸の形状により、内部を伝搬する照明光の指
向性(伝搬方向)を調整し、また突起の働き以外に、出
射面からの出射を促すことができ、これらによりこの突
起を種々に選定して出射光の特性を種々に調整すること
ができる。
【0017】これにより請求項3の構成によれば、所望
の特性による面光源装置を得ることができる。また請求
項4の構成によれば、所望の特性による表示装置を得る
ことができる。
【0018】
【発明の実施の形態】以下、適宜図面を参照しながら本
発明の実施の形態を詳述する。なお図面は、理解が容易
となるように一部を極端に誇張して示す。
【0019】(1)第1の実施の形態 (1−1)第1の実施の形態の構成 図2は、本発明の第1の実施の形態に係る液晶表示装置
を示す分解斜視図である。この液晶表示装置11は、例
えばパーソナルコンピュータに適用され、面光源装置1
3により液晶表示パネル12を背面から照明して画像を
表示する。
【0020】ここで面光源装置13は、線状光源による
一次光源14を側面に配置した導光板15の背面に、反
射シート16を配置し、さらに導光板15の出射面15
A側に光拡散シート17を配置して構成される。なおこ
の実施の形態において、一次光源14は、蛍光ランプ1
4Aをリフレクター14Bにより囲って形成される。
【0021】反射シート16は、白色のシート材であ
り、導光板15の裏面15Bより漏れ出す照明光を反射
して導光板15に再入射させ、これにより照明光の利用
効率を向上させる。
【0022】光拡散シート17は、導光板15の出射面
15Aより出射される照明光を弱く散乱させて透過する
シート材であり、この照明光の散乱により、後述するマ
イクロリフレクター等を目立たなくし、さらには導光板
15の傷等による異常発光が生じてしまった場合に、こ
の異常発光を目立たなくする。また発光面の輝度の均一
化が十分になされていないような場合であっても、導光
板15の出射面15Aより出射する照明光の輝度ムラを
緩和し、さらには導光板15の出射面15A側に光拡散
シート17を配置することで、導光板15の出射面15
Aの傷付きを防止する。
【0023】導光板15は、例えばアクリル(PMMA
樹脂等)、シクロオレフィン系ポリマー等のような透明
樹脂を射出成形して作成された平板形状の透明部材であ
る。導光板15は、一次光源14から出射される照明光
を1つの側面である入射面15Cより入射し、この照明
光を内部で伝搬する。導光板15は、出射面15Aが平
坦な面により形成されるのに対し、裏面15Bには同一
形状による突起(以下、マイクロリフレクターと呼ぶ)
が多数配置され、このマイクロリフレクターにより内部
を伝搬する照明光を液晶表示パネル12に向けて出射す
る。これにより面光源装置13は、導光板15の出射面
15Aを発光面としてなる面光源を構成するようになさ
れている。なお導光板15は、裏面15Bと出射面15
Aとが平行となるように形成される。
【0024】図3は、このマイクロリフレクターの側面
図(図3(A))と、導光板15の背面側より見て示す
マイクロリフレクターの平面図(図3(B))である。
マイクロリフレクター19は、導光板15の内部を伝搬
する照明光Lを主として2回の反射により出射面15A
の正面方向に出射する1対の斜面19A及び19Bと、
これらの斜面19A及び19Bに向かう照明光Lを遮ら
ないように形成された1対の斜面19C及び19Dとを
直接接続して、導光板15の裏面15B側に突出する四
角錐形状の突起により構成される。
【0025】すなわちマイクロリフレクター19におい
て、斜面19A及び19Bは、これらの斜面19A及び
19Bが交わる頂角が所定の角度を成すように形成され
る。さらに斜面19A及び19Bは、徐々に深さが浅く
なるV字形状の谷を形成するように、それぞれ平坦な面
により形成されて直接接続される。斜面19A及び19
Bは、このような接続部である稜線19Eを通り、かつ
出射面15Aと垂直な面に面対称となるように形成され
