KR20070056643A - 입체 영상 표시 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 입체 영상 표시 장치는 본 발명에 따른 입체 영상 표시 장치는 영상을 좌안용 영상 및 우안용 영상을 표시하는 이미지 표시부 및 이미지 표시부의 어느 한 면에 대향 배치되어 이미지 표시부의 영상을 사용자의 좌안과 우안으로 분리하는 패럴랙스 배리어를 포함하고, 패럴랙스 배리어는 노말리블랙(normally black)모드의 액정 표시 소자로 형성된다.
입체영상, 3차원영상, 패럴랙스배리어, 액정셔터, 시분할구동, 2D/3D변환, 오토스테레오스코피

Description

입체 영상 표시 장치{THREE-DIMENSIONAL DISPLAY DEVICE}
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 입체 영상 표시 장치의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 패럴랙스 배리어의 전극 구조를 나타내는 평면도이다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 실시예에 따른 이미지 표시부의 픽셀 배열을 나타내는 개략도이다.
도 4a 및 4b는 패럴랙스 배리어가 노말리 화이트 모드의 액정 표시 소자로 이루어지는 경우의 광투과 조건을 나타내는 개략도이다.
도 5a 및 5b는 패럴랙스 배리어가 노말리 블랙 모드의 액정 표시 소자로 이루어지는 경우의 광투과 조건을 나타내는 개략도이다.
본 발명은 입체 영상 표시 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 패럴랙스 배리어(parallax barrier)를 사용하는 오토스테레오스코피(autostereoscopy) 방식의 입체 영상 표시 장치에 관한 것이다.
입체 영상 표시 장치는 사용자의 좌안과 우안에 서로 다른 이미지를 제공하 여 사용자가 보는 영상에 거리감과 입체감을 느끼도록 하는 장치로서, 여기에는 스테레오스코피 방식과 오토스테레오스코피 방식이 있다. 최근에는 장치 사용자가 편광 안경과 같은 장비를 착용하지 않고도 입체 영상을 시청할 수 있는 오토스테레오스코피 방식이 활발히 개발되고 있다.
통상의 오토스테레오스코피 장치는 이미지 표시부 전면에 패럴랙스 배리어, 렌티큘러 렌즈(lenticular lens) 또는 마이크로렌즈 어레이(microlens array) 등을 구비하여 이미지 표시부에서 구현된 이미지를 공간 분할하는 방식을 채택하고 있다.
특히, 패럴랙스 배리어는 투과형 액정 표시소자를 응용한 액정 표시 소자로 제작될 수 있으며, 이 경우 2차원 모드와 3차원 모드의 변환이 가능한 장점이 있어 노트북이나 모바일 폰 등에 용이하게 적용될 수 있다.
통상의 패럴랙스 배리어는 디스플레이 이미지 표시부의 세로 방향을 따라 길게 배열된 스트라이프 형상의 광 차단부들과 광 투과부들로 이루어진다. 이러한 패럴랙스 배리어는 이미지 표시부에서 서브 픽셀별 또는 픽셀별로 분리되어 구현된 좌안 이미지와 우안 이미지를 광 투과부를 통해 선택적으로 사용자의 좌안 방향과 우안 방향으로 분리시킨다.
이러한 패럴랙스 배리어 방식의 입체 영상 표시 장치는 일반적으로 디스플레이의 픽셀에 입력되는 좌우 영상 신호에 의해 좌우안 영상을 표시하고, 좌안과 우안의 영상을 배리어를 이용하여 공간적으로 분리한다.
그러나 상기한 입체 영상 표시 장치에서는 좌안 영상과 우안 영상이 공간적 으로 분할되어 사용자의 양안에 제공되기 때문에 해상도를 기존의 2차원으로 구현되는 영상의 해상도에 비해 절반으로 떨어뜨리게 된다.
