JPH09211468A - 液晶表示素子の製造方法および液晶表示素子 - Google Patents

液晶表示素子の製造方法および液晶表示素子

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JPH09211468A JP8019025A JP1902596A JPH09211468A JP H09211468 A JPH09211468 A JP H09211468A JP 8019025 A JP8019025 A JP 8019025A JP 1902596 A JP1902596 A JP 1902596A JP H09211468 A JPH09211468 A JP H09211468A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 垂直配向から一方向に少し傾いたプレチルト
配向を有する液晶表示素子の製造方法に関し、垂直配向
に簡単にプレチルト角を付与することのできる液晶表示
素子の製造方法を提供する。 【解決手段】 紫外線に感応し、液晶分子を平均的に表
面に対して垂直に配向させる性質を有する垂直配向材料
の膜を基板表面に形成する工程と、前記垂直配向材料の
膜に、その面法線から傾いた方向から紫外線を照射する
工程とを有する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の技術分野】本発明は、液晶表示素子の製造方法
および液晶表示素子に関し、特に垂直配向から一方向に
少し傾いたプレチルト配向を有する液晶表示素子の製造
方法および液晶表示素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】液晶表示素子の動作モードとして、負の
誘電異方性を有する液晶分子を基板に垂直に配向させる
垂直（ホメオトロピック）配向がある。基板間に電圧を
印加すると液晶分子は基板に平行な方向に向かって傾
く。
【０００３】ところで、垂直配向では液晶分子が傾く方
向が不定となり易い。基板の面内方向が総て等価となっ
てしまうためである。そこで、電圧を印加しない状態
で、液晶分子を基板法線方向から基板面内の一方向に向
けて少し傾ける（プレチルトさせる）配向が提案されて
いる。液晶分子が基板法線に対して一定の方向にプレチ
ルト角を持てば、電圧印加時に液晶分子の傾く方向が定
まる。
【０００４】基板法線方向からある面内方向に向かって
一定のプレチルト角を与える方法として、以下のような
方法が知られている。
【０００５】（１）．基板表面に、まず垂直配向タイプ
のポリイミド（たとえば日産化学工業製 ＳＥ−１２１
１）やシランカップリング系垂直配向材料（たとえばチ
ッソ製 ＤＭＯＡＰ）等の垂直配向膜を形成する。その
後、垂直配向膜表面をレーヨン布等で一方向にラビング
する。
【０００６】図４（Ａ）に示すように、垂直配向膜Ｐの
表面Ｓに当初垂直に形成されたＣＨ鎖ＣＨがラビングに
より一方向にわずかに傾く。液晶分子ＭＬは、ＣＨ鎖の
傾く方向に従って、そのディレクタｄを傾ける。基板法
線ｎと液晶分子のディレクタｄの作る角度をプレチルト
角θP と呼ぶ。
【０００７】（２）．図４（Ｂ）に示すように、基板表
面にＳｉＯ等の斜方蒸着膜等を形成し、斜め構造を有す
る下地Ｕを作る。この下地Ｕの上に上述と同様の垂直配
向膜Ｐを形成する。この場合、下地Ｕの表面が斜め構造
を有し、垂直配向膜Ｐの表面も下地Ｕにならって斜め構
造を有する。垂直配向膜Ｐ上のＣＨ鎖は垂直配向膜Ｐの
表面Ｓに垂直であるが、基板表面に対しては傾くことに
なる。したがって、ラビングは不要となる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】（１）の方法では、ラ
ビングのムラによりプレチルト角にムラが生じやすい。
また、ラビングにより細かな筋状のムラが生じ易い。こ
のようなムラは、液晶素子のオン状態（電圧印加状態）
