CN103090308A - 光束控制部件、发光装置、面光源装置和显示装置 - Google Patents

光束控制部件、发光装置、面光源装置和显示装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及光束控制部件、发光装置、面光源装置和显示装置，具体涉及通过射出成型而形成的光束控制部件(140)、具有光束控制部件(140)的发光装置(120)、具有发光装置(120)的面光源装置(100)、以及具有面光源装置(100)的显示装置。光束控制部件(140)具有控制从发光元件(130)射出的光的配光的光控制射出面(141)、以及位于光控制射出面(141)的相反侧的背面(142)。光束控制部件(140)以重叠浇口方式、或重叠浇口方式与侧浇口方式的组合，通过注塑成型而形成。因此，在光束控制部件(140)的背面(142)，以与外缘连接的方式残留有浇口痕迹(147)。

Description

光束控制部件、发光装置、面光源装置和显示装置
技术领域
本发明涉及控制从发光元件射出的光的配光，且通过注塑成型而形成的光束控制部件。另外，本发明涉及具有上述光束控制部件的发光装置、具有上述发光装置的面光源装置、以及具有上述面光源装置的显示装置。
背景技术
在液晶显示装置等透过型图像显示装置中，作为背光有时使用直下式面光源装置。近年来，作为光源，使用具有多个发光二极管(LED)的直下式面光源装置。
例如，直下型的面光源装置具有基板、多个LED、多个光束控制部件(扩散透镜)和光扩散部件(扩散板)。在基板上多个LED被配置为矩阵状。在各LED之上，设置有使从各LED射出的光向基板的面方向扩展的光束控制部件。从光束控制部件射出的光通过光扩散部件而扩散，以面状照射被照射部件(例如液晶面板)。
在专利文献1中，公开了使用透明树脂通过注塑成型而制造直下式面光源装置所使用的光束控制部件(扩散透镜)的方案。另外，公开了将通过注塑成型而形成在射出面的外周部的浇口残留(gate burr)(侧浇口)利用于光束控制部件的定位的方案。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2010－62456号公报
发明内容
发明要解决的问题
如专利文献1记载那样，若在射出面的外周部存在浇口痕迹(浇口残留或浇口切断部位)，则由于在该浇口痕迹处光散射，所以无法实现所希望的配光特性。作为改善该问题的方法，可以考虑减薄注塑成型模具的浇口(树脂注入口)的厚度的方法，但是从成形性的观点出发，过度减薄浇口的厚度并不适宜。
本发明的目的在于，提供通过注塑成型而形成的光束控制部件，其中在确保注塑成型模具的浇口的厚度的同时，使浇口痕迹对配光特性的影响小。另外，本发明的另一目的在于，提供具有该光束控制部件的发光装置、具有该发光装置的面光源装置、以及具有该面光源装置的显示装置。
解决问题的方案
为了实现上述的目的，本发明的光束控制部件是控制从发光元件射出的光的配光，且通过注塑成型而形成的光束控制部件，该光束控制部件包括：光控制射出面，控制从发光元件射出的光的行进方向；背面，位于所述光控制射出面的相反侧；以及浇口痕迹，以与所述背面的外缘连接的方式形成于所述背面的部分区域。
本发明的发光装置包括发光元件和本发明的光束控制部件，以使所述光控制射出面的中心轴与所述发光元件的光轴重合的方式配置所述光束控制部件。
本发明的面光源装置包括本发明的发光装置、以及使来自所述发光装置的光一边扩散一边透过的光扩散部件。
本发明的显示装置包括本发明的面光源装置、以及被来自所述面光源装置的光照射的被照射部件。
发明效果
本发明的光束控制部件制造为，能够在确保注塑成型模具的浇口的厚度的同时，使浇口痕迹对配光特性的影响小。因此，本发明的光束控制部件能够容易地制造，且显示出优异的配光特性。
另外，本发明的发光装置能够有效地利用本发明的光束控制部件的光控制射出面，而较大地扩展从发光元件射出的光。因而，包含本发明的发光装置的本发明的面光源装置即使减薄其厚度，也能够均匀地照射面状的被照射部件。因此，也能够减薄包含本发明的面光源装置的本发明的显示装置的厚度。
