JP6890036B2 - Liquid crystal display device - Google Patents
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Description
本発明は、液晶表示装置に関する。 The present invention relates to a liquid crystal display device.
特開2015−55805号公報(特許文献1)には、エレクトロデポジション素子を用いて反射モードと透過モードの切り換えを行う液晶表示装置が開示されている。この液晶表示装置は、例えば日中の太陽光直下など外光が強い環境下ではエレクトロデポジション素子を反射状態にすることで、外光を利用した反射型の液晶表示装置として利用することができる。また、この液晶表示装置は、例えば夜間など外光が弱い環境下ではエレクトロデポジション素子を透過状態にすることで、バックライト光を利用した透過型の液晶表示装置として利用することができる。 Japanese Unexamined Patent Publication No. 2015-555805 (Patent Document 1) discloses a liquid crystal display device that switches between a reflection mode and a transmission mode using an electrodeposition element. This liquid crystal display device can be used as a reflective liquid crystal display device using external light by putting the electrodeposition element in a reflective state in an environment where external light is strong, such as directly under sunlight in the daytime. .. Further, this liquid crystal display device can be used as a transmissive liquid crystal display device using backlight light by putting the electrodeposition element in a transmissive state in an environment where external light is weak, such as at night.
ところで、上記した従来例の液晶表示装置では、透過型と反射型の2タイプの動作モードを選択することが可能であるが、更に多様な動作モードを実現できれば、液晶表示装置の商品価値をより高めることが可能となる。 By the way, in the above-mentioned conventional liquid crystal display device, it is possible to select two types of operation modes, a transmissive type and a reflective type. However, if a wider variety of operation modes can be realized, the commercial value of the liquid crystal display device will be further enhanced. It becomes possible to increase.
本発明に係る具体的態様は、多様な動作モードを実現可能な液晶表示装置を提供することを目的の1つとする。 One of the specific aspects of the present invention is to provide a liquid crystal display device capable of realizing various operation modes.
[1]本発明に係る一態様の液晶表示装置は、(a)液晶表示パネルと、前記液晶表示パネルを挟んで対向配置される一対の偏光板と、前記液晶表示パネルの前面側又は背面側に配置される電気光学素子と、前記液晶表示パネルの背面側に配置されて当該液晶表示パネルへ光を入射させる光源と、を含み、(b)前記電気光学素子は、一対の基板と、前記一対の基板の各々の一面側に設けられる一対の電極と、エレクトロデポジション材料を含有しており、前記一対の電極との間に配置される電解質層とを有し、(c)前記一対の電極のうち1つの電極は、前記電解質層と接する一面側に凹凸形状を有しており、当該凹凸形状の表面粗さRaと平均長さRSmの比であるRa/RSmの値が0.0214以上である、液晶表示装置である。
[2]本発明に係る他の態様の液晶表示装置は、(a)液晶表示パネルと、前記液晶表示パネルの少なくとも一面側に配置される偏光板と、前記液晶表示パネルの前面側又は背面側に配置される電気光学素子と、前記液晶表示パネルの前面側に配置されて当該液晶表示パネルへ光を入射させる光源と、を含み、(b)前記電気光学素子は、一対の基板と、前記一対の基板の各々の一面側に設けられる一対の電極と、エレクトロデポジション材料を含有しており、前記一対の電極との間に配置される電解質層とを有し、(c)前記一対の電極のうち1つの電極は、前記電解質層と接する一面側に凹凸形状を有しており、当該凹凸形状の表面粗さRaと平均長さRSmの比であるRa/RSmの値が0.0214以上である、液晶表示装置である。
[1] The liquid crystal display device of one aspect according to the present invention includes (a) a liquid crystal display panel, a pair of polarizing plates arranged to face each other with the liquid crystal display panel interposed therebetween, and a front side or a back side of the liquid crystal display panel. (B) The electro-optical element includes a pair of substrates and a light source which is arranged on the back side of the liquid crystal display panel and causes light to enter the liquid crystal display panel. It has a pair of electrodes provided on one side of each of the pair of substrates, and an electrolyte layer containing an electrodeposition material and arranged between the pair of electrodes, and (c) the pair. One of the electrodes has a concavo-convex shape on one side in contact with the electrolyte layer, and the value of Ra / RSm, which is the ratio of the surface roughness Ra of the concavo-convex shape to the average length RSm, is 0.0214. This is the liquid crystal display device.
[2] The liquid crystal display device of another aspect according to the present invention includes (a) a liquid crystal display panel, a polarizing plate arranged on at least one surface side of the liquid crystal display panel, and a front side or a back side of the liquid crystal display panel. (B) The electro-optical element includes a pair of substrates and a light source which is arranged on the front side of the liquid crystal display panel and causes light to enter the liquid crystal display panel. It has a pair of electrodes provided on one side of each of the pair of substrates, and an electrolyte layer containing an electrodeposition material and arranged between the pair of electrodes, and (c) the pair. One of the electrodes has a concavo-convex shape on one side in contact with the electrolyte layer, and the value of Ra / RSm, which is the ratio of the surface roughness Ra of the concavo-convex shape to the average length RSm, is 0.0214. This is the liquid crystal display device.
上記構成によれば、多様な動作モードを実現可能な液晶表示装置を提供することが可能となる。 According to the above configuration, it is possible to provide a liquid crystal display device capable of realizing various operation modes.
