KR20200042993A - 라이트 유닛 및 이를 포함하는 표시 장치 - Google Patents

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Abstract

일 실시예에 따른 라이트 유닛은 광원, 그리고 상기 광원에서 방출되는 광을 전달 및 변환하는 광학 부재를 포함하며, 상기 광학 부재는, 도광판, 상기 도광판 위에 위치하며 상기 도광판의 굴절률보다 작은 굴절률을 가진 저굴절률층, 그리고 상기 저굴절률층 위에 위치하며 양자점을 포함하는 파장 변환층을 포함하고, 상기 저굴절률층은 금속을 포함한다.

Description

라이트 유닛 및 이를 포함하는 표시 장치{LIGHT UNIT AND DISPLAY DEVICE COMPRISING THE SAME}
본 발명은 라이트 유닛 및 이를 포함하는 표시 장치에 관한 것이다.
액정 표시 장치는 두 기판 사이에 위치하는 액정층을 포함하는 표시 패널을 포함한다. 액정 표시 장치는 액정층의 액정 분자들의 방향을 제어하여 화소 단위로 광의 투과율을 조절함으로써 영상을 표시한다. 액정 표시 장치의 표시 패널은 비발광성인 수광 소자이므로, 액정 표시 장치는 일반적으로 액정 표시 패널의 배면에서 표시 패널에 광을 제공하는 라이트 유닛(light unit)을 포함한다.
라이트 유닛은 발광다이오드(LED) 같은 광원, 그리고 광원에서 방출된 광을 표시 패널에 균일하게 전달하기 위한 광학 부재를 포함할 수 있다. 최근에는 양자점(quantum dot)을 라이트 유닛에 적용하는 기술이 개발되고 있다. 양자점의 적용 시 넓은 색 영역을 제공할 수 있고 색 재현성을 향상시킬 수 있다. 또한, 높은 피크 휘도를 얻을 수 있고, 전력 소비를 줄일 수 있는 등 여러 장점이 있다.
실시예들은 개선된 광학적 특성을 가진 라이트 유닛 및 이를 포함하는 표시 장치를 제공하는 것이다.
일 실시예에 따른 라이트 유닛은 광원, 그리고 상기 광원에서 방출되는 광을 전달 및 변환하는 광학 부재를 포함하며, 상기 광학 부재는, 도광판, 상기 도광판 위에 위치하며 상기 도광판의 굴절률보다 작은 굴절률을 가진 저굴절률층, 그리고 상기 저굴절률층 위에 위치하며 양자점을 포함하는 파장 변환층을 포함하고, 상기 저굴절률층은 금속을 포함한다.
상기 저굴절률층의 두께는 30 옹스트롬 내지 100 옹스트롬일 수 있다.
상기 저굴절률층은 은(Ag), 알루미늄(Al), 구리-아연 합금(Cu-Zn Alloy), 구리(Cu) 및 금(Au) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 광학 부재는 상기 저굴절률층과 상기 파장 변환층 사이에 위치하는 제1 캡핑층을 더 포함할 수 있다.
상기 제1 캡핑층은 질화규소, 산화규소, 산화알루미늄 및 투명 금속 산화물 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 제1 캡핑층은 아르곤 원소를 포함할 수 있다.
상기 저굴절률층은 개구부를 포함할 수 있다.
상기 저굴절률층은 상기 개구부가 차지하는 면적의 밀도가 상이한 복수의 영역을 포함할 수 있다.
상기 광학 부재는 상기 광원에 인접한 입광부와, 상기 입광부로부터 이격된 대광부를 포함하고, 상기 입광부에 인접하게 위치하는 상기 개구부가 차지하는 면적은 상기 대광부에 인접하게 위치하는 상기 개구부가 차지하는 면적보다 작을 수 있다.
상기 광학 부재는 상기 광원에 인접한 입광부와, 상기 입광부로부터 이격된 대광부를 포함하고, 상기 입광부에 인접하게 위치하는 상기 개구부의 개수는 상기 대광부에 인접하게 위치하는 상기 개구부의 개수보다 적을 수 있다.
일 실시예에 따른 표시 장치는 표시 패널 및 상기 표시 패널에 광을 공급하는 라이트 유닛을 포함하며, 상기 라이트 유닛은 광원, 그리고 상기 광원에서 방출되는 광을 전달 및 변환하는 광학 부재를 포함하고, 상기 광학 부재는, 도광판, 상기 도광판 위에 위치하며 금속을 포함하는 저굴절률층, 그리고 상기 저굴절률층 위에 위치하며 양자점을 포함하는 파장 변환층을 포함하고, 상기 저굴절률층의 굴절률은 0.7 이하이다.
상기 도광판에서 상기 저굴절률층을 향해 입사하는 광의 임계각은 10도 이하일 수 있다.
실시예들에 따르면, 개선된 광학적 특성을 가진 라이트 유닛 및 이를 포함하는 표시 장치를 제공할 수 있다. 실시예들은 출광량이 향상되고 휘도가 우수한 라이트 유닛 및 이를 포함하는 표시 장치를 제공할 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 표시 장치를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 도 1에서 II-II' 선을 따라 취한 단면도이다.
도 3은 일 실시예에 따른 광학 부재의 단면도이다.
도 4는 일 실시예에 따른 광학 부재의 단면도이다.
도 5는 일 실시예에 따른 광학 부재의 단면도이다.
도 6은 일 실시예에 따른 저굴절률층의 평면도이다.
도 7은 일 실시예에 따른 저굴절률층의 평면도이다.
도 8은 일 실시예에 따른 저굴절률층의 평면도이다.
도 9는 실시예 및 비교예에 따른 광량에 대한 그래프이다.
도 10은 실시예에 따른 저굴절률층의 굴절률을 나타낸 그래프이다.
도 11은 실시예에 따른 저굴절률층의 굴절률을 나타낸 그래프이다.
도 12는 실시예 및 비교예에 따른 투과율을 나타낸 그래프이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 여러 실시예들에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예들에 한정되지 않는다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.
또한, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다. 도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 그리고 도면에서, 설명의 편의를 위해, 일부 층 및 영역의 두께를 과장되게 나타내었다.