附图说明
图1是实施方式1的面光源装置的俯视图。
图2是图1所示的A-A线的剖面图。
图3A至3E是表示实施方式1的光束控制部件的结构的图。
图4A至4D是表示浇口切割前后的实施方式1的光束控制部件的结构的图。
图5A和5B是表示实施方式1的光束控制部件中的树脂注入区域的位置的图。
图6A至6H是表示浇口部与光束控制部件的连接位置的例子的图。
图7A至7C是表示一例光束控制部件中的光路的剖面图。
图8A至8E是表示实施方式2的光束控制部件的结构的图。
图9是实施方式3的面光源装置的局部放大剖面图。
图10A至10E是表示实施方式3的光束控制部件的结构的图。
标号说明
100、300面光源装置
110基板
120、320发光装置
130、332发光元件
131发光面
140、240、340光束控制部件
141光控制射出面
141a第一射出面
141b第二射出面
141c第三射出面
142背面
143凹部
144凹部的内表面
145凸缘部
146脚部
147浇口残留
148浇口部
149树脂注入区域
150光扩散部件
247浇口切断部位
330发光元件封装体
334保持架
LA发光元件的光轴
CA光控制射出面的中心轴
具体实施方式
以下，参照附图详细地说明本发明的实施方式。在以下的说明中，作为本发明的面光源装置的代表例，说明适合于液晶显示装置的背光等的面光源装置。这些面光源装置通过与液晶面板等被照射部件组合，能够作为显示装置而被使用。
(实施方式1)
[面光源装置和发光装置的结构]
图1是表示本发明的实施方式1的面光源装置的结构的俯视图。图2是图1所示的A－A线的剖面图。
如图1和图2所示那样，实施方式1的面光源装置100具有基板110、多个发光装置120和光扩散部件150。
多个发光装置120以规定的排列和间隔配置在基板110上。多个发光装置120分别具有发光元件130和光束控制部件140。
发光元件130是面光源装置100(和发光装置120)的光源，被固定在基板110上。发光元件130例如是白色发光二极管等发光二极管(LED)。
光束控制部件140是控制从发光元件130射出的光的配光的扩散透镜。光束控制部件140以光控制射出面141(后述)的中心轴CA与发光元件130的光轴LA重合的方式，被配置在发光元件130之上面。此外，在发光元件130的发光面131与光束控制部件140的背面142之间，形成有间隙(参照图2)。作为形成间隙的理由，存在为了散发从发光元件130发出的热的积极的理由，以及为了减小配置光束控制部件140时的位置误差的影响的消极的理由。
光束控制部件140通过注塑成型而形成。光束控制部件140的材料只要是能够通过注塑成型而成形，且能够使所希望的波长的光通过的材料，就没有特别限定。例如，光束控制部件140的材料是聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚碳酸酯(PC)、环氧树脂(EP)等透光性树脂。
本发明的面光源装置100在光束控制部件140的结构中具有主要的特征。因此，对于光束控制部件140，另行详细说明。
光扩散部件150是具有光扩散性的板状的部件，使来自光束控制部件140的射出光一边扩散一边透过。通常，光扩散部件150具有与液晶面板等被照射部件大致相同的大小。例如，光扩散部件150由聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚碳酸酯(PC)、聚苯乙烯(PS)、苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯共聚树脂(MS)等透光性树脂形成。为了赋予光扩散性，在光扩散部件150的表面形成有微细的凹凸，或在光扩散部件150的内部分散有玻璃球等光扩散粒子。
在本发明的面光源装置100中，从各发光元件130射出的光通过光束控制部件140沿基板110的面方向扩展，进而通过光扩散部件150扩散。其结果是，本发明的面光源装置100能够均匀地照射面状的被照射部件(例如液晶面板)。
[光束控制部件的结构]
