CN1797164B - 电泳显示器及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种电泳显示器，该电泳显示器包括：包括具有多个源极电极和多个漏极电极的多条数据线的薄膜晶体管阵列面板，至少覆盖部分源极电极和漏极电极并设置在源极电极和漏极电极之间的多个有机半导体岛，形成在有机半导体岛上的多个栅极绝缘体，包括多个设置在栅极绝缘体上的多个栅极电极的多条栅线，以及连接到漏极电极的多个像素电极；朝向薄膜晶体管阵列面板并具有公共电极的公共电极面板；以及多个包含多个负颜料颗粒和正颜料颗粒并设置在薄膜晶格管阵列面板和公共电极面板的多个微胶囊。

Description

电泳显示器及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种电泳显示器及其制备方法。
背景技术
电泳显示器(EPD)是一种用于电子书籍的平板显示装置类型。EPD包括两个具有电场产生电极的面板以及在面板之间设置的多个微胶囊。每个微胶囊包括含有带负电和正电的白色和黑色颜料颗粒的电墨水。在对微胶囊施加电场时，白色颗粒和黑色颗粒向相反方向运动来显示图像。
EPD具有高的反射率和高的对比度，且不依赖于观看方向，因此观看者可以舒适地观看EPD的屏幕，就好像他在观看纸面一样。由于微胶囊具有黑色和白色状态这样的双态，所以一旦设定为黑色或白色，那么不用维持微胶囊两例的电压它就可以保持它的颜色。因此，EPD表现出低的功耗。此外，EPD不需要对于液晶显示器而言是昂贵必须品的偏光器、定位层、液晶等，因此EPD可以低成本地制造。
但是，EPD不具有阻光元件以防止来自外部的入射光，因为EPD是反射类型的，并且不包括光源。因此，最好最小化外部光所导致的漏电流以增强EPD的特性。
发明内容
本发明提供了一种电泳显示器，该电泳显示器包括：包括具有多个源极电极和多个漏极电极的多条数据线的薄膜晶体管阵列面板，具有多个设置在数据线和漏极电极上的开口并界定有机半导体岛的分隔物，至少覆盖部分源极电极和漏极电极并设置在源极电极和漏极电极之间的多个有机半导体岛，形成在有机半导体岛上的多个栅极绝缘体，包括多个设置在栅极绝缘体上的多个栅极电极的多条栅线，以及连接到漏极电极的多个像素电极；朝向薄膜晶体管阵列面板并具有公共电极的公共电极面板；以及包含多个负颜料颗粒和正颜料颗粒并设置在薄膜晶格管阵列面板和公共电极面板之间的多个微胶囊。
栅极绝缘体可以设置在多个开口中。
该电泳显示器还可以包括覆盖栅线的钝化层，像素电极设置在钝化层上。
像素电极可以包括不透明的导电材料。
栅极电极可以比有机半导体岛更接近公共电极面板。
薄膜晶体管阵列面板和公共电极面板可以通过粘结剂相互组合。
栅极绝缘层可以包括至少选自二氧化硅、氮化硅、顺丁烯二酰亚胺苯乙烯、聚维酮(PVP)和改性氰乙基支链淀粉(modified cyanoethylpullulanm-CEP)中的材料。
有机半导体至少可以包括选自如下的材料：并四苯、并五苯以及具有取代基的其衍生物；包括四到八个连接于噻吩环的位置2、5的噻吩的低聚噻吩；苝四羧酸双氢化物(PTCDA)、萘四羧酸双氢化物(NTCDA)及其酰亚胺衍生物；金属化苯二甲蓝染料及其卤代衍生物；噻吩和1，2亚乙烯基的共低聚物和共高聚物；区域规则聚噻吩；二萘嵌苯、苯并苊(coroene)及具有取代基的其衍生物；上述材料具有至少一个1-30个碳原子的碳氢链的衍生物的芳香或杂环衍生物。
本发明提供了一种制备电泳显示器的方法，该方法包括：在衬底上形成包括多个源极电极和多个漏极电极的数据线；形成覆盖源极电极和漏极电极的部分的多个有机半导体岛；形成覆盖有机半导体岛的多个栅极绝缘体；在栅极绝缘体上形成包括多个栅极电极的栅线；形成钝化层，钝化层具有多个显露漏极电极的接触孔并覆盖栅线；以及在钝化层上形成多个像素电极。