또한, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 또는 "상에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다. 또한, 기준이 되는 부분 "위에" 또는 "상에" 있다고 하는 것은 기준이 되는 부분의 위 또는 아래에 위치하는 것이고, 반드시 중력 반대 방향 쪽으로 "위에" 또는 "상에" 위치하는 것을 의미하는 것은 아니다.
또한, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
또한, 명세서 전체에서, "평면상"이라 할 때, 이는 대상 부분을 위에서 보았을 때를 의미하며, "단면상"이라 할 때, 이는 대상 부분을 수직으로 자른 단면을 옆에서 보았을 때를 의미한다.
이하에서는 도 1 내지 도 2를 참조하여 일 실시예에 따른 표시 장치에 대해 설명한다. 도 1은 일 실시예에 따른 표시 장치를 개략적으로 나타낸 평면도이고, 도 2는 도 1에서 II-II' 선을 따라 자른 단면도이다.
도 1은 표시 장치(1)의 정면을 개략적으로 도시한다. 표시 장치(1)는 전체적으로 사각형일 수 있다. 표시 장치(1)에서 영상이 표시되는 표시 영역(DA)은 전체 영역의 대부분을 차지하고 있고, 표시 영역(DA)을 비표시 영역(NA)이 둘러싸고 있다. 표시 영역(DA)은 화면(screen)으로 불리고, 비표시 영역(NA)은 베젤(bezel)로 불린다. 표시 장치(1) 및 표시 영역(DA)은 네 모서리가 각지게 형성된 것으로 도시되어 있지만, 이에 제한되지 않고 모서리가 둥글게 형성될 수도 있다.
도 2는 도 1에 도시된 표시 장치(1)를 II-II' 방향, 즉 가로 방향으로 자른 단면을 도시한다.
도 2를 참고하면, 표시 장치(1)의 일측 가장자리에 광원 유닛(24)이 위치한다. 표시 장치(1)에서 광원 유닛(24)이 위치하는 가장자리 부근을 입광부(IA)이라고 하고, 입광부(IA) 맞은편의 광원 유닛(24)이 위치하지 않는 가장자리 부근을 대광부(CA)이라고 한다. 도 2는 광학 부재(27)의 일면이 입광부(IA)이고 상기 일면과 마주하는 타면이 대광부(CA)인 실시예를 도시하였으나 이에 제한되는 것은 아니며 입광부(IA)는 광원 유닛(24)이 위치하는 영역 부근을 지칭할 수 있으며 대광부(CA)는 상기 영역과 이격되어 마주하는 영역 부근을 지칭하는 것일 수 있다.
광원 유닛(24)은 표시 장치(1)의 적어도 한 가장자리에 위치할 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.
도 1 및 도 2를 참고하면, 표시 장치(1)는 기본적으로 표시 패널(10) 및 라이트 유닛(20)을 포함한다. 표시 장치(1)는 표시 패널(10)과 라이트 유닛(20) 사이에서 표시 패널(10)을 라이트 유닛(20)에 고정시키기 위한 프레임(31, 32)을 포함한다. 표시 장치(1)는 표시 패널(10)의 가장자리를 덮으면서 표시 패널(10)을 보호하고 표시 패널(10)이 라이트 유닛(20)으로부터 분리되는 것을 방지할 수 있는 탑 섀시(top chassis)(40)를 포함한다. 탑 섀시(40)는 광원 유닛(24)이 위치하는 표시 장치(1)의 가장자리에만 위치하거나, 표시 장치(1)의 테두리를 둘러 위치할 수 있다. 라이트 유닛(20)의 배면에는 표시 장치(1)를 동작시키기 위한 구동 장치, 전원 장치 등을 덮는 배면 커버(back cover)(50)가 위치한다.
표시 패널(10)은 스위칭 소자들, 전극들, 색필터들 등이 형성된 투명한 두 기판(11, 12) 사이에 위치하는 액정층을 포함하는 액정 표시 패널이다. 표시 패널(10)은 각각의 기판(11, 12)의 표면에 위치하는 편광층(13, 14)을 포함한다. 표시 패널(10)은 라이트 유닛(20)에 의해 제공되어 편광판(13, 14) 및 액정층을 지나가는 광의 투과율을 구동 장치의 제어 하에 조절하여 영상을 표시한다.
표시 패널(10) 아래에는 표시 패널(10)에 광을 공급하는 라이트 유닛(20)이 위치한다. 라이트 유닛(20)은 바텀 섀시(bottom chassis)(21), 지지대(support)(22), 브라킷(bracket)(23), 광원 유닛(light source unit)(24), 그리고 반사 시트(26), 광학 부재(27) 및 광학 시트(28)를 포함한다.
바텀 섀시(21)는 라이트 유닛(20)의 구성요소들이 놓이거나 고정되는 일종의 용기(container)이다. 바텀 섀시(21)는 전체적으로 대략 직사각형 쟁반(tray) 같은 형상을 가질 수 있다. 바텀 섀시(21)는 알루미늄, 알루미늄 합금, 아연 도금 강판 같은 금속 재료로 형성될 수 있다. 바텀 섀시(21)는 폴리카보네이트(polycarbonate) 같은 플라스틱 재료로 형성될 수도 있다.
바텀 섀시(21) 위에는 반사 시트(26), 광학 부재(optical member)(27) 및 광학 시트(28)를 포함하는 광학 요소들이 위치한다. 입광부(IA)에 인접한 영역에서 바텀 섀시(21)의 배면에는 광원 유닛(24)이 결합되어 있는 지지대(22)가 위치한다. 대광부(CA)에 인접한 영역에는 광학 부재(27)를 지지하는 브라킷(23)이 바텀 섀시(21) 위에 위치한다.
지지대(22)는 광원 유닛(24)을 고정시킴과 동시에, 광원 유닛(24)에서 발생하는 열을 바텀 섀시(21)로 전달하기 위한 일종의 방열 부품이다. 지지대(22)는 광원 유닛(24)에서 나오는 열을 바텀 섀시(21)로 빠르게 전달하여 광원 유닛(24)이 과열되는 것을 방지하기 위해서 열전도성이 좋은 금속 재료로 형성될 수 있다. 예컨대, 지지대(22)는 알루미늄, 알루미늄 합금 등으로 압출 성형하여 형성될 수 있다.
