KR20060051195A - 두 개 이상의 광원을 갖는 조명시스템 및 상기조명시스템을 동작시키기 위한 방법 - Google Patents

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KR20060051195A
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파텐트-트로이한트-게젤샤프트 퓌어 엘렉트리쉐 글뤼람펜 엠베하
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Abstract

본 발명은 적어도 하나의 발광다이오드(11)를 포함하는 두 개 이상의 광원을 갖는 조명시스템에 관한 것으로, 상기 조명시스템은 상기 적어도 하나의 발광다이오드(11)를 직류 신호에 의해 구동하도록 설계되는 드라이버 장치(22); 상기 조명시스템에 의해 방출되는 빛의 하나 이상의 특징을 결정할 수 있는 센서 장치(12); 상기 센서 장치(12)와 연결되고 상기 하나 이상의 특징을 나타내는 실제값을 저장할 수 있는 실제값 저장 장치(14); 상기 하나 이상의 특징을 나타내는 목표값을 저장할 수 있는 목표값 선택 장치(18); 및 제어 장치(16)를 포함하며, 상기 제어 장치(16)는 입력측에서 상기 하나 이상의 특징을 나타내는 실제값을 전달하기 위한 실제값 저장 장치 및 상기 하나 이상의 특징을 나타내는 목표값을 전달하기 위한 목표값 선택 장치(18)와 연결되고, 출력측에서 상기 드라이버 장치(22)에 제어 신호를 공급하도록 설계되어, 상기 드라이버 장치는 상기 적어도 하나의 발광다이오드(11)의 구동을 위해 사용되는 직류 신호의 특성을 실제값이 목표값에 근접해지도록 변화시킨다. 또한, 본 발명은 적어도 하나의 광원으로서 발광다이오드(11)를 포함하는, 두 개 이상의 광원을 갖는 조명시스템을 동작시키기 위한 방법에 관한 것으로, a) 상기 조명시스템에 의해 방출되는 빛의 하나 이상의 특징으로 나타내는 실제값을 결정하는 단계; b) 상기 하나 이상의 특징을 나타내는 실제값을 상기 하나 이상의 특징을 나타내는 사전설정가능한 목표값과 비교하는 단계; 및 c) 상기 실제값이 상기 목표값에 근접해지도록, 상기 하나 이상의 발광다이오드를 직류 신 호에 의해 구동시키는 단계를 포함한다.

Description

두 개 이상의 광원을 갖는 조명시스템 및 상기 조명시스템을 동작시키기 위한 방법{ILLUMINATION SYSTEM HAVING AT LEAST TWO LIGHT SOURCES, AND A METHOD FOR OPERATING SUCH AN ILLUMINATION SYSTEM}
도 1은 본 발명에 따른 조명시스템의 기본원리도이다.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
10: 블록
12: 센서 장치
14: 실제값 저장 장치
16: 제어 장치
18: 목표값 선택 장치
20: 인터페이스
22: 드라이버 장치
24: 필터 장치
26: 전압-주파수 컨버터
본 발명은 두 개 이상의 광원을 갖는 조명시스템에 관한 것으로, 상기 광원 중 적어도 하나는 발광다이오드를 포함한다. 또한, 본 발명은 상기 조명시스템을 동작시키기 위한 방법에 관한 것이다.
이와 같은 유형의 조명시스템은 종래기술에 충분히 공지되어 있으며, 발광다이오드를 동작시키기 위한 가장 간단한 방법은 발광다이오드를 직렬저항(series resistor)과 함께 직류원(DC source)에 연결하는 것이다. 직렬저항은 발광다이오드 전류(IF)(전도 상태 전류)를 제한하기 위해 사용된다. 직렬저항의 변동에 의해 전도 상태 전류(IF)가 변화될 수 있으므로, 발광다이오드에 의해 방출된 빛의 휘도(brightness)도 마찬가지로 변화된다. 이러한 간단한 방식으로, 광원으로서 발광다이오드 및 다른 발광수단을 포함할 수 있는 조명시스템의 감광능력(dimmability)이 달성될 수 있다. 그러나 다수의 발광다이오드, 특히 InGaN 발광다이오드의 경우에는, 전도 상태 전류(IF)의 전류 강도(current intensity)와 방출된 빛의 파장(wavelength)이 약간의 관련성을 갖는다는데 문제가 있다. 이 경우, 전도 상태 전류(IF)에 따라 파장 이동 또는 색 좌표 이동이 나타나며, 다시 말해 감광(dimming)시 파장의 변화 그리고 이러한 파장 변화에 따른 방출된 빛의 색 변화가 나타난다.
