JP2014178454A - 液晶表示装置及び電子機器 - Google Patents

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Abstract

【課題】画像のぼやけを低減し、光の方向依存性を少なくすることで、視認性を向上させることができる液晶表示装置、これを備えた電子機器を提供すること。
【解決手段】表示面と交差する所定の方向を主視角方向AX2とする半透過型液晶表示装置1であって、反射電極と、反射電極が設けられる第1基板と、反射電極と対向する透明電極と、透明電極が設けられる第2基板と、第1基板と第2基板との間に設けられる液晶層と、第2基板を挟んで第1基板の反対側に設けられる偏光板と、第2基板と偏光板との間に設けられる異方性散乱部材27と、を備え、異方性散乱部材27は、散乱中心軸Sを有し、散乱中心軸Sを含む所定の角度範囲をもった方向である散乱軸方向AX1に沿って透過する光を散乱させ、散乱軸方向AX1と主視角方向AX2とは、同じ方向となっている。
【選択図】図12

Description

本開示は、液晶表示装置、これを備えた電子機器に関する。
表示装置には、画面背面のバックライト光による透過光を利用して表示を行う透過型表示装置の他に、外光による反射光を利用して表示を行う反射型表示装置がある。反射型表示装置は、消費電力が少なく、明るい環境下でも画面が見易いという特徴を持っている。また、透過型表示装置と反射型表示装置との特徴を併せ持つ表示装置として、半透過型液晶表示装置がある。半透過型液晶表示装置は、暗い環境下ではバックライト光による透過光を用いて表示し、明るい環境下では外光による反射光を用いて表示する。
表示装置には、画像の照度を向上させるために光の反射率を上げることができるLCF(拡散フィルム:Light Control Film)等の異方性散乱フィルムを、表示デバイスの観察面側に配置するものがある(特許文献1、2、3参照)。異方性散乱フィルムは、散乱中心軸を有し、散乱中心軸は、表示デバイスの観察面の法線方向から一定の角度傾斜させた方向となっている。散乱中心軸に沿って異方性散乱フィルムを透過する光は、散乱光となる。この散乱中心軸は、表示デバイスの視野角特性(視角依存性)を改善するために、表示デバイスのコントラスト比が最大となる方位とほぼ一致する方位となっている。
また、表示装置には、画面背面に設けられるバックライト部として、直下方式のバックライト部がある(特許文献4参照)。このバックライト部は、光拡散板と棒状光源との間に、異方性光拡散粘着層が設けられており、光拡散板の照射面からの光を均一にすべく、異方性光拡散粘着層に含まれる針状フィラーの長軸方向と、棒状光源の管軸方向とを、略同一の方向としている。
特開2007−249182号公報 特開2007−249181号公報 特開2007−114756号公報 特開2008−52132号公報
外光による反射光を利用して表示を行う反射型表示装置または半透過型表示装置において、反射光が出射する出射面上に、異方性散乱フィルム等の異方性散乱部材を配置する場合、出射面から出射した反射光は、異方性散乱部材を透過する。この場合、出射面と異方性散乱部材との間が離れていると、反射光の光路が長くなることから、反射光が面内において広がり、画像がぼやける可能性がある。また、出射面から出射した反射光の出射方向が、異方性散乱部材の散乱中心軸と大きく交差する場合、異方性散乱部材の特性によって、反射光が散乱せずに出射するため、反射光の方向依存性が大きくなってしまう。
そこで、本開示は、画像のぼやけを低減し、光の方向依存性を少なくすることで、視認性を向上させることができる液晶表示装置、これを備えた電子機器を提供することを目的とする。
上記の目的を達成するために、本開示は、表示面と交差する所定の方向を主視角方向とする液晶表示装置であって、反射電極と、前記反射電極が設けられる第1基板と、前記反射電極と対向する透明電極と、前記透明電極が設けられる第2基板と、前記第1基板と前記第2基板との間に設けられる液晶層と、前記第2基板を挟んで前記第1基板の反対側に設けられる偏光板と、前記第2基板と前記偏光板との間に設けられる異方性散乱部材と、を備え、前記異方性散乱部材は、散乱中心軸を有し、前記散乱中心軸を含む所定の角度範囲をもった方向である散乱軸方向に沿って透過する光を散乱させ、前記散乱軸方向と前記主視角方向とは、同じ方向となっていることを特徴とする液晶表示装置及びこれを備えた電子機器である。
上記構成の液晶表示装置、当該液晶表示装置を有する電子機器において、第2基板と偏光板との間に異方性散乱部材を設けることができる。このため、第2基板と異方性散乱部材との間に偏光板を設けることがない分、第2基板と異方性散乱部材との間を近づけることができる。よって、第2基板から出射される光を、異方性散乱部材にすぐに入射させることができるため、第2基板から出射される光が表示面内において広がり難くなることから、表示面に表示される画像のぼやけを低減することができる。また、散乱軸方向と主視角方向とを同じ方向とすることができる。このため、異方性散乱部材は、主視角方向に向かって異方性散乱部材に入射する光を、散乱させることができる。よって、異方性散乱部材は、散乱せずに所定の方向に出射する光を軽減できることから、異方性散乱部材から出射する光の方向依存性を少なくすることができる。これにより、画像のぼやけを低減でき、光の方向依存性を少なくできることから、視認性の向上を図ることができる。
本開示によれば、第2基板と偏光板との間に設けられる異方性散乱部材の散乱軸方向と、主視角方向とを同じ方向とすることで、画像のぼやけを低減でき、光の方向依存性を少なくできることから、視認性の向上を図ることができる。
