KR20070075796A - 구동 전압 생성 회로 및 이를 포함하는 액정 표시 장치 - Google Patents

구동 전압 생성 회로 및 이를 포함하는 액정 표시 장치 Download PDF

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KR20070075796A
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김대섭
박우일
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삼성전자주식회사
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Abstract

액정 표시 장치에서 구동 전압 생성 회로는 레귤레이터를 포함하여, 온도 변화에 관계없이 일정 레벨이 유지되는 전원 전압을 출력한다. 또한, 구동 전압 생성 회로는 온도가 증가함에 따라 감소하는 게이트 전압을 발생한다. 전원 전압과 게이트 전압은 액정 패널에 인가되어, 액정 표시 장치가 온도 변화에 관계없이 원래의 영상이 왜곡되지 않고, 일정한 화질을 유지할 수 있도록 한다.

Description

구동 전압 생성 회로 및 이를 포함하는 액정 표시 장치{CIRCUIT FOR GENERATING DRIVING VOLTAGE AND LIQUID CRYSTAL DISPLAY DEVICE HAVING THE SAME}
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 구동 전압 생성부의 블록도이다.
도 2는 도 1에 도시된 구동 전압 생성부의 구체적인 일 실시예를 보여주는 회로도이다.
도 3은 도 1에 도시된 구동 전압 생성부를 포함한 액정 표시 장치를 보여주는 블록도이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
10: 액정 표시 장치 100: 액정 패널
110: 게이트 구동부 200: 타이밍 컨트롤러
300: 소스 드라이버 400: 게이트 입력 신호 생성부
500: 구동 전압 생성부 510: 스위칭 전압 발생부
520: 온도 보상 피드백부 530: 게이트 전압 생성부
540: 레귤레이터
본 발명은 액정 표시 장치(LCD: Liquid Crystal Display Device)에 관한 것으로, 구체적으로 액정 표시 장치의 구동 전압 생성 회로에 관한 것이다.
액정 표시 장치는 일정한 공간을 갖고 합착된 두 개의 기판(유리 기판) 사이에 액정이 주입된 표시장치이다. 액정 표시 장치는 액정에 전계를 인가하고, 이 전계의 세기를 조절함으로써 기판에 투과되는 빛의 양을 조절하는 것이 가능하다. 이러한 제어 방식으로 원하는 화상 신호가 표시된다.
액정 표시 장치는 주변 온도 변화에 따라 원래의 영상이 왜곡되는 문제가 있다. 예를 들어, 상온 대비 저온 시, 액정 표시 장치의 화면이 상대적으로 하얗게 되고, 고온 시에는 화면이 검게 변하는 특성을 보인다. 액정 표시 장치의 온도 변화에 따라 화질이 변화되는 것은, 박막 트랜지스터의 온도에 따른 특성 차이 때문이다. 박막 트랜지스터는 저온에서 동작 특성이 저하되어 액정의 충전율이 감소되고, 고온에서 동작 특성이 지나치게 향상되어 액정의 충전율이 과잉된다. 따라서, 온도에 따른 액정 표시 장치의 화질 변화를 방지하기 위해서는 온도에 반비례하는 특성을 가지는 전압을 박막 트랜지스터의 게이트 전압으로 인가해야 한다.
액정 표시 장치의 구동 전압 생성 회로는 기준이 되는 스위칭 펄스 전압을 이용하여, 액정 표시 장치에서 필요한 전압들, 예컨대 전원 전압(AVDD), 게이트 전압(VON) 등을 생성한다. 구동 전압 생성 회로에서 출력되는 전원 전압(AVDD)은 영상 데이터에 대응하는 계조 전압(Gamma Level Voltage)을 생성할 때 기준 전압으로 사용된다. 그러므로, 액정 표시 장치가 주변 온도의 변화에 관계없이 일정한 화질 특성을 갖기 위해서는 전원 전압(AVDD)이 온도에 관계없이 일정 레벨을 유지해야 한다.
