JP2007206181A - 液晶表示装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】製造プロセスに起因した輝度ムラを低減する。
【解決手段】液晶表示装置は複数の液晶画素PXおよび複数の液晶画素PXに接続される複数の薄膜トランジスタTを有する表示パネルDPと、各薄膜トランジスタTを非映像信号書込用に駆動して非映像信号電圧を対応液晶画素に印加し、さらに薄膜トランジスタTを映像信号書込用に駆動して対応液晶画素PXに映像信号電圧を印加する駆動回路5,YD,XD,とを備える。駆動回路5,YD,XDは薄膜トランジスタTが映像信号書込用に駆動される期間において映像信号電圧の印加に先立って映像信号電圧よりも小さな振幅のオーバドライブ電圧を印加するように構成される。
【選択図】図1
【解決手段】液晶表示装置は複数の液晶画素PXおよび複数の液晶画素PXに接続される複数の薄膜トランジスタTを有する表示パネルDPと、各薄膜トランジスタTを非映像信号書込用に駆動して非映像信号電圧を対応液晶画素に印加し、さらに薄膜トランジスタTを映像信号書込用に駆動して対応液晶画素PXに映像信号電圧を印加する駆動回路5,YD,XD,とを備える。駆動回路5,YD,XDは薄膜トランジスタTが映像信号書込用に駆動される期間において映像信号電圧の印加に先立って映像信号電圧よりも小さな振幅のオーバドライブ電圧を印加するように構成される。
【選択図】図1
Description
本発明は、表示パネルが例えば1フレーム期間毎に映像信号に対応した映像信号表示および映像信号に対応しない黒または特定の中間調となる非映像信号表示を行う液晶表示装置に関する。
液晶表示装置に代表される平面表示装置は、コンピュータ、カーナビゲーションシステム、あるいはテレビ受信機等において画像を表示するために広く利用されている。液晶表示装置は、一般に複数の液晶画素のマトリクスアレイを含む液晶表示パネル、この液晶表示パネルを照明するバックライト、並びにこれら表示パネルおよびバックライトを制御する表示制御回路を有する。
液晶表示パネルはアレイ基板および対向基板間に液晶層を挟持した構造である。一般に、アレイ基板は略マトリクス状に配置される複数の画素電極、複数の画素電極の行に沿って配置される複数のゲート線、複数の画素電極の列に沿って配置される複数のソース線、複数のゲート線および複数のソース線の交差位置近傍に画素スイッチング素子として配置される薄膜トランジスタ(TFT:Thin Film Transistor)を有する。各薄膜トランジスタは、対応ゲート線が駆動されたときに導通して対応ソース線の電位を対応画素電極に印加する。対向基板は、カラーフィルタおよびこのカラーフィルタを覆って複数の画素電極に対向する共通電極を有する。一対の画素電極および共通電極はこれら電極間に位置する液晶層の一部である画素領域と共に液晶画素を構成する。画素電極および共通電極間の電位差は、薄膜トランジスタが非導通になった後に液晶駆動電圧として保持され、この液晶駆動電圧に対応した電界によって画素領域内の液晶分子配列を制御する。この制御において、液晶分子配列が一方向の電界によって制御される場合、液晶分子の偏在化が液晶層内で生じ、最終的に制御不能な状態になってしまう。共通電極の電位が一定である場合には、この偏在化を阻止するために、共通電極および画素電極間の電位関係である液晶駆動電圧の極性を例えば1フレーム単位あるいは水平画素ライン(1行分の画素)単位に周期的に反転させるように画素電極の電位を設定する必要がある。
表示制御回路は複数のゲート線を駆動するゲートドライバ、このゲートドライバによって駆動されたゲート線に対応する水平画素ラインの画素電極に対する画素電圧により複数のソース線を駆動するソースドライバ、およびこれらゲートドライバおよびソースドライバの動作タイミングを制御するコントローラ回路等を有する。