図1は、本開示が適用される半透過型液晶表示装置の構成の概略を、一部を切り欠いた状態で示す斜視図である。 図2Aは、基本的な画素回路を示す回路図である。 図2Bは、カラー表示における画素の模式図である。 図2Cは、モノクロ表示における画素の模式図である。 図3は、半透過型液晶表示装置の画素部の平面図である。 図4は、MIP方式を採用した画素の回路構成の一例を示すブロック図である。 図5は、MIP方式を採用した画素の動作説明に供するタイミングチャートである。 図6は、半透過型液晶表示装置の行方向において隣接する2つの画素の断面構造を示す断面図である。 図7Aは、表面から外光が入射する異方性散乱部材の断面図である。 図7Bは、背面から入射光が入射する異方性散乱部材の断面図である。 図8は、異方性散乱部材の一例を示す平面図である。 図9は、異方性散乱部材の機能を説明するための模式図である。 図10は、異方性散乱部材の一例を示す平面図である。 図11は、異方性散乱部材の機能を説明するための模式図である。 図12は、異方性散乱部材の散乱軸方向と、液晶パネルの主視角方向との関係を示す模式図である。 図13は、異方性散乱部材の散乱軸方向、液晶パネルの主視角方向及び導光板内のバックライト光の進行方向との関係を示す模式図である。 図14は、異方性散乱部材の散乱軸方向、液晶パネルの主視角方向及びバックライト光の照射方向との関係を示す模式図である。 図15Aは、半透過型液晶表示装置のCF基板側における光学設計の一例を示す模式図である。 図15Bは、半透過型液晶表示装置のTFT基板側における光学設計の一例を示す模式図である。 図16Aは、本開示が適用されるデジタルカメラの外観を示す斜視図である。 図16Bは、本開示が適用されるデジタルカメラの外観を示す斜視図である。 図17は、本開示が適用されるビデオカメラの外観を示す斜視図である。 図18は、本開示が適用されるノート型パーソナルコンピュータの外観を示す斜視図である。 図19Aは、本開示が適用される携帯電話機を示す、開いた状態の正面図である。 図19Bは、本開示が適用される携帯電話機を示す側面図である。 図19Cは、本開示が適用される携帯電話機を示す、閉じた状態の正面図である。 図19Dは、本開示が適用される携帯電話機を示す左側面図である。 図19Eは、本開示が適用される携帯電話機を示す右側面図である。 図19Fは、本開示が適用される携帯電話機を示す上面図である。 図19Gは、本開示が適用される携帯電話機を示す下面図である。
以下、本開示の技術を実施するための形態(以下、「実施形態」と記述する)について図面を用いて、次に示す手順で詳細に説明する。
1.本開示が適用される半透過型液晶表示装置
1−1.カラー表示対応の半透過型液晶表示装置
1−2.基本的な画素回路
1−3.画素及び副画素
1−4.画素部の電極構造
1−5.液晶表示パネルの駆動方式
1−6.異方性散乱部材
1−7.バックライト部
2.電子機器
3.本開示の構成
<1.本開示が適用される半透過型液晶表示装置>
本開示の技術は、フラットパネル型(平面型)の表示装置に適用することができる。フラットパネル型の表示装置としては、液晶表示(LCD:Liquid Crystal Display)パネルを用いた表示装置、エレクトロルミネッセンス(EL:Electro Luminescence)表示パネルを用いた表示装置、プラズマ表示(PD:Plasma Display)パネルを用いた表示装置等を例示することができる。
これらフラットパネル型の表示装置は、表示の形態で分類すると、透過型と反射型に分類することができる。本開示の技術は、反射型表示装置と、透過型表示装置及び反射型表示装置の特徴を併せ持つ半透過型液晶表示装置とに適用することができる。すなわち、本開示の技術は、反射電極で光を反射して表示を行う液晶表示装置であればよく、以下の説明では、明るい環境下でも、暗い環境下でも画面が見やすく、しかも、消費電力が少ない半透過型液晶表示装置に適用して説明する。これらの特徴を持つ反射型液晶表示装置及び半透過型液晶表示装置は、電子機器、中でも、屋外での使用頻度が高い携帯型の電子機器、すなわち、携帯端末機器、例えば、デジタルカメラ等の携帯情報機器又は携帯電話機等の携帯通信機器の表示部として用いて好適なものである。
本開示が適用される半透過型液晶表示装置は、モノクロ表示対応の表示装置であってもよいし、カラー表示対応の表示装置であってもよい。カラー表示対応の場合、カラー画像を形成する単位となる1個の画素(単位画素)は、複数の副画素(サブピクセル)を含むことになる。より具体的には、カラー表示対応の表示装置では、単位画素は、例えば、赤色(Red:R)を表示する副画素、緑色(Green:G)を表示する副画素、青色(Blue:B)を表示する副画素の3つの副画素を含む。
ただし、1つの画素としては、RGBの3原色の副画素を組み合わせたものに限られるものではない。例えば、RGBの3原色の副画素に、さらに1色又は複数色の副画素を加えて単位画素とすることも可能である。より具体的には、例えば、輝度向上のために白色(White:W)を表示する副画素を加えて単位画素としたり、色再現範囲を拡大するために補色を表示する少なくとも1個の副画素を加えて単位画素としたりすることも可能である。
[1−1.カラー表示対応の半透過型液晶表示装置]
以下、本開示が適用される半透過型液晶表示装置として、カラー表示対応の半透過型液晶表示装置を例に挙げて図面を参照しつつ説明する。
図1は、本開示が適用されるカラー表示対応の半透過型液晶表示装置の構成の概略を、一部を切り欠いた状態で示す斜視図である。
図1に示すように、本開示が適用される半透過型液晶表示装置1は、第1パネル部10、第2パネル部20、液晶層30及びバックライト部40を主な構成要素として有する。半透過型液晶表示装置1は、第2パネル部20の表面側が表示面側となる。第1パネル部10と第2パネル部20とは、所定の空隙を持って対向配置されている。そして、第1パネル部10と第2パネル部20との空隙内に液晶材料が封止されることによって液晶層30が形成されている。
第1パネル部10は、液晶層30と反対側、すなわち、バックライト部40側から順に、偏光板11、1/2波長板12、1/4波長板13、透明なガラス等を基板材料とする第1基板14及び平坦化膜15が設けられている。
この第1パネル部10において、第1基板14上には、ともに図示しない複数の信号線と複数の走査線とが交差するように形成されている。そして、複数の信号線と複数の走査線とが交差する部位には、副画素(以下、単に「画素」と記述する場合もある)50が行列状に2次元配置されている。
第1基板14上には、さらに、TFT(Thin Film Transistor:薄膜トランジスタ)等のスイッチング素子及び容量素子等の回路素子が画素50毎に形成されている。これらの回路素子、信号線及び走査線の表面に平坦化膜15が形成されることによって第1パネル部10の表面の平坦化が図られている。そして、平坦化膜15の上に、後述する反射電極が画素50毎に形成されることになる。第1基板14は、TFTを含む回路素子が形成されることからTFT基板と呼ばれる場合がある。