이러한 문제를 해결하기 위해 시분할 구동 방식의 입체 영상 표시 장치가 개발되었다. 시분할 방식의 입체 영상 표시 장치는 이미지 표시부에서 좌안용 이미지와 우안용 이미지의 패턴을 일정한 시간 간격을 두고 서로 바꾸어 보여주면, 이에 대응하여 패럴랙스 배리어의 광차단부와 광투과부의 패턴이 서로 바꾸어 형성되도록 하여 공간 분할 방식에 비해 해상도가 저하되지 않는 입체 영상을 표시하게 된다.
그런데 이러한 시분할 방식의 입체 영상 표시 장치는, 공간 분할 방식의 입체 영상 표시 장치에 비해 높은 해상도를 가져 이보다 양질의 입체 영상을 구현할 수는 있게 되나, 패럴랙스 배리어가 액정 표시 소자로 구성되는 경우, 이 액정 표시 소자가 갖는 구조적인 한계로 인해 패럴랙스 배리어의 개구율을 통상 50% 이상으로 높이고 있다.
이처럼 패럴랙스 배리어의 개구율이 높아지게 되면, 패럴랙스 배리어를 통해 구분되는 좌안용 이미지와 우안용 이미지 사이에 크로스 토크가 일어날 확률이 높은 바, 이로 인해 입체 영상 표시 장치에서 구현되는 화상의 질을 떨어뜨려 최상의 화질을 사용자에게 제공하지 못하게 된다.
따라서 본 발명은 상기한 문제점을 해소하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 고해상도와 양질의 입체 영상을 구현할 수 있는 입체 영상 표시 장치를 제공하 는 데 있다.
전술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 입체 영상 표시 장치는 좌안용 영상 및 우안용 영상을 표시하는 이미지 표시부 및 이미지 표시부의 어느 한 면에 대향 배치되어 이미지 표시부의 영상을 사용자의 좌안과 우안으로 분리하는 패럴랙스 배리어를 포함하고, 패럴랙스 배리어는 노말리블랙(normally black)모드의 액정 표시 소자로 형성된다.
또한, 패럴랙스 배리어는 제1 기판, 제1 기판 위에 제1 방향으로 형성되는 제1 전극, 제1 기판 위에 각각 인접한 제1 전극 사이에 형성되는 제2 전극, 제1 기판과 대향 배치되는 제2 기판, 제2 기판 위에 형성되는 제3 전극, 제1 기판과 제2 기판 사이에 배치되는 액정층 및 제1 기판 및 제2 기판의 외면에 배치되는 한 쌍의 편광판을 포함할 수 있다.
제1 전극과 제2 전극은 서로 같은 폭을 가지며, 제1 전극과 제2 전극 사이에는 소정의 폭을 갖는 갭이 형성된다. 또한, 제3 전극은 통전극으로 형성되는 수 있다.
또한, 이미지 표시부는 제1 전극의 방향을 따라 제1 전극 및 제2 전극의 패턴에 대응되는 제1 픽셀과 제2 픽셀이 교대로 반복 배치되며, 제1 기간 동안 제1 전극에 액정 구동 전압이 인가되고, 제1 픽셀에 좌안용 영상이 표시되며, 제2 픽셀에 우안용 영상이 표시되고, 제2 기간 동안 제2 전극에 액정 구동 전압이 인가되고, 제1 픽셀에 우안용 영상이 표시되며, 제2 픽셀에 좌안용 영상이 표시될 수 있 다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 당업자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 입체 영상 표시 장치의 단면도이다. 도 1을 참고하면, 본 발명의 실시예에 따른 입체 영상 표시 장치는 이미지 표시부(100) 및 패럴랙스 배리어(200)를 포함한다.
이미지 표시부(100)는 소정의 패턴을 갖는 좌안용 영상과 우안용 영상을 표시한다. 이 경우, 이미지 표시부(100)에 나타나는 좌안용 영상 및 우안용 영상의 패턴은 서로 다른 제1 영상과 제2 영상이 소정의 영상 주파수를 가지면서 반복하여 표시되는 것으로 구현된다.
이미지 표시부(100)는 지금까지 개발된 모든 표시 장치가 사용될 수 있다. 일례로, 이미지 표시부(100)는 음극선관(CRT), 액정 표시소자(LCD), 플라즈마 디스플레이 패널(PDP), 전계 방출 디스플레이(FED) 및 유기전계 발광소자(OLED) 중 어느 하나가 사용될 수 있다.