광원 유닛(24)은 입광부(IA)을 따라 길게 위치하는 기판(241) 및 기판(241)에 소정 간격으로 배치된 광원(242)을 포함한다. 기판(241)은 인쇄 회로 기판(PCB)일 수 있고, 특히 금속 코어 인쇄 회로 기판(MCPCB)일 수 있다. 기판(241)은 지지대(22)에 고정될 수 있다. 광원(242)은 기판(241)의 배선에 전기적으로 연결되어 전원을 공급 받아 전기 에너지를 광 에너지로 변환하여 방출한다. 광원(242)은 발광다이오드(LED) 패키지일 수 있고, 발광다이오드는 색 순도가 높은 청색광을 방출할 수 있다. 청색광은 약 440 나노미터 내지 약 485 나노미터 파장의 광을 의미할 수 있다. 발광다이오드는 예컨대 약 445 나노미터 내지 약 450 나노미터에서 피크 파장을 가진 청색광을 방출할 수 있다. 광원(242)은 출광면이 광학 부재(27)를 향하도록 위치한다. 발광다이오드 패키지 외에도 다른 가능한 점 광원 또는 선 광원이 광원(242)으로 사용될 수 있다.
광학 부재(27)는 광원(242)으로부터 방출되는 광을 안내하여 표시 패널(10)로 전달하기 위해 사용된다. 광학 부재(27)는 광원 유닛(24)에서 발생한 점 광원 또는 선 광원 형태의 광학 분포를 갖는 광을 면 광원 형태의 광학 분포를 갖는 광으로 변경, 즉 광을 고르게 분포시키는 역할을 한다.
광학 부재(27)는 또한 광원(242)에서 방출된 광의 파장을 변환할 수 있다. 광학 부재(27)는 표시 장치(1)의 모든 표시 영역(DA)에 광을 제공할 수 있도록, 표시 장치(1)를 정면에서 볼 때 표시 영역(DA)보다 클 수 있다.
광학 부재(27) 아래, 즉 광학 부재(27)과 바텀 섀시(21) 사이에는 반사 시트(26)가 위치할 수 있다. 반사 시트(26)는 광학 부재(27) 아래쪽으로 진행하는 광을 반사시켜 최종적으로 표시 패널(10) 쪽으로 향하게 함으로써 광 효율을 증가시키는 역할을 한다.
광학 부재(27) 위로는 광학 시트(28)가 위치할 수 있다. 광학 시트(28)는 확산 시트, 프리즘 시트 및 보호 시트 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 확산 시트는 광학 부재(27)에서 나온 광을 산란시켜 휘도 분포를 균일하게 하기 위해, 즉 균일한 밝기의 면 광원으로 만들기 위해 사용된다. 프리즘 시트는 확산 시트에 의해 확산된 광의 진행 방향을 조절하여 표시 패널(10)과 수직을 이루도록 한다. 보호 시트는 프리즘 시트의 프리즘을 스크래치(scratch) 등으로부터 보호하기 위해 사용될 수 있다. 보호 시트는 광을 확산시켜 프리즘 시트에 의해 좁아진 시야각을 넓혀 주는 기능도 수행할 수 있다. 광학 시트(28)는 확산 시트, 프리즘 시트 및 보호 시트 중 어떤 것은 포함하지 않을 수 있고 어떤 것은 복수 개 포함할 수 있다. 광학 시트(28)는 광의 편광 성분을 분리하여 투과 및 반사시킴으로써 휘도 효율을 높일 수 있는 반사 편광 시트를 더 포함할 수 있다.
표시 패널(10) 등을 안정적으로 고정시키기 위한 프레임(31, 32)은 입광부(IA)에 인접하게 위치하는 프레임(31)과 대광부(CA)에 인접하게 위치하는 프레임(32)이 구조적으로 다를 수 있다. 표시 패널(10)은 양면 테이프 같은 접착 부재(T1, T2, T3)에 의해 광학 부재(27) 및 브라킷(23)에 움직이지 않게 부착될 수 있다.
지금까지 표시 장치(1)의 전체적인 구성에 대해 살펴 보았다. 이제, 일 실시예에 따른 표시 장치(1)에서 라이트 유닛(20)의 광학 부재(27)에 대해 상세하게 설명한다. 이하에서 특별한 언급이 없더라도, 이전에 참고했던 도면을 함께 참고하여 설명한다.
도 3은 일 실시예에 따른 광학 부재의 단면도이다. 도 3에는 광학 부재(27)와 광원(242)의 관계를 나타내기 위해, 광학 부재(27)와 함께 광원(242)이 도시되어 있다.
도 3을 참고하면, 광학 부재(27)는 광원(242)으로부터의 광을 표시 패널(10)에 공급하기 위한 주요 구성으로 도광판(271)을 포함한다. 도광판(271)에서 광원(242)에 인접한 가장자리 부근을 입광부이라고 하고, 입광부 맞은편의 광원(242)으로부터 멀리 있는 가장자리 부근을 대광부이라고 한다.
광학 부재(27)는 또한, 도광판(271) 위에 차례로 적층되어 있는 저굴절률층(273), 제1 캡핑층(274), 파장 변환층(276), 제2 캡핑층(277) 및 오버코트층(278)을 포함한다.
도광판(271)은 광원(242)에서 방출되는 광의 진행 경로를 안내한다. 도광판(271)은 유리 도광판일 수 있다. 유리 도광판은 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA) 같은 플라스틱 도광판보다 열과 습기에 의한 변형이 작은 반면 강도가 높은 장점이 있다. 유리 도광판을 사용하는 경우 라이트 유닛(20)의 설계 자유도가 증가하여 보다 얇은 라이트 유닛(20) 및 표시 장치(1)를 제공할 수 있다. 도광판(271)의 유리 재료는 실리카계 유리일 수 있고, 이산화규소(SiO2), 산화알루미늄(Al2O3) 등을 주성분으로 포함할 수 있다. 도광판(271)은 약 0.5 mm 내지 약 3 mm의 두께를 가질 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.
