CN1201170C - 反射部件及其光反射方法 - Google Patents

Abstract

在反射板(11)表面形成每个都由一个或多个凹陷或突起(17)组成的单元反射区域(13)。入射进反射板(11)和被各自单元反射区域(13)反射的光线被发射到建立在一个指定平面上的整个指定平面区域(发射区域(14))，该区域像一条环带。发射区域(14)被建立以使其与被液晶面板(18)规则反射的光线的光亮区域重叠很小。通过这样一种结构，在被用来做反射型或半透型显示设备的反射板中，在无用方向反射的光线被减少，能够提高入射光线的光线利用率。

Description

反射部件及其光反射方法

发明的技术领域

本发明涉及一种反射部件和一种光反射方法。特别地，本发明涉及用来做反射型或半透型显示设备的反射部件。同时，它涉及一种光反射方法，通过光反射部件把光反射到不同于规则反射光的区域。另外，本发明还涉及使用到反射部件的器件，例如液晶显示设备、无线信息传输器件、移动信息终端、图像显示设备，等等。此外，本发明涉及制造此反射部件的方法，为此的模具，和制造上述模具的方法。

发明背景

最近，液晶显示设备已经作为个人电脑、电视机、文字处理器、摄像机等的显示设备广泛使用。另一方面，这样的装置已经要求更高的性能如缩小化、节能、降低成本等等。为了适应这样的要求，已经日益增多地发展了这样的反射型液晶显示设备，它能够通过反射从周围入射的环境光而不使用任何后背光(有一种类型在暗处使用后背光)来显示。

在这样一种反射型液晶显示设备中，因为没有使用任何后背光，重要的是通过更有效地利用环境光，显示设备表面的多大部分能够变亮。因此，合并在反射型液晶显示设备中的反射板完成的一个任务是相当重要的，其中需要开发一种反射板，它具有有效利用来自任何角度的环境光的光反射特性。

基本上，使用在反射型液晶显示设备上的反射板1，如图1所示，分布在液晶面板2的后面，并规则地反射入射的环境光。然而，在这样简单的反射板1中，出现了一个问题，就是它引进了来自液晶面板2的表面的反射光。也就是，当环境光如日光、室内照明光等入射进液晶器件时，一部分环境光被从液晶面板2的表面反射，如图1所示，而剩余的环境光穿过液晶面板2并被反射板1反射，其中如果液晶面板2的表面上反射光的反射方向与被反射板1反射的光线的反射方向相同，在液晶器件显示的图像上引入了光源，使得辨认图像变得很困难。也就是说，可视识别被恶化了。

为了解决这些和其它问题，提出了这样的类型，其中由许多凹陷或突起3组成的图案排列在如图2(a)所示的反射板1的表面，而入射光被如图2(b)所示各自的凹槽(凹陷)和突起3散射和反射。如果设计的是入射进反射板1的光被凹陷或突起3散射，则从某个方向上观看屏幕是可能的，在这个方向上观众不被液晶面板2规则反射的任何光线打扰，其中液晶显示设备的可见识别性能能够得到提高。此外，设计凹陷或突起3以便具有凹陷或突起侧面，由此凹陷或突起3的倾斜角(凹陷或突起的切面的倾斜角)不超过如图3所示的α，有可能控制反射光线的发射方向以便于发射方向不宽于2α，其中，通过调整角度α，有可能通过使视场角变窄而使屏幕明亮或者通过牺牲它的光亮度而使视场角变宽。

然而，既然凹陷或突起侧面在图2所示的反射板1的任何位置都是一样的，那么光线在无用的方向反射，损害了光线的利用率。图4是描述了上述缺点的视图。在此图中，假设凹陷或突起3形成在反射板1中以便于在发射方向上的覆盖变成2α。图4显示了在反射板1的左右两端都反射的光，其中入射光线垂直入射进反射板1。区域I是反射板1反射的光线没有到达的区域(也就是说，观察不到屏幕的区域)。区域II是仅由反射板1的一部分所反射的光线到达的区域(也就是说，仅能观察到部分屏幕的区域)。区域IV是这样的一个区域：虽然整个反射板反射的光线都能够到达，但是因为光线被液晶面板2的全部反射光线所掩盖，也观察不到屏幕。区域III是液晶面板2的整个屏幕都能够被观察到的区域(也就是，有效视场区域)。

虽然，在图4中，能够观察到屏幕的区域是从垂直于反射板1的方向表示的，图5显示了一个区域，其中观察到了从反射板1的前面观察的屏幕。在这里，考虑到了光线被入射进反射板1的一角的情况。如图6所示，既然被反射板1反射的光线覆盖了角度α的范围，反射光线到达的区域进入到一个环的内部，环以竖立在反射板1的角落的垂线为圆心，半径是h tanα，其中假设到观察位置的距离是h(也就是说，到观察屏幕的眼睛位置的距离，例如明晰视距)。因此，在平行于反射板1的包含观察位置的平面上观察，只有整个反射板所反射的光线的一部分到达图5中的区域II，由此只有屏幕的一部分可观察到，而在区域II之外的区域I，反射板1所反射的光线不能到达，由此观察不到屏幕。在区域IV中，尽管来自整个反射板所反射的光线都能到达，但它被淹没在液晶面板2所引起的规则反射光中，由此观察不到屏幕。所以，整个反射板反射的光线所能到达以使整个屏幕能被观察到的只有图5中斜线所表示的区域(区域III)。

这样，液晶面板的整个屏幕能被观察到的区域只有图4或图5中的区域III。在区域II和IV中，即使来自反射板所反射的光线能够到达，也不可能观察到整个屏幕，或者说由于反射光线被来自一个光源的规则反射光线所淹没，不可能观察到图像，从区域III的方向观察屏幕结果变黑。

同样，如图4或图5所示，相当于反射板1向无用方向反射的无用部分的光线总量当然是显著的。

发明内容

所以本发明的一个目的就是提供一种用来做反射型或半透型显示设备的反射部件，它能够减少向无用方向反射的光线并提高入射光线的利用率。

根据本发明的反射部件具有大量单元反射区域，其中，所述单元反射区域根据其配置位置而形成不同的形状，以使入射光线大体上反射到整个指定的平面区域，所述指定平面区域以大体上没有规则反射光线通过的方式设定。

