KR20050025905A - 면광원 장치 - Google Patents

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KR20050025905A
KR20050025905A KR1020040070263A KR20040070263A KR20050025905A KR 20050025905 A KR20050025905 A KR 20050025905A KR 1020040070263 A KR1020040070263 A KR 1020040070263A KR 20040070263 A KR20040070263 A KR 20040070263A KR 20050025905 A KR20050025905 A KR 20050025905A
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light guide
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시노하라마사유키
아오야마시게루
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오므론 가부시키가이샤
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Abstract

휘도 분포가 균일화되고, 휘도가 향상된 면광원 장치를 제공한다. 광을 출사하는 점광원 형상의 발광부(26)와, 광입사면에서 도입된 광을 가두어 광출사면(23)으로부터 외부로 취출하기 위한 도광판(22)으로 이루어진다. 도광판(22)의 하면에는 확산 패턴이 형성됨과 함께, 발광부(26)의 전방에서는 도광판(22)에 원추 형상을 이룬 빈곳(27)이 형성되고, 발광부(26)로부터 출사된 광을 빈곳(27)의 계면에서 반사시킴에 의해 도광판(22)의 모서리부로 향하게 한다.

Description

면광원 장치{DEVICE OF SURFACE LIGHT SOURCE}
기술분야
본 발명은 면광원 장치에 관한 것이다. 구체적으로 말하면, 본 발명은 액정 표시 장치나 조명 장치 등에 사용되는 면광원 장치에 관한 것이다.
종래기술
(제 1의 종래기술)
종래기술의 면 광원 장치(1)를 도 1의 분해 사시도 및 도 2의 단면도에 의해 도시한다. 면광원 장치(1)는 광을 가두기 위한 도광판(2)과 발광부(3)와 반사판(4)으로 구성되어 있다. 도광판(2)은 폴리카보네이트 수지나 메타크릴 수지 등의 투명하고 굴절율이 큰 수지에 의해 성형되어 있고, 도광판(2)의 하면에는 요철 가공이나 확산 반사 잉크의 도트 인쇄 등에 의해 확산 패턴(5)이 형성되어 있다. 발광부(3)는 회로 기판(6)상에 복수의 발광 다이오드(LED) 등의 이른바 점광원(7)을 실장한 것으로, 도광판(2)의 측면(광입사면(8))에 대향하여 있다. 반사판(4)은 반사률이 높은 예를 들면 백색 수지 시트에 의해 형성되어 있고, 양면 테이프(9)에 의해 양 측부를 도광판(2)의 하면에 부착되어 있다.
또한, 면광원 장치(1)에 있어서 도광판(2)의 광출사면(10)의 4방 주연(周緣)을 제외한 직사각형 영역이, 액정 등의 조명에 실제로 사용되는 유효 영역이다.
그러나, 도 2에 도시한 바와 같이, 발광부(3)로부터 출사되고 광입사면(8)으로부터 도광판(2)의 내부로 인도된 광(f)은 도광판(2) 내부에서 전반사함에 의해 도광판(2) 내부에 갇힌다. 도광판(2) 내부의 광(f)은 확산 패턴(5)에 입사하면 확산 반사되고, 광출사면(10)을 향하여 전반사의 임계각보다도 작은 각도로 반사된 광(f)이 광출사면(10)으로부터 외부로 취출된다. 또한, 도광판(2) 하면의 확산 패턴(5)이 존재하지 않는 부분을 투과한 광(f)은 반사판(4)에 의해 반사되고 재차 도광판(2) 내부로 되돌아오기 때문에, 도광판(2) 하면에서의 광량 손실이 방지된다.
점광원을 이용한 상기한 바와 같은 면광원 장치(1)는 저소비전력화를 위해, 점광원(7)으로 의사적으로 선형상 광원화를 도모한 것이였다. 즉, 점광원(7)을 일렬로 배열함에 의해 냉음극선관과 같은 선형상 광원을 모방한 것이다. 따라서, 보다 저소비전력화를 도모하기 위해서는 점광원(7)의 수를 줄여서, 바람직하게는 하나의 점광원(7)에 의해 고휘도이며 휘도 편차가 적은 면광원 장치(1)를 얻는 것이 요망된다.