따라서, 구동 전압 생성 회로는 주변 온도의 변화에 대응하여 변화되는 게이트 전압(VON)과, 온도에 관계없이 일정 레벨을 유지하는 전원 전압(AVDD)을 출력해야 한다.
따라서, 본 발명의 목적은 온도 변화에 관계없이 일정한 전원 전압을 생성하는 구동 전압 생성 회로를 제공하는데 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 상기한 구동 전압 생성 회로를 갖는 액정 표시 장치를 제공하는데 있다.
본 발명에 따른 구동 전압 생성 회로는 스위칭 전압 발생부, 온도 보상 피드백부, 그리고 레귤레이터를 포함한다. 스위칭 전압 발생부는 피드백 전압에 응답하여 외부로부터 입력되는 전압을 승압하여 주변 온도 변화에 대응하는 스위칭 구동 전압을 출력한다. 온도 보상 피드백부는 상기 스위칭 구동 전압을 입력받아, 상기 온도 변화를 보상하여 상기 피드백 전압을 출력한다. 레귤레이터는 상기 스위칭 구동 전압을 입력받아, 상기 온도 변화에 관계없이 일정 레벨이 유지되는 전원 전압을 출력한다.
본 발명에 따른 액정 표시 장치는 액정 패널, 구동 전압 생성 회로, 게이트 입력 신호 생성부, 그리고 소스 드라이버를 포함한다. 액정 패널은 다수의 게이트 라인과, 상기 게이트 라인들에 교차되어 구성된 다수의 데이터 라인을 포함하며, 게이트 제어 신호에 응답하여 상기 게이트 라인들을 구동하는 구동 신호를 발생하는 게이트 구동부를 포함한다. 구동 전압 생성 회로는 주변 온도에 따라 변하는 스위칭 구동 전압을 이용하여, 상기 온도 변화에 대응하는 게이트 전압과, 상기 온도에 관계없이 일정 레벨이 유지되는 전원 전압을 출력한다. 게이트 입력 신호 생성부는 상기 게이트 전압에 응답하여 상기 게이트 제어 신호를 출력하고, 소스 드라이버는 상기 전원 전압에 응답하여 상기 데이터 라인들을 구동한다.
(실시예)
이하 본 발명에 따른 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 구동 전압 생성부의 블록도이다.
도 1을 참조하면, 구동 전압 생성부(500)는 스위칭 전압 발생부(510), 온도 보상 피드백부(520), 게이트 전압 생성부(530), 그리고 레귤레이터(540)로 구성된다. 구동 전압 생성부(500)는 외부로부터 입력 전압(VCC)을 이용하여, 액정 표시 장치에서 필요한 전압들, 예컨대 전원 전압(AVDD) 혹은 게이트 전압(VON) 등을 생성한다.
스위칭 전압 발생부(510)는 입력 전압(VCC)을 소정 배수 정도 승압하여, 0V에서 승압된 전압 레벨 사이를 스윙하는 스위칭 펄스 전압(VSW)을 발생한다. 예를 들어, 3.3V인 입력 전압(VCC)이 3배 승압의 능력을 가진 스위칭 전압 발생부(510)를 거치게 되면, 0V에서 약 10V 사이를 스윙하는 스위칭 펄스 전압(VSW)이 발생된다. 스위칭 전압 발생부(510)는 온도 보상 피드백부(520)로부터 피드백 전압(VFB) 을 입력받아, 일정한 레벨을 유지하는 스위칭 펄스 전압(VSW)을 생성한다.
