KR101325320B1 - 액정표시패널 및 이를 구비하는 액정표시장치 - Google Patents

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Abstract

액정표시패널 및 이를 구비하는 액정표시장치가 제공된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 액정표시패널은, 박막 트랜지스터가 구비된 하부 기판, 하부 기판에 대향하도록 형성된 상부 기판 및 하부 기판과 상부 기판 사이의 간격(cell gap)이 중심부와 주변부 사이에 서로 다른 크기를 갖도록 지지하는 스페이서(spacer)를 포함한다.
셀 갭, 단차, 휘도, 중심부, 주변부, 컬럼 스페이서

Description

액정표시패널 및 이를 구비하는 액정표시장치{Liquid crystal display panel and liquid crystal display apparatus comprising the same}
도 1은 종래 액정표시장치의 휘도 분포를 설명하기 위한 개념도이다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 일 실시예에 따른 액정표시패널의 단면을 간략히 나타낸 설명도이다.
도 2c 및 도 2d는 본 발명의 다른 실시예에 따른 액정표시패널의 단면을 간략히 나타낸 설명도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 액정표시패널이 구비된 액정표시장치를 나타낸 분해 사시도이다.
<도면의 주요 부분에 관한 부호의 설명>
210 : 상부 기판 220 : 하부 기판
230 : 스페이서 240 : 실런트
300 : 액정표시패널 350 : 백 라이트 유닛
360 : 탑 샤시
본 발명은 액정표시패널 및 이를 구비하는 액정표시장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 보다 균일한 휘도 분포를 갖는 액정표시패널과 이를 구비하는 액정표시장치에 관한 것이다.
근래들어 액정표시장치가 디스플레이 수단으로 각광받고 있다.
액정표시장치는 패널의 내부에 주입된 액정의 전기적, 광학적 성질을 이용하여 디스플레이 기능을 수행하는데, 소형, 경량 및 저소비 전력 등의 장점에 의해 컴퓨터 모니터나 이동 통신 단말기 등의 다양한 분야에 폭넓게 응용되고 있는 추세이다.
이러한 액정표시장치는 구동방식의 차이에 따라, 스위칭 소자 및 TN(Twisted Nematic) 액정을 이용한 액티브 매트릭스(Active matrix) 표시방식과 STN(Super-Twisted Nematic) 액정을 이용한 패시브 매트릭스(passive matrix) 표시방식으로 크게 구분할 수 있다.
상기 두 표시방식의 가장 큰 차이점은, 액티브 매트릭스 표시방식이 박막 트랜지스터(TFT)를 스위치로 이용하여 LCD를 구동하는 방식인데 반해, 패시브 매트릭스 표시방식은 트랜지스터를 사용하지 않기 때문에 이와 관련한 복잡한 회로를 필요로 하지 않는다는 것이다. 그러나 화질과 관련된 기술상 우위에 있는 액티브 매트릭스 표시방식의 액정표시장치가 널리 사용되고 있다.
액정표시장치는 자발광(自發光) 디스플레이 장치가 아니라 수광(受光)형 디스플레이 장치이기 때문에 램프가 구비된 백 라이트 유닛(Back Light Unit)과 같은 별도의 광원(光源)이 필요하다. 즉, 백 라이트 유닛으로부터 인가되는 광을 액정표 시패널을 통해 선택적으로 투과시킴으로써 원하는 영상 정보를 디스플레이 할 수 있게 되는 것이다.
그런데, 이와 같이 외부의 광원으로부터 인가되는 광을 이용하여 영상 정보를 디스플레이 하게 됨으로써 액정표시장치는 화면 전체적으로 균일하지 않은 휘도 분포를 갖는다는 문제점이 있다.
도 1은 종래 액정표시장치의 휘도 분포를 설명하기 위한 개념도이다.
도 1에 도시된 바와 같이 종래의 액정표시장치를 중심부(C)와 주변부(E1 내지 E4)로 구분하고, 255 그레이(255 gray : full white) 모드에서 그 각각의 영역에 대해 휘도를 측정한 결과를 다음의 <표 1>에 정리하였다.
C E1 E2 E3 E4
니트(nit) 570 465 460 420 425
<표 1>에 나타낸 바와 같이 액정표시장치의 휘도는, 동일 그레이 모드에서 중심부 대비 각각의 주변부가 100 내지 150 니트 정도의 큰 차이를 보이는 것으로 측정되었다. 이와 같은 휘도 불균일의 문제는 패널의 크기 등에 따라 정도의 차이는 있지만 모든 액정표시장치에 공통적으로 존재하는 문제점인데, 액정표시장치가 대형화 될수록 더욱 크게 문제가 되는 것으로 나타나고 있다.
