KR101080476B1 - 디스플레이 장치 - Google Patents

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KR101080476B1
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정진희
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엘지디스플레이 주식회사
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Abstract

본 발명에 의한 디스플레이 장치는, 평판표시장치와; 상기 평판표시장치의 외면에 부착되며, 전원의 인가 여부에 따라 렌즈 형상이 선택적으로 구현되는 전기 습윤 액체 렌즈 셀이 구비되는 3차원 영상 표시용 장치가 포함되어 구성됨을 특징으로 한다.
이와 같은 본 발명에 의하면, 평판표시장치 외면에 구비되는 3차원 영상 표시용 장치를 전기 스위칭이 가능한 렌즈 셀을 채용함으로써, 2차원 및 3차원 영상을 선택적으로 표시할 수 있도록 하여 사용자의 선택에 의해 3차원 영상의 실감과 기존의 2차원 영상을 동시에 추구할 수 있다는 장점이 있다.

Description

디스플레이 장치{display apparatus}
도 1은 종래의 렌티큘러 방식이 채용된 디스플레이 장치를 나타내는 분해 사시도.
도 2a 및 도 2b는 도 1에 도시된 렌티큘러 방식을 통해 3차원 영상이 구현되는 것을 설명하는 도면.
도 3는 종래의 IP 방식에 사용되는 마이크로 렌즈판을 나타내는 도면.
도 4a 및 도 4b는 본 발명에 의한 디스플레이 장치에 채용되는 3차원 영상표시용 장치에 대한 단면도.
도 5a 및 도 5b는 도 4에 도시된 3차원 영상표시용 장치의 실시예에 대한 평면도.
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 다른 실시예에 의한 디스플레이 장치에 채용되는 3차원 영상표시용 장치에 대한 단면도.
도 7a 및 도 7b는 본 발명의 실시예에 의한 2차원 및 3차원 영상의 선택적 디스플레이가 가능한 디스플레이 장치의 사시도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
400 : 3차원 영상표시용 장치 410 : 제 1기판
412, 423 : 제 1전극 420 : 제 2기판
422 : 제 2전극 414, 424 : 절연층
425 : 소수성 물질 코팅층 430, 432 : 전도성 액체
440, 442 : 절연성 액체
700 : 평판표시장치
본 발명은 디스플레이 장치에 관한 것으로, 특히 렌티큘러(lenticular) 방식이 적용되는 디스플레이 장치에 관한 것이다.
인터넷, 실감통신, 가상 현실 및 내시경에 의한 작업 수요의 증가, 컴퓨터, 방송 및 통신 등을 다매체 기술의 가시화를 위주로 한 하나의 매체로 통합하는 것에 대한 요구, 진단 및 측정 결과의 3차원 영상화 등 인간 생활 환경의 급격한 변화에 따라, 영상을 3차원으로 디스플레이 할 수 있는 디스플레이 장치에 대한 요구가 날로 증가하고 있다.
구체적인 예로서, 3차원 디스플레이 기술의 적용이 요망되는 분야로는, 광고분야의 신매체로서 3차원 디스플레이, 가정용 3차원 멀티미디어 영상 디스플레이 단말기, 시뮬레이터 및 교육 훈련용 영상 디스플레이 단말기, 각종 정밀 측정 및 진단용 가시화 영상 디스플레이 단말기, 의료용 3차원 영상 디스플레이 단말기, 각종 감시 및 관제 등을 위한 영상 디스플레이 단말기, 화상 회의 및 광고용 3차원 영상 모니터, 방송용 3차원 텔레비전, 교육/오락을 위한 영상 디스플레이 단말기 및 각종특수환경 제작용 부품, 3차원 게임용 영상장치, 각종 항공기와 자동차용 헤드-업 디스플레이(Head Up Display) 등이 있다.
일반적인 3차원 디스플레이 장치에서 요구되는 기술은 시역 형성을 위한 광학판 예컨대, 렌티큘라 렌즈(Lenticular Lens) 판이나 마이크로 렌즈 판의 구조 설계 및 제작 기술과 디스플레이 소자에 시역형성에 대응하는 화소 패턴의 재현을 위한 구동 제어기술이 그것이다.
