KR101976582B1 - 혐수성 액정 필름, 그 제조 방법, 이를 포함하는 액정패널 및 디스플레이 기기 - Google Patents

혐수성 액정 필름, 그 제조 방법, 이를 포함하는 액정패널 및 디스플레이 기기 Download PDF

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Abstract

물 및 친수성 고분자를 사용하지 않음으로써 흡습성이 배제된 혐수성 액정 필름, 그 제조 방법, 이를 포함하는 액정패널 및 디스플레이 기기가 개시된다. 상기 혐수성 액정 필름은 베이스 기재; 상기 베이스 기재상에 위치하는 실리콘계 화합물층; 상기 실리콘계 화합물층의 내부에 분산되는 액정; 및 상기 액정의 표면에 형성되며, 하기 화학식 1로 표시되는 계면활성제를 포함한다.
[화학식 1]
Figure 112015114674092-pat00017

상기 화학식 1에서, R1은
Figure 112015114674092-pat00018
또는
Figure 112015114674092-pat00019
이고, R2, R3 및 R4는 각각 수소 원자, 히드록시기, 페닐기, 탄소수 1 내지 10의 알킬기, 알킬 에테르 또는 알킬 에스터이고, X는 염소, 불소 또는 시안기이고, m은 1 내지 10의 정수이며, n은 1 내지 100의 정수이다.

Description

혐수성 액정 필름, 그 제조 방법, 이를 포함하는 액정패널 및 디스플레이 기기{A HYDROPHOBIC NANO LIQUID CRYSTAL FILM, METHOD FOR PREPARING THE SAME, LIQUID CRYSTAL PANEL AND DISPLAY DEVICES INCLUDING THE SAME}
본 발명은 혐수성 액정 필름, 그 제조 방법, 이를 포함하는 액정패널 및 디스플레이 기기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 물 및 친수성 고분자를 사용하지 않음으로써 흡습성이 배제된 혐수성 액정 필름, 그 제조 방법, 이를 포함하는 액정패널 및 디스플레이 기기에 관한 것이다.
최근 들어 캡슐화 된 액정 디스플레이(liquid crystal display; LCD)에 대한 업계의 관심은 점차 커지고 있으나, 해결되어야만 하는 문제점 또한 적지 않다. 즉, 이와 같은 액정 캡슐을 형성하기 위해서는, 첫 번째 단계로서 수계(水系) 분산(또는, 수분산) 방식을 이용하여 코팅 용액을 제조하여야 하지만, 수분산 코팅 시스템은 흡습성이 있기 때문에, 액정 디스플레이(LCD)에 대한 신뢰성이 높지 않은 점은 물론, 적절한 구동 전압을 확보하기가 용이하지 않은 단점 등이 존재한다. 따라서, 상기 문제점들을 해결하기 위한 개선책, 예를 들어, 물(water)이나 친수성 고분자를 사용하지 않고 액정 캡슐을 형성시켜 액정 필름을 제조함으로써, 액정 디스플레이에 대한 신뢰도를 향상시킬 수 있는 방법이 절실히 요구된다.
대한민국 등록특허 1506328호 대한민국 공개특허 2015-0039529호 대한민국 공개특허 2011-0037713호
본 발명의 목적은, 물 및 친수성 고분자를 사용하지 않는 액정 캡슐을 형성함으로써, 이를 이용하여 흡습성이 낮은 혐수성 액정 필름, 그 제조 방법, 이를 포함하는 액정패널 및 디스플레이 기기를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, 베이스 기재; 상기 베이스 기재상에 위치하는 실리콘계 화합물층; 상기 실리콘계 화합물층의 내부에 분산되는 액정; 및 상기 액정의 표면에 형성되며, 하기 화학식 1로 표시되는 계면활성제를 포함하는 혐수성 액정 필름을 제공한다.
[화학식 1]
Figure 112015114674092-pat00001
상기 화학식 1에서, R1은
Figure 112015114674092-pat00002
또는
Figure 112015114674092-pat00003
이고, R2, R3 및 R4는 각각 수소 원자, 히드록시기, 페닐기, 탄소수 1 내지 10의 알킬기, 알킬 에테르 또는 알킬 에스터이고, X는 염소, 불소 또는 시안기이고, m은 1 내지 10의 정수이며, n은 1 내지 100의 정수이다.
