JP6474436B2 - 吸収染料を含む液晶表示装置 - Google Patents

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Description

本発明は、反射偏光フィルムに吸収染料を含むことにより輝度および色純度の向上が最大化された液晶表示装置に関するものである。
従来は、４０インチ台のテレビが主流であったが、今では５０インチ台、さらには６０インチ台のテレビを購入する消費者も多く増えている。このようなサイズ競争が終わると、解像度競争が始まった。１年前までは、ＦＨＤ（ｆｕｌｌ ＨＤ）級であれば高級モデルに属するものであったが、今やＵＨＤ（ｕｌｔｒａ ＨＤ）のものが市場で急速に広がっている。
最近のディスプレイ市場は、大面積、高解像度の競争から色感競争へと進化している。故に最近では、優れた色感を有するディスプレイ製造に対する競争が台頭している。
液晶表示装置（liquid crystal display、ＬＣＤ）は、液晶（liquid crystal）の光学的特性を利用して画像を表示するが、画像を表示する液晶パネルが自発光をしない非発光型素子であるため、液晶パネルとともにその背面に配置され、液晶パネルに光を供給するバックライトユニット（back-light unit）を含む構造を有する。
このような液晶表示装置は、バックライトユニットから提供される光を全部透過させるものではないので、パネルの輝度が非常に重要である。パネルの輝度を向上させるために、様々なフィルムを開発して使用しており、その代表的な例として反射偏光フィルムがある。
前記反射偏光フィルムは、屈折率が低い層と高い層とを交互に積層した多層フィルムの形態が通常であり、前記多層フィルムは層間の干渉により特定波長の光を選択的に反射および／または透過する光学干渉を引き起こす。このような積層を数十〜数百層以上と十分にして、隣接する層の厚さを徐々に変化させると、所望の波長帯領域において反射および／または偏光特性を高められることが知られている（特許文献１および特許文献２を参照）。
しかし、画質の規格がＵＨＤ放送のために変わりつつある現状において、反射偏光フィルムの適用により輝度面における改善はできるが、色純度面においては別途解決策が必要な状況である。特に、輝度損失は最小化しながら色純度を新しい規格レベルであるＵＨＤ放送レベルまで画期的に向上させられる新たな技術が求められている。
大韓民国 公開特許第１９９７−０７００５８５号公報 国際公開 ＷＯ１９９５／０１７３０３号公報
従って、本発明の目的は、光源から出る純粋なＲＧＢ（red, green, blue）波長の光を最大限に透過させ、ＲＧＢ波長以外の不要な波長の光は遮断することによって、液晶表示装置の色純度の向上を最大化させながらも、輝度を最大限に増大させることができる液晶表示装置を提供することである。
前記目的を達成するために本発明は、
バックライトユニットおよび液晶パネルを含む液晶表示装置において、
前記バックライトユニットは、反射偏光フィルムと、プリズムシート、拡散シート、導光板および反射板のうち１種以上とを順次含み、
前記反射偏光フィルムは、ヒドロキシベンゾトリアゾール系染料およびテトラアザポルフィリン系染料のうち少なくとも１種を含む吸収染料を含む、液晶表示装置を提供する。
本発明によると、ヒドロキシベンゾトリアゾール系染料およびテトラアザポルフィリン系染料のうち少なくとも１種を含む吸収染料を反射偏光フィルムに導入することにより、光源から出る純粋なＲＧＢ波長の光は最大限に透過させ、ＲＧＢ波長以外の不要な波長の光は遮断して色域（color gamut）を向上させることによって、輝度および色純度の向上が最大化された液晶表示装置を製造することができる。