複数の信号線は、画素50を駆動する信号(表示信号/映像信号)を伝送するための配線であり、画素50の行列状の配置に対して画素列毎に、当該画素列の画素の配列方向、すなわち、列方向(図1のY方向)に沿って延在する配線構造となっている。複数の走査線は、画素50を行単位で選択する信号(走査信号)を伝送するための配線であり、画素50の行列状の配置に対して画素行毎に、当該画素行の画素の配列方向、すなわち、行方向(図1のX方向)に沿って延在する配線構造となっている。X方向とY方向とは、互いに直交する。
第2パネル部20は、液晶層30側から順に、ITO(Indium Tin Oxide:インジウム錫酸化物)等で形成された透明電極21、カラーフィルタ22、透明なガラス等を基板材料とする第2基板23、1/4波長板24、1/2波長板25及び偏光板26が設けられている。また、第2パネル部20の第2基板23と1/4波長板24との間には、異方性散乱部材27が設けられている。
この第2パネル部20において、カラーフィルタ22は、例えば、列方向(Y方向)に伸びるストライプ状のR(赤色)G(緑色)B(青色)の各フィルタが、画素50の行方向(X方向)のピッチと同じピッチで繰り返し配列された構成となっている。第2基板23は、カラーフィルタ(CF:Color Filter)22を含んでいることからCF基板と呼ばれる場合がある。
上述した、第1パネル部10、当該第1パネル部10と対向配置された第2パネル部20及び第1パネル部10と第2パネル部20との間に配置された液晶層30によって半透過型の液晶表示パネルが構成されており、第2パネル部20の上面(表面)が表示面となっている。
バックライト部40は、液晶表示パネルを当該液晶表示パネルの背面側、すなわち、第1パネル部10の液晶層30とは反対側から照明する照明部である。このバックライト部40は、その構造及び構成要素を特に限定するものではないが、例えば、LED(Light Emitting Diode)又は蛍光管などの光源と、プリズムシート、拡散シート及び導光板等の周知の部材を用いることができる。なお、詳細は後述するが、本開示の半透過型液晶表示装置1に適用されるバックライト部40は、いわゆるエッジライト方式のものが適用されている。
上記構成の半透過型液晶表示装置1において、画素50は、当該画素50毎に反射表示領域(反射表示部)と透過表示領域(透過表示部)とを有している。反射表示領域は、上述したように、平坦化膜15の表面に、画素50毎に形成される反射電極を有し、第2パネル部20を透過して外部から入射した外光を当該反射電極によって反射し、その反射光によって表示する。この画素50毎に設けられる透過表示領域の詳細については後述する。
[1−2.基本的な画素回路]
次に、画素50の基本的な画素回路について、図2Aを用いて説明する。図2AにXで示す方向(X方向)は、図1に示す半透過型液晶表示装置1の行方向を示し、Yで示す方向(Y方向)は列方向を示す。
図2Aに示すように、複数の信号線61(61、61、61、・・・)と、複数の走査線62(62、62、62、・・・)とが交差するように配線され、その交差部に画素50が配されている。複数の走査線62(62、62、62、・・・)が延在する方向は行方向(X方向)であり、複数の信号線61(61、61、61、・・・)が延在する方向は列方向(Y方向)である。先述したように、複数の信号線61と複数の走査線62とは、第1パネル部10の第1基板(TFT基板)14の表面に形成されている。そして、信号線61(61、61、61、・・・)の各一端は、信号出力回路70の各列に対応した出力端に接続され、複数の走査線62(62、62、62、・・・)の各一端は、走査回路80の各行に対応した出力端に接続されている。
画素50は、例えば、薄膜トランジスタ(TFT)を用いた画素トランジスタ51と液晶容量52と保持容量53とを有する構成となっている。画素トランジスタ51は、ゲート電極が走査線62(62、62、62、・・・)に接続され、ソース電極が信号線61(61、61、61、・・・)に接続されている。
液晶容量52は、画素電極と、これに対向して形成される対向電極(図1の透明電極21に相当)との間で発生する液晶材料の容量成分を意味し、画素電極が画素トランジスタ51のドレイン電極に接続されている。画素電極は、カラー表示の場合は副画素毎に形成される反射電極に相当し、モノクロ表示の場合は画素毎に形成される反射電極に相当する。液晶容量52の対向電極には、直流電圧のコモン電位VCOMが全画素共通に印加される。保持容量53は、一方の電極が液晶容量52の画素電極に、他方の電極が液晶容量52の対向電極にそれぞれ接続されている。
上記の画素回路から明らかなように、複数の信号線61(61、61、61、・・・)は、画素50を駆動する信号、すなわち、信号出力回路70から出力される映像信号を画素列毎に画素50に伝送する配線である。また、複数の走査線62(62、62、62、・・・)は、画素50を行単位で選択する信号、すなわち、走査回路80から出力される走査信号を画素行毎に伝送する配線である。
[1−3.画素及び副画素]
半透過型液晶表示装置1がカラー表示に対応する場合、図2Bに示すように、カラー画像を形成する単位となる1個の画素、すなわち単位画素5は、例えば、複数の副画素(サブピクセル)50を含む。この例では、単位画素5は、Rを表示する副画素50Rと、Bを表示する副画素50Bと、Gを表示する副画素50Gとを含む。単位画素5が有する副画素50R、50B、50Gは、X方向、すなわち半透過型液晶表示装置1の行方向に向かって配列される。上述したように、単位画素5は、さらに1色又は複数色の副画素を有していてもよい。半透過型液晶表示装置1がモノクロ表示のみに対応する場合、図2Cに示すように、モノクロ画像を形成する単位となる1個の画素、すなわち単位画素5Mは、画素50(カラー画像における副画素50に相当)となる。単位画素5はカラー画像を表示するための基本単位であり、単位画素5Mは、モノクロ画像を表示するための基本単位である。
[1−4.画素部の電極構造]
透過表示領域について説明する前に、画素50の電極構造について説明する。
図3は、画素部の電極構造の説明に供する図である。図3は、半透過型液晶表示装置の画素部の平面図である。図3において、反射電極63については、網掛けを付して示している。
