KR20020069247A - 디스플레이 디바이스 - Google Patents

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KR20020069247A
KR20020069247A KR1020027008925A KR20027008925A KR20020069247A KR 20020069247 A KR20020069247 A KR 20020069247A KR 1020027008925 A KR1020027008925 A KR 1020027008925A KR 20027008925 A KR20027008925 A KR 20027008925A KR 20020069247 A KR20020069247 A KR 20020069247A
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KR1020027008925A
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산데르 예이. 루센달
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코닌클리케 필립스 일렉트로닉스 엔.브이.
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Abstract

쌍안정 카이럴 네마틱 LCDs 를 위한 빠른 어드레싱 방법이 어드레싱 펄스를 위한 편이된 직교 신호를 이용하여 얻어지고, 이에 의해 더 많은 행이, 아티팩트 없이, 단일한 행 어드레싱 시간동안 어드레싱될 수 있다.

Description

디스플레이 디바이스 {DISPLAY DEVICE}
두가지 (혹은 그 이상의) 안정한 상태에 기초한 디스플레이 디바이스는 예를 들면, 한번 기입된 정보가 오랜 시간 기간동안 유지되어야 하는 (전자 신문, 전화, 스마트 카드, 전자 가격 태그, 개인 디지털 보조기기, 광고 게시판 등) 다양한 응용예에 사용될 수 있다. 전자-광학 층이 스위치함에 따른 전자-광학 효과는 수퍼트위스트 (supertwist) 효과 같은 (쌍안정) 네마틱 액정 효과일 수 있고, 또한 카이럴 (chiral) 네마틱 효과일 수 있다.
이러한 디스플레이 디바이스에서의 픽셀은 카이럴 네마틱 효과가 사용될 때 복수의 안정한 상태, 즉 액정 물질 층의 포컬-코닉 (focal-conic) 상태에 대응하는 광-투과 상태 및 액정 물질 층의 플래너 (planar) 상태에 대응하는 반사 상태를 가진다. 반사된 광의 색 (파장) 은 액정 물질의 피치 (pitch) ,즉 디렉터 (director) 가 360 도의 트위스트를 만드는 거리에 의존한다. 광-투과 상태에서, 상기 색의 광은 텍스쳐 (texture) (각각 플래너 및 포컬-코닉 상태에서의 픽셀 부분사이의 비율) 에 의존하여 더 많거나 더 적은 정도로 투과된다. 게다가, 이러한 디스플레이 디바이스는 또한 호메오트로픽 (homeotropic) 상태를 가진다; 높은 전압에서, 모든 분자 (디렉터) 는 전기장을 향해 방향지워진다. 그 후 입사광은 방해받지 않고 액정 물질을 통과한다. 편광기가 사용되지 않는다면, 반사 디스플레이 디바이스에서 호메오트로픽 상태에서의 색은 예를 들면 흡수층 같은 배경색에 의해 결정된다. 디스플레이 디바이스는 통상적으로 2개의 안정한 상태중 하나에 도달하기 위해 이 상태에이르게만 된다. 스위칭 펄스에 사용되는 주파수 및 전압에 의존하여, 픽셀은 포컬-코닉 또는 플래너 상태로 변한다.
상이한 상태를 기입하기 위한 선택 기간 (어드레스 시간) 은 통상적으로 아주 길다. 특별한 측정없이, 이 기간은 예를 들면 전자 신문에 사용하기에는 너무 긴 20 내지 30 msec 이다.
논문 "쌍안정 콜레스테릭 디스플레이를 위한 다이나믹 구동 : 빠른 어드레싱 구조 (Dynamic Drive for Bistable Cholesteric Displays : A Rapid Addressing Scheme) " SID 95 Digest의 347 페이지는 어떻게 상이한 상태사이의 선택 기간이, 준비 상태 및 전개 (evolution) 상태 를 사용하는 특정 구동 모드에 의해 감소될 수 있는 가를 설명한다.