색 좌표와 관련하여 살펴보면 아래와 같다: 표준 원자가 체계(standard valence system)에서, 색은 세 가지 혼합가(mixing value), 소위 표준 색가(standard color value)인 X, Y, Z(DIN 5033)의 합으로 설명된다. 2차원적 표시를 위해서는 통상적으로 표준 색가 성분인 Cx 및 Cy가 주어지며, 이때 Cx=X/(X+Y+Z)이 고 Cy=Y/(X+Y+Z)이다. 2차원 색도도(chromaticity diagram)에서 색도(chromaticity)의 그래픽 표시를 위해, Cx 및 Cy는 색 좌표의 직각 좌표로 사용된다.
색 좌표 이동 현상은 녹색 발광다이오드의 경우에 가장 명확하게 관찰될 수 있다. LT E673 타입(power TOPLED)의 경우에 우세한 파장은 전도 상태 전류가 3mA일 때 540nm 이상의 값을 가지며, 전도 상태 전류가 90mA까지 상승하면 512nm 이하로 하강한다. LW W5SG 타입의 발광다이오드(dragon)의 경우, Cx 및 Cy로 한정되는 색 좌표는 100mA의 전도 상태 전류일 때 Cx=0.322 및 Cy=0.316으로부터 1000mA의 전도 상태 전류(IF)일 때 Cx=0.316 및 Cy=0.301로 변동된다.
이와 같은 문제를 해결하기 위해, 즉 발광다이오드에 의해 방출된 빛의 색 좌표를 유지하기 위해, 종래기술에서는 펄스 폭 변조 원리가 적용되었다. 이 경우, 발광다이오드는 동일한 전도 상태 전류(IFmax)에 의해 기간(T) 동안 스위치-온 및 (다시) 스위치-오프된다. 기간(T)에 의해 나누어진 스위치-온 시간(tp)의 몫으로부터 산출된 펄스 점유율(pulse duty factor)이 발광다이오드에 의해 방출된 빛의 휘도를 결정한다. 펄스 점유율이 높으면 발광다이오드가 밝아지고, 반대로 펄스 점유율이 낮으면 발광다이오드가 어두워진다. 이 경우, 발광다이오드에 의해 방출된 빛의 집적화(integration)는 사람의 눈에 의해 수행된다. 기간(T)이 10ms이하일 경우에는, 빛이 눈으로 연속 기록된다. 기간이 더 길어지면, 빛의 깜박임이 눈으로 감지될 수 있다.
종래기술에 공지된 이와 같은 구동은 전력이 낮은 경우에는 문제가 없다. 그러나 일반 조명용 램프에서 또는 자동차 내에 사용되는 경우와 같이 비교적 높은 전력이 요구되는 경우에는 원하지 않는 간섭(interference)이 발생할 수 있다. 이 경우, 실질적으로 두 개의 간섭 유형, 즉 전파 장애(EMC) 및 전도 방해(conducted interference)가 나타난다.
이와 같은 전자기 간섭(electromagnetic interference)을 막기 위해 예컨대 적합한 BMW 표준이 제공되는데, 이때 상승 에지(rising edge)는 클록 동작(clocked operation)시 최대 20mA/㎲의 값을 갖는다. 이러한 한계치가 유지되면, 스위치-온 및 스위치-오프 시간이 매우 길어지고, 그 결과 매우 높은 전환 손실(switching loss)이 발생한다. 따라서 종래기술에 공지된 이러한 방법에 의한 상기 단점들 중 하나, 즉 간섭인지 색 좌표 이동인지 높은 전환 손실인지가 결정되어야 한다.
