KR20060126023A - 반사.투과모드 횡전계형 액정 표시 장치 - Google Patents

반사.투과모드 횡전계형 액정 표시 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 횡전계형 액정표시장치에 관한 것으로 특히, 양 측에서 화상을 볼 수 있는 횡전계형 액정표시장치에 관한 것이다.
양면 표시기능을 위해, 본원 발명에 따른 반사.투과형 횡전계형 액정표시장치는, 단일 화소에 막대형상의 불투명한 화소 전극과 공통 전극을 형성하고, 상기 공통 전극및 화소 전극과 액정층 사이에 위상차 필름(QWP)을 포함하는 횡전계형 액정패널과, 액정패널의 일 측에는 제 1 편광판과 투명한 광원을 구성하고, 액정패널의 타 측에는 반사형 편광판과 상기 제 1 편광판과 광축이 수직하도록 위치한 제 2 편광판을 구성하는 것을 특징으로 한다.
이와 같은 구성을 통해, 일 측은 반사모드로서 화상을 표현할 수 있고 타측은 투과모드로서 화상을 표현할 수 있는 양면 표시기능의 횡전계형 액정표시장치를 제작할 수 있다.

Description

반사.투과모드 횡전계형 액정 표시 장치{Transflective mode In-Plane switching type liquid crystal display device }
도 1은 일반적인 반투과 액정표시장치에 대한 단면도.
도 2는 횡전계형 액정표시장치용 어레이기판의 한 화소를 확대한 평면도.
도 3은 본 발명에 따른 반사.투과모드 횡전계형 액정표시장치의 구성을 개략적으로 도시한 확대 단면도.
도 4는 도 3의 구성에서, 편광특성을 가지는 구성들만을 도시한 단면도.
도 5는 도 4의 구성 중, 상.하 편광판과 반사형 편광판과 액정층의 광축이 이루는 각을 표현한 도면.
도 6a와 도 6b는 반사모드시, 전압이 오프 및 온 상태일 때 편광특성을 나타낸 도면.
도 7a와 도 7b는 투과모드시, 전압이 오프 및 온 상태일 때 편광특성을 나타낸 도면이다.
<도면의 주요부분에 대한 간단한 설명>
100 : 제 1 기판 102 : 게이트 전극
108a : 액티브층 108b : 오믹 콘택층
110 : 소스 전극 112 : 드레인 전극
114 : 화소 전극 116 : 공통 전극
200 : 제 2 기판 202 : 블랙매트릭스
204a,b : 컬러필터 300 : 위상차 필름
410a : 상부 편광판 410b : 하부 편광판
500 : 투명광원(front light)
본 발명은 액정 표시 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 반사투과모드 횡전계형 액정표시장치에 관한 것이다.
일반적으로 액정 표시 장치는 전계 생성 전극이 각각 형성되어 있는 두 기판을 두 전극이 형성되어 있는 면이 마주 대하도록 배치하고 두 기판 사이에 액정 물질을 주입한 다음, 두 전극에 전압을 인가하여 생성되는 전기장에 의해 액정 분자를 움직이게 함으로써, 이에 따라 달라지는 빛의 투과율에 의해 화상을 표현하는 장치이다.
이러한 액정 표시 장치는 구동모드에 따라, 공통 전극과 화소 전극이 상.하로 위치하여 구동하는 수직전계형 액정표시장치와, 공통 전극과 화소 전극이 슬릿 형상으로 동일 평면상에 위치하여 구동하는 수평전계형 액정표시장치에 관한 것이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 횡전계형 액정표시장치의 구성에 관해 설명한다.
도 1은 일반적인 횡전계형 액정표시장치의 단면을 도시한 확대 단면도이다.
도시한 바와 같이, 종래에 따른 횡전계형 액정표시장치(B)는 컬러필터기판(B1)과 어레이기판(B2)이 대향하여 구성되며, 컬러필터기판 및 어레이기판 (B1,B2)사이에는 액정층(LC)이 개재되어 있다.
상기 어레이기판(B2)은 투명한 절연 기판(50)에 정의된 다수의 화소(P1,P2)마다 박막트랜지스터(T)와 공통 전극(58)과 화소 전극(72)이 구성된다.
