KR20020084484A - 액정 표시 장치 - Google Patents
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Abstract
하부 기판의 개구 패턴과 상부 기판의 개구 패턴에 의하여 화소 영역이 다수의 소도메인으로 분할된다. 이 때, 소도메인은 세로 방향으로 길쭉한 것(세로 도메인)과 가로 방향으로 길쭉한 것(가로 도메인)으로 분류할 수 있는데, 세로 도메인이나 가로 도메인이나 모두 홀수이다. 이렇게 하면, 도메인의 폭과 도메인 분할 수단의 폭을 최적화할 수 있다.
Description
본 발명은 액정 표시 장치에 관한 것으로서, 특히 광시야각을 얻기 위하여 화소 영역을 다수의 소 도메인으로 분할하는 수직 배향 액정 표시 장치에 관한 것이다.
액정 표시 장치는 일반적으로 공통 전극과 컬러 필터(color filter) 등이 형성되어 있는 상부 기판과 박막 트랜지스터와 화소 전극 등이 형성되어 있는 하부 기판 사이에 액정 물질을 주입해 놓고 화소 전극과 공통 전극에 서로 다른 전위를 인가함으로써 전계를 형성하여 액정 분자들의 배열을 변경시키고, 이를 통해 빛의 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 기판에 대하여 수직으로 배향하고 화소 전극과 그 대향 전극인 공통 전극에 일정한 개구 패턴을 형성하거나 돌기를 형성하는 방법이 유력시되고 있다.
개구 패턴을 형성하는 방법으로는 화소 전극과 공통 전극에 각각 개구 패턴을 형성하여 이들 개구 패턴으로 인하여 형성되는 프린지 필드(fringe field)를 이용하여 액정 분자들이 눕는 방향을 조절함으로써 시야각을 넓히는 방법이 있다.
돌기를 형성하는 방법은 상하 기판 위에 형성되어 있는 화소 전극과 공통 전극 위에 각각 돌기를 형성하여 둠으로써 돌기에 의하여 왜곡되는 전기장을 이용하여 액정 분자의 눕는 방향을 조절하는 방식이다.
또 다른 방법으로는, 하부 기판 위에 형성되어 있는 화소 전극에는 개구 패턴을 형성하고 상부 기판에 형성되어 있는 공통 전극 위에는 돌기를 형성하여 개구 패턴과 돌기에 의하여 형성되는 프린지 필드를 이용하여 액정의 눕는 방향을 조절함으로써 도메인을 형성하는 방식이다.
그런데 이러한 방법을 적용할 경우 개구 패턴이나 돌기가 형성되어 있는 부분은 빛을 통과시키지 않는 어두운 부분으로 나타난다. 따라서 개구 패턴이나 돌기가 차지하는 면적이 지나치게 넓을 경우에는 휘도가 저하된다. 그러나 반대로 개구 패턴이나 돌기가 너무 드물게 형성되면 액정의 기우는 방향을 규제하는 효과가 저하될 수 있고, 이로 인해 액정이 불균일하게 배열될 때 발생하는 텍스쳐(texture)가 넓은 영역을 차지하게 되어 휘도와 함께 화질을 저하시키게 된다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 개구 패턴이나 돌기 등의 도메인 분할 수단의 배치 간격을 최적화 하여 액정 표시 장치의 화질을 향상시키는 것이다.
도 1a는 본 발명의 제1 실시예에 따른 액정 표시 장치의 박막 트랜지스터 기판의 배치도로서 하나의 화소 영역을 나타낸 것이고,
도 1b는 도 1a의 Ib-Ib'선에 대한 단면도이고,
도 2a는 본 발명의 제1 실시예에 따른 액정 표시 장치의 색필터 기판의 배치도로서 하나의 화소 영역을 나타낸 것이고,
도 2b는 도 2a의 IIb-IIb'선에 대한 단면도이고,
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 액정 표시 장치의 배치도로서 하나의 화소 영역을 나타낸 것이고,
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 액정 표시 장치의 박막 트랜지스터 기판의 배치도로서 인접한 4개의 화소 영역을 나타낸 것이고,
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 액정 표시 장치의 색필터 기판의 배치도로서 인접한 4개의 화소 영역을 나타낸 것이며,
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 액정 표시 장치의 배치도로서 인접한 4개의 화소 영역을 나타낸 것이다.