본 발명은 행 전극이 제공되는 제 1 기판 및 열 전극이 제공되는 제 2 기판을 포함하는 디스플레이 디바이스에 관한 것으로서, 전자-광학 물질의 삽입된 층을 가지는 행 및 열 전극의 겹치는 부분은 픽셀을 정의하고, 상기 전자-광학 층은, 복수의 상태를 취할 수 있는 네마틱 액정 물질을 포함하고, 선택신호로 상기 행 전극을 구동시키며 디스플레이될 이미지에 따른 데이터 신호로 상기 열 전극을 구동시키는 구동 수단을 더 포함한다.
도 1 은 본 발명에 따른 2개의 상이한 상태에서의 광-변조 셀의 개략 단면도.
도 2 는 도 1 의 디스플레이 디바이스에 대한 전압-반사 특성을 개략적으로 도시하는 도면.
도 3 은 픽셀의 다이나믹한 동작을 도시하는 도면.
도 4 는 픽셀 메트릭스를 가지는 디스플레이 디바이스의 실제 실시예를 도시하는 도면.
도 5, 6 및 7 은 간략화된 메트릭스에 대한 행 및 열 신호의 변화를 도시하는 도면.
도면은 축척에 맞게 그려지지 않았고 개략적이다.
본 발명의 목적은 특히 선택 기간을 감소시키는 것이다. 이를 위해, 본 발명에 따른 디스플레이 디바이스는, 구동 수단은 동작 상태에서 그리고 선택 기간전에 p 픽셀 행 그룹의 액정 물질을 정의된 상태로 이르게하는 수단을 포함하고, 상기 구동 수단은 하나의 선택 기간동안 동작 상태의 p 행 전극 (p>1) 의 m 그룹에 서로 직교하는 신호를 순차적으로 인가하고, 선택 기간 (i= 1, 2, ... p )동안 행 i, i+p, i+2p, ... i+(m-1)p 을 선택하는 것을 특징으로 한다.
직교 신호의 사용은 원래 프레임 반응으로 알려진 현상을 억제하기 위해 (수퍼)트위스트된 네마틱 디스플레이 디바이스를 구동하기 위한 것으로 알려져 있다. 종래의 단일 라인 어드레싱과 대조적으로, 다수의 행은 이 경우 동시에 선택된다. 이것은 열 전극에 대한 정확한 신호를 결정하기 위해 수학적으로 처리되어야 하는 인입하는 신호의 특별한 조치를 필요로 한다. 상기 프레임 반응 현상은 프레임 시간이 액정 물질의 반응시간에 비해 너무 길게 될 때 발생한다. 픽셀의 투과는 이제 더이상 복수의 연속적인 선택 사이의 유효 전압값에 의해 결정되지 않고, 다소 현재의 전압 패턴을 따른다. 직교 구동의 경우에, 구동 신호는 픽셀이 프레임 시간당 두서너번 구동되도록 적응된다. 그 후 투과는 복수의 연속적인 선택사이의 상기 유효 전압값에 의해 결정된다. 카이럴 네마틱 액정 물질이 구동 전압이 정보가 한번 기입된 후에 제거되는 상기 언급한 응용예 (전자신문, 전화, 스마트 카드 및 전자 가격 태그) 에 현저하게 사용된다면, 그러한 문제는 연속적인 선택이 없다면 발생하지 않을 것이다.
본 발명은, 액정 (픽셀) 이 제공된 신호의 유효 전압값에 반응하도록 선택기간이 충분히 길어야 하고, 반면에 복수의 행 (p) 이 선택 기간내에 직교 신호와 동시에 구동될 수 있고, 이러한 선택 기간에서 열 신호가 원하는 픽셀 상태의 적 (product) 과 행 상의 대응하는 직교 신호의 합이라는 인식에 기초한다. 동시에 구동되는 행에서, 픽셀이 스위치되도록 하기 위해 그 후 충분한 에너지가 제공된다. 따라서 결과적으로, 디스플레이 디바이스는 p 인자 만큼 더 빠르게 기입된다. p 행은 디스플레이 디바이스의 표면에 확산될 수 있거나 연속적인 행 그룹을 구동시킬 수 있다. 후자의 경우에, 간섭 전압은 콘트라스트를 줄이는 것 같이 보인다 (반사 응용예에서, 이것은 예를 들면 그 후 단계에서 어드레싱된 픽셀보다 이전에 어드레싱된 픽셀의 더 어두운 디스플레이에서 더욱 명백하게 된다). 본 발명에 따라서, 직교 신호로 구동된 라인을 ,말하자면 디스플레이 패널을 통해 균일하게, 분산시킴으로서, 이것은 주로 방지된다.