도광판(271) 아래에는 패턴 시트(272)가 위치하고 도광판(271) 위에는 도광판(271)보다 굴절률이 작은 저굴절률층(273)이 위치한다. 본 명세서는 패턴 시트(272)가 단순 면형 형태를 가지는 실시예를 도시하였으나 이에 제한되는 것이 아니라 패턴 시트(272)는 복수의 요철을 포함하는 형태를 가질 수 있다.
저굴절률층(273)은 금속을 포함할 수 있다. 일 예로 저굴절률층(273)은 금속 박막일 수 있다. 저굴절률층(273)은 적어도 1종 이상의 금속을 포함할 수 있으며, 일 예로 은(Ag), 알루미늄(Al), 구리-아연 합금(Cu-Zn Alloy), 구리(Cu) 및 금(Au) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 저굴절률층(273)은 일 예로 은(Ag)을 포함하거나 알루미늄(Al)을 포함할 수 있다. 저굴절률층(273)이 포함하는 금속은 전술한 금속에 제한되는 것은 아니다
약 450 나노미터의 광파장을 가지는 청색 발광 다이오드에 대해 은(Ag)은 약 0.14의 굴절률을 가질 수 있으며, 알루미늄(Al)은 약 0.61의 굴절률을 가질 수 있으며, 구리-아연 합금은 약 1.09의 굴절률을 가질 수 있으며, 구리(Cu)는 약 1.31의 굴절률을 가질 수 있으며, 금(Au)은 약 1.37의 굴절률을 가질 수 있다.
저굴절률층(273)은 스퍼터링 공정을 통해 형성될 수 있다. 스퍼터링 공정을 통해 형성된 저굴절률층(273)과 도광판(271)의 접착력은 우수할 수 있다.
한편 금속 재질의 저굴절률층(273)을 포함하는 경우 광학 부재(27)는 도전층을 포함하게 되므로 일부 영역에 정전기가 잔류하거나 쌓이는 문제를 방지하여 정전기가 표시 패널 내부로 흘러 들어가는 것을 방지할 수 있다.
저굴절률층(273)의 두께는 약 30 옹스트롬 내지 약 100 옹스트롬일 수 있다. 저굴절률층(273)의 두께가 약 30 옹스트롬 미만인 경우 저굴절률층(273)을 형성하는 공정에서 금속 응집 현상이 발생할 수 있다. 금속층을 형성하는 공정에서 일부 영역에 금속이 응집되어 균일한 형태의 저굴절률층(273)을 제공하기 어려울 수 있다. 저굴절률층(273)의 두께가 약 100 옹스트롬 초과인 경우 저굴절률층(273)의 투과율이 낮을 수 있다. 일 실시예에 따라 도광판(271)을 통과한 광은 저굴절률층(273)을 통과하여 표시 패널로 제공되어야 하는데, 저굴절률층(273)의 두께가 약 100 옹스트롬 초과인 경우 저굴절률층(273)을 투과하는 것이 어려우므로 표시 패널에 제공되는 광량이 감소할 수 있다.
저굴절률층(273)과 도광판(271) 사이에는 굴절률 차이가 있는 제1 계면이 형성된다. 제1 계면은 도광판(271)의 출광면(OS)에 해당하고, 도광판(271) 내에서 안내되는 광(L1)을 선택적으로 나가게 하는 계면으로 기능한다. 도광판(271) 내에서 안내되는 광(L1)의 출광면(OS)으로 입사각이 전반사 임계각 이상인 경우 광(L1)은 제1 계면에서 전반사되어 도광판(271) 내로 되돌아온다. 반면, 도광판(271) 내에서 안내되는 광(L2, L3)의 출광면(OS)으로 입사각이 전반사 임계각 미만인 경우, 광(L2, L3)의 적어도 일부가 제1 계면을 통과하여 도광판(271)을 빠져나갈 수 있다.
저굴절률층(273)은 일 예로 은(Ag)을 포함할 수 있다. 박막 형태의 은(Ag)은 약 450 나노미터의 광파장을 가지는 청색 LED에 대해 약 0.14 내지 약 0.2의 굴절률을 가질 수 있다. 유리 재질의 도광판(271)의 굴절률은 약 1.4 내지 약 1.5일 수 있다. 도광판(271)과 저굴절률층(273)이 전술한 바와 같은 굴절률을 가지는 경우 도광판(271)으로부터 저굴절률층(273)을 향해 입사하는 광의 임계각은 약 10도(°) 이하일 수 있으며, 실시예에 따라 임계각은 약 8도(°) 이하일 수 있다. 도광판(271)으로부터 저굴절률층(273)을 향해 입사하는 광의 입사각이 약 10도 이상인 경우 전반사가 발생할 수 있으며, 일 예로 약 8도 이상인 경우 전반사가 발생할 수 있다. 이에 따라 광원(242)에서 도광판(271)으로 입사되는 광의 대부분이 전반사될 수 있다. 도광판(271)과 저굴절률층(273) 사이의 굴절률 차이가 클수록 임계각은 작아질 수 있으며 이에 따라 도광판(271) 내에서 전반사되는 광량이 증가할 수 있다.
출광면(OS)에서 전반사된 광은 패턴 시트(272) 또는 반사 시트에 의해 다시 반사되어 출광면(OS)을 향해 이동하며 출광면(OS)에 대한 입사각이 임계각 미만인 경우 도광판(271)을 빠져나갈 수 있다.
일 실시예에 따르면 광원(242)으로부터 도광판(271)을 향해 이동한 광의 대부분이 전반사될 수 있다. 이와 같이 전반사된 광은 다시 출광면(OS)을 통해 파장 변환층(276) 및 표시 패널을 향해 입사할 수 있으므로, 파장 변환층(276)의 출광량 및 휘도가 증가할 수 있다.