(第1実施形態)
図1は、第1実施形態の液晶表示装置の構成を示す模式的な側面図である。図1に示す液晶表示装置100は、液晶表示パネル1、電気光学素子(エレクトロデポジション素子)2、一対の偏光板3、4、バックライト5を含んで構成されている。この液晶表示装置100は、対向配置される一対の偏光板3、4の間に液晶表示パネル1が配置され、液晶表示パネル1の背面側であって偏光板4よりも外側に電気光学素子2が配置され、さらに電気光学素子2の背面側にバックライト5が配置されており、偏光板3の外側(液晶表示パネル1と近接しない側)からユーザに視認されるようにして用いられる。
(First Embodiment)
FIG. 1 is a schematic side view showing the configuration of the liquid crystal display device of the first embodiment. The liquid
液晶表示パネル1は、駆動装置からの駆動信号を受けて任意の画像を形成する。一対の偏光板3、4は、例えば互いの吸収軸を略直交させて配置されており、液晶表示パネル1を挟んで対向配置されている。電気光学素子2は、駆動装置からの駆動信号を受けて、鏡面反射状態、透過状態、散乱反射状態、散乱透過状態の何れかの状態を選択的に得られる素子である。バックライト5は、液晶表示パネル1の画像形成に必要な光を放出する光源装置である。
The liquid
本実施形態の液晶表示装置100は、以下のような多様な動作を実現可能である。
例えば、周囲が明るい状況では、バックライト5を消灯状態とし、かつ電気光学素子2を鏡面反射状態もしくは散乱反射状態にすることで、反射型の液晶表示装置として用いることができる。電気光学素子2を鏡面反射状態にした場合には、ある限られた範囲(視角範囲)で高輝度の画像表示を得ることができるため、例えばパーソナルユースに適している。また、電気光学素子2を散乱反射状態にした場合には、広い範囲(視角範囲)で画像表示を得ることができるため、例えばパブリックユースに適している。
The liquid
For example, when the surroundings are bright, the
また、例えば、周囲が暗い状況では、バックライト5を点灯状態とし、かつ電気光学素子2を透過状態もしくは散乱透過状態にすることで、透過型の液晶表示装置として用いることができる。電気光学素子2を透過状態とした場合には、比較的に限られた範囲(視角範囲)で高輝度の画像表示を得ることができるため、例えばパーソナルユースに適している。また、電気光学素子2を散乱透過状態にした場合には、広い範囲(視角範囲)で画像表示を得ることができるため、例えばパブリックユースに適している。これらの場合には、バックライト5が指向性の高いものであると更に好ましい。
Further, for example, when the surroundings are dark, the
以下、液晶表示装置100における主要な構成である液晶表示パネル1および電気光学素子2について更に詳細に説明する。
Hereinafter, the liquid
図2は、液晶表示パネルの構成例を示す断面図である。図2に示す液晶表示パネル1は、対向配置された第1基板11および第2基板12と、第1基板11に設けられた第1電極13と、第2基板12に設けられた第2電極14と、第1基板11と第2基板12の間に配置された液晶層17、および駆動装置18を備える。本実施形態の液晶表示パネル1は、電極同士の重なり合う領域が表示したい文字や図案を形作るように構成され、基本的に予め定めた文字等のみを表示可能であり、概ね、有効表示領域内における面積比で多くとも70%以下、通常は50%以下の領域が文字等の表示に寄与するものであるセグメント表示型の液晶表示パネルである。なお、液晶表示パネル1は、複数の画素がマトリクス状に配列されたドットマトリクス表示型であってもよいし、セグメント表示型とドットマトリクス型が混合したものであってもよい。
FIG. 2 is a cross-sectional view showing a configuration example of a liquid crystal display panel. The liquid
第1基板11および第2基板12は、それぞれ、平面視において矩形状の基板であり、互いに対向して配置されている。第1基板11、第2基板12としては、例えばガラス基板、プラスチック基板等の透明基板を用いることができる。図示のように、第1基板11と第2基板12の間には、例えば多数のスペーサーが均一に分散配置されており、それらスペーサーによって両基板の間隙が所望の大きさ(例えば数μm程度)に保たれている。
The
第1電極13は、第1基板11の一面側に設けられている。同様に、第2電極14は、第2基板12の一面側に設けられている。第1電極13および第2電極14は、それぞれ例えばインジウム錫酸化物(ITO)などの透明導電膜を適宜パターニングすることによって構成されている。なお、図示を省略しているが各電極の上面にさらに絶縁膜が設けられていてもよい。これら第1電極13、第2電極14に対して駆動装置18から適宜駆動電圧が供給される。
The
第1配向膜15は、第1基板11の一面側に第1電極13を覆うようにして設けられている。第2配向膜16は、第2基板12の一面側に第2電極14を覆うようにして設けられている。これらの第1配向膜15、第2配向膜16としては、液晶層17の配向状態を垂直配向に規制する垂直配向膜が用いられている。各配向膜15、16は、ラビング処理等の一軸配向処理が施されており、一方向への配向規制力を有している。各配向膜15、16への配向処理の方向は、例えば互い違い(アンチパラレル)となるように設定される。
The
液晶層17は、第1基板11と第2基板12の間に設けられている。本実施形態においては、誘電率異方性Δεが負でありカイラル材を含まず、流動性を有するネマティック液晶材料を用いて液晶層17が構成される。本実施形態の液晶層17は、電圧無印加時における液晶分子の配向方向が一方向に傾斜した状態となり、第1基板11および第2基板12の各基板面に対して概ね、88°以上90°未満の範囲内のプレティルト角を有する略垂直配向となるように設定されている。そして、第1電極13と第2電極14の間に電圧を印加した際には、液晶層17の液晶分子は配向処理によって規制された方向へ配向する。
The
図3は、電気光学素子の構成例を示す模式的な断面図である。図3に示す電気光学素子は、第3基板21、第4基板22、第3電極23、第4電極24、電解質層25、駆動装置28を含んで構成されている。
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing a configuration example of the electro-optical element. The electro-optical element shown in FIG. 3 includes a
第3基板21は、例えば透光性を有する硬質の基板(例えばガラス基板)である。この第3基板21の一面側には、そのほぼ全面にわたって微細な凹凸形状を有する第3電極23が設けられている。同様に、第4基板22は、例えば透光性を有する硬質の基板(例えばガラス基板)である。この第4基板22の一面側には、そのほぼ全面にわたって平坦な第4電極24が設けられている。
The
第3基板21と第4基板22とは、互いの一面側を向かい合わせて配置されている。本実施形態では、電解質層25を封止するシール材(図示せず)にギャップ材(例えば直径50μm)が添加されており、このギャップ材によって第3基板21と第4基板22の相互間距離(セル厚)を確保する。なお、第3基板21、第4基板22として大面積のものを用いる場合には、セル厚のムラを低減するために基板面内にギャップ材を分散配置することが好ましい。
The
電解質層25は、エレクトロデポジション材料を含む電解液を用いて構成されており、第3基板21と第4基板22の各一面側の間に配置されている。詳細には、電解質層25を構成する電解液は、エレクトロクロミック材料、メディエータ、支持電解質、溶媒、ゲル化用ポリマーなどを含んで構成される。
The
電解質層25を構成する材料の一例として、エレクトロクロミック材料にはAgBrを350mM用い、メディエータにはCuCl2を30mM用い、支持電解質にはLiBrを700mM用い、溶媒にはトリグライムを用いることができる。
As an example of the material constituting the
なお、銀化合物は上記に限定されず、塩化銀、酸化銀、臭化銀、ヨウ化銀、硝酸銀などを用いることができる。銀化合物の濃度は、例えば5mM以上500mM以下であることが好ましいがこれに限定されない。 The silver compound is not limited to the above, and silver chloride, silver oxide, silver bromide, silver iodide, silver nitrate and the like can be used. The concentration of the silver compound is preferably, but is not limited to, 5 mM or more and 500 mM or less, for example.