온도 보상 피드백부(520)는 스위칭 전압 발생부(510)로부터 스위칭 펄스 전압(VSW)을 입력받아, 온도 변화에 따른 전압 보상 과정을 거친 피드백 전압(VFB)을 발생한다. 예를 들어, 온도 보상 피드백부(520)로 입력된 스위칭 펄스 전압(VSW)의 레벨이 낮아지면, 온도 보상 피드백부(520)에서 출력되는 피드백 전압(VFB)의 레벨도 낮아진다. 반면, 온도 보상 피드백부(520)로 입력된 스위칭 펄스 전압(VSW)의 레벨이 높아지면, 온도 보상 피드백부(520)에서 출력되는 피드백 전압(VFB)의 레벨도 높아진다. 이에 따라, 스위칭 전압 발생부(510)로 입력된 피드백 전압(VFB)의 레벨이 높아지면, 출력되는 스위칭 펄스 전압(VSW)의 레벨은 낮아지고, 스위칭 전압 발생부(510)로 입력된 피드백 전압(VFB)의 레벨이 낮아지면, 출력되는 스위칭 펄스 전압(VSW)의 레벨은 높아진다.
액정 표시 장치가 주변 온도의 변화에 관계없이 일정한 화질 특성을 갖기 위해, 온도 보상 피드백부(520)는 피드백 전압(VFB)이 온도에 비례하는 특성을 갖도록 보상한다. 예를 들어, 고온에서 피드백 전압은 커지도록 보상하고, 저온에서 피드백 전압은 작아지도록 보상한다. 따라서, 스위칭 전압 발생부(510)로 인가된 피드백 전압(VFB)은 고온에서 진폭이 작아진 스위칭 펄스 전압(VSW)이 생성되고, 저온에서 진폭이 커진 스위칭 펄스 전압(VSW)이 생성되도록 한다.
게이트 전압 생성부(530)는 스위칭 전압 발생부(510)로부터 온도가 증가함에 따라 낮아지는 스위칭 펄스 전압(VSW)을 입력받아, 게이트 전압(VON)을 생성한다. 게이트 전압 생성부(530)는 차지 펌프 회로로 구성되어, 스위칭 펄스 전압(VSW)의 배수(2배 혹은 3배)로 게이트 전압(VON)을 발생한다. 따라서, 게이트 전압 생성부(530)에서 출력되는 게이트 전압(VON)은 온도에 반비례하는 특성을 갖는다.
레귤레이터(540)는 스위칭 전압 발생부(510)로부터 온도가 증가함에 따라 낮아지는 스위칭 펄스 전압(VSW)을 입력받아, 온도의 변화에 관계없이 일정한 레벨을 유지하는 전원 전압(AVDD)을 생성한다.
도 2는 도 1에 도시된 구동 전압 생성부의 구체적인 일 실시예를 보여주는 회로도이다.
도 2를 참조하면, 스위칭 전압 발생부(510)는 DC-DC 컨버터(미 도시됨) 등으로 구성되어, 입력 전압(VCC)을 소정 배수 정도 승압하여, 스위칭 펄스 전압(VSW)을 발생한다. 스위칭 전압 발생부(510)는 입력 전압(VCC)이 인가되는 입력단과, 스위칭 펄스 전압(VSW)이 출력되는 출력단과, 그리고 온도 보상 피드백부(520)로부터 피드백 전압(VFB)을 입력받는 피드백단으로 구성된다. 입력 전압(VCC)에 대응하여 스위칭 전압 발생부(510)에서 출력되는 스위칭 펄스 전압(VSW)의 레벨은 스위칭 전압 발생부(510)의 승압 능력에 따라 결정된다. 스위칭 전압 발생부(510)에서 출력되는 스위칭 펄스 전압(VSW)은 주변 온도가 증가함에 따라 낮아지는 특성을 가진다.
온도 보상 피드백부(520)는 저항들(R1, R2, R3, R4, R5)과 다이오드들(D1, D2, D3, D4, D5, D6)로 구성된다. 제 1 저항(R1)과 제 2 저항(R2)은 스위칭 전압 발생부(510)의 출력단과 접지 전압 사이에 직렬 연결된다. 제 3 저항(R3)과 제 4 저항(R4)은 스위칭 전압 발생부(510)의 피드백단과 제 1 저항(R1)과 제 2 저항(R2) 의 접점 사이에 직렬 연결된다. 제 5 저항(R5)은 스위칭 전압 발생부(510)의 피드백단과 접지 전압 사이에 연결된다.