이러한 기술적 과제를 해결하기 위하여 본 발명에서는 하나의 화소 영역에 포함되는 각 방향 도메인의 수를 홀수로 형성한다.
구체적으로는, 절연성 제1 기판, 상기 제1 기판 위에 제1 방향으로 형성되어 있는 제1 배선, 상기 제1 기판 위에 제2 방향으로 형성되어 있으며 상기 제1 배선과 절연되어 교차하고 있는 제2 배선, 상기 제1 배선 및 상기 제2 배선과 연결되어있는 박막 트랜지스터, 상기 박막 트랜지스터와 연결되어 있고 제1 도메인 분할 수단을 가지며 상기 제1 배선과 상기 제2 배선이 교차하여 정의하는 각 화소 영역마다 형성되어 있는 화소 전극, 상기 제1 기판과 대향하는 절연성 제2 기판, 상기 제2 기판 위에 형성되어 있으며 제2 도메인 분할 수단을 가지는 공통 전극을 포함하고, 상기 제1 도메인 분할 수단과 상기 제2 도메인 분할 수단은 하나의 상기 화소 전극을 M개의 제1 방향 소도메인과 N개의 제2 방향 소도메인으로 분할하며 M과 N 중의 어느 하나는 홀수인 액정 표시 장치를 마련한다.
이 때, 상기 M과 N은 모두 홀수일 수 있고, 상기 제1 및 제2 도메인 분할 수단은 각각 상기 화소 전극과 상기 공통 전극에 형성되어 있는 개구부일 수 있다. 또, 상기 제1 기판 위에 형성되어 있고, 상기 제1 도메인 분할 수단과 중첩되어 있는 부분과 상기 제2 배선 양측에 상기 제2 배선과 나란하게 형성되어 있는 부분을 포함하는 제3 배선을 더 포함하는 것이 바람직하다. 또한, M과 N이 모두 홀수일 때에는 상기 제1 방향으로 이웃하는 두 화소 영역 내에 포함되는 상기 제1 및 제2 도메인 분할 수단은 서로 거울상 대칭을 이루고, 상기 제2 방향으로 이웃하는 두 화소 영역 내에 포함되는 상기 제1 및 제2 도메인 분할 수단은 상기 제2 방향으로 이웃하는 두 화소 영역을 반분하는 제2 방향 직선과 상기 제2 방향으로 이웃하는 두 화소 영역 경계선과의 교차점에 대하여 서로 점대칭을 이루는 것이 바람직하다.
그러면, 본 발명의 실시예에 대하여 첨부한 도면을 참고로 하여 상세히 설명한다.
도 1a는 본 발명의 제1 실시예에 따른 액정 표시 장치의 박막 트랜지스터 기판의 배치도로서 하나의 화소 영역을 나타낸 것이고, 도 1b는 도 1a의 Ib-Ib'선에 대한 단면도이다.
먼저, 절연 기판(10) 위에 알루미늄(Al) 또는 알루미늄 합금(Al alloy), 몰리브덴(Mo) 또는 몰리브덴-텅스텐(MoW) 합금, 크롬(Cr), 탄탈륨(Ta) 등의 금속 또는 도전체로 만들어진 게이트 배선이 형성되어 있다. 게이트 배선은 가로 방향으로 뻗어 있는 주사 신호선 또는 게이트선(20), 게이트선(20)의 끝에 연결되어 있어 외부로부터의 주사 신호를 인가 받아 게이트선(20)으로 전달하는 게이트 패드(도시하지 않음) 및 게이트선(20)의 일부인 박막 트랜지스터의 게이트 전극(21)을 포함한다.