또한 입광부에 인접한 도광판(271)에서는 빛샘 현상이 발생할 수 있는데, 일 실시예에 따른 광학 부재(27)는 임계각이 상당히 작기 때문에 입사되는 대부분의 광이 전반사 될 수 있으므로 입광부에서의 빛샘 현상을 개선할 수 있다.
패턴 시트(272) 아래는 기층(air)이고, 패턴 시트(272)와 기층 사이에는 굴절률 차이가 있는 제2 계면이 형성된다. 패턴 시트(272)의 패턴은 도광판(271) 내에서 안내되는 광(L1)의 반사각을 조절하여, 예컨대 제2 계면에 의해 반사 또는 산란된 광(L2, L3)이 제1 계면에서 전반사되지 않고 적어도 일부가 도광판(271)을 빠져나갈 수 있게 한다. 일 실시예에 따르면 패턴 시트(272)는 생략될 수 있고, 그 대신 도광판(271)의 하면이 패턴화되어 있을 수 있다.
위와 같은 식으로 도광판(271)의 입광면(IS)으로 입사된 광(L1)은 입광부에서 대광부에 이르기까지 도광판(271) 내에서 안내되면서 도광판(271)의 출광면(OS) 전체를 통해 빠져나간다. 도광판(271)은 광원(242)에서 발생한 점 광원 또는 선 광원 형태의 광학 분포를 갖는 광을 면 광원 형태의 광학 분포를 갖는 광으로 변경한다. 도광판(271) 내에서 안내되는 광이 도광판(271)의 대광부 측면을 통해 빠져나가지 않도록, 반사층(RL)이 도광판(271)의 대광부 측면을 덮고 있을 수 있다.
저굴절률층(273) 위에는 제1 캡핑층(274) 및 파장 변환층(276)이 차례로 위치한다.
제1 캡핑층(274)은 파장 변환층(276)과 저굴절률층(273) 사이에 위치하여, 파장 변환층(276)으로 불순물이 침투하는 것을 방지할 수 있다. 제1 캡핑층(274)은 파장 변환층(276)으로 수분이나 산소가 침투하는 것을 차단할 수 있다.
제1 캡핑층(274)은 질화규소(SiNx), 산화규소(SiOx), 산화알루미늄(AlOx) 및 투명 금속 산화물 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 투명 금속 산화물은 일 예로 인듐-아연 산화물(IZO), 인듐 산화물(InOx), 아연 산화물(ZnOx), 지르코늄 산화물(ZrOx), 인듐-주석 산화물(ITO), 인듐-갈륨-아연 산화물(IGZO), 인듐-주석-아연 산화물(ITZO), 인듐-주석-갈륨-아연 산화물(ITGZO) 같은 금속 산화물을 포함할 수 있으며 이에 제한되는 것은 아니다.
제1 캡핑층(274)은 일 실시예에 따라 아르곤(Ar)을 포함할 수 있다. 제1 캡핑층(274)은 실시예에 따라 저굴절률층(273)을 형성하는 공정과 연속적인 공정을 통해 형성될 수 있다. 이때 공정 분위기는 플라즈마 형성을 위한 비활성 기체, 일 예로 아르곤 가스를 포함할 수 있다. 이러한 아르곤 기체 분위기에서 스퍼터링 공정을 통해 형성된 제1 캡핑층(274)은 아르곤(Ar)을 포함할 수 있다. 그러나 이에 제한되는 것은 아니며 제조 공정에서 포함되는 비활성 기체의 종류에 따라 제1 캡핑층(274)이 포함하는 원소의 종류가 달라질 수 있음은 물론이다. 즉, 제1 캡핑층(274)은 제조 공정에서 사용되는 비활성 기체에 해당하는 물질을 포함할 수 있다. 제1 캡핑층(274)은 저굴절률층(273)과 함께 연속 공정을 통해 제조될 수 있으므로 제조에 소요되는 시간 및 비용이 감소될 수 있다.
제1 캡핑층(274) 위에는 파장 변환층(276)이 위치한다. 파장 변환층(276)은 분산 매질에 양자점(QD)이 분산된 조성물을 제1 캡핑층(274) 위에 코팅하여 형성될 수 있다. 분산 매질로는 양자점(QD)의 파장 변환 성능에 영향을 미치지 않으면서, 광 흡수율이 낮은 투명한 물질이 사용될 수 있고, 예컨대 에폭시, 실리콘, 폴리스티렌, 아크릴레이트 등이 사용될 수 있다.
파장 변환층(276)의 양자점(QD)은 적색 양자점 및 녹색 양자점을 포함할 수 있다. 적색 양자점은 청색광을 약 620 나노미터 내지 약 750 나노미터 파장의 적색광으로 변환한다. 녹색 양자점은 청색광을 약 495 나노미터 내지 약 570 나노미터 파장의 녹색광으로 변환한다. 적색광과 녹색광으로 변환되지 않는 청색광은 그대로 파장 변환층(276)을 투과한다. 광학 부재(27)는 파장 변환층(276)을 통과한 청색광, 적색광 및 녹색광의 혼합에 의해 백색광을 표시 패널(10)에 제공할 수 있다.
파장 변환층(276) 위에는 제2 캡핑층(277)이 위치하고, 제2 캡핑층(277) 위에는 오버코트층(278)이 위치한다. 제2 캡핑층(277)은 질화규소, 산화규소와 같은 무기 물질을 포함할 수 있으며 오버코트층(278)은 유기 물질을 포함할 수 있다. 제2 캡핑층(277)은 파장 변환층(276)의 유기 물질과 오버코트층(278)의 유기 물질이 섞이는 것을 방지할 수 있다. 제2 캡핑층(277)은 수분이나 산소가 침투하는 것을 차단할 수 있다. 오버코트층(278)은 광학 부재(27)를 전체적으로 보호할 수 있다. 실시예에 따라 제2 캡핑층(277) 및 오버코트층(278) 중 적어도 하나는 생략될 수 있다.