또한, 본 발명은, 실리콘계 화합물, 액정 및 하기 화학식 1로 표시되는 계면활성제를 포함하는 코팅액 조성물을 베이스 기재상에 도포하는 단계; 및 상기 코팅액 조성물이 도포된 베이스 기재를 소성 경화하는 단계를 포함하는 혐수성 액정 필름의 제조 방법을 제공한다.
[화학식 1]
Figure 112015114674092-pat00004
상기 화학식 1에서, R1은
Figure 112015114674092-pat00005
또는
Figure 112015114674092-pat00006
이고, R2, R3 및 R4는 각각 수소 원자, 히드록시기, 페닐기, 탄소수 1 내지 10의 알킬기, 알킬 에테르 또는 알킬 에스터이고, X는 염소, 불소 또는 시안기이고, m은 1 내지 10의 정수이며, n은 1 내지 100의 정수이다.
본 발명에 따른 혐수성 액정 필름, 그 제조 방법, 이를 포함하는 액정패널 및 디스플레이 기기에 의하면, 물 및 친수성 고분자를 사용하지 않는 액정 캡슐 및 바인더를 이용함으로써, 액정의 앵커링 에너지를 낮추고, 또한, 친수성 성분들이 완전히 배제되어 흡습성을 낮출 수 있으며, 이로 인해, 적절한 구동 전압을 확보하는 등, 액정 디스플레이에 대한 신뢰도를 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 혐수성 액정 필름을 보여주는 도면.
이하, 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 혐수성 액정 필름을 보여주는 도면이다. 본 발명에 따른 혐수성 액정 필름은, 물이나 친수성 고분자가 포함되지 않아 흡습성이 낮은 것으로서, 실리콘계 화합물, 액정(Liquid crystal, 液晶) 및 하기 화학식 1로 표시되는 계면활성제를 포함하는 코팅액 조성물이 사용될 수 있으며, 도 1에 도시된 바와 같이, 베이스 기재(도시되지 않음), 상기 베이스 기재상에 위치하는 실리콘계 화합물층(10), 상기 실리콘계 화합물층(10)의 내부에 분산되는 액정(20) 및 상기 액정(20)의 표면에 형성되며, 하기 화학식 1로 표시되는 계면활성제(30)를 포함한다.
[화학식 1]
Figure 112015114674092-pat00007
상기 화학식 1에서, R1은
Figure 112015114674092-pat00008
또는
Figure 112015114674092-pat00009
이고, R2, R3 및 R4는 각각 수소 원자(H), 히드록시기(-OH), 페닐기, 탄소수 1 내지 10의 알킬기, 알킬 에테르 또는 알킬 에스터이고, X는 염소(-Cl), 불소(-F) 또는 시안기(cyan group, -CN)이고, m은 1 내지 10의 정수이며, n은 1 내지 100의 정수이다. 또한, 상기 화학식 1에서 R2, R3 및 R4는 바람직하게는 메틸기(CH3)일 수 있다.
상기 액정의 함량은, 상기 실리콘계 화합물층을 구성하는 실리콘계 화합물 100 중량부에 대하여 10 내지 250 중량부, 바람직하게는 40 내지 150 중량부이며, 상기 계면활성제의 함량은, 상기 실리콘계 화합물층을 구성하는 실리콘계 화합물 100 중량부에 대하여 0.1 내지 20 중량부, 바람직하게는 1 내지 10 중량부이다.
상기 액정의 함량이 상기 실리콘계 화합물 100 중량부에 대하여 10 내지 250 중량부를 벗어나게 되면, 광특성이 불충분하거나 역학적으로 불안정한 필름을 형성할 우려가 있고, 상기 계면활성제의 함량이 상기 실리콘계 화합물 100 중량부에 대하여 0.1 내지 20 중량부를 벗어나게 되면, 계면활성제의 공급 효과가 미미하거나 없을 수 있고, 또한, 필름 형성 시 계면활성제가 상 분리되어 빛샘 현상이 발생할 우려가 있다.
