KR100603637B1 - 직하형 백라이트 어셈블리의 확산판 - Google Patents

직하형 백라이트 어셈블리의 확산판 Download PDF

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Abstract

본 발명은 액정표시장치(LCD)에 사용되는 직하형 백라이트의 확산판에 관한 것이다.
이러한 본 발명의 확산판은 다수의 램프가 표시면에 대해 평면으로 배열되어 있고, 상기 램프의 상부에 확산판이 있는 직하형 백라이트 어셈블리에 있어서, 상기 확산판의 배면이 각 램프의 중앙 위치에 대응하는 부분은 높고 주변부로 갈 수록 점차 낮아지는 아치형이나 지붕형 혹은 사다리형의 구조로 이루어진다. 또한 확산판은 확산판 배면의 아치 주변부에 프리즘 패턴이 형성되어 집광이 이루어지도록 되어 있고, 상기 확산판의 전면에 램프가 있는 중앙 위치에서의 밀도는 높고, 램프로부터 이웃하는 램프와의 경계위치로 갈 수록 밀도가 낮아지도록 마이크로 렌즈 패턴이 형성되어 있을 수 있다.
따라서, 본 발명에 따르면 확산판의 일면에 프리즘 패턴을 형성하되 패턴의 깊이를 변화시켜 램프가 위치한 중앙부분에서는 광을 분산시키고 램프로부터 멀어짐에 따라 점차 집광시킴으로써 전체적으로 휘도를 떨어뜨리지 않으면서도 휘도분포의 균일도를 향상시킬 수 있다.
액정표시장치, 백라이트, 확산판, 패턴, 사출성형, 프리즘

Description

직하형 백라이트 어셈블리의 확산판{ Diffusion Plate Of Backlight Assembly }
도 1은 직하형 백라이트에서 종래의 확산판을 도시한 제1 예,
도 2는 직하형 백라이트에서 종래의 확산판을 도시한 제2 예,
도 3은 본 발명이 적용되기에 적합한 직하형 백라이트의 전체 구성도,
도 4는 본 발명에 따라 확산판의 배면 형상이 아치형인 경우의 제1 실시예를 도시한 도면,
도 5는 본 발명에 따라 확산판의 배면 형상이 지붕형인 경우의 제2 실시예를 도시한 도면,
도 6은 본 발명에 따라 확산판의 배면 형상이 사다리형인 경우의 제3 실시예를 도시한 도면,
도 7은 본 발명이 적용된 직하형 백라이트 어셈블리의 휘도 특성을 도시한 그래프.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10: 백라이트 어셈블리 11: 반사판
12: 램프 13: 확산판
13B: 확산판의 배면 13F: 확산판의 전면
14: 확산시트 20: 액정패널
41: 배면패턴 51: 전면패턴
본 발명은 액정표시장치(LCD)에 사용되는 백라이트(Backlight)에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 배면 형상이 다양한 구조의 직하형 백라이트의 확산판에 관한 것이다.
최근에 평판 표시장치로서 널리 사용되는 액정표시장치(LCD)는 자체적으로 발광하지 못하는 수동 광소자이므로, 액정패널의 후면에 백라이트 어셈블리(backlight assembly)를 광원으로서 부착하여 화상을 디스플레이시킨다. 따라서, 백라이트 어셈블리 구조에 따라 전체적인 액정표시장치의 특성이 영향을 받게 된다.
이러한 백라이트 어셈블리는 표시면에 대한 광원의 위치에 따라 램프가 측면에 위치하여 램프의 선광을 면광으로 바꾸어주는 도광판이 필요한 에지형(edge type)과, 램프가 표시면 아래 위치하여 도광판이 필요없는 직하형(直下形)으로 구분된다. 이 중에서 직하형 백라이트 어셈블리는 광이용 효율이 높고 구성이 간단하며, 표시면의 크기에 제한이 없기 때문에 통상 대형 액정표시장치에 널리 사용되 고 있다.
이러한 직하형 백라이트 어셈블리는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 표시면의 하부에 배설된 다수의 램프(2)와, 램프(2)에서 방사된 빛을 표시면으로 반사시켜 빛의 손실을 방지하는 반사판(1)과, 램프(2)의 상부에서 빛을 확산시켜 균일한 빛을 발산하는 확산판(3), 및 확산 시트(4)로 이루어진다.
