KR100607618B1 - 액정 표시 소자 - Google Patents

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도시바 마쯔시따 디스플레이 테크놀로지 컴퍼니, 리미티드
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Abstract

이중상의 발생을 저감하고, 투과 표시에서의 콘트라스트비를 향상시키고, 시야각을 확대시키기 위해, 이중상의 발생을 억제하기 위한 광 확산층이 시야각 보상판과 반사층 사이에 배치된다. 이러한 구성에 의해, 반사층의 외측에 위치하는 백 라이트로부터 방출한 광의 진행 방향이 광 확산층에서 변화하지만, 일단 광이 시야각 보상판에 입사한 후에는 시야각 보상판 및 액정층에서 진행 방향이 변화하지 않고 연직 방향과 경사 방향 어디에서라도 광은 직진한다. 따라서, 시야각 보상판은 위상차를 보상하기 위한 본래의 기능을 발휘할 수 있고 시야각을 확대할 수 있다.
액정 표시 소자, 광 확산층, 시야각 보상판, 반사층

Description

액정 표시 소자{LIQUID CRYSTAL DISPLAY DEVICE}
도 1은 제1 종래 기술에 의한 액정 표시 소자의 구성을 나타내는 단면도.
도 2는 제2 종래 기술에 의한 액정 표시 소자의 구성을 나타내는 단면도.
도 3은 제3 종래 기술에 의한 액정 표시 소자의 구성을 나타내는 단면도.
도 4는 제4 종래 기술에 의한 액정 표시 소자의 구성을 나타내는 단면도.
도 5는 시야각 확대의 원리를 설명하기 위한 도면.
도 6은 제3 종래 기술에 있어서의 백 라이트가 방출한 광의 광로를 도시하는 도면.
도 7은 제4 종래 기술에 있어서의 백 라이트가 방출한 광의 광로를 도시하는 도면.
도 8은 일 실시 형태에 있어서의 액정 표시 소자의 구성을 나타내는 단면도.
도 9는 도 4의 액정 표시 소자에 있어서 백 라이트가 방출한 광의 광로를 도시하는 도면.
도 10은 다른 실시 형태에 있어서의 액정 표시 소자의 구성을 나타내는 단면도.
도 11은 도 10의 액정 표시 소자에 있어서 백 라이트가 방출한 광의 광로를 도시하는 도면.
도 12는 각 액정 표시 소자에 대하여 광학 특성을 통합한 표.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1··· 어레이 기판
2··· 대향 기판
3··· 액정층
4··· 백 라이트
11, 21··· 투명 기판
12, 22··· 편광판
13··· 투명점착층
14··· 어드레스선
15··· 투명 절연층
16··· 화소 전극
17··· 스위치 소자
18···광 확산층
19, 29··· 시야각 보상판
20, 23··· 투명점착층
24··· 컬러 필터
26··· 대향 전극
30, 31··· 투명점착층
41··· 반사층
51··· 파장판
52··· 위상 차판
53··· 파장판
본원은 2004년 2월 16일자로 제출된 일본특허출원 제2004-038695호에 기초하고, 그 우선권을 주장하며, 그 전체 내용을 본 명세서에 포함한다.
본 발명은, 주로 백 라이트에 의한 투과 표시를 행하고, 외광 조도가 강한 장소에서는 반사 표시를 행하는 것이 가능한 액정 표시 소자에 관한 것이다.
도 1은, 제1 종래 기술에 의한 액정 표시 소자의 구성을 나타내는 단면도이다. 액정 표시 소자는 어레이 기판(1)과 대향 기판(2) 사이에 액정층(3)이 유지되고, 어레이 기판(1)의 외측에 백 라이트(4)가 배치된 구성이다.
어레이 기판(1)에서는, 글래스제의 투명 기판(11)의 외측면에 편광판(12)이 투명점착층(13)에 의해 접착되고, 투명 기판(11)의 내측면에 어드레스선(14)이 형성되고, 투명 기판(11)의 상면 전체에 투명 절연층(15)이 형성되고, 투명 절연층(15)의 상면에 화소 전극(16)과 스위치 소자(17)가 형성된다.