이하에서는 도 4 내지 도 8을 참조하여 일 실시예에 따른 저굴절률층에 대해 살펴본다. 도 4는 일 실시예에 따른 광학 부재를 나타낸 단면도이고, 도 5는 일 실시예에 따른 광학 부재를 나타낸 단면도이며, 도 6, 도 7 및 도 8 각각은 일 실시예에 따른 저굴절률층의 평면도이다. 전술한 구성요소와 동일 유사한 구성요소에 대한 설명은 생략하며 차별화되는 구성에 대해 중점적으로 설명한다.
우선 도 4를 참조하면, 일 실시예에 따른 저굴절률층(273)은 복수의 개구부(OP)를 포함할 수 있다. 복수의 개구부(OP)는 저굴절률층(273) 전체 영역에 걸쳐 균일한 크기 및 간격으로 배치될 수 있다. 상기 크기와 간격은 장치에 따라 변할 수 있다.
저굴절률층(273)은 금속을 포함할 수 있으며, 일 예로 은(Ag), 알루미늄(Al), 구리-아연 합금(Cu-Zn Alloy), 구리(Cu) 및 금(Au) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
도광판(271)으로부터 저굴절률층(273)을 향해 입사하는 광의 임계각은 약 10도(°) 이하일 수 있으며, 일 예로 약 8도(°) 이하일 수 있다. 도광판(271)으로부터 저굴절률층(273)을 향해 입사하는 광의 입사각이 약 10도 이상인 경우 전반사가 발생할 수 있으며, 일 예로 약 8도 이상인 경우 전반사가 발생할 수 있다.
일 실시예에 따라 저굴절률층(273)이 금속 박막을 포함하는 경우 광원으로부터 입사한 대부분의 광은 도광판(271) 내에서 전반사될 수 있다. 이때 저굴절률층(273)이 복수의 개구부(OP)를 포함함에 따라 일부 광(L4)들은 전반사되지 않고 개구부(OP)를 통해 출광될 수 있다. 도광판(271)으로부터 방출되는 출광량을 증가시킬 수 있다.
저굴절률층(273) 위에 제1 캡핑층(274)이 위치한다. 제1 캡핑층(274)은 저굴절률층(273)이 포함하는 개구부(OP) 내에도 위치할 수 있다. 제1 캡핑층(274)은 복수의 개구부(OP)를 채우는 형태를 가질 수 있다.
다음 도 5를 참조하면 저굴절률층(273)은 복수의 개구부(OP)를 포함할 수 있다. 이때 복수의 개구부(OP) 사이의 거리는 상이할 수 있다. 일 예로 도 5에 도시된 바와 같이 입광부에 인접한 개구부(OP) 사이의 거리는 대광부에 인접한 개구부(OP) 사이의 거리보다 클 수 있다. 입광부에 위치하는 복수의 개구부(OP)는 대광부에 위치하는 복수의 개구부(OP)에 비해 상대적으로 소하게 배치될 수 있다. 다시 말해 입광부에 위치하는 개구부(OP)의 면적의 밀도가 대광부에 위치하는 개구부(OP)의 면적의 밀도보다 작을 수 있다. 동일한 면적을 기준으로 입광부에 인접한 저굴절률층(273)은 대광부에 인접한 저굴절률층(273) 보다 적은 수의 개구부(OP)를 포함할 수 있다.
입광부는 대광부에 비해 상대적으로 입사되는 광량이 많을 수 있다. 입광부는 광원(242)과 인접하게 위치하여 광원(242)으로부터 다량의 광이 입사되기 때문이다. 대광부에 인접하게 위치하는 개구부(OP)의 면적이 큰 경우, 대광부에 인접한 영역에서 방출되는 광량이 입광부에 인접한 영역에서 방출되는 광량보다 클 수 있다. 그러나 입광부에서는 광원(242)으로부터 입사되는 광이 많으므로 개구부(OP)를 통해 방출되지 않더라도 저굴절률층(272)을 투과하여 방출되는 광량이 많을 수 있다. 따라서 도광판(271)에서 방출되는 광량이 전반적으로 균일할 수 있다.
다음 도 6을 참조하면, 저굴절률층(273)은 복수의 개구부(OP)를 포함할 수 있다. 본 명세서는 개구부(OP)가 평면상 원형인 실시예를 도시하였으나 이에 제한되는 것은 아니며, 다각형, 원형, 타원형 등 어떠한 형태도 가능함은 물론이다. 또한 본 명세서는 복수의 개구부(OP)가 불규칙하게 배열된 실시예를 도시하였으나 이에 제한되지 않고 규칙적으로 배열된 복수의 개구부(OP)를 포함할 수도 있다.
일 실시예에 따라 입광부에 인접하게 위치하는 개구부(OP)의 개수는, 대광부에 인접하게 위치하는 개구부(OP)의 개수보다 적을 수 있다. 입광부에서 대광부를 향해 갈수록 동일 면적이 가지는 개구부(OP)의 개수가 증가할 수 있다. 예를 들어 동일 면적을 가지는 A 및 B 영역에서, 입광부에 인접하게 위치하는 A 영역에는 12개의 개구부(OP)가 위치할 수 있다. 대광부에 인접하게 위치하는 B 영역에는 36개의 개구부(OP)가 위치할 수 있다.
다시 말해 동일 면적을 기준으로 대광부에 인접하게 위치하는 저굴절률층(273)에서 복수의 개구부(OP)가 차지하는 평면 면적은 입광부에 인접하게 위치하는 저굴절률층(273)에서 복수의 개구부(OP)가 차지하는 평면 면적 보다 클 수 있다.
대광부에 인접하게 위치하는 복수의 개구부(OP)를 통해 방출되는 광량은 입광부에 인접하게 위치하는 복수의 개구부(OP)를 통해 방출되는 광량보다 클 수 있다. 그러나 입광부에서는 광원(242)으로부터 입사되는 광이 많으므로 개구부(OP)를 통해 방출되지 않더라도 저굴절률층(272)을 투과하여 방출되는 광량이 많을 수 있다. 도광판(271) 전체에서 방출되는 광량이 균일할 수 있다.
다음 도 7을 참조하면, 저굴절률층(273)은 복수의 개구부(OP)를 포함할 수 있다. 본 명세서는 개구부(OP)가 평면상 원형인 실시예를 도시하였으나 이에 제한되는 것은 아니며, 다각형, 원형, 타원형 등 어떠한 형태도 가능함은 물론이다.