한편, 직하형 백라이트 어셈블리는 평면에 램프를 배치하므로 램프의 형상이 액정패널에 나타나게 되어 램프와 액정패널 사이의 간격을 상당히 유지해야하므로 박형화에 한계가 있으며, 패널 전체 휘도의 불균형성을 초래하는 문제점이 있다. 즉, 직하형 백라이트 어셈블리에서는 램프가 표시면 아래에 다수 위치하므로 램프에 수직하게 위치하는 확산판 배면과 램프와 램프 사이에 위치하는 확산판 배면에서의 광밀도가 달라지게 되어 필연적으로 휘도의 불균일성을 초래하게 된다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여 종래의 직하형 백라이트 어셈블리에서는 도 1에 도시된 바와 같이 확산제가 첨가된 확산판을 사용하거나 도 2에 도시된 바와 같이 확산제가 첨가된 확산판의 배면에 패턴을 스크린 프린팅하여 전체적으로 균일도를 맞추었다.
도 1은 직하형 백라이트에서 확산제가 첨가된 종래의 확산판을 설명하기 위해 도시한 도면으로서, (가)는 백라이트 어셈블리의 개략적인 구성도이고, (나)는 확산판(3)에 삽입된 확산제(beads: 3a)에 의해 빛이 확산되는 현상을 도시한 도면이며, (다)는 램프(2)의 중심위치(c)로부터 거리에 따른 휘도분포곡선을 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 종래의 확산판(3)에는 확산제(3a)가 첨가되어 램프(2)에서 방사된 빛이 확산되도록 함으로써 (다)에 도시된 곡선 그래프에서와 같이 램프 중앙 위치(c)에서 최대 휘도 b1을 갖는 휘도분포 곡선(G1)이 최대 휘도 b1'를 갖는 휘도분포 곡선(G2)으로 낮아지는 것을 알 수 있다.
도 2는 직하형 백라이트에서 확산제(3a)가 첨가된 확산판(3)의 배면에 패턴(3b)을 스크린 프린팅한 종래의 확산판을 설명하기 위해 도시한 도면으로서, (가)는 백라이트 어셈블리의 개략적인 구성도이고, (나)는 확산제(3a)와 프린트 패턴(3b)에 의해 빛이 분산되는 현상을 도시한 도면이며, (다)는 램프의 중심위치(c)로부터 거리에 따른 휘도분포 곡선을 도시한 도면이다.
도 2를 참조하면, 종래의 확산판(3)에는 확산제(3a)와 프린트 패턴(3b)이 첨가되어 램프(2)에서 방사된 빛이 발산되도록 함으로써 (다)에 도시된 곡선 그래프에서와 같이 램프 중앙 위치(c)에서 최대 휘도 b2을 갖는 휘도분포 곡선(G1)이 최대 휘도 b2'를 갖는 휘도분포 곡선(G2)으로 큰 폭으로 낮아지는 것을 알 수 있다.
그런데 위와 같은 종래의 확산판을 채용한 직하형 백라이트 어셈블리는 도 1의 (다) 및 도 2의 (다)에 도시된 휘도 분포 특성 그래프에서 보는 바와 같이, 램프(2)의 중심위치(c)로부터 양쪽으로 거리가 멀어질수록 현저하게 휘도가 저하되어 전체적으로 균일도가 떨어지고, 투과광을 차단함으로써 전체 휘도도 크게 낮아지는 문제점이 있다. 더욱이, 대형화면의 디스플레이장치에서는 고휘도가 필요한데, 종래의 확산판은 투과되는 빛을 차단함으로써 고휘도를 제공하기 어렵다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 확산판의 배면이나 전면에 광분산 및 집광을 위한 패턴을 형성하여 휘도가 낮아지는 것을 방지함과 아울러 전체적으로 휘도분포의 균일도가 향상된 직하형 백라이트 어셈블리의 확산판을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 장치는, 다수의 램프가 표시면에 대해 평면으로 배열되어 있고, 상기 램프의 상부에 확산판이 있는 직하형 백라이트 어셈블리에 있어서, 상기 확산판의 배면이 각 램프의 중앙 위치에 대응하는 부분은 높고 주변부로 갈 수록 점차 낮아지는 아치형이나 지붕형 혹은 사다리형의 구조로 이루어진 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 확산판은 확산판 배면의 아치 주변부에 프리즘 패턴이 형성되어 집광이 이루어지도록 되어 있고, 상기 확산판의 전면에 램프가 있는 중앙 위치에서의 밀도는 높고, 램프로부터 이웃하는 램프와의 경계위치로 갈 수록 밀도가 낮아지도록 마이크로 렌즈 패턴이 형성되어 있을 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 자세히 설명하기로 한다.