따라서 액정표시장치가, 패널의 전면(全面)에 걸쳐 보다 균일한 휘도 분포를 가질수 있도록 하기 위한 방안이 요구되고 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 보다 균일한 휘도 분포를 갖는 액 정표시패널과 이를 구비하는 액정표시장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해되어질 수 있을 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 액정표시패널은, 박막 트랜지스터가 구비된 하부 기판, 하부 기판에 대향하도록 형성된 상부 기판 및 하부 기판과 상부 기판 사이의 간격(cell gap)이 중심부와 주변부 사이에 서로 다른 크기를 갖도록 지지하는 스페이서(spacer)를 포함한다.
이때, 주변부의 기판 사이 간격은 중심부의 기판 사이 간격에 비해 크게 형성되는 것이 좋다.
여기서, 주변부와 중심부의 사이에는 주변부의 기판 간격 보다 작고 중심부의 기판 간격 보다 큰 기판 간격을 갖는 하나 이상의 중간부가 형성될 수 있는데, 중간부가 복수개 존재하는 경우, 주변부와 인접한 중간부의 기판 간격이 중심부와 인접한 중간부의 기판 간격 보다 큰 것이 좋다.
주변부, 중심부 및/또는 중간부의 기판 사이 간격은 하부 기판의 하방으로부터 상부 기판의 상방으로 진행하는 광의 휘도를 소정의 오차 범위 내에서 균일하게 유지시킬 수 있는 크기로 형성되는 것이 바람직하다.
하부 기판과 상부 기판 사이의 간격을 지지하기 위한 스페이서로는 컬럼 스페이서(column spacer)가 사용될 수 있다.
또한, 본 발명은 이상의 액정표시패널을 구비하는 액정표시장치를 제공한다.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있을 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것으로, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 일 실시예에 따른 액정표시패널의 단면을 간략히 나타낸 설명도이다.
도 2a 및 도 2b에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 액정표시패널은 상부 기판(210), 하부 기판(220), 스페이서(230) 및 실런트(sealant, 240) 등을 포함하여 구성된다.
상부 기판(210)에는 컬러 필터와 블랙 매트릭스 및 공통 전극 등이 형성될 수 있다. 그리고 이와 대향되도록 형성되는 하부 기판(220)에는 다수의 게이트 라인과 데이터 라인이 매트릭스 형태로 형성될 수 있다. 다수의 게이트 라인과 데이 터 라인의 교차점에는 박막 트랜지스터가 형성된다.
상부 기판(210)과 하부 기판(220)의 사이에 액정이 주입되고 실런트(240) 등에 의해 봉지됨으로써 액정표시패널이 구성된다.
이와 같은 액정표시패널의 세부 구성 및 동작 등에 대해 간략히 설명하면 다음과 같다.
자세히 도시되지는 않았지만, 하부 기판(220)에 형성되는 박막 트랜지스터는 게이트 전극, 소스 전극, 드레인 전극, 액티브층 및 오믹 접촉층 등으로 구성되며, 드레인 전극이 화소 전극과 전기적으로 연결되어 단위 화소를 이룬다. 그리고, 이러한 구조를 갖는 박막 트랜지스터는 게이트 라인을 통해 게이트 전극에 게이트 신호가 인가되면 데이터 라인에 인가된 데이터 신호가 오믹 접촉층 및 액티브층을 통해 소스 전극에서 드레인 전극으로 전달됨으로써 동작한다.
즉, 소스 전극에 데이터 신호가 인가되면 소스 전극과 연결된 화소 전극에 이와 대응되는 전압이 인가되는데, 이로 인해 화소 전극과 공통 전극 사이에 전압차가 발생한다. 그리고, 화소 전극과 공통 전극의 전압 차이로 인해 그 사이에 게재되어 있는 액정의 분자 배열이 변화되며, 액정의 분자 배열의 변화로 인해 화소의 광 투과량이 변하게 되어 각각의 화소별로 인가된 데이터 신호의 차에 따라 화소의 색상 차이가 발생된다. 이와 같은 색상의 차이를 이용하여 액정 표시 장치의 화면을 컨트롤 할 수 있게 되는 것이다.