大型液晶テレビなどの分野では、動画表示に必要とされる高速な液晶応答性を有するOCB(Optically Compensated Bend)モードの液晶表示パネルが採用されつつある。この液晶表示パネルは液晶分子の配向状態をスプレイ配向からベンド配向に予め転移させて表示動作を行うが、このベンド配向は長時間に渡って電圧無印加状態にあるいはこの状態に近い状態が続く場合にスプレイ配向へ逆転移してしまう。このような液晶表示パネルでは、黒挿入駆動がスプレイ配向への逆転移を防止することを意図して用いられている(特許文献1を参照)。この場合、液晶表示パネルは映像信号表示を例えば1フレーム期間のうちの80%程度で行い、液晶駆動電圧が最大になる黒表示(非映像信号表示)を1フレーム期間の残り20%程度で行うように駆動される。また、この黒挿入駆動は、動画表示においてCRTに近いインパルス型の輝度応答を擬似的に作り出すことから、観察者の視覚に生じる網膜残像をクリアして物体の動きを滑らかに見せるためにも有効である。
一般的な黒挿入駆動では、複数のゲート線が1フレーム期間毎に黒挿入書込用および映像信号書込用に2回走査される必要がある。このため、ゲートドライバは黒挿入書込走査として映像信号の1水平走査期間(1H)の前半を利用して出力されるゲートパルスにより複数のゲート線を順次選択して駆動し、さらに映像信号書込走査として映像信号の1水平走査期間(1H)の後半を利用して出力されるゲートパルスにより複数のゲート線を順次選択して駆動する。ソースドライバは1水平走査期間(1H)の前半において1水平画素ラインの画素電極に画素電圧として黒挿入電圧を印加するように全ソース線を並列的に駆動し、さらに1水平走査期間(1H)の後半において1水平画素ラインの画素電極に画素電圧として映像信号電圧をそれぞれ印加するように全ソース線を並列的に駆動する。この場合、各画素PXの黒挿入期間は黒挿入書込走査から信号書込走査までの期間に等しい。
特開2002−202491号公報
ところで、複数の薄膜トランジスタの特性(特に移動度μや閾値Vt)が液晶表示パネルの製造プロセスに起因してばらついた場合に、これが表示画面上の輝度ムラとして観察される。この輝度ムラは画面サイズが大きい場合に特に顕著である。
本発明の目的は製造プロセスに起因した輝度ムラを低減することができる液晶表示装置を提供することにある。
本発明によれば、複数の液晶画素およびこれら液晶画素に接続される複数の薄膜トランジスタを有する表示パネルと、各薄膜トランジスタを非映像信号書込用に駆動して非映像信号電圧を対応液晶画素に印加し、さらにこの薄膜トランジスタを映像信号書込用に駆動して対応液晶画素に映像信号電圧を印加する駆動回路とを備え、この駆動回路は薄膜トランジスタが映像信号書込用に駆動される期間において映像信号電圧の印加に先立って映像信号電圧よりも小さな振幅のオーバドライブ電圧を印加するように構成される液晶表示装置が提供される。
この液晶表示装置では、薄膜トランジスタが映像信号書込用に駆動される期間において、映像信号電圧よりも小さな振幅のオーバドライブ電圧が映像信号電圧の印加に先立って対応液晶画素に印加される。これにより、映像信号電圧振幅と薄膜トランジスタが映像信号書込用に導通状態に維持される充電期間の終了時点における液晶画素の電位振幅との差である充電誤差のばらつき、並びにこの充電期間の終了時点における液晶画素の電位振幅と薄膜トランジスタが完全な非導通になった時点以降の保持期間における液晶画素の保持電位振幅との差である再充電誤差のばらつきが逆符号で重畳されて互いに打ち消しあうことになる。従って、保持電位振幅のばらつきが小さくなり、製造プロセスに起因した輝度ムラを低減することができる。
以下、本発明の一実施形態に係る液晶表示装置について添付図面を参照して説明する。
図1はこの液晶表示装置の回路構成を概略的に示す。液晶表示装置は液晶表示パネルDP、表示パネルDPを照明するバックライトBL、および表示パネルDPおよびバックライトBL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。液晶層3は、例えばノーマリホワイトの表示動作のために予めスプレイ配向からベンド配向に転移されると共にベンド配向からスプレイ配向への逆転移が周期的に印加され黒表示となる電圧により阻止される液晶材料を含む。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。スプレイ配向からベンド配向への転移は電源投入時に表示制御回路CNTにより行われる所定の初期化処理で比較的大きな電界を液晶に印加することにより得られる。