대향 기판(2)에서는, 글래스제의 투명 기판(21)의 외측면에 편광판(22)이 투명점착층(23)에 의해 접착되고, 투명 기판(21)의 내측면에 컬러 필터(24), 블랙 매트릭스(BM)(25)가 형성되고, 컬러 필터(24)를 피복하도록 대향 전극(26)이 형성된 다.
백 라이트(4)는, 백색 LED(Light Emitting Diode)를 이용한 광원이다. 투과 표시시에는, 백 라이트(4)가 방출한 광이, 어레이 기판(1), 액정층(3), 대향 기판(2)을 이 순으로 투과하여, 표시에 이용된다.
또한, 편광판(12)과 백 라이트(4) 사이에는, 반사층(41)이 형성되어 있다. 반사 표시시에는, 태양광 등의 외부로부터 표시 화면에 입사한 광이, 대향 기판(2), 액정층(3), 어레이 기판(1)을 투과한 후, 반사층(41)에서 반사하여, 어레이 기판(1), 액정층(3), 대향 기판(2)을 투과하여, 표시에 이용된다.
그러나, 제1 종래 기술에 있어서는, 백 라이트로부터의 광에 의한 표시상과, 반사층(41)에서 반사한 광에 의한 반사상이 서로 중첩되어 이중상(시차)이 발생하여, 화질이 열화한다는 문제가 있었다.
도 2는, 제2 종래 기술에 의한 액정 표시 소자의 구성을 나타내는 단면도이다. 이 액정 표시 소자는, 이중상의 발생을 저감할 목적으로, 어레이 기판(1)에 있어서 투명 기판(11)과 편광판(12) 사이에 광 확산층(18)을 형성한 구성이다. 그 밖의 부분은, 도 1과 마찬가지의 구성이다. 통상적으로, 광 확산층의 배치 장소는, 표시 화면측으로부터 보았을 때에 액정층측보다도 백 라이트측에 배치하는 쪽이 좋은 것이 많다. 그 이유는, 광 확산층을 표시 화면측에 배치하면, 표시 화면상에 광 산란에 의한 문자 불선명이나 번짐이 발생하기 쉽게 되어, 화질이 열화하기 때문이다. 또한, 광 확산층을 이용한 기술로서는, 특허 문헌 1, 특허 문헌 2에 기재된 것이 알려져 있다.
도 3은, 제3 종래 기술에 의한 액정 표시 소자의 구성을 나타내는 단면도이다. 이 액정 표시 소자는, 시야각을 확대할 목적으로, 어레이 기판(1)에 있어서 시야각 보상판(19)을 투명 기판(11)과 편광판(12) 사이에 배치함과 함께, 대향 기판(2)에 있어서 시야각 보상판(29)을 투명 기판(21)과 편광판(22) 사이에 배치한 구성이다. 이 시야각 보상판(19)은, 투명 기판(11)에는 투명점착층(13)에 의해 접착되고, 편광판(12)에는 투명점착층(20)에 의해 접착된다. 또한, 시야각 보상판(29)은, 투명 기판(21)에는 투명점착층(30)에 의해 접착되고, 편광판(22)에는 투명점착층(23)에 의해 접착된다. 그 밖의 부분은, 도 1과 마찬가지의 구성이다.
도 4는, 제4 종래 기술에 의한 액정 표시 소자의 구성을 나타내는 단면도이다. 이 액정 표시 소자는, 이중상 발생의 저감과 시야각의 확대의 쌍방을 목적으로 하여, 도 3의 액정 표시 소자에 있어서, 어레이 기판(1)의 투명 기판(11)과 시야각 보상판(19) 사이에 광 확산층(18)을 배치한 구성이다. 그 밖의 부분은, 도 3과 마찬가지의 구성이다. 이와 같이, 제4 종래 기술은, 광 확산층(18)과 시야각 보상판(19, 29)의 쌍방을 설치함으로써, 이중상 발생의 저감과 시야각의 확대를 도모하려고 한 것이다.
[특허 문헌 1] 일본 특개2003-255317호 공보
[특허 문헌 2] 일본 특개2003-121847호 공보
그러나, 제4 종래 기술에서는, 이중상 발생의 저감은 도모할 수 있지만, 투 과 표시시에, 콘트라스트비가 현저히 저하하여, 결과적으로 시야각의 각도 범위가 좁게 된다고 하는 문제가 있었다.