그러나, 하나의 점광원(7)으로 면광원 장치(1)를 빛나게 하려면, 도 3에 도시한 바와 같이, 점광원(7)으로부터의 광(f)이 도광판(2)의 광입사면(8)에서 전반사하기 때문에, 도광판(2)과의 결합 효율이 나쁘고, 면광원 장치(1)의 휘도가 낮았다. 또한, 도광판(2)의 모서리 부분(11)(도 3로 사선을 그은 영역)이 유효 영역(R)의 모서리부까지 걸쳐 어두워져, 면광원 장치(1)에 큰 휘도 편차가 발생하고 있다.
또한, 면광원 장치의 종래기술로서는 하기 특허 문헌 1, 특허 문헌 2가 알려져 있다.
[특허 문헌 1] 특개평06-51130호
[특허 문헌 2] 특개소61-240506호
본 발명은 상기한 바와 같은 종래기술의 문제점을 감안하여 이루어진 것으로, 그 목적으로 하는 바는 면광원 장치의 휘도 분포를 균일화하고, 또한 휘도를 향상시키는 데 있다.
본 발명에 관한 면광원 장치는 광입사면에서 도입된 광을 가두어 광출사면으로부터 외부로 취출하기 위한 도광판과, 도광판의 광입사면측에 배치된, 도광판의 폭과 비교하여 작은 광원을 구비하고, 광원으로부터 출사된 광을 광입사면에서 도광판 내부로 인도하여 도광판 내부에 가두고, 도광판의 광출사면으로부터 외부로 취출하는 면광원 장치에 있어서, 상기 광원의 전방에 있어서, 도광판 내를 전반하는 광을 확산시켜 퍼지게 하기 위한 빈곳을 도광판에 형성한 것을 특징으로 하고 있다.
본 발명에 관한 다른 면광원 장치는 광입사량에서 도입된 광을 가두어 광출사면으로부터 외부로 취출하기 위한 도광판과, 도광판의 광입사면측에 배치된, 도광판의 폭과 비교하여 작은 광원을 구비하고, 광원으로부터 출사된 광을 광입사면으로부터 도광판 내부로 인도하여 도광판 내부에 가두고, 도광판의 광출사면으로부터 외부로 취출하는 면광원 장치에 있어서, 상기 광원의 전방에 있어서, 도광판 내를 전반하는 광을 도광판의 유효 영역의 모서리부를 향하여 반사시키기 위한 빈곳을 도광판에 형성한 것을 특징으로 하고 있다.
본 발명의 면광원 장치에 있어서의 상기 빈곳은 도광판을 표리로 관통하고 있어도 좋고, 또한, 빈곳의 일단이 도광판의 표리중 한쪽에서 개구하고, 빈곳의 타단이 도광판의 표리중 다른쪽에 근접하여 있어도 좋다. 또한, 도광판의 빈곳은 단면이 삼각형으로 되어 있어도 좋다.
이하, 본 발명의 실시예를 도면에 따라 상세히 설명한다.
[실시예 1]
도 4는 본 발명의 실시예 1에 의한 면광원 장치(21)를 도시한 사시도, 도 5는 그 일부 파단한 종단면도이다. 이 면광원 장치(21)에서는 굴절율인 큰 투명 수지 재료에 의해 형성되어 있는 도광판(22)의 윗면이 광출사면(23)으로 되어 있고, 하면에는 요철 가공이나 확산 반사 잉크의 도트 인쇄 등에 의해 확산 패턴(도시 생략)이 형성되어 있다. 이 도광판(22)의 하면에는 표면 반사률이 높은 재료, 예를 들면 경질 혹은 비교적 연질의 백색 플라스틱 시트에 의해 형성된 반사판(24)이 마련되어 있다. 또한, 광출사면(23)의 중앙의 직사각형 영역이 유효 영역(R)으로 되어 있다. 이 유효 영역(R)은 예를 들면 액정 표시 장치의 면광원 장치(백라이트)로서 이용되는 경우로 말하면, 액정 표시 패널의 화소가 형성되어 있는 영역과 대향하고 있는 영역이다. 또한, 도광판(22)의 광입사면(25)의 중앙에 대향하는 위치에는 발광부(26)(점광원)가 배치되어 있고, 발광부(26)의 전방에 있어서, 도광판(22)에는 선단이 가늘어진 대략 원뿔 형상 내지 포탄형의 빈곳(27)이 형성되어 있고, 빈곳(27)의 상단은 도광판(22)의 윗면(광출사면(23))의 부근에 달하고 있다.