3차원으로 영상을 디스플레이하는 방식에는 2시점(2 viewpoint - 좌안용과 우안용 화상을 각각 하나씩 디스플레이 하는 것)과 다시점(multiple viewpoint - 여러 방향에서 촬영한 양안 시차 화상을 디스플레이하는 것)이 있는데, 다시점의 경우는 해상도는 시점수에 배례해서 감소하는 단점이 있으나 시청 위치의 자유도가 더 커서 자연스런 3차원으로 볼 수 있는 장점이 있다.
이 좌안용 및 우안용 화상데이터들을 각각 좌안 및 우안으로 분리하는 방식으로는, 시차 베리어(Parallax Barrier) 방식, 렌티큘러(lenticular) 방식, IP(Integral Photography) 방식 등이 대표적이다.
도 1은 종래의 렌티큘러 방식이 채용된 디스플레이 장치를 나타내는 분해 사시도이다.
도시된 바와 같이 이는 액정표시장치(LCD) 등과 같은 평판표시장치(Flat Panel Display)(100)에 외부에 렌티큘러 렌즈가 구비되어 구성되는 것으로, 평판표시장치에서 하나의 컬러 픽셀을 구성하는 R,G,B 서브 픽셀 어레이 위에 렌티큘러 렌즈(112)들이 배치되도록 렌티큘러 렌즈 기판(110)을 위치시켜 수평 및 수직 시차를 구현하도록 되어 있다.
도 2a 및 도 2b는 도 1에 도시된 렌티큘러 방식을 통해 3차원 영상이 구현되는 것을 설명하는 도면이다.
도 2a 및 도 2b를 참조하면, 이는 평판표시장치에서 3차원 영상을 나타내는 렌티큘러 방식을 설명하는 것이다.
이는 실제로 사람이 사물을 볼 때 입체적으로 느낄 수 있게 하는 좌안 및 우안의 시차원리를 이용하는 것으로, 한 대상에 대한 좌안 및 우안용 화상 데이터를 평판표시장치에 입력하고 (최소 2 시점) 이 복수의 데이터들을, 렌티큘러 렌즈를 통해 각각 해당하는 좌안 및 우안으로 분리하여 볼 수 있게 한다..
상기 렌티큘러 렌즈를 통해 분리되어 나온 각기 다른 화상데이터를 두뇌에서 서로 합성함으로써 3차원 영상으로 느끼게 되는 것이다.
즉, 화면에 두 이미지(image) 데이터를 입력하고, 좌안용 이미지와 우안용 이미지를 각각 좌안과 우안으로 분리하여 보게 하는 것이 2차원 평면화면에서 3차원 영상을 구현하는 원리가 된다.
도 3는 종래의 IP 방식에 사용되는 마이크로 렌즈판을 보여준다.
IP 방식은 도 3에 도시된 바와 같은 마이크로 렌즈판(5)을 통해 영상을 촬영하고, 촬영된 영상을 액정표시장치와 같은 평판표시장치를 이용하여 표시하고, 촬 영시와 유사한 특성을 갖는 마이크로 렌즈판을 통해 표시 영상을 시청하는 방식이다.
IP 방식에 있어서, 마이크로 렌즈판(5)을 구성하는 각각의 렌즈(5a)는 마이크로 렌즈판(5) 내에서의 주어진 위치에서 본 대상 물체의 전체 상을 촬영하므로, 마이크 렌즈판(5)은 많은 카메라가 2차원적으로 배열된 것과 같은 역할을 한다. 이에 대해서는 'F. Okano et. al., Applied Optics, V36, pp1598-1603, 1997'에 나와 있다.
그러나, 상기와 같은 종래의 렌티큘러 방식 디스플레이장치 및 IP 방식의 3차원 디스플레이장치는, 평판 표시장치 위에 3차원 표시를 위해 렌즈의 형상이 고정된 플레이트를 고정하여 부착한 것이므로, 둘 다 3차원 영상 표시에 적합한 구조이기 때문에, 2차원 영상을 표시하는데 문제가 있어, 고가이면서도 시장 상황에 적합하지 않아 활용도가 크게 낮은 단점이 있다.
