CN103137835A - 增强白光发光二极管演色性的方法 - Google Patents

Abstract

本发明是有关于一种增强白光发光二极管演色性的方法，特别是有关一种利用蓝绿色荧光粉而增强白光发光二极管演色性的方法。

Description

增强白光发光二极管演色性的方法

技术领域

本发明涉及一种增强白光发光二极管演色性的方法，特别是涉及一种利用蓝绿色荧光粉而增强白光发光二极管演色性的方法。

背景技术

近来，由于发光二极管(Light Emitting Diode；LED)具备省电、环保、使用寿命长、反应速度快等优点，而逐渐取代传统的乌丝灯泡或日光灯成为新兴的照明工具，并且被应用于各种不同的领域，例如液晶显示器、道路照明、路标指示等领域。一般来说，使用的最为广泛的LED为仿照日光照射的白光发光二极管(white LED)。

现今的白光LED大多都是以蓝光发光二极管晶粒搭配不同的荧光粉封装成一可以产生白光的白光LED。白光LED制作的主要技术是将一蓝光发光二极管晶粒(波长430nm-480nm)上涂布一层黄色荧光粉，例如YAG黄色荧光粉、TAG黄色荧光粉等，而藉由蓝光发光二极管晶粒所发出的蓝色光激发黄色荧光粉发出黄色光，因黄色荧光粉发出的黄色光与蓝光发光二极管晶粒所发出的蓝光混合，藉由蓝色光与黄色光之间的互补作用而产生白光。

参照图1与表一，图1为采取蓝光发光二极管晶粒与黄色荧光粉(YAG)制作的白光LED的光谱图，表一则展示此白光LED的亮度与演色性(ColorRendering Index；CRI)的测试结果。

表一

由图1与表一可以得知采取蓝光发光二极管晶粒与黄色荧光粉(YAG)制作的白光LED的平均亮度大约在6.1505lm左右，而其平均演色性大约是在75.3582左右，其演色性大多介于70-75之间。

因此，以此技术制作的白光LED的演色性，显然不符合现今要求白光LED的演色性需要达到80以上的要求。有鉴于此，进一步发展出添加红色荧光粉于由蓝光发光二极管与黄色荧光法所构成的白光LED，以达到高演色性要求(CRI＞80)。然而，由于添加红色荧光粉虽然可以增加白光LED的演色性，但是其增加的幅度不大，所以要达到高演色性要求需要添加大量的红色荧光粉，而此一做法有两个缺点：(1)添加大量的红色荧光粉将会使得白光LED所发出的光变色，而无法发出白光，因此，需要添加绿色荧光粉进行补正，使得白光LED可以发出白光；(2)由于添加大量的红色荧光粉与绿色荧光粉，虽然对白色LED的演色性有一定的提升，最高可以将演色性提升到大于80，其演色性虽增加，但其亮度会大幅的降低。

另外，现今也发展出另一技术制作白光LED，其在蓝光发光二极管晶粒添加红色与绿色荧光粉，红色荧光粉与绿色荧光粉藉由蓝光发光二极管所发出的蓝色光的激发，而分别发出红色光与绿色光，藉由蓝色光、红色光、以及绿色光混合而产生白光。参照图2与表二，图2为采取蓝光发光二极管晶粒、红色荧光粉以及绿色荧光粉制作的白光LED的光谱图，而表二则展示此白光LED的亮度与演色性的测试结果。

表二

由图2与表二可以得知采取蓝光发光二极管晶粒添加红色荧光粉与绿色荧光粉制作的白光LED的平均亮度大约在4.844952lm左右，而其平均演色性大约是在78.181左右，其演色性大多介于75-79之间。因此，此一技术制作的白光LED的演色性(CRI)同样无法达到制作高演色性的要求(CRI＞80)，相反地大幅地降低白色LED的亮度。