본 발명의 목적은, 액정 표시 소자에서 이중상의 발생을 저감함과 함께, 투과 표시에서의 콘트라스트비를 향상시키고, 시야각을 확대시키는 것에 있다.
본 발명에 따른 액정 표시 소자는, 대향하여 배치된 한쌍의 투명 기판과, 상기 한쌍의 투명 기판의 사이에 배치된 액정층과, 상기 한쌍의 투명 기판의 외측에 배치된 한쌍의 편광판과, 한쪽의 편광판의 외측에 배치된 반사층과, 상기 반사층이 설치된 측의 편광판과 상기 투명 기판 사이에 배치된 시야각 보상판과, 해당 투명 기판과 상기 시야각 보상판 사이가 아니라, 상기 시야각 보상판과 상기 반사층 사이에 배치된 광 확산층을 포함한다.
본 발명에 있어서는, 광 확산층을 투명 기판과 시야각 보상판 사이가 아니라, 시야각 보상판과 반사층 사이에 배치한다. 이에 따라, 백 라이트로부터 발출된 광은 반사층과 광 확산층을 통해 시야각 보상판에 일단 입사한 후는, 시야각 보상판과 액정층에서 진행 방향이 변경되지 않고, 투과 광은 직진하게 된다. 따라서, 콘트라스트비의 저감이 방지될 수 있고, 시야각의 확대가 달성될 수 있다. 또한, 광 확산층에 의해, 반사층에서 반사한 광에 의한 이중상의 발생을 저감할 수 있다.
본 발명자는, 시야각 확대 원리에 기초하는 시뮬레이션을 행하여, 제4 종래 기술에 대하여, 투과 표시시의 콘트라스트비의 저하는, 이하의 이유에 의한 것임을 발견했다.
우선, 도 5를 이용하여 시야각 확대의 원리에 대하여 설명한다. 도 5는 도 3에 도시된 액정 표시 소자 내의 각각의 층들의 액정 분자들의 배향을 나타낸다.
액정층(3)은, 화소 전극과 대향 전극 사이에 인가되는 전압에 의해 구동되어, 이 전압값에 의해서 액정 분자의 배향 상태가 제어된다. 시야각 보상판(19, 29)은, 배향 상태가 고정된 액정 분자를 포함하는 폴리머 혼합물로 형성된다.
시야각의 확대는 다음과 같은 방식으로 달성된다. 즉, 액정층(3)의 액정 분자와, 시야각 보상판(19, 29)의 액정 분자에 대하여, 표시 화면에 대하여 정면 방향을 포함하는 시야각 범위에서 위상 차가 어긋나지 않는 광학 보상 관계로 되도록 배향 상태를 각각 형성하여, 콘트라스트비의 저하를 경감한다.
이 때, 도 6에 도시한 바와 같이, 백 라이트(4)로부터 방출된 광은, 편광판(12), 시야각 보상판(19)을 통과하여 소정의 광 변조를 받은 후, 액정층(3)에 입사한다. 여기서는, 광 확산층을 이용하고 있지 않기 때문에, 투과광의 광로는, 시야각 보상판(19)과 액정층(3)에 의해 진행 방향이 변경되지 않고, 연직 방향, 경사 방향 중 어디에서라도 직진하게 된다. 이 경우에는, 액정층(3)의 액정 분자와 시야각 보상판(19)의 액정 분자의 각각의 배향 상태가 유효하게 작용하기 때문에, 시야각 보상판(19)은 본래의 위상차를 보상하는 기능을 발휘한다.
그 다음으로, 반사광에 의한 이중상의 발생을 저감하기 위해서, 도 4에 도시한 바와 같이, 광 확산층(18)을 투명 기판(11)과 시야각 보상판(19) 사이에 배치한 제4 종래 기술에 대하여 상세히 설명한다.
도 7에 도시한 바와 같이, 백 라이트(4)로부터 방출된 광은, 편광판(12), 시야각 보상판(19)을 통과하여 소정의 광 변조를 받은 후, 광 확산층(18)에 입사한다. 이 광은, 광 확산층(18)에 의해 그 진행 방향이 여러가지 방향으로 변경된 후, 액정층(3)에 입사한다. 액정층(3)의 액정 분자와 시야각 보상판(19)의 액정 분자의 각각의 배향 상태는, 투과광이 직진하는 것을 전제로 설계된 것이기 때문에, 시야각 보상판(19)의 위상차를 보상하는 기능은 저하한다. 이 때문에, 투과 표시에 있어서는 콘트라스트비가 저하하게 된다.
