JP5244402B2 - 液晶表示装置 - Google Patents

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Description

本発明は、液晶表示装置に関し、特にソース線のマルチプレクサ駆動とDACを組み合わせた場合においても、階調電圧生成回路で生じる電圧降下に起因する縦スジやムラなどの発生を防止することのできる液晶表示装置に関する。
近年では、走査線駆動回路や映像信号線駆動回路を画素TFTと同時に透明絶縁基板上に一体形成した「駆動回路内蔵型」のTFT−LCDの開発が盛んである。この構成によれば、液晶表示装置の透明絶縁基板の有効画面領域を広げ、かつ、製造コストの低減を図ることができる。
図17は、駆動回路内蔵型の液晶表示装置の構成の一例を示す図である。
この液晶表示装置は、液晶表示パネルLCと、該液晶表示パネルLCを駆動制御する駆動回路DDとを備えている。
この液晶表示装置では、メモリM21〜M24の何れかをマルチプレクサMPXで切り換えてデジタル・アナログ変換器DACに接続する。さらに、デジタル・アナログ変換器DACの出力は、切り換え器S1〜S4により、メモリM21〜M24に対応した液晶のソース線へ出力される。
この液晶表示装置では、デジタル・アナログ変換器DACを各データラインに対して設けるのではなく、複数個のデータラインに対して1個のデジタル・アナログ変換器DACを設け、それを時分割使用する。
このように、時分割でデジタル・アナログ変換を実施し、更に時分割でソース線への書き込みを行うことで、DAC回路およびAMP回路の数を減らすことができるので、低消費電力かつ狭額縁の駆動回路内蔵型のTFT−LCDが実現されている。
特開平5−173506号公報
しかしながら、上述のようにソース線のマルチプレクサ駆動とDACを組み合わせた場合、ソース線の時分割書き込みに合わせてDACの出力電圧を連続してアンプ入力容量に充電する必要があるが、表示パターンによってはアンプ入力容量の充放電電流が大きく、抵抗ストリングを用いた階調電圧生成部の階調設定抵抗に電流が流れることにより、階調電圧の電圧降下が発生する。この電圧降下は、アレイ上のレイアウト配線抵抗・配線容量、およびトランジスタのゲート容量などから決まる所定の時定数で、時間の経過とともに徐々に本来の階調電圧に復帰する。
しかしながら、解像度の高いパネルにおいては1水平期間が短いために、ソース線の時分割書き込みに割り当てられる時間はわずかであり、上記の時定数が大きい場合などは所望の階調電圧からずれが発生したままの状態でソース線電位が保持されてしまうため、縦スジやムラなどが発生し、表示画質品位を低下させてしまうという問題があった。
このような問題を解決するためには、1水平期間内の時分割数を減らして周波数を落とし、ソース線充電に長い時間を確保する必要があるが、ひとつのアンプ出力をマルチプレクサで振り分けてまかなうソース線本数が少なくなってしまうために、アナログスイッチやDACなどの回路を増やさなければならず、回路面積が大きくなり、消費電力の増加や額縁が増大するという問題があった。また、以上のような理由のために、解像度の高い高精細製品を実現することができないという問題があった。
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、ソース線のマルチプレクサ駆動とDACを組み合わせた場合においても、階調電圧生成回路で生じる電圧降下に起因する縦スジやムラなどを発生させることなく、表示画質品位を向上させることにある。
上記課題を解決するための本発明は、互いに直交配置された複数のソース線及びゲート線と、前記ソース線と前記ゲート線との交点にそれぞれ設けられた画素スイッチング素子と、所定数の前記ソース線群に対応して設けられてi(2以上の整数)ビットデータの映像信号をアナログの階調信号に変換して前記各ソース線に供給する複数の駆動回路とを有し、iビットデータに基づいて2のi乗の階調表示を行う液晶表示装置であって、前記駆動回路は、前記映像信号を時分割して選択する第1の切替回路と、選択された映像信号を前記階調信号に変換するデジタルアナログ変換回路と、前記階調信号を各ソース線に時分割して供給する第2の切替回路と、各ソース線に供給する前記階調信号の順序がn水平期間、m垂直期間(n,mはそれぞれ1以上の整数)毎に交互に異なるように前記第1及び第2の切替回路を制御する制御回路とを備えた。