다이오드들(D1, D2, D3, D4, D5, D6)은 제 1 다이오드부(D1, D2, D3)와 제 2 다이오드부(D4, D5, D6)로 나뉜다. 제 1 다이오드부(D1, D2, D3)와 제 2 다이오드부(D4, D5, D6)는 스위칭 전압 발생부(510)의 피드백단과 제 1 저항(R1)과 제 2 저항(R2)의 접점 사이에 연결된다. 제 1 다이오드부(D1, D2, D3)와 제 2 다이오드부(D4, D5, D6)의 각 다이오드는 스위칭 전압 발생부(510)의 피드백단과 제 1 저항(R1)과 제 2 저항(R2)의 접점 사이에 역방향으로 연결된다. 제 3 저항(R3)은 스위칭 전압 발생부(510)의 피드백단과 제 1 다이오드부(D1, D2, D3)와 제 2 다이오드부(D4, D5, D6)의 접점 사이에 연결되고, 제 4 저항(R4)은 제 1 다이오드부(D1, D2, D3)와 제 2 다이오드부(D4, D5, D6)의 접점과 제 1 저항(R1)과 제 2 저항(R2)의 접점 사이에 연결된다.
온도 보상 피드백부(520)에서 출력되는 피드백 전압(VFB)의 값은 제 1 저항(R1)과 제 2 저항(R2)의 접점 사이의 전압 값에서 다이오드들(D1, D2, D3, D4, D5, D6)의 개수만큼 순방향 전압(Forward Voltage, VF)을 뺀 나머지 값이 된다. 다이오드들(D1, D2, D3, D4, D5, D6)의 순방향 전압(VF)은 온도가 증가함에 따라 감소하는 특성을 가진다. 예를 들어, 고온에서는 다이오드의 순방향 전압(VF)이 작으므로 피드백 전압(VFB)의 값은 커지게 되고, 저온에서는 다이오드의 순방향 전압(VF)이 크므로 피드백 전압(VFB)의 값은 작아지게 된다.
도 2의 온도 보상 피드백부(520)는 일 실시예로 여섯 개의 다이오드들(D1, D2, D3, D4, D5, D6)로 구성되었지만, 다이오드의 개수는 가감될 수 있다. 온도 보상 피드백부(520)를 구성하는 다이오드의 개수가 증가할수록, 온도 보상 피드백부(520)는 온도 변화에 민감한 피드백 전압(VFB)을 발생한다. 이는 스위칭 펄스 전압(VSW)의 온도 변화에 따른 민감도를 증가시킨다.
게이트 전압 생성부(530)는 다이오드들(D7, D8, D9, D10)과 커패시터들로 구성된 차지 펌프 회로(Charge Pump Circuit)이다. 다이오드들(D7, D8, D9, D10)은 기준 전압(VREF)과 게이트 전압(VON) 사이에 순방향으로 연결된다. 제 1 커패시터(C1)는 스위칭 전압 발생부(510)의 출력단과, 제 7 다이오드(D7)와 제 8 다이오드(D8)의 접점 사이에 연결된다. 제 2 커패시터(C2)는 기준 전압(VREF) 입력부와, 제 7 다이오드(D7)의 접점과 제 8 다이오드(D8)와 제 9 다이오드(D9)의 접점 사이에 연결된다. 제 3 커패시터(C3)는 스위칭 전압 발생부(510)의 출력단과, 제 9 다이오드(D9)와 제 10 다이오드(D10)의 접점 사이에 연결된다. 제 4 커패시터(C4)는 제 2 커패시터(C2)와 제 10 다이오드(D10)와 게이트 전압(VON) 출력부의 접점 사이에 연결된다.
게이트 전압 생성부(530)는 기준 전압(VREF)을 시작 전압으로 하여, 스위칭 전압 발생부(510)로부터 입력된 스위칭 펄스 전압(VSW)을 소정 배수로 펌핑한 게이트 전압(VON)을 발생한다. 이때, 게이트 전압 생성부(530)로 입력되는 스위칭 펄스 전압(VSW)은 온도가 증가함에 따라 감소하는 특성을 가지므로, 출력되는 게이트 전압(VON)도 온도가 증가함에 따라 감소하는 특성을 가진다.
