CN101268412A - 液晶显示装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种液晶显示装置。本发明的目的是不使像素分割结构中的分割数增加、而降低液晶显示装置的灰度等级特性(色彩再现性)的视角依赖性。液晶显示装置具有分别通过开关元件与信号线连接的多个像素，各像素包括相对于从信号线供给的信号电压具有相互不同的电压－亮度特性的第一副像素和第二副像素。第一副像素的阈值信号电压比第二副像素的阈值信号电压低。像素构成由红像素、绿像素和蓝像素构成的彩色显示像素。当设红像素、绿像素和蓝像素各自的第一副像素的面积比率为SR1、SG1和SB1，设红像素、绿像素和蓝像素各自的第一副像素在一个垂直扫描期间中的点亮期间比率为TR1、TG1和TB1时，(SR1×TR1)＞(SG1×TG1)＞(SB1×TB1)的关系成立。本发明尤其适合用于电视用的液晶显示装置。

Description

液晶显示装置
技术领域
本发明涉及液晶显示装置，尤其涉及彩色液晶显示装置。
背景技术
近年，液晶显示装置的显示品质提高，也被广泛利用于电视用途，但是对于显示品质进一步提高的需求也在增加。
作为液晶显示装置特有的问题，有显示品质根据观察的方向(视角)而变化的问题、即所谓的视角特性差的问题。在以往的TN模式的液晶显示装置中，会发生灰度等级反转的情况。近年被广泛利用的液晶显示装置，能够在比较宽的视角范围中以10以上的对比度显示图像，但是灰度等级特性(γ特性)存在视角依赖性成为问题。
为了解决该问题，已提出了所谓的像素分割的技术。所谓像素分割是指，将以往用单一的像素进行显示的亮度，用在空间上或者在时间上分割的两个以上的副像素进行显示的方法。两个以上的副像素，至少包括显示比应该显示的亮度高的亮度的明副像素、和显示比应该显示的亮度低的亮度的暗副像素。空间上的像素分割技术，例如在专利文献1～3中有记载。另外，时间上的像素分割技术，例如在专利文献4中有记载。
专利文献1：特开2004-62146号公报
专利文献2：特开2004-78157号公报
专利文献3：特开2005-189804号公报
专利文献4：特开2005-173573号公报
非专利文献1：新編色彩科学ハンドブツク(第2版)、日本色彩学会編、東京大学出版会、p.1026～p.1027、p.1303(1998)
发明内容
但是，即使使用上述专利文献1～4中记载的像素分割技术也不能完全地补偿灰度等级特性(也称为γ特性)的视角依赖性。
以专利文献1～3中记载的空间上的像素分割技术为例，参照图1对该问题进行说明。
图1(a)是示意性地表示不进行像素分割的以往的垂直取向模式(VA模式)的液晶显示装置的1个像素P0的结构的图，图1(b)是示意性地表示其输入灰度等级-亮度特性的图。另外，图1(c)是示意性地表示具有像素分割结构的VA模式的液晶显示装置的1个像素P的结构的图，图1(d)是示意性地表示其输入灰度等级-亮度特性的图。
图1(a)所示的以往的VA模式的液晶显示装置，具有如图1(b)所示的输入灰度等级-亮度特性。以在正面视角(显示面法线方向)能够得到规定的亮度的方式、例如以灰度等级特性成为γ＝2.2的曲线的方式进行设定。但是，当视角(与显示面法线所成的极角)成为45°(倾斜45°视角)时，灰度等级特性与γ＝2.2的曲线有很大偏离。此外，表示图1(b)的灰度等级特性的方位角方向，是与中间隔着液晶层并配置成正交尼科耳的一对偏光板的透过轴平行或者正交的方向。在以下的说明中，只要没有特别说明，方位角方向就是上述的方向。
与此相对，在专利文献1～3中记载的如图1(c)所示1个像素P具有第一副像素SP1和第二副像素SP2的液晶显示装置中，倾斜45°视角的灰度等级特性与正面视角的灰度等级特性(γ＝2.2的曲线)的偏离量降低。
例如，当第一副像素SP1为显示比应该显示的亮度高的亮度的明副像素、第二副像素SP2为显示比应该显示的亮度低的亮度的暗副像素时，图1(d)中的低灰度等级侧的部分主要由第一副像素SP1的特性支配，高灰度等级侧的部分主要由第二副像素SP2的特性支配。当考虑相对于供给到像素P的信号电压的两个副像素的透过率(灰度等级)特性(V-T特性)时，可以说第一副像素SP1是光学的阈值电压V0th低的副像素、第二副像素SP2是光学的阈值电压V0th高的副像素。