由此可见，上述现有的增强白光发光二极管演色性的方法在方法与使用上，显然仍存在有不便与缺陷，而亟待加以进一步改进。为了解决上述存在的问题，相关厂商莫不费尽心思来谋求解决之道，但长久以来一直未见适用的设计被发展完成，而一般方法又没有适切的方法能够解决上述问题，此显然是相关业者急欲解决的问题。因此如何能创设一种可以增强白光发光二极管(white LED)演色性的方法，可以大幅地增加白光LED的演色性，而不会改变与影响白光LED发出的光的颜色，也不会大幅地降低白光LED的亮度，实属当前重要研发课题之一，亦成为当前业界极需改进的目标。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种增强白光发光二极管(white LED)演色性的方法，可以大幅地增加白光LED的演色性，而不会改变与影响白光LED发出的光的颜色，也不会大幅地降低白光LED的亮度。

本发明的另一目的在于，增强白光发光二极管(white LED)演色性的方法，可以在任何传统的发光二极管封装工艺，以一简单且不会大幅地改变原先工艺步骤的方法，有效地增强白光发光二极管(white LED)的演色性，而保持足够的亮度。

本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本发明提出的一种增强白光发光二极管演色性的方法，其包含以下步骤：提供一发光二极管晶粒进行封装，以形成一白光发光二极管；以及在封装该发光二极管晶粒工艺中添加一蓝绿色荧光体，而吸收该发光二极管晶粒所发出的光线的一部分，而激发出蓝绿色波长的光与该发光二极管晶粒所发出的光混合，而增强该白光发光二极管的演色性。

本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。

前述的增强白光发光二极管演色性的方法，其中该封装一发光二极管晶粒步骤包含下列步骤：固晶，以固晶胶水将该发光二极管晶粒固定于一基板上；烘烤，用以使该银胶固化而固定该发光二极管晶粒；焊线，用以打线连接该发光二极管晶粒的电极于基板导脚；点胶，用以添加荧光体胶水而形成可以激发出白光的白光发光二极管；烘烤，用以固化封装胶体；以及测试，用以进行功能测试而判断良莠。

前述的增强白光发光二极管演色性的方法，其中该发光二极管晶粒为一蓝光发光二极管。

前述的增强白光发光二极管演色性的方法，其中该蓝绿色荧光体是在该点胶步骤进行添加。

前述的增强白光发光二极管演色性的方法，其中该蓝绿色荧光体的波长为485纳米(nm)至519纳米(nm)。

前述的增强白光发光二极管演色性的方法，其中该蓝绿色荧光体至少包含下列一种荧光物质：LuAG:(Lu，Y)₃A₁₅O₁₂:Ce、Ga-YAG:Y₃(Al，Ga)₅O₁₂:Ce、TAG:Tb₃A₁₅O₁₂:Ce、(Ba，Sr，Ca)₂SiO₄、Sr₃SiO₅、CaA₁SiN₃、(Sr，Ca，Ba，Eu)₂Si₅N₈-x-yOxCy、绿色SrSi₂(O，Cl)₂N₂、或黄色(Ba，Sr)Si₂(O，Cl)₂N₂。