상기 박막트랜지스터(T)는 게이트 전극(52)과, 게이트 전극(52) 상부에 절연막(60)을 사이에 두고 구성된 반도체층(62)과, 반도체층(62)의 상부에 서로 이격하여 구성된 소스 및 드레인 전극(64,66)을 포함한다.
전술한 구성에서, 상기 공통 전극(58)과 화소 전극(72)은 동일 기판 상에 서로 평행하게 이격하여 구성된다.
일반적으로 공정을 단순화하기 위해, 상기 공통 전극(58)은 상기 게이트 전극(52)과 동일층 동일물질로 구성되고, 상기 화소 전극(72)은 상기 소스 및 드레인 전극(64,66)과 동일층 동일물질로 구성 된다.
도시하지는 않았지만, 상기 화소(P1,P2)의 일 측을 따라 연장된 게이트 배선(미도시)과, 이와는 수직한 방향으로 연장된 데이터 배선(미도시)이 구성되고, 상 기 공통 전극(58)에 전압을 인가하는 공통 배선(미도시)이 구성된다.
상기 컬러필터 기판(B1)은 투명한 절연 기판(30) 상에 상기 게이트 배선(미도시)과 데이터 배선(미도시)과 박막트랜지스터(T)에 대응하는 부분에 블랙매트릭스(32)가 구성되고, 상기 화소(P1,P2)에 대응하여 컬러필터(34a,34b)가 구성된다.
상기 액정층(LC)은 상기 공통 전극(58)과 화소 전극(72)의 수평전계(95)에 의해 동작된다.
이하, 도 2를 참조하여, 전술한 바와 같은 횡전계형 액정표시장치를 구성하는 어레이 기판의 평면구성을 설명한다.(도1의 구성과는 달리 공통 전극과 화소 전극을 투명한 전극으로 형성한 예를 설명한다.)
도 2는 종래에 따른 횡전계형 액정표시장치용 어레이기판의 한 화소를 확대 도시한 평면도이다.
도시한 바와 같이, 기판(50)상에 일 방향으로 연장된 게이트 배선(54)과, 게이트 배선(54)과는 수직하게 교차하여 화소 영역(P)을 정의하는 데이터 배선(68)이 구성된다.
상기 게이트 배선(54)과 평행하게 이격된 영역에 공통 배선(56)이 구성된다.
상기 게이트 배선(54)과 데이터 배선(68)의 교차지점에는 상기 게이트 배선(54)과 연결된 게이트 전극(52)과, 게이트 전극(52) 상부의 반도체층(62)과 반도체층(62) 상부의 소스 전극(64)과 드레인 전극(66)을 포함하는 박막트랜지스터(T)가 구성된다.
상기, 화소 영역(P)에는 상기 공통 배선(56)에서 수직하게 연장되고 서로 평 행하게 이격된 공통 전극(58)이 구성되고, 상기 공통 전극(58)사이에는 이와 평행하게 이격된 화소 전극(72)이 구성된다.
전술한 횡전계형 액정표시장치는 일반적인 수직 전계형 액정표시장치에 비해 시야각이 우수하기 때문에 표시소자로 넓게 사용되고 있다.
그런데, 수직전계형 액정패널은 반사모드와 투과모드를 적절히 이용하여 양면표시가 가능하였으나, 횡전계형 액정패널은 양면표시 소자로서 적용하기 어려운 점이 있어, 양면으로 화상을 볼 수 있도록 디자인된 셀룰러폰과 같은 제품에 응용하는데 한계가 있었다.
따라서, 본 발명은 양면으로 화상을 구현할 수 있는 횡전계형 액정표시장치를 제안하는 것을 목적으로 한다.