如专利文献1～3中记载的那样，当采用对两个副像素设置相互电独立的辅助电容、并使向辅助电容的辅助电容相对电极供给的电压具有差异从而制作出明副像素和暗副像素的结构时，具有能够从共用的信号线向两个副像素SP1和SP2供给信号电压、并且扫描线也能够共用的优点(例如专利文献1的图12)。另外，当采用该结构时，低灰度等级侧(靠近黑显示的一侧)的灰度等级特性的改善效果高，显示品质的改善效果高。此外，在该结构中，向辅助电容的另一个电极(辅助电容电极)供给与从信号线供给到副像素电极的信号电压相同的电压。
如图1(d)的灰度等级特性所示，虽然灰度等级特性的视角依赖性降低，但是仅在一点(很小的范围)，倾斜45°视角的曲线与正面视角的曲线一致。即，在特定的灰度等级，即使将视角倾斜，亮度也几乎不变化，而在其它的灰度等级，当将视角倾斜(使极角增大)时，亮度会发生变化。该亮度的变化在彩色显示中表现为颜色的变化。
当然，通过在空间上、时间上使像素分割数增大，能够使灰度等级特性(色彩再现性)的视角依赖性进一步降低，但是，当然成本会上升。为了以适当的价格向市场提供能够进行高品质显示的液晶显示装置，希望不使分割数增加而改善灰度等级特性(色彩再现性)。
本发明鉴于上述各点而做出，其目的是不使像素分割结构中的分割数增加、而降低液晶显示装置的灰度等级特性(色彩再现性)的视角依赖性。
本发明的液晶显示装置，其特征在于：具有分别通过开关元件与信号线连接的多个像素，上述多个像素的各个包括第一副像素和第二副像素，该第一副像素和第二副像素相对于从上述信号线供给的信号电压具有相互不同的电压-亮度特性，并且上述第一副像素的阈值信号电压比上述第二副像素的阈值信号电压低，上述多个像素构成由红像素、绿像素和蓝像素构成的彩色显示像素，当设上述红像素、上述绿像素和上述蓝像素各自的上述第一副像素的面积比率为SR1、SG1和SB1，设上述红像素、上述绿像素和上述蓝像素各自的上述第一副像素在一个垂直扫描期间中的点亮期间比率为TR1、TG1和TB1时，(SR1×TR1)＞(SG1×TG1)＞(SB1×TB1)的关系成立。
在某个实施方式中，优选满足0.15＜(SR1×TR1)≤1.00、0.03＜(SG1×TG1)＜0.75、0.02＜(SB1×TB1)＜0.71的关系。另外，优选满足0.42＜红(SR1×TR1)≤0.95、0.22＜绿(SG1×TG1)＜0.78、0.15＜蓝(SB1×TB1)＜0.44的关系。
在某个实施方式中，优选：上述红像素在105灰度等级/255灰度等级以上255灰度等级/255灰度等级以下的范围内具有输入灰度等级-正面亮度曲线与输入灰度等级-倾斜45°视角亮度曲线一致的点，上述绿像素在52灰度等级/255灰度等级以上223灰度等级/255灰度等级以下的范围内具有输入灰度等级-正面亮度曲线与输入灰度等级-倾斜45°视角亮度曲线一致的点，上述蓝像素在44灰度等级/255灰度等级以上217灰度等级/255灰度等级以下的范围内具有输入灰度等级-正面亮度曲线与输入灰度等级-倾斜45°视角亮度曲线一致的点。
在某个实施方式中，上述红像素、上述绿像素和上述蓝像素各自的上述第一副像素在一个垂直扫描期间中的点亮期间比率TR1、TG1和TB1为1.00。
发明效果
本发明的液晶显示装置，以皮肤色的再现性不随视角而变化的方式设定副像素的面积比率和/或点亮期间比率，因此能够不增加像素分割结构中的分割数，而降低液晶显示装置的灰度等级特性(色彩再现性)的视角依赖性。
附图说明
图1(a)是示意性地表示不进行像素分割的以往的垂直取向模式(VA模式)的液晶显示装置的1个像素P0的结构的图，(b)是示意性地表示其输入灰度等级-亮度特性的图，(c)是示意性地表示具有像素分割结构的VA模式的液晶显示装置的1个像素P的结构的图，(d)是示意性地表示其输入灰度等级-亮度特性的图。