발광부(26)는 도광판(22)의 폭에 비하여 작은 광원으로서, 도 5에 도시한 바와 같이, 백색 수지 등의 표면 반사률이 높은 재질로 이루어지는 외장 부재(28)에 의해 점광원 형상의 발광 소자(29)를 에워싼 것이다. 발광 소자(29)에　있어서는 한쪽의 리드 단자(30)의 선단에 LED 등의 미소 발광 소자칩(31)을 다이본드하고, 발광 소자 칩(31)과 다른쪽의 리드 단자의 선단을 본딩와이어로 결선한 후, 발광 소자 칩(31) 및 한쪽의 리드 단자(30) 및 다른쪽의 리드 단자를 투명 밀봉 수지(32)중에 몰드하여 형성되어 있다. 이 결과, 발광 소자(29)는 광출사측의 일면(전면(前面))만이 외장 부재(28)로부터 노출하고 있다. 또한, 발광 소자(29)로서는 소형 백열전구(豆電球) 등을 이용하여도 무방하다.
그러나, 발광 소자 칩(31)으로부터 전면 이외의 방향, 예를 들면 배면 방향으로 출사된 광은 투명 밀봉 수지(32) 속을 통과하여 투명 밀봉 수지(32)와 외장 부재(28)와의 경계면에 달하고, 이 경계면에서 반사된다. 이와 같이 하여 외장 부재(28)와의 경계면으로 1회 또는 복수회 반사한 광은 발광 소자(29)의 전면으로부터 전방을 향하여 출사되고, 광입사면(25)으로부터 도광판(22)의 내부로 도입된다. 이와 같이, 발광부(26)에 의해 발광 소자(29)로부터의 광을 전면에 모아 출사시킬 수 있기 때문에, 발광 소자(29)와 도광판(22)과의 광결합 효율을 높이고, 면광원 장치(21)의 휘도를 향상시킬 수 있다.
또한, 도광판(22)에 도입된 광 중, 발광부(26)로부터 빈곳(27)을 향하여 출사된 광은 도 6에 도시한 바와 같이, 발광부(26)의 전방에 형성된 개략 원추형상의 빈곳(27)의 경계면에 의해, 다양한 방향으로 전반사하거나 굴절하거나 함에 의해, 도광판(22) 내부에서 확산되고, 도광판(22)의 전체로 퍼진다. 특히, 도광판(22)과 빈곳(27)과의 경계면에서 광이 후방으로 전반사되기 때문에, 유효 영역(R)의 모서리부(Q)에도 광이 도달하고, 모서리부(Q)가 어두워지는 것이 방지된다. 따라서, 도광판(22)의 폭에 비교하여 작은 발광부(26)(점광원)를 이용하는 경우에도, 면광원 장치(21)의 휘도 분포를 균일화할 수 있다.
[실시예 2]
도 7은 본 발명의 실시예 2에 의한 면광원 장치(41)를 도시한 사시도, 도 8은 그 일부 파단한 종단면도이다. 이 면광원 장치(41)에서는 빈곳(42)은 도광판(22)을 관통하는 원주형으로 되어 있다. 본 실시예 및 이하의 실시예에서 나타낸 바와 같이, 빈곳(42)의 형상은 특히 한정되는 것이 아니고, 형상에 따라 휘도 분포에 주는 영향이 다르다.
발광부(26)로부터 출사된 광은 도 8에 도시한 바와 같이, 실시예 1과　마찬가지로 하여, 효율 좋게 도광판(22)에 결합하고, 빈곳(42)에 도달한 광은 도광판(22)의 거의 면방향으로 반사되고 도광판(22) 전체로 확산된다. 이 때, 도광판(22)과 빈곳(42)과의 경계면에서 광이 후방으로 전반사되기 때문에, 유효 영역(R)의 모서리부(Q)에도 광이 도달하고, 모서리부(Q)가 어두워지는 것을 방지할 수 있다.