支持電解質は、発色材料の酸化還元反応等を促進するものであれば特に限定されず、例えばリチウム塩(LiCl、LiBr、LiI、LiBF4、LiClO4等)、カリウム塩(KCl、KBr、KI等)、ナトリウム塩(NaCl、NaBr、NaI等)を好適に用いることができる。支持電解質の濃度は、例えば10mM以上1M以下であることが好ましいがこれに限定されない。 The supporting electrolyte is not particularly limited as long as it promotes the oxidation-reduction reaction of the coloring material, for example, lithium salts (LiCl, LiBr, LiI, LiBF 4 , LiClO 4, etc.), potassium salts (KCl, KBr, KI, etc.). ), Sodium salts (NaCl, NaCl, NaI, etc.) can be preferably used. The concentration of the supporting electrolyte is preferably, but is not limited to, 10 mM or more and 1 M or less, for example.
溶媒は、発色材料等を安定的に保持することができるものであって、第3基板21、第4基板22の構成材料と屈折率nが近いか同程度であれば特に限定されない。屈折率が同程度であることが望ましいのは、電気光学素子を透明状態とする場合において界面での反射が極力生じないようにして透明性を高めるためである。例えば、各基板の屈折率が1.52の無アルカリガラスであるとすると、溶媒とガラスとの屈折率差が±0.15であれば界面反射を1%以下にでき、屈折率差が±0.10であれば界面反射を0.5%以下にできる。このような溶媒としては炭酸プロピレン等の極性溶媒、極性のない有機溶媒、さらには、イオン性液体、イオン導電性高分子、高分子電解質等を用いることができる。具体的には、トリグライム(n=1.432)、炭酸プロピレン(n=1.419)、ジメチルスルホキシド(n=1.479)、N,N−ジメチルホルムアミド(n=1.431)、テトラヒドロフラン(n=1.409)、γ−ブチロラクトン(n=1.436)等を用いることができる。
The solvent is one that can stably hold the color-developing material and the like, and is not particularly limited as long as the refractive index n is close to or similar to that of the constituent materials of the
駆動装置28は、第3電極23および第4電極24と接続されており、これらを介して電解質層25へ駆動電圧を供給する。
The
図4は、第3電極の構成を詳細に説明するための模式的な断面図である。第3電極23の構成としてはいくつかの態様が考えられる。図4(A)に示す態様の第3電極23は、第3基板21の一面側に形成された多数の微細な凹部31の表面形状に沿って設けられた導電膜32を含んで構成されている。図示のように導電膜32は、凹部31の表面形状に沿って設けられ、第3基板21の一面側において多数の凹部34からなる凹凸形状を有する。図4(B)に示す態様の第3電極23は、第3基板21の一面側に設けられた導電膜33を有しており、導電膜33はその一面側に微細な多数の凹部34からなる凹凸形状を有する。これらの何れの態様によっても微細な凹凸形状を有する第3電極23が得られる。
FIG. 4 is a schematic cross-sectional view for explaining the configuration of the third electrode in detail. Several modes can be considered as the configuration of the
図4(C)は、第3電極の凹凸形状について詳細に説明するための模式的な断面図である。第3電極23の導電膜32(または33)の表面における凹凸は、例えば図示のように凹部34の深さLと幅Wによって定義することができる。凹部34の深さLは、例えば400nm程度であり、凹部34の幅Wは、例えば数μmである。なお、凹部34の形状モデルとしては図示のような半球状を考えるが、実際には半球状に近いランダム形状になると考えられ、その深さや幅も一定ではなくある一定範囲においてバラツキを有し得る。
FIG. 4C is a schematic cross-sectional view for explaining in detail the uneven shape of the third electrode. The unevenness on the surface of the conductive film 32 (or 33) of the
図5は、電気光学素子の動作原理を説明するための模式的な断面図である。
図5(A)は、散乱反射状態(白色状態)を実現する際の動作原理を示す。第3電極23と第4電極24の間に、第3電極23側が相対的に低電位となるようにして直流電圧を印加することで、金属核が発生して成長し、図示のように第3電極23の凹部34上に金属膜40が析出する。ここで析出する金属膜40は、図示のように各凹部34を含んで構成される微小な凹凸形状に沿うようにして形成された緻密な膜となる。このときの凹凸形状が可視光の波長サイズ以上であれば入射光は散乱反射されるので、外観上は白色状態となる。
FIG. 5 is a schematic cross-sectional view for explaining the operating principle of the electro-optical element.
