JP3984015B2 - 照明装置および液晶表示装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本願発明は、液晶パネルを照明するなどの所望の面状領域を照明するのに好適な照明装置、およびこの照明装置を備えた液晶表示装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来の液晶表示装置の一例を図6(a),(b)に示す。図示された液晶表示装置は、フロントライト方式の反射型液晶表示装置である。この液晶表示装置は、背面部に反射板80を備えた液晶パネル8と、この液晶パネル8の正面に配された導光板9と、光源7とを有している。導光板9は、略矩形の平板状であり、透明な合成樹脂製である。この導光板9の側面90cには、光源7に対向する光入射面部92が設けられている。導光板9の側面90dには、V字状をなす一対ずつの壁面93aを形成する複数の凹部93が設けられている。導光板9の裏面90bは、光出射面としての役割を果たす部分であり、平面状である。これに対し、導光板9の表面90aは、複数の凸部91を有する凹凸面とされている。各凸部91は、傾斜の向きが相違する2種類の傾斜面91a,91bを有している。
【0003】
上記構成の液晶表示装置においては、光源7から発せられた光は、光入射面部92から導光板9内に進入し、側面90dに向けて進行する。これらの光のうち、各凹部93の壁面93aに到達した光は、導光板9の側面90eに向けて進行するように反射される。この光の進行過程において、凸部91の傾斜面91aに到達した光は、その進行方向が急激に変えられるように反射され、導光板9の裏面90bに入射する。裏面90bに対する光の入射角が所定の全反射臨界角よりも小さいと、この光はそのまま導光板9の外部に出射する。このことにより、液晶パネル8が照明される。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来のものにおいては、導光板9の複数の凹部93のそれぞれの形状およびサイズは、全て同一に揃えられており、次のような不具合を生じていた。
【0005】
すなわち、光源7から発せられた光は、各凹部93の壁面93aに対してその斜め横方向から進行していくため、光源7から遠く離れている壁面93aは、光源7に近い壁面93aの陰になり、光源7から遠く離れた壁面93aほど、光源7から受ける光の量が少なくなる。したがって、複数の壁面93aのそれぞれから側面90eに向けて反射される光の量に大きな差が生じることとなり、導光板9の裏面90bの各所からの出射光量に大きなバラツキを生じる。その結果、液晶パネル8の画面に照度ムラが発生していた。この照度ムラは、液晶パネル8によって表示される画像の質を悪化させる。
【0006】
また、光源7から複数の凹部93に光が進行する場合、光源7に近い部分と遠い部分とでは、各凹部93に対する光の進行角度が相違する。このため、複数の壁面93aのそれぞれによって反射される光は、互いに非平行な光となり、その進行方向に大きなバラツキが生じていた。その結果、従来においては、このようなことにも起因して、裏面90bの各所から光を均一に出射させることが難しくなっていた。
【0007】
本願発明は、このような事情のもとで考え出されたものであって、光の照射対象領域の照度を従来よりも均一にすることが可能な照明装置を提供することをその課題としている。また、本願発明は、画面の照度を均一にすることが可能な液晶表示装置を提供することを他の課題としている。
【0008】
【発明の開示】
上記の課題を解決するため、本願発明では、次の技術的手段を講じている。
【0009】
本願発明の第1の側面により提供される照明装置は、導光板と、チップ状LEDからなる光源とを具備しており、かつ、上記導光板は、互いに直交するx,y方向にそれぞれ延びて繋がった第1および第2の側面と、上記第2の側面に対してx方向に間隔を隔てた第3の側面と、上記第1の側面における上記第2の側面側の端部に設けられ、かつ上記光源と対面する光入射面部と、上記第2の側面に設けられ、かつ上記光入射面部から上記導光板内に進入してきた光を上記第3の側面に向けて反射可能にy方向に対して傾斜した壁面を形成する複数の凹部と、上記導光板内において上記第2の側面から上記第3の側面に向けて進行する光を外部に出射させるための光出射面と、を有している、照明装置であって、上記複数の凹部は、上記光源からの距離が遠いものほどその深さが深くなっており、上記光入射面部は、上記第2の側面に対して鋭角をなすように傾斜しており、かつ、上記光源は、その発光面が上記光入射面部と平行または略平行に対面していることを特徴としている。