일 실시예에 따라 입광부에 인접하게 위치하는 일 개구부(OP)의 면적과 대광부에 인접하게 위치하는 일 개구부(OP)의 면적이 상이할 수 있다. 도 7에 도시된 바와 같이 입광부에 인접하게 위치하는 하나의 개구부(OP)의 평면 면적은 대광부에 인접하게 위치하는 하나의 개구부(OP)의 평면 면적 보다 작을 수 있다.
대광부에 인접하게 위치하는 일 개구부(OP)의 면적이 상대적으로 큰 경우, 동일 면적(A' 및 B')을 기준으로 대광부에 인접하게 위치하는 개구부(OP)를 통해 방출되는 광량은 입광부에 인접하게 위치하는 개구부(OP)를 통해 방출되는 광량보다 많을 수 있다.
그러나 입광부에서는 광원(242)으로부터 입사되는 광이 많으므로 개구부(OP)를 통해 방출되지 않더라도 저굴절률층(272)을 투과하여 방출되는 광량이 많을 수 있다. 도광판(271) 전체에서 방출되는 광량이 균일할 수 있다.
다음, 도 8을 참조하면 저굴절률층(273)은 복수의 개구부(OP)를 포함할 수 있다. 개구부(OP)는 입광부로부터 대광부에 이르기까지 연속적으로 연결된 형태를 가질 수 있다. 본 명세서는 개구부(OP)가 평면상 사선 방향으로 연장되는 가장자리를 포함하는 실시예를 도시하였으나 이러한 형태에 제한되는 것은 아니다.
일 실시예에 따라 입광부에 인접하게 위치하는 개구부(OP)가 차지하는 면적과 대광부에 인접하게 위치하는 개구부(OP)가 차지하는 면적이 상이할 수 있다. 도 8에 도시된 바와 같이 동일 면적을 나타내는 A'' 및 B'' 영역을 기준으로 입광부에 인접하게 위치하는 개구부(OP)가 차지하는 평면 면적은 대광부에 인접하게 위치하는 개구부(OP)가 차지하는 평면 면적보다 작을 수 있다. 입광부에서 대광부를 향해 갈수록 개구부(OP)가 차지하는 면적이 증가할 수 있다.
대광부에 인접하게 위치하는 개구부(OP)의 면적이 큰 경우, 대광부에 인접하게 위치하는 개구부(OP)를 통해 방출되는 광량이 입광부에 인접하게 위치하는 개구부(OP)를 통해 방출되는 광량보다 클 수 있다. 그러나 입광부에서는 광원(242)으로부터 입사되는 광이 많으므로 개구부(OP)를 통해 방출되지 않더라도 저굴절률층(272)을 투과하여 방출되는 광량이 많을 수 있다. 도광판(271) 전체에서 방출되는 광량이 균일할 수 있다.
이하에서는 도 9 내지 도 12를 참조하여 실시예 및 비교예에 대해 살펴본다. 도 9는 실시예 및 비교예에 따른 광량에 대한 그래프이고, 도 10은 실시예에 따른 저굴절률층의 굴절률을 나타낸 그래프이고, 도 11은 실시예에 따른 저굴절률층의 굴절률을 나타낸 그래프이고, 도 12는 실시예 및 비교예에 따른 투과율을 나타낸 그래프이다.
우선 도 9를 참조하여 실시예 및 비교예에 따른 출광량을 살펴본다. 실시예는 전술한 내용에 따라 은(Ag)을 포함하는 저굴절률층(굴절률 0.2)과 글래스 재질의 도광판(굴절률 1.49)을 포함하는 광학 부재이고, 비교예 1은 저굴절률층과 동일한 위치에 배치되는 기층(air, 굴절률 1)과 글래스 재질의 도광판(굴절률 1.49)을 포함하는 광학 부재이고, 비교예 2는 유기 물질을 포함하는 저굴절률층(굴절률 1.25)과 글래스 재질의 도광판(굴절률 1.49)을 포함하는 광학 부재에 관한 것이다.
실시예에 따른 경우 임계각은 약 8도이고, 비교예 1에 따른 경우 임계각은 약 42도이며, 비교예 2의 경우 임계각은 약 57도이다. 실시예의 경우 도광판 내에서 광이 전반사하는 도광 가능한 범위가 8도 내지 172도이며, 비교예 1의 경우 42도 내지 138도이고, 비교예 2의 경우 57도 내지 123도이다. 전반사되는 광들은 패턴 시트 또는 반사 시트에 의해 반사되어 최종적으로 파장 변환층으로 제공될 수 있으므로, 전반사되는 광량이 증가할수록 파장 변환층으로 제공되는 광량이 증가할 수 있다.
실시예, 비교예 1 및 비교예 2 각각에 대해 도광 가능한 각도 범위를 도 9의 그래프에 나타냈으며, 비교예 1 및 비교예 2 대비 실시예는 전반사를 통해 최종적으로 방출 가능한 광량이 상당히 많음을 알 수 있다. 실시예에 따른 경우 파장 변환층에 상당히 많은 양의 광을 제공할 수 있다.
다음 도 10을 참조하면, 실시예에 따라 은(Ag)을 포함하는 저굴절률층의 경우 380 나노미터 내지 780 나노미터의 파장 범위에서 약 0.2 수준에 해당하는 굴절률을 가짐을 확인하였다. 반면 ITO를 포함하는 비교예의 경우 380 나노미터 내지 780 나노미터의 파장 범위에서 약 1.6 내지 약 2의 굴절률을 가짐을 확인하였다. 즉, 은(Ag)과 같은 금속을 포함하는 저굴절률층은 넓은 파장 범위에서 상당히 낮은 굴절률을 가짐을 확인하였다.