이때, 도 2a 및 도 2b에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 액정표시패널은, 도시된 바와 같이 상부 기판(210)과 하부 기판(220) 사이의 간격(cell gap)이 단차를 갖도록 형성된다. 즉, 하부 기판(220)에 구비되는 게이트층, 반도체층 및 데이터층 등을 덮도록 포토 아크릴 등의 물질로 구성되는 패시베이션(passivation) 층을 형성함에 있어, 중심부와 주변부 사이에 그 두께를 달리 하는 방법 등에 의해 하부 기판(220)이 단차를 갖도록 함으로써, 결국, 상부 기판(210)과 하부 기판(220) 사이의 간격이 단차를 갖도록 할 수 있다.
도 2a에는 중심부(a)와 주변부(a')의 2단 구조를 갖는 액정표시패널을 나타내었고, 도 2b에는 중심부(b)와 중간부(b') 및 주변부(b")의 3단 구조를 갖는 액정표시패널을 나타내었으나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
일정 정도의 범위 내에서 셀 갭의 크기는 휘도의 크기와 비례하므로, 따라서, 중심부(a, b)에 비해 주변부(a', b")의 셀 갭이 상대적으로 크게 형성된 이와 같은 구조에서는 주변부(a', b")의 휘도가 증가되어, 결국 액정표시패널의 전면에 걸쳐 보다 균일해진 휘도 분포가 형성된다.
여기서, 중심부(b)와 중간부(b') 및 주변부(b") 사이의 단차는 통상 0.1 마이크로 미터(㎛) 정도인 것이 바람직할 것이나 이에 한정되는 것은 아니며, 백 라이트 유닛(도시되지 않음)으로부터 인가되어 하부 기판(220)의 하방에서 상부 기판(210)의 상방으로 진행하는 광의 휘도를 소정의 오차 범위 내에서 균일하게 유지시킬 수 있는 간격이면 좋다.
서로 다른 셀 갭을 갖는 인접된 각각의 영역 사이에 발생되는 휘도의 급격한 변화는 통상적으로 사용되는 소프트웨어적인 보완 패턴 등에 의해 보완 가능할 것이나, 다단의 중간부(b')를 형성하거나 또는 하부 기판(220)의 표면이 점진적인 경 사면 구조를 갖도록 하는 방법 등의 구조적인 보완 방법 또한 적용 가능할 것이다. 다단의 중간부(b')가 형성되는 경우, 상대적으로 중심부(a, b)에 가까운 중간부의 셀 갭에 비해 상대적으로 주변부(a', b")에 가까운 중간부의 셀 갭이 크도록 형성되어야 함은 당연하다.
상부 기판(210)과 하부 기판(220) 사이의 셀 갭이 일정하지 않으므로, 상부 기판(210)과 하부 기판(220) 사이의 셀 갭을 유지하기 위한 스페이서(230)의 크기 또한 일정하지 아니하도록 형성될 수 있다. 즉, 도시된 바와 같이, 중심부(a, b) 영역에 형성되는 스페이서(232, 233)에 비해 주변부(a', b") 영역에 형성되는 스페이서(234, 237)의 크기가 더 크도록 형성될 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 액정표시패널에 구비되는 스페이서는 볼 스페이서(ball spacer) 보다는 상부 기판(210) 상에 패터닝 등의 공정을 통해 형성되는 컬럼 스페이서(column spacer)인 것이 좋다.
중간부(b')에는 중심부(a, b)에 형성되는 스페이서(232, 233) 보다 크고 주변부(a', b")에 형성되는 스페이서(234, 237) 보다 작은 크기를 갖는 스페이서(235)가 구비될 수 있으며, 중간부(b')가 다단 구조를 가질 경우 스페이서(235) 역시 이와 대응되는 다양한 크기를 갖도록 형성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
이상 도면을 통하여 설명된 본 발명의 일 실시예에 따른 액정표시패널에서는 하부 기판(220)에 단차가 형성된 구조만을 도시하고 설명하였으나, 동일한 효과를 얻기 위해 상부 기판(210)에 단차를 형성하거나 상부 기판(210) 및/또는 하부 기판 (220)이 소정의 경사를 갖도록 하는 등의 방법에 의해 본 발명의 일 실시예가 변경 구현될 수 있음은 당업자에 있어 자명할 것이다.
또한, 도 2a 및 도 2b를 통해 도시된 도면에서는 하부 기판(220)이 육안으로 식별 가능할 만큼의 단차를 갖도록 구성된 것으로 표시되었으나, 실제 형성되는 단차가 육안 식별 불가능한 마이크로 미터(㎛) 단위의 미세 크기의 단차임은 당연하다.