において表示ムラとして視認されてしまう。液晶表示素
子の画質を著しく損なうことにもなりやすい。
【０００９】（２）の方法は、比較的均一なプレチルト
配向を提供できる。しかし、製造工程は複雑になる。Ｓ
ｉＯ等の斜方蒸着を行うには、真空系を用いなければな
らず、コストアップやスループットの低下を招く。大型
基板に斜方蒸着を行う場合、基板の各位置と蒸着源との
間の相対関係が変化すると、プレチルト角のムラが生じ
てしまう。これを避けようとすると装置はさらに大型
化、複雑化してしまう。
【００１０】本発明の目的は、垂直配向に簡単にプレチ
ルト角を付与することのできる液晶表示素子の製造方法
を提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明の一観点によれ
ば、紫外線に感応し、液晶分子を平均的に表面に対して
垂直に配向させる性質を有する垂直配向材料の膜を基板
表面に形成する工程と、前記垂直配向材料の膜に、その
面法線から傾いた方向から紫外線を照射する工程とを有
する液晶表示素子の製造方法が提供される。
【００１２】紫外線に感応する垂直配向材料の膜に、斜
め方向から紫外線を照射すると、基板法線方向から傾い
た方向に一定の指向性を持った配向膜が得られる。たと
えば、垂直配向膜は表面にＣＨ鎖を有し、ＣＨ鎖の平均
方向は基板法線方向に向いている。ただし、個々のＣＨ
鎖の方向はばらつきがあり、基板面に平行な面内であら
ゆる方向を向いていると考えられる。この垂直配向膜に
斜め方向から紫外線を照射すると、ＣＨ鎖が紫外線を吸
収し、分解もしくは切断される。紫外線の吸収は、垂直
配向膜のＣＨ鎖の方向と、紫外線の照射方向に依存す
る。紫外線の電気ベクトルの方向がＣＨ鎖の方向と一致
する時に最も強い吸収が生じると考えられる。すると、
紫外線照射後の垂直配向膜においては、ある方向のＣＨ
鎖が分解もしくは切断され、残ったＣＨ鎖の平均方向は
基板法線方向から傾くことになる。
【００１３】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施例を説明する。図１（Ａ）に示すように、ガラス基板
等の透明基板１０の表面上に、平行ストライプ状電極１
１等の液晶分子駆動構造を形成し、その上を垂直配向膜
１２で覆う。単純マトリクス型液晶表示素子の場合は、
コモン電極を有する基板とセグメント電極を有する基板
を形成する。アクティブマトリクス型液晶表示素子の場
合は、１つのコモン電極を有する基板とアクティブマト
リクス回路を有する基板を形成する。垂直配向膜１２
は、その表面に液晶分子を垂直に配向させる配向構造を
有するものであり、紫外線に感応する性質を有する。
【００１４】図１（Ｂ）に示すように、垂直配向膜１２
の法線方向（基板１０の法線方向）から傾いた斜め方向
から紫外線１４を照射する。紫外線１４は、自然光でも
よいが、好ましくは垂直配向膜１２の法線と照射方向を
含む面内で振動する電気ベクトルを有する直線偏光、ま
たはこの面内に長軸方向を有する楕円偏光である。
【００１５】紫外線１４の照射方向は、基板法線から約
５度〜８５度の範囲内の角度傾いた方向である。好まし
くは、照射方向の法線方向からの傾き角度は約３０度〜
約７０度の範囲内の角度である。この傾き角度は一定範
囲内で大きくなるほど得られるプレチルト角は大きくな
るようである。
【００１６】紫外線を斜め方向から入射すると、その電
気ベクトルは照射方向に直交する面内に存在する。この
面に垂直な方向（入射方向）には電気ベクトル成分は存
在しない。従って、完全な非偏光（自然光）であって
も、斜め入射さえすれば垂直配向膜に異方性を与え、プ
レチルト角を付与できると考えられる。好ましくは、入
射紫外線の電気ベクトルは基板法線と照射方向を含む面
内により多くの成分を有する。このような偏光を用いれ
ば、主鎖を含む下地の配向方向をさらに制御できる。
【００１７】ただし、垂直配向膜が紫外線に感応するの
は、垂直配向膜内のことであり、垂直配向膜に入射した