레귤레이터(540)는 스위칭 전압 발생부(510)로부터 스위칭 펄스 전압(VSW)을 입력받아, 온도 변화에 관계없이 일정한 레벨을 유지하는 전원 전압(AVDD)을 출력한다.
도 3은 도 1에 도시된 구동 전압 생성부를 포함한 액정 표시 장치를 보여주는 블록도이다.
도 3을 참조하면, 액정 표시 장치(10)는 액정 패널(100), 타이밍 컨트롤러(200), 소스 드라이버(300), 게이트 입력 신호 생성부(400), 그리고 구동 전압 생성부(500)를 포함한다.
도 3의 액정 표시 장치(10)는 제조 원가의 절감과 설계의 편의를 도모하기 위해, 게이트 드라이버 IC(Gate Driver IC)의 사용을 배제한 구조(Gate IC-Less 구조)이다. 배제된 게이트 드라이버 IC의 기능은 액정 패널(100) 내의 비정질-실리콘 박막 트랜지스터(a-Si 박막 트랜지스터)를 이용한 게이트 구동부(110)와 게이트 입력 신호 생성부(400)로 대체한다.
액정 패널(100)은 공통 전극을 가지는 기판과, 화소 전극을 가지는 기판으로 구성되며, 기판들 사이에는 액정이 주입된다. 화소 전극을 갖는 기판에는 다수의 게이트 라인들(Gate Line)과, 게이트 라인들에 교차되어 구성된 다수의 데이터 라인들(Data Line)이 일정 간격을 두고 배열된다. 액정 패널(100)에는 게이트 드라이버 IC와 동일한 기능을 수행하는 게이트 구동부(110)가 내장된다.
타이밍 컨트롤러(200)는 소스 드라이버(300) 및 게이트 입력 신호 생성부(400)에서 요구되는 타이밍에 맞도록 영상 데이터 신호들(Data)을 조절하여 출력한다. 또한, 타이밍 컨트롤러(200)는 소스 드라이버(300) 및 게이트 입력 신호 생성 부(400)를 제어하기 위한 제어 신호들을 출력한다.
소스 드라이버(300)는 복수의 소스 드라이버 IC들로 구성된다. 소스 드라이버(300)는 타이밍 컨트롤러(200)로부터 입력된 제어 신호와 구동 전압 생성부(500)로부터 출력된 전원 전압(AVDD)에 응답하여, 액정 패널(100)의 데이터 라인들을 구동한다.
게이트 입력 신호 생성부(400)는 타이밍 컨트롤러(200)에서 인가된 제어 신호와 구동 전압 생성부(500)로부터 출력된 게이트 전압(VON)에 응답하여, 액정 패널(100) 내의 게이트 구동부(110)의 동작을 제어한다.
구동 전압 생성부(500)는 외부로부터 입력된 입력 전압(VCC)을 이용하여, 온도가 증가함에 따라 감소하는 게이트 전압(VON)과, 온도 변화에 관계없이 일정 레벨을 유지하는 전원 전압(AVDD)을 출력한다. 구동 전압 생성부(500)의 구조 및 동작은 도 1과 도 2의 설명과 동일하므로, 구체적인 언급은 생략한다.
상술한 바와 같이, 구동 전압 생성부(500)로부터 출력된 게이트 전압(VON)은 온도가 증가함에 따라 감소하는 특성을 가진다. 이와 같은 게이트 전압(VON)은 액정 패널(100)의 박막 트랜지스터에 인가되어, 박막 트랜지스터의 온도에 따른 특성 차이를 보상한다. 따라서, 액정 표시 장치(10)의 온도에 따른 화질 변화를 방지할 수 있다.
