KR101100877B1 - 다중 도메인 표시 장치 및 그에 사용되는 표시판 - Google Patents
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Abstract
절연 기판 위에 형성되어 있는 게이트선, 게이트선과 게이트 절연막을 통해 절연되어 교차하고 있는 데이터선, 상기 게이트선과 데이터선을 이용하여 형성되는 반도체 스위칭 소자, 상기 데이터선 위에 형성된 보호층 및 유기 절연막, 상기 게이트선과 데이터선의 교차를 통하여 정의되는 각 화소 영역이 있는 액정 표시 장치에 있어서, 각 화소 영역에 분할된 제1 화소 전극과 제2 화소 전극이 있고, 제1 화소 전극은 상기 데이터선과 직접 연결되어 있고, 제2 화소 전극은 제1 화소 전극과 용량성으로 결합되어 있으며, 상기 용량성 결합을 위해 제2 화소 전극은 상기 유기 절연막이 오픈된 부분을 통해서 상기 보호막을 사이에 두고 데이터선과 오버랩 되어 있다. 이렇게 하면 개구율을 유지하면서도 휘도 및 측면 시인성이 향상된 액정 표시 장치를 얻을 수 있다.
액정표시장치, 수직배향, 절개부, 결합전극, 시인성
Description
도 1은 도 1은 일반적인 액정 표시 장치에서 여러 각도에서의 감마 곡선을 나타낸 그래프.
도 2a와 도 2b는 하나의 화소 내에 액정 분자의 경사 방향이 다른 복수의 도메인이 형성되어 있는 액정 표시 장치에서 액정 분자들의 배열을 보여주고 있다.
도 3은 도 2b의 경우에 전압이 다른 두 영역에서의 액정 분자의 경사 각도를 예시하고 있다.
도 4a는 도 2a에 도시한 액정 표시 장치에서 정면 감마 곡선과 측면 감마 곡선을 나타낸 그래프이다.
도 4b는 도 2b에 도시한 액정 표시 장치에서 정면 감마 곡선과 측면 감마 곡선을 나타낸 그래프이다.
도 5는 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치의 단면도이다.
도 6은 도 5에 도시한 액정 표시 장치의 등가 회로도이다.
도 7은 도 5에 도시한 액정 표시 장치의 정면 및 측면 감마 곡선을 나타낸 그래프이다.
도 8은 3개의 부영역을 가지는 액정 표시 장치의 정면 및 측면 감마 곡선을 나타낸 그래프이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 액정 표시 장치의 배치도이다.
* 도면 부호의 설명 *
10: 하부 기판 11: 상부 기판
20: 게이트선 30: 게이트 절연막
40, 50: 반도체층 60: 데이터선
70: 보호막 80: 유기 절연막
91: 상판 전극
901: 제1 화소 전극 902: 제2 화소 전극
100: 제1 접촉 구멍 101: 제2 접촉 구멍
110: 오버코트 120: 색필터
130: 블랙 매트릭스 140:화소 전극 절개부
본 발명은 액정 표시 장치 및 그에 사용되는 표시판에 관한 것이다.
액정 표시 장치는 일반적으로 공통 전극과 색 필터(color filter) 등이 형성되어 있는 상부 표시판과 박막 트랜지스터와 화소 전극 등이 형성되어 있는 하부 표시판 사이에 액정 물질을 주입해 놓고 화소 전극과 공통 전극에 서로 다른 전압을 인가함으로써 전계를 형성하여 액정 분자들의 배열을 변경시키고, 이를 통해 빛 의 투과율을 조절함으로써 화상을 표현하는 장치이다.
그런데 액정 표시 장치는 시야각이 좁은 것이 중요한 단점이다. 이러한 단점을 극복하고자 시야각을 넓히기 위한 다양한 방안이 개발되고 있는데, 그 중에서도 액정 분자를 상하 표시판에 대하여 수직으로 배향하고 화소 전극과 그 대향 전극인 공통 전극에 일정한 절개 패턴을 형성하거나 돌기를 형성하는 방법이 유력시되고 있다.