【0010】
このような構成によれば、上記光源からの距離が遠い凹部であっても、上記光源からの光を適切に受けさせることが可能となり、上記複数の凹部のそれぞれの壁面の受光量に大きな差を生じないようにすることができる。したがって、上記各壁面から上記導光板の第3の側面に向けて進行する光の量に大きなバラツキを生じないようにして、上記導光板の光出射面の各所における光の出射量の均一化を図り、光の照射対象領域の照度の均一化を達成することができる。また、上記光源から発せられた光が上記光入射面部に入射するときの入射角が小さくなり、上記光の多くが上記光入射面部によって反射されないようにすることができる。したがって、上記導光板内に進行する光の量を多くして、照明効率を高めることができる。さらに、光源から発せられる光束密度が最大となる領域の光を、上記導光板の上記各凹部に向けて適切に進行させることが可能となる。したがって、照明効率を高めるのに一層好適となる。
【0011】
本願発明の第2の側面により提供される照明装置は、導光板と、チップ状LEDからなる光源とを具備しており、かつ、上記導光板は、互いに直交するx,y方向にそれぞれ延びて繋がった第1および第2の側面と、この第2の側面に対してx方向に間隔を隔てた第3の側面と、上記第1の側面における上記第2の側面側の端部に設けられ、かつ上記光源と対面する光入射面部と、上記第2の側面に設けられ、かつ上記光入射面部から上記導光板内に進入してきた光を上記第3の側面に向けて反射可能にy方向に対して傾斜した壁面を形成する複数の凹部と、上記導光板内において上記第2の側面から上記第3の側面に向けて進行する光を外部に出射させるための光出射面と、を有している、照明装置であって、上記複数の凹部のそれぞれの壁面は、上記光源からの距離が遠いほどy方向に対する鋭角の傾斜角が大きくなっており、上記光入射面部は、上記第2の側面に対して鋭角をなすように傾斜しており、かつ、上記光源は、その発光面が上記光入射面部と平行または略平行に対面していることを特徴としている。
【0012】
このような構成によれば、上記複数の凹部のそれぞれの壁面によって反射される光の進行方向が大きく相違しないようにすることができる。したがって、上記導光板の光出射面の各所における光の出射量の均一化を図り、光の照射対象領域の照度の均一化を達成することができる。また、上記第1の側面に係る照明装置と同様、上記光源から発せられた光が上記光入射面部に入射するときの入射角が小さくなり、上記光の多くが上記光入射面部によって反射されないようにすることができることから、上記導光板内に進行する光の量を多くして、照明効率を高めることができる。さらに、光源から発せられる光束密度が最大となる領域の光を、上記導光板の上記各凹部に向けて適切に進行させることが可能となる。したがって、照明効率を高めるのに一層好適となる。
【0013】
本願発明の好ましい実施の形態においては、本願発明の第2の側面により提供される照明装置において、上記複数の凹部は、上記光源からの距離が遠いものほどその深さが深くなっている。
【0014】
このような構成によれば、本願発明の第1の側面により提供される照明装置と第2の側面により提供される照明装置とを組み合わせたのに相当する構成となり、光の照射対象領域の照度の均一化を図るのにより好適となる。
【0019】
本願発明の他の好ましい実施の形態においては、上記導光板の第1の側面としては、上記第2の側面の長手方向両端に繋がり、かつ上記光入射面部が個々に形成された一対の第1の側面が具備されているとともに、上記光源としては、上記各光入射面部に対向する一対の光源が具備されている。
【0020】
このような構成によれば、光源を1つのみ用いる場合よりも上記導光板内に進入する光の量を多くすることができるために、照度を高めるのに好適となる。
【0021】
本願発明の第3の側面によって提供される液晶表示装置は、液晶パネルと、この液晶パネルを照明するための照明装置と、を備えた液晶表示装置であって、上記照明装置として、本願発明の第1の側面または第2の側面により提供される照明装置が用いられていることを特徴としている。
【0022】