따라서 본 발명의 목적은 간섭 또는 높은 전환 손실 없이 색 좌표는 거의 일정하게 나타나면서 휘도는 변화될 수 있도록 전술한 방식의 조명시스템 및 상기 조명시스템의 동작 방법을 개선하는 것이다.
상기 목적은 청구항 1항의 특징들을 갖는 조명시스템 및 청구항 14항의 특징들을 갖는 방법에 의해 달성된다.
본 발명은 간섭을 피하기 위해 우선 클록 동작으로부터 직류 동작으로의 전환이 수행된다는 인식에 기반한다. 그러나 직류 구동시 감광 동작으로 나타나는 색 좌표 변화가 본 발명에 따라 검출되고, 하나 이상의 발광다이오드를 구동시키기 위해 사용되는 직류 신호는 원하는 휘도가 나타나도록 변화되는데, 이때 색 좌표는 대개 변화없이 유지된다.
상이한 스펙트럼의 빛을 갖는 두 개 이상의 광원이 조명시스템에서 사용될 수 있기 때문에, 어떤 요구가 주어지며 어느 정도의 복잡성으로 동작되는가에 따라, 조명시스템을 형성하는 개별 광원의 상이한 구동에 의해 개별 광원의 빛으로 조합되며 조명시스템에 의해 방출되는 빛의 소정의 색 좌표 이동이 달성될 수 있다. 간단한 실시예에서 예컨대 조명시스템이 상이한 색 좌표의 빛, 예컨대 적색, 녹색 및 청색의 빛을 방출하는 다수의 발광다이오드를 포함할 경우에는, 개별 발광다이오드가 감광 이후에 변화된 파라미터로 구동될 때, 감광시 야기되는 색 좌표 이동이 보정될 수 있다.
바람직한 한 실시예에서는, 센서 장치가 하나 이상의 전압-주파수 컨버터를 포함하는 특징이 나타난다. 특히 예컨대 조명시스템에 의해 방출되는 빛의 청색, 적색 및 녹색 스펙트럼 영역을 위한 적합한 필터 장치와 관련하여, 특정 스펙트럼 영역에 놓인 빛 성분들이 개별 전압-주파수 컨버터에 의해 방출되는 펄스의 카운팅(counting)에 의해 결정될 수 있다. 제어 장치가 하나 이상의 전압-주파수 컨버터의 출력부와 연결되는 마이크로프로세서를 포함할 경우에는, 상기 전압-주파수 컨버터가 하나 이상의 전압-주파수 컨버터의 출력 신호의 펄스를 카운팅할 수 있으며, 이때 아날로그/디지털 컨버터의 삽입은 필요하지 않다. 따라서 표준 색가(X, Y, Z)가 단위 시간당 펄스 개수로서 간단하게 반사된다. 그 결과, 표준 색가 성분 (Cx 및 Cy)가 결정될 수 있다(전술한 내용 참조). 그 대신, 필터 장치가 전압 신호를 공급할 수 있으며, 상기 전압 신호는 하나 이상의 아날로그/디지털 컨버터의 삽입과 함께 마이크로프로세서에 의해 평가된다.
본 발명에 따른 조명시스템의 경우에는, 하나 이상의 발광다이오드를 포함하는 하나 이상의 광원 이외에도 하나 이상의 추가 광원이 존재할 수 있으며, 상기 추가 광원은 바람직하게는 아래와 같은 유형으로부터 선택될 수 있다: 발광다이오드, 형광 램프, 할로겐 백열 램프, 고압 방전 램프. 조명시스템에 의해 방출되는 빛의 특징 중 적어도 하나가 색 온도 및/또는 휘도 및/또는 색 좌표일 수 있다.
또한, 바람직하게는 목표값 선택 장치(setpoint selection device)가 하나의 인터페이스를 가지는데, 조작자에 의해 하나 이상의 목표값이 상기 인터페이스에 입력되거나, 목표값 선택 장치에 이미 저장된 다수의 목표값으로부터 하나 이상의 목표값이 선택될 수 있다. 이를 통해, 다양한 무드(mood)를 형성하기 위해 하나의 룸(room)에 동일한 조명을 이용할 수 있다. 자동차에서 동작할 경우, 국가 특유의 색 온도 또는 유행 색(예컨대 Cool Blue)을 구현할 수 있다.