図2は液晶表示パネルDPの断面構造を概略的に示す。アレイ基板1は、ガラス板等からなる透明絶縁基板GL、この透明絶縁基板GL上に形成される複数の画素電極PE、およびこれら画素電極PE上に形成される配向膜ALを含む。対向基板2はガラス板等からなる透明絶縁基板GL、この透明絶縁基板GL上に形成されるカラーフィルタ層CF、このカラーフィルタ層CF上に形成される共通電極CE、およびこの共通電極CE上に形成される配向膜ALを含む。液晶層3は対向基板2とアレイ基板1の間隙に液晶材料を充填することにより得られる。図2では、液晶分子19がスプレイ配向した状態にある。また、液晶表示パネルDPはアレイ基板1および対向基板2の外側に配置される一対の位相差板RT、これら位相差板RTの外側に配置される一対の偏光板PL、およびアレイ基板1側の偏光板PLの外側に配置される光源用のバックライトBLを備える。アレイ基板1側の配向膜ALおよび対向基板2側の配向膜ALは互いに平行にラビング処理される。これにより、液晶分子のプレチルト角は約10°に設定される。
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、画素スイッチング素子として薄膜トランジスタTが配置される。各薄膜トランジスタTはゲート線Yに接続されるゲート、ソース線Xおよび画素電極PE間に接続されるソース−ドレインパスを有し、対応ゲート線Yを介して駆動されたときに導通して対応ソース線Xの電位を対応画素電極PEに印加する。
各画素電極PEおよび共通電極CE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、液晶層3の一部である画素領域と共に液晶画素PXを構成し、画素電極PEおよび共通電極CEの電位差である液晶駆動電圧に対応した電界によって画素領域内の液晶分子配列を制御する。
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。複数の蓄積容量線C1〜Cmは各々対応行の液晶画素PXの画素電極PEに容量結合して蓄積容量Cstを構成する。
表示制御回路CNTは、複数の薄膜トランジスタTを水平画素ライン(1行分の画素)単位に導通させるように複数のゲート線Y1〜Ymを順次選択して駆動するゲートドライバYD、このゲートドライバYDによって選択されたゲート線に対応する水平画素ラインの画素電極PEに対する画素電圧Vsにより複数のソース線X1〜Xnを並列的に駆動するソースドライバXD、表示パネルDPの駆動用電圧を発生する駆動用電圧発生回路4、並びにゲートドライバYDおよびソースドライバXDを制御するコントローラ回路5を備える。ゲートドライバYDは蓄積容量線C1〜Cmを所定電位に設定するためにも用いられる。
駆動用電圧発生回路4は、ソースドライバXDによって用いられる所定数の階調基準電圧VREFを発生する階調基準電圧発生回路6、および共通電極CEに印加されるコモン電圧Vcomを発生するコモン電圧発生回路7を含む。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に基づいてゲートドライバYDに対する制御信号CTYを発生する垂直タイミング制御回路11、外部信号源SSから入力される同期信号SYNCに基づいてソースドライバXDに対する制御信号CTXを発生する水平タイミング制御回路12、および外部信号源SSから入力される映像情報について例えば黒挿入2倍速変換を行う映像処理回路13を含む。映像情報は複数の液晶画素PXに対する複数の画素データDIであり、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は映像処理回路13から変換結果の画素データ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に行わせる垂直タイミング制御に用いられ、制御信号CTXは映像処理回路13の変換結果として1行分の液晶画素PX単位に得られ直列に出力される画素データ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に行わせる水平タイミング制御に用いられる。