이는 대부분의 컨텐츠가 2차원 모드용이고, 아직 3차원용 모드용 컨텐츠는 다양하지 않기 때문이다.
즉, 렌티큘러 렌즈 기판 또는 마이크로 렌즈판과 같은 3차원 영상 표시 기판이 구비되는 디스플레이 장치는 항상 3차원 영상용으로만 사용되어 2차원 영상을 표시할 수 없게 되어 그 활용도가 크게 낮다는 문제가 있는 것이다.
본 발명은 평판표시장치의 외면에 3차원 영상표시용 장치를 부착함에 있어, 상기 3차원 영상표시용 장치 내에 스위칭이 가능하는 전기 습윤(elecrowetting) 액체 렌즈 셀이 구비됨으로써, 2차원 및 3차원 영상을 선택적으로 표시할 수 있도록 하여 사용자의 선택에 의해 2차원 또는 3차원 영상을 디스플레이 할 수 있는 디스플레이 장치를 제공함에 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의한 디스플레이 장치는, 평판표시장치와; 상기 평판표시장치의 외면에 부착되며, 전원의 인가 여부에 따라 렌즈 형상이 선택적으로 구현되는 전기 습윤 액체 렌즈 셀이 구비되는 3차원 영상 표시용 장치가 포함되어 구성됨을 특징으로 한다.
여기서, 상기 3차원 영상 표시용 장치는, 투명기판으로서 서로 마주보도록 배치되는 제 1기판 및 제 2기판과; 상기 제 1 기판 및/또는 제 2 기판에 패턴 형성된 전극과; 상기 전극을 포함한 제 1기판 및 제 2기판의 전면에 형성된 절연층과; 상기 제 1기판 및 제 2기판 내에 충진되는 전도성 액체 및 절연성 액체로 구성됨을 특징으로 한다.
또한, 상기 전극은 제 1기판 및 제 2기판의 양 기판에 형성되거나, 또는 한 기판 상에 소정의 패턴 형상으로 형성될 수 있다.
이 때, 상기 전극이 양 기판에 형성되는 경우는, 상기 제 1기판의 전면 또는 패턴형상으로 형성된 제 1전극과; 상기 제 2기판 상에 소정의 패턴 형상으로 형성된 제 2전극으로 구성되며, 상기 제 2전극을 포함한 제 2기판 상에 형성된 절연층 은 그 자체가 소수성(hydrophobic)인 재료로 구성되거나, 또는 상기 절연층 상에 소수성 물질이 코팅되어 구성됨을 특징으로 한다.
또한, 상기 전도성 액체 및 절연성 액체는 각각 친수성(hydrophilic) 및 소수성(hydrophobic)을 갖아 서로 혼합되지 않으며, 상기 전도성 액체는 기판에 구비된 전극에 전압이 가해지지 않는 경우 인접한 한 쌍의 제 2전극 사이 영역에서 볼록 렌즈 형태로 형성되어 전기 습윤 액체 렌즈의 역할을 수행함을 특징으로 한다.
또한, 상기 렌즈 형태의 전도성 액체는 제 2기판 상에 형성된 제 2전극이 스트라이프(stripe) 형태로 배열된 경우 렌티큘러 렌즈의 역할을 수행하거나, 제 2기판 상에 형성된 제 2전극이 매트릭스(matrix) 형태로 배열된 경우 IP 방식의 마이크로 렌즈의 역할을 수행한다.
또한, 상기 전도성 액체는 기판에 구비된 전극에 전압이 가해지는 경우 전기장의 영향으로 평평한 형태로 변형되어 렌즈 역할을 수행하지 아니한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 보다 상세히 설명하도록 한다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명에 의한 디스플레이 장치에 채용되는 3차원 영상 표시용 장치에 대한 단면도이다.
단, 이는 본 발명의 일 실시예에 대한 설명으로 본 발명에 의한 3차원 영상표시용 장치의 구성이 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 도 4a는 기판의 양 전극에 전원이 인가되지 않은 상태를 나타내는 것이고, 도 4b는 기판의 양 전극에 전원이 인가된 상태를 나타내는 것이다.