또한, 본 발명의 조명시스템은 조명시스템의 부품들이 자동차에서 동작하도록 설계되며, 특히 상기 부품들의 동작을 위해 필요한 공급 전압, 및 조명시스템에 의해 방출되는 빛의 품질(quality)을 위해 설계될 때 바람직하다. 본 발명에 따른 조명시스템에 의해 휘도가 색 온도와 무관하게 설정될 수 있기 때문에, 감광성 헤드라이트(headlight)가 구현될 수 있다. 이러한 특성은 많은 국가에서 이미 법으로 정해져 있는 Daytime Running Light에서 매우 중요하다. 지금까지는 H4 램프용 으로 사용되는 예컨대 3200K의 색 온도를 가진 할로겐 램프 또는 4200K의 색 온도를 가진 고압 방전 램프(D2/D1 램프)가 헤드라이트로 사용되었으며, 이러한 램프들은 Daytime Running Light로 동작할 수도 있다. 이 경우, 사용수명이 크게 제한되는 단점이 있다. 사용수명은 할로겐 램프에서는 몇백 시간, D2/D1 램프에서는 대략 3,000 시간이다. 지금까지는 특히 원하지 않는 색 좌표 이동으로 인해, 통상 10,000 시간 이상의 사용수명을 갖는 발광다이오드는 Daytime Light option을 갖는 헤드라이트로서 사용될 수 없었다.
드라이버 장치는 조명시스템의 모든 광원을 동작시키기 위해 설계될 수 있다. 그 대신, 조명시스템의 광원이 특히 유형별로 조합되어, 서로 독립적으로 구동될 수도 있다.
센서 장치 및/또는 실제값 저장 장치 및/또는 목표값 선택 장치가 고장난 경우에는, 광원을 동작시키기 위한 파라미터가 드라이버 장치에 저장될 수 있다. 이 경우, 광원은 사전설정된 값으로 백색광을 발생시키도록 구동될 수 있다. 그 대신, 오류 발생에 대비하여 색 온도가 사용자에 의해 미리 정해져서, 예컨대 저장 유닛에 저장될 수 있다.
본 발명에 따른 조명시스템에 의해 방출되는 빛의 특징 중 적어도 하나가 적어도 하나의 발광다이오드의 구동과는 완전히 독립적으로 결정될 수 있다. 발광다이오드의 펄스 폭 변조된 동작시에, 이에 상응하는 발광다이오드가 스위치-온되면, 복잡함이 증가함과 동시에 관련 특징들이 정확하게 결정되어야 한다. 이와 반대로, 본 발명에 따른 조명시스템은 더 간단한 구현가능성 및 더 높은 신뢰성을 나타 낸다.
Daytime Running Light 및 주차등(parking light)의 구현을 위해 본 발명에 따른 조명시스템을 자동차에서 사용할 경우에 그리고 예컨대 거실 조명용 일반 조명시스템의 경우에는, 목표값이 조명시스템의 감광 위치에 대응할 수 있다.
본 발명의 또 다른 바람직한 실시예가 종속항에 제시된다.
첨부된 도면을 참고로 본 발명의 실시예를 살펴보면 아래와 같다. 도면은 본 발명에 따른 조명시스템의 기본원리를 개략적으로 보여준다.