图2是表示将日本人男女的皮肤色的分布(孟塞尔(Munsell)显示色系统)转换成CIE显示色系统后的结果的图。
图3是用于对在以往的像素分割结构中，皮肤色的色彩再现性由于视角而降低的理由进行说明的图。
图4是表示在以往的像素分割结构中，当第一副像素SP1与第二副像素SP2的面积比为1∶1时的灰度等级特性的图。
图5是表示本发明的实施方式的液晶显示装置的R像素的灰度等级特性的图。
图6是表示本发明的实施方式的液晶显示装置的G像素的灰度等级特性的图。
图7是表示本发明的实施方式的液晶显示装置的B像素的灰度等级特性的图。
图8是示意性地表示本发明的另一个实施方式的液晶显示装置100的1个像素10的结构的图。
符号说明
10像素
10a、10b副像素
12a、12b扫描线
14信号线
16a、16bTFT
18a、18b副像素电极
100液晶显示装置
具体实施方式
本发明人研究了以比较少的像素分割数、例如以作为最小分割数的2分割来改善灰度等级特性(色彩再现性)。
关于显示装置的色彩再现性，记忆色被认为很重要。在大多数情况下，显示装置中显示的图像不能与被拍摄体直接比较，因此，显示图像与观察者记忆的图像的关系变得重要。关于电视用途的显示装置，在记忆色中，可认为人的皮肤的颜色(以下称为“皮肤色”)特别重要(例如非专利文献1)。
图2表示将非专利文献1的第1303页记载的日本人男女的皮肤色的分布(孟塞尔显示色系统)转换成CIE显示色系统后的结果。从图2可知，日本人男女的皮肤色存在于0.3≤x、y≤0.5并且由直线A与B夹着的区域内。另外，根据Jamie Sherrah等，皮肤色与人种无关而存在于由色相限定的一定范围内(例如，参照http://homepages.inf.ed.ac.uk/rbf/CVonline/LOCAL_COPIES/GONG1/cvOnline-skinColourAnalysis.html的图1)。根据发明人的研究，上述图1所示的皮肤色的色相范围与图2所示的范围几乎一致。
本发明人根据各种图像，对25种皮肤色(作为人种，包括白种人、黑种人和黄种人)进行取样，以红(R)、绿(G)和蓝(B)三原色的灰度等级(从0灰度等级到255灰度等级的256个灰度等级)表示各皮肤色，将结果示于表1。在表1中一并表示出各原色的最大值和最小值。
[表1]
  皮肤色   R   G   B
  1   208   144   105
  2   226   180   150
  3   192   154   130
  4   192   156   129
  5   194   154   136
  6   233   190   165
  7   119   93   83
  8   203   141   121
  9   218   177   151
  10   152   97   66
  11   182   124   96
  12   255   201   175
  13   180   154   138
  14   184   162   151
  15   171   128   111
  16   180   139   119
  17   208   145   130
  18   141   96   77
  19   173   120   112
  20   159   101   94
  21   184   125   121
  22   136   89   61
  23   206   171   151
  24   246   223   217
  25   105   52   44
  max   255   223   217
  min   105   52   44
从表1可知，R、G和B的灰度等级相互不同。另外，灰度等级的范围(最小值～最大值)相当宽，R为105～255灰度等级、G为52～223灰度等级、B为44～217灰度等级。另一方面，各皮肤色中的三原色的灰度等级为R＞G＞B的顺序。