前述的增强白光发光二极管演色性的方法，其中该蓝绿色荧光体添加的量大于0.01克。

前述的增强白光发光二极管演色性的方法，其中该蓝绿色荧光体添加的量占该荧光体胶水整体重量比的0.25％。

前述的增强白光发光二极管演色性的方法，其还包含在封装该发光二极管晶粒工艺中添加一黄色荧光体，该黄色荧光体受到该蓝光发光二极管发出的蓝光激发，而会发出黄光。

前述的增强白光发光二极管演色性的方法，其中该黄色荧光体为黄色荧光粉。

前述的增强白光发光二极管演色性的方法，其还包含在封装该发光二极管晶粒工艺中添加一红色荧光体，该红色荧光体受到该蓝光发光二极管发出的蓝光激发，而会发出红光。

前述的增强白光发光二极管演色性的方法，其中该红色荧光体为红色荧光粉。

前述的增强白光发光二极管演色性的方法，其还包含在封装该发光二极管晶粒工艺中添加一绿色荧光体，该绿色荧光体受到该蓝光发光二极管发出的蓝光激发，而会发出绿光。

前述的增强白光发光二极管演色性的方法，其中该绿色荧光体为绿色荧光粉。

前述的增强白光发光二极管演色性的方法，其还包含在封装该发光二极管晶粒工艺中添加一红色荧光体，该红色荧光体受到该蓝光发光二极管发出的蓝光激发，而会发出红光。

前述的增强白光发光二极管演色性的方法，其中该红色荧光体为红色荧光粉。

本发明与现有技术相比具有明显的优点和有益效果。由以上可知，为达到上述目的，本发明提供了一种增强白光发光二极管(white LED)演色性的方法，包含以下步骤：提供一发光二极管晶粒进行白光二极管封装，而将发光二极管晶粒封装以形成一白光发光二极管；以及在封装发光二极管晶粒工艺中添加一蓝绿色荧光体，而吸收发光二极管晶粒所发出的光线的一部分，而激发出蓝绿色波长的光与发光二极管所发出的光混合，而增强该白光发光二极管的演色性。此蓝绿色荧光体为一可以发出波长485纳米(nm)至519纳米(nm)的光的荧光粉。

借由上述技术方案，本发明增强白光发光二极管演色性的方法至少具有下列优点及有益效果：本发明提供了一种不会改变与影响白光LED发出的光的颜色以及大幅地降低白光LED的亮度，但是可大幅度地增强白光发光二极管(white LED)演色性的方法。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。

附图说明

图1为采取蓝光发光二极管晶粒与黄色荧光粉制作的传统白光LED的光谱图。

图2为采取蓝光发光二极管晶粒、红色荧光粉以及绿色荧光粉制作的传统白光LED的光谱图。

图3为本发明的一实施例的增强白光发光二极管演色性的方法的流程图。

图4为本发明的一实施例的白光发光二极管的光谱图。

图5为本发明的另一实施例的白光发光二极管的光谱图。

图6为本发明的又一实施例的白光发光二极管的光谱图。

100、102：增强白光LED演色性的方法的步骤

B：蓝光

G：绿光

R：红光

Y：黄光

具体实施方式

本发明的一些实施例详细描述如下。然而，除了该详细描述外，本发明还可以广泛地在其他的实施例施行。亦即，本发明的范围不受已提出的实施例的限制，而以本发明提出的申请专利范围为准。其次，当本发明的实施例图示中的各元件或步骤以单一元件或步骤描述说明时，不应以此作为有限定的认知，即如下的说明未特别强调数目上的限制时本发明的精神与应用范围可推及多数个元件或结构并存的结构与方法上。再者，在本说明书中，各元件的不同部分并没有完全依照尺寸绘图，某些尺度与其他相关尺度相比或有被夸张或是简化，以提供更清楚的描述以增进对本发明的理解。而本发明所沿用的现有技艺，在此仅做重点式的引用，以助本发明的阐述。

请参阅图3所示，其为本发明的一实施例的增强白光发光二极管演色性的方法的流程图。首先，提供一发光二极管晶粒，并以此发光二极管晶粒进行(白光LED)封装而形成一白光发光二极管(步骤100)。其中，发光二极管晶粒为蓝光发光二极管晶粒，但并不以此为限，而是可依照白光LED封装工艺的设计、规划、需求或是白光LED结构，而采取其他的发光二极管进行封装，例如紫色发光二极管。其次，发光二极管晶粒的封装工艺包含固晶，以固晶胶水将发光二极管晶粒固定于一基板上；烘烤，用以使固晶胶水固化将发光二极管晶粒固定于基板上；焊线，用以打线连接发光二极管晶粒电极于基板导脚；点胶，用以添加荧光体胶水而形成可以激发出白光的白光LED；烘烤，用来固化封装胶体；以及测试，用以进行功能测试而判断良莠等步骤。然而，本发明所采取的发光二极管晶粒的封装工艺，并不以此上述步骤为限，而是可依照白光LED封装工艺的设计、规划、需求或是白光LED结构，增加、减少或是改变工艺步骤。