이 경우, 패럴랙스 배리어(200)는 오프 상태에서 빛을 투과하지 않는 노말리블랙(normally black) 모드의 액정 표시 소자가 사용되어 형성될 수 있다.
보다 구체적으로 패럴랙스 배리어(200)는 임의의 간격을 사이에 두고 배치되는 제1 기판(10) 및 제2 기판(12)을 포함한다. 본 실시예에서 제1 기판(10) 및 제2 기판(12)은 한 쌍의 단변들과 장변들을 갖는 직사각형의 형태의 유리 기판으로 형성된다.
이때, 제1 기판(10)과 제2 기판(12)이 서로 마주보는 각각의 면에는 제1 기판(10)과 제2 기판(12) 사이에 배치되는 액정층(22)을 구동시키기 위한 전극이 형성된다. 제1 기판(10)에는 제1 전극(14) 및 제2 전극(16)이 형성되고, 제2 기판(12)에는 제3 전극(18)이 형성된다.
또한, 제1 기판(10)과 제2 기판(12)에는 각각 제1 및 제2 전극(14, 16)과 제3 전극(18)을 덮는 한 쌍의 배향막(20a, 20b)이 형성된다.
이러한 전극들(14, 16, 18)은 인듐 틴 옥사이드(ITO)와 같은 투명 재질로 구성될 수 있다. 또한, 제1 기판(10) 및 제2 기판(12) 각각의 외면에는 한 쌍의 편광판(24a, 24b)이 배치된다. 이하에서는 제1 전극(14) 및 제2 전극(16)의 구체적인 구조에 대하여 설명한다.
도 2는 제1 기판(10)에 형성된 제1 전극(14) 및 제2 전극(16)의 구조를 나타낸다. 도면을 참조하면, 제1 기판(10) 위에 형성되는 제1 전극(14)은 제1 기판(10)의 장변에 대응하는 방향(도면의 Y축 방향)을 따라 길게 형성된다.
제1 전극(14)은 스트라이프 패턴으로 형성되면서 그들 사이에 임의의 간격을 두고 제1 기판(10)에 배열된다. 또한, 제1 기판(10) 위에는 제1 전극(14)을 전기적으로 연결하는 제1 연결 전극(14a)이 형성되어 제1 전극(14)의 일단에 연결된다.
마찬가지로, 제1 기판(10) 상에는 제2 전극(16) 및 제2 전극(16)을 전기적으로 연결하는 제2 연결 전극(16a)이 형성된다. 구체적으로, 제1 기판(10) 위에 형성되는 제2 전극(16)은 제1 기판(10)의 장변에 대응하는 방향(도면의 Y축 방향)을 따라 길게 배치된다.
이러한 제2 전극(16)은 스트라이프 패턴으로 형성되면서 제1 전극(14) 사이에 각각 배열된다. 또한, 제1 기판(10) 위에는 제2 연결 전극(16a)이 제1 기판(10)의 단변에 대응하는 방향(도 2의 X축 방향)을 따라 길게 뻗어 있으며, 제2 전극(16)의 일단에 연결된다.
이에 따라, 제1 전극(14)과 제2 전극(16)은 제1 기판(10)의 단변에 대응하는 방향(도면의 X축 방향)을 따라 교대로 반복 배치되며, 제1 전극(14)과 제2 전극(16) 사이에는 일정한 크기를 두고 갭(G)이 형성된다.
다음으로, 이미지 표시부의 픽셀 배열 및 작동에 대하여 설명한다. 도 3a 및 도 3b는 각각 제1 기간(t1) 및 제2 기간(t2)에서의 이미지 표시부 픽셀 배열을 나타낸다. 이미지 표시부(100)에는 화면의 세로 방향(도면의 Y축 방향)을 따라 길게 형성되는 제1 픽셀(30) 및 제2 픽셀(32)이 화면의 가로 방향(도면의 X축 방향)을 따라 교대로 반복 배치된다.
