KR20030069342A - 광센서를 구비한 박막트랜지스터 액정표시장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 광센서를 구비한 박막트랜지스터 액정표시장치에 관한 것으로, 상부 투명기판, 하부 투명기판, 광센서층, 컬러필터층, 어레이층, 및 액정층을 포함하여 구성된 광센서를 구비한 박막트랜지스터 액정표시장치로서, 상기 광센서층은, 센서 게이트 전극과 감광층과 센서 소오스 전극 및 센서 드레인 전극으로 구성되어 광전류를 생성하는 센서 박막트랜지스터부와, 제1투명 전극과 절연막 및 제2투명 전극으로 구성되어 상기 광전류를 전하 형태로 저장하는 충전부와, 광차단층과 스위치 게이트 전극과 반도체층과 스위치 소스 전극 및 스위치 드레인 전극으로 구성되어 상기 충전부의 전하를 선택적으로 방출하는 스위치 박막트랜지스터부로 구성되며, 상기 액정층은 이색성 색소 분자를 포함하거나 또는 중합체분산액정으로 구성되는 것이며, 휴대폰이나 PDA에 지문 인식을 통한 결제시스템 구축시 제품의 크기나 두께의 변도없이 제조비용을 낮출 수 있으며, 투과율 향상으로 인한 정확한 광정보를 전달할 수 있다. 또한, 액정표시장치의 표시품질도 향상시키는 지문인식 결제시스템 겸용 액정표시장치를 구축할 수 있는 효과가 있다.
Description
본 발명은 광센서를 구비한 박막트랜지스터 액정표시장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 광민감도를 향상시켜 정확한 피사체의 정보를 전달할 수 있는 광센서를 구비하는 박막트랜지스터 액정표시장치에 관한 것이다.
지문인증 보안기술은 여러 신체인증 분야 중에서 가장 보편적으로 사용되어 왔으며 보안적인 측면에서도 그 신뢰성이 매우 높다. 일반적으로, 현재 사용되는 반도체를 이용한 압전센서 및 광학센서는 신뢰성도 낮고 가격적인 면에서 박막트랜지스터(TFT)를 이용한 센서보다 많은 단점이 있다. 그러나, 박막트랜지스터 센서는 가격적인 면이나 신뢰성도 우수하며, 제조공정 및 형성방법 등도 종래 기술과 동일하여 쉽게 접근할 수 있다. 따라서, 이를 더 효율적이고 우수한 응용범위(application)를 갖는 STN-LCD 또는 TFT-LCD 패널에 직접 응용하여 여러가지 보안기술에 적용가능하고 특히 휴대폰 및 PDA의 결재 시스템 및 보안장치로 사용가능하여 그 산업상 효용가치는 매우 크게 전망되고 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 광센서를 구비한 박막트랜지스터 액정표시장치를 도시한 단면도이다.
종래 기술에 따른 광센서를 구비한 박막트랜지스터 액정표시장치에 있어서, TFT를 이용한 광센서층의 단위셀은, 도 1에 도시된 바와 같이, 투명기판(1) 상부에 광감지부인 센서 TFT부와 스위치 TFT가 횡으로 배열되어 있다. 상기 투명기판(1) 하부에는 백라이트 또는 LED 등의 조명장치(미도시)가 상부를 향해 발광한다. 상기 센서 TFT부의 센서 소스 전극(3)과 스위치 TFT부의 스위치 드레인 전극(12)은 제1투명 전극(8)을 통해 전기적으로 연결되고, 센서 TFT부의 센서 게이트 전극(2)에는 제2투명 전극(6)이 연결되어 있다.
여기서, 상기 센서 TFT부의 센서 드레인 전극(3)과 센서 소스 전극(5) 사이에는 비정질 실리콘(a-Si:H) 등의 감광층(4)이 형성되어 있어, 상기 감광층(4)으로 소정 광량 이상의 빛이 입사되면 상기 센서 드레인 전극(3)과 센서 소소 전극(5)이 전기적으로 도통된다. 이에 따라, 상기 투명기판(1) 하부의 조명장치(미도시)로부터 발생된 빛이 지문 패턴과 같은 피사체(17)에 반사되어 상기 센서 TFT부의 감광층(4)에 수광되므로써 상기 센서 TFT부가 도통된다.