한편, 상기 코팅액 조성물의 실리콘계 화합물, 액정 및 계면활성제는, 각각 상기 혐수성 액정 필름의 실리콘계 화합물층(10), 액정(20) 및 계면활성제(30)와 동일한 것이다. 또한, 상기 코팅액 조성물에는, 필요에 따라, 터셔리 부틸알콜, 헥산, 톨루엔 및 아세톤 등의 소수성 용매를, 코팅액의 점도 조정 등 코팅 방법에 따라 더욱 포함시킬 수 있는 것으로서, 상기 소수성 용매가 상기 코팅액 조성물에 포함될 경우의 함량은, 상기 실리콘계 화합물 100 중량부에 대하여 1 내지 250 중량부, 바람직하게는 50 내지 150 중량부일 수 있다.
상기 베이스 기재는 상기 실리콘계 화합물층(10), 액정(20) 및 계면활성제(30)를 포함하는 층을 지지하기 위한 것으로서, 유리 기판 또는 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리카보네이트, 트리아세틸 셀룰로오스, 폴리아크릴레이트, 폴리에틸렌, 노보르넨 유도체 등의 사이클로 올레핀 폴리머 등과 같은 플라스틱 기판 등으로 이루어질 수 있다.
상기 실리콘계 화합물층(10)은 실리콘(Si)을 포함하는 화합물로 이루어지는 층으로서, 상기 실리콘계 화합물층(10) 또는 실리콘계 화합물은, 큐어링(curing, 경화)이 가능한 것이라면 특별한 제한은 없으나, 바람직하게는 폴리디메틸실록산(polydimethylsiloxane; PDMS)이나 폴리페닐메틸실록산(polyphenylmethylsiloxane; PPMS)을 포함하는(기반으로 하는) 비닐(vinyl), 하이드라이드(hydride), 히드록사이드(hydroxide), 아민(amine), 에폭시(epoxy), 메타크릴레이트(methacrylate), 아크릴레이트(acrylate) 등의 가교 가능한(crosslinkable) 실리콘 계열의 고분자, 예를 들어, 러버(rubber), 젤(gel) 및 경화가 되지 않은 오일(oil)을 단일 또는 혼합한 것으로서, 실리콘 가교제 및 촉매와 함게 사용할 수 있다.
즉, 상기 실리콘계 화합물은 가교가 가능해야 하는 것으로서, 이때, 가교의 형태는 상기 실리콘계 화합물의 조성에 따라 다양하게 존재할 수 있다. 예를 들어, 실리콘계 화합물이 비닐말단 폴리디메틸실록산(Vinyl terminated polydimethylsiloxanes)과 하이드라이드말단 폴리디메틸실록산(Hydride terminated polydimethylsiloxanes)을 함유하는 조성이라면, 백금(platinum) 등의 촉매에 의해 비닐말단과 하이드라이드 사이에서 가교 반응이 진행되어, 가교가 이루어진다.
또한, 상기 실리콘계 화합물층(10) 또는 실리콘계 화합물은, 약 1010 ohm*cm를 초과하는 높은 저항률(resistivity), 약 0.03 % 이하의 낮은 흡습성 등의 물성을 가지고 있어, 바인더(binder)로서의 역할 또한 우수하게 수행할 수 있으며, 이는 높은 voltage holding ratio, 고온 고습 신뢰성 등의 우수한 전기적 특성을 발휘할 수 있음을 의미한다. 또한, 상기 필름 상 액정 액적의 크기는, 직경 30 나노미터(nm) 내지 200 마이크로미터(㎛)이다.
