KR100265571B1 - 액정 표시 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 개구율 및 투과율을 개선시킬 수 있는 액정 표시 장치를 개시한다. 개시된 본 발명은, 액정을 사이에 두고 대향하는 상하부 기판, 상기 하부 기판상에 격자 형태로 배열되어 단위셀을 한정하는 다수개의 게이트 버스 라인 및 데이터 버스 라인, 상기 게이트 버스 라인과 데이터 버스 라인의 교차부에 배치된 채널층, 상기 단위셀 각각 배치되며, 상기 액정을 동작시키는 카운터 전극과 화소 전극, 상기 게이트 버스 라인과 데이터 버스 라인을 절연시키는 절연막을 포함하는 액정 표시 장치로서, 상기 단위셀 공간 내측에 배치되는 카운터 전극과 화소 전극은 투명한 전도 물질로 형성되고, 카운터 전극과 화소 전극의 단면의 형태가 대략 삼각형 구조를 갖는 것을 특징으로 한다.

Description

액정 표시 장치
본 발명은 액정 표시 장치(liquid crystal display: 이하 LCD)에 관한 것으로, 보다 구체적으로는, 액정을 구동시키는 전극이 하부 기판에 형성되는 IPS(in plane switching) 액정 표시 장치에 관한 것이다.
일반적으로 IPS-LCD는 TN(twist nemetic)-LCD의 좁은 시야각 특성을 개선하기 위하여 제안된 구조로서, 상판에 형성되었던 상대 전극을 화소 전극이 형성되는 하판에 배치하는 구조이다.
즉, 종래의 TN-LCD는 상판에 형성된 상대 전극과 하부 기판에 형성된 화소 전극 사이에서 기판에 수직인 전기장이 형성되도록 하는데 반하여, IPS-LCD는 상대 전극과 화소 전극이 하부 기판상에 배치되므로, 기판에 대하여 수평한 전기장이 형성된다.
이러한 종래의 IPS-LCD가 도 1에 도시되어 있는 바, 이를 참조하여 설명하도록 한다.
다수개의 게이트 버스 라인(2)은 하부 절연 기판(1) 상에 일정 등간격으로 평행하게 배치되고, 데이터 버스 라인(3)도 마찬가지로 일정 등간격으로 이격 배치되되, 게이트 버스 라인(2)과 수직으로 교차되도록 배치되어, 격자 형태의 단위 셀 공간을 한정한다. 게이트 버스 라인(2)과 데이터 버스 라인(3)의 교차부분 각각에는 박막 트랜지스터의 채널층(4)이 구비된다. 이때, 데이터 버스 라인(3)은 채널층(4)의 일측과 오버랩되며, 바람직하게는 데이터 버스 라인(3)이 채널층(4) 상부에 놓이게 되고, 게이트 버스 라인(2)은 채널층(4) 하부를 지나게 된다.
LCD 단위셀 공간 각각에는 액정내의 분자를 구동시키는 카운터 전극(5)이 각각 배치된다. 이 카운터 전극(5)은 게이트 버스 라인(2)과 평행하게 배치되는 배선부(5a)와 배선부(5a)로부터, 해당 단위셀(C)을 선택하는 게이트 버스 라인(2)을 향하여, 데이터 버스 라인(3)과 평행하게 연장되는 적어도 하나 이상 예를들어, 3개의 브렌치(5b)를 포함한다. 이 브렌치(5b)는 일정 등간격으로 이격 배치된다. 이때, 카운터 전극(5)의 배선부(5a)는 좌우측 셀의 배선부와 연결되어, 각각의 카운터 전극들은 모두 동일의 공통 신호 전압을 인가받는다.
카운터 전극(5)과 함께 액정을 구동시키는 화소 전극(6)은 단위셀내의 카운터 전극(5)과 포개지도록 배치된다. 이때, 게이트 버스 라인(2)과 데이터 버스 라인(3) 사이 및 카운터 전극(5)과 화소 전극(6) 사이에는 게이트 절연막(도시되지 않음)이 개재되어, 각각을 절연시킨다.