後の紫外線を考察する必要がある。非偏光の自然光を用
いても、斜め方向から入射すれば、垂直配向膜表面で反
射されるＰ波成分とＳ波成分には差があり、配向膜内で
は異方性を有することになる。
【００１８】照射する紫外線の波長は、垂直配向膜が感
応性を示す波長である必要があるが、一般的には４００
ｎｍ以下であればよく、好ましくは１８０ｎｍから３６
０ｎｍの範囲内の波長である。
【００１９】このような紫外線照射により、垂直配向膜
にプレチルト角が与えられることが判った。図１（Ｃ）
に示すように、プレチルト角θP の向きは、基板に垂直
な法線方向ｎと照射方向ＩＮを含む平面内にあり、法線
方向ｎから照射方向ＩＮに傾くことが判った。プレチル
ト角θP は、入射方向ＩＮと一致はしていない。
【００２０】上述のように、入射紫外線の電気ベクトル
ＥP は、上述の基板法線ｎと入射方向ＩＮを含む面内に
存在する時にプレチルト角付与の効果が大きい。楕円偏
光の場合には、この面内に長軸方向が存在し、かつ楕円
率の高い楕円偏光である時に、プレチルト角付与の効果
が大きい。
【００２１】垂直配向膜に紫外線を照射することによ
り、プレチルトが付与される原理は、以下のように考え
ることができよう。図２（Ａ）に示すように、垂直配向
膜１２の表面Ｓには、種々の方向に向かったＣＨ鎖が存
在する。ＣＨ鎖の平均方向は、基板表面Ｓに垂直な法線
方向と一致する。この状態で、垂直配向膜１２と液晶分
子が接すると、液晶分子はＣＨ鎖の方向に従って配向さ
れ、液晶分子の垂直配向が実現される。ＣＨ鎖は種々の
方向に向いているが、平均的には基板法線方向に向い
て、液晶分子は全体として基板法線方向に配向すること
になる。
【００２２】このような垂直配向膜に、直線偏光の紫外
線１４を入射したとする。この紫外線の偏光方向は、基
板法線と照射方向を含む面内にある。種々の方向を向い
ているＣＨ鎖が感じる入射紫外線の強度は、ＣＨ鎖の方
向に沿う電気ベクトルＥP の成分である。したがって、
電気ベクトルＥP と平行なＣＨ鎖は最も大きな影響を受
け、照射方向と平行なＣＨ鎖はほとんど影響を受けな
い。
【００２３】したがって、入射紫外線の電気ベクトルと
同一もしくは小さな角度関係にあるＣＨ鎖は紫外線を吸
収し、分解もしくは切断され易い。図中、紫外線の影響
を受けにくいＣＨ鎖に○印を付し、紫外線の影響を受け
やすいＣＨ鎖に×印を付して示した。
【００２４】図２（Ｂ）は、紫外線照射後の垂直配向膜
の表面状態を示す。図２（Ａ）に示すＣＨ鎖のうち、×
印を付したものが分解もしくは切断されている。残った
ＣＨ鎖は、その平均として基板法線方向から紫外線照射
方向に向かって傾くことになる。したがって、この配向
膜１２と液晶分子が接すると、液晶分子はＣＨ鎖の平均
配向方向に配向されるであろう。
【００２５】垂直配向型のポリイミドのように、ＣＨ鎖
が側鎖として主鎖にくっついているものでは、側鎖は上
述のような原理で傾くが、同時に主鎖にも何らかの異方
性が与えられる可能性がある。この場合は、プレチルト
角が付く方向、すなわち、基板に垂直で照射方向を含む
平面と、基板面の光線の方向に異方性が付き、側鎖がな
い場合にはその方向に液晶分子を配向させることが好ま
しい。配向膜の分子構造、照射波長等をこのように選択
することが望ましい。
【００２６】以下、より具体的な例について説明する。 〔例１〕： （１）．垂直配向タイプのポリイミド（日産化学工業製
ＳＥ−１２１１）を透明電極を有するガラス基板上に
スピナーで塗布し、２００℃で１時間焼成した。焼成後
の膜厚は６０ｎｍであった。
【００２７】（２）．（１）で製作した基板に、波長２
５４ｎｍ付近に輝線スペクトルを持つ直線偏光紫外光を
基板法線に対し、４５度の方向から１５秒間照射した。
この時の照射強度を紫外線照度計（オーク製作所製）を
用い、２５４ｎｍ用のディテクタを取り付けて測定した
ところ、２．３ｍＷ／ｃｍ2 であった。
【００２８】（３）．（２）で得た基板を、照射方向が
反平行になるように、直径５．５μｍの球形スペーサを
