KR101304025B1 - 극한 환경 애플리케이션을 위한 비-내구적 ｃｏｔｓ디스플레이 패키지 - Google Patents

극한 환경 애플리케이션을 위한 비-내구적 ｃｏｔｓ디스플레이 패키지 Download PDF

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노쓰롭 그루만 가이던스 앤드 일렉트로닉스 컴퍼니, 아이엔씨.
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Abstract

모듈형 디스플레이 어셈블리는 광 방출/전송 디스플레이 및 유리 패널을 포함한다. 여기서, 상기 디스플레이와 유리 패널은 프레임 어셈블리에 의해 서로 분리되거나, 접촉 상태를 유지하며, 그리고 상기 디스플레이는 하나 이상의 탄성 절연체에 의해 상기 프레임 어셈블리에 연결된다.

Description

극한 환경 애플리케이션을 위한 비-내구적 ＣＯＴＳ 디스플레이 패키지{Non-ruggedized COTS Display Packaging for Severe Environment Applications}
본 발명은 군용 또는 다른 열악한 환경을 위한 어셈블리에 채택 및 포함되는 평판 COTS(commercial-off-the-shelf) 디스플레이 기술에 관한 것이며, 또한 이러한 어셈블리에 삽입되는 장치 및 이러한 어셈블리를 형성하고 사용하는 방법에 관한 것이다.
평판 디스플레이 분야에서 사용되는, "내구적인(ruggedized)" 이란 용어는 일반적으로 전면 유리, 확산기(diffuser), 편광기, 가열 유리 및 다른 막들로 이루어지며, 평판 디스플레이에 함께 결합되는 복합 막을 의미한다. 에폭시, 접착제, 광학 컴포넌트 및 다른 접착 물질로 구성된 다중 막은 막들을 부착하는 데 사용된다. "내구적인" 평판 디스플레이는 바람직하지 않게 두껍고, 무거우며 비싸다. 또한, 특별한 프로세스 제어 및 생산성 문제가 수율을 낮추고 생산 일정이 길어지도록 한다. 뿐만 아니라, "내구적인" 평판 디스플레이는 종종 사용자 요구를 만족시키지 못한다. 왜냐하면, 복잡하게 쌓이고, 접착되며, 레이어드된 어프로치에 기인한 설계 문제 때문이다. 그리하여, 더 가볍고, 얇으며, 간단하고, 저렴하며, 신뢰성 있는 디스플레이 어셈블리를 생산하기 위한 수단을 제공하는 새로운 패키지 기 술 및 장치가 필요하다. 본 명세서에는 이러한 새로운 패키지 기술과 장치 및 설계 방법이 포함된다.
모듈형 디스플레이 어셈블리는 광 발생 및 전송 디스플레이와 유리 패널을 포함한다. 여기서 디스플레이 및 유리 패널은 프레임 어셈블리에 의해 서로 분리되거나 접촉 상태를 유지한다. 상기 디스플레이는 하나 이상의 탄성 절연물에 의해 프레임 어셈블리에 연결된다.
도 1은 본 발명에 따라 디스플레이 어셈블리를 나타내는 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 디스플레이 어셈블리의 측면 단면도이다.
도 3은 도 1에 도시된 세 개의 디스플레이 어셈블리를 포함하는 일반적인 항공기 조종석 애플리케이션이다.
이하의 설명은 발명이 속하는 분야의 기술자가 본 발명을 이용할 수 있도록 하기 위한 것이며, 구체적인 응용 예 및 필수 구성요소들을 포함한다. 첨부된 실시예들에 대해 다양한 변경을 할 수 있음은 당업자에게 자명하며, 여기에 정의된 일반적인 개념들이 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않는 한 다른 실시예들 및 응용 예들에 적용될 수 있다. 따라서, 본 발명은 이하의 실시예들에 한정되는 것이 아니며, 이하에 포함된 개념 및 특징들을 포함하는 넓은 범위 포함한다.