本発明によれば、ソース線のマルチプレクサ駆動とDACを組み合わせた場合においても、階調電圧生成回路で生じる電圧降下に起因する縦スジやムラなどの発生を防止して、表示画質品位の高い液晶表示装置を得ることができる。
〔第1の実施の形態〕
図1は、液晶表示装置の回路構成を概略的に示す図である。なお、この図は、原理図として判り易くするために液晶表示装置の一部について簡略化して示している。
液晶表示装置は、液晶表示パネルDP、および液晶表示パネルDPを制御する表示制御回路CNTを備える。
液晶表示パネルDPは、一対の電極基板であるアレイ基板1および対向基板2間に液晶層3を挟持した構造である。表示制御回路CNTは、アレイ基板1および対向基板2から液晶層3に印加される液晶駆動電圧により液晶表示パネルDPの透過率を制御する。
アレイ基板1では、複数の画素電極PEが透明絶縁基板GL上において略マトリクス状に配置される。また、複数のゲート線Y(Y1〜Ym)が複数の画素電極PEの行に沿って配置され、複数のソース線X(X1〜Xn)が複数の画素電極PEの列に沿って配置される。
これらゲート線Yおよびソース線Xの交差位置近傍には、複数の画素スイッチング素子Wが配置される。各画素スイッチング素子Wは例えばゲートがゲート線Yに接続され、ソース−ドレインパスがソース線Xおよび画素電極PE間に接続される薄膜トランジスタからなり、対応ゲート線Yを介して駆動されたときに対応ソース線Xおよび対応画素電極PE間で導通する。
各画素電極PEおよび共通電極CEのそれぞれは、例えばITO等の透明電極材料からなり、それぞれ配向膜ALで覆われ、画素電極PEおよび共通電極CEからの電界に対応した液晶分子配列に制御される液晶層3の一部である画素領域と共に液晶画素PXを構成する。
複数の液晶画素PXは各々画素電極PEおよび共通電極CE間に液晶容量CLCを有する。複数の補助容量線C1〜Cmは各々対応行の液晶画素PXの画素電極PEに容量結合した補助容量Csを構成する。補助容量Csは画素スイッチング素子Wの寄生容量に対して十分大きな容量値を有する。
表示制御回路CNTは、ゲートドライバYD、ソースドライバXD、およびコントローラ回路5を備える。
ゲートドライバYDは、複数のスイッチング素子Wを行単位に導通させるように複数のゲート線Y1〜Ymを順次駆動する。ソースドライバXDは、各行のスイッチング素子Wが対応ゲート線Yの駆動によって導通する期間において画素電圧Vsを複数のソース線X1〜Xnにそれぞれ出力する。コントローラ回路5は、ゲートドライバYD、ソースドライバXDを制御する。
コントローラ回路5は、外部信号源SSから入力される同期信号SYNCに基づいて表示制御回路CNT各部の動作を制御する信号を生成する。
コントローラ回路5は、入力される同期信号SYNCに基づいてゲートドライバYDに対する制御信号CTY、ソースドライバXDに対する制御信号CTXを発生する。
コントローラ回路5は、複数の画素PXに対して外部信号源SSから入力される画像データDIを、所定タイミングで画素データDOとしてソースドライバXDに出力する。画像データDIは複数の液晶画素PXに対する複数の画素データからなり、1フレーム期間(垂直走査期間V)毎に更新される。制御信号CTYはゲートドライバYDに供給され、制御信号CTXは画素データDOと共にソースドライバXDに供給される。制御信号CTYは上述のように順次複数のゲート線Yを駆動する動作をゲートドライバYDに行わせるために用いられ、制御信号CTXは画素データDOを複数のソース線Xにそれぞれ割り当てると共に出力極性を指定する動作をソースドライバXDに行わせるために用いられる。
ゲートドライバYDはゲート線Yを選択するために例えばシフトレジスタ回路を用いて構成される。
ソースドライバXDは、これら画素データDOをそれぞれ画素電圧Vsに変換し、複数のソース線X1〜Xnに並列的に出力する。
画素電圧Vsは共通電極CEのコモン電圧Vcomを基準として画素電極PEに印加される電圧であり、例えばフレーム反転駆動およびライン反転駆動を行うようコモン電圧Vcomに対して極性反転される。極性反転のための極性信号POLは、コントローラ回路5からソースドライバXDに入力される。