도 3은 본 발명이 적용되기에 적합한 직하형 백라이트의 전체 구성을 개략적으로 도시한 단면도이다. 도 3에서 표시화면측을 '전면'이라 하고, 몰드 프레임측 을 '배면'이라 한다.
도 3을 참조하면, 본 발명이 적용된 직하형 백라이트 어셈블리(10)는 광을 발생하는 다수의 램프(12)와, 램프(12)의 하부에 위치하여 램프(12)의 빛을 전면으로 반사하는 반사판(11), 램프(12)의 상부에 위치하여 빛을 확산하는 확산판(13), 및 확산판(13) 위에 놓여지는 확산시트(14)로 구성되어 화상을 표시하는 액정패널(20)의 아래에 위치되어 액정패널(20)에 광을 공급한다.
반사판(11)은 통상 몰드 프레임의 바닥부에 위치하고, 그 위에 램프(12)가 위치한다. 따라서 반사판(11)은 램프(12)에서 바닥부(배면) 쪽으로 발산된 광을 확산판(13) 쪽으로 다시 반사시켜 램프(12)에서 발생되는 광의 효율을 향상시킨다.
램프(12)는 도시되지 않은 램프홀더에 의해 고정되어 표시면의 하측 평면상에 다수 배열되어 있다. 이러한 램프로는 냉음극형광램프(CCFL)가 주로 사용된다.
램프(12)에서 방사되는 광은 램프(12) 상부에 위치하는 확산판(13)으로 입사된다. 확산판(13)은 통상 PMMA 수지로 이루어지며 램프(12)에서 방사된 광을 액정패널(20)의 전면방향으로 향하게 하고, 넓은 범위의 각도에서 입사할 수 있게 한다. 확산판(13) 위에는 휘도 향상을 위한 확산시트(14)가 위치한다. 확산판(13)으로부터 출사된 광은 확산광으로서 시야각이 크기 때문에 확산시트(14)를 이용하여 시야각을 좁게 함으로써 액정표시장치의 전면 휘도를 향상시키고 소비전력을 줄일 수 있다.
이와 같은 직하형 백라이트 어셈블리에 적용되는 본 발명의 확산판(13)은 확산판의 배면 형상을 아치형이나 지붕형 혹은 사다리형으로 함으로써 램프(12)의 중 앙부분에서는 광을 분산시키고 램프(12)에서 멀어지면 집광시켜 휘도를 적게 떨어뜨리면서 전체적으로 휘도분포의 균일도를 향상시킨 것이다. 이때 배면 형상에 부가하여 확산판의 전면(13F)에 마이크로 렌즈 패턴(51)을 형성하거나 배면 형상의 끝부분에 패턴(41)을 형성하는 등 다양한 변형예가 가능하다.
이해를 쉽게 하기 위해 확산판의 배면 형상이 아치형인 경우의 제1 실시예와, 확산판의 배면 형상이 지붕형인 경우의 제2 실시예, 확산판의 배면 형상이 사다리형인 경우의 제3 실시예로 구분하여 설명하기로 한다.
[제1 실시예]
도 4a~4c는 본 발명에 따른 확산판의 배면(13B)이 아치형인 제1 실시예로서, 도 4a는 배면이 아치형으로 된 기본구조를 도시한 도면이고, 도 4b는 전면(13F)에 마이크로 렌즈패턴이 형성됨과 아울러 배면(13B)이 아치형이며 아치의 끝부분에 프리즘 패턴이 형성된 구조를 도시한 도면이며, 도 4c는 도 4b의 확대 도면이다.