절개 패턴을 형성하는 방법으로는 화소 전극과 공통 전극에 각각 절개 패턴을 형성하여 이들 절개 패턴으로 인하여 형성되는 프린지 필드(fringe field)를 이용하여 액정 분자들이 눕는 방향을 조절함으로써 시야각을 넓히는 방법이 있다.
돌기를 형성하는 방법은 상하 표시판에 형성되어 있는 화소 전극과 공통 전극 위에 각각 돌기를 형성해 둠으로써 돌기에 의하여 왜곡되는 전기장을 이용하여 액정 분자의 눕는 방향을 조절하는 방식이다.
또 다른 방법으로는, 하부 표시판 위에 형성되어 있는 화소 전극에는 절개 패턴을 형성하고 상부 표시판에 형성되어 있는 공통 전극 위에는 돌기를 형성하여 절개 패턴과 돌기에 의하여 형성되는 프린지 필드를 이용하여 액정의 눕는 방향을 조절함으로써 도메인을 형성하는 방식이 있다.
이러한 다중 도메인 액정 표시 장치는 1:10의 대비비를 기준으로 하는 대비비 기준 시야각이나 계조간의 휘도 반전의 한계 각도로 정의되는 계조 반전 기준 시야각은 전 방향 80°이상으로 매우 우수하다. 그러나 정면의 감마(gamma)곡선과 측면의 감마 곡선이 일치하지 않는 측면 감마 곡선 왜곡 현상이 발생하여 TN(twisted nematic) 모드 액정 표시 장치에 비하여도 좌우측면에서 열등한 시인성을 나타낸다. 예를 들어, 도메인 분할 수단으로 절개부를 형성하는 PVA(patterned vertically aligned) 모드의 경우에는 측면으로 갈수록 전체적으로 화면이 밝게 보이고 색은 흰색 쪽으로 이동하는 경향이 있으며, 심한 경우에는 밝은 계조 사이의 간격 차이가 없어져서 그림이 뭉그러져 보이는 경우도 발생한다. 그런데 최근 액정 표시 장치가 멀티미디어용으로 사용되면서 그림을 보거나 동영상을 보는 일이 증가하면서 시인성이 점점 더 중요시되고 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 시인성이 우수한 다중 도메인 액정 표시 장치를 구현하는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 시인성을 확보하면서, 높은 개구율을 유지할 수 있는 박막 트랜지스터 표시판 및 이를 포함하는 액정 표시 장치에 관한 것이다.
이러한 과제를 해결하기 위하여 본 발명에서는 하부 기판 위에 서로 교차하는 게이트선과 데이터선으로 정의되는 한 화소 내의 화소 전극을 제1 화소 전극과 제2 화소 전극 혹은 그 이상으로 나누어 한 화소 내에 복수의 부영역을 형성하고, 상기 복수의 부영역에는 상기 분할된 화소 전극을 통해서 서로 다른 전위가 인가되도록 한다. 이때, 상기 복수로 분할된 화소 전극 중 적어도 하나는 상기 데이터선(60)으로부터의 신호를 직접 전달 받도록 상기 데이터선과 직접 연결되어 있고, 나 머지 분할된 화소 전극은 보호막을 사이에 두고 데이터선과 일부 중첩되도록 하여 용량성 연결을 갖도록 한다. 이를 통해서 한 화소 내에 상기 복수의 부영역은 상이한 전위가 인가되어 상기 액정의 움직임을 상이하게 한다.
그러면, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다. 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다.
먼저 본 발명의 원리에 대하여 도 1 내지 도 4b를 참고로 하여 상세하게 설명한다.
도 1은 일반적인 액정 표시 장치에서 여러 각도에서의 감마 곡선을 나타낸 그래프로서, C1은 정면에서의 감마 곡선, C2는 위쪽 방향에서의 감마 곡선, C3는 오른쪽 방향에서의 감마 곡선, 그리고 C4는 대각 방향에서의 감마 곡선이다.