图3是表示实施方式1的光束控制部件140的结构的图。图3A是光束控制部件140的俯视图，图3B是光束控制部件140的主视图，图3C是光束控制部件140的侧视图，图3D是光束控制部件140的仰视图。另外，图3E是图3A所示的D－D线的剖面图。
如图3A至3E所示那样，光束控制部件140具有光控制射出面141、背面142、凹部143、凸缘部145和多个脚部146。
光控制射出面141控制从发光元件130射出并入射至光束控制部件140的内部的光的行进方向。光控制射出面141是以中心轴CA为轴的旋转对称面(参照图2)，且向凸缘部145的上侧(光扩散部件150侧)突出。
光控制射出面141具有位于以光控制射出面141的中心轴CA为中心的规定范围的第一射出面141a、在第一射出面141a的周围连续地形成的第二射出面141b、和连接第二射出面141b与凸缘部145的第三射出面141c(参照图3E)。第一射出面141a是向下侧(发光元件130侧)凸出的圆滑的曲面。第一射出面141a的形状是切取了球面的一部分那样的凹形状。第二射出面141b是位于第一射出面141a的周围的、向上侧(光扩散部件150侧)凸出的圆滑的曲面。第二射出面141b的形状是切取了圆环面的一部分那样的凸形状。第三射出面141c是位于第二射出面141b的周围的曲面。在图3E所示的剖面中，第三射出面141c的剖面既可以是直线状，也可以是曲线状。
凹部143形成在光束控制部件140的下侧(发光元件130侧)的中央部。凹部143的内表面144使从发光元件130射出的光中的、相对于发光元件130的光轴LA在规定的角度的范围内射出的光(主光线)入射至光束控制部件140的内部。背面142是位于光控制射出面141的相反侧，从凹部143的开口缘部沿径向延伸的平面。背面142使从发光元件130射出的光中的、主光线以外的光(副光线)入射至光束控制部件140的内部。
凸缘部145位于光控制射出面141的外周部与背面142的外周部之间，向径向外侧突出。凸缘部145的形状是大致圆环状。凸缘部145不是必需的，但是通过设置凸缘部145，光束控制部件140的操作和定位变得容易。凸缘部145的厚度没有特别限定，通过考虑光控制射出面141的必要面积、凸缘部145的成形性等而决定。例如，凸缘部145的厚度是0.8mm左右。
多个脚部146是在背面142的外周部，从背面142向下侧(发光元件130侧)突出的圆柱状的部件。多个脚部146将光束控制部件140支撑在相对于发光元件130的适当的位置。脚部146的高度没有特别限定，例如是1mm左右。
以下，说明本发明的主要的特征。本发明的光束控制部件通过注塑成型而形成。因而，在本发明的光束控制部件中，形成有与浇口方式相应的浇口痕迹(树脂注入痕迹)。注塑成型的浇口方式有直接浇口方式、侧浇口方式、点浇口方式等各种浇口方式，但是本发明的光束控制部件的一个特征为，以重叠浇口方式、或重叠浇口方式与侧浇口方式的组合而形成。所述“重叠浇口方式”，是指浇口部连接于(重合于)光束控制部件的背面的方式。另外，所述“侧浇口方式”，是指浇口部连接于光束控制部件的侧面的方式。因而，在本发明的光束控制部件中，至少在背面存在浇口痕迹(浇口残留或浇口切断部位)。关于通过采用重叠浇口方式而获得的效果，将在后述。
图4A是浇口切割前的实施方式1的光束控制部件140的仰视图，图4B是浇口切割前的光束控制部件140的主视图。另外，图4C是浇口切割后的光束控制部件140的仰视图，图4D是浇口切割后的光束控制部件140的主视图。另外，图4C是与图3D相同的图，图4D是与图3B相同的图。
另外，图5A是表示实施方式1的光束控制部件140的树脂注入区域149的位置的仰视图，图5B是表示实施方式1的光束控制部件140的树脂注入区域149的位置的侧视图。所谓树脂注入区域149，是指浇口部148(浇口残留147)相对于光束控制部件140的主体部分的连接区域。树脂注入区域149与通向注塑成型模具的模腔部的树脂注入口对应。另外，在图5A和图5B中省略了浇口残留147。
如图4A和图4B所示，实施方式1的光束控制部件140通过组合重叠浇口方式与侧浇口方式而形成。因此，浇口部148如图5A和图5B所示，连接于光束控制部件140的背面142的一部分和凸缘部145的侧面的一部分。通过切断该浇口部148，形成作为浇口痕迹的浇口残留147。