그러나, 반사 (투과) 전압 특성은 또한 이전 상태 (history) 에 의존한다. 선택후에 달성된 상태는 어떤 경우 초기 상태에 의존하고, 픽셀이 0 볼트의 전압에서 포컬-코닉 상태에 있는 초기 상태동안, 픽셀이 0 볼트의 전압에서 플래너 상태에 있는 초기 상태와 다를 수 있다. 이것은 쌍안정 {예를 들면 문자숫자식 (alphanumerical)} 디스플레이 경우에는 문제가 아니지만, 그레이 레벨이 또한 디스플레이되어야 하는 이미지의 급속한 변화가 있을 때는 문제를 야기한다. 이러한 설비를 제공하기 위해, 구동 수단은 동작 상태에서 그리고 선택 기간 이전에 p 픽셀 행 그룹의 액정 물질을 정의된 상태 (리셋) 로 이르게 하기 위한 수단을 포함한다. 이것은 주어진 텍스쳐 (그레이 값) 와 관련된 상태가 가능하다(feasible)하더라도, 바람직하게 호메오트로픽 상태이지만, 대안적으로 포컬-코닉 상태도 가능하다.
예를 들면, 왈쉬 (Walsh) 함수가 직교 함수로 선택되지만, 대안적으로 하르 (Haar) 함수 또는 슬란트 (Slant) 함수 같은 다른 함수도 가능하다. 동일한 유형의 정보 (예를 들면, 내용이 변하는 페이지 상단의 문서명 또는 전자 신문의 페이지 하단의 단어 "페이지") 의 오래 지속하는 구동동안 DC 전압이 발생하는 것을 방지하기 위해서, 선택 기간에서의 선택 전압의 전압 적분은 0 인것이 바람직하다.
본 발명의 이러한 그리고 다른 양상이 이하에서 설명하는 실시예를 참조하여 명백하고 명료해질 것이다.
도 1 은 전극 (5,6) 이 제공된, 예를 들면 유리인, 2개의 기판 (3,4) 사이에 존재하는 카이럴 네마틱 액정 물질 (2) 을 가지는 광-변조 셀 (1) 의 일부분에 대한 개략 단면도이다. 만약 필요하다면, 디바이스는 기판의 내부 벽상에 액정 물질을 배향 (orient) 시키는 배향 (orientation) 층 (9) 을 포함한다. 액정 물질은 이 경우 양성 광학적 이방체 및 양성 유전 이방체를 가진다. 도 1 의 실시예에서, 광-변조 셀은 흡수층 (10) 을 가진다.
카이럴 네마틱 액정 물질 (2) 은 주어진 피치 (P) 를 가진 카이럴 네마틱 구조가 얻어지도록 하는 양만큼 존재하는 카이럴 물질과 양성 유전 이방체의 네마틱 액정 물질 혼합물이다; 이러한 피치 (P) 는 액정 물질의 디렉터가 360도의 트위스트를 경험하는 거리이다. 기판의 벽상에서, 액정 분자는 이 벽에 다소 수직으로 (어떤 경우는 평행하게) 배향된다. 이제 제 1 안정 상태 (플래너 상태) 는 피치 (P) 를 가지는 헬릭스 (helix) 구조를 포함한다(도 1a). 광-변조 셀의 두께 (d) 는 피치 (P) 의 몇 배 (예를 들면 6배, 하지만 적어도 2배) 이다.
그러한 카이럴 네마틱 액정 물질이 취할 수 있는 또다른 안정 상태는, 전극 (5,6) 에 하나 이상의 주어진 값의 전기 전압 펄스 {도 1 에서 전압 소스 (11) 및 스위치 (12) 로 도시됨} 가 가해지고 난 후 발생하는, 포컬-코닉 상태 (도 1b) 이다. 말하자면, 헬릭스 구조는 임의로 배향된 조각들로 부숴지고, 그 조각에서는 더이상 입사광이 (부분적으로) 반사되지 않지만 흡수 배경에 도달할 수 있다.