図3は2倍速の垂直走査速度で黒挿入駆動を行う場合の動作を示す。ここでは、ゲートドライバYDが制御信号CTYの制御により1フレーム期間において複数のゲート線Y1〜Ymを映像信号書込用および黒挿入書込(非映像信号書込)用に順次選択し、各行の薄膜トランジスタTを1水平走査期間Hの1/2を越えない所定期間だけ導通させるゲートパルスを選択ゲート線Yに供給する。映像処理回路13では、1行分の画素データDIが1H毎に1行分の黒挿入(非映像)データBおよび1行分の映像信号データSに変換され、画素データDOとして出力される。映像信号データSは画素データDIと同じ階調値であり、黒挿入データBは黒表示の階調値である。1行分の黒挿入データBおよび1行分の映像信号データSの各々はそれぞれH/2期間ずつ映像処理回路13から直列に出力される。ソースドライバXDは上述の階調基準電圧発生回路6から供給される所定数の階調基準電圧VREFを参照してこれらデータ信号B,Sをそれぞれ黒挿入電圧、映像信号電圧に変換し、画素電圧Vsとして複数のソース線X1〜Xnに並列的に出力する。すなわち、ソースドライバXDは1水平走査期間(1H)の前半において1水平画素ラインの画素電極PEに黒挿入電圧を印加するようにソース線X1〜Xnを並列的に駆動し、さらに1水平走査期間(1H)の後半において1水平画素ラインの画素電極PEに映像信号電圧をそれぞれ印加するようにソース線X1〜Xnを並列的に駆動する。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、例えばライン反転駆動およびフレーム反転駆動を組み合わせた1H1V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。
尚、黒挿入における薄膜トランジスタの充電能力が不足する場合には、この不足を補うために例えば図4に示すようにゲートドライバYDおよびソースドライバXDを動作させてもよい。この場合、2回の黒挿入書込みが1回の映像信号書込みに対して行われる。また、駆動速度を下げる場合には、例えば図5に示すようにゲートドライバYDおよびソースドライバXDを動作させてもよい。この場合、ゲート線Y1〜Ymが黒挿入書込走査において2本ずつ選択され、映像信号書込走査において1本ずつ選択される。このような選択に同期し、黒挿入電圧、映像信号電圧、映像信号電圧が2連続水平走査期間(2H)において2H/3期間ずつソースドライバXDから出力される。ここでは、黒挿入書込みが2H/3期間において2水平画素ラインに対して一緒に行われるが、選択ゲート線数をさらに増大させて、例えば3水平画素ライン、4水平画素ライン、あるいはそれ以上の水平画素ラインに対して一緒に行われてもよい。
図6は図1に示す液晶表示パネルに対して黒挿入書込みに続いて従来方式の映像信号書込みを行った場合に得られる画素電極PEの電位変化の波形を示す。ここでは、液晶駆動電圧の極性が1フレーム毎に反転される場合を考える。正極性フレームでは、画素電極PEの電位が映像信号書込みによりに+黒挿入電圧レベルから+映像信号電圧レベルに向って低下する。負フレームでは、画素電極PEの電位が映像信号書込みにより−黒挿入電圧レベルから−映像信号電圧レベルに向って上昇する。薄膜トランジスタTの充電能力が不足していると、正極性フレームおよび負極性フレームのいずれであっても、薄膜トランジスタTが映像信号書込用に選択されたゲート線Yからのゲートパルスによって導通状態に維持される充電期間内において画素電極PEの電位を映像信号電圧レベルに到達させることが困難となる。すなわち、薄膜トランジスタTが非導通状態になったときに、画素電極PEの電位がソースドライバXDからソース線Xに出力される映像信号電圧に一致しない。充電誤差δV1は映像信号電圧振幅V0と充電期間終了時点における画素電極PEの電位振幅V1との差であって、正極性フレームおよび負極性フレームで平均されてδV1=V1−V0=(2V1 − 2V0)/2のように表される。