このような構成によれば、本願発明によって提供される照明装置について述べたのと同様な効果が得られることとなり、液晶パネルの画面の照度むらを無くし、または少なくし、表示画像の質を高めることができる。
【0023】
本願発明のその他の特徴および利点については、以下に行う発明の実施の形態の説明から、より明らかになるであろう。
【0024】
【発明の実施の形態】
以下、本願発明の好ましい実施の形態について、図面を参照しつつ具体的に説明する。
【0025】
図1〜図3は、本願発明の一実施形態を示している。図1に示された液晶表示装置Aは、フロントライト方式の反射型液晶表示装置であり、液晶パネル1と、照明装置Bとを備えて構成されている。照明装置Bは、導光板2と2つの光源3とを備えて構成されている。
【0026】
導光板2は、略矩形の平板状を有する透明度の高い合成樹脂からなる透光部材20を含んで構成されている。この透光部材20は、厚み方向に間隔を隔てた表面20aおよび裏面20bと、図2のx方向に延びる一対の第1の側面22a,22bと、x方向に直交するy方向に延びる第2および第3の側面22c,22dとを有している。透光部材20の上記した複数の面は、透光部材20の内部において所定の入射角で入射してくる光を全反射できるようにいずれも滑らかな面(鏡面)に仕上げられている。
【0027】
透光部材20の裏面20bは、平面状であり、後述するように、この裏面20bの大部分は、透光部材20内を進行する光を液晶パネル1に向けて出射させるための光出射面29となっている。透光部材20の表面20aは、y方向に断面一様に延びる複数の凸部21が設けられた凹凸面とされている。各凸部21は、裏面20bに対して傾斜した第1および第2の傾斜面21a,21bを有している。第1の傾斜面21aは、第2の側面22cから第3の側面22dに向かう光を受けたときに、この光を裏面20bに対して小さな入射角で入射させるように反射するための面であり、第2の側面22c寄り部分よりも第3の側面22d寄りの部分の方が裏面20bに接近するように傾斜した平面状である。第2の傾斜面21bは、第2の側面22cから第3の側面22dに向けて進行する光を受けたときに、この光をなるべく多く全反射して導光板2の外部に漏れないようにするための面であり、第1の傾斜面21aとは反対向きに傾斜した平面状である。
【0028】
第1の側面22a,22bのうち、第2の側面22cの近傍部分には、切欠部23が形成されており、光源3から導光板2内への光の入射を行なわせるための光入射面部24が形成されている。この光入射面部24は、この光入射面部24と第2の側面22cとの間の角度θが鋭角となるように第2の側面22cに対して傾斜している。角度θは、たとえば80〜84°程度とされているが、むろんこの角度には限定されない。光入射面部24は、平面状である。ただし、これに代えて、光入射面部24を曲面状に形成することもできる。
【0029】
光源3としては、LED光源が用いられており、より具体的には、LEDベアチップをそのまま光源として用いたもの、あるいはLEDベアチップを透光性を有する樹脂を用いてチップ状に樹脂パッケージしたものが用いられている。各光源3は、その発光面30が光入射面部24と平行または略平行に対面する姿勢に設けられている。
【0030】
導光板2の第2の側面22cには、V字状をなす2つの壁面25a,25bを形成する複数の凹部25がy方向に適当な間隔で設けられている。複数の凹部25の間隔は、等間隔および不等間隔のいずれであってもかまわない。複数の凹部25のそれぞれは、次に述べるような構成となっている。
【0031】
まず、図2の符号Zbで示す領域の複数の凹部25の構成を説明する。これら複数の凹部25は、図3に示すように、第1の側面22b寄りの光源3(3b)から遠ざかるほど、すなわち導光板2のy方向中心の中心線Cに近づくほど、それらの深さd1〜d5が徐々に深くなるように形成されている。図3には、説明の便宜のために凹部25が5つしか示されていないが、凹部25の具体的な数がこれに限定されないことは勿論である。
【0032】
光源3(3b)から発せられた光は、各凹部25の壁面25a,25bのうち、第1の側面22b寄りの壁面25bによって受けられる。これら複数の壁面25bのy方向に対する傾斜角β1〜β5(この傾斜角β1〜β5は、y方向に対して鋭角となる傾斜角である)は、光源3(3b)から光を受けたときに、この光をx方向またはこれに略平行な方向に全反射可能な角度であり、中心線Cに近づくほど徐々に大きくなっている。これらの傾斜角β1〜β5の具体的な数値は、光源3の位置と各凹部25の位置とが判明していれば、計算により簡単に求めることが可能である。