这里提到的规则反射是指不形成任何图像，而且会在它所用于的显示设备上淹没图像的观察。规则反射包括这样一个类型：从除了反射部件的单元反射区域之外的地方规则地反射，以及这样一个类型：从除了反射部件之外的物体上规则地反射。另外，尽管规则反射的方向由入射光线的方向所决定，入射光线的方向也会根据使用环境而不同。所以，入射光线的方向并不是固定的，但是可以有一个设定的方向，期望光线沿着这个方向入射，使得使用环境可观察。而且，指定平面区域是指应该处于反射部件正向空间中的平面或曲面，指定平面区域并不一定要平行于反射部件。

单元反射区域将光线反射到大体上整个指定平面区域，在其中，从单元反射区域反射来的光线或图像可以在指定平面区域的任何地方观察到。此外，由于规则反射光线大体上不穿过指定平面区域，指定平面区域上的光线或图像不会被规则反射光线淹没，在那里可以清楚地辨认光线或图像。另外，由于单元反射区域所反射的光线大体上不会射出指定平面区域，有可能在指定平面区域上获得大量的光线或明亮的图像，在此可获得高的光线利用率。特别地，若反射部件与显示设备结合使用，有可能在指定平面区域上辨认出全都明亮的清晰图像。

并不要求单元反射区域遍布整个反射部件。然而，更优选地是，若单元反射区域被用来做显示设备，单元反射区域要差不多布满相当于至少一幅图像的地方的全部。

这样的反射部件可以以其上具有凹陷和突起的反射板的形式使用。凹陷和突起可以安装在反射板的表面也可以安装在透明反射板的背面。尽管可以通过精密制造单元反射区域而减轻光线的不均衡，将单元反射区域做得与像素点一样小是有利的，对显示设备来说尤其是这样。同样，为了使互相远离的单元反射区域能将光线发射到同一平面区域，必须使各自单元反射区域的凹陷和突起不相同。

同样，尽管并不要求所有的光通量被收集在一个指定平面区域，通常也要70％或更多的入射光线被发射到上述的指定平面区域中。若它被用来做显示设备，图像可以变得明亮。

另一方面，若要指定平面区域被设置为包围规则反射光线的发射区，除了让多个单元反射区域所反射的30％或更少的光线从规则反射光线的发射区域发射，没有其它方法。

优选地，上述各单元反射区域至少由一个不包含垂直于入射光线的平面的突起或凹陷所形成。若单元反射区域没有任何垂直于入射光线的平面，反射部件所反射的光线要发射到规则反射光线的发射区域就会变得困难，这样可以减少光线损失。

对于根据本发明的反射部件，为了形成单元反射区域以将入射光线反射到大体上是某一特定平面区域的所有地方，要使该平面区域大体上没有规则反射光线可以从中穿过。例如，各单元反射区域由至少一个突起组成，而所述突起的顶点位于连接该单元反射区域中心和上述指定平面区域中心的线段上，同时，它又偏向上述指定平面区域的中心一侧。结果，单元反射区域中不同突起之间顶点的位置根据单元反射区域到上述指定平面区域中心之间的距离而逐渐不同。

类似地，若单元反射区域由至少一个单一凹陷组成，所述凹陷的最低点位于连接所述指定平面区域中心到单元反射区域中心连线的延长线上，同时，它又偏向远离指定平面区域中心的一侧。这样，上述单元反射区域中不同凹陷之间最低点的位置根据单元反射区域到上述指定平面区域中心之间的距离而逐渐不同。

同样，所述单元反射区域可以由以下几部分组成：用来反射光线的反射层和将反射层所反射的光线引导到上述指定平面区域上的光路转换层，由此形成本发明的反射部件。这样，如果以反射层和光路转换层为基础的反射部件所反射的光线很难发射到规则反射光线的发射区域，则设计上的自由度将增加，而且反射部件的设计也可变得便利。

本发明的反射光线的方法的特点在于：从外界进入的光线被具有多个根据配置位置而形成不同形状的单元反射区域的反射部件所反射，而且被所述反射部件反射的光线被发射到大体上整个指定平面区域，所述指定平面区域以大体上没有规则反射光线通过的方式设定。

由于使用在反射部件上的单元反射区域将光线发射到大体上整个指定平面区域，被单元反射区域反射的光线或图像可以从指定平面区域的任何位置观察到。另外，由于规则反射光线大体上不穿过指定平面区域，指定平面区域上的光线和图像不会被规则反射光线所淹没，所以可以清晰地辨认光线和图像。更进一步地，由于单元反射区域所反射的光线大体上都不发射到指定平面区域之外，有可能在指定平面区域上获得大量光线或明亮的图像，在此可获得高的光线利用率。特别地，如果单元反射区域部件和一个显示设备组合使用，则有可能在指定平面区域上辨认出整体都很明亮的清晰图像。

在反射光线的方法中，通常70％或更多的入射光通量被发射到上述指定平面区域上。另外，若它被用来做显示设备，可使图像明亮。事实上，除了让反射光线的30％或更少发射到被上述指定平面区域包围的上述规则反射光线的发射区域中之外，没有其它方法。

根据本发明，提供了一种制造模具的方法，其特征在于，当金属、树脂等压模材料被沉积到一块原始板上之后，通过从原始板上剥离所述压模材料而转印所述原始板的形状，其中，该原始板具有与上面所述的反射部件所具有的多个单元反射区域相同的形状。这样，如果制造反射部件之后在模制品的表面形成一层金属薄膜形的反射膜，可以产生具有高反射率的反射部件。

本发明还提供了一种制造反射部件的方法，其特征在于，在上面所述的模具中填充树脂，在所述树脂硬化之后，从模具中剥离出模制品。

根据本发明的反射部件典型地用作液晶显示设备的反射部件。特别地，如果大量夹有液晶层的衬底中至少一层由根据本发明底反射部件组成，部件数可以减少，并可得到薄的液晶显示设备。

另外，通过将液晶显示设备用作显示设备，本发明可以适用于装备有发射和接收部件的无线信息传输装置上，例如移动电话、小功率无线电、装备有信息处理部件的移动信息终端上，以及电视、电脑等的图像显示设备上用来显示图像。

