TW200807084A - Transflective LC display having backlight with temporal color separation - Google Patents

Transflective LC display having backlight with temporal color separation Download PDF

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TW200807084A
TW200807084A TW096112876A TW96112876A TW200807084A TW 200807084 A TW200807084 A TW 200807084A TW 096112876 A TW096112876 A TW 096112876A TW 96112876 A TW96112876 A TW 96112876A TW 200807084 A TW200807084 A TW 200807084A
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liquid crystal
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TW096112876A
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Philip Edwin Watson
Andrew John Ouderkirk
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3M Innovative Properties Co
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Description

200807084 九、發明說明·· 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於—種顯示裝置，尤其係該等使用液曰 面板及可在反射環境光且透射起源於一背光之光兩:中於 作者，及相關物品與製程。 呆 【先前技術】 包括用於將貧訊傳送給檢視者之電子顯示器的以微卢理 器广基礎裝置已成為幾乎普遍存在。行動電話、：：電 知個人數位助理（PDA)、電子遊戲、MP3播放器及其他 可攜式音樂播放器、汽車立體音響及指示器、公共顯示 器、自動櫃員機、商店中資訊站、家用電器、電腦監視： 及電視，係此等裝置之範例。許多在此等裝置上設置之顯 示器係液晶顯示器（LCD或LC顯示器）。 共陰極射線官（CRT)顯示H不同的是’液晶顯示器不具 有發光之填光影像營幕，且因此需要一用於檢視形成於此 j顯示器上之影像的分離光源。例如，一光源可位於顯示 =後，其通常係稱為"背光背光係位於液晶顯示器中與 2視者相反之側上，使得藉由背光產生之光穿過液晶顯: 。。到達檢視者。使用此一背光之液晶顯示器可稱為在，，透 f模式中操作。一照明之替代來源可來自外部光源，如 環境室内光或太陽。 一些液晶顯示器係經設計以在兩種模式中之一操作··上 迹利用背光之透射模式；5戈一”反射”模式，其使用從一位 於液晶顯示器之檢視者側的外部光源所反射之光。此等液 120229.doc 200807084 ' T的（％為’’半穿透半反射式Π顯示器）一般具有一液晶 中反f —在液晶面板及背光間之部分反射層。在其他情況 口ρ刀反射層係佈置於在液晶面板内而非在液晶面板及 y之間。在任—情況中，部分反射層（在此稱為”半穿透 反m透射來自U之光的夠部分，同時亦反射 =先之一足夠部分，以允許顯示器能在透射模式及反射 :者中檢視。一範例性半穿透半反射器係可由3M公 5 L仔之VlkUltlTM半穿透半反射式顯示器膜（"TDF")。