도 3a에 도시한 바와 같이, 제1 기간(t1)에서 제1 픽셀(30)은 좌안용 영상 신호에 대응하여 좌안용 영상(LR, LG, LB)을 표시하고, 제2 픽셀(32)은 우안용 영상 신호에 대응하여 우안용 영상(RR, RG, RB)을 표시한다. 이와 같이 제1 기간(t1)동안 이미지 표시부에는 제1 영상이 표시된다.
한편, 이미지 표시부(100)가 제1 영상을 표시하는 제1 기간(t1)에는 제1 전 극(14)에는 제1 연결 전극(14a)을 통해 액정 구동 전압이 인가되고, 제2 전극(16)에는 제2 연결 전극(16a)을 통해 기준 전압, 일례로 접지 전압이 인가된다. 또한, 제3 전극(18)에는 기준 전압이 인가된다.
도 3b에 도시한 바와 같이, 제2 기간(t2)에는 제1 기간(t1)과는 반대로, 제1 픽셀(30)에 우안용 영상 신호에 대응하여 우안용 영상(RR, RG, RB)을 표시하고, 제2 픽셀(32)에는 좌안용 영상 신호에 대응하여 좌안용 영상(LR, LG, LB)을 표시한다. 이와 같이 제2 기간(t2)동안 이미지 표시부에는 제2 영상이 표시된다.
이미지 표시부(100)가 제2 영상을 표시하는 제2 기간(t2)에는 제1 전극(14)에는 제1 연결 전극(14a)을 통해 기준 전압이 인가되고, 제2 전극(16)에는 제2 연결 전극(16a)을 통해 액정 구동 전압이 인가된다. 또한, 제3 전극(18)에는 기준 전압이 인가된다.
이와 같은 이미지 표시부(100)와 패럴랙스 배리어(200) 전극의 구동에 의해, 사용자의 좌안은 제1 기간(t1)동안 제1 픽셀(30)을 통해 구현되는 이미지를 보게 되고, 제2 기간(t2)동안 제2 픽셀(32)을 통해 구현되는 이미지를 보게 된다. 또한, 사용자의 우안은 이와 반대로 제1 기간(t1)동안 제2 픽셀(32)을 통해 구현되는 이미지를 보게 되고, 제2 기간(t2)동안 제1 픽셀(30)을 통해 구현되는 이미지를 보게 된다. 따라서 사용자는 공간 분할이 아닌 상기와 같은 시분할을 통해 입체 영상을 시청할 수 있게 되므로 2D와 같은 해상도를 갖는 입체 영상을 볼 수 있다.
한편, 본 실시예의 입체 영상 표시 장치는 노말리 블랙 모드의 액정 표시 소자로 패럴랙스 배리어를 구성하고 있어, 패럴랙스 배리어의 개구율을 낮추어 화질을 향상시킬 수 있게 되는 바, 이하에서는 이를 종래와 같이 노말리 화이트 모드의 액정 표시 소자로 사용하는 경우와 비교하여 설명하도록 한다.
도 4a 및 도 4b는 노말리 화이트 모드의 액정 표시 소자로 패럴랙스 배리어를 구성한 경우의 광투과 특성을 나타내기 위한 개략도이고, 도 5a 및 도 5b는 노말리 블랙 모드의 액정 표시 소자를 사용한 경우의 광투과 특성을 나타내기 위한 개략도이다. 이하에서는 도면을 참고하여 각각의 경우 광투과 특성을 설명한다.
설명의 편의상 이하에서는 패럴랙스 배리어로 사용되는 액정 표시 소자가 갖는 제1 전극 및 제2 전극의 참조 번호를 앞서 설명한 실시예의 제1 전극(14)과 제2 전극(16)과 같은 참조 번호를 사용하도록 한다.
도면에서 보는 바와 같이, 제1 전극(14)과 제2 전극(16)은 임의의 피치(P)를 가지고 반복 배치되어 액정 표시 소자를 구성하게 되는 바, 이 때, 피치(P)는 제1 전극(14)의 폭(W1), 제2 전극(16)의 폭(W2) 이들 전극 사이의 갭들(G)을 포함하며 이루어진다.