한편, 상기 스위치 TFT부는 스위치 게이트 전극(10)에 인가되는 게이트 제어신호에 의해 피사체를 스캐닝하도록 설정된 매 프레임마다 스위칭되어 피사체 형상을 배열된 각 센서 TFT부별로 스캔한 프레임으로서 형성되도록 한다. 한편, 상기 스위치 FTF부에는 외부광이 입사되지 못하도록 상기 스위치 드레인 전극(12)과 소스 전극(13)을 연결하는 반도체층(11)은 광차단층(14)으로 덮혀 있다.
또한, 상기 제1투명 전극(8)과 제2투명 전극(6) 사이에는 절연막(7)이 형성되어 있고, 상기 제1투명 전극(8)상에는 광센서층 전부를 덮는 보호막(9)과 오버코팅층(15)이 형성되어 있다.
그러나, 종래 기술에 따른 광센서를 구비한 박막트랜지스터 액정표시장치에 있어서는 다음과 같은 문제점이 있다.
종래 기술에 있어서는, 핸드폰이나 PDA 등의 소형 응용제품에 적용시 응용제품의 화면창 이외의 별도 공간에 지문입력기 등의 별도의 장치를 형성해야 하므로 제품의 크기가 커지는 단점이 발생한다. 따라서, 제품의 크기를 그대로 유지하기 위해서 지문입력기 등과 같은 별도의 장치를 제품의 화면창 위에 형성하는 경우에는 제품이 두꺼워지는 문제점이 있으며, 또한 투명기판간의 합착 불완전 등에 의해 휘도 저하를 일으키는 문제점이 있다.
또한, 투명기판에 부착된 편광판에 의해 흡수광 대비 출사광의 투과도가 현저히 감소되어, 예를 들어, 지문감식장치의 광민감도가 떨어져 정확한 피사체 정보를 전달하지 못한다는 문제점도 있다.
이에, 본 발명은 상기 종래 기술의 제반 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 액정패널 내부에 광감지센서층을 형성시키고, 이색성 염료가 주입되거나 중합체분산 액정으로 액정층을 형성시켜 감량 및 투과율을 개선시킨 광센서를 구비한 박막트랜지스터 액정표시장치를 제공함에 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 광센서를 구비한 박막트랜지스터 액정표시장치를 도시한 단면도.
도 2a는 본 발명의 실시예 1에 따른 광센서를 구비한 박막트랜지스터 액정표시장치를 도시한 단면도.
도 2b는 본 발명의 실시예 1에 따른 광센서를 구비한 박막트랜지스터 액정표시장치에 있어서, 게스트 호스트 액정층을 도시한 단면도.
도 2c는 본 발명의 실시예 1에 따른 광센서를 구비한 박막트랜지스터 액정표시장치에 있어서, 중합체분산액정층을 도시한 사시도.
도 3은 본 발명의 실시예 2에 따른 광센서를 구비한 박막트랜지스터 액정표시장치를 도시한 단면도.
도 4는 본 발명의 실시예 3에 따른 광센서를 구비한 박막트랜지스터 액정표시장치를 도시한 단면도.
도 5는 본 발명의 실시예 4에 따른 광센서를 구비한 박막트랜지스터 액정표시장치를 도시한 단면도.