ゲートパルス、すなわちゲート線電位Vgが立ち下がって充電期間を終了させると、薄膜トランジスタTが非導通になる。これにより、画素電極PEがソース線Xから電気的に切離されたフローティング状態になり、薄膜トランジスタのゲート−ドレイン間の寄生容量Cgdを充電するように画素電極PEからの電荷移動が突抜現象として生じる。この結果、画素電極PEの電位が充電終了時のレベルから若干低下する。このときの電位変化量は突抜電圧と呼ばれる。もし図7に示すように、ゲートドライバYDから薄膜トランジスタTまでのゲート線Yの配線長に依存した配線抵抗や配線容量等によってゲート線電位Vgの立ち下がりに遅れがある場合には、薄膜トランジスタTのソース−ドレイン間電圧が閾値に達するまでの間、薄膜トランジスタTが完全な非導通状態にならず、突抜現象によって生じたソース−ドレイン間の電位差を無くすようにソース−ドレイン間に電流Idsが流れ、画素電極PEの電位を上昇させるように再充電を行う。この再充電による画素電極PEの電位変化量は再充電電圧と呼ばれる。従って、薄膜トランジスタTが完全な非導通になったとき、画素電極PEの電位は寄生容量Cgdに起因した突抜電圧と薄膜トランジスタTの非導通状態への遷移期間に起因した再充電電圧とを重畳した結果として決定される。再充電誤差δV2は充電期間終了時点における画素電極PEの電位振幅V1と薄膜トランジスタTが完全な非導通になった時点以降の保持期間における画素電極PEの保持電位振幅V2との差であって、正極性フレームおよび負極性フレームで平均されてδV2=V2−V1=(2V2 − 2V1)/2のように表される。従って、画素電極PEの保持電位振幅V2は映像信号振幅V0に充電誤差δV1と再充電誤差δV2を重畳した結果であり、V0+δV1+δV2で表される。
複数の薄膜トランジスタTの特性(特に移動度μや閾値Vt)が液晶表示パネルDPの製造プロセスに起因してばらついた場合に、これら薄膜トランジスタTにそれぞれ対応する画素電極PEの充電誤差δV1および再充電誤差δV2に違いが生じ、これが保持電位振幅V2をばらつかせる。この保持電位振幅V2のばらつきは表示画面上の輝度ムラとして観察されてしまう。充電誤差δV1は薄膜トランジスタTの充電能力が高いほど小さくなり、この充電能力は薄膜トランジスタTの移動度μが大きく閾値Vtが小さいほど高くなる。一方、再充電誤差δV2に関しても、薄膜トランジスタTの充電能力が高いほど小さくなる。但し、負極性フレームでのゲート−ドレイン間電圧が正極性フレームでのゲート−ドレイン間電圧よりも大きいため、再充電誤差δV2は負極性フレームの方が支配的となる。よって、薄膜トランジスタTの充電能力が大きく、負極性フレームでの再充電圧が大きいほど、再充電誤差δV2(=V2−V1)が小さくなる。すなわち、充電誤差δV1のばらつきと再充電誤差δV2のばらつきとは同符号で重畳されることになり、輝度ムラが顕著に表れやすい。画面サイズが大きい場合、この輝度ムラはさらに顕著に表れる。すなわち、画面サイズを大きくすると、ゲート線Yの配線抵抗および配線容量によって決るCR時定数も大きくなるため、ゲート電位Vgの立上りおよび立下りが遅くなる。立上りの遅れは実効的な書込時間を短くし、充電誤差δV1を増大する。さらに、立下りの遅れは波形のなまりとなって、再充電誤差δV2を増大する。