이와 같이, 제4 종래 기술에서는, 시야각을 확대하기 위한 시야각 보상판이, 이중상의 발생을 억제하기 위한 광 확산층의 존재에 기인하여 유효하게 기능하지 않게 되기 때문에, 콘트라스트비가 현저히 저하하게 된다.
본 실시의 형태의 액정 표시 소자에서는, 이러한 콘트라스트비 저하의 원인을 고려하여, 광 확산층의 배치 위치를 변경함으로써, 콘트라스트비의 향상을 도모한다.
도 8은, 이 실시 형태에 있어서의 액정 표시 소자의 구성을 나타내는 단면도이다. 이 액정 표시 소자는, 광 확산층(18)을 투명 기판(11)과 시야각 보상판(19) 사이가 아니라, 시야각 보상판(19)과 반사층(41) 사이에 배치한 구성이다. 보다 구체적으로는, 광 확산층(18)을 시야각 보상판(19)과 편광판(12) 사이에 배치한 구성이다.
광 확산층(18)은, 시야각 보상판(19)과 편광판(12)을 접합하는 점착재에 비 흡인형의 확산 필러를 분산시킨 것이고, 점착재로서의 기능을 겸용하고 있다. 광 확산층(18)에 있어서의 광 확산율은, 헤이즈치 10% 내지 80%의 범위로 한다. 또한, 액정층(3)과 시야각 보상판(19) 사이의 광 확산율은, 헤이즈치 10% 이하로 한다.
그 밖의 구성에 대하여 설명하면, 어레이 기판(1)과 대향 기판(2) 사이에 액정층(3)이 유지되고, 어레이 기판(1)의 외측에 백 라이트(4)가 배치된다.
어레이 기판(1)에서는, 글래스제의 투명 기판(11)의 외측면에 시야각 보상판(19)이 투명점착층(13)에 의해 접착된다. 이 시야각 보상판(19)의 외측면에, 광 확산층(18)과 편광판(12)이 배치되고, 또한 그 외측에 반사층(41)이 배치된다. 반사층(41)은, 편광판(12)의 외측면에 형성하여도 좋고, 백 라이트(4)의 표면에서의 집광 시트나 확산 시트를 반사층(41)으로서 겸용하도록 하여도 좋다. 투명 기판(11)의 내측면에는 어드레스선(14)이 형성되고, 그 상면 전체에 투명 절연층(15)이 형성된다. 그리고, 투명 절연층(15)의 상면에 화소 전극(16)과 스위치 소자(17)가 형성된다. 스위치 소자(17)로서는, 예를 들면 MOS 구조의 박막 트랜지스터(TFT: Thin Film transistor)를 이용한다.
대향 기판(2)에서는, 글래스제의 투명 기판(21)의 외측면에 시야각 보상판(29)이 투명점착층(30)에 의해 접착되고, 또한 시야각 보상판(29)의 외측면에 편광판(22)이 투명점착층(23)에 의해 접착된다. 투명 기판(21)의 내측면에는 컬러 필터(24)와 블랙 매트릭스(BM)(25)가 형성되고, 컬러 필터(24)를 피복하도록 대향 전극(26)이 형성된다.
어레이 기판(1), 대향 기판(2)의 각각의 액정층(3)에 접하는 측의 면에는, 액정층(3)의 액정 분자를 배향하기 위해 대략 직교 또는 대략 평행의 축 관계로 되 도록, 러빙 처리가 실시된다.
액정층(3)은, 어레이 기판(1)과 대향 기판(2) 사이에서 액정 분자의 길이축이 90°연속적으로 비틀어져 있는 비틀어진 네마틱(TN: Twisted Nematic) 타입으로 한다. 액정층(3)에 입사한 광은, 액정층(3)이 전압 무인가의 상태에서는, 액정 분자가 비틀어짐에 따라서 90°선광한다. 또한, 액정층(3)에 있어서의 액정 분자의 배향 상태는, 균일 배향으로서도 좋다.