도 1 및 2를 참조하면, 디스플레이 어셈블리(100)는 디스플레이 패널(1), 확 산(diffuser) 및 백라이트 어셈블리(3)(이는, 광 전송 디스플레이 기술이 사용되는 경우에만 필요하다), 플레이트/섀시(5), 프레임/사면(7), 복수의 탄성 절연체(15), 유리 패널/커버(9), 회로 보드 커버(11, 13), 회로 보드(17, 19) 및 외부 인터페이스 연결기(23)를 포함한다. 칸막이(21)는 디스플레이 사용장치의 탑재 표면이다. 이는, 일반적으로 컴퓨터 오퍼레이터, 조종사, 부조종사나 배/보트/항공기/운송수단 오퍼레이터의 앞에 통상적으로 배치되는 배, 운송수단 이나 다른 탑재물의 오퍼레이터 패널이다.
디스플레이 패널(1)은 어떤 유형의 광 방출 디스플레이나 광 전송 디스플레이를 포함한다. 여기에 개시된 디스플레이 장치는 상용의 기성품 디스플레이 패널을 사용하여 형성되는 경우를 고려한다. 이러한 디스플레이 패널은, 액정 디스플레이(LCD), 발광 다이오드 디스플레이(LED), 유기 LED(OLED), 및 다른 평면 디스플레이 기술을 포함하는, 현재 이용되고 있으며 앞으로 언제라도 이용될 수 있는 다양한 기술에 따른 디스플레이 패널이다. 또한, 여기에 개시된 방법 및 장치는 평판 형태 및/또는 패널 디스플레이 기술을 이용하는 데 특히 적합하다.
선택된 디스플레이 기술이 디퓨저 및 백라이트 어셈블리(3)에 의한 것과 같은 조명을 사용하는 경우에, 이러한 조명은 선택된 디스플레이 기술에 사용되기에 적합한 모든 종류의 조명을 포함할 수 있다. LCD와 같은 광 전송 디스플레이 기술을 사용하는 경우에, 디퓨저 및 백라이트 어셈블리(3)는 상용 기성품인 백라이트, 전구, LED 및/또는 다른 광원을 사용하는 것이 바람직하며 상용 기성품인 시트 물질을 사용하는 것이 바람직하다.
선택된 디스플레이 기술이 디퓨저 및 백라이트 어셈블리(3)에 의한 것과 같은 조명을 사용하는 경우에, 디스플레이 패널(1)은 디퓨저 및 백라이트 어셈블리(3)에 서브 프레임(도시되지 않음)에 의해 느슨하게 연결되는 것이 바람직하다. 따라서, 디스플레이 패널은 디퓨저 및 백라이트 어셈블리(3)에 인접하게 배치된다. 디스플레이 패널(1)을 연결하는 서브 프레임은 디스플레이 패널(1)에 제공되는 유일한 지지체이다. 이러한 서브 프레임이 디스플레이 패널을 지지한다기보다는 어셈블리(3)나 플레이트/섀시(5)에 가까이 배치됨으로 인해, 어셈블리(3)나 플레이트/섀시(5)가 디스플레이 패널을 지지한다.
플레이트/섀시(5)는 전기적 및 열적인 전도체인 것이 바람직하며, 따라서 이는 디스플레이 패널(1) 주위로 패러데이 상자의 일부를 형성한다. 또한, 열을 디스플레 패널(1) 및/또는 백라이트 어셈블리(3)로부터/로 전달할 수 있다.
디스플레이 패널(1)과, 필요한 경우에는, 백라이트 어셈블리(3)(광 전송 디스플레이 기술에 필요한 때에만), 그리고 서브 프레임과 또는 디스플레이 패널(1)을 백라이트 어셈블리(3)에 연결하는 다른 구성 요소가 디스플레이 서브어셈블리의 이부를 구성한다. 광 방출 디스플레이 기술에 대하여, 디스플레이 어셈블리는 단지 디스플레이 패널(1)이다. 디스플레이 어셈블리는 하나 이상의 탄성 절연체(15)를 통해 플레이트/섀시(5)에 연결되는 것이 바람직하다. 절연체(15)는 디스플레이 어셈블리를 충격이나 진동으로부터 보호하는 쿠션 역할을 한다. 절연체(15)는 열적 도전체인 것이 바람직하며, 따라서 열을 디스플레이 어셈블리로부터 전달한다. 절연체(15)는 도시된 바와 같이 스트립 형태로 적용된다. 그러나, 다른 패턴이 사용 될 수도 있다. 일부 예에서, 하나의 절연체(15)가 사용될 수 있다. 절연체(15)는 바람직하게는 접착제 복합물, 테이프, 또는 충격 및 진동을 흡수하기에 충분할 만큼 부드러운 다른 형태의 폴리머를 포함한다. 또한, 열을 전달하는 열 전도체 복합물로 채워진다.