플래너 상태는 λ= n.P (n:평균 굴절율) 대의 파장에서 광을 반사한다는 특성을 가진다. 도 1 의 디바이스에서, 검은 흡수 배경 (10) 이 선택되는 반면, 플래너 구조가 예를 들면 녹색광을 반사하게 하는 피치를 가지도록, 액정이 선택된다. 그 후 검은 배경에 대한 녹색 문자 (또는 다른 유사한 방식) 가 도시된 디스플레이 디바이스로 생성된다.
광-변조 셀 사이의 높은 전압에서, 액정 물질은 호메오트로픽 상태로 불리는 제 3 의 상태, 즉 모든 분자가 전기장을 향해 방향지어지고 광-변조 셀은 모든 (가시적인) 파장에 투명한, 상태를 취한다. 구동 전압 및 스위칭 속도에 따라, 광-변조 셀은 이러한 상태로부터 플래너 또는 포컬-코닉 상태로 스위칭한다.
도 2 는 도 1 의 픽셀에 대한 전압-반사 특성을 개략적으로 도시한다. 0 볼트에서의 상태는 이전 상태에 의존한다. 도시화를 통해, 카이럴 네마틱 상태는 이를 위해 선택되어서, 픽셀은 높은 반사값 (R) 으로 파란색 광을 반사한다. 유효 (임계) 전압값 Vpf을 가진 펄스에서, 액정은 R 이 실질적으로 0 인 (배경은 가시적임)포컬-코닉 상태로 변한다 (곡선 1). 펄스의 유효 전압이 더욱 증가하면, 반사는 Voff로부터 높은 값으로 다시 증가한다. 만약 액정이 0 볼트에서 포컬-코닉 상태에 있다면, 반사의 증가는 조금 더 높은 유효 전압 V'off(곡선 2) 에서 시작하고 Von에서 높은 반사에 도달한다. 전이 범위 Voff -Von에서, 그러나 명백하게 정의되지 않은 중간 반사 레벨이 가능하다; 그러나, 이것은 문자숫자식의 응용예에서는 결점이 아니다. 디스플레이 디바이스 (혹은 그 일부) 를 삭제함으로서, 말하자면, 각 선택 (정보를 기입하는 것) 이전에, 예를 들면 (하나이상의 펄스로) 호메오트로픽상태를 통해서, 곡선 (1) 및 곡선 (2) 이 일치하게 되어 Voff및Von이 명백하게 고정되는 것을 달성할 수 있다. 이 경우, Voff및Von는 전압-반사 특성 (예를 들면, 1% 및 99% 의 최대 반사) 에 의해 결정되지만, 만약 필요하다면, 그것은 상이하게 (예를 들면 5% 및 95% 의 최대 반사) 정의된다. 디스플레이 디바이스 (혹은 그 일부) 는 또한 포컬-코닉 상태 (또는 명백하게 고정된 다른 상태, 예를 들면 중간 그레이 같은 그레이 값) 를 통해서 삭제될 수 있다.
도 3 은 순간 t0에서 플래너 상태에 있다가, 순간 t1에서 포컬-코닉 상태로 변하고, 순간 t2에서 다시 호메오트로픽 상태로 스위칭하는 (주로 스위칭 펄스의 진폭의 선택에 의해서) 픽셀의 다이나믹한 동작을 도시한다. 그것은 펄스이후에는 플래너 상태로 릴렉스된다. 특히 플래너 상태로부터 포컬-코닉 상태로의 전이동안, 사용된 신호의 펄스 폭은 주어진 최소값을 가져야 한다는 것이 발견되었다. 너무 짧은 펄스 지속기간에서, 픽셀은 다시 플래너 상태로 릴렉스된다 (도 3 에서 파선). 만족스런 동작을 위해, 스위칭 신호 (바람직하게 교류 전압으로 표현되는) 의 상기 지속기간은 적어도 20 msec 는 되어야 한다. 더 큰 화상 포맷 (전자 신문) 에 대해서 그리고 또한 빠른 기입 동작이 수행되어야 하는 주어진 응용예 (예를 들면, 동화상, 전자 라벨 생성) 에 대해서, 이것은 너무 길다.