図１は、本発明の一実施例に係る液晶表示装置の構造を模式図で示すものである。 図２（ａ）および図２（ｂ）は反射偏光フィルムの構造、図２（ｃ）は水平プリズムシートの構造、図２（ｄ）は拡散シートの構造、図２（ｅ）は反射板の構造を示す、それぞれの模式図である。 図３は、本発明の実施例１−１における液晶表示装置の発光スペクトルである。 図４は、本発明の実施例１−２における液晶表示装置の発光スペクトルである。 図５は、本発明の比較例１における液晶表示装置の発光スペクトルである。 図６は、本発明の実施例２−１における液晶表示装置の発光スペクトルである。 図７は、本発明の実施例２−２における液晶表示装置の発光スペクトルである。 図８は、本発明の実施例２−３における液晶表示装置の発光スペクトルである。 図９は、本発明の実施例２−４における液晶表示装置の発光スペクトルである。 図１０は、本発明の実施例２−５における液晶表示装置の発光スペクトルである。 図１１は、本発明の比較例２における液晶表示装置の発光スペクトルである。 図１２は、本発明の実施例３−１における液晶表示装置の発光スペクトルである。 図１３は、本発明の実施例３−２における液晶表示装置の発光スペクトルである。 図１４は、本発明の実施例３−３における液晶表示装置の発光スペクトルである。 図１５は、本発明の実施例３−４における液晶表示装置の発光スペクトルである。 図１６は、本発明の実施例３−５における液晶表示装置の発光スペクトルである。 図１７は、本発明の実施例３−６における液晶表示装置の発光スペクトルである。 図１８は、実施例３−１乃至３−６における液晶表示装置の左右視野角によるカラーシフトの測定結果である。
本発明の液晶表示装置は、バックライトユニットおよび液晶パネルを含み、前記バックライトユニットは、反射偏光フィルムと、プリズムシート、拡散シート、導光板および反射板のうち１種以上とを順次含み、前記反射偏光フィルムはヒドロキシベンゾトリアゾール系染料およびテトラアザポルフィリン系染料のうち少なくとも１種を含む吸収染料を含む。
本発明の一実施例による液晶表示装置の構造を図１に示す。
図１を参照すると、液晶パネル１０は、上偏光板１０１、粘着層Ｉ１０２、液晶セル１０３、粘着層ＩＩ１０４および下偏光板１０５を、順次積層された形態で含み、バックライトユニット２０は、反射偏光フィルム２０１、水平プリズムシート２０２、垂直プリズムシート２０３、拡散シート２０４、導光板２０５および反射板２０６を、順次積層された形態で含むことができる。
また、図２（ａ）〜図２（ｅ）を参照すると、図２（ａ）の反射偏光フィルム２０１Ａは、第１ポリエステル層２０１Ａ−１、第１粘着層２０１Ａ−２、コア層２０１Ａ−３、第２粘着層２０１Ａ−４、第２ポリエステル層２０１Ａ−５、および背面ビード層２０１Ａ−６を、順次積層された形態で含むことができる。また、図２（ｂ）の反射偏光フィルム２０１Ｂは、拡散ビード層２０１Ｂ−１、拡散コーティング層２０１Ｂ−２、コア層２０１Ｂ−３、粘着層２０１Ｂ−４、ポリエステル層２０１Ｂ−５、および背面ビード層２０１Ｂ−６を、順次積層された形態で含むことができる。さらに、図２（ｃ）の水平プリズムシート２０２は、プリズムシート基材２０２−２の一方の面にプリズムパターン層２０２−１が備えられ、もう一方の面に第３ビード２０２−４を有する背面コーティング層２０２−３が備えられる。また、垂直プリズムシート２０３も、前記水平プリズムシート２０２と同じ層構成を有することができる。さらに、図２（ｄ）の拡散シート２０４は、拡散シート基材２０４−３の一方の面に第１ビード２０４−１を有する拡散コーティング層２０４−２が備えられ、もう一方の面に第２ビード２０４−５を有する隠蔽コーティング層２０４−４を備え得る。また、図２（ｅ）の反射板２０６は、反射板基材２０６−３の一方の面に第４ビード２０６−１を有する前面コーティング層２０６−２を備え得る。
しかし、本発明の液晶表示装置は上述の構造に限定されず、必要に応じて多様に変形可能である。
液晶表示装置の基本原理を検討すると、光源から出た光が導光板を経て液晶パネルの方向に誘導された後、拡散シートを通りながら面に水平／垂直な方向に拡散され光の輝度が急激に落ちる。よって、拡散シートから出る光を、プリズムシートを通過させることにより、出光面の正面以外の方向に出て行くのを防ぎ、光指向性を向上させ視野角を狭めて、バックライト出光面の正面方向への輝度を増大させる。次いで、プリズムシート（水平および／または垂直プリズムシート）を通過した光が反射偏光フィルムを通過するようにすることで、光リサイクリング（recycling）によって輝度増大を最大化する。