- 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 -
21; 상부 투명기판22; 센서 게이트 전극
23; 센서 드레인 전극24; 감광층
25; 센서 소스 전극26; 제2투명 전극
27; 제2절연막28; 제1투명 전극
29; 제1절연막30; 스위치 게이트 전극
31; 반도체층32; 스위치 드레인 전극
33; 스위치 소스 전극34; 광차단층
35; 보호막37; 제3투명 전극
39; 액정층40; 어레이층
42; 컬러필터층43; 하부 투명기판
47; 피사체
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 광센서를 구비한 박막트랜지스터 액정표시장치는, 상부 투명기판, 하부 투명기판, 광센서층, 컬러필터층, 어레이층, 및 액정층을 포함하여 구성된 광센서를 구비한 박막트랜지스터 액정표시장치로서, 상기 광센서층은, 센서 게이트 전극과 감광층과 센서 소오스 전극 및 센서 드레인 전극으로 구성되어 광전류를 생성하는 센서 박막트랜지스터부와, 제1투명 전극과 절연막 및 제2투명 전극으로 구성되어 상기 광전류를 전하 형태로 저장하는 충전부와, 광차단층과 스위치 게이트 전극과 반도체층과 스위치 소스 전극 및 스위치 드레인 전극으로 구성되어 상기 충전부의 전하를 선택적으로 방출하는 스위치 박막트랜지스터부로 구성되며, 상기 액정층은 이색성 색소 분자를 포함하거나 또는 중합체분산액정으로 구성되어 있는 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명에 따른 광센서를 구비한 박막트랜지스터 액정표시장치를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 2a는 본 발명의 실시예 1에 따른 광센서를 구비한 박막트랜지스터 액정표시장치를 도시한 단면도이고, 도 2b는 본 발명의 실시예 1에 따른 광센서를 구비한박막트랜지스터 액정표시장치에 있어서 게스트 호스트 액정층을 도시한 단면도이고, 도 2c는 본 발명의 실시예 1에 따른 광센서를 구비한 박막트랜지스터 액정표시장치에 있어서, 중합체분산액정층을 도시한 사시도이다. 또한, 도 3은 본 발명의 실시예 2에 따른 광센서를 구비한 박막트랜지스터 액정표시장치를 도시한 단면도이고, 도 4는 본 발명의 실시예 3에 따른 광센서를 구비한 박막트랜지스터 액정표시장치를 도시한 단면도이고, 도 5는 본 발명의 실시예 4에 따른 광센서를 구비한 박막트랜지스터 액정표시장치를 도시한 단면도이다.
본 발명의 실시예 1에 따른 광센서를 구비한 박막트랜지스터 액정표시장치는, 도 2a에 도시된 바와 같이, 어레이층(40)과 컬러필터층(42) 및 액정층(39) 외에 센서 박막트랜지스터부와 충전부(투과부) 및 스위치 박막트랜지스터부로 구성된 광센서층(지문입력층)을 포함하여 구성되어 있다.
상기 센서 박막트랜지스터부는 센서 게이트 전극(22)과, 반도체층인 감광층(24)과, 센서 소스 전극(25)과, 센서 드레인 전극(23)으로 구성되어 있다. 상기 충전부(투과부)는 제1스토리지 전극으로서의 제1투명 전극(28)과, 제2절연막(26)과, 제2스토리지 전극으로서의 제2투명 전극(26)으로 구성되고 상기 센서 박막트랜지스터부에서 발생한 전류를 전하의 형태로 저장하는 역할을 제공한다. 상기 스위치 박막트랜지스터부는 광차단층(34)과 스위치 게이트 전극(30)과 반도체층(31)과 스위치 소스 전극(33) 및 스위치 드레인 전극(32)으로 구성되고 외부의 제어신호에 따라 상기 충전부의 전하를 선택적으로 방출하는 역할을 제공한다.
한편, 상기 센서 박막트랜지스터부와 충전부 및 스위치 박막트랜지스터부는상부 투명기판(21) 바로 아래에 연속적으로 횡으로 배열되어 광센서층을 구성하며, 상기 센서 박막트랜지스터부 및 스위치 박막트랜지스터부는 정 스태거(atagger) 구조로 되어 있다. 여기서, 상기 센서 박막트랜지스터부는 반도체로 구성된 감광층(24)이 형성되어 있어 빛의 반사에 대한 감광 특성을 나타낸다. 한편, 상기 스위치 박막트랜지스터부는 광차단층(34)이 형성되어 있어 외부광이 입사되지 못하도록 되어 있다.
상기 상부 투명기판(21) 하부에는 보호막(35)과 컬러필터층(42) 및 제3투명 전극(37)이 형성되어 있고, 하부 투명기판(43)상에는 어레이층(40)이 형성되어 있으며 상기 상부 투명기판(21)과는 액정층(39)을 사이에 두고 상호 대향하고 있다.