프레임(7)은 어떤 물질이나 물질의 조합으로 구성되며, 단일한 조각이나 조각의 집합일 수 있다. 바람직한 실시예에서, 프레임은 구조, 열 전도, 전기 컨티뉴어티, 및 연성을 제공하는 강화 플라스틱이나 충전 플라스틱, 또는 메탈 프레임이며, 전체 주변 범위에 걸쳐 프레임/유리 어셈블리 결합으로 유리 커버(9)에 단단히 부착된다. 유리 커버(9)와 디스플레이 패널(1) 사이의 공기 갭을 유지하기 위하여 또는 유리 커버(9)와 디스플레이 패널(1)이 접촉되도록 크기가 정해진다. 유리 커버(9)는 프레임(7) 몸체 내의 정합 경사 에지(mating beveled edges), 연성 본드 물질(flexible bonding material), 앵글 클램프(angle clamps) 또는 결합 홈(captivating grooves)을 통해 프레임(7)에 연결되는 것이 바람직하다.
여기에 개시된 구조 때문에, 어셈블리(100)가 열악한 환경 조건을 견딜 수 있다. 이러한 환경 조건은 MIL-STD-810 당 -55C에서 100C의 지속적인 동작 및 저장 온도, MIL-STD-810 당 40g's 에 이르는 3-축 충격 및 진동, MIL-STD-810 당 전형적인 승선 환경의 습도 및 소금기 있는 안개, MIL-STD-810 당 사막 환경에 의한 모래 및 먼지, IL-STD-810 당 60,000에 이르는 고도, 클라이밋(climate)를 생성하는 진균류를 포함한다. 또한, 어셈블리(100)는 긴급히 발생하는 IL-STD-461, IL-STD-462 당 EMI/EMC 및 폭풍우 조건을 만족할 수 있다. 이러한 조건 모두는 관심 대상 애플리케이션에 대해 일반적이다.
바람직한 실시예에서, 함께 출원된 특허 출원(이의 제목은 "Optical Compensation of Cover Glass-Air Gap-Display Stack for High Ambient Lighting"이며, 이 명세서에 참조문헌으로 첨부됨)에 개시된 바와 같이, 유리 커버(9)는 반사 방지 막, ITO(indium tin oxide) 막, 인덱스 매칭 막, 그리고 이외의 막들을 포함하는 다중 막으로 구성된다.
커버(11, 13)는 회로 보드(17, 19)를 수용 및 보호하는데 적용된다. 연결기(23)는 이에 의해 전기 신호가 회로 보드(17, 19), 백라이트 어셈블리(3) 및 디스플레이 패널(1)로/로부터 전달되도록 하는 수단을 제공하며, 동시에 전체적으로 전도 및 복사되는 전자기파 쉴드(shield)를 유지한다.
항공기, 운송수단, 배 또는 다른 탑재물에서, 어셈블리(100)가 프레임(7) 및 플레이트/섀시(5)를 통해 사용자 간막이(21)에 장착된다. 도 3에 도시된 바와 같이 어셈블리(100)는 항공기, 운송수단, 배 또는 다른 탑재물에 사용되는 복수의 디스플레이 어셈블리 중 하나일 수 있다. 여기에 개시된 디스플레이 장치는, 열악한 환경 조건을 견딜만한 신뢰성을 가진 평판 COTS 디스플레이 기술을 사용하는 것이 바람직하다. 이러한 조건은 동작 온도, 저장 온도, 온도 충격, 습도, 충격, 진동, 모래, 먼지, 소금기 있는 안개, 전자기파 간섭, 폭풍우, 동작 압력, 압력 변화, 곰팡이 성장 및 TEMPEST 등에 관한 것이다.