이를 위해, 일 측은 반사전극(화소 전극과 공통 전극)과 반사형 편광판을 이용한 반사모드로 화상을 표현하고, 타 측은 반사 전극의 사이 영역에 빛을 통과시켜 투과모드로 화상을 표현하도록 하는 것을 특징으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 반사.투과모드 횡전계형 액정표시장치는 다수의 화소 영역이 정의되고 서로 이격된 제 1 기판과 제 2 기판과; 상기 제 1 기판에 대응하는 화소 영역마다 막대형상으로 구성된 반사전극과; 상기 제 1 기판과 제 2 기판의 이격된 영역에 장축이 수평 방향으로 배열된 액정층과; 상기 액정층과 상기 반사전극 사이에 구성된 위상차 필름(QWP 필름)과; 상기 제 1 기판의 상부에 위치한 상부 편광판과; 상기 상부 편광판의 상부에 구성된 투명한 광원과; 상기 제 2 기판의 하부에 구성된 반사형 편광판과; 상기 반사형 편광판의 하부에 구성되고, 편광축이 상기 상부 편광판의 편광축과 수직하게 구성된 하부 편광판을 포함 한다.
상기 반사전극은 동일 편면 상에 서로 평행하게 이격하여 구성된 화소 전극과 공통 전극인 것을 특징으로 한다.
상기 화소 전극과 연결된 스위칭 소자를 더욱 포함하고, 상기 화소 전극과 공통 전극 사이에 전계가 발생하였을 경우, 상기 반사전극(화소전극 및 공통 전극)의 사이에 대응한 액정층은 상기 상부 편광판의 광축과 45o를 이루도록 배열하고, 상기 반사전극의 상부에 대응한 액정층은 상기 상부 편광판의 광축과 22.5o를 이루도록 배열되는 것을 특징으로 한다.
상기 반사형 편광판은 반사축 방향의 선편광은 반사하고, 반사축과 90o인 방향의 선편광은 투과하는 특성을 가지며, 상기 위상차 필름은 λ/4의 위상값을 가지는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 액정층은 전계가 인가되지 않았을 경우, 유효 λ/2의 위상값을 가지는 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 반투과형 액정 표시 장치용 어레이 기판에 대하여 상세히 설명한다.
-- 실시예 --
본 발명의 실시예는, 일 측은 반사모드를 이용하고 타측은 투과모드를 이용하여 양면에 모두 화상을 표시할 수 있는 횡전계형 액정표시장치를 제공하는 것을 특징으로 한다.
도 3은 본 발명에 따른 반사.투과모드 횡전계형 액정표시장치를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 횡전계형 액정표시장치(B)는 컬러필터기판(B1)과 어레이기판(B2)이 대향하여 구성되며, 컬러필터기판 및 어레이기판 (B1,B2)사이에는 액정층(LC)이 개재되어 있다.
상기 어레이기판(B2)은 투명한 절연 기판(50)에 정의된 다수의 화소(P)마다 박막트랜지스터(T)와 공통 전극(112)과 화소 전극(114)이 구성된다.
상기 박막트랜지스터(T)는 게이트 전극(112)과, 게이트 전극(112) 상부에 절연막(110)을 사이에 두고 구성된 반도체층(108a,108b)과, 반도체층(108a,108b)의 상부에 서로 이격하여 구성된 소스 및 드레인 전극(110,112)을 포함한다.
전술한 구성에서, 상기 공통 전극(114)과 화소 전극(116)은 동일 기판(100) 상에 서로 평행하게 이격하여 구성된다.
이때, 상기 공통 전극(114)과 화소 전극(116)은 모두 반사율이 뛰어난 불투 명한 도전성 금속재료를 사용하여 형성하는 것이 가능하며, 이와 같이 공통 전극(114)과 화소 전극(116)을 모두 불투명하게 형성할 경우에는 일반적으로, 상기 공통 전극(114)은 상기 게이트 전극(102)과 동일층 동일물질로 구성되고, 상기 화소 전극(116)은 상기 소스 및 드레인 전극(110,112)과 동일층 동일물질로 구성한다.
도시하지는 않았지만, 상기 화소(P)의 일 측을 따라 연장된 게이트 배선(미도시)과, 이와는 수직한 방향으로 연장된 데이터 배선(미도시)이 구성되고, 상기 공통 전극(114)에 전압을 인가하는 공통 배선(미도시)이 구성된다.
상기 컬러필터 기판(B1)은 투명한 절연 기판(200)상에 상기 게이트 배선(미도시)과 데이터 배선(미도시)과 박막트랜지스터(T)에 대응하는 부분에 블랙매트릭스(202)가 구성되고, 상기 화소(P)에 대응하여 컬러필터(204a,204b)가 구성된다.