상기 액정층(39)은, 도 2b에 도시된 바와 같이, 이색성 색소 분자(39b)를 포함한 게스트 호스트형 액정층이다. 즉, 상기 액정층(39)은 컬러필터층(42)이 형성된 상부 기판(21)과 어레이층(40)이 형성된 하부 기판(43) 사이에 빛의 투과율을 변화시키는 호모지니어스 배향 게스트 액정 또는 호메오트로픽 배향 게스트 액정을 도입한 것이다. 게스트 호스트 액정은 특정 파장의 빛에 대해 이색성을 나타내는 색소 분자(39b)를 포함하는데 액정분자(39a)와 색소 분자(39b)는 게스트 호스트 관계에 있는 것이다. 특히, 상기 색소 분자(39b)는 이색성을 가지고 그 배열 방향에 평행하거나 수직한 진동면을 가지는 광을 흡수한다. 컬러 구현은 상기 상부 기판(21) 및 하부 기판(43)에 형성된 투명전극 사이에 발광층을 형성하여 특정 빛에 대해 발광하여 컬러필터층(42)을 통해 컬러를 구현하거나, 또는 청색 광원 사용시 청색 발광 요소를 제외한 발광층을 사용하여 컬러를 구현할 수 있다.
한편, 상기 게스트 호스트 액정을 대신하여 고분자 물질내에 액정을 불연속 상태로 분산시킨 중합체분산액정(PDLC; polymer dispersed liquid crystal)으로 구성된 액정층(39)을 적용할 수 있다.
상기 중합체분산액정층은, 도 2c에 도시된 바와 같이, 초자외선 큐어링(Ultraviolet light curing)에 의해 유도되어 상분리된 단량체(Monomer), 저중합체(Oligomer) 구성의 중합체(Polymer) 전구체(39c)와 네마틱 액정분자(39d)와의 혼합물로 구성된다. 전압이 인가되면 상기 액정분자(39d)는 일정한 방향으로 배열되어 입사광이 투과되고, 전압이 인가되지 않은 경우에는 상기 액정분자(39d)는 무질서하게 배열되어 입사광이 산란 및 반사하여 투과되지 못하고 분산된다.
상기와 같이 게스트 호스트 액정층이나 중합체 분산 액정층을 적용하는 경우에는 상부 기판(21) 및 하부 기판(43) 외면에 별도의 편광판이 필요치 않게 되고, 이로 인하여 빛의 전체 투과율은 상당부분 향상된다.
상기와 같이 구성된 광센서를 구비한 박막트랜지스터 액정표시장치는 다음과 같이 동작한다.
센서부를 이루는 상기 센서 박막트랜지스터부의 반도체층인 감광층(24)은 빛을 받아 광전류를 생성하며, 상기 충전부는 상기 센서 박막트랜지스터부에서 생성된 광전류를 전하의 형태로 저장하며, 상기 스위치 박막트랜지스터부는 외부의 구동 IC(미도시)와 연결되어 제어신호에 따라 충전영역에 저장된 전하를 선택적으로 외부로 방출한다. 한편, 상기 센서 박막트랜지스터부의 센서 소스 전극(25)은 상기 스위치 박막트랜지스터부의 스위치 드레인 전극(32)과 제1투명 전극(28)을 통해 상호 전기적으로 연결되고, 상기 센서 박막트랜지스터부의 센서 게이트 전극(22)에는 제2투명 전극(26)이 연결되어 있다.
상기 센서 박막트랜지스터부의 센서 드레인 전극(23)과 센서 소스 전극(25) 사이의 감광층(24)으로 소정 광량 이상의 빛이 입사되면 상기 센서 드레인 전극(23)과 센서 소스 전극(25)이 도통된다. 이에 따라, 상기 하부 투명기판(43) 하부의 조명장치(미도시)로부터 발생된 빛이 피사체(47)에 따라 반사되어 상기 센서 박막트랜지스터부의 감광층(24)에 수광됨으로써 상기 센서 박막트랜지스터부가 작동하게 된다. 한편, 상기 스위치 박막트랜지스터부는 스위치 게이트 전극(30)에 인가되는 게이트 제어신호에 의해 상기 피사체(47) 패턴을 스캐닝하도록 설정된 매 프레임마다 스위칭 되어 광센서층에 입력되는 상기 피사체(47) 패턴을 배열된 각 센서 박막트랜지스터부별로 스캔한 프레임으로서 형성토록 하는 것이다.