介して重ね合わせ、空セルを作製した。
【００２９】（４）．この空セルに誘電率異方性が負の
液晶（チッソ製 ＥＮ−３７）を液晶が等方性になる温
度（１１０℃）で毛細管現象を利用して注入した。
【００３０】このようにして作製した液晶セルに電圧を
印加したところ、基板法線と紫外線照射方向を含む面内
で法線から離れる方向に液晶分子が均一に倒れることを
確認した。このことは、この方向に均一なプレチルト角
が付与できたことを意味する。クリスタルローテーショ
ン法でプレチルト角を測定したところ、約０．５度の測
定値が得られた。
【００３１】〔例１の変形〕：照射時間を３０秒、６０
秒、１２０秒、２４０秒に変化させた。照射時間を、例
１よりも長くしたこれらの液晶セルにおいても、例１と
同様な均一プレチルト配向が得られた。偏光顕微鏡を用
いて詳しく調べたところ、照射時間が長いほど液晶が倒
れ始める時の均一性が良さそうであることが判った。こ
れは、プレチルト角の均一性が向上することを示してい
る。
【００３２】また、照射角度を６０度にし、３０秒照射
と６０秒照射の液晶セルを作製した。この結果、約０．
５度の均一なプレチルト角が得られた。
【００３３】〔例２〕： （１）．垂直配向タイプのポリイミド（日産化学工業製
ＳＥ−１２１１）を透明電極を有するガラス基板上に
スピナーにて塗布し、２００℃で１時間焼成した。焼成
後の膜厚は６０ｎｍであった。
【００３４】（２）．（１）で得た基板に、波長３１３
ｎｍ付近に輝線スペクトルを持つ直線偏光紫外光を基板
法線に対し４５度の方向から６０秒間照射した。照射強
度を紫外線照度計（オーク製作所製）を用い、３１０ｎ
ｍ用のディテクタを取り付けて測定したところ、９．２
ｍＷ／ｃｍ2 であった。
【００３５】（３）．（２）で得た基板を紫外線照射方
向が反平行になるように、直径５．５μｍの球形スペー
サを介して重ね合わせ、空セルを作製した。この空セル
に誘電率異方性が負の液晶（チッソ製 ＥＮ−３７）を
液晶が等方性になる温度（１１０℃）で毛細管現象を利
用して注入した。
【００３６】このようにして作製した液晶セルに電圧を
印加したところ、基板法線と紫外線照射方向を含む面内
で基板法線から離れる方向に液晶分子が均一に倒れるこ
とを確認した。このことは、この方向に均一なプレチル
ト角が付与できたことを意味する。クリスタルローテー
ション法でプレチルト角を測定したところ、約０．４度
の測定値が得られた。
【００３７】〔例２の変形〕：照射時間を１２０秒、２
４０秒と変化させた。結果、例２と同様な均一プレチル
ト配向が得られた。偏光顕微鏡を用いて詳しく調べたと
ころ、照射時間が長いほど液晶が倒れ始める時の均一性
（プレチルト角の均一性）が良さそうであること、およ
び例１の波長２５４ｎｍを用いたときよりも均一性が悪
いことが判った。この原因は、波長による主鎖の液晶分
子配向方向に関係したものであると考えられる。
【００３８】また、１５秒と３０秒の照射も行った。プ
レチルト角は付くようであるが、均一性が悪く、実用化
は難しいものと思われた。 〔例３〕：
【００３９】（１）．シランカップリング系垂直配向膜
（チッソ製 ＤＭＯＡＰ）を透明電極を有するガラス基
板上にディップ法で塗布し、１００℃で１時間焼成し
た。
【００４０】（２）．（１）で得た基板に波長２５４ｎ
ｍ付近に輝線スペクトルを持つ直線偏光紫外光を基板法
線に対し、４５度の方向から１５秒間照射した。この時
の照射強度を紫外線照度計（オーク製作所製）を用い、
２５４ｎｍ用のディテクタを取り付けて測定したとこ
ろ、２．３ｍＷ／ｃｍ2 であった。
【００４１】（３）．このようにして作製した基板を、
照射方向が反平行になるように、直径５．５μｍの球形
スペーサを介して重ね合わせ、空セルを作製した。この
空セルに誘電率異方性が負の液晶（チッソ製 ＥＭ−３
７）を液晶が等方性になる温度（１１０℃）で毛細管現
象を利用して注入した。
【００４２】このようにして作製した液晶セルに電圧を
