KR19990060025A - Thin film transistor substrate for liquid crystal display device and manufacturing method thereof - Google Patents

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Abstract

액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판에 있어서, 게이트선의 주사 신호의 입력단에서 출력단으로 갈수록 화소 전극의 크기가 점점 작아지도록 형성한다. 이렇게 하면, 게이트선 신호의 지연이 점점 커짐에 따른 킥백 전압의 감소와 액정 용량이 점점 감소하는데 따른 킥백 전압의 증가가 서로 상쇄되어 킥백 전압을 일정하게 할 수 있다.In the thin film transistor substrate for a liquid crystal display device, the size of the pixel electrode is gradually reduced from the input terminal to the output terminal of the scan signal of the gate line. In this way, the decrease in the kickback voltage as the delay of the gate line signal increases and the increase in the kickback voltage as the liquid crystal capacitance gradually decreases, thereby making the kickback voltage constant.

Description

액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판 및 그 제조 방법Thin film transistor substrate for liquid crystal display device and manufacturing method thereof

이 발명은 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판 및 그 제조 방법에 관한 것이다.This invention relates to the thin-film transistor substrate for liquid crystal display devices, and its manufacturing method.

이제, 종래의 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판에 대하여 설명한다.The thin film transistor substrate for a conventional liquid crystal display device will now be described.

도 1은 종래의 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판을 개략적으로 도시한 배치도로서, 가로로 게이트선(1)이 뻗어 있고, 세로로 데이터선(2)이 뻗어 있는데, 두 줄의 게이트선(1)과 두 줄의 데이터선(2)이 교차하여 만드는 사각형이 하나의 화소를 이룬다. 각 화소에는 하나의 박막 트랜지스터(4)와 하나의 화소 전극(3)이 형성되어 있다. 박막 트랜지스터(4)의 게이트 전극, 소스 전극, 드레인 전극은 각각 게이트선(1), 화소 전극(3), 데이터선(2)과 연결되어 있고, 화소 전극(3)은 이웃하고 있는 게이트선(1)과 일부가 중첩되도록 형성되어 있어서 이 게이트선(1)과 화소 전극(3) 사이에서 유지 용량(Cst)을 형성하고 있으며, 모든 화소 전극의 크기는 일정하게 형성되어 있다.FIG. 1 is a layout view schematically showing a conventional thin film transistor substrate for a liquid crystal display device, in which a gate line 1 extends horizontally and a data line 2 extends vertically. And a rectangle formed by the intersection of two rows of data lines 2 form one pixel. Each thin film transistor 4 and one pixel electrode 3 are formed in each pixel. The gate electrode, the source electrode, and the drain electrode of the thin film transistor 4 are connected to the gate line 1, the pixel electrode 3, and the data line 2, respectively, and the pixel electrode 3 is adjacent to the gate line ( 1) and a part thereof are formed to overlap each other, so that the storage capacitor Cst is formed between the gate line 1 and the pixel electrode 3, and all pixel electrodes have a constant size.

이러한 구조의 박막 트랜지스터를 사용하는 액정 표시 장치에서는 화면의 깜박거림(flicker)이 화질을 떨어뜨리는 중요한 문제점으로 작용한다. 그런데 화면 깜박거림의 원인으로는 게이트선 신호의 RC(resistance capacitance) 지연, 박막 트랜지스터 및 액정 물질에 의한 전류 누설, 게이트 전극과 소스 전극 사이의 기생 용량(Cgs)에 의한 킥백(kick back) 전압으로 인하여 화소 전극 전압이 공통 전극 전압을 기준으로 하여 상하간의 대칭이 깨지는 것 등이 있다. 그런데 화면 깜박거림을 제거하기 위해 기생 용량의 제거나 전류 누설의 방지 등의 노력이 이루어져 어느 정도의 성과를 나타내고 있으나, 신호 지연에 의한 영향에 대하여는 별다른 개선책이 마련되고 있지 않다.In a liquid crystal display using the thin film transistor having such a structure, flicker of the screen serves as an important problem of degrading the image quality. However, screen flicker can be caused by delay capacitance (RC) of the gate line signal, current leakage by thin film transistors and liquid crystal materials, and kickback voltage due to parasitic capacitance (Cgs) between the gate electrode and the source electrode. As a result, the symmetry between the upper and lower sides of the pixel electrode voltage is broken based on the common electrode voltage. In order to eliminate flicker, efforts have been made to remove parasitic capacitance and prevent current leakage. However, there is no improvement in the effects of signal delay.