该电泳显示器的方法还包括：在形成有机半导体岛之前，形成分隔物，分隔物具有显露漏极电极和源极电极的多个接触孔。
有机半导体岛可以通过喷墨印刷形成，栅极绝缘体可以通过喷墨印刷形成。
该电泳显示器的方法还包括：在形成像素电极之后，在像素电极之上组合公共电极面板，公共电极面板具有多个微胶囊、公共电极和粘结剂。
附图说明
通过参考附图详细地说明本发明的实施例，本发明将变得更加清楚，在附图中：
图1是图示根据本发明实施例的EPD的驱动原理的示意图；
图2是根据本发明实施例的EPD的平面视图；
图3是图2的EPD沿线III-III`所截取的横截面视图；
图4、6、8、10和12是根据本发明实施例的其制备方法的中间步骤中图2和图3所示的TFT阵列面板的布局视图；
图5是如图4所示的TFT阵列面板沿线V-V`截取的横截面视图；
图7是如图6所示的TFT阵列面板沿线VII-VII`截取的横截面视图；
图9是如图8所示的TFT阵列面板沿线IX-IX`截取的横截面视图；
图11是如图10所示的TFT阵列面板沿线XI-XI`截取的横截面视图；
图13是如图12所示的TFT阵列面板沿线XIII-XIII`截取的横截面视图；
图14图示了根据本发明实施例的EPD的制备方法中附着电极面板的方法。
具体实施方式
下面将参考附图对本发明进行更加全面地说明，在附图中示出了本发明的优选实施例。但是，本发明可以以许多不同的方式实现，并且不应该被解释为限于本文所阐述的实施例。
在附图中，为清楚起见，夸大了层、薄膜和区域的厚度。全文中，类似标记指代类似的元件。应该理解的是，当提及比如层、薄膜或衬底的元件位于另外的元件“上”时，它可以直接位于其他元件之上或还可以有中间元件存在。相反，当提及一元件“直接”在另外的元件“上”时，那么没有中间元件存在。
然后，将参考附图对本发明实施例的EPD及其制造方法进行说明。
将参考图1到图3对本发明实施例的EPD的驱动原理及结构进行说明。
图1是图示根据本发明实施例的EPD的驱动原理的示意图，图2是根据本发明实施例的EPD的平面视图，图3是图2的EPD沿线III-III`所截取的横截面视图。
参考图1和图2，根据该实施例的EPD包括一对场发生电极190(参见图3)和270(参见图3)以及设置在电极E1和E2之间的多个微胶囊230。
每个微胶囊230都包括含有多个带负电和正电的白色颜料颗粒231和黑色颜料颗粒232的电墨水，以及包括球形胶囊壁234。
在对电极190和电极270施加电压时，白色颜料颗粒231和黑色颜料颗粒232向相反方向运动以使微胶囊的表面着色，观察者将会看到黑色和白色的图像。颜料颗粒231和232可以代表基本颜色之一，比如红、绿和蓝色。
参考图2和图3，作为一种场产生电极的像素电极(190)的阵列形成在面板100上，面板100称为薄膜晶体管(TFT)阵列面板，其包括连接到像素电极190的多个TFT(未示出)以及连接到TFT的多条信号线(121，171)。另一方面，作为其他场产生电极的公共电极(270)形成在另一面板200上，面板200称为公共电极面板，其包括柔性塑料膜210。多个微胶囊230设置在两个电场产生电极190和270之间。
首先，将参考图2和图3对根据本发明实施例的EPD的TFT阵列面板进行说明。
多条数据线171和多个漏极电极175形成在比如透明玻璃的绝缘衬底110上。
数据线171基本上沿着纵向来传输数据电压，并与栅线121相交。每条数据线171包括面积较大以与另外的层或外部装置接触的端部179，并且包括多个向栅电极124凸出的源极电极173。每对源极电极173和漏极电极175彼此隔开并相对于栅极电极124彼此相向放置。
数据线171和漏极电极175包括与其他比如有机半导体的具有良好物理、化学和电接触特性的材料，比如ITO(氧化铟锡)、Cr、Au、Ni和Mo。特别地，ITO具有高的功函数以及与有机半导体良好的接触特性。