同样，本发明的上述组成可以尽可能随意地进行组合。

附图说明

图1为描述现有技术的反射型液晶显示设备中所存在问题的视图。

图2(a)为一幅透视图，示出了可以解决上述现有技术液晶显示设备的问题的一种反射板的结构；图2描述它的作用。

图3为示出装备在图2中所示反射板中的凹陷和突起的放大图，并示出了光线被凹陷和突起反射的一种状态。

图4为示出图2(a)中所示反射板所反射光线行为的视图。

图5为示出从与反射板相对的平面上观察时，被图2(a)中所示反射板反射光线行为的视图。

图6为描述图5的辅助视图。

图7为一幅大致的透视图，示出使用了根据本发明一个实施方案的反射板的反射型液晶显示设备，并示出了反射板的一个部分放大部分。

图8为一幅透视图，示出了图7中所示反射板中的单元反射区域阵列。

图9(a)为一个位于反射板中间的突起的前视图，图9(b)为其俯视图。

图10(a)为一个远离反射板中心的突起的前视图，图10(b)为其俯视图。

图11为示出光线被远离反射板中心的突起发射到发射区域的状态的视图。

图12为示出图11中所示突起所反射光线行为的视图。

图13为一幅俯视图，示出了反射板中由突起组成的单元反射区域阵列。

图14(a)示出由一个凹陷组成的单元反射区域的剖面形状，图14(b)为其投影，14(c)为一幅剖面图，示出了在其上排列了由一个凹陷组成的单元反射区域的反射板。

图15为示出发射区域和光亮区域之间关系的视图。

图16(a)、(b)和(c)分别为俯视图、侧视图和前视图，示出了为获得与图15中一样光线分布的突起的形状。

图17为示出发射区域和光亮区域之间另一种关系的视图。

图18(a)、(b)和(c)分别为俯视图、侧视图和前视图，示出了为获得与图17中一样光线分布的突起的形状。

图19为示出发射区域和光亮区域之间又一种关系的视图。

图20(a)、(b)和(c)分别为俯视图、侧视图和前视图，示出了为获得与图19中一样光线分布的突起的形状。

图21为描述确定发射区域大小的线索的视图。

图22(a)为描述确定发射区域大小的另一线索的视图，图22(b)为示出一个反射板尺寸的视图。

图23(a)、(b)和(c)为分别示出不同结构发射区域的全视图。

图24为描述一个使用实例的视图，其中发射区域没有覆盖整个周边。

图25为示出位于反射板左侧和右侧以及其下半部的发射区域视图。

图26(a)、(b)为俯视图，分别示出了为获得图23中所示发射区域的单元反射区域的突起的形状。

图27为示出位于反射板上半部和下半部的发射区域的视图。

图28为俯视图，示出了为获得图27中所示发射区域的单元反射区域的突起的形状。

图29为位于反射板下半部的发射区域的视图。

图30为俯视图，示出了为获得图29中所示发射区域的单元反射区域的突起的形状。

图31为示出根据本发明的另一实施方案的反射板及其作用的全视图。

图32(a)为描述设计同一反射板上凹陷的方法的视图，图32(b)为图32(a)中某一部分的放大图。

图33为描述设计图31中所示反射板的另一种方法的视图。

图34为示出确定以图33为基础的凹陷倾斜角分布的方法的视图。

图35为示出设计图31中所示反射板的一种不同方法的视图。

图36为示出确定远离图33中所示设计方法中心的凹陷倾斜角的方法的视图。

图37为描述图36的详细视图。

图38为示出凹陷一个详细设计实例的视图，其示出了处于中间的凹陷。

图39为透视图，通过以其高度为基础以等级区别示出了图38中所示的凹陷。

图40为侧视图，通过以其高度为基础以等级区别示出了图38中所示的凹陷。

图41为示出一个凹陷的一个详细设计实例的视图，其中示出了一个远离中央的凹陷。

图42为侧视图，通过以其高度为基础以等级区别示出了图41中所示的凹陷。

图43为透视图，通过以其高度为基础以等级区别示出了图41中所示的凹陷。

图44为透视图，通过以其高度为基础以等级区别示出了反射板中心附近的凹陷阵列。

图45为透视图，通过以其高度为基础以等级区别示出了反射板中心附近一排凹陷的一个阵列。

图46(a)和(b)分别为前视图和俯视图，分别示出根据本发明又一实施方案的反射板。

图47(a)和(b)分别为前视图和俯视图，分别示出根据本发明又一实施方案的反射板。

图48为透视图，示出了一个反射板，其中单元反射区域是任意排列的。

图49(a)、(b)、(c)和(d)为描述模具制造过程的视图。

图50(a)、(b)、(c)和(d)为全剖面图，示出了使用同一模具制造反射板的一种方法。

图51(a)、(b)、(c)和(d)为全剖面图，示出了使用图49中所制造的模具制造反射板的另一种方法。

图52为根据本发明的又一实施方案的反射板的剖面图。

图53为全剖面图，示出一个用到光路转换层的反射板。

图54为全剖面图，示出另一个用到光路转换层的反射板。

图55为全剖面图，示出又一个用到光路转换层的反射板。

图56为全剖面图，示出一个反射型液晶显示设备。

图57为透视图，示出一个无线信息传输装置。

图58为透视图，示出一个移动信息终端。

图59为透视图，示出一台电视机；并且

图60为透视图，示出一台个人电脑。

发明详述

根据这些附图，在下文中给出本发明具体实施方案的描述。

图7(a)是一幅大致的透视图，描述了根据本发明一种实施方案的反射板11的基本结构和作用，图7(b)放大显示了反射板11的一部分。反射板11通过将许多单元反射区域13(在图7中仅有一个单元反射区域13画成网格状)排列在衬底12上而构成。考虑到各自反射区域13而从指定方向入射的光线被发射以使它们几乎重合在一指定平面(假定存在观察点的平面或曲面)的指定平面区域14(以下称作“发射区域”)上。也就是说，被各自的单元反射区域反射的光线在指定平面上的发射区域14上互相交叠，整个反射板的反射光线被聚集以致在发射区域14上交叠。因此，若单元反射区域13形成到相当于整个屏幕，则有可能在发射平面14上观察到整个屏幕。

另外，尽管优选地来说，从反射板11反射的光线在液晶面板18表面所反射的规则反射光线包围下反射，并发射到不与指定平面上规则反射光线的发射区域15(以下称作“光亮区域”)相交叠，此反射光线可能与光亮区域15部分交叠，如图7所示。所以，若发射区域14与光亮区域15在指定平面上交叠，发射区域14上除了与光亮区域15交叠的区域之外的区域成为有效视场区域16；而若发射区域14不与光亮区域15交叠，发射区域14与有效视场区域16一致。同样，即使发射区域14与光亮区域15交叠而且交叠区域很小，发射区域14也几乎与有效视场区域16一致。