절연 기판(10) 위에는 게이트 배선과 동일한 물질로 이루어진 유지 용량 배선이 형성되어 있다. 유지 용량 배선은 약간의 굴곡을 가지고 가로 방향으로 뻗어 있는 유지 용량선(30), 유지 용량선(30)과 연결되어 있으며 세로로 뻗어 있는 제1 유지 전극(31), 이웃 화소의 제1 유지 전극(31)과 연결되어 있으며 세로로 뻗어 있는 제2 유지 전극(32), 제2 유지 전극(32)과 연결되어 있으며 가로 방향으로 뻗어 있는 제3 및 제4 유지 전극(33, 34), 제3 및 제4 유지 전극(33, 34)과 연결되어 있으며 세로 방향으로 뻗어 있는 제5 유지 전극(35)을 포함한다. 이 때 유지 용량 배선은 화소 전극(90)과의 사이에서 정전 용량을 형성하여 화소 전극(90)의 전하 보유 능력을 증대하는 역할과 함께 화소 전극에 형성되어 있는 개구부(91, 92) 등의 도메인 분할 수단과 중첩됨으로써 빛이 새는 것을 방지하는 역할 및 프린지 필드를 강화하는 역할도 한다. 유지 용량 배선은 위에서 설명한 기능을 발휘할 수있는 한도에서 배치 형태가 다양하게 변형될 수 있다.
게이트 배선과 유지 용량 배선은 단일층으로 형성될 수도 있지만, 이중층이나 삼중층으로 형성될 수도 있다. 이중층 이상으로 형성하는 경우에는 한 층은 저항이 작은 물질로 형성하고 다른 층은 다른 물질과의 접촉 특성이 좋은 물질로 만드는 것이 바람직하며, Cr/Al(또는 Al 합금)의 이중층 또는 Al/Mo의 이중층이 그 예이다.
게이트 배선과 유지 용량 배선의 위에는 질화규소(SiNx) 따위로 이루어진 게이트 절연막(40)이 형성되어 화면 표시부 전체, 특히 게이트선(20) 및 게이트 전극(21)을 덮고 있다. 그러나 게이트 절연막(40)은 주변부의 게이트 패드는 덮고 있지 않다.
게이트 절연막(40) 위에는 수소화 비정질 규소(hydrogenated amorphous silicon) 따위의 반도체로 이루어진 반도체층 패턴(50)이 형성되어 있으며, 반도체층 패턴(50) 위에는 인(P) 따위의 n형 불순물로 고농도로 도핑되어 있는 비정질 규소 또는 실리사이드 따위로 이루어진 저항성 접촉층(ohmic contact layer) 패턴 또는 중간층 패턴(61, 62)이 형성되어 있다.
접촉층 패턴(61, 62) 위에는 Mo 또는 MoW 합금, Cr, Al 또는 Al 합금, Ta 따위의 도전 물질로 이루어진 데이터 배선이 형성되어 있다. 데이터 배선은 먼저, 세로 방향으로 형성되어 있는 데이터선(70), 데이터선(70)의 한쪽 끝에 연결되어 외부로부터의 화상 신호를 인가 받는 데이터 패드(도시하지 않음), 그리고 데이터선(70)의 분지인 박막 트랜지스터의 소스 전극(71), 소스 전극(71)과 분리되어 있으며 게이트 전극(21)에 대하여 소스 전극(71)의 반대쪽에 위치하는 박막 트랜지스터의 드레인 전극(72)을 포함한다.
데이터 배선도 게이트 배선과 마찬가지로 단일층으로 형성될 수도 있지만, 이중층이나 삼중층으로 형성될 수도 있다. 물론, 이중층 이상으로 형성하는 경우에는 한 층은 저항이 작은 물질로 형성하고 다른 층은 다른 물질과의 접촉 특성이 좋은 물질로 만드는 것이 바람직하다.
한편, 접촉층 패턴(61, 62)은 그 하부의 반도체층 패턴(50)과 그 상부의 데이터 배선의 접촉 저항을 낮추어 주는 역할을 한다. 반도체층 패턴(50)은 섬의 형태로 소스 전극(71)과 드레인 전극(72) 주변에 형성되어 있으며 유지 용량 배선과 데이터선(70)이 교차하는 부분에도 배치되어 있다.