【0033】
複数の壁面25aのy方向に対する傾斜角α(この傾斜角αも、y方向に対して鋭角となる傾斜角である)については、各所同一とされている。これは、壁面25aは第1の側面22a寄りの光源3(3a)からの光を主に受けることとなるものの、領域Zbに位置する壁面25aが光源3(3a)から受ける光の量は少なく、光出射面29からの出射光量の均一化を図る観点からすれば、壁面25aが光源3(3a)から受ける光については、さほど考慮を払う必要が無いからである。ただし、本願発明においては、本実施形態とは異なり、領域Zbに位置する複数の壁面25aの傾斜角αを各所相違させてもかまわない。
【0034】
図2の符号Zaで示す領域の複数の凹部25については、図3を参照して説明した領域Zbの複数の凹部25に対して、中心線Cを中心とする線対称な形状となっている。したがって、領域Zaの複数の凹部25は、領域Zbの複数の凹部25と同様に、中心線Cに近づくほど、それらの深さが深くなっている。光源3(3a)から発せられる光は、凹部25の壁面25aによって受けられるため、領域Zaにおいては、複数の壁面25aのy方向に対する傾斜角αは、中心線Cに近づくほど徐々に大きくなっている。これに対し、領域Zaの複数の壁面25bのy方向に対する傾斜角βは、各所同一となっている。
【0035】
図面には示していないが、透光部材20の第3の側面22dや、第1の側面22a,22bのうちの光入射面部24を除く領域などには、アルミニウムの蒸着膜あるいは白色塗膜などからなる光反射率が高い光反射層が設けられている。このような構成によれば、透光部材20内に進入した光の多くがそれらの部分から外部に漏れないようにすることができる。
【0036】
液晶パネル1としては、従来既知の構造のものを用いることができ、たとえば次のような構成を有している。すなわち、図1によく表われているように、液晶パネル1は、ガラス製または樹脂製の一対の基板10a,10b間に液晶11を封入したものであり、それら一対の基板10a,10bの各内面には、複数の電極14a,14bや配向膜13a,13bが設けられている。基板10aの正面には、偏光板16aが設けられている。駆動方式としては、単純マトリクス方式(パッシブ駆動方式)が採用されており、複数の電極14aは水平電極(走査電極)に相当し、同図の左右方向に延び、かつ紙面と直交する方向に等間隔で平行に並んでいる。複数の電極14bは、垂直電極(信号電極)に相当し、紙面と直交する方向に延び、かつ図面の左右方向に等間隔で平行に並んでいる。液晶11は、それら2種類の電極14a,14bが互いに交差して重なり合った部分において電圧印加がなされるように構成されており、この部分がドット状の画素となる。むろん、本願発明においては、液晶パネルの駆動方式として、アクティブ駆動方式を採用することもできる。
【0037】
基板10aは透明基板とされているとともに、各電極14aはITO膜などからなる透明電極とされている。これに対し、各電極14bは、光の反射が可能な金属製の反射電極とされている。この液晶パネル1においては、その正面からこの液晶パネル1に向けて進行してきた光が偏光板16a、基板10a、および液晶11を透過すると、複数の電極14bによって液晶パネル1の正面に向けて反射されるようになっている。むろん、本願発明においては、このような反射電極を用いる構成に代えて、液晶パネル1の背面部に反射板を設けた構成とすることもできる。液晶パネルとしては、モノクロ表示用のものに代えて、カラー表示用のものを用いることもできる。
【0038】
次に、上記構成の液晶表示装置Aの作用について説明する。
【0039】
図2において、2つの光源3を点灯駆動させると、各光源3から発せられた光は、各光入射面部24を介して導光板2内に進入し、第2の側面22cに向けて進行する。これらの光は、複数の凹部25の壁面25aまたは壁面25bによって全反射される。このことにより、上記光を第3の側面22dに向けて効率良く進行させていくことができる。図1に示すように、第3の側面22dに向けて光が進行する場合、表面20aの第2の傾斜面21bや裏面20bに対して一定の入射角以上で入射した光は、それらの面によって全反射される。したがって、このような全反射を繰り返させることにより、導光板2の内部の全域に光を順次進行させていくことができる。一方、表面20aの第1の傾斜面21aによって全反射される光は、その進行方向が急激に変化し、裏面20bに対して全反射臨界角よりも小さな入射角で入射する可能性が高い。したがって、裏面20bは光出射面29としての役割を果たし、この面から多くの光が下向きに出射して液晶パネル1に照射される。液晶パネル1に照射された光は、液晶パネル1の各電極14bによって液晶パネル1の正面に向けて反射され、導光板2をその厚み方向に透過するために、この導光板2を介して液晶パネル1で表示される画像を目視することができる。