도 1은 정면에서의 감마 곡선과 기타 다른 방향에서의 감마 곡선이 큰 차이를 나타내는 감마 왜곡 현상을 보여 주고 있다. 따라서, 동일한 전압을 인가하여 동일한 계조를 표시하고자 하더라도 정면과 측면에서의 휘도 차이로 인해 정면과 측면에서의 이미지가 상이한 시인성의 왜곡 현상이 나타난다. 특히, 고계조에서는 계조간 밝기의 뭉침 현상까지 발생해서 더욱 심한 왜곡 현상을 나타낸다.
도 2a, 도 2b와 도 3 및 도 4a, 도 4b는 이러한 시인성 문제를 해결하기 위한 본 발명의 기본 개념을 보여준다. 도 2a와 도 2b는 하나의 화소 내에 액정 분자의 경사 방향이 다른 복수의 도메인이 형성되어 있는 액정 표시 장치에서 액정 분자들의 배열을 보여주고 있으며, 도 3은 도 2b의 경우에 전압이 다른 두 영역에서의 액정 분자의 경사 각도를 예시하고 있다. 도 4a는 도 2a에 도시한 액정 표시 장치에서 정면 감마 곡선과 측면 감마 곡선을 나타낸 그래프이고 도 4b는 도 2b에 도시한 액정 표시 장치에서 정면 감마 곡선과 측면 감마 곡선을 나타낸 그래프이다.
도 2a와 같이 한 화소 내에 다중 도메인을 있더라도 한 화소 내에서는 전기장을 생성하는 두 전극의 전위차가 일정한 경우에는 도 4a에 나타낸 바와 같이 정면 감마 곡선과 측면 감마 곡선의 차이가 매우 크다.
그러나 도 2b와 같이 두 전계 생성 전극 중 한 전극을 두 개의 부전극으로 나누고 서로 다른 전압을 인가하면, 두 부전극 위의 액정층 영역, 즉 부영역에 걸리는 전기장의 세기가 달라지며 이에 따라 도 3과 같이 두 부영역 내의 액정 분자의 경사 각도가 상이하게 된다. 이와 같이 하면, 도 4b에서 보여 주는 것과 같이 두 부영역 내의 액정 분자의 경사각 차이로 인해서 측면에서의 감마 곡선이 정면에서의 감마 곡선에 가까워진다. 따라서, 정면과 측면간의 화면 왜곡 현상이 줄어들 어 시인성이 우수한 액정 표시 장치를 구현할 수 있다.
그러면 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치에 대하여 도 5 내지 도 7을 참고로 하여 상세하게 설명한다.
도 5는 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치의 단면도이고, 도 6은 도 5에 도시한 액정 표시 장치의 등가 회로도이며, 도 7은 도 5에 도시한 액정 표시 장치의 정면 및 측면 감마 곡선을 나타낸 그래프이다.
도 5에 도시한 바와 같이, 본 실시예에 따른 액정 표시 장치는 하부 표시판과 상부 표시판 및 그 사이의 액정층을 포함한다.
먼저 하부 표시판에 대하여 상세하게 설명한다.
하부 기판(10) 위에 게이트 전극(20)을 포함하는 게이트선이 형성되어 있고, 그 위에 게이트 절연막(30)이 형성되어 있다.
게이트 절연막(30) 위에는 진성 반도체층(40)과 불순물 반도체층(50)으로 이루어진 반도체층(40, 50)이 형성되어 있다.
반도체층(40, 50)의 위에는 소스 전극(63) 및 드레인 전극(65)과 결합 전극(67)을 포함하는 데이터선(60)이 형성되어 있으며 그 위에는 반도체층(40, 50)과 데이터선(60)을 보호하기 위한 보호막(70)과 유기막(80)이 차례로 형성되어 있다. 보호막(70)과 유기막(80)에는 드레인 전극(65)을 노출하는 제1 접촉 구멍(100)이 뚫려 있고 결합 전극(67)을 노출하는 제2 접촉 구멍(101)이 뚫려 있다. 제2 접촉 구멍(101)은 또한 보호막(70)의 표면 일부를 노출하며, 드레인 전극(67)과 결합 전극(67)은 서로 연결되어 있을 수 있다. 여기에서, 게이트 전극(20), 소스 전극 (63) 및 드레인 전극(65)은 반도체층(40, 50)과 함께 박막 트랜지스터를 이룬다.