[실시예 3]
도 9는 본 발명의 실시예 3에 의한 면광원 장치(43)를 도시한 사시도, 도 10은 동상의 일부 파단한 종단면도이다. 이 면광원 장치(43)에서는 빈곳(44)은 도광판(22)을 관통하지 않는다, 즉, 실시예 2에 있어서, 광출사면(23)에 달하지 않는 원주로 되어 있다. 이와 같이, 빈곳(44)이 광출사면(23)에 달하고 있지 않는 구성으로 하면, 빈곳(44)으로부터의 도광판(22)의 두께 방향으로의 광(f)의 누출(도 10에서 파선으로 도시한다)이 저감되고, 휘도 분포의 균일성의 저하를 방지할 수 있다.
발광부(26)로부터 출사된 광은 도 10에 도시한 바와 같이, 실시예 1과 마찬가지로 하여, 효율 좋게 도광판(22)에 결합하고, 빈곳(44)에 도달한 광은 도광판(22) 전체로 확산된다. 이 때, 빈곳(44)의 윗면이 도광판(22)의 광출사면(23)으로부터 노출하고 있지 않기 때문에, 실시예 2에 비하여, 빈곳(44)으로부터의 도광판(22)의 두께 방향으로의 광(f)의 누출이 저감한다.
[실시예 4]
도 11은 본 발명의 실시예 4에 의한 면광원 장치(45)를 도시한 평면도, 도 12는 그 일부 파단한 종단면도이다. 이 면광원 장치(45)에서는 실시예 1 내지 3에 있어서, 빈곳(46)을 단면 삼각형으로 하고 있다. 그리고, 단면 삼각형 형상의 빈곳(46)의 정점(頂点)을 발광부(26)로 향하고, 삼각형의 저변을 발광부(26)와 정점과의 결연에 직교시키도록 배치하면, 발광부(26)로부터의 광이 효율적으로 유효 영역(R)의 광원측 좌우량 모서리부(Q)에 모여, 면광원 장치(45)의 휘도 분포의 균일성이 보다 향상된다는 우수한 효과가 있다.
[실시예 5]
(조명 장치)
도 13은 본 발명에 관한 면광원 장치를 이용한 조명 장치(51)를 도시한 사시도이다. 이 조명 장치(51)에서는 광량을 크게 하여 휘도를 높이기 위해, 4개의 발광부(52)를 이용하고 있다. 이 조명 장치(51)는 실내 조명용이나 자동차의 테일　램프(尾燈）등에 이용되는 것이다. 또한, 실시예 1과 같은 부재에는 같은 부호를 붙이고 있다.
[실시예 6]
(액정 표시 장치)
도 14는 본 발명에 관한 면광원 장치를 이용한 액정 표시 장치(61)를 도시한 분해 사시도이다. 이 면광원 장치(60)에서는 도광판(22)에 적(R)(62a), 록(G)(62b), 청(B)(62c)의 3색의 발광 소자를 구비한 발광부(62)가 장착되어 있다. 면광원 장치(60)의 광출사면(23)에는 확산 시트(63)가 대향 배치되고, 그 상면에 액정 표시 패널(64)이 대향 배치되어 있다. 액정 표시 패널(64)은 투명 전극이나 TFT, 컬러 필터, 블랙 매트릭스 등이 형성된 2장의 액정 기판(유리 기판, 필름 기판)(65, 66) 사이에 액정 재료를 밀봉하고, 액정 기판(65, 66)의 양 외면에 편광판(67)을 배치한 것이다.
이와 같은 액정 표시 장치(61)에 의하면, 표시면의 휘도 분포를 균일하게 할 수 있고, 액정 표시 장치(61)의 고품질화를 도모할 수 있다.