整个屏幕可以在上述形成宽环状的发射区域14中观察到。然而，由于从反射板11的各自的单元反射区域13反射的光线不会发射出公共的发射区域14，有可能减少向仅有部分屏幕能被观察到的无用方向上反射的光线，由此可以提高光线利用率，并使液晶面板18的屏幕变得明亮。特别地，即使通过加宽有效视场区域16而加宽整个屏幕能被观察到的范围，屏幕也几乎不会变暗，由此可以提高分辨性能。如果反射部件用来做液晶显示设备，则能提高液晶显示设备的质量。

更进一步，由于反射板11所反射光线的发射区域14与液晶面板18的表面上规则反射的规则反射光线所导致的光亮区域15不重合，或者其重合部分很小，有可能减少向由于被规则反射光线淹没而无法观察到屏幕的无用方向上反射的光线，由此可以进一步提高其光线利用率，由此液晶面板18的屏幕变得明亮，其分辨性能得以提高。

各自的单元反射区域13由单个凹陷或突起17或大量凹陷或突起17组成，单元反射区域13基本上周期地或规则地排列，如图8所示。然而，这些单元反射区域13也可以像下面要提到的一样任意地排列。同样，组成单元反射区域13的凹陷或突起17也可以周期地或规则地排列。这些凹陷或突起也可以任意安排。

另外，给出一个表面反射型反射板的描述，该反射板表面上形成了一个凹陷或突起的结构，用以通过各自的凹陷或突起的表面反射入射光线。然而，侧面反射型反射板也是可以接受的，入射光线被形成于衬底侧面的凹陷或突起结构所反射。

其次，给出单元反射区域13的详细结构。图8中所示的反射板11是这么一种类型：其中的单元反射区域周期排列形成一个矩阵(形成网纹状)。图9(a)为位于反射板11中心P的一个单元反射区域13的前视图，图9(b)为其俯视图(等高线图)。图10(a)为位于远离反射板11中心P位置上的一个单元反射区域13的前视图，图10(b)为其俯视图(等高线图)。另外，单元反射区域13可以以反射板11的中心P为圆心同心排列。

在反射板11中，各自的单元反射区域13由单个突起17a组成，而各自的突起17a具有一个近四边金字塔形或近锥形的弯曲表面。突起17a的顶点19a与单元反射区域13四边之间的倾斜或弯曲平面的形状(或者说倾斜角的分布)依据目标发射区域而设计。由于突起17a不具有任何垂直于入射光线的平面(切面)但具有陡峭的顶点，突起17a所导致的反射光线几乎都不会反射到反射板11的前表面(按规则反射方向)。

由于必须使位于不同位置的突起17a所反射的光线反射至公共的发射区域14，突起17a的形状互相之间随单元反射区域13所处的位置而有很细微的不同。例如，如图9(a)和9(b)所示，在位于反射板11中心P处的单元反射区域13中，突起17a的顶点19a位于上方在该单元反射区域13中心的垂直方向上，由此突起17a可以以几乎相同的数量向各个方向反射光线。相反的，如图11所示，在远离反射板11中心P的单元反射区域13中，突起17a的顶点19a位于上方从单元反射区域13中心到发射区域14中心O的线段上，突起17a的顶点19a偏向反射板11中心一侧，如图10(a)和(b)所示；如图12所示，光线非对称地向各个方向反射。同样，这样一个突起17a的精确形状依靠计算机等由光学设计来进行确定，以便光线反射到指定发射区域14上。

结果，从整个反射板来判断，在各自单元反射区域13中突起17a的顶点19a的位置依照单元反射区域13与发射区域14中心或反射板11中心P的距离而稍有不同，如图13所示。详细地说，依照离开反射板11中心P距离的变大，突起17a顶点19a的位置逐渐从单元反射区域13的中心偏向靠近发射区域14中心或反射板11中心P地一侧。

进一步，单元反射区域13可以由大量凹陷或突起组成。例如，突起17a可以分为许多个，如图9(a)和(b)以及图10(a)和(b)所示。

另外，单元反射区域13可以由凹陷组成。作为凹陷17b的一个例子，通过将凹陷17b的最低点19b定位在从单元反射区域13中心到发射区域14中心O的连线的延长线上以使最低点19b离开反射板11的中心，凹陷17b所反射的光线几乎都不会被反射到反射板11的前面，而是会被发射到指定的发射区域14。详细地说，在图14所示的实施方案中，单元反射区域13由内表面弯曲、近圆锥或近金字塔形的凹陷17b组成。在凹陷17b最低点19b和单元反射区域13四边之间倾斜的弯曲表面的形状(或者说倾角的分布)相应于目标发射区域而设计。凹陷17b不具有任何垂直于入射光线的平面(切面)但在最低点19b是陡峭的。所以，被凹陷17b所反射的光线几乎都不会反射到反射板11的前面(按规则反射方向)。

在通过排列由这种凹陷17b构成的单元反射区域13而组成的反射板11中，在 所有单元反射区域13中位于中心P的单元反射区域13里，凹陷17b的最低点19b位于中心P垂直向下的位置上，由此凹陷17b可以在各个方向上等量反射光线。相反，在远离反射板11中心P的反射板11中，凹陷17b的最低点19b位于从发射区域14中心到单元反射区域13中心的连线的延长线上，由此凹陷17b的最低点19b偏向远离发射区域14中心或反射板11中心的方向，如图14(a)和(b)所示。结果，在这样一个反射板11中，在各自单元反射区域13中的凹陷17b的最低点19b的位置根据各自单元反射区域13距发射区域14中心或反射板11中心P距离的增大而逐渐不同。如图14(c)所示，凹陷17b的最低点19b的位置逐渐从单元反射区域13的中心偏向发射区域14的中心或从反射板11的中心P偏向根据单元反射区域13远离反射板11的中心P而远离的方向。