이 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 액정 표시 장치의 게이트선의 신호 지연에 의한 액정 표시 장치의 화면 깜박거림에의 영향을 제거하는 것이다.The technical problem to be achieved by the present invention is to eliminate the influence of the screen flicker of the liquid crystal display device due to the signal delay of the gate line of the liquid crystal display device.

도 1은 종래의 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판의 배치도이고,1 is a layout view of a thin film transistor substrate for a conventional liquid crystal display device,

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판의 배치도이고,2 is a layout view of a thin film transistor substrate for a liquid crystal display according to an exemplary embodiment of the present invention.

도 3은 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터에 인가되는 게이트선 신호, 데이터선 신호 및 화소 전극의 전압 파형을 나타낸 도면이다.3 is a diagram illustrating voltage waveforms of a gate line signal, a data line signal, and a pixel electrode applied to a thin film transistor for a liquid crystal display device.

위와 같은 과제를 해결하기 위하여 본 발명에서는 각 화소별로 화소 전극의 크기를 다르게 형성한다. 화소 전극의 크기는 게이트선의 입력단에서 출력단으로 갈수록 점점 작아지도록 형성하여 킥백 전압이 화면 전체에 걸쳐 일정해지도록 한다.In order to solve the above problems, the present invention forms different size of pixel electrodes for each pixel. The size of the pixel electrode is formed to decrease gradually from the input terminal to the output terminal of the gate line so that the kickback voltage is constant throughout the screen.

이제 첨부한 도면을 참고로 하여, 본 발명의 실시예에 대하여 상세히 설명한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판의 배치도이다.2 is a layout view of a thin film transistor substrate for a liquid crystal display according to an exemplary embodiment of the present invention.

도 2를 보면, 왼쪽 말단에 구동 회로와 연결하기 위한 패드(11)가 형성되어 있는 게이트선(10)이 가로로 뻗어 있고, 세로로 데이터선(20)이 뻗어 있는데, 두 줄의 게이트선(10)과 두 줄의 데이터선(20)이 교차하여 만드는 사각형이 하나의 화소를 이룬다. 각 화소에는 하나의 박막 트랜지스터(40)와 하나의 화소 전극(30)이 형성되어 있다. 박막 트랜지스터(40)의 게이트 전극, 드레인 전극, 소스 전극은 각각 게이트선(10), 데이터선(20), 화소 전극(30)과 연결되어 있고, 화소 전극(30)은 이웃하고 있는 게이트선(10)과 일부가 중첩되도록 형성되어 있어서 이 게이트선(10)과 화소 전극(30) 사이에서 유지 용량(Cst)을 형성하고 있으며, 게이트선 신호의 입력단인 왼쪽에서 출력단인 오른쪽으로 갈수록 화소 전극(30)의 크기가 점점 작아지도록 형성되어 있다.Referring to FIG. 2, a gate line 10 having a pad 11 for connecting to a driving circuit at the left end thereof extends horizontally, and a data line 20 extends vertically. A rectangle formed by the intersection of 10) and the two rows of data lines 20 forms one pixel. In each pixel, one thin film transistor 40 and one pixel electrode 30 are formed. The gate electrode, the drain electrode, and the source electrode of the thin film transistor 40 are connected to the gate line 10, the data line 20, and the pixel electrode 30, respectively, and the pixel electrode 30 is adjacent to the gate line ( 10 and a portion overlap each other to form a storage capacitor Cst between the gate line 10 and the pixel electrode 30, and the pixel electrode (from the left side, which is an input terminal of the gate line signal, to the right side, which is an output terminal). 30) is formed to become smaller in size.