接着，在封装发光二极管晶粒工艺中添加一蓝绿色荧光体(步骤102)，此蓝绿色荧光体可以吸收发光二极管晶粒所发出的一部分光线，而激发出波长在485纳米(nm)至519纳米(nm)范围内的蓝绿色光与发光二极管晶粒所发出的光混合，而增强白光发光二极管的演色性。蓝绿色荧光体为一受到发光二极管晶粒所发出的光激发可以发出在485纳米(nm)至519纳米(nm)波长范围内的(蓝绿色)光的蓝绿色荧光粉，其可以包含至少一种下列荧光物质：LuAG:(Lu，Y)₃A₁₅O₁₂:Ce、Ga-YAG:Y₃(Al，Ga)₅O₁₂:Ce、TAG:Tb₃A₁₅O₁₂:Ce、(Ba，Sr，Ca)₂SiO₄、Sr₃SiO₅、CaA₁SiN₃、(Sr，Ca，Ba，Eu)₂Si₅N₈-x-yOxCy、绿色SrSi₂(O，Cl)₂N₂、或黄色(Ba，Sr)Si₂(O，Cl)₂N₂。一般来说，添加蓝绿色荧光粉是在上述封装工艺中点胶步骤进行添加，但是并不以此为限，而是可以视工艺的设计、规划与需求选择在其他工艺步骤进行蓝绿色荧光粉的添加。蓝绿色荧光粉添加的量大概是在0.01克以上或在点胶步骤添加的时候，蓝绿色荧光粉大约占点胶时所使用的粉胶(即所使用的荧光体胶水)整体重量比的0.25％左右，但是可以依照不同的需求与所制作的白光LED种类而改变。

本发明上述的增强白光发光二极管演色性的方法可以应用于采取不同技术制作的各种白光LED中。举例来说，在采取蓝光发光二极管晶粒与黄色荧光粉制作白光LED的(封装)工艺中，除了以上述方法增强演色性的外，也需要添加一受到蓝光发光二极管发出的蓝光激发而会发出黄光的黄色荧光体于其中，例如YAG黄色荧光粉、TAG黄色荧光粉、黄色硅酸盐(SILICATE)荧光粉、黄色氮化物Nitride荧光粉、黄色氮氧化物荧光粉，或是其他黄色荧光粉，藉由蓝色与黄色的互补作用而产生白光。请同时参照图4与表三，图4为采取蓝光发光二极管晶粒、黄色荧光粉(YAG)以及蓝绿色荧光粉制作的白光LED的光谱图，而表三则展示此白光LED的亮度与演色性的测试结果。

表三

由图4与表三可以得知采取蓝光发光二极管晶粒添加黄色荧光粉(YAG)与蓝绿色荧光粉制作的白光LED的平均亮度大约在5.9254lm左右，而其平均演色性大约是在86.2301左右，其演色性大多介于84-87之间。相较于传统采取蓝光发光二极管晶粒添加黄色荧光粉(YAG)制作的白光LED(参照图1与表一)，本发明的白光LED确实因为添加蓝绿色荧光粉(体)，补强了白光LED在485纳米(nm)至519纳米(nm)范围内的光谱，而大幅且有效地增强传统白光LED的演色性，使得白光LED可以达到高演色性(＞80以上)的要求。其次，由表三可以得知此白光LED的平均亮度大约在5.9254lm，相较于传统采取蓝光发光二极管晶粒添加黄色荧光粉(YAG)制作的白光LED(参照图1与表一)的平均光度6.1505lm，仅仅降低了0.2251lm而已，相较于传统的其他增强演色性的方法，例如添加红色荧光粉，显然对于亮度的影响不大，但是却可以增加大约14.42％左右的演色性，因此，依照本发明提供的方法制作的白光LED明显在演色性上优于传统方法制作的白光LED，而可以在不大幅降低亮度的情况下，大幅地提升白光LED的演色性，达到目前业界对于白光LED高显色性(＞80)的要求。