본 발명에 따라서, p 행은 직교 선택 신호에 의해 선택 기간 tsel동안 동시에 구동된다. 도 4 는 N 행 (22) 과 M 열 (23) 의 교차 지역에서 픽셀 메트릭스 (21) 를 가지는 디스플레이 디바이스의 실제적인 실시예를 도시한다. 디바이스는예를 들면 행 (22) 을 구동시키는 직교 신호 Fi(t) 를 생성하는 ROM 처럼 형성된 행 함수 생성기 (27) 를 추가적으로 포함한다. 기본적인 시간 간격동안, 구동 회로 (28) 를 통해 p 행 그룹을 구동시키는 행 벡터가 정의된다. 행 벡터는 또한 행 함수 레지스터 (29) 에 기입된다. 이러한 구동 모드의 더욱 자세한 설명을 위해, T.J. 셰퍼 및 B. 클리프톤에 의한 논문 "고-콘트라스트 비디오-레이트 STN 디스플레이를 위한 활성 어드레싱 방법 (Active Addressing Method for High-Contrast Video-Rate STN Displays) ", SID Digest 92, 228 내지 231 페이지 및 T.N. 럭몽가탄 등에 의한 논문 "빠른 반응 STN LCDs 를 위한 새로운 어드레싱 기술 (A New Addressing Technique for Fast Responsing STN LCDs)" Japan Display 92, 65 내지 68 페이지를 참조한다.
디스플레이될 정보 (30) 는 NxM 버퍼 메모리 (31) 에 저장되고 기본 단위 시간당 정보 벡터로 판독된다. 열 (23) 을 위한 신호는, 각 기본 단위 시간 동안 이제 행 벡터 및 정보 벡터 (열 벡터) 의 유효 값을 배가시킴으로서, 그리고 p 번 얻어진 적(product)을 순차적으로 가산함으로서 얻어진다. 기본 단위 시간 동안 유효한 행 및 열 벡터는 M개의 XOR 어레이 (32) 에서 그들을 비교함으로서 배가된다. 상기 적(product)은 상기 XOR 어레이의 출력을 합산 로직 (33) 에 공급함으로서 가산된다. 합산 로직 (33) 으로부터의 신호는 열 (23) 에 (p+1) 전압 레벨을 가지는 전압 Gj(t) 를 제공하는 열 구동 회로 (34) 를 제어한다.
도 5 는 동시에 4개 행을 구동하는 것을 도시한다. 4개의 직교 선택 신호F1(t), F2(t), F3(t), F4(t) 는 tsel동안 행에 제공된다. 도시된 정보 (1행 및 1열의 픽셀만 오프되고 다른 곳은 모두 온 됨) 을 얻기 위해, 신호
가 1열에 필요하고, 신호
가 2열에 필요하다.
함수 F1(t), F2(t), F3(t), F4(t) 의 상호 직교성은 도 6 에 도시된다.
이미 언급한 바와 같이, 함수 F1(t), F2(t), F3(t), F4(t) 의 4개의 바로옆에위치한 행으로의 동시적인 제공은 화상의 불규칙성을 야기한다. 이것을 방지하기 위해, 직교 선택 신호 세트 F1(t), F2(t), F3(t), F4(t) 는 도 7 의 실시예에서 1, 5, 9, 13 행에 먼저 제공된다 (tsel1). 다음 어드레싱 기간에, 직교 선택 신호 F1(t), F2(t), F3(t), F4(t) 는 2, 6, 10, 14 행 등에 제공된다. 콘트라스트의 손실을 방지하기 위해서, 선택 신호 F1(t), F2(t), F3(t), F4(t) 는 균일한 방식으로 서브프레임(여기서는 1-4, 5-8, 9-12 등의 행 그룹)에 걸쳐 확산된다. 도 7 에서, 선택 신호는 그 다음 구동 기간 (tsel2) 에 반복된다; 신호 F1(t), F2(t), F3(t), F4(t) 의 상호 교환은 이 후의 구동 기간에 또한 가능하다.