FIG. 5A shows an operating principle when the scattering reflection state (white state) is realized. By applying a DC voltage between the
図5(B)は、鏡面状態を実現する際の動作原理を示す。第3電極23と第4電極24の間に、第4電極24側が相対的に低電位となるようにして直流電圧を印加することで、金属核が発生して成長し、図示のように第4電極24の表面上に平坦な金属膜40が析出する。このときの平坦な金属膜40への入射光は正反射されるので、外観上は鏡面状態となる。
FIG. 5B shows the operating principle when realizing the mirror surface state. By applying a DC voltage between the
なお、図示を省略するが第3電極23と第4電極24の間に電圧を印加しない状態(電圧無印加状態)においては、金属膜が析出しないため、外観上は透明状態となる。また、第3電極23と第4電極24の間に、第3電極23側が相対的に低電位となるようにして直流電圧を印加する際に、その電位差を比較的小さくすることで、第3電極23の凹部34への金属膜40の析出量が相対的に少なくなり、図5(C)に図示されるように部分的に金属膜40が途切れるため入射光が散乱透過される状態となる。
Although not shown, in a state where no voltage is applied between the
このように本実施形態の電気光学素子2は、第3電極23と第4電極24の間への電圧印加の状態に応じて、外観上、散乱反射状態、鏡面状態、透明状態および散乱透過状態の各状態を選択的に得ることができる。
As described above, the electro-
次に、本実施形態の電気光学素子の製造方法について説明する。ここでは、第3基板21の一面側の多数の微細な凹部31に設けられた導電膜32を含んで第3電極23が構成されている場合(図4(A)参照)について、その好適な製造方法の一例を説明する。
Next, a method of manufacturing the electro-optical element of the present embodiment will be described. Here, the case where the
無アルカリガラス基板などの透明基板の一面に、例えばブラスト処理を施すことにより、透明基板の一面側に微細な凹凸形状を形成する。これにより、一面側に微細な凹凸形状を有する第3基板21が得られる。このとき、ブラスト処理の諸条件を適宜設定することで、第3基板21の凹凸形状の粗さ具合を制御することができる。ブラスト処理を用いる場合に、その諸条件としては、投射材(砥粒)の粒径、投射材の材質、投射圧力、投射角度、処理時の基板距離、処理時間などが挙げられる。なお、ブラスト処理に変えてウェットエッチング処理などを用いてもよい。ウェットエッチング処理の諸条件としては、薬液組成、濃度、処理時間などが挙げられる。
By subjecting one surface of a transparent substrate such as a non-alkali glass substrate to a blast treatment, for example, a fine uneven shape is formed on one surface side of the transparent substrate. As a result, the
次に、第3基板21の凹凸形状を有する面に導電膜を形成する。例えば、ITO(インジウム錫酸化物)からなる透明導電膜(ITO膜)をスパッタ法によって成膜する。これにより、第3基板21の一面側に設けられた多数の微細な凹部31に設けられた導電膜32によって構成される第3電極23が得られる。導電膜32としてのITO膜のシート抵抗は例えば5Ω/sq.程度であり、膜厚は数百nmである。
Next, a conductive film is formed on the surface of the
また、無アルカリガラス基板などの透明基板をもう1つ用意し、その一面に導電膜を形成する。例えば、ITO膜をスパッタ法によって成膜する。これにより、一面側に第4電極24を有する第4基板22が得られる。導電膜としてのITO膜のシート抵抗は例えば5Ω/sq.程度であり、膜厚は数百nmである。
Further, another transparent substrate such as a non-alkali glass substrate is prepared, and a conductive film is formed on one surface thereof. For example, an ITO film is formed by a sputtering method. As a result, the
なお、透明導電膜としては可視光領域での光透過性が高ければ特に限定されず、例えばZnO膜、Ga2O5膜、グラフェン膜などを用いることもできる。また、透明導電膜の形成方法についても特に限定はなく、例えば真空蒸着法、イオンプレーティング法、スピンコーティング法など種々考えられる。 The transparent conductive film is not particularly limited as long as it has high light transmittance in the visible light region, and for example, a ZnO film, a Ga 2 O 5 film, a graphene film, or the like can be used. Further, the method for forming the transparent conductive film is not particularly limited, and various methods such as a vacuum deposition method, an ion plating method, and a spin coating method can be considered.
次に、一方の基板、例えば第3基板21の一面側にギャップ材を添加されたシール材料を塗布する。シール材料としては、例えば紫外線硬化型、熱硬化型、紫外線硬化と熱硬化の混合型など種々のものを用いることができる。
Next, a sealing material to which a gap material is added is applied to one of the substrates, for example, one surface side of the
また、他方の第4基板22の一面側にギャップ材を散布する。このときの散布量は1〜3個/mm2とするのが経験上好ましいがこれに限られない。なお、ギャップ材に代えて、リブなどの突起体を基板上に形成することでギャップコントロールを行ってもよい。この場合、突起体のアスペクト比はなるべく高いことが好ましい。
Further, the gap material is sprayed on one surface side of the other
次に、第3基板21と第4基板22の間にエレクトロデポジション材料を含む電解液を封入する。この工程は、例えば、ワンドロップフィリング法(ODF法)によって行うことができる。具体的には、第3基板21の一面側のシール材料に囲まれた領域内に電解液を滴下した後、この第3基板21の一面と第4基板22の一面を向かい合わせて両者を貼り合わせる。そして、紫外線および/または熱を与えることによってシール材料を硬化させる。これにより、シール材とこれによって周囲を封止された電解質層25が得られる。なお、第3基板21と第4基板22を先に貼り合わせた後に両者間へ真空注入法によって電解液を注入してもよいし、その他の方法を用いてもよい。
Next, an electrolytic solution containing an electrodeposition material is sealed between the
以上のようにして、本実施形態の電気光学素子を製造することができる。なお、第3電極23が第3基板21の一面側に設けられた導電膜33の一面に多数の微細な凹部34を設けて構成されている場合(図4(B)参照)についても、第3電極23を得る工程を除いて上記と同様の製造方法を用いることができる。なお、第3電極23を得る工程については、例えば、第3基板21の一面上にスパッタ法など適宜の成膜法によって導電膜33を形成し、その導電膜33の一面をブラスト処理やエッチング処理によって加工することによって多数の凹部34を形成すればよい。他にITOなど導電性材料からなる微粒子を含んだ導電膜33とすることで凹部を形成することも可能である。
As described above, the electro-optical element of the present embodiment can be manufactured. In addition, also in the case where the