印加したところ、基板法線と紫外線照射方向を含む面内
で基板法線から離れる方向に均一に液晶分子が倒れるこ
とを確認した。このことは、この方向に均一なプレチル
ト角が付与できたことを意味る。クリスタルローテーシ
ョン法でプレチルト角を測定したところ、約０．５度の
測定値が得られた。
【００４３】〔例３の変形〕：照射時間を３０秒、６０
秒と変化させた。結果、例３と同様な均一プレチルト配
向が得られた。偏光顕微鏡を用いて詳しく調べたとこ
ろ、照射時間が長いほど液晶が倒れ始める時の均一性
（プレチルト角の均一性）が良さそうであることが判っ
た。さらに、１２０秒と２４０秒の照射を行った液晶セ
ルを製作した。プレチルト配向はするが、６０秒以下の
ものに比べ、かえって均一性が悪化した。
【００４４】なお、偏光の代わりに自然光を用いても、
入射光の電気ベクトル成分は、入射方向には存在せず、
入射方向に対し、垂直な面内にのみ存在するため、垂直
配向膜に異方性を与えることができる。
【００４５】〔例４〕： （１）．垂直配向タイプのポリイミド（日産化学工業製
ＳＥ−１２１１）を透明電極を有するガラス基板上に
スピナーで塗布し、２００℃で１時間焼成した。焼成後
の膜厚は６０ｎｍであった。
【００４６】（２）．（１）で製作した基板に、波長２
５４ｎｍ付近に輝線スペクトルを持つ直線偏光紫外光を
基板法線に対し、４５度の方向から１５秒間照射した。
この時の照射強度を紫外線照度計（オーク製作所製）を
用い、２５４ｎｍ用のディテクタを取り付けて測定した
ところ、７．８ｍＷ／ｃｍ2 であった。
【００４７】（３）．（２）で得た基板を、照射方向が
反平行になるように、直径５．５μｍの球形スペーサを
介して重ね合わせ、空セルを作製した。
【００４８】（４）．この空セルに誘電率異方性が負の
液晶（チッソ製 ＥＮ−３７）を液晶が等方性になる温
度（１１０℃）で毛細管現象を利用して注入した。
【００４９】このようにして作製した液晶セルに電圧を
印加したところ、基板法線と紫外線照射方向を含む面内
で法線から離れる方向に液晶分子が均一に倒れることを
確認した。このことは、この方向に均一なプレチルト角
が付与できたことを意味する。クリスタルローテーショ
ン法でプレチルト角を測定したところ、０．３度の測定
値が得られた。ただし、電圧を印加した時の液晶分子の
倒れかたは、偏光を用いた時に比べ、不均一であった。
【００５０】このように、垂直配向膜に紫外線を照射す
ることにより、均一なプレチルト角を得ることができ
る。プレチルト角は小さくても、液晶が均一に倒れるよ
うになり、良好な液晶表示素子を得ることができる。
【００５１】なお、ホトマスクを用い、上述の紫外線斜
方入射を行えば、所望のパターンに一定のプレチルト角
を与えることが可能となる。複数のマスクを用い、紫外
線照射方向の異なる領域を１枚の基板上に作製すれば、
複数の配向方向を有するマルチドメイン型液晶表示装置
が作製できる。
【００５２】たとえば、図３（Ａ）、（Ｂ）に示す相補
的なパターンを有する２枚のマスクを用い、紫外線照射
方向を矢印に示すように、基板面内方向に関し９０度回
転させて照射する。図中、斜線を付した領域は遮光領域
である。２枚のマスクを用いることにより、プレチルト
角が基板面内方向で９０度異なる領域を作製することが
できる。
【００５３】図３（Ａ）、（Ｂ）の場合、チェッカーボ
ード状にこのような配向方向の異なる領域が作製され
る。個々の配向領域をミクロドメインとした時、２つ、
４つ等のミクロドメイン領域等によって１つの画素を作
製するようにすれば、視野角の広い液晶表示素子が実現
できる。
【００５４】以上実施例に沿って本発明を説明したが、
本発明はこれらに制限されるものではない。たとえば、
種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者
に自明であろう。
【００５５】
【発明の効果】垂直配向膜を用い、簡単に、かつ均一な