図3に示すように、半透過型液晶表示装置1の画素部は、画素50が行列状に配置され、当該行列状の配置に対して信号線61が列方向に沿って延在する画素50間の空間位置に配線され、走査線62が行方向に沿って延在する画素50間の空間位置に配線された構成となっている。先述したように、信号線61と走査線62とは、図1において、第1パネル部10の第1基板14上に互いに交差するように配線されている。
このような構成の画素部(画素アレイ部)において、図3に示す半透過型液晶表示装置1にあっては、1つの画素50内に、アルミニウム等の金属で形成された反射電極63と共に開口部64を形成し、当該開口部64を透過表示領域として用いる。このように、透過表示領域を確保するために、画素50内に開口部64を形成すると、当該開口部64の面積の分だけ反射電極63、すなわち、反射表示領域を小さくせざるを得ない。このため、半透過型液晶表示装置1は、反射表示性能が、反射型液晶表示装置のそれに比べて低下する。すなわち、透過表示領域を確保することと、反射表示性能を保つこととはトレードオフの関係にある。また、本実施形態では、反射電極63に開口部64を設けたが信号線61及び走査線62を、反射電極63と反射電極63との間の隙間からずれた位置に配置、つまり反射電極63の背面に配置し、反射電極63と反射電極63との間の隙間を開口としてもよい。
[1−5.液晶表示パネルの駆動方式]
液晶表示パネル(液晶表示装置)においては、液晶に同極性の直流電圧が印加され続けることによって液晶の比抵抗(物質固有の抵抗値)等が劣化するのを抑制するために、コモン電位VCOMを基準として映像信号の極性を所定の周期で反転させる駆動方式が採られる。
このような液晶表示パネルの駆動方式として、ライン反転、ドット反転、フレーム反転などの駆動方式が知られている。ライン反転は、1ライン(1画素行)に相当する1H(Hは水平期間)の時間周期で映像信号の極性を反転させる駆動方式である。ドット反転は、互いに隣接する上下左右の画素毎に映像信号の極性を交互に反転させる駆動方式である。フレーム反転は、1画面に相当する1フレーム毎に全画素に書き込む映像信号を一度に同じ極性で反転させる駆動方式である。
半透過型液晶表示装置1は、フレーム反転の駆動方式を用いる場合、1フレーム期間にわたって同じ極性の信号電圧を信号線61に書き込むことになるために、シェーディングが発生する可能性がある。そこで、半透過型液晶表示装置1においては、フレーム反転の駆動方式を用いるにあたって、画素50としてメモリ機能を有する画素、例えば、画素毎にデータを記憶可能なメモリを持つ、いわゆるMIP(Memory In Pixel)方式を採用することとする。MIP方式の場合、画素50には常に一定電圧が印加されることになるために、シェーディングを低減させることができる。
また、MIP方式は、データを記憶するメモリを画素内に持つことにより、アナログ表示モードによる表示と、メモリ表示モードによる表示とを実現できる。アナログ表示モードとは、画素の階調をアナログ的に表示する表示モードである。メモリ表示モードとは、画素内のメモリに記憶されている2値情報(論理“1”/論理“0”)に基づいて、画素の階調をデジタル的に表示する表示モードである。
メモリ表示モードの場合、メモリに保持されている情報を用いるため、階調を反映した信号電位の書き込み動作をフレーム周期で実行する必要がない。そのため、メモリ表示モードの場合は、階調を反映した信号電位の書き込み動作をフレーム周期で実行する必要があるアナログ表示モードの場合に比べて消費電力が少なくて済む。換言すれば、半透過型液晶表示装置1の消費電力を低減することができる。
図4は、MIP方式を採用した画素の回路構成の一例を示すブロック図であり、図中、図2Aと同等の部位には同一の符号を付して示している。また、図5に、MIP方式を採用した画素の動作説明に供するタイミングチャートを示す。
図4に示すように、画素50は、液晶容量(液晶セル)52に加えて、3つのスイッチ素子54、55、56及びラッチ部57を有する駆動回路部58を備える。駆動回路部58は、SRAM(Static Random Access Memory)機能を備えている。駆動回路部58を備える画素50は、SRAM機能付きの画素構成となっている。液晶容量(液晶セル)52とは、画素電極(例えば、図3の反射電極63)とこれに対向して配される対向電極との間で発生する液晶容量を意味している。
スイッチ素子54は、信号線61(図2Aの信号線61〜61に相当)に一端が接続されている。スイッチ素子54は、図2Aの走査回路80から走査信号φVが与えられることによってオン(閉)状態となり、図2Aの信号出力回路70から信号線61を介して供給されるデータSIGを取り込む。ラッチ部57は、互いに逆向きに並列接続されたインバータ571、572を有しており、スイッチ素子54によって取り込まれたデータSIGに応じた電位を保持(ラッチ)する。
スイッチ素子55、56の各一方の端子には、コモン電位VCOMとは逆相の制御パルスXFRP及び同相の制御パルスFRPが与えられる。スイッチ素子55、56の各他方の端子は共通に接続され、その共通接続ノードが、本画素回路の出力ノードNoutとなる。スイッチ素子55、56は、ラッチ部57の保持電位の極性に応じていずれか一方がオン状態となる。これにより、対向電極(図1の透明電極21)にコモン電位VCOMが印加されている液晶容量52に対して、制御パルスFRP又は制御パルスXFRPが画素電極(例えば、図3の反射電極63)に印加される。
図5から明らかなように、本例の場合、ラッチ部57の保持電位が負側極性のときは、液晶容量52の画素電位がコモン電位VCOMと同相になるため黒表示となり、ラッチ部57の保持電位が正側極性の場合は、液晶容量52の画素電位がコモン電位VCOMと逆相になるため白表示となる。
上述したことから明らかなように、MIPの画素50は、ラッチ部57の保持電位の極性に応じてスイッチ素子55、56のいずれか一方がオン状態となることで、液晶容量52の画素電極(例えば、図3の反射電極63)に対して、制御パルスFRP又は制御パルスXFRPが印加される。その結果、画素50には常に一定の電圧が印加されることになるので、シェーディングの発生が抑制される。
なお、本例では、画素50が内蔵するメモリとしてSRAMを用いる場合を例に挙げて説明したが、SRAMは一例に過ぎず、他のメモリ、例えばDRAM(Dynamic Random Access Memory)を用いる構成を採るようにしてもよい。