如图4C和图5A所示，浇口残留147连接于背面142的外周部的一部分(与背面142的外缘连接的区域)。另外，如图4D和图5B所示，浇口残留147也连接于凸缘部145的侧面的一部分(与背面142邻接的区域)。
在以重叠浇口方式形成了光束控制部件140的情况下，树脂注入区域149与背面142的外缘连接。与此相对，在以点浇口方式形成了光束控制部件140的情况下，树脂注入区域149不与背面142的外缘连接。另外，在以点浇口方式形成了光束控制部件140的情况下，打开模具的同时切断制品(光束控制部件140)与浇口部148，但是在以重叠浇口方式形成了光束控制部件140的情况下，由于不残留浇口部148地切断浇口部是困难的，所以多数情况下形成浇口残留147。
另外，在实施方式1的光束控制部件140中，与背面142连接的浇口残留147的形状是大致三角柱状。即，构成浇口残留147的面中的、与背面142的树脂注入区域149对置的面，相对于背面142倾斜。这意味着注塑成型时的浇口内的树脂的流动方向相对于背面的树脂注入口倾斜。由此，能够高效率地利用树脂的流动压力，提高注塑成型时的树脂流动性。与此相对，在点浇口方式中，注塑成型时的树脂注入口近前的浇口内的树脂的流动方向相对于形成树脂注入口的面垂直。
这样，根据浇口痕迹的位置或形状，能够确认采用了重叠浇口方式和点浇口方式中的哪一方式。
浇口残留147(浇口部148的一端)的宽度和高度通过考虑成形性而决定。例如，浇口残留147的宽度(图4C中的W)是2mm左右，浇口残留的高度(图4D中的H)是1.2mm左右。
如图2所示，从背面142朝向下侧(发光元件130侧)的浇口残留147的高度h1，比从背面142朝向下侧的脚部146的高度h2低。浇口残留147的高度h1为脚部146的高度h2以上的情况下，将光束控制部件140配置在基板110上时，浇口残留147与基板110发生干涉。从更加可靠地防止干涉的观点出发，优选浇口残留147的高度h1比脚部146的高度h2低0.2mm以上。
图6A是浇口切割前的以往的光束控制部件(第一例)的主视图，图6B是浇口切割后的以往的光束控制部件(第一例)的主视图。图6C是浇口切割前的以往的光束控制部件(第二例)的主视图，图6D是浇口切割后的以往的光束控制部件(第二例)的主视图。图6E是浇口切割前的以往的光束控制部件(第三例)的主视图，图6F是浇口切割后的以往的光束控制部件(第三例)的主视图。图6G是浇口切割前的实施方式1的光束控制部件140的主视图，图6H是浇口切割后的实施方式1的光束控制部件140的主视图。另外，图6G与图4B是相同的图，图6H与图4D是相同的图。
如图6A和图6B所示，以往的光束控制部件的凸缘部145的厚度大。因此，以往的光束控制部件形成为浇口部148连接到凸缘部145的侧面。但是，近年来，对于来自装入光束控制部件内的发光元件的光，为了通过控制而使更多的光射出，要求增大光控制射出面141的面积。因此，如图6C和图6D、以及图6E和图6H所示，减小凸缘部145的厚度而增大光控制射出面141的面积。
如图6C和图6D所示，若凸缘部145的厚度为一定的厚度以上，则能够仅在凸缘部145的侧面连接有浇口部148的状态下形成光束控制部件。可是，如图6E和图6H所示，若凸缘部145的厚度小于一定的厚度，则浇口部148的厚度会超过凸缘部145的厚度。作为改善该问题的方法，可考虑减薄浇口部148的厚度，但是从成形性的观点出发，浇口部148的厚度需要有一定程度。因此，凸缘部145的厚度小的以往的光束控制部件形成为，浇口部148也与光控制射出面141的外周部连接。
与此相对，如图6G和图6H所示，在实施方式1的光束控制部件140中，将浇口部148连接于背面142，以此代替连接于光控制射出面141。即，在维持浇口部148的厚度的同时使浇口部148的连接位置向下侧(发光元件130侧)移动。
[效果]