한편, 상기 혐수성 액정 필름에 사용되는 계면활성제(surfactant, 30)로는, 상기 화학식 1로 표시되는 계면활성제 이외에, 통상적인 실리콘 계열의 계면 활성제가 사용될 수도 있으나, 공정 중의 액정 응집(aggregation) 현상을 방지하기 위하여, 상기 화학식 1로 표시되는 계면활성제를 사용하는 것이 바람직하다. 즉, 상기 화학식 1로 표시되는 계면활성제는 한 쪽은 액정 친화적이고, 다른 한 쪽(즉, 상기 화학식 1의 R2, R3 및 R4가 함께 위치하는 쪽)은 실리콘계 화합물에 친화적이므로, 상기 실리콘계 화합물층(10) 내에서 상기 액정(20)의 표면에 도입 또는 형성되며, 따라서, 상기 액정의 표면에 형성된 계면활성제에 의해 상기와 같이 액정(20)의 응집이 방지되는 것이다. 뿐만 아니라, 상기 화학식 1로 표시되는 계면활성제에 있어서, 실리콘계 화합물에 친화적인 부분(즉, 상기 화학식 1의 R2, R3 및 R4)의 일부에 수소(H)나 비닐기 등을 도입함으로써, 상기 실리콘계 화합물층(10)과의 반응성을 우수하게 할 수 있다.
지금까지 설명한 혐수성 액정 필름은, 다양한 액정표시장치에 적용 또는 포함될 수 있으며, 예를 들어, 액정패널(liquid crystal panel), 더 나아가서는 플렉서블 디스플레이 기기(flexible display device)를 포함하는 수많은 디스플레이 기기에 본 발명에 따른 혐수성 액정 필름을 적용하는 것이 가능하다.
다음으로, 본 발명에 따른 혐수성 액정 필름의 제조 방법을 설명한다. 상기 혐수성 액정 필름의 제조 방법은, 물이나 친수성 고분자가 포함되지 않아 흡습성이 낮은 것으로서, 실리콘계 화합물, 액정 및 상기 화학식 1로 표시되는 계면활성제를 포함하는 코팅액 조성물을 베이스 기재상에 도포(코팅)하는 단계 및 상기 코팅액 조성물이 도포된 베이스 기재를 소성 경화하는 단계를 포함한다.
여기서, 상기 액정의 함량은, 상기 실리콘계 화합물 100 중량부에 대하여 10 내지 250 중량부, 바람직하게는 40 내지 150 중량부이며, 상기 계면활성제의 함량은, 상기 실리콘계 화합물 100 중량부에 대하여 0.1 내지 20 중량부, 바람직하게는 1 내지 10 중량부이다. 또한, 상기 코팅액 조성물에는, 필요에 따라, 터셔리 부틸알콜, 헥산, 톨루엔 및 아세톤 등의 소수성 용매를, 코팅액의 점도 조정 등 코팅 방법에 따라 더욱 포함시킬 수 있다. 한편, 상기 혐수성 액정 필름의 제조 방법에 있어서, 앞서 살펴본 혐수성 액정 필름과 중복되는 구성에 대한 설명은 동일하다.
상기 혐수성 액정 필름의 제조 방법을 보다 상세히 설명하면, 유리 기판이나 플라스틱 기판 등의 베이스 기재를 준비한 후, 상기 베이스 기재의 상부에 상기 코팅액 조성물을 도포한다. 상기 코팅액 조성물의 도포 방법은 특별히 한정되지 않으며, 균일한 두께로 코팅할 수 있는 방법, 예를 들어, 스핀 코팅, 와이어 바 코팅, 그라비어 코팅, 딥 코팅, 스프레이 코팅법 등 통상의 코팅 방법이 사용될 수 있다. 상기 코팅액 조성물을 상기 기재의 상부에 균일하게 도포한 후에는, 필요에 따라 건조 과정이 수행될 수 있으며, 예를 들어, 실온 건조, 건조 오븐을 이용한 건조 및 가열에 의한 건조 방법 등이 사용될 수 있다. 그 다음에는, 소성 경화하여 필름의 제조가 완료되며, 이때 상기 경화 방법은 크게 빛에 의한 경화와 열에 의한 경화로 분류할 수 있다. 열에 의한 경화의 경우, 약 50 내지 160 ℃ 하에서 5 분 내지 5 시간 동안 수행될 수 있으며, 환경 등의 조건에 따라 적절한 경화 방법을 선택하여 사용할 수 있다.
이하 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시하나, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 본 발명의 범주 및 기술사상 범위 내에서 다양한 변경 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변경 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속하는 것도 당연한 것이다.