한편, 도시하지는 않았지만, 도 2에 도시한 기판의 맞은 편에는 공통 전극이 형성되어 있는 상부 기판이 존재하며, 화소 전극 및 공통 전극이 그 사이의 액정 물질과 함께 액정 축전기를 이룬다.On the other hand, although not shown, the upper substrate on which the common electrode is formed is opposite to the substrate shown in FIG. 2, and the pixel electrode and the common electrode form a liquid crystal capacitor together with the liquid crystal material therebetween.

게이트선의 입력단에서 출력단으로 갈수록 화소 전극의 크기를 점점 작아지도록 형성한 이유를 설명한다.The reason why the size of the pixel electrode is gradually reduced from the input terminal to the output terminal of the gate line will be described.

도 3은 공통 전극 전압, 게이트 신호 전압, 데이터선 신호 전압 및 화소 전극 전압의 파형을 나타낸 그림으로서, 게이트 신호 전압(Vg) 및 데이터선 신호 전압(Vd)은 각각 하나의 게이트선 및 데이터선에 인가되는 전압이고, 공통 전극 전압(Vcom)은 공통 전극에 인가되는 전압이다.3 is a diagram illustrating waveforms of a common electrode voltage, a gate signal voltage, a data line signal voltage, and a pixel electrode voltage, wherein the gate signal voltage Vg and the data line signal voltage Vd are assigned to one gate line and one data line, respectively. The voltage is applied and the common electrode voltage Vcom is a voltage applied to the common electrode.

도 3을 참고로, 우선, 킥백(kick back) 전압에 대하여 설명한다.Referring to Fig. 3, first, a kick back voltage will be described.

한 게이트선에 인가되는 게이트 신호는 일정한 주기로 펄스 형태의 높은 전압값(VgH)을 가지며, 이러한 높은 전압(VgH)은 각 게이트선에 차례로 인가된다. 어떤 게이트선에 높은 전압(VgH)이 인가될 때 그 게이트선과 연결되어 있는 화소의 데이터 신호가 각 데이터선 및 이와 연결되어 있는 박막 트랜지스터를 통하여 해당 화소의 화소 전극에 인가된다. 이러한 방법으로 모든 화소에 데이터 신호(Vd)가 인가되면, 다시 각 게이트선에 차례로 높은 전압(VgH)이 인가되고 앞서 설명한 동작을 반복한다. 단, 이 때, 데이터 신호는 공통 전극 전압(Vp)에 대하여 직전의 데이터 신호와는 반대 신호, 즉 반전된 값을 가진다. 따라서 도 3에서 하나의 게이트선에 인가되는 게이트 전압(Vg)은 일정한 주기로 펄스 형태의 높은 전압이 인가되는 파형을 나타내며, 데이터 전압(Vd)은 공통 전극 전압(Vcom)에 대하여 주기적으로 반전되는 형태의 파형을 나타낸다.The gate signal applied to one gate line has a high voltage value VgH in the form of a pulse at regular intervals, and this high voltage VgH is applied to each gate line in turn. When a high voltage VgH is applied to a gate line, a data signal of a pixel connected to the gate line is applied to the pixel electrode of the pixel through each data line and the thin film transistor connected thereto. When the data signal Vd is applied to all the pixels in this manner, the high voltage VgH is applied to each gate line in turn, and the above-described operation is repeated. In this case, however, the data signal has a signal opposite to that of the previous data signal, that is, an inverted value, with respect to the common electrode voltage Vp. Accordingly, in FIG. 3, the gate voltage Vg applied to one gate line represents a waveform in which a high voltage in a pulse form is applied at a constant cycle, and the data voltage Vd is periodically inverted with respect to the common electrode voltage Vcom. Indicates the waveform.