此膜 包括一由聚合多層光學膜形成之反射偏光器（即一反射一 偏光狀恶之光且透射一正交偏光狀態的光之物體）。該潘 產品亦包括一擴散黏著層。 液晶顯示器之液晶面板組件—般包括二基板及一佈置於 其間之液晶材料。該等基板可自玻璃、塑膠、或其他適合 之透明材料製成。該等基板係用一電極陣列供應，其將電 信號提供給一已知為圖片元件(像素)之個別區域的對應陣 列’其-起界定顯示器之檢視區域且個別界定該顯示器的 解析度。藉由該等電極提供之電信號，通常結合薄膜電晶 體（TFT)，其允許調整各像素之光學元件，例如明顯地Z 改透射光之偏光狀恶，或允許光通過而不明顯地修改其偏 光狀態。在一些情況下’電信號可將液晶從透射狀態切換 為散射狀態，或在像素中提供一些其他光學改變。液晶面 板通常不包括一位於在該等基板間之高度吸收性濾色器。 然而，其可包括一橫越可見光譜吸收少於入射光之5〇=的
弱濾色器。 I I20229.doc 200807084 液晶面板中之液晶材料可么 W村T為向列型，如在扭轉向列型 (TN)、光學補償彎曲4 μ 1 Β)起扭轉向列型（STN)或雙穩態 向列型液晶或其他已知向列创据 门夕】圣杈式之情況。其亦可為用於 鐵電、反鐵電、次織雷β甘a 1 电人鐵甩及其他矩列型模式之矩列型液晶。 液晶亦可為一膽固醇狀液晶、-液晶/聚合物組合物… 聚合物分散液晶、或可在至少二光學可區分狀態間電切換 之任何類型的液晶組態。 通常液晶顯示器係單色或彩色。在單色顯示器中 =區域中之各像素為暗、明亮、或中間強度位準，例如 白順像中。此強度調變通常係以白光使用(以產生 白、黑或灰色像素），作另可 王 仙。口…， 1一另了用例如綠、橘色等等任何其 他早一色彩的光。作ith % Μ热— 仁此強度调變無法在檢視區域之任何任 意位置處產生一色彩範圍。反之，？任 檢視區域内之任何任音 /日日不益可在 如紅、綠、或藍色置處產生-可感知色彩範圍’例 之：=;Γ示器獲得全彩效能之技街係在液晶面板 下脏 吸收性（圖案化）遽色器。在此-情況 下，將各像素細分成三個或更 隹匕^况 別可押α 區或子像素，其各者係個 引J^且與吸收性濾色器之一 紅、綠及藍色之眉ώ ^ 、疋色办相關聯，例如 合。若將并、金么 生只貝上白光之其他色彩組 板，則該滹色哭之丄工％ 射式頒不窃之液晶面 4巴斋之尚平均吸收實質上、 模式兩者可達.到 /夕透射及反射操作 J建到的売度，限制顯 的能力。 丁扣易於呈現可檢視影像 120229.doc 200807084 傳統半穿透半反射式系統之設計通常有關在反射亮声 透射亮度及色彩產生間之折衷。通f，—半穿透半反:層 (其位於液晶面板的透明基板間，或在液晶面板及背光間〕 將會反射入射光之一部分’以在反射模式中提供來自外： 來源之照明，且將透射人射光之—不同部分，以提供來自 透射模式中之背光的照明。半穿透半反射器之設計可加以 調節，使得透射模式或反射模式更明亮，經常以他者為代
價。 【發明内容】 本申請案尤其係揭示一種半穿透半反射式顯示器，其具 有一反射檢視模式及一透射檢視模式。該顯示器包括一液 晶（LC)面板，其具有界定一檢視區域的一像素陣列，該面 板係佈置於一前及背部偏光器之間。該顯示器亦包括一背 光及一半穿透半反射器，除了該半穿透半反射器可視需要 地係背部偏光器或包括該背部偏光器。該半穿透半反射器 係佈置於液晶面板及背光之間。該背光產生多個光成分， 其係可暫時分離以將透射檢視模式中之全彩景象提供給該 顯示器。多個光成分可為（例如）紅、綠及藍色光成分，或 可產生白色光之另一組光成分。 在範例性具體實施例中，該背光包括多個發光二極1光 源，且各發光二極體光源發射多個光成分中之一。較佳的 係，當背光發射各光成分時，該光成分實質上照明像素陣 列中之每一像素。 所揭示之液晶顯示器中至少一些係能在反射模，式中單色 120229.doc 200807084 操作及在透射模式中全彩 永作此係因為負責全彩操作之 =繼成分係由背光產生，而非藉由一駐留在液晶面 之屬色―或在反射模式之光路中另—位置處產生。 