图7A是表示通过不产生浇口痕迹的制造方法(例如切削加工)形成的光束控制部件140’中的光路的一例的剖面图。如该图所示，在不具有浇口痕迹的光束控制部件140’中，能够使用光控制射出面141的整个面控制从发光元件130射出的光的方向。可是，从制造成本的观点出发，与切削加工等相比，通过注塑成型制造光束控制部件较为理想。
图7B是表示通过注塑成型而形成的以往的光束控制部件140”(参照图6F)中的光路的一例的剖面图。如该图所示，在以往的光束控制部件140”中，浇口痕迹(浇口残留147)也会形成在光控制射出面141的部分区域。在这样的情况下，如图7B所示，从发光元件130射出的光的一部分在浇口痕迹(浇口残留147)处向非期望的方向反射，无法实现所期望的配光。即，与图7A的光束控制部件140’相比，能够利用光束控制部件140”控制的光量较少。
另一方面，图7C是表示通过注塑成型而形成的实施方式1的光束控制部件140中的光路的一例的剖面图。如该图所示，在实施方式1的光束控制部件140中，浇口痕迹(浇口残留147)不形成在光控制射出面141。因而，与通过切削加工而形成的光束控制部件140’(参照图7A)同样，在实施方式1的光束控制部件140中，能够使用光控制射出面141的整个面来控制从发光元件130射出的光的方向。
这样，在本实施方式的光束控制部件140中，在确保注塑成型模具的浇口的厚度的同时，使浇口痕迹对配光特性的影响小。因此，本实施方式的光束控制部件140能够容易地制造，且具有优异的配光特性。
另外，本实施方式的光束控制部件140也能够有效地利用光控制射出面141的外周部，而高效地扩展从发光元件130射出的光。因而，包含本实施方式的光束控制部件140的面光源装置100即使减薄其厚度，也能够均匀地照射面状的被照射部件。
(实施方式2)
[面光源装置和发光装置的结构]
本发明的实施方式2的面光源装置和发光装置在具有实施方式2的光束控制部件240以代替实施方式1的光束控制部件140这一点上，与图1和图2所示的实施方式1的面光源装置100和发光装置120不同。因此，在本实施方式中，仅说明实施方式2的光束控制部件240。
[光束控制部件的结构]
图8是表示实施方式2的光束控制部件240的结构的图。图8A是实施方式2的光束控制部件240的俯视图，图8B是光束控制部件240的主视图，图8C是光束控制部件240的侧视图，图8D是光束控制部件240的仰视图。另外，图8E是图8A所示的D-D线的剖面图。另外，对于与图3A至3E所示的实施方式1的光束控制部件140相同的构成要素，标注相同的标号而省略其说明。
如图8A至8E所示，实施方式2的光束控制部件240具有光控制射出面141、背面142、凹部143、凸缘部145和多个脚部146。在实施方式2的光束控制部件240中，以不产生浇口残留的方式切断浇口部。因此，在实施方式2的光束控制部件240中，如图8C和图8D所示，在背面142的外周部的部分区域和凸缘部145的侧面的部分区域，形成有作为浇口痕迹的浇口切断部位247。
[效果]
实施方式2的光束控制部件240具有与实施方式1的光束控制部件140同样的效果。
(实施方式3)
[面光源装置和发光装置的结构]
图9是表示本发明的实施方式3的面光源装置的结构的局部放大剖面图(与图2对应)。如图9所示，实施方式3的面光源装置300具有基板110、多个发光装置320、和光扩散部件150。对于与图1和图2所示的实施方式1的面光源装置100相同的构成要素，标注相同的标号而省略其说明。
多个发光装置320分别具有发光元件封装体330和光束控制部件340。发光元件封装体330具有发光元件332和保持架334。
发光元件332是面光源装置300(以及发光装置320)的光源，被配置在保持架334的凹部内。发光元件332例如是白色发光二极管等发光二极管(LED)。
保持架334具有由反射材料覆盖的大致圆台形状的凹部。在该凹部的底面，配置发光元件332。如图9所示，在保持架334的上部，配置光束控制部件340。也就是说，保持架334也具有作为光束控制部件340的支撑部件的作用。
[光束控制部件的结构]