여기서, 도 3을 보면, 데이터선 전압이 VdL에서 VdH로 반전되고, 이어서 게이트 펄스(pulse)가 인가되어 게이트 전압이 VgL에서 VgH로 높아지면 박막 트랜지스터의 채널이 열리고, 이 채널을 통해 드레인 전극에서 소스 전극으로 양전하가 유입되어 화소 전극에 축적된다. 화소 전극에 양전하가 축적됨에 따라 화소 전극 전압(Vp)이 서서히 높아져 VdH까지 상승한다. 이어서, 게이트 전압이 VgH에서 VgL로 떨어지면 박막 트랜지스터의 채널이 차단되고, 이 순간 게이트 전극과 소스 전극 사이의 전압차가 화소 전극과 공통 전극 사이의 전압차보다 더 커지게 되므로 화소 전극에 축적되었던 양전하가 소스 전극으로 분산 수용되고, 이에 따라 화소 전극의 전압이 약간 떨어진다. 이처럼 게이트 전압이 VgH에서 VgL로 떨어지는 순간에 함께 떨어지는 화소 전극 전압을 킥백(kick back) 전압이라 한다. 계속해서, VdH로 유지되던 데이터선 전압이 VdL로 반전되고, 이어서 게이트 전압이 VgL에서 VgH로 높아지면 다시 박막 트랜지스터의 채널이 열리고, 이 채널을 통해서 화소 전극에 축적되었던 양전하가 유출된다. 축적되었던 양전하가 유출됨에 따라 화소 전극 전압은 서서히 낮아져 VdL까지 하강하는데, 이 때는 화소 전극에 음전하가 분포하게 된다. 이어서, 게이트 전압이 VgH에서 VgL로 떨어지면 박막 트랜지스터의 채널은 차단되고, 이 순간 게이트 전극의 전압(VgL)은 소스 전극의 전압(VdL) 보다 더 낮아지게 되어 소스 전극에는 화소 전극에서 끌어온 양전하가 축적된다. 따라서, 화소 전극에는 더 많은 음전하가 남게 되어 전압은 약간 더 낮아진다.3, when the data line voltage is inverted from VdL to VdH, and then a gate pulse is applied to increase the gate voltage from VgL to VgH, the channel of the thin film transistor is opened and through the channel to the drain electrode. Positive charges flow into the source electrode and accumulate in the pixel electrode. As positive charges accumulate in the pixel electrode, the pixel electrode voltage Vp gradually increases to rise to VdH. Subsequently, when the gate voltage drops from VgH to VgL, the channel of the thin film transistor is cut off, and at this moment, the voltage difference between the gate electrode and the source electrode becomes larger than the voltage difference between the pixel electrode and the common electrode. It is dispersed and received by the source electrode, so that the voltage of the pixel electrode drops slightly. The pixel electrode voltages falling together at the moment when the gate voltage falls from VgH to VgL are called kickback voltages. Subsequently, when the data line voltage held at VdH is inverted to VdL, and then the gate voltage is increased from VgL to VgH, the channel of the thin film transistor is opened again, and positive charge accumulated in the pixel electrode flows out through this channel. As the accumulated positive charges flow out, the pixel electrode voltage gradually decreases to VdL, and negative charges are distributed in the pixel electrode. Subsequently, when the gate voltage drops from VgH to VgL, the channel of the thin film transistor is cut off, and at this moment, the voltage VgL of the gate electrode becomes lower than the voltage VdL of the source electrode, and positive charges drawn from the pixel electrode accumulate on the source electrode. do. Thus, more negative charge remains on the pixel electrode, resulting in a slightly lower voltage.

즉, 도 3에 나타낸 바와 같이, 킥백 전압은 화소 전극에 인가되는 전압의 극성에 관계없이 항상 화소 전극 전압(Vp)을 끌어내리는 방향으로 작용하여, 공통 전극 전압(Vcom)을 기준한 화소 전극 전압(Vp)의 상하간 대칭을 깨뜨리게 되고, 이것은 화면 깜박거림으로 나타난다.That is, as shown in FIG. 3, the kickback voltage always acts in the direction of pulling down the pixel electrode voltage Vp regardless of the polarity of the voltage applied to the pixel electrode, and thus the pixel electrode voltage based on the common electrode voltage Vcom. This breaks the symmetry between (Vp) and up and down, which is caused by screen flicker.

다음으로, 게이트선 신호 지연과 킥백 전압의 관계에 대하여 설명한다.Next, the relationship between the gate line signal delay and the kickback voltage will be described.