본 발명의 실시예 2에 따른 광센서를 구비한 박막트랜지스터 액정표시장치는, 도 3에 도시된 바와 같이, 도 2의 구조와 달리 하부 투명기판(143) 상에 컬러필터층(142)과 제3투명전극(137)이 순차로 형성되어 있고, 피사체(147)를 직접 대하는 상부 투명기판(121)상에는 보호막(135)과 어레이층(140)이 형성되어 있는 구조이다. 그 외는 본 발명의 실시예 1의 구조 및 작용이 동일하므로 본원에서의 상세한 설명은 생략하기로 한다.
한편, 본 발명의 실시예 3에 따른 광센서를 구비한 박막트랜지스터 액정표시장치는, 도 4에 도시된 바와 같이, 하부 투명기판(243)상에 역 스태거 구조의 센서 박막트랜지스터부와 충전부(투과부) 및 역 스태거 구조의 스위치 박막트랜지스터부로 구성된 광센서층과 어레이층(240)이 형성되어 있으며, 상부 투명기판(221)상에는 컬러필터층(242)과 제3투명 전극(237)이 형성되어 있다.
상기 본 발명의 실시예 3은 박막트랜지스터 광센서를 상부 투명기판(221)이 아닌 하부 투명기판(243)상에 형성한 구조이다. 즉, 센서 박막트랜지스터부는 센서 게이트 전극(222)이 먼저 형성된 후에 감광층(224)이 형성된 구조이다. 여기서, 상기 감광층(224)은 노출되어 하부 투명기판(243) 아래에 위치한 백라이트(미도시)와 같은 조명장치로부터 발생된 빛이 위를 향해 발광하여 상기 상부 투명기판(221) 상의 피사체(247)에 따라 반사되어 노출된 감광층(224)에 수광되어 센서 박막트랜지스터부가 도통되도록 한 것이다. 또한, 센서 박막트랜지스터부의 센서 소스 전극(225)과 스위치 박막트랜지스터부의 스위치 드레인 전극(232)은 제1투명 전극(228)을 통해 전기적으로 연결되고, 센서 박막트랜지스터부의 센서 게이트 전극(222)에는 제2투명 전극(226)이 연결되어 있다.
한편, 스위치 박막트랜지스터부는 상기 스위치 게이트 전극(230)에 인가되는 게이트 제어신호에 의해 피사체(247)를 스캐닝하도록 설정된 매 프레임마다 스위칭되어 상기 피사체(247) 패턴을 배열된 각 센서 박막트랜지스터부별도 스캔한 프레임으로서 형성토록 하는 것이다. 스위치 박막트랜지스터부에는 외부광이 입사되지 못하도록 스위치 드레인 전극(232)과 스위치 소스 전극(233) 위에 광차단층(234)이 덮혀있다.
또한, 본 발명의 실시예 4에 따른 광센서를 구비한 박막트랜지스터 액정표시장치는, 도 5에 도시된 바와 같이, 하부 투명기판(343)상에 역 스태거 구조의 센서박막트랜지스터부와 충전부 및 역 스태거 구조의 스위치 박막트랜지스터부로 구성된 광센서층과 컬럴필터층(342) 및 제3투명 전극(337)이 형성되어 있으며, 피사체(347)를 직접 대하는 상부 투명기판(321)상에는 어레이층(340)이 형성되어 있다. 그 외는 본 발명의 실시예 3의 구조 및 작용이 동일하므로 여기서의 자세한 설명은 생략하기로 한다.
본 발명의 실시예 1 내지 4에 있어서, 박막트랜지스터 광센서층은 어레이층과 별개로 또는 일체로 구동할 수 있으며, 상부 또는 하부 투명기판과 독립적으로, 예를 들어, 하부 투명기판의 단위셀의 정수배 형태로 형성할 수 있다. 또한, 박막트랜지스터 광센서층을 액정패널의 사각부분과 같이 액정패널의 특정위치에 형성할 수 있어서 노트북이나 모니터 이용시 지문 인식 시스템을 구축할 수 있다.