상술한 바와 같이, 여기에 개시된 디스플레이 장치는 COTS(commercial off the shelf, 상용 기성품) 디스플레이 패널을 사용하여 형성될 수 있다. 그리하여, 여기에 개시된 디스플레이 장치를 형성하는 방법은: COTS 평판형 및/또는 패널 디 스플레이를 획득하는 단계와; 디스플레이를 서브 프레임 내에 배치하고, 광 전송 기술을 위해 디스플레이를 디퓨저 및 백라이트 어셈블리에 연결하도록 프레임을 사용하는 단계와; 하나 이상의 탄성 절연체를 통해, 프레임에 연결된 디스플레이를 플레이트/섀시에 연결하는 단계와; 프레임에 연결된 디스플레이를, 금속 후방 플레이트/섀시와 도전체로 피복된 커버 클라스와 도전체로 피복되거나 금속으로 이루어진 베젤로 구성되는 외부 하우징으로 완전히 둘러싸는 단계와; 그리고 제어 회로를 플레이트/섀시에 연결하고 이를 도전체로 피복되거나 금속으로 이루어진 하나 이상의 커버를 통해 둘러싸는 단계를 포함한다. 후방 플레이트/섀시를 항공기, 배, 운송수단이나 다른 탑재물 내의 칸막이나 패널에 연결함으로써, 이러한 디스플레이 장치가 특정 애플리케이션 내에 삽입된다.
선택적으로, 여기 개시된 디스플레이 장치는 평판 형태 및/또는 패널 디스플레이와 이 출원에 설명된 컴포넌트 및 서브 어셈블리(subassemblies)의 조합으로 형성될 수 있다.
여기 개시된 디스플레이 장치의 탑재는 선반, 패널, 받침대, 칸막이, 또는 극한 환경 애플리케이션에서 디스플레이를 받치는데 사용되는 다른 구조를 포함할 수 있다.
특정 애플리케이션에 한정되는 것은 아니지만, 여기에 개시된 디스플레이 장치는 특히 군용이나 다른 극한 상황의 실내 및 실외 환경에 특히 적합하다. 이러한 극한 환경에서, 상용 기성품 평판형 및/또는 패널 디스플레이 기술은 더 엄격한 애플리케이션 요구를 완전히 충족시키지 못하거나, 정확히 동작하지 않거나,(그리고) 견뎌내지 못할 것이다.
여기에 개시된 본 발명의 일 실시예는 여러 개의 새로운 특징을 포함한다. 각 실시예는 이러한 특성 중 하나 또는 이러한 특성의 조합을 포함할 수 있다. 다른 실시예들은 여기에 명확히 기술되지 않은 하나 이상의 신규 특징들의 모든 조합을 포함할 수 있다. 이러한 조합은 상술한 실시예로부터 인식할 수 있는 것이다. 다양한 실시예의 관점에서, 본 발명의 실시예는 이러한 특성의 몇몇 예를 제공하는 다음 단락에서와 같이 다양한 방법으로 특성화될 수 있다.
일부 예에서, 본 발명의 실시예는 광 방출 또는 전송 디스플레이 어셈블리 및 유리 패널 포함하는 모듈형 디스플레이 어셈블리로 특성화된다. 여기서, 디스플레이 어셈블리는 광 방출 디스플레이나, 전송 디스플레이 및 백라이트의 조합을 포함한다. 디스플레이 어셈블리 및 유리 패널은 프레임 어셈블리에 의해 서로 분리되거나 접촉된 상태를 유지한다. 디스플레이 어셈블리는 하나 이상의 탄성 절연체에 의해 프레임 어셈블리에 연결된다. 일부 예에서, 이러한 실시예는 탄성 절연체를 가지는 것으로 특성화된다. 탄성 절연체는 이는 디스플레이로부터 발생한 열을 프레임 어셈블리 전달하기에 충분한 열 전도성과 두께 및 프레임 어셈블리에 접하는 단면적을 가진다. 따라서, 디스플레이가 노말 동작 동안에 동작 온도 제한 내에 머무른다. 일부 예시에서, 이러한 실시예는 다음 중 하나 이상의 조건 만족하도록 특성화된다. 