상기 3차원 영상 표시 기판은 렌티큘러 방식에 구비되는 렌티큘러 렌즈 기판 또는 IP 방식에 구비되는 마이크로 렌즈판이 될 수 있다.
기존의 경우 상기 3차원 영상을 표시하기 위해 평판표시장치 외면에 부착되는 렌티큘러 렌즈 기판 또는 마이크로 렌즈판에는 다수의 렌즈가 고정된 형태로 형성되어 있다. 이에 따라 상기 평판표시장치를 통해 2차원 영상을 볼 때에도 항상 상기 렌즈를 통해서만 영상을 보게 되는 문제점이 있으므로, 선명한 2차원 영상 구현에 어려움이 있었다.
이에 본 발명은 사용자의 선택에 의해 2차원 및 3차원 영상을 디스플레이 할 수 있도록 하는 것으로, 이는 도 4에 도시된 3차원 영상 표시용 장치가 평판표시장치 상부에 위치하고, 상기 3차원 영상 표시용 장치에 전원의 인가 여부에 따라 렌즈 형상이 선택적으로 구현되는 전기습윤 액체 렌즈 셀(electrowetting liquid lens cell)이 구비됨으로써 가능한 것이다.
즉, 상기 3차원 영상 표시용 장치 내에 형성된 액체 렌즈가 전원의 인가여부에 따라 렌즈의 역할을 수행하는 지가 결정되므로 사용자의 선택에 따라 3차원 영상 뿐 아니라, 평판표시장치에서 최초 출력하는 2차원 영상도 그대로 디스플레이 할 수 있는 것이다.
도 4를 참조하면, 상기 본 발명에 의한 3차원 영상표시용 장치(400)는, 투명기판으로서 서로 마주보도록 배치되는 제 1기판(410) 및 제 2기판(420)과, 상기 제 1기판(410)의 전면에 형성된 제 1전극(412)과, 상기 제 2기판(420) 상에 소정의 패턴 형상으로 형성된 제 2전극(422)과, 제 1기판 및 제 2기판의 전면에 형성된 절연 층(414, 424)과, 상기 제 1기판(410) 및 제 2기판(420) 내에 충진되는 전도성 액체(430, 432) 및 절연성 액체(440, 442)로 구성된다.
이 때, 상기 제 2기판(420) 상에 형성되는 절연층(424)은 그 자체가 소수성(hydrophobic)인 재료로 구성되거나, 또는 상기 절연층(424) 내부에 소수성 재료가 포함되지 않는 경우 상기 절연층(424) 상에 소수성 물질(425)이 코팅되어 구성된다.
또한, 상기 제 1기판(410) 상의 제 1전극(412) 상부에도 절연층(414)이 형성된다.
상기 제 1기판(410) 및 제 2기판(420)의 가장자리 부분은 실런트 등에 의해 합착되어 그 내부에 구비된 전도성 액체(430, 432) 및 절연성 액체(440, 442)가 외부로 유출되지 않는다.
여기서, 상기 전도성 액체(430, 432) 및 절연성 액체(440, 442)는 각각 친수성(hydrophilic) 및 소수성(hydrophobic)을 지니고 있어 서로 혼합되지 않는다.
또한, 상기 전도성 액체(430)는 양 기판에 구비된 전극(412, 422)에 전압이 가해지지 않는 경우 도 4a에 도시된 바와 같이 렌즈 형태(볼록 렌즈 형태)의 모양으로 형성된다.
즉, 도 4a에 도시된 바와 같이 양 기판(410, 420)에 구비된 전극(412, 422)에 전압이 가해지지 않는 상태에서는 상기 렌즈 형태의 전도성 액체(430)가 기존의 렌티큘러 렌즈 기판 또는 마이크로 렌즈판에 구비된 렌즈의 역할을 수행하게 된다.