실시예
코팅액의 제조
실리콘계 화합물(제조사: Dow Corning, 상품명: Sylgard 184 A), 상기 실리콘계 화합물 100 중량부에 대하여 70 중량부의 액정, 하기 화학식 2로 표시되는 것으로서 상기 실리콘계 화합물 100 중량부에 대하여 5 중량부의 계면활성제 및 상기 실리콘계 화합물 100 중량부에 대하여 100 중량부의 소수성 유기용매인 터셔리 부틸 알코올을 포함하는 제1 코팅액을 제조하였다. 또한, 상기 코팅액 1의 실리콘계 화합물인 Sylgard 184 A 대신 Sylgard 184 B를 사용한 것을 제외하고는 조성이 동일한 제2 코팅액을 제조하였다. 한편, 하기 화학식 2에서 n은 4이고, m은 5이다.
[화학식 2]
Figure 112015114674092-pat00010
상기와 같이 제조된 제1 코팅액 및 제2 코팅액을 각각 혼합한 후, 마이크로 플루이다이저를 이용하여 각 코팅액 액정을 액적으로 분산시켰으며, 이 때, 액적의 크기는 제1 및 제2 코팅액 모두 직경 30 내지 200 나노미터였다.
혐수성 액정 필름의 제조
상기 제조된 제1 코팅액과 제2 코팅액을 10 : 1의 중량비로 혼합한 코팅액을, 바 코터를 이용하여 베이스 기재 위에 도포한 후, 30 ~ 50 ℃에서 5 ~ 30 분 동안 건조시키고, 이어서 60 ~ 150 ℃에서 10 분 ~ 2 시간 동안 가교하여 필름을 형성하였다.
비교예
코팅액의 제조
물(water), 물 100 중량부에 대하여 폴리비닐알코올 10 중량부, 액정 8 중량부 및 수분산제(Tween 20) 1 중량부를 혼합한 후, 마이크로 플루이다이저를 이용하여 액정을 액적으로 분산시켰으며, 이 때, 액적의 크기는 직경 30 내지 200 나노미터였다.
액정 필름의 제조
상기 제조된 폴리비닐알코올 코팅액을, 바 코터를 이용하여 베이스 기재 위에 도포한 후, 30 ~ 60 ℃에서 5 ~ 60 분 동안 건조시켜 필름을 형성하였다.
[실시예, 비교예] 액정 필름 평가
실시예 및 비교예에서 제조된 필름을 인플레인 스위칭 (In-plane switching; IPS) 액정 디바이스 (Liquid crystal device; LCD) 테스트 패턴 위에 형성한 후, 각 디바이스를 40 ℃의 온도 및 95 % 상대 습도 상태의 항온항습기 내에 보관하여, 매 24 시간마다 신뢰성을 평가하였다. 실시예의 경우, 디바이스가 240 시간 이상 정상 구동되었으나, 비교예의 경우에는, 24 시간 이내에 필름 내부로 수분이 침투하여 디바이스의 구동이 불가능하였다.

Claims (18)

  1. 베이스 기재;
    저항률이 1010 ohm·cm를 초과하는 실리콘계 화합물을 포함하며, 상기 베이스 기재상에 위치하는 실리콘계 화합물층;
    상기 실리콘계 화합물층의 내부에 분산되는 액정; 및
    상기 액정의 표면에 형성되며, 하기 화학식 1로 표시되는 계면활성제를 포함하는 혐수성 액정 필름:
    [화학식 1]
    Figure 112018129686915-pat00011

    상기 화학식 1에서, R1은
    Figure 112018129686915-pat00012
    또는
    Figure 112018129686915-pat00013
    이고, R2, R3 및 R4는 각각 수소 원자, 히드록시기, 페닐기, 탄소수 1 내지 10의 알킬기, 알킬 에테르 또는 알킬 에스터이고, X는 염소, 불소 또는 시안기이고, m은 1 내지 10의 정수이며, n은 1 내지 100의 정수이다.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 액정의 함량은 상기 실리콘계 화합물층에 포함된 실리콘계 화합물 100 중량부에 대하여 10 내지 250 중량부인 것을 특징으로 하는 혐수성 액정 필름.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 계면활성제의 함량은 상기 실리콘계 화합물층에 포함된 실리콘계 화합물 100 중량부에 대하여 0.1 내지 20 중량부인 것을 특징으로 하는 혐수성 액정 필름.