즉, (a) 디스플레이는 상용 기성품인 평판 형태/및 또는 패널 디스플레이이다. (b)정합 경사 에지, 연성 접착 물질, 앵글 클램프나 결합 홈을 통해 유리 패널 및 프레임이 함께 연결된다 (c) 프레임 어셈블리는 플레이트/섀시 및 프레임을 포함하고, 디스플레이는 플레이트를 통해 프레임에 연결되며, 그리고 프레임은 유리 패널에 연결된다. (d) 플레이트, 프레임 및 유리 패널은 모두 전도체이며 디스플레이 주위로 패러데이 상자를 형성한다. (e) 디스플레이는 프레임에 의해 유리 패널에 대하여 배치된다. (f) 디스플레이 서브 어셈블리는 하나 이상의 플라스틱 절연체를 통해 플레이트에 부착된다. (g) 디스플레이 서브 어셈블리는 하나 이상의 플라스틱 절연체를 통해 프레임에 부착된다. (h) 디스플레이를 위한 제어 회로를 포함하는 하나 이상의 회로 보드가 디스플레이 서브 어셈블리를 마주보는 면 상에 위치한 플레이트/섀시에 연결된다. (i) 어셈블리는 1인치 두께를 가진다. (j) 어셈블리는 큐빅 인치 당 0.02lbs의 패키징 밀도를 가진다. (k) 어셈블리는 MIL-STD-810 당 -55C에서 100C에 이르는 지속적인 동작 및 저장 온도와, MIL-STD-810 당 40g's 에 이르는 3-축 충격 및 진동을 견뎌낼 수 있다.
일부 실시예에서, 본 발명의 실시예는 광 방출/전송 디스플레이 서브 어셈블리와 유리 패널을 포함하는 모듈형 디스플레이 어셈블리로 특성화될 수 있다. 또한, COTS 평판형 및/또는 패널 디스플레를 획득하고; 디스플레이를 서브 프레임 내에 배치하고, 광 전송 기술을 위해 디스플레이를 디퓨저 및 백라이트 어셈블리에 연결하도록 서브 프레임을 사용하며; 하나 이상의 탄성 절연체를 통해, 프레임에 연결된 디스플레이를 플레이트/섀시에 연결하고; 프레임에 연결된 디스플레이를, 금속 후방 플레이트/섀시와 도전체로 피복된 커버 클라스와 도전체로 피복되거나 금속으로 이루어진 프레임/베젤로 구성되는 도전형 외부 하우징으로 완전히 둘러싸며; 그리고 제어 회로를 플레이트/섀시에 연결하고 이를 도전체로 피복되거나 금속으로 이루어진 하나 이상의 커버를 통해 둘러싸는 방법에 의해 디스플레이 어셈블리가 형성된다. 일부 실시예에서, 디스플레이 어셈블리는 MIL-STD-810 당 -55C에서 100C에 이르는 지속적인 동작 및 저장 온도와, MIL-STD-810 당 40g's 에 이르는 3-축 충격 및 진동을 견뎌낼 수 있다.
일부 예에서, 본 발명의 실시예는 광 방출/전송 디스플레이 서브 어셈블리와 유리 패널을 포함하는 모듈형 디스플레이 장치를 형성하는 방법으로 특성화될 수 있다. 이 방법은: COTS 평판형 및/또는 패널 디스플레이를 획득하는 단계와; 디스플레이를 서브 프레임 내에 배치하고, 광 전송 기술을 위해 디스플레이를 디퓨저 및 백라이트 어셈블리에 연결하도록 서브 프레임을 사용하는 단계와; 하나 이상의 탄성 절연체를 통해, 프레임에 연결된 디스플레이를 플레이트/섀시에 연결하는 단계와; 프레임에 연결된 디스플레이를, 금속 후방 플레이트/섀시와 도전체로 피복된 커버 클라스와 도전체로 피복되거나 금속으로 이루어진 프레임/베젤로 구성되는 도전형 외부 하우징으로 완전히 둘러싸는 단계와; 그리고 제어 회로를 플레이트/섀시에 연결하고 이를 도전체로 피복되거나 금속으로 이루어진 하나 이상의 커버를 통해 둘러싸는 단계를 포함한다. 일부 실시예에서, 이러한 방법은 다음 중 하나 이상의 조건을 만족하는 것으로 특징지을 수 있다. 프레임과 연결된 디스플레이는 하나 이상의 탄성 절연체를 통해 플레이트/섀시에 부착되며, 여기서 탄성 절연체는 하나 이상의 절연체가 디스플레이에 의해 발생된 열을 후방 플레이트/섀시로 전달하기에 충분한 열 전도성, 두께, 및 프레임 연결된 디스플레이 장치와 접촉하는 단면적을 가지도록 선택 및 배열된다. 디스플레이는 운송 수단 내에 탑재된다. 디스플레이 는, 운송 수단에 연결되는 경우에, MIL-STD-810 당 -55C에서 100C에 이르는 연속 동작 및 저장 온도와, MIL-STD-810 당 40g's 에 이르는 3-축 충격 및 진동을 견뎌낼 수 있다.