次に、電気光学素子の実施例について説明する。ここでは、実施例として、いくつかのサンプルの作製例を説明する。各サンプルの電解質層25の層厚は50μmとした。電解質としては、溶媒をトリグライムとし、エレクトロクロミック材としてAgBrを350mM添加し、支持電解質としてLiBrを700mM加え、メディエータとしてCuCl2を30mM加えた。また、第3電極23、第4電極24としてはそれぞれシート抵抗5Ω/sq.のITO膜を用いた。
Next, an example of the electro-optical element will be described. Here, as an example, a production example of some samples will be described. The layer thickness of the
第3電極23の表面の凹凸形状については、ブラスト条件を変えることで以下のように表面状態、具体的には平均粗さ(算術平均粗さ)Ra、平均長さRSm、平均深さRcがそれぞれ異なるサンプルを作製した。ここでいう平均粗さ(算術平均粗さ)Ra、平均長さRSm、平均深さRcのそれぞれはJIS規格(JIS B 0601:2001)により定義されるものに対応している。
Regarding the uneven shape of the surface of the
サンプル1: Ra=0.12μm、RSm=20.0μm、Rc=0.43μm
サンプル2: Ra=0.49μm、RSm=18.5μm、Rc=1.77μm
サンプル3: Ra=0.54μm、RSm=25.2μm、Rc=1.93μm
Sample 1: Ra = 0.12 μm, RSm = 20.0 μm, Rc = 0.43 μm
Sample 2: Ra = 0.49 μm, RSm = 18.5 μm, Rc = 1.77 μm
Sample 3: Ra = 0.54 μm, RSm = 25.2 μm, Rc = 1.93 μm
図6は、実施例の電気光学素子の各サンプルにおける表面処理状態の観察画像を示す図である。詳細には、図6(A)は上記サンプル1の観察画像、図6(B)は上記サンプル2の観察画像である。なお、サンプル3の観察画像は省略する。図示のように、サンプル1は、表面粗さRaが0.12μm、表面に形成される各凹部34の径が概ね2〜5μmである。サンプル2は、表面粗さRaが0.49μm、表面に形成される各凹部34の径が概ね3〜7μmである。
FIG. 6 is a diagram showing an observation image of a surface-treated state in each sample of the electro-optical element of the example. Specifically, FIG. 6 (A) is an observation image of the
次に、各サンプルの視野角特性について説明する。一般的に、視野角の特性は、被測定物の基板面の法線方向を基準として5°傾いた角度における反射輝度に対する、各角度での反射輝度の角度依存性により評価される。映像を視認できる範囲は視野範囲角度と呼ばれ、相対反射輝度が1/2の値となる角度をいう。広視野角の画像表示を得るには、視野範囲角度が60°以上であることが好ましい。各サンプルについて、各角度での反射輝度を5°〜60°の範囲で5°毎に測定した。 Next, the viewing angle characteristics of each sample will be described. Generally, the characteristic of the viewing angle is evaluated by the angle dependence of the reflected brightness at each angle with respect to the reflected brightness at an angle inclined by 5 ° with respect to the normal direction of the substrate surface of the object to be measured. The range in which the image can be visually recognized is called the viewing range angle, and is the angle at which the relative reflection brightness is halved. In order to obtain an image display with a wide viewing angle, it is preferable that the viewing range angle is 60 ° or more. For each sample, the reflection brightness at each angle was measured every 5 ° in the range of 5 ° to 60 °.
図7は、実施例の電気光学素子のスクリーン特性を示す図である。LCD5200にて測定を行った。各角度での反射輝度を同じ角度での標準拡散板(酸化マグネシウム)の反射輝度で割り、さらに5°のときの値で規格化した結果である。サンプル1では視野範囲角度が10°程度となるが、サンプル2、3では視野範囲角度が少なくとも60°以上であり、十分な反射特性を有することが分かる。サンプル2、3のそれぞれの表面粗さRaは0.25μm以上である。一般的にRaが波長の1/2以上であると散乱が強まると言われており、可視光の散乱とすると550nmとして考え、このことと一致した結果が得られていることが分かる。
FIG. 7 is a diagram showing screen characteristics of the electro-optical element of the embodiment. The measurement was performed with LCD5200. This is the result of dividing the reflection brightness at each angle by the reflection brightness of the standard diffuser plate (magnesium oxide) at the same angle, and further standardizing the value at 5 °. In
図8は、実施例の電気光学素子の相対反射輝度と表面粗さの関係を示す図である。表面粗さRaが0.15μmよりも大きくなると視野範囲角度は大きくなる傾向にあるが、必ずしも表面粗さRaに対して60°での相対反射輝度は単調に増加していない。これは、第3電極23の表面凹凸の密度に関係すると考えられる。表面凹凸は平均長さRSmの間隔で存在しているが、Raに対してRSmが大きくなると表面凹凸の密度が低くなり散乱は小さくなる。
FIG. 8 is a diagram showing the relationship between the relative reflection brightness and the surface roughness of the electro-optical element of the embodiment. When the surface roughness Ra becomes larger than 0.15 μm, the viewing range angle tends to increase, but the relative reflection brightness at 60 ° with respect to the surface roughness Ra does not necessarily increase monotonically. This is considered to be related to the density of the surface unevenness of the
図9は、実施例の電気光学素子の相対反射輝度とRa/RSm(RaとRSmの比)との関係を示す図である。図示のように、Ra/RSmが大きくなるほど60°での相対反射輝度は大きくなることが分かる。各プロットに基づいて得た近似曲線によれば、60°での相対反射輝度を0.5以上とするためには、Ra/RSmの値が少なくとも0.018以上であればよいことが分かる。 FIG. 9 is a diagram showing the relationship between the relative reflection brightness of the electro-optical element of the embodiment and Ra / RSm (ratio of Ra and RSm). As shown in the figure, it can be seen that the larger the Ra / RSm, the larger the relative reflection brightness at 60 °. According to the approximate curve obtained based on each plot, it can be seen that the value of Ra / RSm should be at least 0.018 or more in order to make the relative reflection brightness at 60 ° 0.5 or more.