考虑在具有图1所示的灰度等级特性的液晶显示装置中显示皮肤色的情况。当该皮肤色由在图3中以R、G和B的棒表示的位置的横轴所表示的灰度等级构成时，当从倾斜45°视角观察时，R、G和B的各亮度发生由各个棒的长度所表示的变化。即，G几乎不发生变化，而R和B的变化量较多。因此，当将视角倾斜时能够看到皮肤色发生变化。
如上所述，皮肤色作为记忆色尤其重要，因此，当皮肤色的再现性差时，观察者会察觉到显示装置的色彩再现性差。因此，为了解决该问题，在使用像素分割技术改善灰度等级特性的视角依赖性的情况下，不是使所有的像素具有相同的灰度等级特性，而是改善各原色的对于皮肤色的再现性重要的灰度等级的视角依赖性。即，使R像素、G像素和B像素分别具有不同的灰度等级特性。
以下，对使用上述专利文献1～3中记载的像素分割技术的实施方式进行说明。
本实施方式的液晶显示装置具有的多个像素P，分别具有第一副像素SP1和第二副像素SP2。第一副像素SP1和第二副像素SP2通过开关元件(例如TFT)与信号线连接，对于从信号线供给的信号电压具有相互不同的电压-亮度特性。在此，第一副像素SP1的阈值信号电压比第二副像素SP2的阈值信号电压低。即，第一副像素SP1为显示比该像素应该显示的亮度高的亮度的明副像素，第二副像素SP2为显示比该像素应该显示的亮度低的亮度的暗副像素。
多个像素P构成分别由R像素、G像素和B像素构成的多个彩色显示像素。彩色显示像素是彩色显示的最小单位。R像素、G像素和B像素被排列成例如条纹状。另外，副像素SP1与SP2的面积比，在R像素、G像素和B像素中不同，当设R像素、G像素和B像素各自的第一副像素SP1的面积比率为SR1、SG1和SB1时，SR1＞SG1＞SB1的关系成立。当设R像素、G像素和B像素各自的第二副像素SP2的面积比率为SR2、SG2和SB2时，因为SR2＝1-SR1，SG2＝1-SG1，SB2＝1-SB1，所以SR2＜SG2＜SB2的关系成立。
当R像素、G像素和B像素中的第一副像素SP1的面积比率以SR1＞SG1＞SB1的关系成立的方式形成时，由于像素分割结构，视角依赖性被最大改善的灰度等级的关系，按照红色、绿色、蓝色的顺序变低。即，成为上述的皮肤色中的红色、绿色、蓝色的灰度等级的顺序。
例如，图4表示第一副像素SP1与第二副像素SP2的面积比为1∶1的情况下的灰度等级特性。图4中表示出了正面视角、倾斜45°视角、倾斜60°视角的灰度等级特性。如参照图3所说明的那样，当R、G和B各像素具有图4所示的灰度等级特性时，如果使视角变大，则皮肤色的色彩再现性降低。
与此相对，在本实施方式的液晶显示装置中，例如，使SR1为0.54、使SG1为0.27、使SB1为0.20。图5表示R像素的灰度等级特性，图6表示G像素的灰度等级特性，图7表示B像素的灰度等级特性。在图5～图7中，表示出了正面视角、倾斜45°视角、倾斜60°视角的灰度等级特性。
如图5所示，SR1为0.54的R像素，在输入灰度等级192/255灰度等级附近，倾斜45°视角、倾斜60°视角的灰度等级特性与正面视角的灰度等级特性(在此为γ＝2.2的曲线)一致。
如图6所示，SG1为0.27的G像素，在输入灰度等级140/255灰度等级附近，倾斜45°视角、倾斜60°视角的灰度等级特性与正面视角的灰度等级特性一致。
另外，如图7所示，SB1为0.20的B像素，在输入灰度等级120/255灰度等级附近，倾斜45°视角、倾斜60°视角的灰度等级特性与正面视角的灰度等级特性一致。
因此，SR1为0.54、SG1为0.27、SB1为0.20的本发明的实施方式的液晶显示装置，R在192/255灰度等级附近、G在140/255灰度等级附近、B在120/255灰度等级附近所表现出的皮肤色的色彩再现性几乎不依赖于视角。