데이터 배선의 위에는 드레인 전극(72)을 노출시키는 접촉구(81)를 가지는 보호막(80)이 형성되어 있다. 보호막(80)은 게이트 패드와 데이터 패드를 노출시키는 접촉구(도시하지 않음)도 가진다. 보호막(80)은 반도체층 패턴(50) 중에서 적어도 소스 전극(71)과 드레인 전극(72) 사이에 위치하는 채널 부분을 덮어 보호하면 된다. 보호막(80)은 질화규소나 아크릴계 따위의 유기 절연 물질로 이루어질 수 있다.
보호막(80) 위에는 ITO(indium tin oxide) 또는 IZO(indium zinc oxide) 등의 투명한 도전 물질로 이루어진 화소 전극(90)이 형성되어 있다. 화소 전극(90)은 접촉구(81)를 통하여 드레인 전극(72)과 연결되어 있다. 화소 전극(90)은 도메인 분할 수단인 개구 패턴을 가지는데 개구 패턴은 화소 전극(90)의 하부에 가로 방향으로 형성되어 있는 제1 개구부(91)와 세로 방향으로 형성되어 있는 제2 개구부(92)로 이루어져 있다. 이 때, 제2 개구부(92)는 양쪽 데이터선(70)으로부터 등거리에 있지 않고 한쪽으로 치우져 위치한다. 제1 개구부(91)와 제2 개구부(92)는 각각 제3 유지 전극(33) 및 제5 유지 전극(35)과 중첩되어 있다.
보호막(80) 위에는 데이터 패드를 덮고 있는 보조 데이터 패드(도시하지 않음)와 게이트 패드를 덮는 보조 게이트 패드(도시하지 않음)도 형성되어 있다.
도 1a와 도 1b에 나타낸 박막 트랜지스터 기판과 대향하는 색 필터 기판에 대하여 설명한다.
도 2a는 본 발명의 제1 실시예에 따른 액정 표시 장치의 색필터 기판의 배치도로서 하나의 화소 영역을 나타낸 것이고, 도 2b는 도 2a의 IIb-IIb'선에 대한 단면도이다.
기판(110) 위에 크롬과 산화 크롬의 이중층 또는 검은 색소를 포함하는 유기 물질로 이루어진 블랙 매트릭스(120)가 형성되어 있고, 블랙 매트릭스(120)에 의하여 구획되는 각 화소 영역에는 적, 녹, 청색의 색필터(130)가 교대로 배치되어 있다. 색필터(130) 위에는 ITO 또는 IZO 등의 투명한 도전 물질로 이루어진 공통 전극(140)이 형성되어 있다. 공통 전극(140)은 도메인 분할 수단인 개구 패턴을 가지는데, 개구 패턴은 가로 방향으로 길게 형성되어 있는 상부 제1 및 제3 개구부(141, 143)와 세로 방향으로 길게 형성되어 있는 상부 제2 및 제4 개구부(142, 144)로 이루어져 있다. 이 때, 공통 전극(140)의 개구 패턴은 상하및 좌우 어느 쪽으로도 대칭을 이루지 않는다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 액정 표시 장치의 배치도로서 하나의 화소 영역을 나타낸 것이다. 즉, 도 3은 도 1a의 박막 트랜지스터 기판(하부 기판)과 도 2a의 색필터 기판(상부 기판)을 결합한 상태를 나타낸다.
박막 트랜지스터 기판과 색필터 기판은 일정한 간격을 사이에 두고 나란하게 결합되며 박막 트랜지스터 기판과 색필터 기판 사이에는 액정 물질이 주입되어 있다. 액정 물질은 전계가 인가되지 않은 상태에서 장축이 기판에 대하여 수직을 이루도록 배향되어 있다.
하부 기판의 개구 패턴과 상부 기판의 개구 패턴에 의하여 화소 영역이 다수의 소도메인으로 분할된다. 이 때, 소도메인은 세로 방향으로 길쭉한 것(세로 도메인)과 가로 방향으로 길쭉한 것(가로 도메인)으로 분류할 수 있는데, 세로 도메인이나 가로 도메인이나 모두 홀수이다. 여기서, 각 소도메인의 폭은 20±5㎛가 되는 것이 바람직한데, 이는 소도메인의 폭이 너무 좁으면 개구율이 저하되고 또 너무 넓으면 프린지 필드가 약하게 형성되어 액정 분자의 기울어지는 방향 규제가 어렵게 되기 때문이다. 본 발명에서는 세로 도메인과 가로 도메인의 수를 홀수로 형성함으로써 소도메인의 폭을 최적화 할 수 있다.