图15至图20(a)、(b)和(c)示出了发射区域14和光亮区域15之间的关系，同时示出了与其相应的突起17a的形状。图15示出了一种设计方案，其中，发射区域14内圆周边的边界成为一个几乎与光亮区域15的外边缘相内切的圆。若假设在指定平面上的发射区域14的外边缘是椭圆形的，半长轴为“a”，半短轴为“b”，光亮区域15的较长边长度为“w1”，其较短边长度为“w2”，x-y坐标的原点位于发射区域14的中心O上，x轴平行于发射区域14的长轴方向而y轴平行于其短轴方向(该假设在此后都相同)，则发射区域14由下面的表达式(1)和(2)来表达。如图16(a)、(b)和(c)所示，为了获得以上所述，单元反射区域13成为方形，而突起17a成为近圆锥形。

$\frac{x^2}{{\left(\frac{w2}{2}\right)}^2}+\frac{y^2}{{\left(\frac{w2}{2}\right)}^2}>1...\left(1\right)$

$\frac{x^2}{a^2}+\frac{y^2}{b^2}<1...\left(2\right)$

图17示出了发射区域14内圆周边的边界的一种设计方案，以使其成为一个几乎与光亮区域15的外边缘相内切的椭圆，发射区域14由下面的表达式(3)和(4)来表达。如图18(a)、(b)和(c)所示，为了获得以上所述，单元反射区域13成为矩形，在其中突起17a成为近椭圆锥。

$\frac{x^2}{{\left(\frac{w1}{2}\right)}^2}+\frac{y^2}{{\left(\frac{w2}{2}\right)}^2}>1...\left(3\right)$

$\frac{x^2}{a^2}+\frac{y^2}{b^2}<1...\left(4\right)$

图19示出了发射区域14内圆周边的边界的一种设计方案，以使其成为一个几乎与光亮区域15的外边缘相重合的矩形，发射区域14由下面的表达式(5)、(6)和(7)来表达。如图20(a)、(b)和(c)所示，为了获得以上所述，单元反射区域13成为一个矩形区域，突起17a成为近金字塔锥形。

$|x-\frac{w1}{2}|>0...\left(5\right)$

$|y-\frac{w2}{2}|>0...\left(6\right)$

$\frac{x^2}{a^2}+\frac{y^2}{b^2}<1...\left(7\right)$

若外部光线垂直入射液晶面板18，光亮区域15成为液晶面板18的整个正面。然而，发射区域14和光亮区域15的交叠部分越小，在有效视场区域之外的发射光线就越少，由此可以提高光线利用率，并可以使屏幕更亮。然而，制造图16(a)、(b)和(c)中所示这样的近圆锥突起更容易。所以，优选地使发射区域14和光亮区域15的交叠部分尽可能小，同时要考虑到设计和制造突起17a(和凹陷17b)的难度以及其制造费用。

然而，最优选的结构是这样的：发射区域14和光亮区域15根本不互相交叠，如图19所示。在这样设计的单元反射区域中，从突起17a的制造精度上看，要完全使它们的交叠为零是很困难的。同样，实际上，当考虑到反射板11的批量生产时，从设计上看必须允许反射板11引起的所有反射光线中的30％或更少被向内发射至发射区域14(或发射进光亮区域15)。另外，必须允许大约10％的反射光线泄漏出发射区域14。结果，从设计上看，发射至发射区域14或有效视场区域16的光线总量只有被反射板所反射的光线总量的50～60％。然而，与使用现有技术的反射板的方案相比较，屏幕的亮度(显示照明)可以加倍。自然，从设计上着，将发射至发射区域14或有效视场区域16的光线总量设计成反射板所导致的总反射光线的70％或更多。

同样，在显示设备中，工作面的垂线和光线的夹角通常在20°到30°之间，最大为60°。从而，关于某幅图像的显示设备，相对于显示设备的垂线来说超过60°的视场是不需要的，由此优选地，由反射板11所导致的发射区域14的扩展角α≤60°(如图21所示)。

特别地，观察者的通常视点的方向是一个从显示设备法线算起30°的倾斜角。同样，观察者的视点几乎全都集中在大约为30°±15°的区域内。所以，优选地，当从反射板11观察时，发射区域14的扩展角大约为15°到45°。为了设计这样一个发射区域14，由下面的表达式(9)通过利用对角线方向上的长度w来定义到发射区域14的垂直距离h，其中w由下面的表达式(8)定义，如图22(b)所示，作为反射板11长轴方向上的长度w1和其短轴方向上的长度w2的平均，以使从反射板11中心到发射区域14内边缘的部分的角度β＝15°，如图22(a)所示。并且，若假设发射区域14的宽度为K，表达了发射区域14的表达式(10)和(11)通过将K代入上述表达式(3)和(4)而得到。并且，设计成反射板11所导致的反射光线的70％或更多被反射至这个区域。例如，根据发射光线总量的模拟实验(以制造每边长为10cm并用仿形铣床确定其形状的正方形反射板而获得的数据为基础，已经实现了该实验)的结果，在垂直于反射板方向距离h为30cm处获得了一个外半径为15cm、内半径为5cm的环状发射区域，并计算了发射至发射区域的光线总量。在此情况下，有可能获得入射至反射板的光线总量的76％的发射光线。

$w=\sqrt{{\left(w1\right)}^2+{\left(w2\right)}^2}...\left(8\right)$

$h=\left(\frac{w}{2}\right)\cot \mathrm{\&beta;}...\left(9\right)$

$\frac{x^2}{{\left(\frac{w1}{2}\right)}^2}+\frac{y^2}{{\left(\frac{w2}{2}\right)}^2}>1...\left(10\right)$

$\frac{x^2}{{(K+\frac{w1}{2})}^2}+\frac{y^2}{{(K+\frac{w2}{2})}^2}<1...\left(11\right)$

同样，并不要求发射区域14存在于光亮区域之外的整个圆周。如图23(a)所示，发射区域14可以顺应使用环境而仅仅建立在光亮区域15的左部和右部及其下部。如图23(b)所示，发射区域14可以仅建立在光亮区域15之上和之下，又如图23(c)所示，发射区域14可以仅建立在光亮区域15之下。当然，发射区域14也可以建立在其它地方。按照这样一些结构，响应装备了反射型液晶显示设备的一起的使用方法，可以减少从屏幕发射至不必要方向的光线，从而可以增加发射至必要方向的光线总量，由此有可能提高屏幕的亮度。

例如，在图24所示的移动电话20的情形中，当手持电话20并倾斜一定角度时观察到显示屏21。在这样一种情形中，由于显示屏向上发射的光线是无用的，向上反射的光线被抑止了，如图24所示，本来被导向上方的光线被发射至屏幕的左边、右边和下边，由此有可能获得更光亮的显示屏21。