또한 도 11을 참조하면 50 옹스트롬의 두께를 가지며 은(Ag)을 포함하는 저굴절률층, 및 1000 옹스트롬의 두께를 가지며 은(Ag)을 포함하는 저굴절률층 역시 480 나노미터의 파장 범위에서 약 0.1 내지 0.15 사이의 굴절률을 가짐을 확인하였다. 일 실시예와 같이 저굴절률층이 은(Ag)을 포함하는 경우 상당히 낮은 굴절률을 가질 수 있음을 확인하였다. 특히 발광 다이오드에 의해 제공되는 광 파장 범위에서 상당히 낮은 굴절률을 가짐을 확인하였다.
한편 도 12를 참조하면, 실시예 1은 30 옹스트롬 두께의 은(Ag) 박막을 포함하고, 실시예 2는 40 옹스트롬 두께의 은 박막을 포함하고, 실시예 3은 50 옹스트롬 두께의 은 박막을 포함하고, 실시예 4는 50 옹스트롬 두께의 은 박막을 포함하고, 비교예 1 및 비교예 2 각각은 500 옹스트롬 두께의 ITO 박막을 포함한다.
실시예 1 내지 실시예 4를 살펴보면 약 480 나노미터 파장 범위의 청색광에 대해 ITO 박막 보다 높은 투과율을 보임을 알 수 있다. 일 실시예에 따라 저굴절률층이 금속을 포함하는 경우에도 충분히 얇은 두께인 경우 청색광이 충분히 투과함을 확인하였다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
242: 광원
271: 도광판
273: 저굴절률층
276: 파장 변환층

Claims (20)

  1. 광원, 그리고 상기 광원에서 방출되는 광을 전달 및 변환하는 광학 부재를 포함하며,
    상기 광학 부재는,
    도광판,
    상기 도광판 위에 위치하며 상기 도광판의 굴절률보다 작은 굴절률을 가진 저굴절률층, 그리고
    상기 저굴절률층 위에 위치하며 양자점을 포함하는 파장 변환층을 포함하고,
    상기 저굴절률층은 금속을 포함하는 라이트 유닛.
  2. 제1항에서,
    상기 저굴절률층의 두께는 30 옹스트롬 내지 100 옹스트롬인 라이트 유닛.
  3. 제1항에서,
    상기 저굴절률층은 은(Ag), 알루미늄(Al), 구리-아연 합금(Cu-Zn Alloy), 구리(Cu) 및 금(Au) 중 적어도 하나를 포함하는 라이트 유닛.
  4. 제1항에서,
    상기 광학 부재는 상기 저굴절률층과 상기 파장 변환층 사이에 위치하는 제1 캡핑층을 더 포함하는 라이트 유닛.
  5. 제4항에서,
    상기 제1 캡핑층은 질화규소, 산화규소, 산화알루미늄 및 투명 금속 산화물 중 적어도 하나를 포함하는 라이트 유닛.
  6. 제4항에서,
    상기 제1 캡핑층은 아르곤(Ar)을 포함하는 라이트 유닛.
  7. 제1항에서,
    상기 저굴절률층은 개구부를 포함하는 라이트 유닛.
  8. 제7항에서,
    상기 저굴절률층은 상기 개구부가 차지하는 면적의 밀도가 상이한 복수의 영역을 포함하는 라이트 유닛.
  9. 제7항에서,
    상기 광학 부재는 상기 광원에 인접한 입광부와, 상기 입광부로부터 이격된 대광부를 포함하고,
    상기 입광부에 인접하게 위치하는 상기 개구부가 차지하는 면적은 상기 대광부에 인접하게 위치하는 상기 개구부가 차지하는 면적보다 작은 라이트 유닛.
  10. 제7항에서,
    상기 광학 부재는 상기 광원에 인접한 입광부와, 상기 입광부로부터 이격된 대광부를 포함하고,
    상기 입광부에 인접하게 위치하는 상기 개구부의 개수는 상기 대광부에 인접하게 위치하는 상기 개구부의 개수보다 적은 라이트 유닛.
  11. 표시 패널 및 상기 표시 패널에 광을 공급하는 라이트 유닛을 포함하며,
    상기 라이트 유닛은 광원, 그리고 상기 광원에서 방출되는 광을 전달 및 변환하는 광학 부재를 포함하고,
    상기 광학 부재는,
    도광판,
    상기 도광판 위에 위치하며 금속을 포함하는 저굴절률층, 그리고
    상기 저굴절률층 위에 위치하며 양자점을 포함하는 파장 변환층을 포함하고,
    상기 저굴절률층의 굴절률은 1 이하인 표시 장치.
  12. 제11항에서,
    상기 도광판에서 상기 저굴절률층을 향해 입사하는 광의 임계각은 10도 이하인 표시 장치.
  13. 제11항에서,
    상기 저굴절률층의 두께는 30 옹스트롬 내지 100 옹스트롬인 표시 장치.
  14. 제11항에서,
    상기 광학 부재는 상기 저굴절률층과 상기 파장 변환층 사이에 위치하는 제1 캡핑층을 더 포함하는 표시 장치.
  15. 제14항에서,
    상기 제1 캡핑층은 질화규소, 산화규소, 산화알루미늄, 및 투명 금속 산화물 중 적어도 하나를 포함하는 표시 장치.
  16. 제14항에서,
    상기 제1 캡핑층은 아르곤(Ar)을 포함하는 표시 장치.
  17. 제11항에서,
    상기 저굴절률층은 개구부를 포함하는 표시 장치.
  18. 제17항에서,
    상기 저굴절률층은 상기 개구부가 차지하는 면적의 밀도가 상이한 복수의 영역을 포함하는 표시 장치.
  19. 제17항에서,
    상기 광학 부재는 상기 광원에 인접한 입광부와 상기 입광부로부터 이격된 대광부를 포함하고,
    상기 입광부에 인접하게 위치하는 상기 개구부가 차지하는 면적은 상기 대광부에 인접하게 위치하는 상기 개구부가 차지하는 면적보다 작은 표시 장치.
  20. 제17항에서,
    상기 광학 부재는 상기 광원에 인접한 입광부와 상기 입광부로부터 이격된 대광부를 포함하고,
    상기 입광부에 인접하게 위치하는 상기 개구부의 개수는 상기 대광부에 인접하게 위치하는 상기 개구부의 개수보다 적은 표시 장치.
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