그런데, 본 발명의 제1 실시예와 같이 세로 도메인과 가로 도메인을 홀수로 형성하게 되면 액정 표시 장치의 좌우 또는 상하에서의 시야각이 비대칭이 되는 문제가 있다. 즉, 액정의 평균 장축이 좌측으로 기울어지는 도메인의 수와 우측으로 기울어지는 도메인의 수가 서로 일치하지 않기 때문에 좌우에서 화질이 다를 수 있고, 상하에서도 마찬가지이다. 이러한 문제를 해결하기 위한 방안을 제2 실시예에서 제시한다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 액정 표시 장치의 박막 트랜지스터 기판의 배치도로서 인접한 4개의 화소 영역을 나타낸 것이다.
도 4의 4개의 화소 영역 중 좌상의 화소 영역은 도 1a와 도 1b에 나타낸 화소 영역과 동일한 구조이다. 우상의 화소 영역은 좌상의 화소 영역과 화소 전극(90)의 개구부(91, 92)가 서로 거울상 대칭을 이루고 있다. 유지 전극(31, 32, 33, 34, 35)의 배치는 서로 비대칭이나 기본적으로 개구부(91, 92)와 중첩되는 부분이 있고, 양쪽 데이터선(70)과 인접하여 나란한 부분을 포함하는 것은 공통적이다. 박막 트랜지스터의 모양도 양쪽 화소 영역에서 다소 차이가 있는데 이는 유지 전극(31, 32, 33, 34, 35)의 배치 등과 관련하여 개구율을 향상시키고자 배치를 달리한 것이다.
도 4에서 좌하와 우하의 두 화소 영역도 화소 전극의 개구부(91, 92)가 서로 거울상 대칭을 이루고 있다. 유지 전극(31, 32, 33, 34, 35)의 배치는 서로 비대칭이나 기본적으로 개구부(91, 92)와 중첩되는 부분이 있고, 양쪽 데이터선(70)과 인접하여 나란한 부분을 포함하는 것은 공통적이다. 박막 트랜지스터의 모양도 양쪽 화소 영역에서 다소 차이가 있는데 이는 유지 전극(31, 32, 33, 34, 35)의 배치 등과 관련하여 개구율을 향상시키고자 배치를 달리한 것이다.
도 4에서 좌상과 좌하의 두 화소 영역의 개구부(91, 92)는 이들 두 화소 영역을 세로로 반분하는 선과 게이트선이 교차하는 점에 대하여 점대칭을 이루고 있다. 우상과 우하의 두 화소 영역의 개구부(91, 92)도 이들 두 화소 영역을 세로로 반분하는 선과 게이트선이 교차하는 점에 대하여 점대칭을 이루고 있다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 액정 표시 장치의 색필터 기판의 배치도로서 인접한 4개의 화소 영역을 나타낸 것이다.
색필터 기판의 개구부(141, 142, 143, 144)도 좌상과 우상의 두 화소 영역 및 좌하와 우하의 두 화소 영역에서 서로 거울상 대칭을 이루고 있고, 좌상과 좌하의 두 화소 영역과 우상과 우하의 두 화소 영역에서는 이들 화소를 세로로 반분하는 직선과 상측 화소 영역과 하측 화소 영역의 경계선이 교차하는 점에 대하여 점대칭을 이루고 있다.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 액정 표시 장치의 배치도로서 인접한 4개의 화소 영역을 나타낸 것이다.