図10は、表面凹凸のサイズと散乱効率の関係を示す図である。表面凹凸による散乱は凹凸高さによってもその散乱効率が異なる。銀膜からなる第3電極23の表面凹凸を球で近似した場合、各サイズの凹凸部1個に対する散乱効率は図示の通りとなる。Mie散乱理論により散乱断面積を求め、散乱効率は散乱断面積と凹凸部1個の投影断面積の比により求めた。散乱断面積が投影断面積よりも大きくなる場合の散乱効率は1とした。図10より、散乱効率は表面凹凸のサイズが10μmになると可視光領域で0.5程度となる。すなわち50%は正反射成分となり、鏡面反射に近い反射特性となる。したがって、表面凹凸の平均深さRcはこれよりも小さい必要があり、10μm以下にするとよいことが分かる。また、一般的に表面凹凸のサイズが入射光の波長の1/10以下になると散乱は生じないため、これよりも大きなサイズにするとよいことが分かる。視野範囲角度が60°以上であるサンプル2、3の平均深さRcはそれぞれ1.77μm、1.93μmであり、計算によって求めた散乱効率の高い表面凹凸のサイズとよく一致している。
FIG. 10 is a diagram showing the relationship between the size of surface irregularities and the scattering efficiency. Scattering due to surface irregularities has different scattering efficiencies depending on the height of the irregularities. When the surface unevenness of the
図11は、変型例の電気光学素子の構成例を示す模式的な断面図である。また、図12は、この変型例の電気光学素子の構成例を示す模式的な平面図である。各図に示す電気光学素子2aは、上記した電気光学素子2と比較して、第3電極23が複数のセグメント電極23a、23b、23c、23d、23e、23fを有する点が異なっており、それ以外は同様の構成を備えている。なお、両者に共通する構成については詳細な説明を省略する。
FIG. 11 is a schematic cross-sectional view showing a configuration example of an electro-optical element of a modified example. Further, FIG. 12 is a schematic plan view showing a configuration example of the electro-optical element of this modified example. The electro-
第3電極23としての各セグメント電極23a〜23fは、相互間に隙間(例えば100μm程度)を設けて互いに分離して配置されており、駆動装置28によって各々個別に電圧を印加される。図示の例では、各セグメント電極23a等は、それぞれ長方形状に形成されており、図12において左右方向に沿って3つずつ2列に配列されている。また、第4電極24は、各セグメント電極23a等のそれぞれと向かい合うように配置されており、コモン電極として機能する。
The
この変型例の電気光学素子2aにおいては、電圧印加によりエレクトロデポジション材料が第4電極24に析出するとその領域は鏡面状態となり、電圧印加によりエレクトロデポジション材料が各セグメント電極23a等の何れかに析出するとそのエレクトロデポジション材料が析出した領域は拡散反射状態または拡散透過状態となる。また、電圧印加をしない場合には透過状態となる。各セグメント電極23a等のそれぞれに対して個別に電圧印加を制御することで、各セグメント電極23a等に対応する領域ごとに、それぞれ別の光学的状態(鏡面、拡散反射、拡散透過、透過)を得ることができる。各セグメント電極23a〜23fに対して、同時に鏡面状態と遮光状態を混在させて好適に動作させるには、例えば以下に説明する駆動方法を用いることができる。
In the electro-
図13は、電気光学装置の駆動方法を説明するための波形図である。この実施形態では、駆動装置28によって、隣り合うセグメント電極対して時分割した極性反転信号(DC)で駆動することにより、隣り合うセグメント電極の相互間に高い電圧が印加されないようにする。
FIG. 13 is a waveform diagram for explaining a driving method of the electro-optical device. In this embodiment, the driving
例えば、コモン電極としての第4電極24と、セグメント電極23a、23cにそれぞれ基準電位(ここでは0V)を与え、セグメント電極23e、23fには一定周期で基準電位と+V1(一例として+2.8V)を50Hzまたはそれ以上の周波数に繰り返す矩形波(図13(A)参照)を与え、セグメント電極23b、23dには一定周期で基準電位と−V1(一例として−2.8V)を50Hzで周期的に繰り返す矩形波(図13(B)参照)を与える。
For example, a reference potential (0V in this case) is applied to the
図示のように、図13(A)の矩形波と図13(B)の矩形波は、その絶対値が基準電位よりも高くなるタイミングが互いに1/2周期ずれており、互いに重ならないようになっている。すなわち、図13(A)の矩形波の電位が+V1になっている期間、図13(B)の矩形波は基準電位となり、図13(A)の矩形波の電位が基準電位になっている期間、図13(B)の矩形波は−V1となっており、+V1の期間と−V1の期間が重なることがない。これにより、セグメント電極23b、23dと、セグメント電極23e、23fとの間に生じる横方向電圧は、最大でも絶対値でV1となる。すなわち、隣接するセグメント電極間に高い電圧が印加されないようにすることができる。
As shown in the figure, the rectangular wave of FIG. 13 (A) and the rectangular wave of FIG. 13 (B) are shifted by 1/2 cycle from each other at the timing when the absolute value becomes higher than the reference potential, so that they do not overlap each other. It has become. That is, during the period when the potential of the square wave of FIG. 13 (A) is + V1, the square wave of FIG. 13 (B) becomes the reference potential, and the potential of the square wave of FIG. 13 (A) becomes the reference potential. During the period, the square wave of FIG. 13B is −V1, and the period of + V1 and the period of −V1 do not overlap. As a result, the lateral voltage generated between the
このような駆動波形によって駆動したときの電気光学素子は、セグメント電極23b、23dに対応する領域が拡散反射状態もしくは拡散透過状態となり、コモン電極としての第4電極24のセグメント電極23e、23fと向かい合った領域が鏡面状態となり、セグメント電極23a、23cに対応する領域が透明状態となる。なお、これは例示であり、各セグメント電極への電圧印加を制御することで、各セグメント電極に対応する領域ごとにそれぞれ別の光学的状態(鏡面、拡散反射、拡散透過、透過)を得ることができる。
When the electro-optical element is driven by such a drive waveform, the region corresponding to the
以上のような第1実施形態によれば、使用する状況に応じて多様な表示状態を選択的に用いることが可能な液晶表示装置が得られる。また、変型例の電気光学素子を用いた場合には、多様な表示状態を一定領域ごとに個別に制御して用いることが可能となる。 According to the first embodiment as described above, a liquid crystal display device capable of selectively using various display states according to the usage situation can be obtained. Further, when the electro-optical element of the modified example is used, it is possible to individually control and use various display states for each fixed region.