ソースドライバXDは、メモリM(M1〜M6)、第1切替器6、デジタル・アナログ変換器DAC、および第2切替器7を含む。
メモリMは、コントローラ回路5から入力される画素データDOから抽出した、それぞれの液晶画素PXごとのデータを格納する。第1切替器6は、メモリMのデジタル出力を切り換えてデジタル・アナログ変換器DACに出力する。デジタル・アナログ変換器DACは、デジタルデータをアナログ階調電圧に変換する。デジタル・アナログ変換器DACは、第2切替器7を介して、1水平期間を時分割して複数のソース線(図1の例では6本のソース線)を所望の階調電圧に順次充電する。
また、第1切替器6及び第2切替器7は、入力される極性信号POLによって選択するデータを切り換える。
図2は、第1切替器6の構成を示す図である。
第1切替器6は、信号セレクタ11とデジタルスイッチDSWを含んでいる。第1切替器6には、メモリMから分解能が6ビット(0〜5)の液晶画素PXごとの画素データDOが入力される。ここで、画素データDOは、例えば、連続する6つの液晶画素のデータ(赤データ(n)、緑データ(n+1)、青データ(n+2)、赤データ(n+3)、緑データ(n+4)、青データ(n+5))である。
また第1切替器6には、制御信号DSW1〜DSW6が入力される。この制御信号DSW1〜DSW6は、変換回路(図示しない)が制御信号CTXを変換して生成する。信号セレクタ11は、順次選択的にオン状態に入力される制御信号DSW1〜DSW6及び極性信号POLに対応して、いずれか1つの出力線をオン状態とする。デジタルスイッチDSWは、オン状態となった出力線に接続するスイッチをオンとすることで、対応する画素データDOを選択して6ビットのデータ(DATA[0]〜DATA[5])として出力する。
図3は、デジタル・アナログ変換器DACの構成を示す図である。
デジタル・アナログ変換器DACは、抵抗DAC回路12、抵抗ストリング(図中R Stringと表記)による階調電圧生成部13、及びアンプ回路(図中AMPと表記)14を含んでいる。
6ビットの画像信号デジタルデータ(DATA[0]〜DATA[5])は、抵抗DAC回路12で保持された後、階調電圧生成部13において抵抗ストリングで生成される階調電圧に変換される。そして、変換されたアナログ信号は、アンプ回路14を介して第2切替器7に入力される。
ここで、アンプ回路14の動作について説明する。
階調電圧を抵抗ストリングを用いて生成している場合、出力電流が流れることによって電圧降下が生じるという問題がある。このアンプ回路14は、このアンプ回路14の出力電圧を入力電圧に常に一致させるように動作する。そして信号線に電流が流れるような場合であっても、その電流はアンプ回路14で生成させるように動作する。これによって、電圧降下の発生を防止することができる。
アンプ回路14の入力ノードAMPINに接続されているアンプ入力容量C1は、RESET信号がONとなるRESET状態において、反転増幅回路のしきい値電位に充電されている。
作動状態では、RESET信号がOFFとなり、アンプ入力容量C1は、階調電圧生成部13が出力する階調電圧に等しい電位に充電される。そして、アンプ出力制御信号であるAFB信号がONになることによりAMP入出力が短絡して帰還回路が構成される。この結果、入力ノードAMPINに等しい電位がアンプ回路14から出力される。
図4は、第2切替器7の構成を示す図である。
第2切替器7は、信号セレクタ16とアナログスイッチASWを含んでいる。第2切替器7には、デジタル・アナログ変換器DACから液晶画素PXごとの階調電圧が時分割で入力される。
また第2切替器7には、制御信号ASW1〜ASW6が入力される。この制御信号ASW1〜ASW6は、変換回路(図示しない)が制御信号CTXを変換して生成する。信号セレクタ16は、順次選択的にオン状態に入力される制御信号ASW1〜ASW6及び極性信号POLに対応して、いずれか1つの出力線をオン状態とする。アナログスイッチASWは、オン状態となった出力線に接続するスイッチをオンとすることで、対応する信号線に階調電圧を出力する。