도 6은 도 4와 도 5가 중첩된 것으로서 하부 개구부(91, 92)와 상부 개구부(141, 142, 143, 144)가 결합하여 각 화소 영역을 다수의 도메인으로 분할한다. 이 때, 하부 개구부(91, 92)와 상부 개구부(141, 142, 143, 144)가 모두 거울상 대칭(좌우 화소간) 및 점대칭(상하 화소간)을 이루고 있으므로 각 도메인도 좌우 화소간에는 거울상 대칭을 이루고 상하 화소간에는 점대칭을 이룬다. 따라서 각 화소 영역에서 세로 도메인과 가로 도메인이 홀수로 형성됨으로 인해 액정 표시 장치의 좌우 또는 상하에서의 시야각이 비대칭이 되는 문제를 해결할 수 있다. 즉, 개구부가 거울상 대칭을 이루는 좌우의 두 화소 영역은 서로 세로 도메인의 비대칭을 보완하고 개구부가 점대칭을 이루는 상하의 두 화소 영역은 서로 가로 도메인이 비대칭을 보완한다. 따라서 액정 표시 전체에서는 시야각이 상하나 좌우에서 대칭을 이루게 된다.
이상에서는 도메인을 분할하는 수단으로 개구부를 예로 들어 설명하였으나 유전체 돌기를 도메인 분할 수단으로 사용하더라도 본 발명을 적용할 수 있다.
또, 이상에서는 가로 도메인과 세로 도메인 모두를 홀수로 형성하였으나 도메인 간격의 최적화를 위하여 필요한 경우에는 둘 중 하나만을 홀수로 형성할 수도 있다. 이 경우에는 상하 및 좌우에서 대칭적인 시야각을 확보하기 위하여 도메인 분할 수단을 좌우 거울상 대칭 또는 상하 점대칭 중의 어느 하나만을 이루도록 하면된다. 예를 들어, 세로 도메인만을 홀수로 형성한 경우에는 도메인 분할 수단을 좌우 거울상 대칭이 되도록 형성하는 것으로 상하 및 좌우의 대칭적인 시야각을 확보할 수 있다.
이상과 같이, 본 발명에서는 각 화소 영역에 포함되는 가로 도메인과 세로 도메인의 수를 홀수가 되도록 도메인 분할 수단을 형성함으로써 도메인의 폭과 도메인 분할 수단의 폭을 최적화할 수 있다.
Claims (5)
- 절연성 제1 기판,상기 제1 기판 위에 제1 방향으로 형성되어 있는 제1 배선,상기 제1 기판 위에 제2 방향으로 형성되어 있으며 상기 제1 배선과 절연되어 교차하고 있는 제2 배선,상기 제1 배선 및 상기 제2 배선과 연결되어 있는 박막 트랜지스터,상기 박막 트랜지스터와 연결되어 있고 제1 도메인 분할 수단을 가지며 상기 제1 배선과 상기 제2 배선이 교차하여 정의하는 각 화소 영역마다 형성되어 있는 화소 전극,상기 제1 기판과 대향하는 절연성 제2 기판,상기 제2 기판 위에 형성되어 있으며 제2 도메인 분할 수단을 가지는 공통 전극을 포함하고, 상기 제1 도메인 분할 수단과 상기 제2 도메인 분할 수단은 하나의 상기 화소 전극을 M개의 제1 방향 소도메인과 N개의 제2 방향 소도메인으로 분할하며 M과 N 중의 적어도 어느 하나는 홀수인 액정 표시 장치.
- 제1항에서,상기 M과 N은 모두 홀수인 액정 표시 장치.
- 제1항 또는 제2항에서,상기 제1 및 제2 도메인 분할 수단은 각각 상기 화소 전극과 상기 공통 전극에 형성되어 있는 개구부인 액정 표시 장치.
- 제1항 또는 제2항에서,상기 제1 기판 위에 형성되어 있고, 상기 제1 도메인 분할 수단과 중첩되어 있는 부분과 상기 제2 배선 양측에 상기 제2 배선과 나란하게 형성되어 있는 부분을 포함하는 제3 배선을 더 포함하는 액정 표시 장치.
- 제2항에서,상기 제1 방향으로 이웃하는 두 화소 영역 내에 포함되는 상기 제1 및 제2 도메인 분할 수단은 서로 거울상 대칭을 이루고, 상기 제2 방향으로 이웃하는 두 화소 영역 내에 포함되는 상기 제1 및 제2 도메인 분할 수단은 상기 제2 방향으로 이웃하는 두 화소 영역을 반분하는 제2 방향 직선과 상기 제2 방향으로 이웃하는 두 화소 영역 경계선과의 교차점에 대하여 서로 점대칭을 이루는 액정 표시 장치.
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