る。これによりマイクロリフレクター19は、入射面1
5Cより離れるにつれて出射面15Aと対向する裏面1
5Bに近づくように稜線19Eを形成して交わる斜面1
9A、19Bを有するようになされている。
【0026】マイクロリフレクター19は、裏面15B
側より見て、この稜線19Eの方向を中心にして所定の
角度範囲で、この谷に向かって到来する照明光Lについ
ては、この斜面19A(又は19B)で反射した後、残
る他方の斜面19B(又は19A)で反射し、出射面1
5Aの正面方向に出射するようになされている。
【0027】これに対して斜面19C及び19Dは、斜
面19A及び19Bと同様にそれぞれ平坦な面により面
対称に形成され、斜面19A及び19Bにより形成され
る稜線19Eと、これら斜面19C及び19Dにより形
成される稜線19Fとが、裏面15B側より見た平面図
にてほぼ直線となるように形成される。斜面19C及び
19Dは、斜面19A及び19Bで反射されて出射面1
5Aの正面方向に向かう照明光Lを、斜面19A及び1
9Bに入射する前の段階で遮らないように、又は斜面1
9C又は斜面19Dで反射した照明光Lが好適な角度で
斜面19A又は19Bに入射するように所定の傾きによ
り形成される。
【0028】導光板15は、図4に示すように、裏面1
5B側より見た平面図において、この稜線19Eの延長
線がほぼ入射面15Cと直交するように、また谷の浅く
なる側が入射面より遠ざかる側となるように、裏面15
Bの各部位に応じてマイクロリフレクター19の向きが
設定される。
【0029】導光板15は、出射面15A側より見て肉
眼では知覚することが困難な程度に小型にマイクロリフ
レクター19が形成される。さらに導光板15は、各マ
イクロリフレクター19が、同一の大きさで形成され、
単位面積に占めるマイクロリフレクター19の数が入射
面15C近傍より遠ざかるに従って増大するように、マ
イクロリフレクター19が配置される。これにより導光
板15は、内部を伝搬する照明光の光量が低下する部位
では、その分マイクロリフレクター19の数を増大する
ことによりマイクロリフレクター19により照明光を出
射する機能を増大し、出射面15Aの全面にわたってほ
ぼ均一な光量により照明光を出射するようになされてい
る。
【0030】さらに導光板15は、マイクロリフレクタ
ー19が不規則に配置され、これにより液晶表示パネル
12に照明光を供給して表示画面にモアレ縞が発生しな
いようになされている。
【0031】さらに導光板15は、これらマイクロリフ
レクター19間の面に微細な凹凸が作成され、この微細
な凹凸により面光源装置としての出射光の特性が調整さ
れる。導光板15は、この微細な凹凸が入射面15Cと
ほぼ垂直に交わる直線状の溝の繰り返しにより形成され
る。
【0032】すなわちA−A線により示す入射面15C
にほぼ平行な面により切り取った断面図を図1に示すよ
うに、この溝は、大きな半径Rによる断面円弧形状の突
条を所定周期により繰り返して形成される。なおここで
この実施の形態では、この半径Rが8〔mm〕に、繰り
返しピッチPが70〔μm〕に設定される。これにより
この実施の形態では、このような溝が繰り返されてなる
方向と溝の延長してなる方向との対比で、出射光の特性
を調整するようになされている。
【0033】(1−2)第1の実施の形態の動作 以上の構成において、液晶表示装置11においては(図
2)、面光源装置13から供給される照明光により液晶
表示パネル12が照明され、これにより液晶表示パネル
12に形成された画像がユーザーにより目視可能とされ
る。
【0034】このように液晶表示パネル12の照明に供
する照明光は、面光源装置13において、一次光源14
から出射される照明光が入射面15Cから導光板15に
入射し、出射面15Aと裏面15Bとの間を繰り返し反
射して導光板15の内部を伝搬し、この伝搬の過程で、
裏面15Bに形成されたマイクロリフレクター19によ
り一部が反射されて光路が折り曲げられ、出射面15A
から出射される。