本実施形態において、MIP方式を採用するにあたっては、面積階調法、時分割階調法等を用いることができる。時分割階調法の場合、静止画であっても時間によって画素電位が異なり、画素内及び画素間の液晶分子が動いてしまう。したがって、時分割階調法を用いるよりも面積階調法を用いる方が好ましい。また、面積階調法の場合には、画素電極、すなわち、反射電極63を分割することから、電極間の隙間が多くなるために、パネルの透過率としては分割しない場合よりも高くなる利点がある。
また、上記の例では、メモリ機能を有する画素として、画素毎にデータを記憶可能なメモリを持つMIPの画素を用いるとしたが、これは一例に過ぎない。メモリ機能を有する画素としては、MIPの画素の他に、例えば、周知のメモリ性液晶を用いる画素を例示することができる。
液晶の表示モードには、電界(電圧)無印加時に白表示、電界印加時に黒表示になるノーマリーホワイトモードと、電界無印加時に黒表示、電界印加時に白表示になるノーマリーブラックモードとがある。この両モードは液晶セルの構造は同じであり、図1の偏光板11、26の配置が異なる。本実施形態の半透過型液晶表示装置1は、電界(電圧)無印加時に黒表示、電界印加時に白表示になるノーマリーブラックモードで駆動される。
[1−6.異方性散乱部材]
図6は、半透過型液晶表示装置の行方向(X方向)において隣接する2つの画素の断面構造を示す断面図であり、図中、図1と同等部位には同一符号を付して示している。図7Aは、表面から外光が入射する異方性散乱部材の断面図である。図7Bは、背面から入射光が入射する異方性散乱部材の断面図である。図8は、異方性散乱部材の一例を示す平面図である。図9は、異方性散乱部材の機能を説明するための模式図である。図10は、異方性散乱部材の一例を示す平面図である。図11は、異方性散乱部材の機能を説明するための模式図である。
図6に示すように、半透過型液晶表示装置1は、液晶分子31を含む液晶層30よりも反射電極63で反射した光の進行方向側に、光を散乱させるシート状の異方性散乱部材27を有する。より具体的には、半透過型液晶表示装置1は、第2基板23と1/4波長板24との間に異方性散乱部材27を有する。異方性散乱部材27は、反射電極63で反射された光を散乱させたり、画素間の空間65を透過したバックライト光を散乱させたりする非等方又は等方の層である。異方性散乱部材27としては、例えば、LCF(Light Control Film)を用いることができる。
異方性散乱部材27は、前方散乱が多く後方散乱が少ない前方散乱層である。異方性散乱部材27は、特定方向(散乱軸方向)から入射した光を散乱する異方性散乱層である。異方性散乱部材27は、第2基板23との関係で偏光板26側の特定方向から光(例えば外光)が入射してきた場合に、その入射した光をほとんど散乱せずに透過させ、反射電極63で反射され戻ってきた光(反射光)を大きく散乱するようになっている。
異方性散乱部材27は、図7A及び図7Bに示すように、第1領域27Bと、第2領域27Sとを含み、2種類の領域27B,27Sは、互いに屈折率が異なっている。異方性散乱部材27は、図8及び図9に示すように複数の板状の第2領域27Sが第1領域27B中に所定間隔で配列されたルーバー構造となっていてもよいし、異方性散乱部材27aは、図10及び図11に示すように柱状の第2領域27Saが第1領域27Ba中に配列された柱状構造となっていてもよい。本実施形態では、第1領域27Bが第2領域27Sよりも屈折率の低い材料で形成されている。つまり、第1領域27Bは、異方性散乱部材27の中で相対的に屈折率の低い材料で形成され、低屈折率領域となる。また、第2領域27Sは、異方性散乱部材27の中で相対的に屈折率の高い材料で形成され、高屈折率領域となる。
異方性散乱部材27は、第1領域(低屈折率領域)27Bと第2領域(高屈折率領域)27Sとの境界付近における屈折率の変化の程度が相対的に大きい面側から光が入射して低屈折率領域27Bと高屈折率領域27Sとの境界付近における屈折率の変化の程度が相対的に小さい面側から光が出射する際に、光が散乱するように配置されている。
異方性散乱部材27は、例えば、第1領域27B及び第2領域27Sが厚さ方向に延在し、かつ所定の方向に傾斜したものである。異方性散乱部材27は、例えば、屈折率の互いに異なる2種類以上の光重合可能なモノマー又はオリゴマーの混合物である樹脂シートに、紫外線を斜め方向から照射することにより形成されたものである。なお、異方性散乱部材27は、上記とは異なる構造となっていてもよく、また、上記とは異なる方法で製造されたものであってもよい。異方性散乱部材27は、1層であってもよいし、複数の層であってもよい。異方性散乱部材27が複数の層である場合、互いに等しい構造であってもよいし、互いに異なる構造であってもよい。
異方性散乱部材27は、例えば、図7Aに示すように、第2基板23との関係で所定の方向(散乱軸方向)から外光L1が入射したときにその外光L1を散乱させ、他の所定の方向(散乱軸方向以外の方向)から外光L2が入射したときにその外光L2を透過させる。また、異方性散乱部材27は、他の所定の方向から外光L2が入射したときにその外光L2を透過させ、透過した光のうち反射電極63で反射された光を、散乱中心軸Sを中心として所定の範囲で散乱させるようになっている。外光L1、L2は、第2パネル部20の偏光板26に入射する平行光である。外光L1、L2は、無偏光光であってもよいし、偏光光であってもよい。また、異方性散乱部材27は、例えば、図7Bに示すように、光が外光L1、L2とは反対側から入射光L3、L4が入射した場合も同様に、第2基板23との関係で所定の方向(散乱軸方向)から入射した光を散乱させ、他の所定の方向(散乱軸方向以外の方向)から入射した光を透過させる。具体的には、第2基板23との関係で所定の方向からの入射光L3が入射したときにその入射光L3を散乱させ、他の所定の方向からの入射光L4が入射したときにその入射光L4を透過させる。なお、外光L1及び入射光L4における所定の方向は、向きが180度逆になるのみで、同じ方向である。また、外光L2及び入射光L3における所定の方向は、向きが180度逆になるのみで、同じ方向である。なお、光の散乱は、異方性散乱部材27の通過中に生じればよく、入射時に散乱しても出射時に散乱しても、経路中で散乱してもよい。