박막 트랜지스터 기판의 회로에는 저항 성분과 정전 용량 성분이 존재한다. 따라서, 게이트선을 통해 인가되는 주사 신호는 약간씩 지연되는데, 그 정도는 입력측에서 출력측으로 갈수록 커진다. 그런데 게이트 신호가 지연된다는 것은 신호 파형이 수직으로 떨어지지 못하고 곡선형으로 하강함을 의미한다. 도 3에서 점선으로 나타낸 것이 게이트 신호의 지연을 나타내는 것이다. 즉, 게이트 신호의 지연이 크면 게이트 신호 펄스의 하강 시간이 길어지게 되는데, 이 시간 동안은 박막 트랜지스터의 채널이 완전히 차단되지 않고 계속해서 화소 전극으로 양전하가 유입된다. 이렇게 되면, 게이트 전극과 소스 전극 사이의 기생 용량으로 인해 소스 전극에 수용되는 양전하는 화소 전극에서 끌어오는 대신 채널을 통해 유입한다. 따라서, 킥백 전압은 감소하게 된다. 결국, 게이트 신호의 지연이 커지면 킥백 전압은 감소하는 것이다. 그런데 게이트 신호 지연은 입력단에서 멀어 질수록 커지므로 킥백 전압은 입력단에서 멀어 질수록 작아지고, 이러한 킥백 전압의 변화는 화면의 깜박거림의 한 원인이 된다The circuit of the thin film transistor substrate has a resistance component and a capacitance component. Therefore, the scan signal applied through the gate line is slightly delayed, and the degree increases from the input side to the output side. However, the delay of the gate signal means that the signal waveform does not fall vertically but falls in a curved line. The dotted line in FIG. 3 represents the delay of the gate signal. That is, when the delay of the gate signal is large, the fall time of the gate signal pulse becomes long. During this time, the positive charge flows into the pixel electrode without the channel of the thin film transistor being completely blocked. In this case, due to the parasitic capacitance between the gate electrode and the source electrode, the positive charge received in the source electrode flows through the channel instead of being drawn from the pixel electrode. Thus, the kickback voltage is reduced. As a result, the kickback voltage decreases as the delay of the gate signal increases. However, since the gate signal delay increases as the distance from the input increases, the kickback voltage decreases as it moves away from the input, and this change in kickback voltage causes one of the screen flickers.

킥백 전압은 신호 지연이 없다고 가정할 때 다음과 같은 식으로 표현된다.The kickback voltage is expressed as follows assuming no signal delay.

Vk : 킥백 전압, △Vg=VgH-VgL, △Vd=VdH-VdL,Vk: Kickback voltage, ΔVg = VgH-VgL, ΔVd = VdH-VdL,

Vth : 박막 트랜지스터의 문턱 전압, Cst : 보조 용량,Vth: threshold voltage of thin film transistor, Cst: storage capacitance,

Clc : 액정 용량, Cgson : 채널 연결시의 게이트와 소스간의 기생 용량,Clc: liquid crystal capacitance, Cgson: parasitic capacitance between the gate and the source when the channel is connected,

Cgsoff :채널 단절시의 게이트와 소스간의 기생 용량Cgsoff: Parasitic capacitance between gate and source during channel disconnection

위의 식에서 알 수 있듯이 킥백 전압(Vk)은 액정 용량(Clc)이 감소하면 커진다. 따라서, 게이트선 입력단에서 출력단으로 갈수록 화소 전극의 크기를 점점 작아지도록 형성하여 액정 용량을 점점 감소시키면, 게이트 신호 지연이 점점 커짐으로 인해 킥백 전압(Vk)이 점점 작아지는 것을 막을 수 있고, 킥백 전압(Vk)의 크기를 일정하게 할 수 있다. 이렇게 되면, 공통 전극 전압(Vcom)을 킥백 전압(Vk) 만큼 낮춤으로써 전체 화면의 깜박거림을 제거할 수 있다.As can be seen from the above equation, the kickback voltage Vk increases as the liquid crystal capacitance Clc decreases. Therefore, when the size of the pixel electrode is gradually decreased from the gate line input terminal to the output terminal, and the liquid crystal capacitance is gradually reduced, the kickback voltage Vk can be prevented from becoming smaller due to the gate signal delay becoming larger, and thus the kickback voltage. The size of (Vk) can be made constant. In this case, the flicker of the entire screen may be eliminated by lowering the common electrode voltage Vcom by the kickback voltage Vk.