상기 액정층(LC)은 상기 공통 전극(114)과 화소 전극(116)의 수평전계(118)에 의해 동작된다.
전술한 구성에서 특징적인 것은, 상기 공통전극 및 화소 전극(114,116)과 액정층(LC) 사이에 λ/4 위상차판(300,quaterwave plate: 이하 "QWP"라 칭함)을 구성하는 것이다.
이때, 상기 QWP(300)는 네마틱 액정(nematic LC)을 사용하여 이를 일정방향으로 배향하여, λ/4의 위상값을 가지도록 하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 횡전계형 액정패널(B)의 상부에는 투명한 광원(500)을 구성하고, 투명한 광원(500)과 액정패널(B)사이에는 상부 편광판(410a)을 구성하는 것을 특징으로 한다.
또한, 액정패널(B)의 하부에는 반사형 편광판(450)과, 반사형 편광판(450)의 하부에는 하부 편광판(410b)을 구성한다.
전술한 구성에서, 상기 투명광원(500)이 위치한 액정패널(B)의 일 측은 반사모드로 사용되고, 상기 하부 편광판(450)이 위치한 액정패널(B)의 타 측은 투과모드로 사용된다.
이에 대해, 이하 도 4를 참조하여 설명한다.
도 4는 도 3의 구성에서, 편광특성을 가지는 구성들만을 도시한 단면도이다.
도시한 바와 같이, 화소 전극 및 공통 전극(114,116, 이하, " 반사전극"이라 칭함)의 상부에 QWP(300)와 액정층(LC)이 위치하고, 상기 액정층(LC)의 상부에는 상부 편광판(410a)과 투명광원(500)을 순차 구성한다.
상기 반사전극(114,116)의 하부에는 반사형 편광판(110b)과 반사형 편광판(450)의 하부에는 하부 편광판(410b)을 순차 구성한다.
전술한 구성에서, 상기 반사전극(114,116)에 전압이 인가되었을 경우, 화소 전극 및 공통 전극(116,114)의 상부에 위치한 액정(LC)은 22.5o로, 상기 화소 전극 및 공통 전극의 사이 영역에 위치하는 액정은 45o의 유효 비틀기 각(twist angle)을 가지도록 한다.
이때, 상기 반사전극(114,116)을 설계할 때 막대형상의 구성을 기존에 비해 비교적 근접 설계하여, 전압이 인가되지 않았을 경우 액정층은 λ/2의 유효 위상차 값을 가지도록 한다.
또한, 상기 반사형 편광판(450)은 반사축 방향의 선편광은 반사하고, 이와 90o방향의 선편광은 투과하는 특성을 가지고 있다.
도 5는 도 4의 구성 중, 상.하 편광판과 반사형 편광판과 액정층의 광축이 이루는 각을 나타낸 도면이다.
도시한 바와 같이, 상부 편광판의 광축(①)과 반사형 편광판의 반사축(①)이 동일하고, 하부 편광판의 광축(④)은 상기 상부 편광판의 광축및 반사형 편광판의 반사축(①)과 90o를 이룬다.
이때, 전압이 인가되었을 경우, 반사전극(도 4의 )의 상부에 위치한 액정층은 상부편광판의 광축 및 반사형 편광판의 반사축(①)과 22.5o를 이루도록 하고, 상기 반사전극의 사이 영역에 위치한 액정은 45o를 이루도록 구성하는 것을 특징으로 한다.
이와 같은 본 발명에 따른 반사.투과모드 횡전계형 액정표시장치는 반사모드시 전압이 오프 상태(black state)일 때 화이트(white)를 표시하고 전압이 온 상태(on state)일 때 블랙(black)을 표시한다.
반대로, 투과모드는 전압이 오프상태(off state)일 때 블랙(black)을 표시하고, 전압이 온 상태(on state)일 때 화이트(white)를 표시한다.
이에 대해, 이하 6과 도 7을 참조하여 설명한다.