도 4를 참조하면, 확산판의 배면(13B)은 각 램프의 중앙 위치에 대응하는 부분은 가장 높고 주변부로 갈 수록 점차 낮아지는 아치형으로 되어 있어 중앙부분은 분산효과를 나타내고, 아치의 양끝단에는 프리즘 패턴에 의해 집광이 이루어지게 된다. 나아가 확산판의 전면(13F)의 중앙부분에서 밀도가 높고 주변부에서 밀도가 낮도록 마이크로 렌즈 패턴이 형성될 경우, 중앙부분에서의 분산효과는 더욱 강조되어 전체적으로 균일도를 더욱 향상시킬 수 있다.
즉, 확산판의 전면(13F)에는 반구 형태의 마이크로 렌즈 패턴(51)이 양각이 나 음각으로 형성되어 있다. 이때 마이크로 렌즈 패턴(51)은 램프가 위치한 중앙부분에서는 광을 분산시키고 램프에서 멀어지면 광을 집중시키기 위해 램프의 중앙위치로부터 멀어질수록 음각 마이크로 렌즈 패턴(51)의 단위길이당 수(n/cm)를 적게 한다(즉, n1>n2>n3....>nn). 예컨대, 램프와 램프 사이의 거리를 P라 할 경우에 램프(12)가 있는 중앙 위치에서의 마이크로 렌즈 패턴(51)의 밀도는 높고, 램프(12)의 양측으로부터 이웃하는 램프와의 경계인 P/2 위치까지 점차 낮아진다. 또한 확산판의 배면(13B) 중앙부분은 아치형으로 되어 램프(12)에서 방사된 빛이 외측으로 분산되고, 배면 아치의 주변부에는 프리즘 패턴(41)이 형성되어 집광작용을 한다.
따라서 제1 실시예의 확산판(13)은 램프(12)가 위치하는 중앙부분에서의 광은 분산되고 램프 사이 경계 부분에서의 광은 집중되는 경향이 있어 전체적으로 휘도를 낮추지 않으면서도 휘도분포를 균일하게 할 수 있다.
[제2 실시예]
도 5a~5c는 본 발명에 따른 확산판의 배면(13B)이 지붕형인 제2 실시예로서, 도 5a는 배면이 지붕형으로 된 기본구조를 도시한 도면이고, 도 5b는 전면(13F)에 마이크로 렌즈패턴이 형성됨과 아울러 배면(13B)이 지붕형이며 지붕의 끝부분에 프리즘 패턴이 형성된 구조를 도시한 도면이며, 도 5c는 도 5b의 확대 도면이다.
도 5를 참조하면, 확산판의 배면(13B)은 각 램프(12)의 중앙 위치에 대응하 는 부분은 가장 높고 주변부로 갈 수록 점차 일직선으로 낮아지는 지붕(∧)형으로 되어 있어 중앙부분은 분산효과를 나타내고, 지붕형의 양 끝단에는 프리즘 패턴(41)에 의해 집광이 이루어지게 된다. 나아가 확산판의 전면(13F)의 중앙 부분에서 밀도가 높고 주변부에서 밀도가 낮도록 마이크로 렌즈 패턴(51)이 형성될 경우, 중앙부분에서의 분산효과는 더욱 강조되어 전체적으로 균일도를 더욱 향상시킬 수 있다.
즉, 확산판의 전면(13F)에는 반구 형태의 마이크로 렌즈 패턴(51)이 양각이나 음각으로 형성되어 있다. 이때 마이크로 렌즈 패턴(51)은 램프가 위치한 중앙부분에서는 광을 분산시키고 램프에서 멀어지면 광을 집중시키기 위해 램프의 중앙위치로부터 멀어질수록 마이크로 렌즈 패턴(51)의 단위길이당 수(n/cm)를 적게 한다(즉, n1>n2>n3....>nn). 예컨대, 램프와 램프 사이의 거리를 P라 할 경우에 램프(12)가 있는 중앙 위치에서의 음각 마이크로 렌즈 패턴(51)의 밀도는 높고, 램프(12)의 양측으로부터 이웃하는 램프와의 경계인 P/2 위치까지 점차 낮아진다. 또한 확산판의 배면(13B) 중앙부분은 지붕형으로 되어 램프(12)에서 방사된 빛이 외측으로 분산되고, 배면 지붕의 주변부에는 프리즘 패턴(41)이 형성되어 집광작용을 한다.