【0035】すなわち導光板15の内部を伝搬する照明
光は、その過程でマイクロリフレクター19に入射し、
その中で(図3)、出射面15Aから見て斜面19A及
び19Bによる稜線19Eを中心とした所定角度範囲で
1対の斜面19A及び19Bに入射する照明光が、斜面
19A及び19Bで連続的に反射することにより、出射
面15Aの正面方向に向かうように、これら斜面19A
と19Bで光路が折り曲げられる。これにより面光源装
置13では、出射面15Aを発光面にしてなる面光源が
構成され、各突起19における第1及び第2の反射面1
9A、19Bの傾き具合、複数形成された突起群の配列
等を調整することにより、出射光の方向、指向等を制御
することができる。
【0036】面光源装置13では、このようにしてマイ
クロリフレクター19の斜面19A及び19Bにて照明
光を反射して照明光の光路を折り曲げるようにして、こ
れら斜面19A及び19Bによる稜線19Eの延長線が
導光板15の各部位で入射面15Cとほぼ直交するよう
に、かつ斜面19A及び19Bにより形成される谷の浅
くなる側が入射面15Cより遠ざかる側となるように、
マイクロリフレクター19の向きが設定されていること
により、入射面15C側より到来する照明光をこのよう
に光路を折り曲げ可能な範囲で各マイクロリフレクター
19に効率良く入射させることができ、これにより効率
良く照明光を出射して十分な輝度の面光源を構成するこ
とが可能となる。
【0037】また入射面15Cより遠ざかって内部を伝
搬する照明光の光量が少なくなる部位では、その分、マ
イクロリフレクター19の数が多くなることにより、出
射面15Aの各部位でほぼ等しい光量分布により照明光
を出射することができ、これにより均一な光量分布によ
り照明光を出射することができる。
【0038】このようにして内部を伝搬してマイクロリ
フレクター19より出射されるにつき、導光板15にお
いては、マイクロリフレクター19の間に微細な凹凸が
作成されていることにより、この凹凸により内部を伝搬
する照明光の指向性が変化し、場合によってはこの微細
な凹凸からも照明光の出射が促され、これによりマイク
ロリフレクター19の斜面によって決まる指向性等の出
射光の特性をこのような微細な凹凸により調整すること
が可能となる。
【0039】すなわちこの実施の形態においては、大き
な半径Rによる断面円弧形状の突条を所定周期により繰
り返して、入射面15Cとほぼ垂直に交わる直線状の溝
の繰り返しによりこのような微細な凹凸が形成されてい
ることにより、導光板15においては、照明光が内部を
伝搬して裏面15Bで反射する毎に、微弱ながら徐々
に、内部を伝搬する照明光の入射面15Cに平行な面内
方向の広がりを小さくすることができる。
【0040】これによりマイクロリフレクター19の斜
面19A、19Bに入射する照明光の広がりを少ないも
のとすることができ、ほぼ斜面19A、19Bの傾き等
に依存した理想的な指向性により照明光を出射すること
ができ、高い輝度レベルを確保することができる。
【0041】(1−3)第1の実施の形態の効果 以上の構成によれば、1対の斜面19A及び19Bを有
する突起であるマイクロリフレクター19を裏面15B
に多数配置するようにし、これらマイクロリフレクター
19間に微細な凹凸を形成することにより、面光源装置
13から出射される照明光の特性をこの微細な凹凸によ
り調整することができる。
【0042】(2)第2の実施の形態 図5は、図1との対比により本発明の第2の実施の形態
に係る表示装置に適用される面光源装置について、導光
板を示す断面図である。この実施の形態に係る表示装置
では、この導光板25における裏面25Bの構成が異な
る点を除いて、第1の実施の形態に係る構成と同一に構
成される。
【0043】ここでこの導光板25においては、裏面2
5Bに、第1の実施の形態に係る導光板15と同様に、
マイクロリフレクター19が作成される。さらに導光板
25は、マイクロリフレクター19間が、全体的な形状