数据线173和漏极电极175具有倾斜的边缘轮廓，并且其倾斜角度在约30-80度的范围内。
缓冲层(未示出)可以形成在绝缘衬底110上，该缓冲层可以由丙烯酸有机介电材料或比如氧化硅酮或氮化硅酮的无机介电材料制成。该有机介电材料是比丙烯酸材料或苯并环丁烷(BCB)，以及比如氧化硅酮或氮化硅酮的无机介电材料。它们可以确保有机半导体的稳定接触，并且优选地具有高的透光性。
分隔物160形成在其上具有数据线171和漏极电极175的绝缘衬底110上。分隔物160显露部分的源极电极173和部分的漏极电极175，以及部分的设置在源极电极173和漏极电极175之间界定开口164的绝缘衬底110。分隔物160界定了有机半导体的位置，并且它优选地由感光有机材料制成。此外，分隔物160具有大约2-5微米的厚度，并具有分别显露数据线171和漏极电极175的端部的接触孔162和165，并具有逐渐变细的结构的倾斜侧壁。
多个有机半导体岛154形成在源极电极173、漏极电极175和绝缘衬底110上，并且被限制在由分隔物160界定的开口164中。有机半导体岛154同时覆盖通过开口164显露的部分源极电极173和部分漏极电极175。
有机半导体可以包括可以溶于水溶液或有机溶剂中的高分子化合物或低分子化合物。通常，高分子有机半导体体在溶剂中非常易溶，因此适合于比如喷墨印刷等印刷工艺。某些低分子有机半导体在有机溶剂中非常易溶，这适合于形成半导体岛154。有机半导体154可以通过旋涂形成，并且可以使用光刻工艺蚀刻。
有机半导体岛154可以由并四苯或并五苯的具有取代基的衍生物制备。或者，有机半导体岛154可以是由包括在噻吩环的2，5位置连接的四到八个噻吩的低聚噻吩制备。
有机半导体岛154可以是由苝四羧酸双氢化物(perylene tetracarbonxylicdianhydride，PTCDA)、萘四羧酸双氢化物(naphthalene tetracarbonxylicdianhydride，NTCDA)或它们的酰亚胺衍生物制备。
有机半导体岛154可以是由金属化苯二甲蓝染料或其卤代衍生物制备。金属化苯二甲蓝染料可以包括Cu、Co、Zn等。
有机半导体岛154可以是由噻吩和1，2亚乙烯基的共低聚物或共高聚物制备。此外，有机半导体岛154可以是由区域规则聚噻吩制备。
有机半导体岛154可以是由二萘嵌苯、苯并苊(coroene)或它们的具有取代基的衍生物。
有机半导体岛154可以是由上述具有至少一个1-30个碳原子的碳氢链的衍生物的芳香或杂环衍生物制备。
多个栅极绝缘体岛140形成在分隔物160的开口164的有机半导体岛154上。
栅极绝缘体140可以包括在水溶液或有机溶剂中可溶的高分子化合物或低分子化合物。通常，高分子栅极绝缘体在溶剂中非常易溶，因此适用于比如喷墨印刷等的印刷工艺。某些低分子有机半导体在有机溶剂中非常易溶，这适用于栅极绝缘体岛140。栅极绝缘体岛140可以通过旋涂形成，并可以使用光刻工艺蚀刻。在蚀刻期间，构成栅极绝缘体140的材料对有机半导体岛154具有不希望的影响。也就是说，在形成栅极绝缘体岛140时，有机半导体岛154相对于有机溶剂一定不能具有溶解性，而且栅极绝缘体岛140相对于有机半导体岛154的有机溶剂也一定不能具有溶解性。
栅极绝缘体140优选地是由二氧化硅(SiO2)制备，并且表面由十八烷基三氯硅烷(OTS)处理。但是，栅极绝缘体140优选地是由氮化硅(SiNx)制备，或者比如顺丁烯二酰亚胺苯乙烯、聚维酮(PVP)、改性氰乙基支链淀粉(m-CEP)和聚对二甲苯的有机材料制备。
多条栅线121形成在界定有机半导体岛154和栅极绝缘体岛140的分隔物160上。
栅线121基本上沿横向方向延伸来传输栅信号。每条栅线121包括多个向上突出的栅极电极124以及终端部分129，终端部分129具有与另外的层或驱动电路接触的大的区域。栅线121可以延伸以连接到驱动电路(未示出)，该驱动电路可以集成到衬底110中。