图26(a)和(b)表示了一个像图25中所示的那样将光线从反射板11发射至屏幕左边、右边以及下方的突起17a的形状。图26(a)示出了位于反射板11中部的突起17a。虽然在左侧和右侧具有对称的形状，但突起17a并不向上发射光线。就是说，向上的面被放置成垂直面或急剧倾斜面。图26(b)示出了单元反射区域13的在图25中发射光线的一个突起17a，在其中顶点19a偏向反射板11中心一侧(图中的右侧)。

图28表示了一个像图27中所示的那样将光线从反射板11向上和向下发射的突起17a的形状。图28显示了位于反射板11中部的突起17a。就是说，突起17a在左向和右向具有平缓坡面，当突起17a以上部和下部的大坡面向上和向下反射光线时，几乎不会向左向和右向反射光线。

图30示出了如图29所示的那样仅从反射板11向下发射光线的突起17a的形状。图30显示了位于反射板11中间的突起17a，它在向下侧以很大的倾斜角向下反射光线。然而，突起17a几乎不向左和向右反射光线，因为在左向和右向的斜面太缓。另外，其顶部19a向上偏，突起17a几乎不向上反射光线。在这样一种结构中，由于光线可以向下集中，工作面板在显示表面下方安置时，它被照亮。

接着，给出具有另一种结构的单元反射区域13的描述。设计这样的实施方案，如图31所示，以使单元反射区域13的每一个都由一个单独的凹陷17b组成，入射到各自单元反射区域13的凹陷17b上的光线被凹陷17b反射，由此反射光线被发射到指定平面上的指定发射区域14处。

图32(a)为描述设计这样一种凹陷17b的方法的视图，图32(b)为其某部分的放大视图。若考虑凹陷17b截面从最低点19b开始的单侧半边，则确定凹陷17b边缘的角度，以使被此边缘反射的光线L2到达发射区域14的单侧半边的外边缘。同样，确定凹陷17b的最低点19b附近的一个角度，以使在凹陷17b的最低点19b附近反射的光线L1到达发射区域14的单侧半边的内边缘，并确定凹陷17b一侧的末端到最低点19b的倾斜度，以使光线在发射区域14的宽度方向均匀反射。像上面那样，确定凹陷17b的另一倾斜度以使被凹陷17b另一半反射的光线到达另一个发射区域14。通过在整个圆周这样确定凹陷17b的倾斜度，可以确定凹陷17b的形状。

图33和图34简要示出了上述方法。如图33所示，确定凹陷17b边缘的角度θ1，以使被凹陷17b单侧半边的边缘所反射的光线L2到达发射区域14的单侧半边的外边缘，并确定凹陷17b最低点19b附近的角度θ2，以使在凹陷17b最低点19b附近反射的光线L₁到达发射区域14的单侧半边的内边缘。然后，通过线性连接两个角θ1和θ2来确定中间角，如图34所示。像上面那样，确定另半边的角度θ3和最低点19b附近的角度θ4之后，通过线性改变此角度来确定凹陷17b的其它形状。这样确定的凹陷17b的剖面形状可以用两个抛物线表示。

图35、图36和图37示出了设计凹陷17b的不同方法。正如上面所描述的，发射区域14变成一个大致像椭圆形的环和大致像圆形的环。若考虑到通过发射区域14中点竖立在反射板11上的垂线J，首先，确定位于反射板11中点P的凹陷17b的形状，以使被位于反射板11中点P的凹陷17b所反射的光线被发射到发射区域14，如图35所示(例如，通过图32(a)和(b)所示的那种方法)。进一步，若确定远离中点P的位置Q处的凹陷17b，如果一个从发射区域14的中点O指向相应位置Q的角度为θa，如图36所示，则此凹陷17b的形状与位于中点P的凹陷17b的形状相同，由此凹陷17b倾斜布置以使凹陷17b轴向中点E和反射板11的垂线J所形成的角度为θb＝θa/2，此角度位于包括竖在反射板11中点的垂线J和凹陷17b轴向中点E在内的平面上。也就是，如图37所示，此凹陷17b具有和位于中点P的凹陷17b相同的形状，以角度θb倾斜。具有相同形状的凹陷17b就这样排列在反射板11的整个圆周上，并以相应于各自凹陷17b安放的位置而倾斜，由此有可能在发射区域14收集被各自凹陷17b反射的光线。

同样，确定关于一个远离中心P的凹陷17b的中轴E，得到了竖在反射板11中点的垂直线J和中轴E的交点，而关于其它17b，可确定凹陷17b的倾斜度以使各自中轴E通过该交点，由此所有凹陷17b的中轴E相交于同一点。

图38到图45示出了一种通过在反射板11上形成凹陷图案的方法设计反射板的设计实例，凹陷图案通过像上面描述的那样改变凹陷17b的倾斜度来形成。图38为示出一个20μm宽凹陷17b的剖面图的视图，该凹陷安置于反射板11中点，图39为对角地观察该凹陷17b的视图(线框图)，图40为从一侧观察该凹陷17b的视图(线框图)。图41为示出一个20μm宽凹陷17b的剖面图的视图，该凹陷位于距离反射板11中点40mm处的位置上，图42为对角地观察该凹陷17b的视图(线框图)，图43为从一侧观察该凹陷17b的视图(线框图)。同样，此高度为0的平面就是与反射板11表面相同的平面。另外，图44为示出反射板11中点附近的凹陷17b排列的视图。进一步，图45为示出反射板11中点附近的单独一行凹陷17b的视图(在其中，尽管省略了平直部分的图示，但凹陷实际上都是安置在这些平直部分上)。

图46和图47示出了微小的类楔状突起17c(也可是凹陷)，它们安置在单元反射区域13上。若反射板11形成的发射区域14仅在一个方向上(例如，在工作侧)，如图23(c)所示，有可能利用这样一种类楔状突起17c。突起17c的断面近似为直角三角形，其表面为弯曲的。

为了在某个指定发射区域14上收集光线，即使是一个类楔状突起17c，也必须顺从突起17c的位置而改变表面倾斜度。然而，为了这个原因，如图46(a)和(b)所示，当保持突起17c的高度为常数时，其长度(突起17c的间距)却可能是改变的。同样，如图47(a)和(b)所示，当保持突起17c的长度为常数时，其高度则可能是改变的。