【0040】
図3を参照して説明したとおり、領域Zbの複数の凹部25は、光源3(3b)から遠いものほど、それらの深さd1〜d5が深くなっている。したがって、光源3から遠い凹部25であっても、その壁面25bによって光源3(3b)からの光を適切に受けることが可能となり、複数の凹部25間において、壁面25bの受光量およびその反射光量に大きな差を生じないようにすることができる。また、複数の凹部25の壁面25bは、光源3(3b)から進行してきた光を、x方向またはそれに略平行な方向に揃えて反射できるようになっている。領域Zaの各凹部25の壁面25aが光源3(3a)から進行してきた光を受けて反射する場合においても、領域Zbについて上述したのと同様に、その反射光量や反射方向を揃えることができる。その結果、y方向における導光板2内の各所の光量分布に大きなバラツキを生じないようにして、導光板2の光出射面29の各所における出射光量を均一化することができる。その結果、液晶パネル1の画像表示領域の照度を均一にすることができる。
【0041】
図2を参照して説明したとおり、各光源3の発光面30は、光入射面部24と平行であるため、各光源3から発せられた光が光入射面部24によって反射されにくくなる。したがって、導光板3内に進行する光の量を十分に確保することが可能となる。また、各光源3の発光面30は、適当な角度だけ第2の側面22cに対して傾いた状態で第2の側面22cの方を向いている。このため、各光源3の正面に進行する光束密度の高い光を第2の側面22cの各凹部25に対して効率良く進行させることが可能となり、このようなことによっても照明効率を高めることが可能となる。
【0042】
図4および図5は、本願発明の他の実施形態を示している。これらの図において、上記の実施形態と同一または類似の要素には、上記の実施形態と同一符号を付している。
【0043】
図4に示す構成においては、複数の凹部25の深さdは、各所同一とされている。ただし、複数の凹部25は、中心線Cに近いものほど、壁面25bの傾斜角β1〜β5が大きくなる構成となっている。このような構成によれば、中心線Cに近い壁面25bほど、光源3(3b)から受ける光の量が少なくなることについては回避できないものの、複数の壁面25bによってそれぞれ反射される光の進行方向を略平行に揃えることは可能である。したがって、本実施形態によっても、光の照射対象領域の照度を従来技術よりも均一にすることができる。このように、本願発明においては、複数の凹部の深さを同一しつつ、所定の壁面の傾斜角を光源からの距離に応じて徐々に変化させた構成にしてもかまわない。
【0044】
図5に示す構成おいては、複数の凹部25の2つの壁面25a,25bの傾斜角α,βは各所同一に揃えられている。ただし、複数の凹部25の深さd1〜d5は、中心線Cに近いものほど深くなっている。このような構成によれば、複数の壁面25bによって反射される光の方向には多少のバラツキが生じるものの、複数の壁面25bのそれぞれが光源3(3b)から進行してきた光を第3の側面33dに向けて反射する光量については、各所略同一となるように揃えることができる。したがって、本実施形態によっても、光の照射対象領域の照度を従来技術よりも均一にすることができる。このように、本願発明においては、複数の凹部の壁面の傾斜角については各所同一にしつつ、複数の凹部の深さのみを光源からの距離に応じて徐々に変化させた構成にしてもかまわない。
【0045】
本願発明の内容は、上述の実施形態に限定されない。本願発明に係る照明装置および液晶表示装置の各部の具体的な構成は、種々に設計変更自在である。
【0046】