여기서, 화소 전극(6)은 채널층(4)의 일부분을 지나도록 배치되어 드레인 역할을 하는 제 1 영역(6a)과, 카운터 전극(5)의 브렌치(5b) 사이에 브렌치와 평행하게 각각 배치되는 제 2 영역(6b)과, 제 1 영역(6a)과 제 2 영역(6b)을 연결하는 제 3 영역(6c)을 포함한다. 이때, 화소 전극(6)의 제 2 영역(6b)은 카운터 전극(5)의 브렌치(5b) 사이에 삽입되므로, 화소 전극(6)과 카운터 전극(5)이 교대로 배치된 형상을 취한다.
이와같이, IPS-LCD는 하부 기판(1)상에 카운터 전극(5)과 화소 전극(6)이 일정 간격 만큼 이격되어 교대로 배치되므로, 수평한 전기장이 형성된다. 이때, 하나의 단위셀에 카운터 전극(5)과 화소 전극(6)을 교대로 배치하는 것은, 전계의 길이를 상대적으로 짧게 하여, 응답 속도를 감소시키기 위함이다. 따라서, 이 수평한 전기장의 형태로 액정 분자가 수평하게 동작되어, 시야각이 개선된다
그러나, 상기와 같은 구조의 IPS-LCD는 다음과 같은 문제점이 발생된다.
상기와 같은 IPS-LCD는, 빛이 투과되는 개구면(AP)에 액정을 동작시키기 위한 전극 즉, 카운터 전극(5)과 화소 전극(6)이 배치되어 있다. 이때, 카운터 전극(5)과 화소 전극(6)은 불투명 금속막으로 형성되어 있는데, 그 이유는 다음과 같다.
즉, 도 2를 참조하여, 카운터 전극(5), 바람직하게는 카운터 전극의 브렌치(5b)와 화소 전극(6)의 제 2 영역(6b)은 일정한 폭을 가지고 있다. 이에 따라, 카운터 전극(5)과 화소 전극(6)에 소정 신호가 전달되면, 카운터 전극(5)과 화소 전극(6) 사이의 공간에서는, 카운터 전극(5)과 화소 전극(6)간의 전위차에 의하여, 액정내의 분자들이 동작하게 된다. 그러나, 일정 폭을 갖는 카운터 전극(5)과 화소 전극(6)의 상부면에는 전위차가 없이, 등전위를 갖게 된다.(도 2에서 라인으로 표시된 부분은 등전위선을 나타낸다.) 이에따라, 카운터 전극의 브렌치(5b)와 화소 전극(6)의 제 2 영역(6b)의 상에 있는 액정 분자들은 전위차가 발생되지 않으므로, 전기장 형성시에도 동작하지 않고 그대로 있게 된다. 이로 인하여, 단위 셀 공간에서 액정이 다른 방향으로 눕게되므로, 여러개의 도메인이 형성되어, 디스클리네이션(disclination) 현상을 유발한다. 이와같이, 등전위면에서 액정이 동작하지 않는 것을 가리기 위하여, 종래에는 카운터 전극(5)과 화소 전극(6)을 불투명한 금속으로 형성하는 것이다. 여기서, 도 2의 미설명 부호 7은 액정내의 분자들을 나타낸다.
그러나, 상기와 같이 카운터 전극(5)과 화소 전극(6)을 불투명한 금속막으로 형성함으로 인하여, 빛의 개구면적(AP)을 가리게 되어, LCD의 개구율 및 투과율이 종래의 TN 모드의 LCD 보다 현격히 저하되고, 휘도 특성 또한 감소된다.
따라서, 본 발명의 목적은, 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 액정내의 분자를 동작시키는 전극 상부의 등전위 면적을 최소화하면서, 이 전극들을 투명 물질로 형성하여, LCD의 투과율과 개구율 및 휘도 특성을 증대시킬 수 있는 액정 표시 장치를 제공하는 것이다.
도 1은 종래의 IPS-LCD의 평면도.
도 2는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ′선을 따라 절단하여 나타낸 단면도.