了將相同像素用於兩種模式 ^ ^ ®衩式以獒升效率，亦致能該反射模 之相同較间解析度操作如同在透射模式中。 铁從以下詳細說明將會明白本申請案之此等及其他態樣。 ’’、、而，以上發明内容決不應視為限制所主張之主旨，嗜主 ;僅由隨附申請專利範圍定義，如可在申請案期間進行修 改。 【實施方式】 立圖1顯示一半穿透半反射式液晶顯示器H)之-部分的示 意性側視圖’其包括一前偏光器12、一液晶面板14、一背 部偏光器1 6及一昔# 1 δ 月先18。一控制器2〇係經由一連接22電耦 合至液晶面板14，以批制，、右曰二Λ 身 彳工制液日日面板之個別像素24a至24g的 ^學狀態’該等像素係在界定該顯示器之整個檢視區域的 品或依4複圖案或陣列延伸。另一控制器26係唾 由一連接28電耗合至背光18，以控制如以下進一步解釋之 操作。控制器2〇、26間之另一連接29允許液晶面板及背光 之同步操作。 前偏光器12可為任何已知偏光器，但在範例性具體實施 “中/、係#用於容易檢視及減少對於觀眾11之眩光的 吸收性偏光ϋ (有時亦稱為二向色偏光器）。偏光器12較佳 的係《彈r生聚合物為基礎之膜且經層壓或黏著至液晶面 板14例如使用光學透明黏著劑。若偏光器12係一線性偏 120229.doc •10- 200807084 光器，其在該膜或層之平面中且右 τ W r具有一通過軸及一阻隔轴。 平行於通過軸所偏光之光合读射 曰透射，而平行於卩且隔軸（垂直 於通過軸）所偏光之光被阻隔， ^ 例如措由丽偏光器12吸 收。 .液晶面板14包括密封在二透明基板間之液晶材料，及界 可個別定址或控制各像素以形成_所需影像。取決於一既 定像素是否開或關、或在中間狀態，液晶面板以約列度、 或約零度、或用中間量來旋轉穿過其之光的偏光。該液晶 面板可使其前面附接至該前偏光器，及亦可包括一擴散器 膜、一抗反射膜，一防眩表面或其他前表面處理。 、月邛偏光裔1 6係一反射式偏光器，較佳的係但並非必須 為聚合多層設計，如揭示於美國專利第5,882,774號（j〇nza 等人）、或美國專利申請公開案第2⑽ 等人）、第 2002/0180107號（Jackson 等人）、第 2004/0099992 #U(Merri11 等人）及第 2004/0099993 號（Jackson等人）中。因 此’偏光裔16在偏光器之平面中具有一通過軸及一阻隔 轴’其令平行於通過軸所偏光之光係實質上透射，而平行 於阻隔軸所偏光之光係實質上由偏光器16反射。在偏光器 1 6中之吸收通常係可忽略，尤其係在可見波長上。背部偏 光$ 16之通過轴可具有相對於前偏光器12的通過軸之任何 所需方向，但基於本說明之目的，將假設背部偏光器16之 通過輛係與前偏光器12的通過轴垂直。在此情況下，顯示 $ 10係一反轉類型之半穿透半反射器，因為像素24(其狀 120229.d〇( -11 - 200807084 態（由控制㈣決定）使其在反射檢視模式中明亮）在透射檢 視模式會使其為暗的；且像素24(其狀態使其在反射檢視 模式中為暗的）在透射檢視模式中會使其明亮。（以下關於 圖3討論者係非反轉顯示器’其中像素（其狀態使其在反射 檢視模式中明亮）在透射檢視模式中會使其為明亮；且像 ” U狀心使其在反射.檢視模式中為暗的）在透射檢視模式 中亦會使其為暗的。） 就此點而言’半穿透半反射式顯示II-般成為二類之操 作·反轉及非反轉。非反轉顯示器在反射及透射操作模式 中，i、相同影像’因為在兩者情況中，任何離開顯示器之 光:半牙透半反射器行進至背部偏光器（其界定光的偏光 狀恶），透過液晶面板’且透過前偏光器離開。入射在顯 不器上之外部光穿過前偏光器、透過液晶面板、透過背部 偏，器’從半穿透半反射器反射，返回透過背部偏光器及 液M面板，且透過前偏光器離開。來自背光之光穿過半穿 透=反射器、透過背部偏光器、透過液晶面板及透過前偏 1離開因為兩種操作模式提供顧似影像（儘管反射模 j影像係單色而背光影像可為彩色），接著自反射及透射 模式離開系統的光將會一起運作以提供一更明亮的整體影 像通吊在其中該半穿透半反射器不同時作為顯示器背部 偏光的，該顯不器係非反轉。