도 1은 본 발명에 따른 조명시스템의 기본원리를 도시한다. 본 발명에 따른 조명시스템은 하나의 블록(10)을 구성하는 다수의 광원을 포함하며, - 개략적으로 도시된 바와 같이 - 적어도 하나의 광원은 직류 신호로 동작하는 발광다이오드(11)이다. 블록(10)에 의해 방출되는 빛이 센서 장치(12)에 의해 감지되고, 상기 센서 장치(12)에 의해 조명시스템에 의해 방출되는 빛의 특징 중 하나 이상이 결정될 수 있다. 색 온도, 휘도 또는 색 좌표에 관련한 특징들이 제시된다. 센서 장치(12)에 의해 결정되는 특징 중 하나 이상이 실제값 저장 장치(14)에 저장된다. 실제값 저장 장치(14)는 다수의 특징을 나타내는 값들을 저장하기 위해 설계될 수 있다. 하나 이상의 특징을 나타내는 실제값이 제어 장치(16)로 공급된다. 상기 제어 장치(16)는 목표값 선택 장치(18)에 의해 하나 이상의 특징을 나타내는 목표값을 공급받는다. 상기 목표값 선택 장치(18)도 다수의 특징을 나타내는 값들을 저장하기 위해 설계될 수 있다. 상기 목표값 선택 장치(18)는 인터페이스(20)를 가지는데, 조작자에 의해 하나 이상의 목표값이 상기 인터페이스(20)에 입력될 수 있거나, 목 표값 선택 장치(18)에 이미 저장된 다수의 목표값으로부터 하나 이상의 목표값이 선택될 수 있다. 제어 장치(16)는 하나 이상의 특징을 나타내는 목표값을 하나 이상의 특징을 나타내는 실제값과 비교하고, 제어 장치 출력부에서 드라이버 장치(22)로 제어 신호를 공급하는데, 이때 드라이버 장치는 하나 이상의 발광다이오드를 구동시키기 위해 사용되는 직류 신호의 특성을 변화시키고, 하나 이상의 특징을 나타내는 실제값이 하나 이상의 특징을 나타내는 목표값에 근접해진다. 언급한 바와 같이, 블록(10)에는 광원으로서 단지 발광다이오드만이 존재할 수 있지만, 발광다이오드가 다른 유형의 광원, 예컨대 고압 방전 램프, 할로겐 백열 램프나 형광 램프와 결합될 수도 있다. 드라이버 장치(22)는 하나 이상의 발광다이오드의 구동을 위해 사용되는 신호만을 변화시키도록 설계될 수 있지만, 다른 유형의 광원의 구동 신호를 변화시키도록 설계될 수도 있다. 센서 장치(12) 내에 필터 장치(24) 및 전압-주파수 컨버터(26)가 개략적으로 도시된다. 바람직하게는, 표준 색가(X, Y, Z)를 결정하기 위해 필터 장치(24) 및 전압-주파수 컨버터(26)로 이루어진 세 가지 결합 형태가 제공된다. 세 개의 전압-주파수 컨버터(26)의 출력 신호들은 마이크로프로세서에 공급되고, 상기 마이크로프로세서는 펄스 카운팅에 의해 표준 색가(X, Y, Z)를 간단하게 결정한다. 선택적으로, 마이크로프로세서가 표준 색가(X, Y, Z)로부터 표준 색가 성분(Cx 및 Cy)을 산출할 수 있다.
본 발명에 의해, 간섭 또는 높은 전환 손실 없이 색 좌표는 거의 일정하게 나타나면서 휘도는 변화될 수 있도록 전술한 방식의 조명시스템 및 상기 조명시스 템의 동작 방법이 개선된다.

Claims (14)

  1. 적어도 하나의 광원(light source)이 발광다이오드(11)를 포함하는 두 개 이상의 광원을 갖는 조명시스템으로서,
    상기 적어도 하나의 발광다이오드(11)를 직류 신호에 의해 구동하도록 설계되는 드라이버 장치(22);
    상기 조명시스템에 의해 방출되는 빛의 하나 이상의 특징을 결정할 수 있는 센서 장치(12);
    상기 센서 장치(12)와 연결되고 상기 하나 이상의 특징을 나타내는 실제값을 저장할 수 있는 실제값 저장 장치(14);
    상기 하나 이상의 특징을 나타내는 목표값을 저장할 수 있는 목표값 선택 장치(18); 및
    제어 장치(16) - 상기 제어 장치(16)는 입력측에서 상기 하나 이상의 특징을 나타내는 실제값을 전달하기 위한 실제값 저장 장치 및 상기 하나 이상의 특징을 나타내는 목표값을 전달하기 위한 목표값 선택 장치(18)와 연결되고, 출력측에서 상기 드라이버 장치(22)에 제어 신호를 공급하도록 설계되어, 상기 드라이버 장치는 상기 적어도 하나의 발광다이오드(11)의 구동을 위해 사용되는 직류 신호의 특성을 실제값이 목표값에 근접해지도록 변화시킴 - 를 포함하는, 조명시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 직류 신호의 특성이 상기 직류 신호의 진폭인 것을 특징으로 하는 조명시스템.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 센서 장치(12)가 하나 이상의 전압-주파수 컨버터(26)를 포함하는 것을 특징으로 하는 조명시스템.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 하나 이상의 전압-주파수 컨버터(26)가 상기 조명시스템에 의해 방출되는 빛의 하나 이상의 특징을 나타내는 실제값을 결정하기 위해 하나 이상의 필터 장치(24)와 연결되는 것을 특징으로 하는 조명시스템.