ここで、異方性散乱部材27が図8に示すルーバー構造である場合、異方性散乱部材27は、図9に示すように、外光L1を散乱した散乱光L1aが、第1領域27B及び第2領域27Sの長辺方向の径d1が短径となり、第1領域27B及び第2領域27Sの短辺方向(第1領域27B及び第2領域27Sの配列方向)の径d2が長径となる楕円形状となる。なお、異方性散乱部材27は、反射電極63から反射した光を散乱させる場合も同様に楕円形状で散乱させる。また、異方性散乱部材27aが図10に示す柱状構造である場合、異方性散乱部材27aは、図11に示すように、外光L1を散乱した散乱光L1aが、径d1aと径d2aが同じ径となる円形状となる。なお、異方性散乱部材27aは、反射電極63から反射した光を散乱させる場合も同様に円形状で散乱させる。
図12は、異方性散乱部材の散乱軸方向と、液晶パネルの主視角方向との関係を示す模式図である。ここで、図12に示すように、第1パネル部10から液晶層30を介して第2パネル部20の第2基板23に至るまでの部分を、液晶パネルPLとしている。なお、図12では、異方性散乱部材27の散乱軸方向AX1と、液晶パネルPLの主視角方向AX2との関係を分かり易くするために、異方性散乱部材27と液晶パネルPLとの間を離して図示している。
異方性散乱部材27の散乱中心軸S(それを中心として、入射する光の異方性散乱特性が略対称性となる軸をいう。換言すれば、最も散乱する光の入射方向に延びる軸である。)は、異方性散乱部材27の表示側の面の法線方向に対して斜めに傾斜している。また、液晶パネルPLは、その表示面(つまり、液晶パネルPLと異方性散乱部材27との境界面)と交差する所定の方向を主視角方向AX2としており、主視角方向AX2は、液晶パネルPLの表示面に対して斜めに傾斜している。主視角とは、半透過型液晶表示装置1のユーザが半透過型液晶表示装置1を使用する際に映像表示面を眺める方位に対応しており、映像表示面が方形状となっている場合には、映像表示面の一辺のうちユーザに最も近い辺と直交する方位に対応している。
液晶パネルPLから異方性散乱部材27に入射する入射光L4が、異方性散乱部材27を透過することで散乱する場合、入射光L4の入射方向は、散乱軸方向AX1となっている。つまり、散乱軸方向AX1に沿って異方性散乱部材27に入射する入射光L4は、異方性散乱部材27を透過することで散乱する。このとき、散乱軸方向AX1は、散乱中心軸Sが延びる方向と、散乱中心軸Sに対して所定の角度分だけ傾斜する方向とを含む方向となっている。つまり、散乱軸方向AX1は、散乱中心軸Sを含む所定の角度範囲をもった方向となっている。所定の角度範囲は、散乱中心軸Sを中心に、散乱中心軸Sに対して±θ度分だけ傾斜する角度範囲となっており、θは、例えば、20度以内となっている。なお、θは、15度とすることがより好ましい。このとき、異方性散乱部材27の散乱軸方向AX1と、液晶パネルPLの主視角方向AX2とは、液晶パネルPLの表示面の法線方向に対し、同じ側に傾斜している。また、異方性散乱部材27の散乱軸方向AX1と、液晶パネルPLの主視角方向AX2とは、同じ方向となっている。
以上のように、半透過型液晶表示装置1は、第2基板23と偏光板26との間に異方性散乱部材27を設けることができる。より具体的には、第2基板23と1/4波長板24との間に異方性散乱部材27を設けることができる。このため、第2基板23と異方性散乱部材27との間に、偏光板26、1/4波長板24及び1/2波長板25を設けることなく、第2基板23と異方性散乱部材27とを隣接して設けることができる。よって、第2基板23と異方性散乱部材27とが密接できることから、第2基板23から出射される光は、異方性散乱部材27にすぐに入射することができる。これにより、第2基板23から出射された光は、半透過型液晶表示装置1の表示面内において広がり難くなり、表示面に表示される画像のぼやけを低減することができる。また、半透過型液晶表示装置1は、異方性散乱部材27の散乱軸方向AX1と、液晶パネルPLの主視角方向AX2とを同じ方向とすることができる。このため、異方性散乱部材27は、第2基板23から主視角方向AX2に出射して、異方性散乱部材27に入射する光を散乱させることができる。よって、異方性散乱部材27は、散乱せずに所定の方向に出射する光を軽減できることから、異方性散乱部材27から出射する光の方向依存性を少なくすることができる。以上から、本開示の半透過型液晶表示装置1は、画像のぼやけを低減でき、光の方向依存性を少なくできることから、視認性の向上を図ることができる。
[1−7.バックライト部]
次に、図13及び図14を参照して、バックライト部40について説明する。図13は、異方性散乱部材の散乱軸方向、液晶パネルの主視角方向及び導光板内のバックライト光の進行方向との関係を示す模式図である。図14は、異方性散乱部材の散乱軸方向、液晶パネルの主視角方向及びバックライト光の照射方向との関係を示す模式図である。図13の上図は、バックライト部40をY方向から見た側面図であり、図13の下図は、バックライト部40をZ方向から見た平面図である。図13及び図14でも、各種方向の関係を分かり易くするために、異方性散乱部材27と、液晶パネルPLと、バックライト部40との間をそれぞれ離して図示している。
バックライト部40は、図13に示すように、エッジライト方式となっており、光源部41と、光源部41からの光を導光する導光板42とを含んでいる。光源部41は、バックライト光を導光板42へ向けて照射する。光源部41は、例えば、LED又は蛍光管等が用いられ、所定の方向に延在して直線状に設けられている。この光源部41が延在する方向は、導光板42へ向けて照射した導光板42内を進むバックライト光の進行方向DXと直交する方向となっている。
導光板42は、液晶パネルPLを挟んで異方性散乱部材27の反対側(背面側)に設けられ、液晶パネルPLに対向して設けられている。導光板42は、方形の板状に形成され、液晶パネルPLと対向する面(表示側の面)がバックライト光を照射する光照射面となっている。また、導光板42の背面は、反射面となっており、反射面は、背面側に向かうバックライト光を光照射面側へ向かって反射させている。直線状に延在する光源部41は、方形となる導光板42の一辺に沿って隣接して設けられている。そして、光源部41が隣接する導光板42の一辺の側面が、光源部41からのバックライト光が入射する光入射面となっている。このため、導光板42は、光入射面と光照射面とが直交し、光照射面と反射面とが平行となっている。そして、導光板42は、光源部41からのバックライト光を、Y方向に延在する光源部41に対して直交する方向、かつ、光入射面及び反射面と平行な方向であるX方向に導く。このとき、導光板42内を進むバックライト光の進行方向DXと、散乱軸方向AX1とは、第1基板14と導光板42とが対向する方向(Z方向)から見て、同じ方向(X方向)となっている。このとき、散乱軸方向AX1は、表示面の法線方向に対し、バックライト部40の光源部41側に傾斜していることから、Z方向から見たバックライト光の進行方向DXと散乱軸方向AX1とは、逆方向となっている。なお、光源部41は、導光板42のX方向の反対側に設けてもよいし、導光板42のX方向の両側に設けてもよい。