但一些非反轉顯示器可包 括一反射偏光器作為半穿透半反射器。 。。反轉顯不器-般利用_用於半穿透半反射器的反射偏光 器’且該反射偏光器亦係液晶顯示器的背部偏光器。半穿 120229.doc -12- 200807084 透半反射器可例如為一片Vikuiti™ RDF-C膜（美國明尼蘇 達州St· Paul之3M公司），其經層壓以取代在顯示器中之習 知吸收性背部偏光器。RDF-C膜包括一聚合多層反射偏光 器及一光擴散黏著層。在此情況下，入射在顯示器上之外 部光穿過前偏光器，接著透過液晶面板，及撞擊在半穿透 半反射器上。此時，一偏光狀態（狀態"Γ，）係被反射，及返 回穿過液晶面板及前偏光器。但一正交偏光狀態（狀態，，2”） 之光係藉由半穿透半反射器透射且被吸收或在背光鄰近損 耗。對於起源於背光之光，偏光狀態2係透過半穿透半反 射器、透過液晶面板、及透過前偏光器來透射，同時偏光 狀態1係反射回進入背光且損耗。因此，反射操作模式將 偏光狀恶1引入液晶面板，而透射操作模式將偏光狀態2引 入液曰曰面板，且二影像將因此反向。因而，透射模式影像 、反射模式衫像之負圖片（ph〇t〇_negative)，除了透射模 式y/像可3有明免色彩，而反射模式影像可為單色。 、在反轉顯示器之情況下，亦可能使用控制器20以電子方 工、，文⑹像輸出，以校正光學反轉。控制器2 一電子反轉演算法，其取決於背先匕括 否，即取決於顯示器10:Γ 啟動舆 士 ，、在反射模式或透射模式中。當背 光啟動日守，此一演曾 φ!^ 、才去可以電子方式修改至個別像素之控 , 式使透射模式中的影像反轉，使得該影 前景/_出現。 器。若需要，亦.可部偏光器16亦作為半穿透半反射 偏光保留光擴散層作為半穿透半 120229.doc 200807084 透半反射器1 6 反射來自外部 反射器之一部分，以提升影像之景象。半穿 係位於液晶面板14及背光1 8之間，使得龙可 來源之光，諸如室内光或太陽。 孥膜，其具·有一偏光 VikuitiTM TDF 膜、
半穿透半反射器可包括任何多層光 能，包括Vikuiti™ DBEF產品、 vikuitl™雨韻及在上述‘774 之㈣中所述 偏光器的種類。該半穿透半反射器亦可包括—第二反射偏 光器，其對準相對於第-反射偏光器之通過軸旋轉的其通 過轴、在-相關組態中，半穿透半反射器亦可為或包括— :射式膽固醇狀液晶聚合物層’其透射光之一圓形偏光肤 恶且將其他反射。此—半穿透半反射器亦可包括—波板， 例如一丨/4波延遲器，以將光之偏光狀態從圓形修改成綠 性，且反之亦然。半穿透半反射器亦可具有一在可見光譜 上變化的反射及/或透射光譜。/ 曰 半穿透半反射器可使用一擴散黏著劑、一透明黏著劑或 其他構件固定至液晶顯示器（或若存在一與半穿透半反射 器不同者時，.固定至-分離背部偏光II)，或可能自由浮 動或固疋至背光1 8。其可包括例如層壓塑膠或玻璃膜之 _外層及塗層’其提供耐久性、剛度、對環境強健、或 EMI屏敝’或其可提供例如擴散、抗反射、或防眩性質之 其他光學效應。 、 一月光1 8產生可暫時分離之多個光成分，以將在透射檢視 杈式中之全釤景象提供給顯示器。換句話說，背光1 $發射 具有％間順序之不同色彩光束，各個此光束較佳的係照 120229.doc -14- 200807084 明顯示器之檢視區域内的所有像素，但在此快速連續性中 發射，即觀眾11僅感知發射光束之時間平均。此於圖1中 係藉由依序由背光18發射標示R、G、B之光束來圖示說 明。雖然R、G、B標籤可指紅、綠及藍色，亦涵蓋其他相 加式色彩方案，包括具有二、三、四或更多色彩之方案。 個別發射之光成分的強度、波長範圍(色彩)及循環時間可 全部加以選擇或調整，以產生任何所需的檢視特徵，但通 常調整變數，使得發射光束之時間平均對於—標準觀眾係 感知為實質上白色光。