图10是表示实施方式3的光束控制部件340的结构的图。图10A是光束控制部件340的俯视图，图10B是光束控制部件340的主视图，图10C是光束控制部件340的侧视图，图10D是光束控制部件340的仰视图。另外，图10E是图10A所示的D-D线的剖面图。另外，对于与图3A至3D所示的实施方式1的面光源装置140相同的构成要素，标注相同的标号而省略其说明。
如图10A至E所示，实施方式3的光束控制部件340具有光控制射出面141、背面142、凹部143和凸缘部145。实施方式3的光束控制部件340由保持架334支撑，因此，与图3A至D所示的实施方式1的光束控制部件140不同，不具有脚部。在该情况下，如图9所示，从背面142朝向下侧(发光元件332侧)的浇口残留147的高度h1只要比保持架334的高度h3低，就没有特别限定。
[效果]
实施方式3的光束控制部件340具有与实施方式1的光束控制部件140同样的效果。
另外，在上述各实施方式中，说明了使从发光元件射出的光扩散的光束控制部件(扩散透镜)，但是本发明的光束控制部件不限定于此。例如，本发明的光束控制部件也可以是使从发光元件射出的光集中的聚光透镜。
另外，在上述各实施方式中，对组合重叠浇口方式与侧浇口方式而形成本发明的光束控制部件的例子进行了说明，但是也可以仅以重叠浇口方式而形成本发明的光束控制部件。此时，浇口痕迹以与背面的外缘连接的方式仅形成于背面的部分区域。
此外，在上述各实施方式中，对具有凸缘部的本发明的光束控制部件进行了说明，但是本发明的光束控制部件也可以不具有凸缘部。在通过组合重叠浇口方式与侧浇口方式而形成不具有凸缘部的本发明的光束控制部件的情况下，浇口痕迹形成在背面的部分区域和与上述背面的部分区域邻接的光控制射出面的部分区域。
另外，在上述各实施方式中，对俯视的情况下的凸缘部的宽度在光束控制部件的整周为相同的例子进行了说明，但是凸缘部的形状不限定于此。例如，也可以仅在形成浇口的位置缩小凸缘部的宽度而形成D切口形状。通过这样地缩小形成浇口的部分的凸缘部的宽度，与在光束控制部件的整周形成相同宽度的凸缘部的情况相比，能够更减小浇口切割后的光束控制部件的大小。
工业实用性
本发明的光束控制部件、发光装置和面光源装置例如能够应用于液晶显示装置的背光或一般照明等。
相关申请的交叉引用
本申请主张2011年10月31日提交的日本专利申请第2011-238570号的优先权，所述日本专利申请所包含的说明书、附图和说明书摘要的全部内容引用于本申请。

Claims (9)

1.一种光束控制部件，控制从发光元件射出的光的配光，且通过注塑成型而形成，该光束控制部件包括：
光控制射出面，控制从发光元件射出的光的行进方向；
背面，位于所述光控制射出面的相反侧；以及
浇口痕迹，以与所述背面的外缘连接的方式形成于所述背面的部分区域。
2.如权利要求1所述的光束控制部件，其中，
所述浇口痕迹是浇口残留。
3.如权利要求2所述的光束控制部件，还包括：
脚部，从所述背面向所述光控制射出面的相反侧突出，
从所述背面朝向所述光控制射出面的相反侧的所述浇口残留的高度比从所述背面朝向所述光控制射出面的相反侧的所述脚部的高度低。
4.如权利要求1所述的光束控制部件，其中，
所述浇口痕迹形成于所述背面的部分区域和与该背面的部分区域邻接的所述光控制射出面的部分区域。
5.如权利要求1所述的光束控制部件，还包括：
凸缘部，位于所述光控制射出面的外周部与所述背面的外周部之间，并向径向外侧突出，
所述浇口痕迹形成于所述背面的部分区域和与该背面的部分区域邻接的所述凸缘部的侧面的部分区域。
6.如权利要求2所述的光束控制部件，其中，
在构成所述浇口残留的面中与所述背面的树脂注入区域对置的面，相对于所述背面倾斜。
7.发光装置，包括：
发光元件；以及
权利要求1至6中任一项所述的光束控制部件，
以使所述光控制射出面的中心轴与所述发光元件的光轴重合的方式配置所述光束控制部件。
8.面光源装置，包括：
权利要求7所述的发光装置；以及
使来自所述发光装置的光一边扩散一边透过的光扩散部件。
9.显示装置，包括：
权利要求8所述的面光源装置；以及
被来自所述面光源装置的光照射的被照射部件。
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