유기막(80) 위에는 서로 분리된 제1 및 제2 화소 전극(901, 902)이 형성되어 있다. 제1 화소 전극(901)은 제1 접촉 구멍(100)을 통해서 드레인 전극(65)과 직접 접촉하고, 제2 접촉 구멍(101)을 통해서는 결합 전극(67)과 직접 연결되어 있다. 제2 화소 전극(902)은 제2 접촉 구멍(101)의 보호막(70) 부분 위에 위치하여 결합 전극(67)과 중첩한다.
상부 표시판에 대하여 설명하자면, 기판(11) 위에는 블랙 매트릭스라고 하는 차광막(130)과 색필터(120)가 형성되어 있고, 그 위에는 오버코트(110)와 상판 전극(91)이 형성되어 있다.
앞서 설명하였듯이 액정층은 하부 표시판과 상부 표시판의 사이에 위치하며, 도 6에 도시한 것처럼, 제1 화소 전극(901)과 상판 전극(91) 및 그 사이의 액정은 제1 액정 축전기(Clc_a)를 이루고, 제2 화소 전극(902)과 상판 전극(91) 및 그 사이의 액정은 제2 액정 축전기(Clcb)를 이룬다.
이렇게 하면 제2 화소 전극(902)은 결합 전극(67)과의 중첩부에서 용량성 결합되어 결합 축전기(Ccp)를 이루고, 실제 데이터선에서 박막 트랜지스터를 통하여 제1 액정 축전기(Clc_a)에 충전된 전압보다 낮은 전압이 제2 액정 축전기(Clc_B)에 걸리게 되어, 본 발명의 기본 개념에서 설명한 것과 같이 액정층이 서로 다른 세기의 전기장을 인가 받는 복수의 부영역을 갖는 표시 장치가 된다. 도 6에서 Cst는 유지 축전기를 나타낸 것으로서 제1 화소 전극(901)이 다른 신호선과 중첩되어 이루는 축전기이다. 이때 다른 신호선이란 별도로 구비된 신호선일 수도 있고 게이 트선이나 데이터선일 수도 있다.
다시 말하면, 데이터선(60)으로부터 전달된 전압은 제1 액정 축전기(Clc_a)에는 직접 인가되지만, 제2 액정 축전기(Clc_b)에는 결합 축전기(Ccp)의 결합을 통해 간접적으로 전달된다. 이때 제2 액정 축전기(Clc-b)에 인가되는 전압은 각 축전기(Clc_a, Clc_b, Cst, Scp)의 정전 용량 등에 따라 적절하게 배분된 값을 가진다.
결과적으로는 액정층의 두 부영역에서의 액정 분자의 움직임이 상이하게 되고, 이것이 정면과 측면에서의 신호 왜곡을 줄여주는 역할을 한다.
도 7은 약 0~30 계조 사이에는 정면과 측면의 감마 곡선이 밀착하고, 고계조에서는 정면과 측면의 계조간 뭉침 현상이 개선되었음을 보여준다.
본 발명의 도 5에 도시한 화소 전극과 결합 전극의 중첩 구조는 한 화소 내에 서로 다른 전압값을 갖는 액정 축전기를 3개 이상, 즉 한 화소 내의 액정층이 서로 다른 세기를 가지는 전기장을 인가받는 세 개 이상의 부영역을 형성하는 경우에도 적용할 수 있다. 이때 부영역의 개수는 실제 표시 장치의 설계시 개구율 및 화소의 크기 등 설계 규칙에 따라 최적으로 결정해야 한다.
