DE69732776T2 - Elektrolumineszierende Lampe und Verfahren zur Herstellung - Google Patents

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Description

  • Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Elektrolumineszenzlampe entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und insbesondere eine Elektrolumineszenzlampe, die speziell zur Verwendung in einer Tastatur angepasst ist.
  • Hintergrund der Erfindung
  • Stand der Technik im Sinne des Artikels 54(3) ist die EP 0 818 793 A , die einen geschichteten Aufbau aus einer Folie, einer transparenten Elektrode, einer Licht emittierenden Schicht, einer dielektrischen Schicht, einer Rückseitenelektrode, einer isolierenden Schicht und einem oberen Elektrodenkontakt zeigt, welcher zusammen mit einem unteren Elektrodenkontakt einen Schalter bildet.
  • Elektrolumineszenzlampenplatten sind im Fachgebiet bekannt (WO 94 14 180A). Im Allgemeinen umfasst eine Elektrolumineszenzlampe typischerweise eine Basiselektrode, die von einer transparenten Elektrode beabstandet ist, um in Zwischenlage zwischen diesen eine Elektrolumineszenz- oder Phosphoreszenzschicht anzuordnen. Oft ist außerdem in Zwischenlage zwischen den beiden Elektroden eine dielektrische Schicht angeordnet. Die Basiselektrode kann eine Folienschicht wie etwa eine dünne Aluminiumfolienschicht sein, oder die Basiselektrode kann eine gedruckte Schicht aus leitfähiger Tinte sein. Leitfähige Leiter erstrecken sich von der Basis- und der transparenten Elektrode der Lampe hinweg. Wenn eine Wechselspannung über die Leiter angelegt wird, bewirkt der zwischen der Basis- und der transparenten Elektrode induzierte Strom, dass die Phosphoreszenzschicht Licht emittiert, ein Phänomen, das als Lumineszenz bekannt ist. Eine Elektrolumineszenzlampe stellt im Wesentlichen einen Licht emittierenden Kondensator der, der eine dielektrische Schicht zwischen zwei leitfähigen Elektroden aufweist, von denen eine transparent ist, und die dielektrische Schicht kann eine Phosphoreszenzschicht sein oder es kann eine separate dielektrische Schicht vorgesehen sein. Die transparente Elektrodenschicht besteht typischerweise aus Indium-Zinn-Oxid (ITO) oder aus Indiumoxid. Das Licht ist durch die transparente Elektrode hindurch sichtbar, und es sind verschiedene Elektrolumineszenzchemikalien bekannt, um Licht mit verschiedenen Farben bereitzustellen. Lampenplatten können eine oder eine Mehrzahl einzelner Elektrolumineszenzlampen enthalten.
  • In einer typischen Elektrolumineszenzlampenplatte, die als eine Tastatur verwendet wird, werden einzelne Elektrolumineszenzschaltertasten verwendet, um einzelne Schaltungen zu betätigen, und mit jeder Taste sind einzelne Elektrolumineszenzlampen verknüpft. Die jeweilige Lampe kann durch die zugehörige Taste eingeschaltet werden oder auch nicht. In jedem Fall umfasst jede Taste eine gewölbt geformte Betätigungstaste, die auf der Oberseite eines Abstandshalters auf der Oberseite einer gedruckten Schaltungsplatine befestigt ist, welche ihrerseits auf der Oberseite der aus Schichten aufgebauten oder laminierten Elektrolumineszenzlampe befestigt ist. Die Betätigungstaste bewegt ein leitfähiges Schalterelement durch ein Loch in dem Abstandshalter hindurch, um einen Zwischenraum zwischen zwei Schaltungsspuren auf der Platine zu schließen. Die Schaltungsplatine ist typischerweise von der laminierten Elektrolumineszenzlampe durch noch einen weiteren Isolator getrennt. Damit die untere Elektrolumineszenzlampe die Betätigungstaste erleuchtet, müssen die Bestandteile der elektrischen Schaltung einschließlich des Substrats der gedruckten Schaltungsplatine, des Isolators und des Schalterelements lichtdurchlässig sein, damit Licht von der darunter liegenden Elektrolumineszenzlampe durch diese hindurch treten kann. Probleme bei solchen Strukturen nach dem Stand der Technik konzentrieren sich auf die höheren Kosten, die mit deren Herstellung verbunden sind, als auch auf die Dämpfung des Lichts durch Diffusion durch die vielen lichtdurchlässigen Bestandteile zwischen der Elektrolumineszenzlampe und dem Betätigungselement hindurch sowie auch die Abblockung durch lichtundurchlässige Bestandteile.