栅线121优选地是由比如Al和Al合金的含Al金属、比如Ag和Ag合金的含Ag金属、比如Cu和Cu合金的含Cu金属、比如Au和Au合金的含Au金属，比如Mo和Mo合金的含Mo金属、Cr、Ti或Ta制备。栅线121可以具有包括两层物理性质不同的薄膜的多层结构。两层薄膜之一优选地是由包括含Al金属、含Ag金属和含Cu金属的低电阻率金属制备，以降低栅线121上的信号延迟或电压降。另一薄膜优选地是由比如含Mo金属(MoW合金)、Cr、Ta或Ti的材料制备，这些材料与比如氧化铟锡(ITO)或氧化铟锌(IZO)的其他材料具有好的物理、化学和电接触特性。但是它们可以由各种金属或导体制备。
栅线121的横向侧面相对于衬底的表面倾斜，并且其倾斜角度是在约30-80度之间。
栅极电极124、源极电极173和漏极电极175沿着半导体岛154形成TFT，该TFT具有在设置于源极电极173和漏极电极175之间的沟道。
钝化层180形成在栅线121和分隔160上。钝化层180优选地是由比如氮化硅或氧化硅的无机绝缘体、有机绝缘体或低介电绝缘材料制备。该低介电绝缘材料优选地具有低于4.0的介电常数，其示例有通过等离子增强化学气相沉积(PECVD)形成的a-Si:C:O和a-Si:O:F。
钝化层180拥有多个接触孔182和185，它们随同分隔物160的接触孔162和165分别显露数据线171的端部分179以及漏极电极175。钝化层180和栅极绝缘层140具有多个显露数据线121的端部179的接触孔181。
当数据线121和栅线171的端部129和端部179以及漏极电极175通过接触孔181、182和185显露时，优选的是，比如Al的接触特性不好的导电材料不会通过接触孔181、182和185显露，以增强包括ITO或IZO的导电层与数据线121和栅线171的端部129和端部179以及漏极电极175之间的接触特性。此外，数据线121和栅线171的端部129和端部179以及漏极电极175可以通过接触孔181、182和185显露。
多个像素电极190和多个接触辅助81和82形成在钝化层180上，并且优选地由IZO或ITO形成。像素电极190和接触辅助81和82优选地由比如IZO或ITO的透明导体或比如Ag或Al的反射性导体制备。
像素电极190通过接触孔185物理上和电气上连接到漏极电极175，使得像素电极190从栅极电极175接收数据电压。
像素电极190与栅线121和数据线171重叠以提高开口率。
接触辅助81和82分别通过接触孔181和182连接到栅线121显露的端部129和数据线171显露的端部179。接触辅助81和82虽不要求但是优选地保护显露的端部129和179，并补充显露的端部129和179和外部装置的粘附性。
现在将说明所述的TFT的操作。
以下描述具有P型半导体的TFT。
当没有对栅极电极124、源极电极173或漏极电极174施加电压时，电荷均匀地分布在有机半导体岛154上。当在源极电极173和漏极电极174之间施加电压时，只要电压比较低，电流与电压就成正比增加。
当在栅极电极124上施加正电压时，空穴由电场向上驱动。因此，在栅极绝缘体附近形成了没有导电电荷的耗尽层。此时，如果在源极电极173和漏极电极174之间施加电压，则因为导电电荷已被耗尽，所以有小于在未对栅极电极124施加电压时的电流的小电流流动。相反，当在栅极电极124上施加负电压时，空穴由电场向下驱动。因此，具有足够导电电荷的累积层形成在栅极绝缘体140附近。此时，如果在源极电极173和漏极电极174之间施加电压，则因为累积了导电电荷，所以有大于未对栅极电极124施加电压时的电流的大电流流动。
因此，在源极电极173和漏极电极174之间流动的电流量可以通过对栅极电极124施加正电压或负电压来进行控制。“接通”电流与“关断”电流的比率被称为开/关比率。开/关比率越大，该TFT越优异。