따라서 제2 실시예의 확산판은 램프(12)가 위치하는 중앙부분에서의 광은 분산되고 램프 사이 경계 부분에서의 광은 집중되는 경향이 있어 전체적으로 휘도를 낮추지 않으면서도 휘도분포를 균일하게 할 수 있다.
[제3 실시예]
도 6a~6c는 본 발명에 따른 확산판의 배면(13B)이 사다리형인 제3 실시예로서, 도 6a는 배면이 사다리형으로 된 기본구조를 도시한 도면이고, 도 6b는 전면에 마이크로 렌즈패턴이 형성됨과 아울러 배면이 사다리형이며 사다리의 끝부분에 프리즘 패턴이 형성된 구조를 도시한 도면이며, 도 6c는 도 6b의 확대 도면이다.
도 6을 참조하면, 확산판의 배면(13B)은 각 램프(12)의 중앙 위치에 대응하는 부분은 일정하게 높고 주변부로 갈 수록 점차 낮아지는 사다리형으로 되어 있어 중앙부분은 광손실을 줄이면서 분산효과를 나타내고, 사다리형의 양끝단에는 프리즘 패턴에 의해 집광이 이루어지게 된다. 나아가 확산판의 전면(13F)의 중앙부분에서 밀도가 높고 주변부에서 밀도가 낮도록 마이크로 렌즈 패턴이 형성될 경우, 중앙부분에서의 분산효과는 더욱 강조되어 전체적으로 균일도를 더욱 향상시킬 수 있다.
즉, 확산판의 전면(13F)에는 반구 형태의 마이크로 렌즈 패턴(51)이 양각이나 음각으로 형성되어 있다. 이때 마이크로 렌즈 패턴(51)은 램프가 위치한 중앙부분에서는 광을 분산시키고 램프에서 멀어지면 광을 집중시키기 위해 램프의 중앙위치로부터 멀어질수록 마이크로 렌즈 패턴(51)의 단위길이당 수(n/cm)를 적게 한다(즉, n1>n2>n3....>nn). 예컨대, 램프와 램프 사이의 거리를 P라 할 경우에 램프(12)가 있는 중앙 위치에서의 마이크로 렌즈 패턴(51)의 밀도는 높고, 램프(12)의 양측으로부터 이웃하는 램프와의 경계인 P/2 위치까지 점차 낮아진다. 또한 확산판의 배면(13B) 중앙부분은 사다리형으로 되어 램프에서 방사된 빛이 외측으로 분산되고, 배면(13B) 사다리형의 주변부에는 프리즘 패턴(41)이 형성되어 집광작용을 한다.
따라서 제3 실시예의 확산판은 램프(12)가 위치하는 중앙부분에서의 광은 분산되고 램프 사이 경계 부분에서의 광은 집중되는 경향이 있어 전체적으로 휘도를 낮추지 않으면서도 휘도분포를 균일하게 할 수 있다.
도 7은 본 발명이 적용된 직하형 백라이트 어셈블리에서의 휘도분포 곡선을 도시한 그래프로서, 하나의 램프에 대한 특성을 대표적으로 도시한 것이다.
도 7을 참조하면, 횡축은 램프의 중앙(c) 위치로부터의 양쪽으로의 상대적인 거리를 나타내고, 종축은 휘도레벨을 나타낸다. 제1 커브(G1)는 확산판(13)에 의한 영향을 고려하지 않은 상태에서 순수한 램프의 휘도분포를 나타낸 것으로, 램프(12)의 중앙위치(c) 부분에서 최대 휘도 b4이고 램프(12)로부터 멀어짐에 따라 점차 휘도가 낮아지는 것을 알 수 있다. 제2 커브(G2)는 본 발명에 따른 확산판(13)을 거친 휘도분포를 나타낸 것으로서, 램프(12)의 중앙위치(c) 부분에서 최대 휘도 b4'이고 램프(12)로부터 멀어짐에 따라 점차 휘도가 낮아지는 것을 알 수 있다.