根据表1所示的结果，R像素在105灰度等级/255灰度等级以上255灰度等级/255灰度等级以下的范围内具有输入灰度等级-正面亮度曲线与输入灰度等级-倾斜45°视角亮度曲线一致的点，G像素在52灰度等级/255灰度等级以上223灰度等级/255灰度等级以下的范围内具有输入灰度等级-正面亮度曲线与输入灰度等级-倾斜45°视角亮度曲线一致的点，B像素在44灰度等级/255灰度等级以上217灰度等级/255灰度等级以下的范围内具有输入灰度等级-正面亮度曲线与输入灰度等级-倾斜45°视角亮度曲线一致的点，由此能够降低皮肤色的色彩再现性的视角依赖性。为了满足这样的关系，输入灰度等级-倾斜45°视角亮度曲线一致的点可考虑向第二副像素施加的电压达到阈值信号电压的点，因此，如表2所示，只要满足0.15＜SR1≤1.00、0.03＜SG1＜0.75、0.02＜SB1＜0.71的关系即可。
[表2]
Figure A20068003467200121
另外，根据年轻女性的皮肤色与记忆色相比偏差少(色彩学概输：千々岩英彰；東京大学出版会p130)的观点，优选进一步满足0.42＜SR1≤0.95、0.22＜SG1＜0.78、0.15＜SB1＜0.44的关系。在此，输入灰度等级-正面亮度曲线与输入灰度等级-倾斜视角亮度曲线一致的点，是指倾斜视角亮度在正面亮度±1％以内的点。如果相对于正面亮度为±1％以内，即使是作为记忆色重要的皮肤色，也几乎察觉不到颜色变化。另外，如果倾斜视角(极角)为到45°为止的范围，则包含了通常的电视用途中几乎所有的使用方式，因此没有问题，但是在特别希望广视角的用途中，优选以倾斜60°视角的灰度等级特性与正面视角的灰度等级特性一致的方式进行设定。此外，输入灰度等级-正面亮度曲线与输入灰度等级-倾斜视角亮度曲线也可以不必一致，只要使向第二副像素施加的电压达到阈值信号电压的点在上述范围内，就能够抑制皮肤色的颜色变化被察觉到。
在上述的实施方式中，针对三原色(在此为R、G和B)的每一个，对第一副像素SP1与第二副像素SP2的面积比率进行了调整，得到将视角特性最优化的灰度等级，但对第一副像素SP1在一个垂直扫描期间中的点亮期间比率进行调整也能够得到同样的结果。在此，所谓一个垂直扫描期间，不是由输入影像信号规定的期间，而是对于液晶显示装置被规定的期间，是从向某个像素供给信号电压到再次供给信号电压的期间。例如，NTSC信号的1帧是33.3ms，但是一般在液晶显示装置中，在NTSC信号的1/2帧＝1场(16.7ms)的期间内对全部的像素进行信号电压的写入。即，在该情况下，16.7ms是液晶显示装置的一个垂直扫描期间。另外，在为了改善应答特性的目的等而进行倍速驱动的情况下，液晶显示装置的一个垂直扫描期间成为再一半的8.4ms。
例如，对与上述的实施方式同样地采用专利文献1～3中记载的像素分割结构、并进一步应用时间分割的实施方式进行说明。
图8是示意性地表示本发明的另一个实施方式的液晶显示装置100的1个像素10的结构的图。
像素10被分割为副像素10a、10b，副像素10a、10b分别与TFT16a、TFT16b和辅助电容(CS)22a、22b连接。TFT16a和TFT16b的栅电极分别与扫描线12a和12b连接、源电极与共用的(同一的)信号线14连接。辅助电容22a、22b分别与辅助电容配线(CS总线)24a和辅助电容配线24b连接。辅助电容22a和22b，分别由与副像素电极18a和18b电连接的辅助电容电极、与辅助电容配线24a和24b电连接的辅助电容相对电极、和设置在它们之间的绝缘层(未图示)形成。辅助电容22a和22b的辅助电容相对电极相互独立，具有分别能够从辅助电容配线24a和24b被供给相互不同的辅助电容相对电压的结构。TFT16a和TFT16b的栅电极分别与独立的扫描线12a和12b连接，除此以外的电连接关系，与上述的实施方式(专利文献1的图12)相同。
在本实施方式的液晶显示装置100中，副像素10a的TFT16a和副像素10b的TFT16b与独立的扫描线12a和12b电连接，因此，能够将各自开始点亮的定时错开，从而能够对副像素10a在一个垂直扫描期间中的点亮期间比率进行调整。在此，当以副像素10a作为第一副像素SP1、以副像素10b作为第二副像素SP2、并设R像素、G像素和B像素各自的第一副像素SP1在一个垂直扫描期间中的点亮期间比率为TR1、TG1和TB1时，如果调节成TR1＞TG1＞TB1的关系成立，则即使第一副像素SP1与第二副像素SP2的面积比在R像素、G像素和B像素中全都为1∶1，也能够得到与先前的实施方式同样的效果。即，先前的实施方式中的面积比率(例如SR1)与本实施方式中的点亮期间比率(例如TR1)，对灰度等级特性的影响是等价的。