现在将参考图3对公共电极面板200进行说明。
公共电极270优选地形成在绝缘衬底210，公共电极270由比如ITO或IZO的透明导电材料制成，与像素电极190协作来产生电场。
多个微胶囊230布置在公共电极270上，微胶囊230包括含有带正电和负电的多个白色颜料颗粒231和黑色颜料颗粒232的电墨水和球形胶囊壁234(请参见图1)。
其上分散有微胶囊230的粘结剂240形成在绝缘衬底210上。粘结剂240用来通过使用层叠器(未示出)来组合TFT阵列面板100和公共电极面板200。
在根据本发明实施例的EPD中，因为栅极电极124设置在有机半导体岛154上，所以栅电极124阻挡了外部入射到有机半导体岛154的光。因此，由于外部光的漏电流得以最小化，因此增强了EPD的对比度。
现在，将参考图4-14以及图1-3，对图1-3所示的根据本发明实施例的EPD的制造方法进行详细的说明。
图4、6、8、10和12是根据本发明实施例的其制备方法的中间步骤中图2和图3所示的TFT阵列面板的布局视图；图5是如图4所示的TFT阵列面板沿线V-V`截取的横截面视图；图7是如图6所示的TFT阵列面板沿线VII-VII`截取的横截面视图；图9是如图8所示的TFT阵列面板沿线IX-IX`截取的横截面视图；图11是如图10所示的TFT阵列面板沿线XI-XI`截取的横截面视图；图13是如图12所示的TFT阵列面板沿线XIII-XIII`截取的横截面视图；图14图示了根据本发明实施例的EPD的制备方法中附着电极面板的方法。
参考图4和图5，导电层优选地由低电阻率金属制备，并与有机半导体具有良好的接触特性，通过真空加热沉积等来沉积该导电层，导电层通过光刻和蚀刻来构图以形成多个包括源极电极173和端部179的数据线171和多个漏极电极175。
参考图6和图7，由感光有机材料制备的绝缘层通过旋涂等涂覆在绝缘衬底110上。然后，该绝缘层通过光刻和蚀刻来构图以形成具有界定有机半导体位置的多个开口164的分隔物160，以及分别显露数据线171的端部179和漏极电极175的多个接触孔162和165。
参考图8和图9，通过喷墨印刷在分隔物160的开口164中形成有机半导体材料来形成多个有机半导体岛154。在根据另一个实施例的制备方法中，通过旋涂在绝缘衬底110上涂覆有机半导体层时，该有机半导体层通过光刻方法来构图以形成有机半导体岛154。
接下来，由有机绝缘材料制备的液态层通过喷墨印刷滴在分隔物160的开口164的有机半导体岛154上来形成多个栅极绝缘体岛140。在根据另一个实施例的制备方法中，当通过旋涂在绝缘衬底110上涂覆有机绝缘层时，该有机绝缘层通过光刻方法来构图以形成栅绝缘体岛140。由氮化硅或二氧化硅制备的绝缘层通过使用光致抗蚀剂作为蚀刻掩模的光刻工艺而构图。
参考图10和图11，溅射低电阻率的导电层并对其经由用光致抗蚀剂的光刻构图来形成包括多个具有逐渐变细的结构的栅电极124的多条栅线121。
参考图12和图13，沉积并构图钝化层180来形成分别显露栅线121的端部129、数据线171的端部179以及漏极电极175的部分的接触孔181、182和185。钝化层180优选地由比如氮化硅或二氧化硅的无机绝缘体、有机绝缘体或低介电材料制备。该低介电绝缘材料优选地具有低于4.0的介电常数，其示例有通过等离子增强化学气相沉积(PECVD)形成的a-Si:C:O和a-Si:O:F。此时，分隔物160的接触孔162和165的边缘通过钝化层180的接触孔182和185显露，但是钝化层180的接触孔182和185的边缘可以被设置在分隔物160的接触孔162和165中。钝化层180可以随同分隔物160被蚀刻来在分隔物160没有接触孔时形成多个接触孔181、182和185。