또한 제1 커브(G1)와 제2 커브(G2)를 비교해보면, 본 발명에 따른 확산판(13)에 의해 중앙부분(c)에서의 휘도는 대폭 낮아지고 경계부분에서의 휘도는 오히려 약간 높아져 전체적으로 휘도가 크게 낮아지지 않으면서도 전체적인 휘 도분포의 균일도는 대폭 향상된 것을 알 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면 확산판의 일면에 프리즘 패턴을 형성하되 패턴의 깊이를 변화시켜 램프가 위치한 중앙부분에서는 광을 분산시키고 램프로부터 멀어짐에 따라 점차 집광시킴으로써 전체적으로 휘도를 떨어뜨리지 않으면서도 휘도분포의 균일도를 향상시킬 수 있는 효과가 있다. 특히, 본 발명에 따른 확산판은 사출성형이나 기계적 가공에 의해 간단하게 생산할 수 있으므로 생산에 따른 비용을 절감할 수 있다.

Claims (9)

  1. 삭제
  2. 다수의 램프가 표시면에 대해 평면으로 배열되어 있고, 상기 램프의 상부에 확산판이 있는 직하형 백라이트 어셈블리에 있어서,
    상기 확산판의 배면이 각 램프의 중앙 위치에 대응하는 부분은 높고 주변부로 갈 수록 점차 낮아지는 아치형의 구조로 이루어지고,
    상기 확산판 배면의 아치 주변부에 프리즘 패턴이 형성되어
    집광이 이루어지도록 된 것을 특징으로 하는 직하형 백라이트 어셈블리의 확산판.
  3. 제2항에 있어서, 상기 확산판은
    상기 확산판의 전면에 램프가 있는 중앙 위치에서의 밀도는 높고, 램프로부터 이웃하는 램프와의 경계위치로 갈 수록 밀도가 낮아지도록 마이크로 렌즈 패턴이 형성된 것을 특징으로 하는 직하형 백라이트 어셈블리의 확산판.
  4. 삭제
  5. 다수의 램프가 표시면에 대해 평면으로 배열되어 있고, 상기 램프의 상부에 확산판이 있는 직하형 백라이트 어셈블리에 있어서,
    상기 확산판의 배면이 각 램프의 중앙 위치에 대응하는 부분은 높고 주변부로 갈 수록 점차 낮아지는 지붕형의 구조로 이루어지고,
    상기 확산판 배면의 아치 주변부에 프리즘 패턴이 형성되어
    집광이 이루어지도록 된 것을 특징으로 하는 직하형 백라이트 어셈블리의 확산판.
  6. 제5항에 있어서, 상기 확산판은
    상기 확산판의 전면에 램프가 있는 중앙 위치에서의 밀도는 높고, 램프로부터 이웃하는 램프와의 경계위치로 갈 수록 밀도가 낮아지도록 마이크로 렌즈 패턴이 형성된 것을 특징으로 하는 직하형 백라이트 어셈블리의 확산판.
  7. 삭제
  8. 다수의 램프가 표시면에 대해 평면으로 배열되어 있고, 상기 램프의 상부에 확산판이 있는 직하형 백라이트 어셈블리에 있어서,
    상기 확산판의 배면이 각 램프의 중앙 위치에 대응하는 부분은 높고 주변부로 갈 수록 점차 낮아지는 사다리형의 구조로 이루어지고,
    상기 확산판 배면의 아치 주변부에 프리즘 패턴이 형성되어
    집광이 이루어지도록 된 것을 특징으로 하는 직하형 백라이트 어셈블리의 확산판.
  9. 제8항에 있어서, 상기 확산판은
    상기 확산판의 전면에 램프가 있는 중앙 위치에서의 밀도는 높고, 램프로부터 이웃하는 램프와의 경계위치로 갈 수록 밀도가 낮아지도록 마이크로 렌즈 패턴이 형성된 것을 특징으로 하는 직하형 백라이트 어셈블리의 확산판.
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