  5. 제 3항 또는 제 4항에 있어서,
    상기 센서 장치(12)가 마이크로프로세서를 포함하며, 상기 마이크로프로세서는 상기 하나 이상의 전압-주파수 컨버터(26)의 출력 신호의 펄스를 카운팅(counting)하기 위해 상기 하나 이상의 전압-주파수 컨버터(26)의 출력과 연결되는 것을 특징으로 하는 조명시스템.
  6. 제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 발광다이오드(11)를 포함하는 상기 하나 이상의 광원 외에 하나 이상의 다른 광원들은
    발광다이오드;
    형광 램프;
    할로겐 백열 램프; 및
    고압 방전 램프
    형태의 광원을 포함하는 것을 특징으로 하는 조명시스템.
  7. 제 1항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 조명시스템에 의해 방출되는 빛의 특징들은 색 온도 및/또는 휘도 및/또는 색 좌표인 것을 특징으로 하는 조명시스템.
  8. 제 1항 내지 제 7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 조명시스템이 상이한 색의 빛을 방출하는 두 개 이상의 발광다이오드를 포함하는 것을 특징으로 하는 조명시스템.
  9. 제 1항 내지 제 8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 목표값 선택 장치(18)가 인터페이스(20)를 가지며, 조작자에 의해 하나 이상의 목표값이 상기 인터페이스(20)에 입력되거나, 상기 목표값 선택 장치(18) 내에 이미 저장된 다수의 목표값으로부터 하나 이상의 목표값이 선택될 수 있는 것을 특징으로 하는 조명시스템.
  10. 제 1항 내지 제 9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 드라이버 장치(22)는 상기 조명시스템의 모든 광원을 동작시키기 위해 설계되는 것을 특징으로 하는 조명시스템.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 센서 장치(12) 및/또는 상기 실제값 저장 장치(14) 및/또는 상기 목표값 선택 장치(18)가 고장난 경우에, 상기 드라이버 장치(22) 내에 상기 광원을 동작시키기 위한 파라미터가 저장되는 것을 특징으로 하는 조명시스템.
  12. 제 1항 내지 제 11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 조명시스템의 부품들은 자동차에서 동작하기 위해 설계되며, 특히 상기 부품들의 동작을 위해 필요한 공급 전압, 및 상기 조명시스템에 의해 방출되는 빛의 품질(quality)을 위해 설계되는 것을 특징으로 하는 조명시스템.
  13. 제 12항에 있어서,
    상기 하나의 목표값이 상기 조명시스템의 감광 위치(dimming position)에 상응하는 것을 특징으로 하는 조명시스템.
  14. 적어도 하나의 광원으로서 발광다이오드(11)를 포함하는, 두 개 이상의 광원 을 갖는 조명시스템을 동작시키기 위한 방법으로서,
    a) 상기 조명시스템에 의해 방출되는 빛의 하나 이상의 특징을 나타내는 실제값을 결정하는 단계;
    b) 상기 하나 이상의 특징을 나타내는 실제값을 상기 하나 이상의 특징을 나타내는 사전설정가능한 목표값과 비교하는 단계; 및
    c) 상기 실제값이 상기 목표값에 근접해지도록, 상기 하나 이상의 발광다이오드를 직류 신호에 의해 구동시키는 단계를 포함하는, 조명시스템의 동작 방법.
KR1020050084560A 2004-09-20 2005-09-12 두 개 이상의 광원을 갖는 조명시스템 및 상기조명시스템을 동작시키기 위한 방법 KR20060051195A (ko)

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