另外，尽管没有图示出来，发射区域14的中心没有必要位于通过反射板11中点P的垂线上。其中发射区域14可位于偏离反射板11的位置。进一步，发射区域14没有必要位于平行于反射板11的平面上，它关于反射板11表面可以是倾斜的。

另外，单元反射区域13没有必要具有相同的尺寸。如图48所示，其大小可以是任意的，而其形状则可以是多边形或不确定的形式。所以，可接受单元反射区域13的单元反射区域的排列不一定得是矩阵形式，矩阵形式就是反射表面，其中单元反射区域密集地二维排列，而且几乎没有平直部分。

在任何一个各实施方案中，光线被设计成作为反射板11的整体向着发射区域14反射。然而，也可以是光线在反射平面的某些部分反射到发射区域14中，而光线在反射平面的某些部分反射到反射区域14之外。在此情形中，优选地使发射到发射区域14或有效场区域16的光线是所有入射光线的70％或更多。

上述反射板11可以用2P(光聚合)方法制造。在2P方法中，首先，制造被称作“模具”的反射板11的金属模。利用此模具，通过复制制造大量反射板。参照图49和50给出了此过程的描述。在模具45的制造过程中，如图49(a)所示制备一个衬底41，并在其上涂上电子束保护膜(抗蚀剂)42。接下来，如图49(b)所示，受电子束曝光而被加工出图案的电子束保护膜42被软化以制造反射板11发射区域14的凹陷或突起43的形状。然后，将诸如金属这样的压模材料——例如，镍、树脂等——通过电铸的方法沉积到原始板44上，从而指出如图49(c)所示的模具。如图49(d)所示，从原始板44上剥下分离出模具45，一个反射板11的凹陷或突起43被倒转过来的倒转图案46就在模具45的内面形成了。它成为浇铸反射板11的模子。

其后，如图50(a)所示，紫外线硬化树脂48被倒在透明衬底47——例如玻璃衬底、透明树脂膜等——上之后(然而，如果模具45允许紫外线穿过，衬底47并不一定要是透明的)，将模具45从紫外线硬化树脂48上方压到衬底47上，紫外线硬化树脂48在衬底47和模具45之间扩展，由此紫外线硬化树脂48将衬底47和模具45之间充满。

连续地，如图50(b)所示，当从衬底一侧用紫外线照射到紫外线硬化树脂48上(或从模具45使紫外线穿过的衬底一侧)，紫外线硬化树脂48通过光学硬化反应被硬化。当紫外线硬化树脂被硬化48之后，从紫外线硬化树脂48上剥离下模具45，由此，如图50(c)所示，模具45的倒转图案46被翻印到紫外线硬化树脂48的表面上。这样，就形成了单元反射区域13的凹陷或突起的图案49。之后，通过溅射在紫外线硬化树脂48上沉积一层金属薄膜，例如Ag、Al等，如图50(d)所示，由该金属薄膜形成一层反射膜50，由此完成了一个反射板11。

图51(a)、(b)(c)和(d)为示出另一种使用上述模具45制造反射板的方法的剖面图。利用这种方法，如图51(a)所示，当树脂48A通过旋转涂敷方法涂到透明衬底47——例如玻璃衬底和透明树脂膜等——上，并通过烘烤硬化之后，将模具45从树脂48A上方压到衬底47上，并如图51(b)所示，从模具45上方对树脂48A施压以压踏树脂48A。随后，将模具45从树脂48A上剥离，则模具45的倒转图案46被翻印到树脂48A表面，如图51(c)所示，由此形成了单元反射区域13的凹陷或突起。其后，通过溅射等在树脂48A上沉积一层金属薄膜，例如Ag、Al等，由该金属薄膜形成一层反射膜50，如图51(d)所示，由此完成了一个反射板11。

图49和图50所示的利用模具45制造反射板11的方法，不但可以实施于具有由所示突起17a组成的单元反射区域13的反射板上，也可以实施于具有由图52所示的凹陷17b组成的单元反射区域13的反射板上。同样，图52所示的反射板是具有由凹陷17b组成的单元反射区域的反射板11，其中，在其表面上形成了一层由金属薄膜组成的反射膜50。

如图53所示反射板是与上面结构不同的反射板11。在反射板11上，当在衬底47上由树脂48形成含有凹陷17b或突起17a的单元反射区域13的图案，并在树脂48的表面上形成金属薄膜构成的反射膜50后，再在反射膜50上层压一个透明树脂层，并由树脂层形成一个形状如菲涅尔(Fresnel)透镜的光路转换层51。

在此关系中，在反射板11中，入射光线在光路转换层51的边界上发生折射，入射进光路转换层51，并被位于光路转换层51后侧的凹陷17b或突起17a反射，在光路转换层51的表面再次折射。然后，光线被发射到发射区域14(例如，发射区域14被设立成环绕反射板11前向规则反射光线的发射区域)。通过这么一种反射板11，由于可能进行设计使得反射层50和光路转换层51使反射光线入射到发射区域14中，可以提高设计的自由度。

图54和图55中所示的反射板11由反射层50和光路转换层51组成，像图53所示的反射板11中的那样。也就是，在图54的反射板11中，在树脂48表面铸成菲涅耳棱镜形图案，并在其表面形成反射膜50以形成菲涅耳反射镜。另外，进一步铸成光路转换层51，其上为透明树脂，由此在光路转换层51表面形成凹陷17b或突起17a。

同样，在图55的反射板11中，在树脂48表面形成一层由金属薄膜组成的反射膜50，形成光路转换层51，其上为透明树脂，在光路转换层51表面形成凹陷17b和突起17a。在此情形中，根据离反射板11中点P的距离不同，凹陷17b和突起17a偏离垂直方向的倾斜度逐渐增大。

图56为示出反射型液晶显示设备59的全视图，它装备有参照图50所描述的那样制造的反射板，在其中构造液晶面板18以使反射面板11作为后侧衬底而构成。也就是，通过在上述制造的反射板11表面旋转涂敷一层透明树脂——例如聚茚树脂——来在反射膜50上形成一层平化膜61。其次，在平化膜61上装上薄膜晶体管(TFT)62和透明电极(ITO)60，以形成后侧衬底58。

另一方面，在玻璃衬底63的后侧上形成黑色矩阵66、彩色膜65以及透明电极(ITO)67，在玻璃衬底63表面粘附一片偏振片64以形成表面侧衬底57。然后，在后侧衬底58和表面侧衬底57之间装入液晶层68，由此完成了一个反射型液晶显示设备59。