[실시예 7]
(액정 표시 장치를 구비한 전자수첩 등)
본 발명에 관한 액정 표시 장치는 휴대 전화나 약전력 무선기와 같은 무선 정보 전달 장치, 휴대용 퍼스널 컴퓨터, 전자수첩이나 전자계산기와 같은 정보 처리 장치 등에 이용되는데 바람직하다. 도 15는 본 발명에 관한 예를 들면 도 14에 도시한 바와 같은 액정 표시 장치(61)를 디스플레이용으로 구비한 휴대 전화(71)를 도시한 사시도, 도 16은 그 기능 블록도이다. 휴대 전화(71)의 정면에는 다이얼 입력용의 텐키 등의 버튼 스위치(72)를 구비하고, 그 상방에 액정 표시 장치(61)가 배치되고, 윗면에 안테나(73)가 마련되어 있다. 따라서, 버튼 스위치(72)로부터 다이얼 등을 입력하면, 입력된 다이얼 정보 등이 송신 회로(74)를 통하여 안테나(73)로부터 전화 회사의 기지국으로 송신된다. 한편, 입력된 다이얼 정보 등은 액정 구동 회로(75)에 보내지고, 액정 표시 장치(61)가 액정 구동 회로(75)에 의해 구동되어 다이얼 정보 등이 액정 표시 장치(61)에 표시된다.
또한, 도 17은 본 발명에 관한 예를 들면 도 14에 도시한 바와 같은 액정 표시 장치(61)를 디스플레이용으로 구비한 전자수첩(81)을 도시한 사시도, 도 18은 그 기능 블록이다. 전자수첩(81)은 커버(82)를 열면, 키 입력부(83)와 액정 표시 장치(61)를 구비하고 있고, 내부에는 액정 구동 회로(84)나 연산 처리 회로(85) 등이 마련되어 있다. 따라서, 예를 들면 키 입력부(83)로부터 텐키나 문자키 등을 입력하면, 입력 정보가 액정 구동 회로(84)에 보내져서 액정 표시 장치(61)에 표시된다. 계속해서, 연산 키 등의 제어 키를 누르면, 연산 처리 회로(85)에서 소정의 처리나 연산이 실행되고, 그 결과가 액정 구동 회로(84)에 보내지고 액정 표시 장치(61)에 표시된다.
또한, 본 발명은 상기 실시예로 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 범위 내에서 변경할 수 있음은 말할것도 없다. 예를 들면, 광학적 경계면으로서는 홈을 대신하여 구멍을 마련해도 좋고, 홈의 표면, 또는 광입사면의 점광원(발광부) 양측에, 인쇄 등에 의해 투명 굴절층(광산란층)을 형성하여도 좋다. 또는 홈은 광입사면 이외의 면에 마련하여도 좋다. 이로써, 유효 영역 외의 도광판 주연에 침입한 광을 보다 효율 좋게 유효 영역 내로 모을 수 있기 때문에, 한층 더 균일성의 향상 및 고휘도화가 실현될 수 있다.
본 발명은 면광원 장치로서, 조명 장치로 이용할 수도 있고, 액정 표시 장치 등의 백 라이트 등에도 사용할 수 있다.
본 발명에 관한 면광원 장치에서는 광원의 전방에 빈곳을 형성하고 있기 때문에, 광원으로부터 빈곳으로 향하여 출사된 광이, 도광판과 빈곳의 경계면으로 전반사하거나 굴절하거나 함에 의해, 도광판 내부에서 확산되고, 도광판의 전체로 퍼진다. 특히, 도광판과 빈곳과의 경계면에서 광이 후방으로 전반사되기 때문에, 도광판의 모서리 부분에도 광이 도달하고, 도광판의 모서리 부분이 어두워지는 것이 방지된다. 따라서, 도광판의 폭에 비교하여 작은 광원을 이용하는 경우에도, 면광원 장치의 휘도 분포를 균일화할 수 있다.
본 발명에 관한 다른 면광원 장치에서는 광원의 전방에 빈곳을 형성하고 있기 때문에, 광원으로부터 빈곳으로 향하여 출사된 광이, 도광판과 빈곳의 경계면에서 후방으로 전반사되기 때문에, 도광판의 모서리 부분에 광이 도달하고, 도광판의 모서리 부분이 어두워지는 것이 방지된다.