또한, 구동 전압 생성부(500)로부터 출력된 전원 전압(AVDD)은 온도에 관계없이 일정 레벨을 유지하는 특성을 가진다. 일정한 전원 전압(AVDD)은 계조 전압을 생성할 때 기준 전압으로 사용되어, 액정 표시 장치(10)가 주변 온도의 변화에 관 계없이 일정한 화질 특성을 갖도록 한다.
이상과 같이 도면과 명세서에서 최적 실시예가 개시되었다. 여기서 특정한 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
이상과 같은 본 발명에 의하면, 구동 전압 생성부에서 주변 온도가 증가함에 따라 감소하는 게이트 전압과 주변 온도 변화에 관계없이 일정 레벨을 유지하는 전원 전압을 출력하여, 액정 표시 장치가 온도 변화에 관계없이 원래의 영상이 왜곡되지 않고, 일정한 화질을 유지할 수 있는 효과가 있다. 또한, 전원 전압이 일정 레벨을 유지하므로, 액정 표시 장치의 소비 전력을 절감하는 효과를 얻을 수 있다.

Claims (9)

  1. 피드백 전압에 응답하여 외부로부터 입력되는 전압을 승압하여 주변 온도 변화에 대응하는 스위칭 구동 전압을 출력하는 스위칭 전압 발생부;
    상기 스위칭 구동 전압을 입력받아, 상기 온도 변화를 보상하여 상기 피드백 전압을 출력하는 온도 보상 피드백부; 및
    상기 스위칭 구동 전압을 입력받아, 상기 온도 변화에 관계없이 일정 레벨이 유지되는 전원 전압을 출력하는 레귤레이터를 포함하는 구동 전압 생성 회로.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 스위칭 구동 전압은 상기 온도가 증가함에 따라 감소하는 것을 특징으로 하는 구동 전압 생성 회로.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 스위칭 구동 전압을 펌핑하여 상기 온도가 증가함에 따라 감소하는 게이트 전압을 출력하는 게이트 전압 생성부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 구동 전압 생성 회로.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 온도 보상 피드백부는 상기 스위칭 전압 발생부의 피드백단과 상기 레 귤레이터 사이에 역방향으로 연결된 하나 이상의 다이오드들을 포함하는 것을 특징으로 하는 구동 전압 생성 회로.
  5. 다수의 게이트 라인과, 상기 게이트 라인들에 교차되어 구성된 다수의 데이터 라인을 포함하며, 게이트 제어 신호에 응답하여 상기 게이트 라인들을 구동하는 구동 신호를 발생하는 게이트 구동부를 포함하는 액정 패널;
    주변 온도에 따라 변하는 스위칭 구동 전압을 이용하여, 상기 온도 변화에 대응하는 게이트 전압과, 상기 온도에 관계없이 일정 레벨이 유지되는 전원 전압을 출력하는 구동 전압 생성 회로;
    상기 게이트 전압에 응답하여 상기 게이트 제어 신호를 출력하는 게이트 입력 신호 생성부; 및
    상기 전원 전압에 응답하여 상기 데이터 라인들을 구동하는 소스 드라이버를 포함하는 액정 표시 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 구동 전압 생성 회로는,
    피드백 전압에 응답하여 외부로부터 입력되는 전압을 승압하여 상기 스위칭 구동 전압을 출력하는 스위칭 전압 발생부;
    상기 스위칭 구동 전압을 입력받아, 상기 온도 변화를 보상하여 상기 피드백 전압을 출력하는 온도 보상 피드백부; 및
    상기 스위칭 구동 전압을 입력받아, 상기 전원 전압을 출력하는 레귤레이터를 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 스위칭 구동 전압은 상기 온도가 증가함에 따라 감소하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 구동 전압 생성 회로는, 상기 스위칭 구동 전압을 펌핑하여 상기 온도가 증가함에 따라 감소하는 상기 게이트 전압을 출력하는 게이트 전압 생성부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  9. 제 6 항에 있어서,
    상기 온도 보상 피드백부는 상기 스위칭 전압 발생부의 피드백단과 상기 레귤레이터 사이에 역방향으로 연결된 하나 이상의 다이오드들을 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
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