물론 본 발명은 도시된 실시예에 제한되지 않고, 몇가지 변형이 가능하다.예를 들면, 콜레스테릭-네마틱 액정 물질의 반사 특성을 사용하는 것이 반드시 필요한 것은 아니다. 적절한 두께 및 재료의 선택으로, 편광 회전이 콜레스테릭 네마틱 액정 물질에서 발생한다. 그 후 투과성 디스플레이 디바이스는 편광기 및 적절한 검출 수단에 의해 실현될 수 있다. 직교 신호는 다양한 방법으로 생성될 수 있다.
서론에서 언급한 바와 같이, 준비 상태 및 전개 상태에 의한 특별한 드라이브 모드에 의해 서로 다른 상태사이의 스위칭 시간을 감소시키는 것이 가능하고 이러한 준비 상태 및 전개 상태사이에 실제 선택 기간이 존재한다. 준비 상태 또는 전개 상태의 분리된 사용도 또한 가능하다. 이 경우, 이러한 방식으로 구동되는 콜레스테릭 네마틱 액정 효과에 기초한 디스플레이 디바이스는 선택 기간동안 다시 직교 신호로 구동된다.
본 발명은 각각 그리고 모든 신규한 특징적인 특성 및 각각 그리고 모든 특징적인 특성의 조합에 존재한다.
본 발명은 행 전극이 제공되는 제 1 기판 및 열 전극이 제공되는 제 2 기판을 포함하는 디스플레이 디바이스에 이용가능하다.

Claims (8)

  1. 행 전극이 제공되는 제 1 기판 및 열 전극이 제공되는 제 2 기판을 포함하는 디스플레이 디바이스로서, 전자-광학 물질의 삽입된 층을 가지는 행 및 열 전극의 겹치는 부분은 픽셀을 정의하고, 상기 전자-광학 층은, 복수의 상태를 취할 수 있는 네마틱 액정 물질을 포함하고, 선택 신호로 상기 행 전극을 구동시키며, 디스플레이될 이미지에 따른 데이터 신호로 상기 열 전극을 구동시키는 구동 수단을 더 포함하는 디스플레이 디바이스에 있어서,
    상기 구동 수단은, 동작 상태에서 그리고 선택 기간 이전에, p 행 픽셀 그룹의 상기 액정 물질을 정의된 상태로 이르게 하는 수단을 포함하고, 상기 구동 수단은 하나의 선택 기간동안 상기 동작 상태에서 p (p>1) 행 전극의 m개의 그룹에 서로 직교하는 신호를 순차적으로 인가하고 하나의 선택 기간 (i=1, 2, .. p) 동안 i, i+p, i+2p, ...i+(m-1)p 행을 선택하는 것을 특징으로 하는, 디스플레이 디바이스.
  2. 제 1 항에 있어서, 서로 직교하는 신호가 디스플레이 디바이스의 p개의 연속 행 전극의 각 그룹에 인가되는 것을 특징으로 하는, 디스플레이 디바이스.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 전자-광학 층은, 복수의 상태, 즉 적어도 전기장이 없을 때 안정한 플래너 상태 또는 포컬-코닉 상태를 취할 수 있는 카이럴 네마틱액정 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는, 디스플레이 디바이스.
  4. 제 3 항에 있어서, 동작 상태에서 그리고 선택 기간 이전에, 상기 구동 수단은 p 픽셀 열 그룹의 상기 액정 물질을 호메오트로픽 상태로 이르게 하는 것을 특징으로 하는, 디스플레이 디바이스.
  5. 제 3 항에 있어서, 왈쉬 함수에 기초하는 서로 직교하는 신호가 행 전극 그룹에 순차적으로 인가되는 것을 특징으로 하는, 디스플레이 디바이스.
  6. 제 3 항에 있어서, 상기 구동 수단은, 선택 이전에, 선택될 픽셀에 준비 신호 (preparation signal) 를 인가하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는, 디스플레이 디바이스.
  7. 제 3 항에 있어서, 상기 구동 수단은, 선택 이후에, 픽셀에 전개 신호 (evolution signal) 를 인가하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는, 디스플레이 디바이스.
  8. 제 3 항에 있어서, 상기 포컬-코닉 상태 및 상기 플래너 상태의 전자-광학 물질 층의 광학적 회전 (rotation) 은 상이한 값을 가지고, 상기 디스플레이 디바이스는 이러한 상이한 값 사이의 구별을 가능하게 하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는, 디스플레이 디바이스.
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