빈곳의 형상은 특히 한정되는 것은 아니지만, 예를 들면, 빈곳을 도광판을 관통하지 않는 구성으로 하면, 빈곳으로부터의 도광판의 두께 방향으로의 광의 누출이 저감하고, 휘도 분포의 균일성이 저하되지 않는다. 또한, 단면 삼각형 형상의 빈곳을 마련하면, 그 삼각형의 형상을 변화시킴에 의해 빈곳에서 반사된 광의 방향을 제어할 수 있고, 면광원 장치의 휘도 분포의 균일성이 보다 향상된다는 우수한 효과가 있다.
또한, 이상 설명한 본 발명의 구성 요소는 가능한 한 임의로 조합시킬 수 있다.
도 1은 종래기술에 의한 면광원 장치를 도시한 분해 사시도.
도 2는 상기의 종단면도.
도 3은 도광판의 유효 영역을 도시한 평면도.
도 4는 본 발명의 실시예 1에 의한 면광원 장치를 도시한 사시도.
도 5는 상기의 일부 파단한 종단면도.
도 6은 빈곳에 의해 광이 도광판 전체로 확산되고 있는 양상을 도시한 설명도.
도 7은 본 발명의 실시예 2에 의한 면광원 장치를 도시한 사시도.
도 8은 상기의 일부 파단한 종단면도.
도 9는 본 발명의 실시예 3에 의한 면광원 장치를 도시한 사시도.
도 10은 상기의 일부 파단한 종단면도.
도 11은 본 발명의 실시예 4에 의한 면광원 장치를 도시한 평면도.
도 12는 상기의 일부 파단한 종단면도.
도 13은 본 발명의 면광원 장치를 이용한 조명 장치의 사시도.
도 14는 본 발명의 면광원 장치를 이용한 액정 표시 장치의 분해 사시도.
도 15는 본 발명에 관한 액정 표시 장치를 디스플레이용으로 구비한 휴대 전화를 도시한 사시도.
도 16은 상기의 휴대 전화에 있어서 액정 표시 장치를 구동하기 위한 구성을 도시한 블록도.
도 17은 본 발명에 관한 액정 표시 장치를 디스플레이용으로 구비한 전자수첩을 도시한 사시도.
도 18은 상기의 전자수첩에 있어서 액정 표시 장치를 구동하기 위한 구성을 도시한 블록도.
<부호의 설명>
22 : 도광판 23 : 광출사면
25 : 광입사면 26 : 발광부(광원)
27, 42, 44, 46 : 빈곳 29 : 발광 소자
R : 유효 영역 Q : 모서리부

Claims (5)

  1. 광입사면으로부터 도입된 광을 가두어 광출사면으로부터 외부로 취출하기 위한 도광판과, 도광판의 광입사면측에 배치된 도광판의 폭과 비교하여 작은 광원을 구비하고,
    광원으로부터 출사된 광을 광입사면으로부터 도광판 내부로 인도하여 도광판 내부에 가두고, 도광판의 광출사면으로부터 외부로 취출하는 면광원 장치에 있어서,
    상기 광원의 전방에 있어서, 도광판 내를 전반하는 광을 확산시켜서 퍼지게 하기 위한 빈곳을 도광판에 형성한 것을 특징으로 하는 면광원 장치.
  2. 광입사면에서 도입된 광을 가두어 광출사면으로부터 외부로 취출하기 위한 도광판과, 도광판의 광입사면측에 배치된, 도광판의 폭과 비교하여 작은 광원을 구비하고,
    광원으로부터 출사된 광을 광입사면으로부터 도광판 내부로 인도하여 도광판 내부에 가두고, 도광판의 광출사면으로부터 외부로 취출하는 면광원 장치에 있어서,
    상기 광원의 전방에 있어서, 도광판 내를 전반하는 광을 도광판의 유효 영역의 모서리부를 향하여 반사시키기 위한 빈곳을 도광판에 형성한 것을 특징으로 하는 면광원 장치.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 빈곳은 도광판을 표리로 관통하고 있는 것을 특징으로 하는 면광원 장치.
  4. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 빈곳의 일단은 도광판의 표리중 한쪽에서 개구하고, 상기 빈곳의 타단은 도광판의 표리중 다른쪽에 근접하여 있는 것을 특징으로 하는 면광원 장치.
  5. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 빈곳은 단면이 삼각형을 하고 있는 것을 특징으로 하는 면광원 장치.
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