도 3은 본 발명에 따른 액정 표시 장치를 설명하기 위한 액정 표시 장치의 단위셀 평면도.
도 4는 도 3의 Ⅳ-Ⅳ′선을 따라 절단하여 나타낸 단면도.
(도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명)
11 : 하부 절연 기판 12 : 게이트 버스 라인
13 : 데이터 버스 라인 14 : 채널층
15 : 카운터 전극 15a : 배선부
15b : 브렌치 16 : 화소 전극
16a : 화소 전극의 제 1 영역 16b : 화소 전극의 제 2 영역
16c : 화소 전극의 제 3 영역 17 : 액정내 분자
C : 콘택부
상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, 액정을 사이에 두고 대향하는 상하부 기판, 상기 하부 기판상에 격자 형태로 배열되어 단위셀을 한정하는 다수개의 게이트 버스 라인 및 데이터 버스 라인, 상기 게이트 버스 라인과 데이터 버스 라인의 교차부에 배치된 채널층, 상기 단위셀 각각 배치되며, 상기 액정을 동작시키는 카운터 전극과 화소 전극, 상기 게이트 버스 라인과 데이터 버스 라인을 절연시키는 절연막을 포함하는 액정 표시 장치로서, 상기 단위셀 공간 내측에 배치되는 카운터 전극과 화소 전극은 투명한 전도 물질로 형성되고, 카운터 전극과 화소 전극의 단면의 형태가 대략 삼각형 구조를 갖는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은, 액정을 사이에 두고 대향하는 상하부 기판; 상기 하부 기판상에 격자 형태로 배열되어 단위셀을 한정하는 다수개의 게이트 버스 라인 및 데이터 버스 라인; 상기 게이트 버스 라인과 데이터 버스 라인의 교차점에 구비되는 채널층으로, 상기 데이터 버스 라인은 채널층의 일측과 오버랩된다; 상기 단위 셀 공간에 각각 배치되어 액정을 구동시키며, 해당 단위셀을 선택하는 게이트 버스 라인과 소정 거리만큼 이격되면서 평행하게 배치되는 배선부와, 상기 배선부와 콘택되면서 해당 단위셀을 선택하는 게이트 버스 라인을 향하여 등간격으로 이격연장되는, 투명한 물질로 된 다수개의 브렌치를 포함하는 카운터 전극; 상기 카운터 전극과 함께 액정을 구동시키며, 상기 채널층의 타측과 오버랩되는 제 1 영역과, 상기 카운터 전극의 브렌치 사이에 상기 데이터 버스 라인과 평행하게 배치되면서 투명 물질로된 제 2 영역 및 제 1 영역과 제 2 영역을 연결시키는 제 3 영역을 갖는 화소 전극을 포함하며, 상기 카운터 전극의 브렌치와 제 2 영역은 단면이 삼각형 구조를 갖는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 실질적으로 액정내의 분자를 동작시키면서 빛의 개구부에 배치되는 카운터 전극의 브렌치 부분과 화소 전극의 제 2 영역을 투명 물질로 형성하고, 상기 부분을 대략 삼각형 구조가 되도록 형성하여, 등전위 구간을 감소시킨다. 이로써, 액정 분자들이 제대로 동작되지 하는 면적이 최소화되어, 화질 특성이 개선된다.
이하 첨부한 도면에 의거하여 본 발명의 바람직한 실시예를 자세히 설명하도록 한다.
첨부한 도면 도 3은 본 발명에 따른 액정 표시 장치를 설명하기 위한 액정 표시 장치의 단위셀 평면도이고, 도 4는 도 3의 Ⅳ-Ⅳ′선을 따라 절단한 단면도이다.