図8は図1に示す液晶表示装置に適用される映像信号書込方式で得られる画素電極PEの電位変化の波形を示す。この映像信号書込みを実現するため、ソースドライバXDは1水平画素ライン分の薄膜トランジスタTが映像信号書込用に駆動される期間において映像信号電圧の印加に先立って映像信号電圧よりも小さな振幅のオーバドライブ電圧ΔVsを1水平画素ラインの画素電極PEに印加するように構成される。具体的には、ソースドライバXDがコントローラ回路5によってタイミング制御され、一時的に映像信号電圧の振幅を約1V程度小さく設定して得られるオーバドライブ電圧ΔVsを複数のソース線X1〜Xnに出力する。画素電極PEが1H期間内でオーバドライブ電圧ΔVsにより充電されると、充電誤差δV1の符号が従来方式の駆動の場合と逆になるので、薄膜トランジスタTの充電能力が高いほどδV1が大きくなる。
本実施形態では、1水平画素ライン分の薄膜トランジスタTが映像信号書込用に駆動される期間において、映像信号電圧よりも小さな振幅のオーバドライブ電圧ΔVsが映像信号電圧の印加に先立って1水平画素ラインの画素電極PEに印加されたことにより、充電誤差δV1および再充電誤差δV2のばらつきが逆符号で重畳されて互いに打ち消しあうことになる。従って、画素電極PEの保持電位振幅V2のばらつきが小さくなり、輝度ムラが低減される。
実際に、アモルファスシリコン薄膜トランジスタTを用い2H1V反転駆動されるWXGA解像度の23型OCB液晶表示パネルDPに対して保持電位振幅V2のばらつきをシュミレーションしてみると、図9〜図11に示すような結果が得られた。図9は様々なオーバドライブ電圧ΔVsの印加により得られた充電誤差δV1を示すグラフであり、図10は様々なオーバドライブ電圧ΔVsの印加により得られた再充電誤差δV2を示すグラフであり、図11は図9に示す充電誤差δV1および図10に示す再充電誤差δV2を重畳した結果を示すグラフである。図11によれば、オーバドライブ電圧ΔVsを1.0V程度にすると、薄膜トランジスタTの特性のばらつきが最大の場合と最小の場合の保持電位振幅V2の差がほぼ0mVとなることがわかる。
尚、本発明は上述の実施形態に限定されず、その要旨を逸脱しない範囲で様々に変形可能である。
上述のオーバドライブ電圧ΔVsは映像信号電圧によらずに一定であってもよく、映像信号電圧に対応して変化させてもよい。また、オーバドライブ電圧ΔVsは正極性側と負極性側とで異なる値に設定してもよい。さらに、オーバドライブ電圧ΔVsを印加する時間を映像信号電圧に対応して変化させてもよい。
1…アレイ基板、2…対向基板、3…液晶層、5…コントローラ回路、DP…液晶表示パネル、PE…画素電極、CE…共通電極、Clc…液晶容量、Cst…蓄積容量、PX…液晶画素、T…薄膜トランジスタ、Y…ゲート線、X…ソース線、YD…ゲートドライバ、XD…ソースドライバ。
Claims (7)
- 複数の液晶画素および前記複数の液晶画素に接続される複数の薄膜トランジスタを有する表示パネルと、各薄膜トランジスタを非映像信号書込用に駆動して非映像信号電圧を対応液晶画素に印加し、さらに前記薄膜トランジスタを映像信号書込用に駆動して前記対応液晶画素に映像信号電圧を印加する駆動回路とを備え、前記駆動回路は前記薄膜トランジスタが前記映像信号書込用に駆動される期間において前記映像信号電圧の印加に先立って前記映像信号電圧よりも小さな振幅のオーバドライブ電圧を印加するように構成されることを特徴とする液晶表示装置。
- 前記駆動回路は前記非映像信号電圧および前記映像信号電圧を周期的に極性反転させるように構成されることを特徴とする請求項1に記載の液晶表示装置。
- 前記オーバドライブ電圧は映像信号電圧に対応して変化することを特徴とする請求項2に記載の液晶表示装置。
- 前記オーバドライブ電圧は映像信号電圧によらずに一定であることを特徴とする請求項2に記載の液晶表示装置。
- 前記オーバドライブ電圧は正極性側と負極性側とで異なる値に設定されることを特徴とする請求項2に記載の液晶表示装置。
- 前記オーバドライブ電圧の印加時間は映像信号電圧に対応して変化することを特徴とする請求項2に記載の液晶表示装置。
- 前記液晶画素はOCB液晶画素であることを特徴とする請求項2に記載の液晶表示装置。
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