本発明によれば、前記バックライトユニットは、反射偏光フィルムと、プリズムシート、拡散シート、導光板および反射板のうち１種以上とを順次含み、前記反射偏光フィルムはヒドロキシベンゾトリアゾール系染料およびテトラアザポルフィリン系染料のうち少なくとも１種を含む吸収染料を含む。つまり、吸収染料を含む層の位置によって輝度損失量が変わるが、本発明はバックライトユニット構成層のうち、液晶パネルに近い反射偏光フィルム中に、吸収染料を含む層を位置させることを技術構成上の特徴とする。
本発明の一実施例によると、前記反射偏光フィルムは、第１ポリエステル層、第１粘着層、コア層、第２粘着層、第２ポリエステル層、および背面ビード層を順次含み（図２（ａ）の２０１Ａ構造）、前記第１ポリエステル層の片面または両面、コア層の片面または両面、および第２ポリエステル層の片面または両面のうち一以上の位置に、吸収染料を含むコーティング層を有するか、或いは、前記第１粘着層内および／または第２粘着層内に吸収染料を含むことができる。
本発明の一実施例によると、前記反射偏光フィルムは、拡散ビード層、拡散コーティング層、コア層、粘着層、ポリエステル層、および背面ビード層を順次含み（図２（ｂ）の２０１Ｂ構造）、前記コア層の片面または両面、およびポリエステル層の片面または両面のうち、一以上の位置に吸収染料を含むコーティング層を有するか、或いは、前記拡散コーティング層内および／または粘着層内に吸収染料を含むことができる。
例えば、前記吸収染料を含むコーティング層および粘着層は、それぞれウェットコーティングにより形成され得る。具体的に前記吸収染料を含むコーティング層および粘着層のそれぞれの厚さは、１μｍ〜１００μｍ、好ましくは２μｍ〜１００μｍ、さらに好ましくは２μｍ〜２５μｍ、特に好ましくは２μｍ〜１５μｍであり得る。
前記吸収染料を含むコーティング層はバインダー樹脂を含むことができ、前記バインダー樹脂として、例えば、ポリエステル系、アクリル系、ポリウレタン系、メラミン系、ポリビニルアルコール系およびオキサゾリン系バインダー樹脂からなる群より選択された１種以上の樹脂を挙げることができる。具体的に、前記バインダー樹脂は、アクリル系バインダー樹脂であり得る。
前記吸収染料を含む粘着層は、感圧性の粘着剤を含むことができる。前記感圧性粘着剤として、例えば、アクリル系、ウレタン系、エポキシ系、およびシリコーン系の粘着剤からなる群より選択された１種以上の粘着剤を挙げることができる。具体的に、前記感圧性粘着剤は、アクリル系粘着剤であり得る。
具体的に、前記吸収染料は、吸収染料を含むコーティング層の総重量、もしくは、吸収染料が含まれる第１粘着層および／または第２粘着層の総重量を基準に、０．００５重量％〜１０重量％、好ましくは０．０１重量％〜７重量％の量で含まれ得る。
具体的に、前記吸収染料は、吸収染料を含むコーティング層の総重量、もしくは、吸収染料が含まれる拡散コーティング層および／または粘着層の総重量を基準に、０．００５重量％〜１０重量％、好ましくは０．０１重量％〜７重量％の量で含まれ得る。
前記ポリエステル層は、ポリカーボネートフィルムまたはポリエチレンテレフタレートフィルムであり得る。具体的に、前記ポリエチレンテレフタレートフィルムは、一軸延伸されるか配向角が調節されたものであり得る。
前記コア層は、屈折率が異なる第１ポリマー層と第２ポリマー層とが交互に積層され、特定波長帯の可視光を選択的に反射および透過させる積層フィルムであり得る。例えば、前記第１ポリマー層と第２ポリマー層とは、互いに直接接するように積層されるか、追加のポリマー層が介在されて積層され得る。具体的に、前記積層は、１００層〜１０００層、より具体的に、３００層〜５００層であり得る。