도 3을 참조하여, 다수개의 게이트 버스 라인(12)과 데이터 버스 라인(13)은 하부 절연 기판(11) 상에 수직으로 교차 배열되어, 격자 형태의 단위 셀 공간을 한정한다. 이때, 본 실시예에서는 게이트 버스 라인(12), 데이터 버스 라인(13) 각각 하나씩을 예를들어 설명하였다. 아울러, 게이트 버스 라인(12)과 데이터 버스 라인(13) 사이에는 이들 두 라인(12,13)을 절연시키기 위한 게이트 절연막(도시되지 않음)이 개재되어 있다. 즉, 게이트 버스 라인(12)은 절연 기판(11)의 표면에 형성되고, 데이터 버스 라인(13)은 게이트 절연막 표면에 형성된다. 또한, 상기 게이트 버스 라인(12)과 데이터 버스 라인(13)은 불투명한 금속막으로 형성된다.
게이트 버스 라인(12)과 데이터 버스 라인(13)의 교차 부분 각각에는 박막 트랜지스터의 채널층(14)이 구비된다. 이때, 데이터 버스 라인(13)은 채널층(14)의 일측과 오버랩되며, 바람직하게는 데이터 버스 라인(13)이 채널층(14) 상부에 놓이게 되고, 게이트 버스 라인(12)은 채널층(14) 하부를 지나게 된다.
LCD 단위셀 공간 각각에는 카운터 전극(15)이 각각 배치된다. 이 카운터 전극(15)은 게이트 버스 라인(12)과 평행하게 각 단위 셀당 배치되는 배선부(15a)를 포함한다. 이때, 배선부(15a)는 해당 단위셀을 선택하는 게이트 버스 라인(12)과 소정 거리 이격되도록, 바람직하게는 단위셀의 길이폭 만큼 이격되도록 배치되고, 이 배선부(15a)는 인접하는 셀들의 배선부와 모두 연결된다. 이 배선부(15a)는 불투명 금속 물질로 형성되고, 게이트 버스 라인(12)과 같이 절연 기판(11) 표면에 배치되며, 데이터 버스 라인(13)과는 게이트 절연막에 의하여 전기적으로 절연된다. 또한, 카운터 전극(15)은, 배선부(15a)와 콘택되며, 해당 단위셀을 선택하는 게이트 버스 라인(12)를 향하여 데이터 버스 라인과 평행하게 연장된 적어도 하나 이상 예를들어, 3개의 브렌치(15b)를 포함한다. 상기 브렌치(15b)는 일정 등간격으로 이격되도록 배치된다. 이때, 상기 브렌치(15b)는 LCD의 개구율을 개선시키기 위하여, 투명한 전도 물질 예를들어, ITO로 형성된다. 아울러, 브렌치(15b) 상부의 등전위 면적을 최소화시키기 위하여, 단면의 형상이 대략 삼각형의 형상을 갖도록 절삭되어 있다. 즉, 상기 브렌치(15b)는 삼각형과 같이 상부 꼭지점이 첨예하게 형성되는 것이 가장 바람직하지만, 상부 꼭지점 부분이 약간의 폭, 예를들어 2㎛ 이하의 폭을 가져도, 액정 분자들이 전계의 영향을 받으므로 등전위 구간이 발생되지 않는다.
여기서, 브렌치(15b)는 게이트 절연막 상부 표면에 배치되고, 브렌치(15b)와 배선부(15a)는 게이트 절연막을 관통하여 콘택되어 있다. 이때, 카운터 전극(15)의 배선부(15a)와 브렌치(15b)는 모두 동일의 공통 신호 전압을 인가받는다. 여기서, 미설명 부호 C는 콘택부를 나타낸다.
카운터 전극(15)과 함께 액정내의 분자들을 구동시키는 화소 전극(16)은 단위셀 각각에 배치된다. 이때, 화소 전극(16)은 채널층(14)의 타측을 지나면서 드레인 역할을 하는 제 1 영역(16a)을 포함한다. 이때, 제 1 영역(16a)은 데이터 버스 라인(13)과 평행하고, 전도 특성이 우수한 불투명 금속막으로 형성된다. 또한, 화소 전극(16)의 제 2 영역(16b)은 카운터 전극(15)의 브렌치(15b) 사이의 공간에, 브렌치(15b)와 평행하게 배치된다. 이때, 화소 전극(16)의 제 2 영역(16b)은 브렌치(15b)와 마찬가지로, LCD의 개구율을 개선시키기 위하여, 투명한 전도 물질 예를들어, ITO로 형성된다. 아울러, 제 2 영역(16b) 상부의 등전위 면적을 최소화시키기 위하여, 단면이 대략 삼각형 구조가 되도록 형성된다. 즉, 상기 브렌치(15b)와 마찬가지로 제 2 영역(16b)은 삼각형과 같이 상부 꼭지점이 첨예하게 형성되는 것이 가장 바람직하지만, 상부 꼭지점 부분이 약간의 폭, 예를들어 0.01 내지 2㎛ 이하의 폭을 가져도, 액정 분자들이 전계의 영향을 받으므로 등전위 구간이 발생되지 않는다.