根据这样一种反射型液晶显示设备59，有可能制造具有宽屏幕的反射型液晶显示设备，其中允许使用者观察整个屏幕的有效视觉场被加宽，而不被液晶面板表面的规则反射光线所淹没。另外，根据这样一种结构，液晶面板18和反射板结合在一起，由此可将该反射型液晶显示设备做薄。

同样，根据本发明的反射板并不仅限于该反射型液晶显示设备，而可以用于其它反射型液晶显示设备上。同样，尽管没有图示出来，该反射板可适用于半透型液晶显示设备。

图57中所示的设备为无线信息传输设备69，例如移动电话、小功率无线电元件等，其中具有根据本发明的反射板的反射型液晶显示设备被用作显示部分70。图58中所示的设备为电子笔记本和移动信息终端71，例如便携式计算机，其中具有根据本发明的反射板的反射型液晶显示设备被用作显示部分70。尽管在电池驱动的这些无线信息传输设备69和移动信息终端71等中，需要节省能源，通过使用这样一种反射型液晶显示设备，将不再需要后背光，由此可节省能源。此外，当根据本发明的反射板用来做反射型液晶显示设备时，显示屏可做得更亮，并且其分辨特性可得以改善。

图59中所示的设备为装备有显示部分70和天线73的电视机(电视接收机)72，使用根据本发明的反射板的反射型液晶显示设备被用作显示部分70。图60中所示的设备为装备有显示部分70和键盘75的个人电脑74，其中使用根据本发明的反射板的反射型液晶显示设备被用作显示部分70。在具有显示图像功能的屏幕显示设备——例如电视机72、个人电脑74——中，需要节省能源。特别地，在便携设备中，尤其需要节省能源，因为它们是由电池驱动的。所以，如果将反射型液晶显示设备用作显示部分70，将不再需要后背光，由此可节省能源。进一步，由于根据本发明的反射板被用来做反射型液晶显示设备，显示屏可做得明亮，而且其分辨特性可得以改善。

工业实用性

本发明适用于反射型和半透型显示设备(例如，液晶显示设备)。其应用广泛地覆盖了具有显示部分的仪器，例如液晶显示设备、无线信息传输设备、移动信息终端、图像显示设备等。

Claims (23)

1.一种具有多个单元反射区域的反射部件，其中，所述单元反射区域根据其配置位置而形成不同的形状，以使入射光线大体上反射到整个指定的平面区域，所述指定平面区域以大体上没有规则反射光线通过的方式设定。

2.根据权利要求1的反射部件，其中，所述的反射部件为其上具有凹陷和突起的反射板。

3.根据权利要求1的反射部件，其中，所述各单元反射区域分别包含用来反射光线的反射层和用来将被所述反射层反射的光线导向所述的指定平面区域的光路转换层。

4.根据权利要求1的反射部件，其中，总入射光通量的70％或更多的光被发射到所述指定平面区域。

5.根据权利要求2的反射部件，其中，所述各单元反射区域由至少一个突起或凹陷组成，该突起或凹陷不具有垂直于入射光线的平面。

6.根据权利要求2的反射部件，其中，所述各单元反射区域由至少一个突起组成，而且所述突起的顶点位于连接该单元反射区域中心和所述指定平面区域中心的线段上，同时，偏向所述指定平面区域的中心。

7.根据权利要求6的反射部件，其中，所述单元反射区域中的突起顶点的位置相应于从所述指定平面的中心到该单元反射区域的距离而逐渐地改变。

8.根据权利要求2的反射部件，其中，所述单元反射区域由至少一个凹陷组成，所述凹陷的最低点位于连接所述指定平面区域的中心和该单元反射区域的中心的线段的延长线上，同时，远离所述指定平面区域的中心。

9.根据权利要求8的反射部件，其中，所述单元反射区域中的凹陷的最低点的位置相应于从所述指定平面区域中心到该单元反射区域的距离而逐渐改变。

10.根据权利要求1的反射部件，其中，设置所述指定平面区域使之包围住规则反射光线的发射区域，且从所述规则反射光线的发射区域发射的光线为被多个上述单元反射区域所反射光线的不到30％。

11.一种光反射方法，其特征在于：从外界进入的光线被具有多个根据配置位置而形成不同形状的单元反射区域的反射部件所反射，而且被所述反射部件反射的光线被发射到大体上整个指定平面区域，所述指定平面区域以大体上没有规则反射光线通过的方式设定。

12.根据权利要求11的光反射方法，其中，大于等于总入射光通量的70％的光被发射到所述指定平面区域。

13.根据权利要求11的光反射方法，其中，所述反射光中的不到30％的光允许被发射到由所述指定平面区域包围的所述规则反射光线的发射区域。

14.一种制造模具的方法，其特征在于，当金属、树脂等压模材料被沉积到一块原始板上之后，通过从原始板上剥离所述压模材料而转印所述原始板的形状，其中，该原始板具有和权利要求2所述的反射部件所具有的多个单元反射区域相同的形状。

15.一种用来制造权利要求2所述的反射部件的模具，其特征在于，所述模具具有与所述反射部件的凹陷和突起形状相翻转的形状。

16.一种制造反射部件的方法，其特征在于，在权利要求15所述的模具中填充树脂，在所述树脂硬化之后，从模具中剥离出模制品。

17.一种制造反射部件的方法，其特征在于，使用权利要求15所述的模具，经压力加工而制造模制品。

18.如权利要求16或17所述的制造反射部件的方法，其特征在于，在所述模制品表面形成由金属薄膜组成的反射膜。

19.一种具有反射部件的液晶显示设备，通过用反射部件反射从外界进入的环境光而进行显示，其特征在于，所述反射部件由权利要求1所述的反射部件构成。

20.根据权利要求19的液晶显示设备，其特征在于，为夹住液晶层而设置的多个基板中的至少一层基板由权利要求1所述的反射部件构成。

21.一种具有移动电话、小功率无线电设备等的收发功能的无线信息传输设备，其特征在于具有包括权利要求19所述的液晶显示设备的显示部分。

22.一种具有信息处理功能的便携信息终端，其特征在于具有包括权利要求19所述的液晶显示设备的显示部分。

23.一种具有电视接收机、计算机等的显示图像的功能的图像显示设备，其特征在于具有包括权利要求19所述的液晶显示设备的显示部分。

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