여기에 개시된 방법 및 장치는 이 명세서에 참조문헌으로 포함되며, 함께 출원중인 특허(제목: "Optical Compensation of Cover Glass-Air Gap-Display Stack for High Ambient Lighting")의 방법 및 장치와 조합하여 사용하기에 적합하다. 이 특허는 본 발명과 동일한 발명자에 의한 것이며 거의 동일한 날에 출원되었다.
상술한 본 발명의 실시예들은 단지 예시와 설명을 위한 것일 뿐이며, 본 발명을 설명된 형태로 한정하려는 것이 아니다. 따라서, 다양한 변화 및 변경을 할 수 있음은 본 발명이 속하는 분야의 당업자에게 자명하다. 또한, 이 명세서의 상세한 설명이 본 발명의 범위를 제한하는 것은 아니다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항에 의해서 정의된다.

Claims (19)

  1. 전기적 및 열적인 전도체재로 만들어진 플레이트(5);
    상기 플레이트 주변에서 플레이트에 단단히 부착되며 열과 전기 전도도를 제공하는 재료로 만들지는 프레임(7);
    상기 프레임(7)에 단단히 부착되어 폐쇄 공동을 형성하는 유리 패널(9); 그리고
    열 전도도를 가지며, 디스플레이 서브 어셈블리(1, 3)를 상기 플레이트(5)에 고정시키는 탄성 절연체(15)를 포함함을 특징으로 하는 광 방출/전송 디스플레이 서브 어셈블리를 폐쇄하기 위한 모듈형 디스플레이 어셈블리.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 탄성 절연체(15)가, 상기 디스플레이 서브 어셈블리에 의해 발생된 열을 상기 플레이트(5)에 전달시키어, 상기 디스플레이 서브 어셈블리가 동작 온도 제한 내에 있도록 하기 위한 열 전도성, 두께, 및 상기 프레임(7)과 플레이트(5)와 접촉하는 단면적을 갖는 것을 특징으로 하는 모듈형 디스플레이 어셈블리.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 디스플레이 서브 어셈블리가 상용 기성품(COTS)임을 특징으로 하는 모듈형 디스플레이 어셈블리.
  4. 제 3항에 있어서,
    유리 패널(9)과 프레임(7)이 정합 경사 에지(mating beveled edges), 연성 접착 물질(flexible bonding material), 앵글 클램프(angle clamps) 또는 결합 홈(captivating grooves)을 통해 연결됨을 특징으로 하는 모듈형 디스플레이 어셈블리.
  5. 삭제
  6. 제 4항에 있어서,
    상기 플레이트(5), 프레임(7) 및 유리 패널(9) 모두가 전기 전도성이 있으며, 상기 디스플레이 서브 어셈블리 주위에서 패러데이 상자(Faraday cage)를 형성함을 특징으로 하는 모듈형 디스플레이 어셈블리.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 디스플레이 서브 어셈블리가 상기 프레임(7)내 유리 패널(9)과 관련하여 위치함을 특징으로 하는 모듈형 디스플레이 어셈블리.
  8. 삭제
  9. 제6항에 있어서,
    상기 디스플레이 서브 어셈블리가 상기 탄성 절연체(15)에 의해 플레이트(5)에 고정됨을 특징으로 하는 모듈형 디스플레이 어셈블리.
  10. 제 6항에 있어서,
    상기 디스플레이 서브 어셈블리가 부착되는 면 반대편 면상에 상기 모듈형 디스플레이 어셈플리를 위한 제어 회로를 포함하는 하나 이상의 회로 보드(17, 19)가 플레이트(5)에 결합됨을 특징으로 하는 모듈형 디스플레이 어셈블리.
  11. 삭제
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