이때, 화소 전극(16)의 제 2 영역(16b)과, 카운터 전극(15)의 브렌치(15b)만을 투명 물질로 형성하고 단면이 삼각형 형태로 형성하는 것은, 상기 부분들이 LCD에서 액정 분자를 실제적으로 동작시키는 역할을 한다. 또한, 화소 전극의 제 3 영역(16c)은 드레인 역할을 하는 제 1 영역(16a)과 액정 분자를 구동시키는 제 2 영역(16b)을 연결시키는 교량 역할을 한다. 여기서, 제 3 영역(16c)은 게이트 버스 라인(12)과 평행하게 배치되고, 상기 제 3 영역(16c)은 불투명한 금속막으로 형성된다. 상기 제 1, 제 2, 제 3 영역(16a,16b,16c)은 모두 게이트 절연막 상부 표면에 배치된다.
도 4는 도 3의 Ⅳ-Ⅳ′선을 따라 절단한 단면도로서, 도면에서와 같이, 카운터 전극(15)의 브렌치(15b)와 화소 전극(16)의 제 2 영역(16b)은 삼각형 형태를 취하게 된다. 이에따라, 도 2와 비교하여 볼 때, 전극 상부의 등전위 구간이 상당히 감소하였음을 알 수 있다. 아울러, 카운터 전극(15)의 브렌치(15b)와 화소 전극(16)의 제 2 영역(16b)이 투명한 ITO로 형성되어 있어, 빛을 가리는 면적이 증대된다. 따라서, 종래의 IPS-LCD에 비하여, 개구율, 투과도 및 휘도 특성이 개선된다. 여기서, 카운터 전극(15)과 화소 전극(16)은 빛이 개구 부분(AP: 도 3 참조)에 배치되는 부분(15b,16b)만이 ITO로 형성되고, 그외의 부분은 전도 특성이 우수한 불투명 금속막으로 되어 있으므로, 소자의 전기적 특성에는 그리 문제점이 발생되지 않는다. 이때, 미설명 부호 17은 액정내의 분자들을 나타내고, 도면에서 라인으로 나타낸 부분은 등전위 부분을 연결한 것이다.
이상에서 자세히 설명된 바와 같이, 본 발명에 의하면, 실질적으로 액정내의 분자를 동작시키면서 빛의 개구부(AP)에 배치되는 카운터 전극 부분(15b)과 화소 전극 부분(16b)을 투명 물질로 형성하고, 최상단이 첨예한 형태가 되도록 삼각 구조로 형성하여 등전위 구간을 감소시킨다. 이로써, 액정 분자들이 제대로 동작되지 하는 면적이 최소화되어, 화질 특성이 개선된다.
아울러, 빛이 개구면적에 배치되는 전극들이 투명 물질로 되어, LCD의 개구율, 투과율 및 휘도가 개선된다.
따라서, LCD의 표시 품위가 개선된다.
기타, 본 발명은 그 요지를 일탈하지 않는 범위에서 다양하게 변경하여 실시할 수 있다.