プレチルト配向を与えることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例による液晶表示素子の製造工程
を示す概略断面図およびプレチルト角を説明するための
概略斜視図である。
【図２】図１に示す実施例においてプレチルト角が得ら
れる原理を説明するための概略断面図である。
【図３】本発明の他の実施例による液晶表示素子の製造
工程を示す概略平面図である。
【図４】従来の技術による垂直配向にプレチルトを与え
る方法を説明するための概略断面図である。
【符号の説明】
１０ 透明基板 １１ 電極 １２ 垂直配向膜 １４ 入射紫外線 ｎ 基板法線 ｄ 液晶分子のディレクタ θP プレチルト角 ＩＮ 紫外線入射方向 ＥP 電気ベクトル ＣＨ ＣＨ鎖 Ｓ 垂直配向膜表面
【手続補正書】
【提出日】平成８年３月１４日
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４６
【補正方法】変更
【補正内容】
【００４６】（２）．（１）で製作した基板に、波長２
５４ｎｍ付近に輝線スペクトルを持つ自然光を基板法線
に対し、４５度の方向から１５秒間照射した。この時の
照射強度を紫外線照度計（オーク製作所製）を用い、２
５４ｎｍ用のディテクタを取り付けて測定したところ、
７．８ｍＷ／ｃｍ2 であった。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４９
【補正方法】変更
【補正内容】
【００４９】このようにして作製した液晶セルに電圧を
印加したところ、基板法線と紫外線照射方向を含む面内
で法線から離れる方向に液晶分子が均一に倒れることを
確認した。このことは、この方向に均一なプレチルト角
が付与できたことを意味する。クリスタルローテーショ
ン法でプレチルト角を測定したところ、０．３度の測定
値が得られた。

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 紫外線に感応し、液晶分子を平均的に表
    面に対して垂直に配向させる性質を有する垂直配向材料
    の膜を基板表面に形成する工程と、 前記垂直配向材料の膜に、その面法線から傾いた方向か
    ら紫外線を照射する工程とを有する液晶表示素子の製造
    方法。
  2. 【請求項２】 前記紫外線を照射する工程が、自然光の
    紫外線を照射する請求項１記載の液晶表示素子の製造方
    法。
  3. 【請求項３】 前記紫外線を照射する工程が、直線偏光
    もしくは楕円偏光した紫外線を照射する請求項１記載の
    液晶表示素子の製造方法。
  4. 【請求項４】 前記直線偏光の電気ベクトル方向もしく
    は前記楕円偏光の電気ベクトルの長軸方向が、基板表面
    に垂直で紫外線照射方向を含む平面に沿っている請求項
    ３記載の液晶表示素子の製造方法。
  5. 【請求項５】 前記垂直配向材料がポリイミド系である
    請求項１〜４のいずれかに記載の液晶表示素子の製造方
    法。
  6. 【請求項６】 前記垂直配向材料がシランカップリング
    系である請求項１〜４のいずれかに記載の液晶表示素子
    の製造方法。
  7. 【請求項７】 前記ポリイミド系の垂直配向材料が側鎖
    タイプである請求項５記載の液晶表示素子の製造方法。
  8. 【請求項８】 前記面法線から傾いた方向が、面法線か
    ら５度から８５度の範囲内である請求項１〜７のいずれ
    かに記載の液晶表示素子の製造方法。
  9. 【請求項９】 一対の基板間に液晶層を挟み、表示画面
    内に多数のミクロドメインが形成され、各ミクロドメイ
    ン内では液晶分子が基板法線から所定のプレチルト角傾
    いたほぼ垂直配向の配向を示し、プレチルト角の傾く基
    板面内方向がミクロドメインにより異なる液晶表示素
    子。
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