應注意的是無須特別小心以使背光 !曙液晶面板！4之像素陣列。此係因為較佳的係各光成 分實質上照明顯示器的整個檢視區域。再 發射光準直至任何實質程度。然而，在一些情況下:： 液晶顯示器包括具有可與入射角成函數關係偏移的反射及 透射性質的多層光學膜或其他干擾反射器日卜背光^可包 括-準直職裝置，以減少在鄰近像素間之色彩混合。 背光18包括複數個光源，其可在強度上分離地調變且依 不同波長帶發射。此-方法通常係稱作場序色彩（fsc)技 術。發光二極體光源係用於此目的之範例性光源，其可用 於:涵蓋整個可見及近紅外線光譜之輸出波長的範圍，且 其係固恶之設計、日月亮、強健、可靠且易於以高速調變。 或者是’可使關如冷陰㈣光燈（Ccfl)之螢㈣，其係 經調適以在可見光譜之一特定波長範圍中發光。提供在至 少兩種不同光譜範圍中發射的至少兩'個不同光源，其中來 自此等來源的光輸出針對—完全循環係依-至少40 Hz或 120229.doc 200807084 更快之頻率循環，使得背光之景象對於人眼將近為白色。 此最普遍係使用至少兩個(及較佳的係三個或更多)不同色 二=達:、，例：具有特定波長範圍之發光二極體，或 X 7、有特定波長範圍之光的CCFL燈泡。 雖然僅概要地顯示，但背光18通常亦包括習知組件，驾 :先：、光增強膜、透鏡及其他組件，以致較佳地在顯示 視區域上提供實質上均句及有效率的照明。
，通常’背光18包括三種不同類型之發光二極體來源，_ ㈣只質上發射藍色光’另一類型實質上發射綠色光，且 二另北類型貫質上發射紅色光。此情況描述於圖2中，其 顯不背光18中三種類型之光源R/G/B的強度與時間域函數 關係的合成圖。控制器26或者係依—重複序列激發光源。 序列之70全循環具有一週期p。較佳係p對應於4〇 Hz、 75 Hz或更高之頻率。 在顯示器10的透射檢視模式中，控制器26係經由連接29 與液晶面板控制器20同步，使得適當像素24集係針對由背 光發射之適當色彩來定址。此同步係有助於確保一所兩入 彩影像的精確表示。 而王 f需要，控制器26亦可於不在完全檢視區域上達到全彩 之=式中#作。此-模式(在此稱為"白色模式”)提供一單 色"^像且可用於例如照明一含有實質上僅二色彩（如黑及 2 )貧訊的影像，例如文書處理器中之標準文字。在白色 2式中’控制器26同時啟動所有光源，不論持續或依一調 方式，其允許比具有調變R/G/B4彩模式更亮的背光。 120229.doc -16- 200807084 者是’在白色模式之修改版本中，當能量守恆係重要 日寸，可同時啟動少於所有光源或甚至僅—類型之光源，再 ::提供單色影像但在較暗顯示中，且具有與白色不同之背 景色彩的光。該-類型之光源可為（例如）所有紅色光源， 或所有綠色光源，或所有藍色光源。 圖3顯示類似圖1之顯示器1〇之液晶顯示器的一部分， 但其中已組合之背部偏光器/半穿透半反射器16係藉由一 φ 分離之背部偏光器16a及半穿透半反射器16b取代。背部偏
光器，可為吸收性偏光器’或具有不足夠反射性以支援 颂不為的反射檢視模式的任何其他偏光器。半穿透半反射 1 6b可為或包合一非偏光部分反射層（例如光擴散層），或 其可為m含一反射偏&器，#通過轴不對準背部偏光 f 16a的通過軸，或其可包含二種此特徵。半穿透半反射 益1 6b之乾例性具體實施例包括可配合圖}之半穿透半反射 益16使用之相同組件，包括VikuhiTM rdf_c膜、v^uitiTM • TDF膜、VikuitiTM DBEF系列之反射偏光器、以膽固醇為 基礎之反射偏光器，及包括可從M〇xtek公司獲得之線拇偏 光器。 因為液晶顯示器40在半穿透半反射器之前包括1收性 背部偏光器16a，故此係非反轉顯示器。在反射檢視模式 中明亮之像素在透射檢視模式中亦明亮，且在反射檢視模 式中係暗之像素在透射檢視模式中亦係暗。因此，控制器 2^須包括軟體以電子方式使液晶面板14之像素反轉，: %境光及背光照明係相加以增加顯示器亮度。 