因此，在图8所示的实施方式的液晶显示装置100中，通过对副像素10a与副像素10b的面积比进行调整，能够将上述两个实施方式组合。
当设R像素、G像素和B像素各自的第一副像素SP1的面积比率为SR1、SG1和SB1，设R像素、G像素和B像素各自的第一副像素SP1在一个垂直扫描期间中的点亮期间比率为TR1、TG1和TB1时，只要使(SR1×TR1)＞(SG1×TG1)＞(SB1×TB1)的关系成立即可。另外，可以以满足0.15＜(SR1×TR1)≤1.00、0.03＜(SG1×TG1)＜0.75、0.02＜(SB1×TB1)＜0.71的关系的方式调整副像素的面积比率和/或点亮期间比率。此外，如果像在先前的实施方式中所说明的那样，采用仅调整面积比率、即使TR1、TG1和TB1为1.00的结构，则能够用一根扫描线驱动两个副像素SP1和SP2(图8中的10a和10b)，因此具有能够使液晶显示装置的结构简单的优点。
另外，本发明能够适当地利用上述专利文献1～3中记载的空间像素分割技术，但是并不限于此，也能够利用在特开平5-289108号公报、特开2004-213011号公报等中记载的空间像素分割技术以及它们的组合。另外，如上所述，也能够利用时间像素分割技术(例如专利文献4)，也能够利用时间像素分割技术与空间像素分割技术的组合。
作为本申请的优先权主张的基础申请的特愿2005-276419号、和专利文献1～4、以及特开平5-289108号公报和特开2004-213011号公报的全部公开内容，为了参考而在本说明书中援用。
产业上的可利用性
本发明的液晶显示装置特别适合用于电视用的液晶显示装置。

Claims (4)

1.一种液晶显示装置，其特征在于：
具有分别通过开关元件与信号线连接的多个像素，
所述多个像素的各个包括第一副像素和第二副像素，该第一副像素和第二副像素相对于从所述信号线供给的信号电压具有相互不同的电压-亮度特性，并且所述第一副像素的阈值信号电压比所述第二副像素的阈值信号电压低，
所述多个像素构成由红像素、绿像素和蓝像素构成的彩色显示像素，
当设所述红像素、所述绿像素和所述蓝像素各自的所述第一副像素的面积比率为SR1、SG1和SB1，
设所述红像素、所述绿像素和所述蓝像素各自的所述第一副像素在一个垂直扫描期间中的点亮期间比率为TR1、TG1和TB1时，
(SR1×TR1)＞(SG1×TG1)＞(SB1×TB1)的关系成立。
2.根据权利要求1所述的液晶显示装置，其特征在于：
满足0.15＜(SR1×TR1)≤1.00、0.03＜(SG1×TG1)＜0.75、0.02＜(SB1×TB1)＜0.71的关系。
3.根据权利要求1或2所述的液晶显示装置，其特征在于：
所述红像素在105灰度等级/255灰度等级以上255灰度等级/255灰度等级以下的范围内具有输入灰度等级-正面亮度曲线与输入灰度等级-倾斜45°视角亮度曲线一致的点，
所述绿像素在52灰度等级/255灰度等级以上223灰度等级/255灰度等级以下的范围内具有输入灰度等级-正面亮度曲线与输入灰度等级-倾斜45°视角亮度曲线一致的点，
所述蓝像素在44灰度等级/255灰度等级以上217灰度等级/255灰度等级以下的范围内具有输入灰度等级-正面亮度曲线与输入灰度等级-倾斜45°视角亮度曲线一致的点。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的液晶显示装置，其特征在于：
所述红像素、所述绿像素和所述蓝像素各自的所述第一副像素在一个垂直扫描期间中的点亮期间比率TR1、TG1和TB1为1.00。
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