도 2c 및 도 2d는 본 발명의 다른 실시예에 따른 액정표시패널의 단면을 간략히 나타낸 설명도로써, 상부 기판(210)에 형성된 서로 다른 크기를 갖는 컬럼 스페이서(233, 235, 237)들로 인해, 상부 기판(210)과 하부 기판(220)의 합착 과정에서 이들의 사이가 서로 다른 셀 갭을 갖도록 형성된 액정표시패널을 나타낸다.
도 2c 및 도 2d에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 액정표시패널의 상부 기판(210)의 중심부에 형성되는 컬럼 스페이서(230)의 높이(C)는 주변부에 형성되는 컬럼 스페이서(237)의 높이(C") 보다 작은 크기를 갖는다. 이에 따라, 상부 기판(210)과 하부 기판(220)의 밀착, 합착이 수행되면 상부 기판(210) 및/또는 하부 기판(220)에는 컬럼 스페이서(230)의 높이에 따른 일정 정도의 휨이 발생되는데, 이로 인해 상부 기판(210)과 하부 기판(220)의 사이의 셀 갭은 중심부와 주변부가 서로 다른 값을 갖게 되는 것이다.
여기서, 기판(210, 220)의 휨의 정도를 고려하여 중심부와 주변부 사이의 중간 영역에는 중심부 컬럼 스페이서(233)의 높이(C) 보다 큰 높이(C')를 갖고 주변부 컬럼 스페이서(237)의 높이(C") 보다 작은 높이(C')를 갖는 중간부 컬럼 스페이 서(235)가 추가로 구비될 수 있으며, 이때, 중간부는 다단 구조를 가질 수 있다. 다시 말해, 기판(210, 220)의 휨의 정도와 대응되도록 서로 다른 높이를 갖는 컬럼 스페이서로 이루어진 다단의 중간부가 형성 가능하며, 이 경우, 중심부와 가까운 중간부의 컬럼 스페이서에 비해 주변부에 가까운 중간부의 컬럼 스페이서의 높이가 더 큼은 당연하다.
또한, 중간부가 다단의 구조를 가질 경우, 중심부로부터 동일한 거리만큼 이격되어 있는 중간부의 컬럼 스페이서는 서로 동일한 크기의 높이를 갖도록 구성되는 것이 좋다.
도 2c 및 도 2d를 통해 도시된 도면에서는 컬럼 스페이서(230)의 크기의 차이나 기판(210, 220)의 휨의 정도가 육안으로 식별 가능할 만큼의 크기를 갖는 것으로 표시되었으나, 실제 컬럼 스페이서(230)의 크기의 차이나 기판(210, 220)의 휨의 정도가 마이크로 미터(㎛) 단위의 미세 크기로써 육안 식별 불가능함은 전술한 바 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 액정표시패널이 구비된 액정표시장치를 나타낸 분해 사시도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 액정표시장치는 전체적으로 보아 액정표시패널(300), 백 라이트 유닛(350) 및 탑 샤시(360) 등을 포함하여 구성된다.
액정표시패널(300)은 하부 기판(310), 상부 기판(320), 액정(미도시), 게이트 테이프 캐리어 패키지(TCP : Tape Carrier Package, 330), 게이트 인쇄회로기판 (PCB : printed circuit board, 335), 데이터 TCP(340) 및 데이터 PCB(345) 등으로 구성된다.
하부 기판(310)은 게이트 라인, 데이터 라인, 박막 트랜지스터 및 화소 전극 등을 포함하고, 상부 기판(320)은 하부 기판(310)의 상부에 이와 대향하도록 위치되며 컬러 필터 및 공통 전극 등을 포함할 수 있지만 이를 도시하지는 않았다.
여기서 액정표시패널(300)은, 앞서 설명한 바와 같이, 하부 기판(310)과 상부 기판(320) 사이의 간격(cell gap)이 중심부와 주변부 사이에 일정한 단차를 갖도록 구성된다. 이에 따라, 중심부에 비해 상대적으로 셀 갭이 큰 주변부의 휘도가 중심부의 휘도 보다 커짐으로써 액정표시패널(600)의 전면에 걸쳐 보다 균일한 휘도 분포를 가질 수 있게 되는 것이다.
이때, 중심부와 주변부 사이에는 이들 셀 갭의 사이값을 갖는 중간부의 형성이 가능하며, 중간부는 다시 서로 다른 셀 갭을 갖는 다단 구조로 형성 가능하다. 다단 구조의 중간부가 형성되는 경우 주변부와 가까운 중간부의 셀 갭이 중심부와 가까운 중간부의 셀 갭에 비해 더 커야함에 대해서는 도 2a 및 도 2b를 통해 설명한 바 있다.