120229.doc 17 200807084 除非另外指示，用於太筇昍蚩 表達數曰次月曰及申s月專利範圍中的所有 = 性質之測量值及等等的數字應理解為在所有實 :精由術語，，大約，，來修飾。因此，除非指示相反意思， 本說明書及申請專利範圍中提出的數值參數係近似值，盆 ‘可：決於使用本發明之教示的熟習此項技術人士欲獲得： • 择… 乂且不武圖限制與申請專利範圍之範 可專效的原理之應用，各數值參數應至少依據所㈣有效 • 字之數目及藉由應用普通整數化技術來構成。雖缺提出 本發明之寬廣範壽的數值範圍及參數係近似值，在特定範 例中提出之數值係盡可能精確地描述。然而，任何數值固 有地含有-些必然產生於其各自測試測量中會發現之 偏差的誤差。 先前描述係說明性且無意於限制本發明之範嘴。在此揭 示之具體實施例的變化及修正係屬可能，且當研究此專利 文獻時’熟習此項技術人士將會理解具體實施例之各種元 的實際替代及等效物。在此揭示之具體實施例的此等及 其他k化及修改可在不脫離本發明之範疇及精神下進行。 【圖式簡單說明】 ° 圖1係一具有可暫時色彩分離之背光的半穿透半反射式 液晶顯示器的一部分之示意性側視圖； 圖2係一用於由背光發射之各種光成分的強度相對於時 間之合成圖；及 圖3係具有一可暫時色彩分離之背.光之另—半穿透半反 射式液晶顯示器的一部分之示意性側視圖。 120229.doc -18- 200807084 在圖式中，相同參考符號指相同元件。 【主要元件符號說明】
10 半穿透半反射式液晶顯不器 11 觀眾 12 前偏光器 14 液晶面板 16 分離之背部偏光器 16a 背部偏光器 16b 半穿透半反射器 18 背光 20 控制器 22 連接 24a-24g 個別像素 26 控制器 28 連接 29 連接 40 液晶顯不器 120229.doc -19-

Claims (1)

  1. 200807084 十、申請專利範圍： 禮牛牙透半反射式顯示器 透射檢視模式，該顯示器包含： 一液晶（LC)面板，其具有一像素陣列 其係佈置於該液晶面板之相反側 一前及背部偏光器 上； 一背光；·
    半牙透半反射裔，其可視需要地係該背部偏光器 包括該背部偏光器，該半穿透半反射器係佈置於該液 面板及該背光之間； 或 曰Β /、中/月光產生夕個光成分，其係可暫時分離以將該 透射檢視模式中之-全彩景象提供給該顯示器。 之顯示器’其中該半穿透半反射器包括該背 部：光器，且該背部偏光器係一反射偏光器。 月长員1之顯不益'’其中該前及背部偏光器係吸收性
    偏光器’且其中該半穿透半反射器包括一反射偏光器及 一光擴散層。 4·如#求項i之顯示器，其中該多個光成分係實質上紅、 綠及藍色。 5 ·如請求項1之g旨千哭、 、 ” ’八中該多個光成分中之各一成分 實I上照明陣列中之所有該等像素。 、：胃求項1之顯不益，其中該背光包含多個發光二極體 光源’其分別發射該多個光成分。 7· 如請求項1之_千哭 ^ 、 ”、、”’其中該背光包括複數個光源，其 I20229.doc 200807084 強度可分離地調雙且在不 一本a A J及長f中發射，該顯示器進 一少包含： 一控制器，其係電耦合匕 一 至δ亥月先，该控制器具有一第 4呆作模式，里中琴耸伞 , /、1 、先源依一產生該可暫時分離之多 個光成分的序列激發。 8·如請求項7之顯示器，其 Μ -V ^ Τ °亥拴制态亦具有一第二操作 供八’其中可同時啟動竇 持婊 、、上所有該等光源，不論是否 持，地或依一調變方式。 9·如請求項7之顯示器 模式，发中#η “也, 制為亦具有一第三操作 色影像。 厅有以先源’以提供-單 明求項9之顯示器，其中該二 — 該複數個# % ^ 弟一知作杈式猎由僅啟動 η•如：:中之-類型來提供該單色影像。 指發射二:員示器’其中該複數個光源中之該-類型 特疋色彩之光源。 120229.doc
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