在本发明的另一个实施例中，在传统采取蓝光发光二极管晶粒并添加红色荧光体以及绿色荧光体制作白光LED的(封装)工艺中，依照本发明增强演色性的方法，在(封装)工艺中添加一蓝绿色荧光体(粉)，而补强白光LED的演色性。其中，红色荧光体为一受到该蓝光发光二极管晶粒发出的蓝光激发而会发出红光的红色荧光体，例如红色硅酸盐(SILICATE)荧光粉、红色氮化物Nitride荧光粉、红色氮氧化物荧光粉、或是其他红色荧光粉，而绿色荧光体为一受到该蓝光发光二极管晶粒发出的蓝光激发而会发出绿光的绿色荧光体，例如绿色硅酸盐(SILICATE)荧光粉、绿色氮化物Nitride荧光粉、绿色氮氧化物荧光粉、或是其他绿色荧光粉。请同时参照图5与表四，图5为采取蓝光发光二极管晶粒、红色荧光粉、绿色荧光粉以及蓝绿色荧光粉制作的白光LED的光谱图，而表四则展示此白光LED的亮度与演色性的测试结果。

表四

由图5与表四可以得知采取蓝光发光二极管晶粒、红色荧光粉、绿色荧光粉以及蓝绿色荧光粉制作的白光LED的平均亮度大约在4.596395lm左右，而其平均演色性大约是在89.4163左右，其演色性大多介于87-91之间。相较于传统采取蓝光发光二极管晶粒添加红色荧光粉与绿色荧光粉制作的白光LED(参照第二图与表二)，本发明的白光LED确实因为添加蓝绿色荧光粉(体)，补强了白光LED在485纳米(nm)至519纳米(nm)范围内的光谱，而大幅地且有效地增强传统白光LED的演色性，大约增强14.37％左右，使得白光LED可以达到高演色性(＞80以上)的要求。此白光LED甚至可以达到将近90左右的演色性，这是目前的白光LED所完全无法达到的高演色性，而为目前白光LED的演色性开创了一个新的里程碑。其次，由表四可以得知此白光LED的平均亮度大约在4.596395lm，相较于传统采取蓝光发光二极管晶粒添加红色荧光粉与绿色荧光粉制作的白光LED(参照第二图与表二)的平均光度4.844952lm，仅仅降低了0.248557lm而已，显然对于亮度的影响不大，但是却可以增加大约14.37％左右的演色性，因此，依照本发明提供的方法制作的白光LED明显在演色性上优于传统方法制作的白光LED，且可以在不大幅降低亮度的情况下，大幅地提升白光LED的演色性，达到远高于目前业界所要求的白光LED高显色性(＞80)。

在本发明的另一个实施例中，在传统采取蓝光发光二极管晶粒添加黄色荧光体形成白光以及添加红色荧光体补强演色性而制作成的白光LED的(封装)工艺中，依照本发明增强演色性的方法，在(封装)工艺中添加一蓝绿色荧光体(粉)，而进一步补强白光LED的演色性。其中，黄色荧光体为一受到蓝光发光二极管发出的蓝光激发而会发出黄光的黄色荧光体，例如YAG黄色荧光粉、TAG黄色荧光粉、黄色硅酸盐(SILICATE)荧光粉、黄色氮化物Nitride荧光粉、黄色氮氧化物荧光粉，或是其他黄色荧光粉，而红色荧光体为一受到该蓝光发光二极管晶粒发出的蓝光激发而会发出红光的红色荧光体，例如红色硅酸盐(SILICATE)荧光粉、红色氮化物Nitride荧光粉、红色氮氧化物荧光粉、或是其他红色荧光粉。请参照图6，其为采取蓝光发光二极管晶粒、黄色荧光粉、红色荧光粉以及蓝绿色荧光粉制作的白光LED的光谱图。同样的，由图6可以得知，在此白光LED的光谱图中，明显地补强了白光LED在485纳米(nm)至519纳米(nm)范围内的光谱，而使得整个白光LED的演色性获得大幅且有效地增强。

因此，由上述实施例与测试数据与图表可以得知，本发明确实提供了一个可以有效地增强白光LED演色性的方法，其仅需在制作白光LED的(封装)工艺中，添加一可以受光激发而发出波长在485纳米(nm)与519纳米(nm)之间的蓝绿色光的蓝绿色荧光体(粉)，即可以在不必过渡变动原先工艺步骤的状态下，大幅且有效地增强白光LED的演色性(增加至少14％)，并且对其亮度不会有太大的影响，而在达到高演色性的要求(＞80以上)，并且可以在增强演色性的同时大致保持原先的亮度，并且不像以红色荧光粉补强白光LED演色性的传统方法一样会改变与影响白光LED发出的光的颜色。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (16)