본 발명의 원리와 정신에 위배되지 않는 범위에서 여러 실시예는 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명할 뿐만 아니라 용이하게 실시할 수 있다. 따라서, 본원에 첨부된 특허청구범위는 이미 상술된 것에 한정되지 않으며, 하기 특허청구범위는 당해 발명에 내재되어 있는 특허성 있는 신규한 모든 사항을 포함하며, 아울러 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해서 균등하게 처리되는 모든 특징을 포함한다.
이상에서 살펴 본 바와 같이, 본 발명에 따른 광센서를 구비한 박막트랜지스터 액정표시장치에 있어서는 다음과 같은 효과가 있다.
본 발명에 있어서는, 휴대폰이나 PDA에 지문 인식을 통한 결제시스템 구축시제품의 크기나 두께의 변동 없이 제조비용을 낮출 수 있으며, 투과율 향상으로 인한 정확한 광정보를 전달할 수 있다. 또한, 액정표시장치의 표시품질도 향상시키는 지문인식 결제시스템 겸용 액정표시장치를 구축할 수 있는 효과가 있다.
Claims (9)
- 상부 투명기판, 하부 투명기판, 광센서층, 컬러필터층, 어레이층, 및 액정층을 포함하여 구성된 광센서를 구비한 박막트랜지스터 액정표시장치로서,상기 광센서층은, 센서 게이트 전극과 감광층과 센서 소오스 전극 및 센서 드레인 전극으로 구성되어 광전류를 생성하는 센서 박막트랜지스터부와, 제1투명 전극과 절연막 및 제2투명 전극으로 구성되어 상기 광전류를 전하 형태로 저장하는 충전부와, 광차단층과 스위치 게이트 전극과 반도체층과 스위치 소스 전극 및 스위치 드레인 전극으로 구성되어 상기 충전부의 전하를 선택적으로 방출하는 스위치 박막트랜지스터부로 구성되며,상기 액정층은, 이색성 색소 분자를 포함하거나 또는 중합체분산액정으로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 광센서를 구비한 박막트랜지스터 액정표시장치.
- 제1항에 있어서,상기 하부 투명기판상에는 어레이층이 형성되어 있고, 상기 상부 투명기판상에는 컬러필터층과 광센서층이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 광센서를 구비한 박막트랜지스터 액정표시장치.
- 제1항에 있어서,상기 하부 투명기판상에는 컬러필터층이 형성되어 있고, 상기 상부 투명기판상에는 어레이층과 광센서층이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 광센서를 구비한 박막트랜지스터 액정표시장치.
- 제2항 또는 제3항에 있어서,상기 광센서층의 센서 박막트랜지스터부와 스위치 박막트랜지스터부는 정스태거 구조인 것을 특징으로 하는 광센서를 구비한 박막트랜지스터 액정표시장치.
- 제1항에 있어서,상기 하부 투명기판상에는 어레이층과 광센서층이 형성되어 있으며, 상기 상부 투명기판상에는 컬러필터층이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 광센서를 구비한 박막트랜지스터 액정표시장치.
- 제1항에 있어서,상기 하부 투명기판상에는 컬러필터층과 광센서층이 형성되어 있으며, 상기 상부 투명기판상에는 어레이층이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 광센서를 구비한 박막트랜지스터 액정표시장치.
- 제5항 또는 제6항에 있어서,상기 광센서층의 센서 박막트랜지스터부와 스위치 박막트랜지스터부는 역스태거 구조인 것을 특징으로 하는 광센서를 구비한 박막트랜지스터 액정표시장치.
- 제1항에 있어서,상기 광센서층은 상기 어레이층의 단위셀의 정수배로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 광센서를 구비한 박막트랜지스터 액정표시장치.
- 제1항에 있어서,상기 광센서층은 상기 어레이층과 일체로 구동하거나 또는 별개로 구동하는 것을 특징으로 하는 광센서를 구비한 박막트랜지스터 액정표시장치.
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