시야각 보상판(19, 29) 각각은, 배향 상태가 고정된 액정 분자를 포함하는 폴리머 혼합물로 형성된 판이다. 구체적으로는, 비틀어진 네마틱 타입의 액정을 이용하여, 액정 분자의 배향 상태를 하이브리드 배향으로 한다.
백 라이트(4)는, 백색 LED를 이용한 광원이다. 투과 표시시에는, 백 라이트(4)가 방출한 광이, 어레이 기판(1), 액정층(3), 대향 기판(2)을 이 순으로 투과하여, 표시에 이용된다.
한편, 반사 표시시에는, 태양광 등의 외부로부터 표시 화면에 입사한 광이, 대향 기판(2), 액정층(3), 어레이 기판(1)을 투과한 후, 반사층(41)에서 반사하여, 어레이 기판(1), 액정층(3), 대향 기판(2)을 투과하여, 표시에 이용된다.
도 9에 도시한 바와 같이, 이 액정 표시 소자의 구성에 있어서는, 백 라이트(4)가 방출한 투과광의 광로는, 광 확산층(18)에 의해 진행 방향이 변경되지만, 시야각 보상판(19)에 입사한 후는, 시야각 보상판(19), 액정층(3)에 의해 진행 방향이 변경되는 일없이 직진한다. 이 구성에 의해, 광로가 직진하는 것을 전제로 설계된 액정층(3)의 액정 분자와 시야각 보상판(19)의 액정 분자의 각각의 배향 상태가 유효하게 작용한다. 이에 따라, 시야각 보상판(19)은 위상차를 보상하는 본래의 기능을 발휘할 수 있다.
따라서, 본 실시의 형태에 의하면, 광 확산층(투명 기판(11)과 시야각 보상판(19) 사이가 아니라 시야각 보상판(19)과 반사층(41) 사이에 배치한 것으로, 백 라이트(4)로부터 방출된 광은, 시야각 보상판(19)에 일단 입사한 후에는, 시야각 보상판(19)과 액정층(3)에 의해 진행 방향이 변경되지 않는다. 따라서, 투과광은 연직 방향, 경사 방향중 어디에서라도 직진하기 때문에, 시야각 보상판(19)이 본래의 위상차를 보상하는 기능을 발휘할 수 있다. 그러므로, 콘트라스트비의 저하를 방지할 수 있고, 시야각의 확대를 도모할 수 있다. 또한, 광 확산층(18)을 이용함으로써, 반사층(41)에서 반사한 광이, 광 확산층(18)에 의해 진행 방향에 있어서 확산하기 때문에, 이중상의 발생을 억제할 수 있다.
또한, 본 실시의 형태에 있어서는, 광 확산층(18)을 반사층(41)과 시야각 보상판(19) 사이에 배치하는 구성의 일례로서, 광 확산층(18)을 반사층(41)이 설치된 측의 편광판(12)과 시야각 보상판(19) 사이에 배치한 구성을 설명했지만, 이것으로만 한정되는 것은 아니다. 이하, 다른 실시 형태에 대하여 설명한다.
도 10의 단면도에 도시한 바와 같이, 다른 실시 형태의 액정 표시 소자에서는, 파장 분산 특성을 조정할 목적으로, 어레이 기판(1)에 있어서, 시야각 보상판(19)과 편광판(12) 사이에 1/2 파장판(51)을 구비한다. 그리고, 광 확산층(18)을 시야각 보상판(19)과 1/2 파장판(51) 사이에 배치한다. 한편, 대향 기판(2)에서는, 시야각 보상판(29)을 형성하지 않고, 그 대신에 위상차판(52), 1/2 파장판(53)을 투명 기판(21)의 표면에 중첩되게 형성한다. 위상차판(52)은 투명 기판(21)의 표면에 투명점착층(31)으로 접착하고, 1/2 파장판(53)은 위상차판(52)의 표면에 투명점착층(30)으로 접착한다. 1/2 파장판(53)의 표면에는 편광판(22)을 투명점착층(23)으로 접착한다. 기타, 도 8과 동일물에는 동일한 부호를 붙이고, 여기서는 중복되는 설명은 생략한다.