도 8은 3개의 부영역을 가지는 액정 표시 장치의 정면 및 측면 감마 곡선을 나타낸 그래프로서, 측면 감마 곡선이 두 개의 부영역이 있는 경우보다 더욱 정면 감마 곡선에 가까워짐을 보여준다.
그러면 본 발명의 다른 실시예에 따른 액정 표시 장치에 대하여 도 9를 참고로 하여 상세하게 설명한다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 액정 표시 장치의 배치도이다.
도 9에 도시한 액정 표시 장치의 층상 구조는 도 5와 거의 동일하다.
그러나, 제1 화소 전극(901)과 제2 화소 전극(902)의 배치와 제2 화소 전극(902) 및 상판 전극(91)에 절개부(191, 911-913)가 있다는 점이 도 5의 액정 표시 장치와 다르다. 제1 및 제2 화소 전극(901, 902)의 배치 및 절개부(191, 911-913)에 대하여 좀 더 상세하게 설명한다.
제1 및 제2 화소 전극(901, 902))은 둘 사이에 간격(900)을 두고 맞물려 있다. 제2 화소 전극(902)은 90도 회전한 등변 사다리꼴 형태를 가지고 있으며 그 빗변은 게이트선(21)과 약 45도를 이룬다. 제1 화소 전극(901)은 제2 화소 전극(902)의 빗변과 마주보는 두 개의 직각 삼각형 부분과 이들을 연결하는 긴 세로부를 포함한다. 따라서 제1 화소 전극(901)과 제2 화소 전극(902) 사이의 간격(900)은 한 쌍의 하부 사선부와 상부 사선부, 그리고 세로부로 이루어진다.
제2 화소 전극(902)은 자신을 상하 두 부분으로 이등분하는 절개부(191)를 가지고 있으며, 절개부(191)는 오른쪽에서 왼쪽으로 파고 들어오는 입구를 가지고 있다.
상판 전극(91)은 하부 표시판의 제2 화소 전극(902)의 절개부(191), 제1 화소 전극(901)과 제2 화소 전극(902) 사이의 간격(900), 그리고 화소 전극(902)의 모따기된 빗변의 사이에 위치하는 복수의 절개부(911-913)를 가지고 있다.
이와 같이 하면, 본 실시예에서도 게이트선(21)과 데이터선(61)에 의해 정의된 한 화소 내에 서로 다른 크기의 전기장을 인가 받는 부영역이 존재한다. 이와 같이 화소 영역 내에서 화소 전극(902) 및 상판 전극(91)에 절개부(191, 911-913)를 두되 절개부(191, 911-913)의 모양이 화소 내에서 꺾이도록 형성되어 있다. 이 경우 전극(901, 91)의 절개에 의한 프린지 필드 효과로 수직 배향된 액정 분자의 눕는 방향이 서로 다른 복수의 도메인이 형성됨과 동시에 데이터선(61)과 제2 화소 전극이 보호막(70)을 사이에 두고 중첩하여 형성한 정전 용량의 커플링 효과에 의해 수직 배향된 액정의 눕는 정도가 다른 복수의 부영역이 형성된다. 이렇게 하면 시야각과 시인성이 모두 향상된 표시 장치를 얻을 수 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
이상과 같은 구성을 통하여 시야각 및 측면 시인성이 향상된 표시 장치를 얻을 수 있다.
Claims (10)
- 절연 기판,상기 절연 기판 위에 형성되어 있는 게이트선,상기 게이트선과 절연되어 교차하고 있는 데이터선,상기 게이트선과 연결되어 있는 게이트 전극, 상기 데이터선과 연결되어 있는 소스 전극, 상기 게이트 전극에 대하여 상기 소스 전극과 마주 보는 드레인 전극을 포함하는 박막 트랜지스터,상기 기판 위에 형성되어 있으며 상기 드레인 전극과 전기적으로 연결되어 있는 결합 전극,상기 게이트선과 상기 데이터선 및 상기 박막 트랜지스터 위에 형성되어 있는 보호막,상기 보호막 위에 형성되어 있는 유기 절연막, 상기 보호막과 상기 유기 절연막은 상기 드레인 전극의 일부를 드러내는 제1 접촉구를 가지고, 상기 유기 절연막은 상기 보호막의 일부를 드러내는 제2 접촉구를 가지며,상기 제1 접촉구를 통해, 상기 드레인 전극과 전기적으로 연결되어 있는 제1 화소 전극, 그리고상기 제1 화소 전극과 분리되어 있으며 상기 제2 접촉구를 통해, 상기 보호막을 사이에 두고 상기 결합 전극과 적어도 일부 중첩하는 제2 화소 전극을 포함하는 표시 장치.