図5は、信号セレクタ11の構成を示す図である。なお、信号セレクタ16の構成も同様であるため、信号セレクタ11について説明する。
図5(a)は、信号セレクタ11の選択動作を模式的に表している。それぞれの入力部(in1〜in6)からは、2つの出力部(out1〜out6)に対して矢印が出ているが、これは極性信号POLによっていずれの出力部を選択するかが切り換えられることを表している。
たとえば、極性信号POLが”H”の場合は、入力部in1、in2、in3、in4、in5、in6は、それぞれ出力部out1、out2、out3、out4、out5、out6と接続するように内部回路が構成される。極性信号POLが”L”の場合は、入力部in1、in2、in3、in4、in5、in6は、それぞれ出力部out4、out5、out6、out1、out2、out3と接続するように内部回路が構成される。
図5(b)は、信号セレクタ11の回路のブロック図である。
スイッチ回路は、互いに並列接続されたNMOSトランジスタおよびPMOSトランジスタで構成している。これはトランジスタ単独でスイッチ回路を構成するよりも安定した動作を得るためである。そして、極性信号POLによって出力する回路が切り換えられる。
続いて、ソースドライバXDの駆動動作について説明する。
まず、従来の駆動方法において、縦スジが発生する原因について説明する。
図6は、従来の制御信号DSW1〜DSW6、ASW1〜ASW6の制御タイミングを示す図である。
すなわち、図6に示す制御タイミングは、従来から良く使用されているもので、6本のソース線を、青1データ(n+2)、青2データ(n+5)、緑1データ(n+1)、緑2データ(n+4)、赤1データ(n)、赤2データ(n+3)の順に時分割書き込みを行う例である。
図7は、緑ラスタ表示をする場合のアンプ入力ノードAMPINの電位の時間変化を表した図である。
緑ラスタ表示であるので、青1、青2、赤1、赤2に対応する階調電位Vblue1、Vblue2、Vred1、Vred2は、図示されるようにそれぞれ黒階調レベルである。
ある階調(例えば階調Lx)の緑ラスタを表示しようとしたとき、緑1、緑2の階調電位Vgreen1、Vgreen2は、本来ならばそれぞれに階調電圧Lxに到達しなければならない。しかしながら緑1の書き込みは直前の青2の黒階調電位からの変位量が大きいため、時分割書き込みに割り当てられる時間が短い場合には、Vgreen1は階調電圧Lxに到達しない。
このため、緑1の画素電位は緑2の画素電位に比べて充電不足になるため、緑1画素と緑2画素の間に輝度差が発生する。したがって、上述のように信号を切り換えてソース線書き込みを行った場合には、図8に示されるように輝度差が縦スジとして視認されてしまう。
図9は、本発明の第1の実施の形態における制御信号DSW1〜DSW6、ASW1〜ASW6の制御タイミングを示す図である。
デジタル・アナログ変換とソース線マルチプレクサ駆動の時分割動作順が、1水平期間毎かつフレーム毎に、各色同士で入れ替わるようになっている。
即ち、奇数フレームでは、極性信号POLが“H”のときには、青1、青2、緑1、緑2、赤1、赤2の順に選択が行われ、極性信号POLが“L”のときには、青2、青1、緑2、緑1、赤2、赤1の順に選択が行われる。
また、偶数フレームでは、極性信号POLが“H”のときには、青2、青1、緑2、緑1、赤2、赤1の順に選択が行われ、極性信号POLが“L”のときには、青1、青2、緑1、緑2、赤1、赤2の順に選択が行われる。
図10(a)は、緑ラスタ表示の様子を示した図である。
仮に従来例と同様に緑1書き込みにおいて充電不足が発生したとしても、図9で説明したように時分割動作順を1水平期間毎かつフレーム毎に入れ替えているために、所望の階調電圧に対する電位ずれが発生するアドレスを、表示エリアの面内で二次元的に分散し、さらにフレーム毎に時間的に分散することができる。
従って、所望の階調電圧に対する電位ずれは時空間的に平均化されるため、表示イメージは図10(b)のように均一輝度の緑ラスタとなる。
このようにして、ソース線のマルチプレクサ駆動とDACを組み合わせた場合においても、縦スジやムラなどを発生させることなく、表示画質品位を向上させることができる。