이 때, 도 5a에 도시된 바와 같이 상기 제 2기판(420) 상에 형성된 제 2전극(422)이 스트라이프(stripe) 형태로 배열된 경우에는 상기 전도성 액체(430)가 기존의 렌티큘러 렌즈의 역할을 하게 되는 것이고, 도 5b에 도시된 바와 같이 상기 제 2기판(420) 상에 형성된 제 2전극(422)이 매트릭스(matrix) 형태로 배열된 경우에는 상기 전도성 액체(432)가 기존의 IP 방식의 마이크로 렌즈의 역할을 하게 되는 것이다.
이에 양 기판(410, 420)에 구비된 전극(412, 422)에 소정의 전압이 가해지게 되면, 상기 전도성 액체(432)는 전기장의 영향으로 평평한 형태로 변형된다. 이는 도 4b에 도시되어 있으며, 이와 같이 소정의 전압 인가로 인해 렌즈 역할을 수행하던 전도성 액체(432)가 평평한 형태로 변형되면 더 이상 렌즈의 역할을 수행하지 못하고 평판표시장치에서 출력하는 2차원 영상 화면이 클리어(clear) 하게 그대로 디스플레이된다.
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 다른 실시예에 의한 디스플레이 장치에 채용되는 3차원 영상 표시 기판에 대한 단면도로서, 도 6a는 기판의 양 전극에 전원이 인가되지 않은 상태를 나타내는 것이고, 도 6b는 기판의 양 전극에 전원이 인가된 상태를 나타내는 것이다.
이는 전극이 하나의 기판에만 형성된 경우의 실시예를 설명하는 것으로, 본 발명에 의한 3차원 영상표시용 장치의 구성이 이에 한정되지 않는다.
단, 도 4a에 도시된 실시예와 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 도면부호를 사용하고, 그에 대한 설명은 생략하도록 한다.
도 6에 도시된 실시예를 참조하면, 이는 제1 및 제2 전극(412, 422)이 제 2기판(420) 상에만 형성되어 있음을 특징으로 한다.
즉, 제 1기판(410)의 전면에 형성되던 제 1전극(412)가 상기 제 2기판(420)의 제 2전극(422)에 인접하여 형성된다.
도 6에 도시된 실시예의 경우는 상기 제 1전극(412) 및 제 2전극(422)이 동일한 층에 형성되는 것을 예로 들고 있으나, 상기 제 1전극(412) 및 제 2전극(422)은 서로 다른 층에 형성될 수도 있다.
일 예로 제 1전극(412)가 제 2기판(420) 상에 형성되고, 그 상부에 절연층(424)가 형성된 뒤, 상기 제 1전극(412)의 인접한 위치에 상기 제 2전극(422)가 형성되고, 그 상부에 소수성 의 절연층(425) 혹은 소수성으로 코팅된 절연층이 형성되도록 구성될 수도 있는 것이다.
즉, 도 6에 도시된 실시예는 제 2기판(420) 상에만 전극(412, 422)이 형성되고, 다른 기판 즉, 제 1기판(410)에는 전극이 형성되지 않는다는 점에서 그 차이가 있는 것으로, 이 경우 전압의 인가는 도시된 바와 같이 제 2기판(420) 상의 제 1전극(412) 및 제 2전극(422) 간에 인가된다.
도 7a 및 도 7b는 본 발명의 실시예에 의한 2차원 및 3차원 영상의 선택적 디스플레이가 가능한 디스플레이 장치의 사시도이다.
여기서, 도 7a는 렌티큘러 방식의 디스플레이장치를 나타내는 것이고, 도 7b는 IP 방식의 디스플레이장치를 나타내는 것이다.
본 발명은 평판표시장치의 외면에 도 4 내지 도 6을 통해 설명한 3차원 영상 표시용 장치를 부착함으로써 구현되는 것이다.
즉, 평판표시장치(700)에 도 5a에 도시된 바와 같은 형태의 3차원 영상 표시 기판(400)이 부착되면 렌티큘러 방식을 이용한 2차원/ 3차원 선택 표시 디스플레이장치가 구현되는 것이며, 평판표시장치(700)에 도 5b에 도시된 바와 같은 형태의 3차원 영상 표시 기판(400)이 부착되면 IP 방식을 이용한 2차원/ 3차원 선택 표시 디스플레이장치가 구현되는 것이다.