도 6a와 도 6b는 반사모드시 편광특성을 나타낸 도면이며 특히, 도 6a는 전 압이 오프 상태(off state)일 때 편광상태를 도시한 도면이고, 도 6b는 전압이 온 상태(on state)일 때 편광상태를 도시한 도면이다.
도 6a에 도시한 바와 같이, 반사모드시 전압이 오프 상태(off state)인 경우, 투명한 광원을 통해 입사된 빛은 상부 편광판의 광축과 평행한 선편광만이 하부에 위치한 액정층에 입사된다.
이때 액정층의 광축은 상부편광판의 광축과 동일하기 때문에, 상기 선편광된 빛은 편광상태의 변화 없이 상기 액정층과 그 하부의 QWP를 통과하게 된다.
상기 QWP를 통과한 빛은, 반사전극 또는 하부의 반사형 편광판에 편광상태의 변화없이 반사되어 상부 편광판으로 입사하게 된다.
이때, 상기 액정층을 통과한 빛은 최초 선편광판을 통과한 빛과 동일한 선태의 선편광이므로 상기 상부 편광판을 그대로 통과하여 외부로 출사하게 된다.
따라서, 반사모드시 전압이 오프 상태(off state)일 때, 화이트 상태(white state)가 된다.
도 6b에 도시한 바와 같이, 반사모드시 전압이 온 상태(on state)인 경우에는 반사전극에 대응하는 부분과 반사전극 사이에 대응하는 부분을 나누어 생각해 볼 수 있다. 왜냐하면 앞서 언급한 바와 같이, 전압이 온 상태 일 때 반사전극 상부의 액정층과 반사전극 사이 영역의 액정층의 비틀기 각이 다르기 때문이다.
첫째, 전극 상부에 위치한 액정층을 중심으로 설명하면 아래와 같다.
투명광원을 통해 입사된 빛은 상기 상부 편광판을 통과하면서, 상부 편광판의 광축과 평행한 성분의 광이 액정층을 통과하게 된다.
이때, 상기 반사전극 상부의 액정층은 상부 편광판의 광축과 22.5o를 이루기 때문에 액정층을 따라 통과한 빛의 광축 또한 상기 상부편광판의 광축과 45o를 이루도록 위상지연을 겪게 된다.
상기 액정층을 통과한 빛은 QWP를 통과하면서, 우원편광되며 상기 우원 편광판은 반사판에 반사되어 다시 상기 QWP를 통과 하면서,135o의 광축을 가지는 선편광이 된다.
상기 선편광은 액정층을 통과하면서 상기 상부 편광판의 광축과 수직한 상태의 선편광이 되어 상기 상부 선편광판에 흡수된다.
따라서, 전압이 온 상태(on state)일 때 반사전극에 대응하는 부분은 블랙상태를 표시하게 된다.
둘째, 전극 사이에 위치한 액정층을 중심으로 설명하면 아래와 같다.
투명광원을 통해 입사한 빛은 상부 편광판을 통과하면서, 상부 편광판의 광축과 평행한 성분의 선평광만이 액정층에 입사하게 된다.
이때, 반사전극 사이 영역에 위치한 액정은 45o의 유효 비틀기각을 가지며 배열된 상태이므로 이를 통과한 빛은 상기 편광판의 광축과 수직한 방향의 선편광이 된다.
상기 선편광판은 액정층 하부의 QWP를 위상변화 없이 그대로 통과하게 되고, 하부의 반사편광판을 통과하게 된다.(반사판의 반사축과 수직인 선편광이므로 반사 편광판에 반사되지 않고 통과하게 되는 것이다.)
따라서, 전압이 온 상태(on state)일 때 블랙(black)을 표시하게 된다.
도 7a와 도 7b는 투과모드시 편광특성을 나타낸 도면이며, 투명광원이 위치하지 않은 액정패널의 타측 에서 바라보았을 경우에 대한 표시특성을 나타낸 것이다. 또한, 반사모드와는 달리 반사전극 사이 영역만을 고려하면 된다.
이때, 도 7a는 전압이 오프 상태(off state)일 때 편광상태를 도시한 도면이고, 도 7b는 전압이 온 상태(on state)일 때 편광상태를 도시한 도면이다.