本願発明に係る液晶表示装置は、フロントライト方式の反射型液晶表示装置に代えて、バックライト方式の透過型液晶表示装置として構成することもできる。バックライト方式とする場合には、光の出射がなされる導光板の光出射面を液晶パネルの背面部に対面させることにより、導光板の光出射面から液晶パネル内に進入した光がそのまま液晶パネルの正面に向けて透過するように構成すればよく、照明装置自体の基本的な構成に変更を加える必要はない。液晶パネルとしては、種々の構成のものを用いることが可能である。
【0047】
本願発明に係る照明装置においては、光源の具体的な数は限定されず、たとえば1つの光源のみを用いた構成とすることもできる。この場合、たとえば図2に示した照明装置を導光板2の中心線Cに沿って分断したような構成にすればよい。また、光源の具体的な種類も限定されず、LED光源以外の光源を用いることもできる。本願発明でいうx,y方向は、必ずしも直交している必要はなく、直角以外の交差角で互いに交差する方向とすることもできる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本願発明に係る液晶表示装置の一実施形態を示す断面図である。
【図2】図1の平面図およびその一部拡大断面図である。
【図3】図2の要部拡大断面図である。
【図4】本願発明の他の実施形態を示す要部拡大断面図である。
【図5】本願発明の他の実施形態を示す要部拡大断面図である。
【図6】(a)は、従来技術の一例を示す概略側面断面図であり、(b)は、(a)の平面図である。
【符号の説明】
A 液晶表示装置
B 照明装置
1 液晶パネル
2 導光板
3 光源
20 透光部材
20a 表面
20b 裏面
22a,22b 第1の側面
22c 第2の側面
22d 第3の側面
24 光入射面部
29 光出射面
Claims (5)
- 導光板と、チップ状LEDからなる光源とを具備しており、かつ、
上記導光板は、
互いに直交するx,y方向にそれぞれ延びて繋がった第1および第2の側面と、
上記第2の側面に対してx方向に間隔を隔てた第3の側面と、
上記第1の側面における上記第2の側面側の端部に設けられ、かつ上記光源と対面する光入射面部と、
上記第2の側面に設けられ、かつ上記光入射面部から上記導光板内に進入してきた光を上記第3の側面に向けて反射可能にy方向に対して傾斜した壁面を形成する複数の凹部と、
上記導光板内において上記第2の側面から上記第3の側面に向けて進行する光を外部に出射させるための光出射面と、
を有している、照明装置であって、
上記複数の凹部は、上記光源からの距離が遠いものほどその深さが深くなっており、
上記光入射面部は、上記第2の側面に対して鋭角をなすように傾斜しており、かつ、
上記光源は、その発光面が上記光入射面部と平行または略平行に対面していることを特徴とする、照明装置。 - 導光板と、チップ状LEDからなる光源とを具備しており、かつ、
上記導光板は、
互いに直交するx,y方向にそれぞれ延びて繋がった第1および第2の側面と、
この第2の側面に対してx方向に間隔を隔てた第3の側面と、
上記第1の側面における上記第2の側面側の端部に設けられ、かつ上記光源と対面する光入射面部と、
上記第2の側面に設けられ、かつ上記光入射面部から上記導光板内に進入してきた光を上記第3の側面に向けて反射可能にy方向に対して傾斜した壁面を形成する複数の凹部と、
上記導光板内において上記第2の側面から上記第3の側面に向けて進行する光を外部に出射させるための光出射面と、
を有している、照明装置であって、
上記複数の凹部のそれぞれの壁面は、上記光源からの距離が遠いほどy方向に対する鋭角の傾斜角が大きくなっており、
上記光入射面部は、上記第2の側面に対して鋭角をなすように傾斜しており、かつ、
上記光源は、その発光面が上記光入射面部と平行または略平行に対面していることを特徴とする、照明装置。 - 上記複数の凹部は、上記光源からの距離が遠いものほどその深さが深くなっている、請求項2に記載の照明装置。
- 上記導光板の第1の側面としては、上記第2の側面の長手方向両端に繋がり、かつ上記光入射面部が個々に形成された一対の第1の側面を具備しているとともに、上記光源としては、上記各光入射面部に対向する一対の光源を具備している、請求項1ないし3のいずれかに記載の照明装置。
- 液晶パネルと、この液晶パネルを照明するための照明装置と、を備えた液晶表示装置であって、
上記照明装置として、請求項1ないし4のいずれかに記載の照明装置が用いられていることを特徴とする、液晶表示装置。
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