としてドーム状の凸形状又は凹形状により微細な凹凸が
形成される。これにより導光板25は、マイクロリフレ
クター19間の面で導光板25の内部を伝搬する照明光
をある程度散乱させて、出射面25Aからの出射をある
程度促すようになされている。
【0044】ここでこの微細な凹凸は、マイクロリフレ
クター19に比して照明光の出射を促す機能が格段的に
劣るように、すなわちマイクロリフレクター19による
出射光の指向性をさほど乱すことがないように、また出
射面25A側より見てぎらつき感を感じ取ることができ
ない程度に、全体的に見て、適度な粗さとなるように設
定される。なお、このような微細な凹凸は、算術平均粗
さRa0.02〜3.0〔μm〕程度により設定され
る。なおこの算術平均粗さRaは、JIS−B0601
1994に規定するところによるものである。
【0045】またこのような微細な凹凸を構成するドー
ム形状は、出射面25Aより見て肉眼によっては個々の
形状を見つけることが困難な大きさにより作成される。
また液晶表示パネル12の各画素との間の干渉によるモ
アレ縞の発生を防止する為に、不規則な配置により作成
される。なおこの実施の形態では、個々のドームの大き
さは、直径約20〔μm〕により作成される。
【0046】具体的に、このような微細な凹凸形状は、
例えば導光板を成形する金型又は導光板へ、微細なガラ
スビーズを空気流により衝突させて作成される。
【0047】図5に示す構成によれば、ドーム形状によ
り微細な凹凸形状を作成するようにして、ぎらつき感が
少なくなるように、出射光の特性を調整することができ
る。
【0048】(3)他の実施の形態 なお上述の第1の実施の形態においては、入射面とほぼ
直交するように突条を配置して微細な凹凸を作成する場
合について述べたが、本発明はこれに限らず、必要に応
じて種々の配置により突条を形成して出射光の特性を調
整することができる。因みに、例えば大画面の表示装置
に適用する場合に、人間の視覚の特性を考慮して画面中
央と周辺部とで出射光の指向性を調整することも求めら
れ、このような場合には、導光板の中央を中心とした円
形形状に溝が延長するように、突条を作成することが考
えられる。また点光源である発光ダイオードを一次光源
に適用する場合には、この点光源から放射状に溝が広が
るように、突条を形成することが考えらる。
【0049】また上述の第1の実施の形態においては、
半径Rを極めて大きな値に設定して突条を作成する場合
について述べたが、本発明はこれに限らず、例えば断面
円弧形状に代えて断面V字状の突条、断面円弧形状の溝
等、種々の大きさ、形状により突条を作成する場合に広
く適用することができる。
【0050】また上述の第2の実施の形態においては、
ドーム形状に不規則な凹凸を作成する場合について述べ
たが、本発明はこれに限らず、種々の粗面化の手法によ
り微細な凹凸を作成するようにしても、第2の実施の形
態と同様の効果を得ることができる。なおこの場合、例
えばマット面処理、対応する金型へのエッチング、放電
加工等の粗面化処理を適用することができる。
【0051】また上述の実施の形態においては、四角錐
形状により突起を形成する場合について述べたが、本発
明はこれに限らず、要は1対の斜面による主として2回
の反射により照明光の出射方向を補正するようにし、さ
らに導光板の内部を伝搬する照明光を遮ることなくこれ
らの斜面に導くように突起を形成して上述の実施の形態
と同様の効果を得ることができる。
【0052】また上述の実施の形態においては、1対の
斜面を直接接続して突起を形成する場合について述べた
が、本発明はこれに限らず、実用上十分な特性を確保で
きる場合には、1対の斜面を曲面により接続して突起を
形成するようにしてもよい。なおこの場合、出射面側よ
り見て、この曲面による稜線の延長する方向が導光板の
各部位で入射面の方向となるように突起を配置すること
になる。
【0053】また上述の実施の形態においては、1対の
斜面をそれぞれ平面により形成する場合について述べた