도 7a에 도시한 바와 같이, 투과모드에서 전압이 오프상태(off state)일 때, 투명광원을 통해 상부 편광판으로 입사한 빛은 상부 편광판의 광축과 편행한 선평광만이 하부의 액정층으로 입사하게 된다.
이때, 상기 액정층은 λ/2의 유효 위상값을 가지므로 상기 선편광은 그대로 액정층과 QWP를 통과하게 된다.
이때, 상기 QWP를 통과한 빛은 하부 반사형 편광판을 통해 반사되기 때문에, 액정패널의 타측에서 관찰하였을 경우, 블랙(black)을 나타나게 된다.
도 7b에 도시한 바와 같이, 투과모드에서 전압이 온 상태(on state)일 때, 투명광원을 통해 상부 편광판으로 입사한 빛은 상부 편광판의 광축과 평행한 선편광만이 하부의 액정층으로 입사하게 된다.
이때, 상기 액정층은 45o로 배열된 상태이므로, 상기 액정층을 통과한 빛은 상기 편광판의 광축과 수직한 방향의 선편광이 된다.
연속하여, 상기 액정층을 통과한 선편광은 하부의 QWP와 하부의 반사형 편광판과 하부의 편광판을 그대로 통과하게 된다.
따라서, 전압이 온 상태(on state)일때 투과모드 시 화이트 상태가 된다.
결과적으로, 전압이 오프 상태(off state)일 때 반사모드는 화이트 상태(white state)로 화상을 표시하게 되고, 투과모드는 블랙으로 화상을 표시하지 않게 되며, 전압이 온 상태(on state)일 때 반사모드는 블랙상태(black state)로 화상을 표시하지 않게 되고, 투과모드는 화이트 상태(white state)로 화상을 표시하게 된다.
전술한 바와 같이 제작된 본 발명에 따른 반사.투과모드의 횡전계형 액정표시장치는, 양측을 표시부로 모두 사용할 수 있기 때문에 제품의 용도를 확대할 수 있어 제품의 경쟁력을 높이는 효과가 있고, 표시부는 횡전계모드로 구동하기 때문에 광시야각을 구현할 수 있는 효과가 있다.

Claims (6)

  1. 다수의 화소 영역이 정의되고 서로 이격된 제 1 기판과 제 2 기판과;
    상기 제 1 기판에 대응하는 화소 영역마다 막대형상으로 구성된 반사전극과;
    상기 제 1 기판과 제 2 기판의 이격된 영역에 장축이 수평 방향으로 배열된 액정층과;
    상기 액정층과 상기 반사전극 사이에 구성된 위상차 필름(QWP 필름)과;
    상기 제 2 기판의 상부에 위치한 상부 편광판과;
    상기 상부 편광판의 상부에 구성된 투명한 광원과;
    상기 제 1 기판의 하부에 구성된 반사형 편광판과;
    상기 반사형 편광판의 하부에 구성되고, 편광축이 상기 상부 편광판의 편광축과 수직하게 구성된 하부 편광판
    을 포함하는 반사.투과모드 횡전계형 액정표시장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 반사전극은 동일 편면 상에 서로 평행하게 이격하여 구성된 화소 전극과 공통 전극인 것을 특징으로 하는 반사.투과모드 횡전계형 액정표시장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 화소 전극과 연결된 스위칭 소자를 더욱 포함하는 반사.투과모드 횡전계 방식 액정표시장치용 어레이기판.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 화소 전극과 공통 전극 사이에 전계가 발생하였을 경우, 상기 반사전극(화소전극 및 공통 전극)의 사이에 대응한 액정층은 상기 상부 편광판의 광축과 45o를 이루도록 배열하고, 상기 반사전극의 상부에 대응한 액정층은 상기 상부 편광판의 광축과 22.5o를 이루도록 배열되는 것을 특징으로 하는 반사.투과모드 횡전계형 액정표시장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 반사형 편광판은 반사축 방향의 선편광은 반사하고, 반사축과 90o인 방향의 선편광은 투과하는 특성을 가지는 반사.투과모드 횡전계형 액정표시장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 위상차 필름은 λ/4의 위상값을 가지는 것을 특징으로 하는 반사.투과모드 횡전계형 액정표시장치.
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