以上のように、半透過型液晶表示装置1は、第1基板14と導光板42とが対向する方向から見て、導光板42内を進むバックライト光の進行方向DXと、散乱軸方向AX1とを、同じ方向とすることができる。このため、バックライト部40は、導光板42の光照射面から出射するバックライト光を、散乱軸方向AX1に沿った方向に導光することができる。よって、半透過型液晶表示装置1は、散乱軸方向AX1に向かうバックライト光を多く導くことができるため、散乱するバックライト光の輝度を効率よく向上させることができる。
バックライト部40は、図14に示すように、液晶パネルPLの第1パネル部10に向かって照射されるバックライト光を集光する機能を有している。バックライト部40に集光機能を与える場合は、導光板42の光照射面に、シート状の光偏向部材を配置することで実現できる。バックライト部40は、光照射面内の複数の部位においてバックライト光を集光しており、少なくとも導光板42内におけるバックライト光の進行方向DXに沿って、所定の間隔ごとに集光している。なお、バックライト部40は、集光したバックライト光の照射方向AX3を、光照射面の法線方向に対して傾斜させている。このとき、バックライト光の照射方向AX3と、異方性散乱部材27の散乱軸方向AX1及び液晶パネルPLの主視角方向AX2とは、光照射面(表示面)の法線方向に対し、同じ側に傾斜している。また、バックライト光の照射方向AX3と、散乱軸方向AX1及び主視角方向AX2とは、同じ方向となっている。
以上のように、半透過型液晶表示装置1は、バックライト部40において集光したバックライト光の照射方向AX3と、異方性散乱部材27の散乱軸方向AX1とを、光照射面(表示面)の法線方向に対して同じ側に傾斜させることができる。このため、集光したバックライト光の少なくとも一部は、散乱軸方向AX1に沿った方向に照射されることから、半透過型液晶表示装置1の表示面において、バックライト光による輝度を向上させることができる。さらに、半透過型液晶表示装置1は、バックライト光の照射方向AX3と、異方性散乱部材27の散乱軸方向AX1とを同じ方向とすることができるため、半透過型液晶表示装置1の表示面において、バックライト光による輝度をより向上させることができる。また、異方性散乱部材27は、散乱軸方向AX1に沿った方向に照射され、異方性散乱部材27の表示側の面から出射するバックライト光を散乱させることができる。これにより、半透過型液晶表示装置1は、バックライト光による輝度を向上させることで、表示面におけるコントラストを向上させることができ、また、バックライト光の方向依存性を少なくすることができることから、視認性の向上をさらに図ることができる。
次に、図15Aは、半透過型液晶表示装置のCF基板側における光学設計の一例を示す模式図であり、図15Bは、半透過型液晶表示装置のTFT基板側における光学設計の一例を示す模式図である。図15A、図15Bは、第1パネル部10の構成部材、液晶セル(液晶層30)及び第2パネル部20の構成部材の各軸方向が表されている。具体的には、第1パネル部10側(TFT基板側)については、偏光板11の吸収軸方向、1/2波長板12の延伸軸方向及び1/4波長板13の延伸軸方向をそれぞれ表している。また、第2パネル部20側(CF基板側)については、液晶セルのTFT基板側・CF基板側のラビング方向、異方性散乱部材27の遅相軸方向、1/4波長板24の延伸軸方向、1/2波長板25の延伸軸方向及び偏光板26の吸収軸方向をそれぞれ表している。
<2.電子機器>
以上説明した本開示に係る半透過型液晶表示装置1は、電子機器に入力された映像信号又は電子機器内で生成した映像信号を、画像又は映像として表示するあらゆる分野の電子機器の表示部(表示装置)として用いることが可能である。
本開示に係る半透過型液晶表示装置は、あらゆる分野の電子機器の中でも、屋外での使用頻度が高い携帯端末機器の表示部(表示装置)として用いることが好ましい。携帯端末機器としては、例えば、デジタルカメラ、ビデオカメラ、PDA(Personal Digital Assistant)、ゲーム機、ノート型パーソナルコンピュータ、電子書籍等の携帯情報機器や、携帯電話機等の携帯通信機器などを例示することができる。
先述した実施形態の説明から明らかなように、本開示に係る半透過型液晶表示装置は、反射型表示装置と同等の反射表示性能を保った上で透過表示を実現できるために、反射型液晶表示装置の特徴である、消費電力が少なく、明るい環境下でも画面が見易いという特徴を十全に発揮できる。したがって、あらゆる分野の電子機器、中でも、携帯端末機器において、その表示部として本開示に係る半透過型液晶表示装置を用いることで、携帯端末機器の低消費電力化に大きく寄与できる。
以下に、本開示に係る半透過型液晶表示装置1を表示部として用いる電子機器、すなわち、本開示に係る電子機器の具体例について説明する。
図16Aは、本開示が適用されるデジタルカメラの外観を示しており、表側から見た斜視図、図16Bは裏側から見た斜視図である。本適用例に係るデジタルカメラは、フラッシュ用の発光部111、表示部112、メニュースイッチ113、シャッターボタン114等を含み、その表示部112として本開示に係る半透過型液晶表示装置1を用いることにより作製される。
図17は、本開示が適用されるビデオカメラの外観を示す斜視図である。本適用例に係るビデオカメラは、本体部131、前方を向いた側面に被写体撮影用のレンズ132、撮影時のスタート/ストップスイッチ133、表示部134等を含み、その表示部134として本開示に係る半透過型液晶表示装置1を用いることにより作製される。
図18は、本開示が適用されるノート型パーソナルコンピュータの外観を示す斜視図である。本適用例に係るノート型パーソナルコンピュータは、本体121に、文字等を入力するときに操作されるキーボード122、画像を表示する表示部123等を含み、その表示部123として本開示に係る半透過型液晶表示装置1を用いることにより作製される。