Claims (12)

  1. 액정을 사이에 두고 대향하는 상,하부 기판, 상기 하부 기판상에 격자 형태로 배열되어 단위셀을 한정하는 다수개의 게이트 버스 라인 및 데이터 버스 라인, 상기 게이트 버스 라인과 데이터 버스 라인의 교차부에 배치된 채널층; 상기 단위셀 공간에 형성되고, 상기 액정내의 분자들을 구동시키는 카운터 전극과 화소 전극, 상기 게이트 버스 라인과 데이터 버스 라인간을 절연시킴과 아울러, 상기 카운터 전극과 화소 전극간을 절연시키는 절연막을 포함하는 액정 표시 장치로서,
    상기 카운터 전극과 화소 전극은 게이트 버스 라인과 평행한 형태의 전계를 형성하는 부분을 포함하고, 상기 게이트 버스 라인과 평행한 형태의 전계를 형성하는 부분은 투명한 전도 물질로 형성되며, 대략 삼각형의 단면 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 단면이 대략 삼각형 형상을 갖는 카운터 전극과 화소 전극의 상부 부분은 약 0.01 내지 2㎛ 이하의 폭을 갖는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 카운터 전극은 해당 단위셀을 선택하는 게이트 버스 라인과 소정 거리만큼 이격되면서 평행하게 배치되는 배선부와, 상기 배선부와 콘택되면서 해당 단위셀을 선택하는 게이트 버스 라인을 향하여 연장되는 등간격으로 이격된 다수개의 브렌치를 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 배선부는 불투명 금속막으로 형성되고, 상기 브렌치는 ITO로 형성되는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 카운터 전극의 배선부는 하부 절연 기판 표면에 형성되고, 상기 브렌치는 상기 절연막 상부에 배치되며, 상기 배선부와 브렌치는 절연막을 관통하여 서로 콘택되어 있는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  6. 제 3 항에 있어서, 상기 화소 전극은, 상기 채널층의 소정 부분과 오버랩되는 제 1 영역과, 상기 카운터 전극의 브렌치 사이에 상기 데이터 버스 라인과 평행하게 배치되는 제 2 영역 및 제 1 영역과 제 2 영역을 연결시키는 제 3 영역을 갖는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 제 1 영역 및 제 3 영역은 불투명 금속막이고, 제 2 영역은 ITO로 형성된 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  8. 제 6 항에 있어서, 상기 화소 전극의 제 1 영역, 제 2 영역, 제 3 영역은 절연막 상부 표면에 배치되는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  9. 액정을 사이에 두고 대향하는 상하부 기판;
    상기 하부 기판상에 격자 형태로 배열되어 단위셀을 한정하는 다수개의 게이트 버스 라인 및 데이터 버스 라인;
    상기 게이트 버스 라인과 데이터 버스 라인의 교차점에 구비되는 채널층으로, 상기 데이터 버스 라인은 채널층의 일측과 오버랩된다;
    상기 단위 셀 공간에 각각 배치되어 액정을 구동시키며, 해당 단위셀을 선택하는 게이트 버스 라인과 소정 거리만큼 이격되면서 평행하게 배치되는 배선부와, 상기 배선부와 콘택되면서 해당 단위셀을 선택하는 게이트 버스 라인을 향하여 등간격으로 이격연장되는, 투명한 물질로 된 다수개의 브렌치를 포함하는 카운터 전극;
    상기 카운터 전극과 함께 액정을 구동시키며, 상기 채널층의 타측과 오버랩되는 제 1 영역과, 상기 카운터 전극의 브렌치 사이에 상기 데이터 버스 라인과 평행하게 배치되면서 투명 물질로된 제 2 영역 및 제 1 영역과 제 2 영역을 연결시키는 제 3 영역을 갖는 화소 전극을 포함하며,
    상기 카운터 전극의 브렌치와 화소 전극의 제 2 영역은 대략 삼각형의 단면 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 카운터 전극의 배선부는 불투명 금속막으로 형성되고, 상기 브렌치는 ITO로 형성되는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  11. 제 9 항에 있어서, 상기 화소 전극의 제 1 영역 및 제 3 영역은 불투명 금속막이고, 제 2 영역은 ITO로 형성된 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  12. 제 9 항에 있어서, 상기 단면이 대략 삼각형 형상인 카운터 전극의 브렌치와 화소 전극의 제 2 영역의 상부 부분은 약 0.01 내지 2㎛의 폭을 갖는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
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