이러한 구성의 액정 표시 소자에 있어서도, 도 11에 도시한 바와 같이, 백 라이트(4)로부터 방출된 광은, 1/2 파장판(51)을 투과한 후, 광 확산층(18)에 의해 그 진행 방향이 변경되지만, 광이 일단 시야각 보상판(19)에 입사한 후는, 시야각 보상판(19)과 액정층(3)에서 진행 방향은 변경되지 않는다. 따라서, 시야각 보상판(19)은 본래의 위상차를 보상하는 본래의 기능을 발휘할 수 있다. 그러므로, 콘트라스트비의 저하를 방지할 수 있고, 시야각의 확대를 도모할 수 있다. 또한, 광 확산층(18)을 이용함으로써 반사층(41)에서 반사한 광에 의한 이중상의 발생을 억제할 수 있다.
또한, 다른 실시 형태의 액정 표시 소자로서, 확산층(18)을 도 10에 도시한 바와 같이 광 시야각 보상판(19)과 1/2 파장판(51) 사이가 아니라, 1/2 파장판(51)과 편광판(12) 사이에 배치하여도 좋다. 이 경우도, 상기와 마찬가지의 효과를 발휘할 수 있다.
또한, 다른 실시 형태의 액정 표시 소자로서, 어레이 기판(1)의 편광판(12) 과 반사층(41) 사이에, 편광 및 반사 기능을 갖는 휘도 향상 필름층을 구비하고, 광 확산층(18)을 이 휘도 향상 필름층과 편광판(12) 사이에 배치하도록 하여도 좋다. 이 경우도, 상기와 마찬가지의 효과를 발휘할 수 있다.
도 12는 전술한 각 액정 표시 소자들에 대한 광학 특성을 통합한 표이다. 이 표에 있어서, 제1 실시예는, 도 8을 이용하여 설명한 액정 표시 소자이고, 제2 실시예는, 도 10을 이용하여 설명한 액정 표시 소자이다. 또한, 비교예 1-4는 제1 내지 제4 종래 기술의 액정 표시 소자이다. 또한, 이 표에 있어서, 시야각 특성은, 콘트라스트비가 10 이상으로 되는 시야각의 각도 범위를 나타낸다.
이 표에 도시한 바와 같이, 제1 실시예, 제2 실시예에서는, 이중상의 발생을 억제할 수 있고, 또한 비교예 4와 비교하더라도, 양호한 콘트라스트비가 얻어지고, 시야각이 넓어진다.
본 발명에 따른 액정 표시 소자에 의하면, 광 확산층을 시야각 보상판과 반사층 사이에 배치함으로써, 시야각 보상판과 액정층에 의해, 투과광의 광로가 변경되지 않고 직진하기 때문에, 시야각 보상판이 본래의 위상차를 보상하는 기능을 발휘할 수 있고, 투과 표시시의 콘트라스트비가 향상하고 시야각을 확대할 수 있다. 또한, 광 확산층에 의해, 반사층에서 반사한 광에 의한 이중상의 발생을 저감할 수 있다.

Claims (4)

  1. 서로 대향하여 배치된 한쌍의 투명 기판과,
    상기 한쌍의 투명 기판의 사이에 배치된 액정층과,
    상기 한쌍의 투명 기판의 외측에 배치된 한쌍의 편광판과,
    한쪽의 편광판의 외측에 배치된 반사층과,
    상기 반사층이 설치된 측의 편광판과 투명 기판 사이에 배치된 시야각 보상판과,
    해당 투명 기판과 상기 시야각 보상판 사이가 아니라, 상기 시야각 보상판과 상기 반사층 사이에 배치된 광 확산층
    을 포함하는 액정 표시 소자.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 광 확산층은, 상기 반사층이 설치된 측의 편광판과 상기 시야각 보상판 사이에 배치되는 액정 표시 소자.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 반사층이 설치된 측의 편광판과 상기 시야각 보상판 사이에 1/2 파장판을 더 포함하고,
    상기 광 확산층은, 상기 시야각 보상판과 상기 1/2 파장판 사이에 배치된 액 정 표시 소자.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 반사층이 설치된 측의 편광판과 상기 시야각 보상판 사이에 1/2 파장판을 더 포함하고,
    상기 광 확산층은, 상기 1/2 파장판과 해당 편광판 사이에 배치된 액정 표시 소자.
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