図19Aから図19Gは、本開示が適用される携帯通信機器、例えば携帯電話機を示す外観図である。図19Aは開いた状態での正面図、図19Bはその側面図、図19Cは閉じた状態での正面図、図19Dは左側面図、図19Eは右側面図、図19Fは上面図、図19Gは下面図である。
本適用例に係る携帯電話機は、上側筐体141、下側筐体142、連結部(ここではヒンジ部)143、ディスプレイ144、サブディスプレイ145、ピクチャーライト146、カメラ147等を含んでいる。そして、ディスプレイ144やサブディスプレイ145として本開示に係る半透過型液晶表示装置1を用いることにより本適用例に係る携帯電話機が作製される。
<3.本開示の構成>
本開示は以下のような構成を採ることができる。
(1)
表示面と交差する所定の方向を主視角方向とする液晶表示装置であって、
反射電極と、
前記反射電極が設けられる第1基板と、
前記反射電極と対向する透明電極と、
前記透明電極が設けられる第2基板と、
前記第1基板と前記第2基板との間に設けられる液晶層と、
前記第2基板を挟んで前記第1基板の反対側に設けられる偏光板と、
前記第2基板と前記偏光板との間に設けられる異方性散乱部材と、を備え、
前記異方性散乱部材は、散乱中心軸を有し、前記散乱中心軸を含む所定の角度範囲をもった方向である散乱軸方向に沿って透過する光を散乱させ、
前記散乱軸方向と前記主視角方向とは、同じ方向となっていることを特徴とする液晶表示装置。
(2)
前記所定の角度範囲は、前記散乱中心軸に対する傾斜角が20度以内の角度範囲であることを特徴とする(1)に記載の液晶表示装置。
(3)
前記第1基板を挟んで前記第2基板の反対側に設けられ、前記第1基板へ向かってバックライト光を照射するバックライト部を、さらに備え、
前記バックライト部は、前記第1基板に対向する導光板と、前記導光板の側方から前記バックライト光を照射する光源部とを有し、
前記光源部から照射された前記導光板内を進む前記バックライト光の進行方向と、前記散乱軸方向とは、前記第1基板と前記導光板とが対向する方向から見て、同じ方向となっていることを特徴とする(1)または(2)に記載の液晶表示装置。
(4)
前記バックライト部は、前記第1基板へ向かって照射される前記バックライト光を集光し、集光した前記バックライト光の照射方向を、前記表示面の法線方向に対して傾斜する前記散乱軸方向と同じ側に傾斜させることを特徴とする(3)に記載の液晶表示装置。
(5)
前記第1基板を挟んで前記第2基板の反対側に設けられ、前記第1基板へ向かってバックライト光を照射するバックライト部を、さらに備え、
前記バックライト部は、前記第1基板へ向かって照射される前記バックライト光を集光し、集光した前記バックライト光の照射方向を、前記表示面の法線方向に対して傾斜する前記散乱軸方向と同じ側に傾斜させることを特徴とする(1)または(2)に記載の液晶表示装置。
(6)
(1)から(5)いずれか1つに記載の液晶表示装置を備えた電子機器。
以上、本開示について説明したが、上述した内容により本開示が限定されるものではない。また、上述した本開示の構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のもの、いわゆる均等の範囲のものが含まれる。さらに、上述した構成要素は適宜組み合わせることが可能である。また、本開示の要旨を逸脱しない範囲で構成要素の種々の省略、置換及び変更を行うことができる。
1 半透過型液晶表示装置
5、5M 単位画素
14 第1基板
21 透明電極
22 カラーフィルタ
23 第2基板
26 偏光板
27 異方性散乱部材
27B、27Ba 第1領域
27S、27Sa 第2領域
30 液晶層
40 バックライト部
41 光源部
42 導光板
50、50R、50G、50B 副画素(画素)
51 画素トランジスタ
54、55、56 スイッチ素子
57 ラッチ部
58 駆動回路部
63 反射電極
PL 液晶パネル
AX1 散乱軸方向
AX2 主視角方向
AX3 照射方向
DX 進行方向

Claims (6)

  1. 表示面と交差する所定の方向を主視角方向とする液晶表示装置であって、
    反射電極と、
    前記反射電極が設けられる第1基板と、
    前記反射電極と対向する透明電極と、
    前記透明電極が設けられる第2基板と、
    前記第1基板と前記第2基板との間に設けられる液晶層と、
    前記第2基板を挟んで前記第1基板の反対側に設けられる偏光板と、
    前記第2基板と前記偏光板との間に設けられる異方性散乱部材と、を備え、
    前記異方性散乱部材は、散乱中心軸を有し、前記散乱中心軸を含む所定の角度範囲をもった方向である散乱軸方向に沿って透過する光を散乱させ、
    前記散乱軸方向と前記主視角方向とは、同じ方向となっていることを特徴とする液晶表示装置。
  2. 前記所定の角度範囲は、前記散乱中心軸に対する傾斜角が20度以内の角度範囲であることを特徴とする請求項1に記載の液晶表示装置。
  3. 前記第1基板を挟んで前記第2基板の反対側に設けられ、前記第1基板へ向かってバックライト光を照射するバックライト部を、さらに備え、
    前記バックライト部は、前記第1基板に対向する導光板と、前記導光板の側方から前記バックライト光を照射する光源部とを有し、
    前記光源部から照射された前記導光板内を進む前記バックライト光の進行方向と、前記散乱軸方向とは、前記第1基板と前記導光板とが対向する方向から見て、同じ方向となっていることを特徴とする請求項1または2に記載の液晶表示装置。
  4. 前記バックライト部は、前記第1基板へ向かって照射される前記バックライト光を集光し、集光した前記バックライト光の照射方向を、前記表示面の法線方向に対して傾斜する前記散乱軸方向と同じ側に傾斜させることを特徴とする請求項3に記載の液晶表示装置。
  5. 前記第1基板を挟んで前記第2基板の反対側に設けられ、前記第1基板へ向かってバックライト光を照射するバックライト部を、さらに備え、
    前記バックライト部は、前記第1基板へ向かって照射される前記バックライト光を集光し、集光した前記バックライト光の照射方向を、前記表示面の法線方向に対して傾斜する前記散乱軸方向と同じ側に傾斜させることを特徴とする請求項1または2に記載の液晶表示装置。
  6. 請求項1から5いずれか1項に記載の液晶表示装置を備えた電子機器。
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