더욱이, 이 패럴랙스 배리어를 갖는 입체 영상 표시 장치가 시분할 방식으로 구동되는 경우, 제1 기간(t1)과 제2 기간(t2) 동안 패럴랙스 배리어가 동일한 개구율을 유지하여야 하므로 제1 전극(14)의 폭(W1)과 제2 전극(16)의 폭(W2)은 서로 동 일하게 이루어지고(W1=W2), 갭(G)은 일정하게 유지된다.
이러한 구조를 전제로 할 때, 패럴랙스 배리어의 전체 개구율은 하나의 피치(P) 내에 형성되는 개구율을 전체 피치들 내에 형성되는 개구율으로서 총 합산하면 알 수 있게 되므로, 이하에서는 하나의 피치(P) 내에 형성되는 개구율을 알아보기로 한다.
도 4a를 참고하면, 노말리 화이트 모드의 액정 표시 소자를 패럴랙스 배리어로 사용하는 경우, 제1 기간(t1) 동안 제1 전극(14)에 액정 구동 전압이 인가되면, 제1 전극(14)은 광차단부(S)가 되고, 제2 전극(16)과 갭(G)은 광투과부(T)가 된다. 이에 따라 제1 기간(t1)의 개구율(Ow1)은 T/(T+S) 또는 (W2+2G)/2(W+G)가 된다. 여기서 W는 상기한 바와 같이 W1과 W2 이 같은 값으로 이루어지므로 편의상 W로 통일하여 기재한 것이다.
한편, 도 4b에 도시한 바와 같이, 제2 기간(t2) 동안 제2 전극(16)에 액정 구동 전압이 인가되면, 제2 전극(16)이 광차단부(S)가 되고, 제1 전극(14)과 갭(G)이 광투과부(T)가 된다. 따라서 이 제2 기간(t2)의 개구율(Ow2)은 T/(T+S) 또는 (W1+2G)/2(W+G)가 된다. 이 때에도 W는 상기한 바와 같이 W1과 W2 이 같은 값으로 이루어지므로 편의상 W로 통일하여 기재한 것이다.
이처럼 노말리 화이트 모드의 액정 표시 소자를 사용하여 패럴랙스 배리어를 구성하는 경우에는, 광투과부의 부위가 광차단부의 부위보다 크게 이루어짐을 알 수 있으며, 이로 인해 하나의 피치(P)내는 물론, 패럴랙스 배리어 전체의 개구율은 항상 50% 를 넘게 된다.
그런데 이러한 개구율에서는 이미지 표시부의 제1 픽셀과 제2 픽셀에서 제공되는 빛이 명확하게 분리되지 않고 크로스토크(cross talk) 현상이 일어날 수 있으므로 사용자가 감상하는 입체 영상의 질은 저하될 수 밖에 없다.
이를 방지하게 위해 본 실시예에서는 노말리 블랙 모드의 액정 표시 소자를 사용하여 패럴랙스 배리어를 구성하고 있다.
도 5a 및 도 5b를 참고하면, 패럴랙스 배리어가 노말리 블랙 모드의 액정 표시 소자로 형성되는 경우, 제1 기간(t1) 동안 제1 전극(14)에 액정 구동 전압이 인가되면, 상기한 노말리 화이트 모드의 경우와 달리, 제1 전극(14) 부분이 광투과부(T)가 되고, 제2 전극(16)과 갭(G)이 위치하는 부분은 광차단부(S)가 된다.
또한, 제2 기간(t2) 동안에는 제2 전극(16)에 액정 구동 전압이 인가되어 제2 전극(16)이 광투과부(T)가 되고, 제1 전극(14)과 전극갭(G)이 위치하는 부분은 광차단부(S)가 된다.