여기서, 상기 평판표시장치(700)는 LCD(Liquid Crystal Display), PDP(Plasma Display Panel), FED(Field Emission Device) 및 유기 EL(Electro-Luminescence) 패널 등으로 할 수 있다.
상기 설명한 본 발명의 실시예는 본 발명에 의한 디스플레이가 가능한 디스플레이 장치를 설명하기 위한 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양하고 균등한 예가 가능하다는 것을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 권리범위는 특허청구범위에 의해 정해져야 할 것이다.
이와 같은 본 발명에 의하면, 평판표시장치 외면에 구비되는 3차원 영상 표시용 장치를 전기 스위칭이 가능한 렌즈 셀을 채용함으로써, 2차원 및 3차원 영상을 선택적으로 표시할 수 있도록 하여 사용자의 선택에 의해 3차원 영상의 실감과 기존의 2차원 영상을 동시에 추구할 수 있다는 장점이 있다.

Claims (12)

  1. 평판표시장치; 및
    상기 평판표시장치의 외면에 부착되며, 상기 평판표시장치의 영상을 2차원 영상 및 3차원 영상으로 선택적으로 조절하기 위한 장치를 포함하고,
    상기 조절 장치는,
    제1 기판;
    상기 제1 기판 상에 제1 전극;
    상기 전극 상에 제1 절연층;
    상기 제1 기판에 대향하는 제2 기판;
    상기 제2 기판 상에 배열된 다수의 제2 전극들;
    상기 제2 전극들을 포함하는 상기 제2 기판 상에 제2 절연층;
    상기 제1 및 제2 기판 사이의 가장자리 영역에 실런트 재; 및
    상기 제1 및 제2 절연층들과 상기 실런트 재 사이에 전도성 액체 및 절연성 액체를 포함하는 디스플레이 장치.
  2. 평판표시장치; 및
    상기 평판표시장치의 외면에 부착되며, 상기 평판표시장치의 영상을 2차원 영상 및 3차원 영상으로 선택적으로 조절하기 위한 장치를 포함하고,
    상기 조절 장치는,
    제1 기판;
    상기 제1 기판에 대향하는 제2 기판;
    상기 제2 기판 상에 배열된 다수의 제2 전극들;
    상기 제2 전극들 각각의 양측에 인접하여 배치된 다수의 제1 전극들;
    상기 제2 전극들을 포함하는 상기 제2 기판 상에 절연층;
    상기 제1 및 제2 기판 사이의 가장자리 영역에 실런트 재;
    상기 제1 기판, 상기 절연층 및 상기 실런트 재 사이에 전도성 액체 및 절연성 액체를 포함하는 디스플레이 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제2 전극들은 스트라이프 형상 및 매트릭스 형상 중 하나인 디스플레이 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제2 절연층은 소수성 물질로 형성되는 디스플레이 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 전도성 액체는 상기 제1 절연층에 접하고, 상기 절연성 액체는 상기 제2 절연층에 접하는 디스플레이 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제2 절연층 상에 소수성 물질을 포함하는 소수성 물질층을 더 포함하는디스플레이 장치.
  7. 제 2항에 있어서,
    상기 절연층은 상기 제2 절연층은 소수성 물질로 형성되는 디스플레이 장치.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 전도성 액체는 상기 제1 기판에 접하고, 상기 절연성 액체는 상기 절연층에 접하는 디스플레이 장치.
  9. 제2항에 있어서,
    상기 절연층 상에 소수성 물질을 포함하는 소수성 물질층을 더 포함하는 디스플레이 장치.
  10. 제 2항에 있어서,
    상기 제1 전극들은 상기 제2 전극들과 동일층에 형성되는 디스플레이 장치.
  11. 제2항에 있어서,
    상기 제1 전극들은 상기 제2 전극들과 상이한 층에 형성되는 디스플레이 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 절연층 상에 상기 제1 전극들이 형성되고,
    상기 제1 전극들 상에 소수성 물질을 포함하는 또 다른 절연층이 형성되는 디스플레이 장치.
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