  4. 삭제
  5. 청구항 1에 있어서, 상기 실리콘계 화합물층은 흡습성이 0.03 % 이하인 것을 특징으로 하는 혐수성 액정 필름.
  6. 청구항 1에 있어서, 상기 실리콘계 화합물층은, 경화가 가능한 실리콘 계열의 러버(rubber), 젤(gel) 및 경화가 되지 않은 오일(oil)로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 단일 또는 혼합한 것을 특징으로 하는 혐수성 액정 필름.
  7. 청구항 1에 있어서, 상기 액정 액적은 직경 30 나노미터 내지 200 마이크로미터의 크기를 가지는 것을 특징으로 하는 혐수성 액정 필름.
  8. 청구항 1에 있어서, 상기 베이스 기재는 유리 기판 및 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리카보네이트, 트리아세틸 셀룰로오스, 폴리아크릴레이트, 폴리에틸렌, 노보르넨 유도체의 사이클로 올레핀 폴리머로 이루어진 군으로부터 선택되는 플라스틱 기판으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 혐수성 액정 필름.
  9. 저항률이 1010 ohm·cm를 초과하는 실리콘계 화합물, 액정 및 하기 화학식 1로 표시되는 계면활성제를 포함하는 코팅액 조성물을 베이스 기재상에 도포하는 단계; 및
    상기 코팅액 조성물이 도포된 베이스 기재를 소성 경화하는 단계를 포함하는 혐수성 액정 필름의 제조 방법:
    [화학식 1]
    Figure 112018129686915-pat00014

    상기 화학식 1에서, R1은
    Figure 112018129686915-pat00015
    또는
    Figure 112018129686915-pat00016
    이고, R2, R3 및 R4는 각각 수소 원자, 히드록시기, 페닐기, 탄소수 1 내지 10의 알킬기, 알킬 에테르 또는 알킬 에스터이고, X는 염소, 불소 또는 시안기이고, m은 1 내지 10의 정수이며, n은 1 내지 100의 정수이다.
  10. 청구항 9에 있어서, 상기 액정의 함량은 상기 실리콘계 화합물 100 중량부에 대하여 10 내지 250 중량부인 것을 특징으로 하는 혐수성 액정 필름의 제조 방법.
  11. 청구항 9에 있어서, 상기 계면활성제의 함량은 상기 실리콘계 화합물 100 중량부에 대하여 0.1 내지 20 중량부인 것을 특징으로 하는 혐수성 액정 필름의 제조 방법.
  12. 삭제
  13. 청구항 9에 있어서, 상기 실리콘계 화합물은 흡습성이 0.03 % 이하인 것을 특징으로 하는 혐수성 액정 필름의 제조 방법.
  14. 청구항 9에 있어서, 상기 실리콘계 화합물은 경화가 가능한 실리콘 계열의 러버(rubber), 젤(gel) 및 경화가 되지 않은 오일(oil)로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 단일 또는 혼합한 것을 특징으로 하는 혐수성 액정 필름의 제조 방법.
  15. 청구항 9에 있어서, 상기 베이스 기재는 유리 기판 및 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리카보네이트, 트리아세틸 셀룰로오스, 폴리아크릴레이트, 폴리에틸렌, 노보르넨 유도체의 사이클로 올레핀 폴리머로 이루어진 군으로부터 선택되는 플라스틱 기판으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 혐수성 액정 필름의 제조 방법.
  16. 청구항 1에 따른 혐수성 액정 필름을 포함하는 액정패널.
  17. 청구항 1에 따른 혐수성 액정 필름을 포함하는 디스플레이 기기.
  18. 청구항 17에 있어서, 상기 디스플레이 기기는 플렉서블 디스플레이 기기인 것을 특징으로 하는 혐수성 액정 필름을 포함하는 디스플레이 기기.
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