이에 따라 이 제1 기간(t1) 동안, 하나의 피치(P) 내의 개구율(Ob1)은 T/(T+S) 또는 W1/2(W+G)가 되고, 제2 기간(t2) 동안 하나의 피치(P) 내의 개구율(Ob2)은 T/(T+S) 또는 W2/2(W+G)가 된다. 이 때에도 W는 상기한 바와 같이 W1과 W2 이 같은 값으로 이루어지므로 편의상 W로 통일하여 기재한 것이다.
즉, 이 노말리 블랙 모드의 액정 표시 소자를 패럴랙스 배리어로 사용하는 경우에는, 하나의 피치 내에 배치되는 전극들 사이의 갭들이 광 차단부 영역을 형성하게 되므로, 광차단부가 광투과부보다 항시 크게 이루어지는 바, 이로 인해 하나의 피치 내는 물론, 패럴랙스 배리어의 전체 영역에서 있어 차지하는 개구율은 50% 이하로 떨어지게 된다.
따라서, 이 경우에는 노말리 화이트 모드의 액정 표시 소자가 패럴랙스 배리어로 사용되는 경우와 달리 크로스토크에 의한 입체 영상의 화질 저하가 일어나지 않게 된다.
다만, 이 경우 개구율이 감소되어 입체 영상 표시 장치의 휘도가 저하될 수 있으나 이는 이미지 표시부의 휘도를 전체적으로 증가시킴으로써 보상이 가능하다. 일례로 이미지 표시부가 액정 표시 장치로 이루어지는 경우, 액정 표시 장치에 구비되는 백라이트의 휘도를 증가시킴으로써 이를 입체 영상 표시 장치의 휘도를 유지할 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따르면 노말리 블랙 모드의 액정 표시 소자를 사용한 패럴랙스 배리어를 사용함으로써 시분할 방식에 의한 고해상도의 입체 영상을 표시하면서, 크로스토크 현상에 의한 화질의 저하를 방지할 수 있게 된다.

Claims (6)

  1. 좌안용 영상 및 우안용 영상을 표시하는 이미지 표시부; 및
    상기 이미지 표시부의 어느 한 면에 대향 배치되어 상기 이미지 표시부의 영상을 사용자의 좌안과 우안으로 분리하는 패럴랙스 배리어를 포함하고,
    상기 패럴랙스 배리어는 노말리블랙(normally black)모드의 액정 표시 소자로 형성되는 입체 영상 표시 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 패럴랙스 배리어는,
    제1 기판;
    상기 제1 기판 위에 제1 방향으로 형성되는 제1 전극;
    상기 제1 기판 위에 각각 인접한 상기 제1 전극 사이에 형성되는 제2 전극;
    상기 제1 기판과 대향 배치되는 제2 기판;
    상기 제2 기판 위에 형성되는 제3 전극;
    상기 제1 기판과 상기 제2 기판 사이에 배치되는 액정층; 및
    상기 제1 기판 및 제2 기판의 외면에 배치되는 한 쌍의 편광판
    을 포함하는 입체 영상 표시 장치.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 제1 전극과 상기 제2 전극은 서로 같은 폭을 가지며,
    상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에는 소정의 폭을 갖는 갭이 형성되는 입체 영상 표시 장치.
  4. 제2 항에 있어서,
    상기 제3 전극은 통전극으로 형성되는 입체 영상 표시 장치.
  5. 제2 항에 있어서,
    상기 이미지 표시부는,
    상기 제1 전극의 방향을 따라 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극의 패턴에 대응되는 제1 픽셀과 제2 픽셀이 교대로 반복 배치되며,
    제1 기간 동안 상기 제1 전극에 액정 구동 전압이 인가되고, 상기 제1 픽셀에 좌안용 영상이 표시되며, 상기 제2 픽셀에 우안용 영상이 표시되고,
    제2 기간 동안 상기 제2 전극에 액정 구동 전압이 인가되고, 상기 제1 픽셀에 우안용 영상이 표시되며, 상기 제2 픽셀에 좌안용 영상이 표시되는 입체 영상 표시 장치.
  6. 제1 항 내지 제5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 좌안용 영상과 상기 우안용 영상이 시분할되어 구동되는 입체 영상 표시 장치.
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