중심부와 주변부 및/또는 중간부의 셀 갭이 각각 다르고, 중간부는 다시 서로 다른 셀 갭을 갖는 다단 구조를 가질 수 있으므로, 액정표시패널(300)의 셀 갭을 유지하기 위한 스페이서(도시되지 않음) 또한 이와 대응되는 다양한 크기를 갖도록 형성될 수 있으며, 따라서 본 발명의 일 실시예에 따른 액정표시패널(300)에 적용되는 스페이서로 볼 스페이서 보다는 컬럼 스페이서가 더욱 바람직할 것임은 전술한 바와 같다.
게이트 TCP(330)는 하부 기판(310)에 형성된 각 게이트 라인에 접속되고, 데이터 TCP(340)는 하부 기판(310)에 형성된 각 데이터 라인에 접속된다.
한편, 게이트 PCB(335) 및 데이터 PCB(345)에는, 게이트 TCP(330)에 게이트 구동신호, 데이터 TCP(340)에 데이터 구동 신호가 입력 가능하도록, 게이트 구동신호 및 데이터 구동신호를 모두 처리할 수 있는 여러 회로부품이 실장된다.
백 라이트 유닛(350)은 광학 시트(351), 확산판(352), 몰드 프레임(353), 램프(354) 및 반사판(355) 등으로 구성된다.
즉, 램프(354)는 광을 조사(助射)하며, 반사판(355)은 램프(354)의 하부에 설치되어 램프(354)의 하부로 방출되는 빛을 반사판(355)의 상부 확산판(352) 방향으로 반사한다.
램프(354)로부터 조사된 광과 반사판(355)에 의해 반사된 광은 확산판(352)에 의해 일정 정도 균일한 휘도를 갖도록 확산된 후 프리즘 등의 광학 시트(351)에 의해 집광된다.
몰드 프레임(353)과 바텀 샤시(370)의 결합에 의해 구획되는 내부 공간에, 앞서 설명한 백 라이트 유닛(350)의 구성 요소들이 수납되며, 바텀 샤시(370)는 다시 탑 샤시(360)와 결합되어 액정표시장치의 전체 틀을 형성한다.
도 3의 실시예를 통해 설명된 본 발명의 일 실시예에 따른 액정표시장치에 있어서는 백 라이트 유닛(350)이 직하형인 것으로 도시되었으나 이는 하나의 예시일 뿐이며, 본 발명의 액정표시장치에 적용되는 백 라이트 유닛(350)으로 직하형, 에지형 또는 쐐기형 등의 다양한 방식이 적용될 수 있음은 당연하다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해되어야만 한다.
상기한 바와 같은 본 발명의 일 실시예에 따른 액정표시패널 및 이를 구비하는 액정표시장치에 의하면 전체적으로 보다 균일한 휘도 분포를 갖는 액정표시패널과 액정표시장치의 제공이 가능하게 된다는 등의 장점이 있다.

Claims (7)

  1. 박막 트랜지스터가 구비된 하부 기판;
    상기 하부 기판에 대향하도록 형성된 상부 기판; 및
    상기 하부 기판과 상기 상부 기판 사이의 간격(cell gap)이 액정표시패널 화면의 중심부에서 액정표시패널 화면의 상, 하, 좌, 우를 포함하는 모든 방향에서 가장자리인 주변부로 갈수록 커지도록 지지하는 스페이서(spacer)를 포함하는 액정표시패널.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 주변부의 기판 사이 간격이 상기 중심부의 기판 사이 간격에 비해 큰 것을 특징으로 하는 액정표시패널.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 주변부와 상기 중심부 사이에, 상기 주변부의 기판 간격 보다 작고 상기 중심부의 기판 간격 보다 큰 기판 간격을 갖는 하나 이상의 중간부가 형성되는 것을 특징으로 하는 액정표시패널.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 주변부의 기판 사이의 간격, 상기 중심부의 기판 사이의 간격, 및 상기 중간부의 기판 사이의 간격 중 적어도 하나는 상기 하부 기판의 하방으로부터 상기 상부 기판의 상방으로 진행하는 광의 휘도를 균일하게 유지시킬 수 있는 크기를 갖는 것을 특징으로 하는 액정표시패널.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 중간부가 복수개 존재하는 경우, 상기 주변부와 인접한 중간부의 기판 간격이 상기 중심부와 인접한 중간부의 기판 간격 보다 큰 것을 특징으로 하는 액정표시패널.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 스페이서는 상기 상부 기판 상에 형성된 컬럼 스페이서(column spacer)인 것을 특징으로 하는 액정표시패널.
  7. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 따른 액정표시패널을 구비하는 액정표시장치.
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