(第2実施形態)
図14は、第2実施形態の液晶表示装置の構成を示す模式的な側面図である。図14に示す液晶表示装置100aは、液晶表示パネル1、電気光学素子2、一対の偏光板3、4、バックライト5を含んで構成されている。この液晶表示装置100aは、対向配置される一対の偏光板3、4の間であって偏光板3に近い側に液晶表示パネル1が配置され、液晶表示パネル1の背面側であって偏光板4よりも内側に電気光学素子2が配置されている点が上記した第1実施形態の液晶表示装置100と異なっており、それ以外は同様の構成を備えている。なお、電気光学素子2に代えて上記した変型例の電気光学素子2aを用いてもよい(以下においても同様)。
(Second Embodiment)
FIG. 14 is a schematic side view showing the configuration of the liquid crystal display device of the second embodiment. The liquid
このような第2実施形態の液晶表示装置100aによっても、第1実施形態の液晶表示装置100と同等の効果が得られる。更に、偏光板4が電気光学素子2の外側に配置されていることから、電気光学素子2を鏡面状態または拡散反射状態に制御して反射型の液晶表示装置として用いる場合には、入射光および反射光が偏光板3のみを透過することになるので、透過率を向上させて出射光量を増加させることができる。
The liquid
(第3実施形態)
図15は、第3実施形態の液晶表示装置の構成を示す模式的な側面図である。図15に示す液晶表示装置100bは、液晶表示パネル1、電気光学素子2、一対の偏光板3、4、バックライト5を含んで構成されている。この液晶表示装置100bは、対向配置される一対の偏光板3、4に挟まれて液晶表示パネル1が配置され、偏光板3の液晶表示パネル1と近接しない側である前面側(視認側)に電気光学素子2が配置されており、偏光板4の液晶表示パネル1と近接しない側である背面側にバックライト5が配置されている点が上記した第1実施形態の液晶表示装置100と異なっており、それ以外は同様の構成を備えている。
(Third Embodiment)
FIG. 15 is a schematic side view showing the configuration of the liquid crystal display device of the third embodiment. The liquid
このような第3実施形態100bによっても、多様な動作モードを実現できる。また、液晶表示パネル1を透過した後の光を電気光学素子2によって拡散透過させて液晶表示パネル1の視角特性を改善させることができる。また、電気光学素子2を通常の透過状態にすることもできるので、視角特性を切り換え可能な液晶表示装置が得られる。さらに、電気光学素子2を拡散反射状態とした場合には液晶表示装置100bの外観を白色シート状に見せることができ、電気光学素子2を鏡面反射状態とした場合には液晶表示装置100bの外観をミラー状に見せることができるので、画像を表示しない場合における液晶表示装置の見栄えを種々に選ぶことができる。
Various operation modes can also be realized by such a
(第4実施形態)
図16は、第4実施形態の液晶表示装置の構成を示す模式的な側面図である。図16に示す液晶表示装置100cは、液晶表示パネル1、電気光学素子2、一対の偏光板3、4、バックライト5を含んで構成されている。この液晶表示装置100cは、偏光板3を前面側(視認側)に配置し、この偏光板3の背面側に電気光学素子2が配置されている点が上記した第3実施形態の液晶表示装置100bと異なっており、それ以外は同様の構成を備えている。
(Fourth Embodiment)
FIG. 16 is a schematic side view showing the configuration of the liquid crystal display device of the fourth embodiment. The liquid
このような第4実施形態100cによっても、第3実施形態の液晶表示装置100bと同等の効果が得られる。また、偏光板3が前面側に配置されることで、外光の反射を抑制して見栄えをより良くすることができる利点もある。
Even with such a
(第5実施形態)
図17は、第5実施形態の液晶表示装置の構成を示す模式的な側面図である。図17に示す液晶表示装置100dは、液晶表示パネル1、電気光学素子2、一対の偏光板3、4、フロントライト6を含んで構成されている。フロントライト6は、例えば平板状の導光板とこの導光板の端部へ光を入射させる発光素子(LED等)を含んで構成されるものであり、液晶表示パネル1の前面側から光を入射させるために用いられる。第5実施形態の液晶表示装置100dは、バックライト5に代えてフロントライト6を用いており、このフロントライト6を偏光板3の外側である前面側に配置している点が上記した第1実施形態の液晶表示装置100と異なっており、それ以外は同様の構成を備えている。
(Fifth Embodiment)
FIG. 17 is a schematic side view showing the configuration of the liquid crystal display device of the fifth embodiment. The liquid
このような第5実施形態の液晶表示装置100dによれば、例えば電気光学素子2を鏡面反射状態にした場合と拡散反射状態にした場合でそれぞれ異なる見栄えの画像表示を行うことができる。また、フロントライト6を点灯させた場合と消灯させて外光を用いた場合のいずれにおいても見やすい画像表示を実現できる。また、電気光学素子2を拡散透過状態または透過状態とした場合には、電気光学素子2の背面側が透過して見えることになるので、例えば電気光学素子2の背面側に、絵柄や文字などを付された媒体を配置しておくことで、それら絵柄等を液晶表示パネル1の表示画像と合わせてユーザに視認させることもできる。
According to the liquid
なお、第5実施形態の液晶表示装置100dにおいて、偏光板4を省略することもできる(図示略)。この場合には透過率を向上させて出射光量を増加させることができる。
In the liquid
(第6実施形態)
図18は、第6実施形態の液晶表示装置の構成を示す模式的な側面図である。図18に示す液晶表示装置100eは、液晶表示パネル1、電気光学素子2、一対の偏光板3、4、フロントライト6を含んで構成されている。第6実施形態の液晶表示装置100eは、電気光学素子2をフロントライト6の背面側であって液晶表示パネル1よりもフロントライト6に近い側に配置している点が上記した第5実施形態の液晶表示装置100dと異なっており、それ以外は同様の構成を備えている。
(Sixth Embodiment)
FIG. 18 is a schematic side view showing the configuration of the liquid crystal display device of the sixth embodiment. The liquid
このような第6実施形態100eによっても、多様な動作モードを実現できる。また、電気光学素子2が液晶表示パネル1よりも前面側に配置されることで、電気光学素子2を拡散透過状態で用いた場合には液晶表示パネル1の画素パターン(セグメントパターン)をより目立ちにくくすることができる。さらに、電気光学素子2を拡散反射状態とした場合には液晶表示装置100eの外観を白色シート状に見せることができ、電気光学素子2を鏡面反射状態とした場合には液晶表示装置100eの外観をミラー状に見せることができるので、画像を表示しない場合における液晶表示装置の見栄えを種々に選ぶことができる。
Various operation modes can be realized by such a
なお、第6実施形態の液晶表示装置100eにおいても、偏光板4を省略し、反射板に代えることもできる(図示略)。この場合には透過率を向上させて出射光量を増加させることができる。
In the liquid
(変形実施形態)
なお、本発明は上記した実施形態の内容に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内において種々に変形して実施をすることが可能である。例えば、上記した各実施形態の液晶表示装置においては、各偏光板と液晶表示パネルとの間には更にCプレート等の視角補償板が配置されてもよい。また、上記した液晶表示パネルの構成は一例であり、これに限定されるものではなく、公知の種々の動作モードによる液晶表示パネルを用いることができる。
(Modified Embodiment)
The present invention is not limited to the contents of the above-described embodiment, and can be variously modified and implemented within the scope of the gist of the present invention. For example, in the liquid crystal display device of each of the above-described embodiments, a viewing angle compensation plate such as a C plate may be further arranged between each polarizing plate and the liquid crystal display panel. Further, the configuration of the liquid crystal display panel described above is an example, and the present invention is not limited to this, and a liquid crystal display panel having various known operation modes can be used.