また、マルチプレクサ数を増やしても表示画質品位の低下を抑えることができるので、回路規模を縮小でき、低消費電力かつ狭額縁の安価な液晶表示装置を実現することができる。
なお、以上述べた第1の実施の形態では6ビットデジタルデータを抵抗DAC回路12でデジタル変換する構成を示したが、図11に示すように上位3ビットを抵抗DAC回路12でデジタル・アナログ変換し、下位3ビットを容量DAC回路12’(図中CDACと表記)でデジタル・アナログ変換するような構成の場合についても、容量DAC回路12’の入力容量C2の充放電電流が抵抗ストリングの電圧降下を引き起こすので、同様の問題が発生する。
なお、極性信号POLは、図12に示す方法で生成することができる。図12(a)は、極性信号POLの生成回路を示し、図12(b)は、極性信号POLの生成タイムチャートを示している。これらの図を参照しつつ極性信号POLの生成方法を説明する。
図12(b)に示すように、VSYNCは、垂直同期信号を表し、1フレーム毎に出力されるパルス信号である。HSYNCは、水平同期信号を表し、1水平期間毎に出力されるパルス信号である。
図12(a)に示すように、VSYNCは、分周回路によって、例えば、m垂直期間毎に状態が交番するステータス信号となる。このステータス信号は、後段の回路によって位相の異なる出力信号Aと出力信号Bとになる。
一方、HSYNCは、分周回路によって、例えば、n水平期間毎に状態が交番するステータス信号となる。このステータス信号は、上述の出力信号Aと出力信号Bとによって位相が制御される。即ち、出力信号Aがアクティブのときは、接点Aが閉じ接点Bが開いている。従って、分周回路の出力がそのまま極性信号POLとなる。出力信号Bがアクティブのときは、接点Aが開き接点Bが閉じている。従って、分周回路の出力は反転されて極性信号POLとなる。
以上の回路の構成によって、極性信号POLは、n水平期間毎に状態が交番するステータス信号であるとともに、更にm垂直期間毎にその状態が反転するように制御される。上述の実施例は、n=1、m=1の場合に該当する。
なお、本実施の形態では、メモリMを用いて画素データDOを保持して第1切替器6に入力しているが、メモリMを用いずにデータバスラインからデータを直接に保持するようにしても良い。
図13、図14は、サンプリングタイミング信号Sに応じてデータバスラインのデータをラッチする回路構成例を示している。また、図15のタイムチャートは、データバスラインのデータが保持される動作を表している。
このようにしてデータを保持しておき、図2に示す構成により制御信号DSW1〜DSW6を順次選択的にオン状態にすることで、デジタル・アナログ変換回路11に時分割入力することができる。
〔第2の実施の形態〕
第2の実施の形態では、信号の“H”、“L”によってアンプ回路14が駆動するソース線群を切り換えるように構成している点で第1の実施の形態と異なっている。従って、第1の実施の形態と同一の部位には同一の符号を付してその詳細の説明は省略する。
図16は、アンプ回路14が駆動するソース線群を切り換える方法を説明する図である。図16では、1つのアンプ回路14が6本のソース線に階調表示電圧を供給する構成を例としている。
第2の実施の形態では、k水平期間毎にそして更にl垂直期間(k、lはそれぞれ1以上の整数)毎にアンプ回路14と駆動するソース線群との対応を切り換えている。これを実現する方法として、信号として極性信号POLを用い、その“H”、“L”によってアンプ回路14が駆動するソース線群を切り換えることができる。この際、極性信号POLを図13、図14に示すラッチ回路を用いて保持し、その信号をアンプ切替回路(不図示)に出力して切り換え動作を行うようにしても良い。
この第2の実施の形態によれば、アンプ回路14自体のTFT特性のバラツキがあったとしても、k水平期間毎、l垂直期間(k、lはそれぞれ1以上の整数)毎にアンプ回路14と駆動するソース線群との対応を切り換えることにより、書き込み階調表示電圧のバラツキが分散されるので、表示ムラを低減することができる。
なお、本第2の実施の形態は、第1の実施の形態と組合わせて実現することもでき、さらに独立に構成することも可能である。