前記第１ポリマー層は、延伸により屈折率が変化するポリエステルからなり得る。具体的には、前記第１ポリマー層は、ポリエチレンテレフタレートフィルムまたはポリナフタレンテレフタレートフィルムであり得る。
前記第２ポリマー層は、延伸による屈折率の変化が小さいポリエステルからなり得る。具体的に、前記第２ポリマー層は、ナフタレンテレフタレート共重合体フィルムであり得る。より具体的に、前記ナフタレンテレフタレート共重合体は、ナフタレンジカルボン酸およびジメチルテレフタル酸を含むジカルボン酸成分とエチレングリコールを含むグリコール成分とが共重合されて形成され得る。
前記第１ポリマー層および第２ポリマー層は、各々０．０５μｍ〜０．５μｍ、具体的には０．０５μｍ〜０．３μｍの厚さを有し得る。第１ポリマー層および第２ポリマー層の厚さは、連続的に変化することもあり、段階的に変化することもあり得る。
前記第１ポリマー層は、一軸方向（ｘ軸方向）に延伸され、一軸延伸方向（ｘ軸方向）に高い屈折率を有する。これにより延伸方向に第１ポリマー層と第２ポリマー層との屈折率差が大きくなる。したがって、前記第１ポリマー層と第２ポリマー層とが交互に積層され形成されたコア層は、第１偏光の光に対して反射特性を有することができる。
一方、フィルム面内において、前記一軸延伸方向に垂直の他軸方向（ｙ軸方向）には、第１ポリマー層と第２ポリマー層との間に屈折率差が生じないため、前記コア層は第２偏光の光に対して透過特性を有することができる。
前記プリズムシートは、水平プリズムシート、垂直プリズムシート、またはこれらの組み合わせである複合プリズムシートであり得る。また、前記プリズムシートは複数の半球形マイクロレンズを含むシートであり得る。
前記吸収染料は、ヒドロキシベンゾトリアゾール（Hydroxy benzotriazole、ＨＢ）系染料およびテトラアザポルフィリン（Tetraaza porphyrin、ＴＡＰ）系染料のうち少なくとも１種を含み、４８０ｎｍ〜５１０ｎｍまたは５６０〜６１０ｎｍの波長帯域の光を吸収する染料を、さらに含むことができる。具体的に、前記染料は、シアニン（Cyanine、ＣＹ）系、ピロールメチン（pyrrol methin、ＰＭ）系、ローダミン（Rhodamin、ＲＨ）系、およびボロンジピロメテン（BoronDipyrromethene、ＢＯＤＩＢＹ）系の染料からなる群より選択される１種以上であり得る。より具体的に、前記吸収染料は、ヒドロキシベンゾトリアゾール系、シアニン系およびテトラアザポルフィリン系染料の組み合わせであり得る。
前記液晶パネルは、上偏光板、粘着層Ｉ、液晶セル、粘着層ＩＩおよび下偏光板を順次含むことができる。
本発明の液晶表示装置を構成するバックライトユニットおよび液晶パネルのそれぞれの構成層は、当業界で通常許容される材料、厚さ、形状などを有することができ、必要に応じて多様に変形可能である。
このように、本発明の吸収染料を含む反射偏光フィルムを備える液晶表示装置は、光源から出てくる純粋なＲＧＢ波長の光は最大限透過させながらも、ＲＧＢ波長以外の不要な波長の光を遮断して、向上された色域（color gamut）および輝度を提供することができる。
以下、本発明を下記実施例によってより詳しく説明する。ただし、下記実施例は本発明の例示に過ぎず、本発明の範囲はこれらに限定されるものではない。
（実施例１−１）
アクリルバインダー樹脂（Ｓｏｋｅｎ社製、ＧＳ１０００）２５重量％と、メチルエチルケトン（ＭＥＫ）７５重量％とを混合して溶液を製造した後、これにＴＡＰ系吸収染料（エスケイケミカル社製、ＳＫ−ｄ５９３、主吸収波長帯域：５６０ｎｍ〜６１０ｎｍ）を前記溶液１００重量部に対して０．０５重量部の量で添加して、吸収染料含有コーティング層組成物を製造した。