が、本発明はこれに限らず、実用上十分な特性を確保で
きる場合には、成形の条件等を加味して曲面により斜面
を形成してもよい。
【0054】また上述の実施の形態においては、マイク
ロリフレクターの数の調整により出射光量を均一化する
場合について述べたが、本発明はこれに限らず、数の調
整に代えて、又は数の調整に加えて、マイクロリフレク
ターの大きさ、形状の調整により光量分布を均一化して
もよい。
【0055】また上述の実施の形態においては、導光板
の1つの側面を入射面に設定する場合について述べた
が、本発明はこれに限らず、例えば点光源により一次光
源を構成する場合には、コーナーに入射面を配置するよ
うにしてもよい。
【0056】また上述の実施の形態においては、導光板
を一定の板厚により作成する場合について述べたが、本
発明はこれに限らず、断面楔型により作成する場合にも
広く適用することができる。
【0057】また上述の実施の形態においては、本発明
をパーソナルコンピュータに適用する場合について述べ
たが、本発明はこれに限らず、種々の電子機器に広く適
用することができる。
【0058】さらに上述の実施の形態においては、多数
の突起を導光板の裏面に配置し、この突起間に微細な凹
凸を作成するとの本発明の趣旨に沿って具体的な導光
板、面光源装置、表示装置の構成を説明したものではあ
るが、本発明は上述の実施の形態に係る構成に限られる
ものではなく、本発明の効果を損なわない範囲で、又は
本発明の効果より一層良好ならしむるために、面光源装
置に関連する種々の技術を適用することができる。
【0059】
【発明の効果】上述のように本発明によれば、入射面か
ら離れるにつれて出射面と対向する面に近づくように稜
線を形成して交わる少なくとも1対の斜面を有する突起
を出射面と対向する面に複数形成し、これら突起間に微
細な凹凸を形成することにより、出射光の指向性を補正
するシート材を特に配置しなくても照明光を出射面の正
面方向に出射できるように構成して、出射光の特性を種
々に調整することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態に係る液晶表示装置
に適用される面光源装置の導光板を拡大して示す断面図
である。
【図2】図1の導光板に係る面光源装置が適用される表
示装置を示す分解斜視図である。
【図3】図1の導光板のマイクロリフレクターを示す側
面図及び平面図である。
【図4】図1の導光板の裏面を示す平面図である。
【図5】図1との対比により本発明の第2の実施の形態
に係る表示装置に適用される面光源装置の導光板を拡大
して示す断面図である。
【図6】特顧平11−38977号に係る例の突起の説
明に供する斜視図である。
【符号の説明】
11……液晶表示装置、12……液晶表示パネル、13
……面光源装置、14……一次光源、15、25……導
光板、19……マイクロリフレクター、19A〜19D
……斜面

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】所定の入射面より入射した照明光を、その
    内部を伝搬させながら出射面より出射するようにしてな
    る導光板において、 前記出射面と対向する面には、 前記入射面から離れるにつれて前記出射面と対向する面
    に近づくように稜線を形成して交わる少なくとも1対の
    斜面を有する突起が複数形成され、 前記突起間に、微細な凹凸が形成されたことを特徴とす
    る導光板。
  2. 【請求項2】前記突起が、四角錐形状であることを特徴
    とする請求項1に記載の導光板。
  3. 【請求項3】請求項1又は請求項2に記載の導光板を使
    用したことを特徴とする面光源装置。
  4. 【請求項4】請求項3に記載の面光源装置により液晶表
    示パネルを照明することを特徴とする表示装置。
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