위의 식을 보면, 킥백 전압을 변화시키는 방법에는 액정 용량 이외에 기생 용량이나 유지 용량을 변화시키는 방법도 있으나, 본 발명에서는 절대값이 상대적으로 큰 액정 용량을 변화시키는 방법을 택한다.In view of the above equation, there is a method of changing the kickback voltage in addition to the liquid crystal capacitance, but also a method of changing the parasitic capacitance and the holding capacitance.

게이트선의 신호 지연이 없다고 할 때, 게이트선 입력단에서 출력단으로 갈수록 화소 전극의 크기를 점점 작아지도록 형성하면 액정 용량도 적어지게 되어 킥백 전압은 점점 커진다. 그런데, 게이트선의 입력단에서 멀어 질수록 신호 지연의 정도가 심해지고, 이에 따라 킥백 전압은 작아진다. 따라서, 화소 전극을 점점 작게 형성한 것과 신호 지연의 정도가 점점 심해지는 것의 영향이 서로 상쇄되어 킥백 전압은 일정하게 된다. 이렇게 되면, 공통 전극 전압을 변화시켜 전체 화면의 깜박거림 제거할 수 있다.When there is no signal delay of the gate line, if the size of the pixel electrode is made smaller from the gate line input terminal to the output terminal, the liquid crystal capacitance becomes smaller and the kickback voltage becomes larger. However, as the distance from the input terminal of the gate line increases, the degree of signal delay increases, and thus the kickback voltage decreases. Therefore, the effects of the smaller and smaller pixel electrodes and the increasing degree of signal delay cancel each other out so that the kickback voltage becomes constant. In this case, it is possible to eliminate flicker of the entire screen by changing the common electrode voltage.

Claims (3)

제1 방향으로 뻗어 있는 다수의 게이트선,A plurality of gate lines extending in a first direction, 상기 게이트선의 한쪽 끝에 형성되어 있고, 상기 게이트선으로 주사 신호를 유입하는 다수의 게이트선 패드,A plurality of gate line pads formed at one end of the gate line and configured to introduce a scan signal to the gate line; 상기 게이트선과 절연되어 교차하는 다수의 데이터선,A plurality of data lines insulated from and intersecting the gate lines; 상기 게이트선과 상기 데이터선이 교차하여 구획하는 다수의 화소 영역,A plurality of pixel regions in which the gate lines and the data lines cross each other, 상기 게이트선 및 데이터선과 제1 및 제2 단자가 각각 연결되어 있는 다수의 박막 트랜지스터,A plurality of thin film transistors having the gate line and the data line connected to the first and second terminals, respectively; 상기 박막 트랜지스터의 제3 단자와 연결되어 있고, 서로 다른 면적을 갖는 다수의 화소 전극을 포함하는 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판.And a plurality of pixel electrodes connected to the third terminal of the thin film transistor and having different areas. 제1항에서,In claim 1, 상기 화소 전극은 상기 게이트선 패드로부터 멀리 있을수록 더 작은 면적을 차지하도록 형성되어 있는 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판.The pixel electrode is formed to occupy a smaller area as it is farther from the gate line pad. 제1항에서,In claim 1, 상기 화소 전극은 상기 화소 전극이 연결되어 있는 상기 박막 트랜지스터에 연결되어 있는 상기 게이트선과 이웃하는 게이트선과 일부가 중첩되도록 형성되어 있는 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판.And the pixel electrode is formed to overlap a portion of the gate line adjacent to the gate line connected to the thin film transistor to which the pixel electrode is connected.
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KR100383294B1 (en) * 1999-07-15 2003-05-12 알프스 덴키 가부시키가이샤 An active matrix type liquid crystal display apparatus
KR100394402B1 (en) * 2000-03-02 2003-08-09 가부시키가이샤 히타치세이사쿠쇼 Liquid crystal display device having stabilized pixel electrode potentials
KR100709702B1 (en) * 2000-02-22 2007-04-19 삼성전자주식회사 Liquid crystal display for compensation of data charging time

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