最后，通过溅镀和光刻优选地由反射材料制备的导电层，在钝化层180上形成多个像素电极190和多个接触辅助81和82，如图2和图3所示。接触辅助81和82可以由不同于像素电极190的比如IZO或ITO的材料制备，以增强与外部其他信号的接触特性。

Claims (15)

1.一种电泳显示器，包括：
薄膜晶体管阵列面板，包括具有多个源极电极和多个漏极电极的多条数据线；
具有多个设置在所述数据线和所述漏极电极上并暴露出部分所述源极电极和漏极电极的开口的分隔物；
多个有机半导体岛，位于所述开口内，至少覆盖被暴露的部分所述源极电极和漏极电极且设置在所述源极电极和漏极电极之间；
多个栅极绝缘体，形成在所述有机半导体岛上；
多条栅线，包括多个设置在所述栅极绝缘体上的多个栅极电极；
多个像素电极，连接到所述漏极电极；
公共电极面板，朝向所述薄膜晶体管阵列面板并具有公共电极；和
多个微胶囊，包含多个负颜料颗粒和正颜料颗粒，并设置在所述薄膜晶体管阵列面板和公共电极面板之间。
2.根据权利要求1的电泳显示器，其中，所述栅极绝缘体设置在多个开口中。
3.根据权利要求1的电泳显示器，还包括：
覆盖所述栅线的钝化层。
4.根据权利要求3的电泳显示器，其中，所述像素电极设置在所述钝化层上。
5.根据权利要求1的电泳显示器，其中，所述像素电极包括不透明的导电材料。
6.根据权利要求1的电泳显示器，其中，所述栅极电极比所述有机半导体岛更接近所述公共电极面板。
7.根据权利要求1的电泳显示器，其中，所述薄膜晶体管阵列面板和所述公共电极面板通过粘结剂相互组合。
8.根据权利要求1的电泳显示器，其中，所述栅极绝缘层包括至少一种材料选自二氧化硅、氮化硅、顺丁烯二酰亚胺苯乙烯、聚维酮和改性氰乙基支链淀粉(m-CEP)。
9.根据权利要求1的电泳显示器，其中，所述有机半导体至少包括选自如下的材料：
并四苯、并五苯以及具有取代基的其衍生物；
包括四到八个连接于噻吩环的位置2、5的噻吩的低聚噻吩；
苝四羧酸双氢化物、萘四羧酸双氢化物及其酰亚胺衍生物；
金属化苯二甲蓝染料及其卤代衍生物；
噻吩和1，2亚乙烯基的共低聚物和共高聚物；
区域规则聚噻吩；
二萘嵌苯、苯并苊及具有取代基的其衍生物；
上述材料具有至少一个1-30个碳原子的碳氢链的衍生物的芳香或杂环衍生物。
10.一种制备电泳显示器的方法，所述方法包括：
在衬底上形成包括多个源极电极和多个漏极电极的数据线；
形成分隔物，该分隔物具有多个开口暴露出部分所述源极电极和所述漏极电极；
在所述开口内形成覆盖被暴露的部分所述源极电极和漏极电极的多个有机半导体岛；
形成覆盖所述有机半导体岛的多个栅极绝缘体；
在所述栅极绝缘体上形成包括多个栅极电极的栅线；
形成钝化层，所述钝化层具有多个显露漏极电极的接触孔并覆盖所述栅线；以及
在所述钝化层上形成多个像素电极。
11.根据权利要求10的制备电泳显示器的方法，其中，所述有机半导体岛通过喷墨印刷形成。
12.根据权利要求10的制备电泳显示器的方法，其中，所述栅极绝缘体通过喷墨印刷形成。
13.根据权利要求10的制备电泳显示器的方法，还包括：
在形成所述像素电极之后，在所述像素电极之上组合公共电极面板，所述公共电极面板具有多个微胶囊、公共电极和粘结剂。
14.根据权利要求13的制备电泳显示器的方法，其中，所述公共电极层叠在所述衬底上。
15.一种具有有机薄膜晶体管的显示装置，包括：
第一衬底；
形成于所述第一衬底上且包括源极电极的数据线；
形成于所述第一衬底上且与所述源极电极分开的漏极电极；
形成于所述数据线上且具有开口暴露出部分所述源极电极和漏极电极的分隔物；
位于所述开口内且覆盖被暴露的部分所述源极电极和漏极电极的有机半导体岛；
形成于所述有机半导体岛上的栅极绝缘体；
设置于所述栅极绝缘体上的包括栅极电极的栅线；和
连接到所述漏极电极的像素电极。
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