一軸延伸ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）フィルム（平均厚さ：１００μｍ、配向角：３°）の一方の面に、前記吸収染料含有コーティング層組成物を、マイヤーバー（mayer bar）を用いてコーティングし、乾燥および硬化して、厚さ５μｍの吸収染料含有コーティング層を形成した。その後、一軸延伸ＰＥＴフィルムの他方の面にコア層を接着し、前記コア層の裏面に一般的なＰＥＴフィルム（製造社：ＳＫＣ、製品名：Ｖ５４００）を接着した。一般的なＰＥＴフィルムの裏面を、ビードコーティングにより背面ビード層のヘイズが３５％となるように処理して反射偏光フィルム（図２ａ参照）を製造し、前記反射偏光フィルムをバックライトユニット（ＢＬＵ）内に適用した。前記ＢＬＵの構造は、前記反射偏光フィルム、水平プリズムシート、垂直プリズムシート、拡散シート、導光板および反射板が順次積層された構造である。
また、上偏光板、粘着層Ｉ、液晶セル、粘着層ＩＩおよび下偏光板が順次積層された構造の液晶パネルを使用して、液晶表示装置を製造した（図１参照）。
（実施例１−２）
拡散ビード層、拡散コーティング層、コア層、粘着層、ポリエステル層（一般ＰＥＴフィルム、製造社：ＳＫＣ、製品名：Ｖ５４００）および背面ビード層が順次積層された構造の反射偏光フィルム（図２ｂ参照）を用いるが、前記実施例１−１の吸収染料含有コーティング層組成物に、前記溶液１００重量部に対して１５重量部のビード（製造社：SEKISUI、製品名：ＭＢＸ−４０）をさらに添加したものを用いて、拡散コーティング層（吸収染料含有）と拡散ビード層とにすることを除いては、実施例１−１と同様の方法で液晶表示装置を製造した。
（比較例１）
吸収染料を添加しないことを除いては、実施例１−１と同一構造の液晶表示装置を使用した。
（実験例１）
前記実施例１−１、１−２および比較例１の液晶表示装置について、ラジオメーター（ＣＳ−２０００；ミノルタ（Ｍｉｎｏｌｔａ）社）を用いて、スペクトルの変化および特性を測定し、その結果を表１および図３〜図５に示した。色域（color gamut）は色再現面積を示す。
表１および図３〜図５から分かるように、反射偏光フィルムに吸収染料を含まない比較例１に比べて、吸収染料を含む実施例１−１および１−２の液晶表示装置は向上された色純度を示した。
（実施例２−１乃至２−５）
下記の表２に示すように、吸収染料（エスケイケミカル社、ＳＫ−ｄ５９３）の使用量を異にすることを除いては、実施例１−２と同様の方法により液晶表示装置を製造した。
（比較例２）
吸収染料を添加しないことを除いては、実施例２−１と同一構造の液晶表示装置を使用した。
（実験例２）
前記実施例２−１乃至２−５および比較例２の液晶表示装置について、実験例１と同様の方法でスペクトルの変化および特性を測定し、その結果を表３および図６〜図１１に示した。
表３および図６〜図１１から分かるように、吸収染料の使用量によって色純度向上のレベルが異なっている。このような事実から、ＢＬＵ特性に合わせて吸収染料の使用量を調節して、液晶表示装置の輝度および色純度特性を最大化できることが分かる。
（実施例３−１乃至３−６）
下記の表４に示すように、背面ビード層のビード含量（溶液１００重量部基準）を調節して背面ビード層のヘイズを変化させたことを除いては、実施例１−２と同一の方法により液晶表示装置を製造した。
（実験例３）
前記実施例３−１乃至３−６および比較例２の液晶表示装置について、実験例１と同様の方法でスペクトルの変化および特性を測定し、その結果を表５および図１２〜図１７に示した。
また、同様の方法で左右視野角によるカラーシフトを測定し、その結果を図１８に示した。
表５及び図１２乃至図１７から分かるように、背面ビード層のヘイズレベルに応じて、色域レベルは維持しながらも、輝度が向上されることが分かる。
また、図１８に示すように、背面ビード層のヘイズレベルに応じて、左右視野角によるカラーシフトが異なり、背面ビード層のヘイズが低いほど（実施例３−６の場合）左右視野角によるカラーシフトが改善された。これらの事実から、輝度消失およびカラーシフトを勘案し、アプリケーションに応じて最適な条件を異にし得ることが分かる。
したがって、本発明の液晶表示装置は、光源から出てくる純粋なＲＧＢの波長の光は最大限に透過させ、ＲＧＢの波長以外の不要な波長の光を遮断して色域が向上され、これにより、色純度の向上および輝度が最大化されることを確認することができた。