- 삭제
- 삭제
- 제1항에서,상기 결합 전극은 상기 드레인 전극이 연장되어 이루어진 표시 장치.
- 절연 기판,상기 절연 기판 위에 형성되어 있는 게이트선,상기 게이트선과 절연되어 교차하고 있는 데이터선,상기 게이트선과 연결되어 있는 게이트 전극, 상기 데이터선과 연결되어 있는 소스 전극, 상기 게이트 전극에 대하여 상기 소스 전극과 마주 보는 드레인 전극을 포함하는 박막 트랜지스터,상기 기판 위에 형성되어 있으며 상기 드레인 전극이 연장되어 이루어진 결합 전극,상기 게이트선과 상기 데이터선과 상기 박막 트랜지스터와 상기 결합 전극 위에 형성되어 있는 보호막,상기 보호막 위에 형성되어 있는 유기 절연막, 그리고상기 유기 절연막 위에 형성되어 있으며 서로 분리되어 있는 복수의 화소 전극을 포함하며,상기 복수의 화소 전극 중 적어도 하나는 상기 드레인 전극과 연결되어 있고,상기 유기 절연막은 상기 보호막의 표면을 드러내는 적어도 하나의 접촉구를 가지며,상기 복수의 화소 전극 중 적어도 하나의 다른 화소 전극은 상기 적어도 하나의 접촉구의 상기 보호막의 표면 위에 위치하고 상기 결합 전극은 상기 적어도 하나의 접촉구의 상기 보호막의 표면 아래에 위치하여 서로 일부분 중첩하는 표시 장치.
- 제5항에서,상기 보호막과 상기 유기 절연막은 상기 복수의 화소 전극 중 적어도 하나의 화소 전극과 상기 드레인 전극이 직접 접촉하도록 하는 적어도 하나의 접촉구를 가지는 표시 장치.
- 삭제
- 한 쌍의 하부 기판과 상부 기판,상기 하부 기판 위에 형성되어 있는 게이트선,상기 게이트선과 절연되어 교차하고 있는 데이터선,상기 하부 기판 위에 형성되어 있는 결합 전극,상기 게이트선 및 상기 데이터선에 연결되어 있는 박막 트랜지스터,상기 게이트선과 데이터선 위에 형성되어 있는 보호막,상기 보호막 위에 형성되어 있는 유기 절연막, 상기 유기 절연막은 상기 보호막의 일부를 드러내는 적어도 하나의 접촉구를 가지고,서로 분리되어 있으며 적어도 하나가 상기 박막 트랜지스터와 연결되어 있으며, 적어도 다른 하나는 상기 접촉구를 통해, 상기 보호막을 사이에 두고 상기 결합 전극과 중첩하는 복수의 화소 전극,상기 상부 기판 위에 형성되어 있는 상판 전극, 그리고상기 복수의 화소 전극과 상기 상판 전극에 의해 정의되는 복수의 부영역을 포함하며,상기 복수의 부영역 중 적어도 하나의 부영역에는 다른 부영역과 크기가 다른 전기장이 형성되는표시 장치.
- 제8항에서,상기 복수의 부영역 중 적어도 하나의 부영역의 화소 전극은 상기 복수의 부영역 중 적어도 하나의 다른 부영역의 화소 전극과 용량성으로 결합되어 있으며 상기 용량성 결합은 상기 보호막을 절연체로 하는 표시 장치.
- 삭제
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