また、液晶表示パネルとして、例えば低デューティのキャラクター表示型のものを用いる場合には、いくつかのキャラクター表示部のうち特に強調したいものに対応して電気光学素子の電極形状をパターニングすることも好ましい。あるいは、特に強調したいキャラクター表示部以外の部分に対応して電気光学素子の電極形状をパターニングすることも好ましい。この場合、液晶表示パネルと一対の偏光板による動作モードがネガ表示モードであるときには、強調したいキャラクター表示部の電極サイズよりも電気光学素子の電極パターンを一回り大きいサイズとすることが好ましい。どの程度大きいサイズとするかは、液晶表示パネルの液晶層と電気光学素子の電解質層の距離(両者の接する基板の厚さに相当)によって変わるが、例えばこの距離が1.4mmである場合、30°の視角範囲を確保することを想定すると、液晶表示パネルの電極サイズに比べて電気光学素子の電極サイズを1mm程度広くするとよい。この場合、電極全体では2mm大きくなる。一方、動作モードがポジ表示モードである場合には、強調したいキャラクター表示部の電極サイズと電気光学素子の電極サイズを同じにするか少し狭くしてもよい。この場合、あまり狭くすると画像自体が暗くなるため、最大で100μm程度に抑えることが好ましい。 Further, when a low-duty character display type is used as the liquid crystal display panel, it is also preferable to pattern the electrode shape of the electro-optical element corresponding to one of several character display units that is particularly desired to be emphasized. .. Alternatively, it is also preferable to pattern the electrode shape of the electro-optical element corresponding to a portion other than the character display portion to be particularly emphasized. In this case, when the operation mode of the liquid crystal display panel and the pair of polarizing plates is the negative display mode, it is preferable that the electrode pattern of the electro-optical element is one size larger than the electrode size of the character display unit to be emphasized. How large the size is depends on the distance between the liquid crystal layer of the liquid crystal display panel and the electrolyte layer of the electro-optical element (corresponding to the thickness of the substrate in contact with each other). For example, when this distance is 1.4 mm, Assuming that a viewing angle range of 30 ° is secured, the electrode size of the electro-optical element may be made wider by about 1 mm than the electrode size of the liquid crystal display panel. In this case, the entire electrode is 2 mm larger. On the other hand, when the operation mode is the positive display mode, the electrode size of the character display unit to be emphasized and the electrode size of the electro-optical element may be the same or slightly narrower. In this case, if it is made too narrow, the image itself becomes dark, so it is preferable to keep it at a maximum of about 100 μm.
1:液晶表示パネル
2:電気光学素子
3、4:偏光板
5:バックライト
6:フロントライト
11:第1基板
12:第2基板
13:第1電極
14:第2電極
15:第1配向膜
16:第2配向膜
17:液晶層
18:駆動装置
21:第3基板
22:第4基板
23:第3電極
24:第4電極
25:電解質層
28:駆動装置
31、34:凹部
32、33:導電膜
100:液晶表示装置
1: Liquid crystal display panel 2: Electro-
Claims (4)
前記液晶表示パネルを挟んで対向配置される一対の偏光板と、
前記液晶表示パネルの前面側又は背面側に配置される電気光学素子と、
前記液晶表示パネルの背面側に配置されて当該液晶表示パネルへ光を入射させる光源と、
を含み、
前記電気光学素子は、
一対の基板と、
前記一対の基板の各々の一面側に設けられる一対の電極と、
エレクトロデポジション材料を含有しており、前記一対の電極との間に配置される電解質層と、
を有し、前記一対の電極のうち1つの電極は、前記電解質層と接する一面側に凹凸形状を有しており、当該凹凸形状の表面粗さRaと平均長さRSmの比であるRa/RSmの値が0.0214以上である、
液晶表示装置。 Liquid crystal display panel and
A pair of polarizing plates arranged opposite to each other across the liquid crystal display panel,
Electro-optic elements arranged on the front side or the back side of the liquid crystal display panel,
A light source arranged on the back side of the liquid crystal display panel to inject light into the liquid crystal display panel,
Including
The electro-optical element is
A pair of boards and
A pair of electrodes provided on one side of each of the pair of substrates,
An electrolyte layer containing an electrodeposition material and arranged between the pair of electrodes,
One of the pair of electrodes has a concavo-convex shape on one side in contact with the electrolyte layer, and is the ratio of the surface roughness Ra of the concavo-convex shape to the average length RSm Ra /. The value of RSm is 0.0214 or more,
Liquid crystal display device.
前記液晶表示パネルの少なくとも一面側に配置される偏光板と、
前記液晶表示パネルの前面側又は背面側に配置される電気光学素子と、
前記液晶表示パネルの前面側に配置されて当該液晶表示パネルへ光を入射させる光源と、
を含み、
前記電気光学素子は、
一対の基板と、
前記一対の基板の各々の一面側に設けられる一対の電極と、
エレクトロデポジション材料を含有しており、前記一対の電極との間に配置される電解質層と、
を有し、前記一対の電極のうち1つの電極は、前記電解質層と接する一面側に凹凸形状を有しており、当該凹凸形状の表面粗さRaと平均長さRSmの比であるRa/RSmの値が0.0214以上である、
液晶表示装置。 Liquid crystal display panel and
A polarizing plate arranged on at least one surface side of the liquid crystal display panel,
Electro-optic elements arranged on the front side or the back side of the liquid crystal display panel,
A light source arranged on the front side of the liquid crystal display panel to inject light into the liquid crystal display panel,
Including
The electro-optical element is
A pair of boards and
A pair of electrodes provided on one side of each of the pair of substrates,
An electrolyte layer containing an electrodeposition material and arranged between the pair of electrodes,
One of the pair of electrodes has a concavo-convex shape on one side in contact with the electrolyte layer, and is the ratio of the surface roughness Ra of the concavo-convex shape to the average length RSm Ra /. The value of RSm is 0.0214 or more,
Liquid crystal display device.
請求項1又は2に記載の液晶表示装置。 The surface roughness Ra of the uneven shape is 0.49 μm or more .
The liquid crystal display device according to claim 1 or 2.
請求項1〜3の何れか1項に記載の液晶表示装置。
The average depth Rc of the uneven shape is 10 μm or less .
The liquid crystal display device according to any one of claims 1 to 3 .
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