１０： 液晶パネル
１０１： 上偏光板
１０２： 粘着層Ｉ
１０３： 液晶セル
１０４： 粘着層ＩＩ
１０５： 下偏光板
２０： バックライトユニット
２０１： 反射偏光フィルム
２０２： 水平プリズムシート
２０３： 垂直プリズムシート
２０４： 拡散シート
２０５： 導光板
２０６： 反射板
２０１Ａおよび２０１Ｂ： 反射偏光フィルム
２０１Ａ−１： 第１ポリエステル層
２０１Ａ−２： 第１粘着層
２０１Ａ−３および２０１Ｂ−３：コア層
２０１Ａ−４： 第２粘着層
２０１Ａ−５： 第２ポリエステル層
２０１Ａ−６および２０１Ｂ−６： 背面ビード層
２０１Ｂ−１： 拡散ビード層
２０１Ｂ−２： 拡散コーティング層
２０１Ｂ−４： 粘着層
２０１Ｂ−５： ポリエステル層
２０２−１： プリズムパターン層
２０２−２： プリズムシート基材
２０２−３： 背面コーティング層
２０２−４： 第３ビード
２０４−１： 第１ビード
２０４−２： 拡散コーティング層
２０４−３： 拡散シート基材
２０４−４： 隠蔽コーティング層
２０４−５： 第２ビード
２０６−１： 第４ビード
２０６−２： 前面コーティング層
２０６−３： 反射板基材

Claims (4)

  1. バックライトユニットおよび液晶パネルを含む液晶表示装置において、
    前記バックライトユニットが、反射偏光フィルムと、プリズムシート、拡散シート、導光板および反射板のうち１種以上とを順次含み、
    前記反射偏光フィルムが、吸収染料を含み、
    前記反射偏光フィルムが、第１ポリエステル層と、第１粘着層と、コア層と、第２粘着層と、第２ポリエステル層と、背面ビード層とを順次含み、
    前記第１ポリエステル層の片面または両面と、前記コア層の片面または両面と、前記第２ポリエステル層の片面または両面とのうち、一以上の位置に前記吸収染料を含むコーティング層を有するか、或いは、前記第１粘着層内および／または前記第２粘着層内に前記吸収染料を含み、
    前記吸収染料が、ヒドロキシベンゾトリアゾール系染料と、シアニン系染料と、テトラアザポルフィリン系染料との組み合わせであり、
    前記吸収染料が、吸収染料を含むコーティング層の総重量、もしくは、吸収染料が含まれる第１粘着層および／または第２粘着層の総重量を基準に、０．００５重量％〜１０重量％の量で含まれる、液晶表示装置。
  2. バックライトユニットおよび液晶パネルを含む液晶表示装置において、
    前記バックライトユニットが、反射偏光フィルムと、プリズムシート、拡散シート、導光板および反射板のうち１種以上とを順次含み、
    前記反射偏光フィルムが、吸収染料を含み、
    前記反射偏光フィルムが、拡散ビード層と、拡散コーティング層と、コア層と、粘着層と、ポリエステル層と、背面ビード層とを順次含み、
    前記コア層の片面または両面、および前記ポリエステル層の片面または両面のうち、一以上の位置に前記吸収染料を含むコーティング層を有するか、或いは、前記拡散コーティング層内および／または前記粘着層内に前記吸収染料を含み、
    前記吸収染料が、ヒドロキシベンゾトリアゾール系染料と、シアニン系染料と、テトラアザポルフィリン系染料との組み合わせであり、
    前記吸収染料が、吸収染料を含むコーティング層の総重量、もしくは、吸収染料が含まれる拡散コーティング層および／または粘着層の総重量を基準に、０．００５重量％〜１０重量％の量で含まれる、液晶表示装置。
  3. 前記コア層が、屈折率が異なる第１ポリマー層と第２ポリマー層とが交互に積層され、特定波長帯の可視光を選択的に反射および透過させる積層フィルムである、請求項１または２に記載の液晶表示装置。
  4. 前記液晶パネルが、上偏光板と、粘着層Ｉと、液晶セルと、粘着層ＩＩと、下偏光板とを順次含む、請求項１または２に記載の液晶表示装置。
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