なお、上述の各実施の形態では、6本のソース線毎に画像データを時分割で切り換えて出力していたが、これは、赤、緑、青の3色についてそれぞれ2本のソース線を対象としているためである。従って、6本のソース線に限られず、3n本のソース線毎に画像データを時分割で切り換えて出力しても良い。例えば、9本のソース線毎に画像データを時分割で切り換えて出力しても良い。
尚、本発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。
また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合せてもよい。
液晶表示装置の回路構成を概略的に示す図。 第1切替器の構成を示す図。 デジタル・アナログ変換器の構成を示す図。 第2切替器の構成を示す図。 信号セレクタの構成を示す図。 従来の制御信号の制御タイミングを示す図。 緑ラスタ表示をする場合のアンプ入力ノードの電位の時間変化を表した図。 輝度差が縦スジとして視認される状態を示す図。 本発明の第1の実施の形態における制御信号の制御タイミングを示す図。 緑ラスタ表示の様子を示した図。 デジタル・アナログ変換器の他の構成を示す図。 極性信号の生成回路を示す図。 サンプリングタイミング信号に応じてデータバスラインのデータをラッチする回路を表す図。 サンプリングタイミング信号に応じてデータバスラインのデータをラッチする回路を表す図。 データバスラインのデータが保持される動作を表すタイムチャート。 アンプ回路が駆動するソース線群を切り換える方法を説明する図。 駆動回路内蔵型の液晶表示装置の構成の一例を示す図。
符号の説明
1…アレイ基板、2…対向基板、3…液晶層、5…コントローラ回路、6…第1切替器、7…第2切替器、11…信号セレクタ、12…DAC回路、13…階調電圧生成部、14…アンプ回路、16…信号セレクタ、YD…ゲートドライバ、DI…画像データ、DO…画素データ、 DP…液晶表示パネル、XD…ソースドライバ、PE…画素電極、CE…共通電極、PX…液晶画素、DP…表示パネル、CNT…表示制御回路、M…メモリ、DSW…デジタルスイッチ、AMPIN…入力ノード、ASW…アナログスイッチ、SS…外部信号源、Vcom…コモン電圧、X…ソース線、Y…ゲート線、W…スイッチング素子。

Claims (5)

  1. 互いに直交配置された複数のソース線及びゲート線と、前記ソース線と前記ゲート線との交点にそれぞれ設けられた画素スイッチング素子と、所定数の前記ソース線群に対応して設けられてi(2以上の整数)ビットデータの映像信号をアナログの階調信号に変換して前記各ソース線に供給する複数の駆動回路とを有し、iビットデータに基づいて2のi乗の階調表示を行う液晶表示装置であって、
    前記駆動回路は、
    前記映像信号を時分割して選択する第1の切替回路と、
    選択された映像信号を前記階調信号に変換するデジタルアナログ変換回路と、
    前記階調信号を各ソース線に時分割して供給する第2の切替回路と、
    各ソース線に供給する前記階調信号の順序がn水平期間、m垂直期間(n,mはそれぞれ1以上の整数)毎に交互に異なるように前記第1及び第2の切替回路を制御する制御回路と
    を備えたことを特徴とする液晶表示装置。
  2. n=1、m=1の場合で、かつ前記階調信号が1ゲート線ごとに逆極性となる駆動において、
    前記制御回路は、前記階調信号の極性を制御する信号によって各ソース線への供給順序を制御することを特徴とする請求項1記載の液晶表示装置。
  3. 前記デジタルアナログ変換回路は、前記階調信号を供給するソース線群をk水平期間、l垂直期間(k、lはそれぞれ1以上の整数)毎に異なるようになされたことを特徴とする請求項2記載の液晶表示装置。
  4. 前記制御回路は、同一色の階調信号を連続して対応する前記ソース線に供給するように制御するとともに、n水平期間、m垂直期間(n,mはそれぞれ1以上の整数)毎に、同一色内の前記階調信号の供給順序が異なるように制御することを特徴とする請求項1記載の液晶表示装置。
  5. 前記所定数のソース線は、6本または9本であることを特徴とする請求項4記載の液晶表示装置。
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