1.一种增强白光发光二极管演色性的方法，其特征在于其包含以下步骤：

提供一发光二极管晶粒进行封装，以形成一白光发光二极管；以及

在封装该发光二极管晶粒工艺中添加一蓝绿色荧光体，而吸收该发光二极管晶粒所发出的光线的一部分，而激发出蓝绿色波长的光与该发光二极管晶粒所发出的光混合，而增强该白光发光二极管的演色性。

2.根据权利要求1所述的增强白光发光二极管演色性的方法，其特征在于其中该封装一发光二极管晶粒步骤包含下列步骤：

固晶，以固晶胶水将该发光二极管晶粒固定于一基板上；

烘烤，用以使该银胶固化而固定该发光二极管晶粒；

焊线，用以打线连接该发光二极管晶粒的电极于基板导脚；

点胶，用以添加荧光体胶水而形成可以激发出白光的白光发光二极管；

烘烤，用以固化封装胶体；以及

测试，用以进行功能测试而判断良莠。

3.据权利要求1所述的增强白光发光二极管演色性的方法，其特征在于其中该发光二极管晶粒为一蓝光发光二极管。

4.据权利要求2所述的增强白光发光二极管演色性的方法，其特征在于其中该蓝绿色荧光体是在该点胶步骤进行添加。

5.据权利要求1所述的增强白光发光二极管演色性的方法，其特征在于其中该蓝绿色荧光体的波长为485纳米(nm)至519纳米(nm)。

6.据权利要求1所述的增强白光发光二极管演色性的方法，其特征在于其中该蓝绿色荧光体至少包含下列一种荧光物质：LuAG:(Lu，Y)₃A₁₅O₁₂:Ce、Ga-YAG:Y₃(Al，Ga)₅O₁₂:Ce、TAG:Tb₃A₁₅O₁₂:Ce、(Ba，Sr，Ca)₂SiO₄、Sr₃SiO₅、CaA₁SiN₃、(Sr，Ca，Ba，Eu)₂Si₅N₈-x-yOxCy、绿色SrSi₂(O，Cl)₂N₂、或黄色(Ba，Sr)Si₂(O，Cl)₂N₂。

7.据权利要求1所述的增强白光发光二极管演色性的方法，其特征在于其中该蓝绿色荧光体添加的量大于0.01克。

8.据权利要求2所述的增强白光发光二极管演色性的方法，其特征在于其中该蓝绿色荧光体添加的量占该荧光体胶水整体重量比的0.25％。

9.据权利要求1所述的增强白光发光二极管演色性的方法，其特征在于其还包含在封装该发光二极管晶粒工艺中添加一黄色荧光体，该黄色荧光体受到该蓝光发光二极管发出的蓝光激发，而会发出黄光。

10.据权利要求9所述的增强白光发光二极管演色性的方法，其特征在于其中该黄色荧光体为黄色荧光粉。

11.据权利要求9所述的增强白光发光二极管演色性的方法，其特征在于其还包含在封装该发光二极管晶粒工艺中添加一红色荧光体，该红色荧光体受到该蓝光发光二极管发出的蓝光激发，而会发出红光。

12.据权利要求11所述的增强白光发光二极管演色性的方法，其特征在于其中该红色荧光体为红色荧光粉。

13.据权利要求1所述的增强白光发光二极管演色性的方法，其特征在于其还包含在封装该发光二极管晶粒工艺中添加一绿色荧光体，该绿色荧光体受到该蓝光发光二极管发出的蓝光激发，而会发出绿光。

14.据权利要求13所述的增强白光发光二极管演色性的方法，其特征在于其中该绿色荧光体为绿色荧光粉。

15.据权利要求14所述的增强白光发光二极管演色性的方法，其特征在于其还包含在封装该发光二极管晶粒工艺中添加一红色荧光体，该红色荧光体受到该蓝光发光二极管发出的蓝光激发，而会发出红光。

16.据权利要求15所述的增强白光发光二极管演色性的方法，其特征在于其中该红色荧光体为红色荧光粉。

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