  • Die vorliegende Erfindung ist darauf ausgerichtet, diese verschiedenartigen Probleme zu lösen, indem eine einzigartige Anordnung bereitgestellt wird, bei der die Bestandteile der Elektrolumineszenzlampe unmittelbar unterhalb eines Substrats wie etwa eines gewölbt geformten Substrats angeordnet sind, das direkt als eine Schaltertaste fungieren kann.
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Eine Aufgabe der Erfindung besteht deshalb darin, eine neue und verbesserte Elektrolumineszenzlampe zur Verfügung zu stellen, insbesondere eine solche Lampe, die speziell zur Verwendung in einer Elektrolumineszenzlampenplatte oder -tastatur geeignet ist, als auch ein Verfahren zur Herstellung einer Elektrolumineszenztaste.
  • In der beispielhaften Ausführungsform der Erfindung umfasst die Elektrolumineszenzlampe ein flexibles, gewölbt geformtes, lichtdurchlässiges Substrat, für welches eine Oberseite und eine Unterseite definiert sind. Eine obere lichtdurchlässige Elektrodenschicht ist auf zumindest einem Teil der Unterseite des gewölbt geformten Substrats aufgebracht. Eine Elektrolumineszenzschicht ist unter der oberen lichtdurchlässigen Elektrodenschicht aufgebracht. Eine untere Elektrodenschicht ist unter der Elektrolumineszenzschicht aufgebracht. Daher bewirkt das Durchleiten von elektrischem Strom durch die obere und die untere Elektrodenschicht, dass die Elektrolumineszenzschicht Licht durch die obere Elektrodenschicht hindurch und direkt durch das flexible, gewölbt geformte Substrat hindurch emittiert. Zwischen der Elektrolumineszenzlampe und dem gewölbt geformten Substrat oder der Taste sind keine externen Schaltungen oder Schaltungsplatinen angeordnet.
  • Wie vorliegend offenbart wird, ist das flexible, gewölbt geformte Substrat vorzugsweise aus Polycarbonat hergestellt, andere weiche Kunststoffmaterialien können jedoch auch geeignet sein. Eine dielektrische Schicht kann zwischen der Elektrolumineszenzschicht und der unteren Elektrodenschicht angeordnet sein. Eine Schicht aus Zeichentinte kann auf der Unterseite des gewölbt geformten Substrats aufgebracht sein. Eine Schicht aus leicht dehnbarem, leitfähigem Material kann um zumindest einen Teil der oberen Elektrodenschicht herum aufgebracht sein, um die obere Elektrodenschicht mit einer elektrischen Schaltung zu verbinden. Ein Silikonmaterial kann unter der konkaven Seite des gewölbt geformten Substrats vorgesehen sein.
  • Das flexible, gewölbt geformte Substrat weist eine umfängliche Seitenwandung und eine obere Wandung auf. Die umfängliche Seitenwandung ist vorzugsweise in einem stumpfen Winkel in Bezug auf die obere Wandung vorgesehen. Die obere Elektrodenschicht und die Elektrolumineszenzschicht sind unterhalb der oberen Wandung des gewölbt geformten Substrats angeordnet. Weiterhin ist gezeigt, dass das flexible, gewölbt geformte Substrat im Wesentlichen von einem allgemein ebenen Substrat umgeben ist, welches von dem gewölbt geformten Substrat durch einen umfänglichen Ausschnitt getrennt ist.
  • Andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung deutlich werden, die in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen gegeben wird.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Die Merkmale der vorliegenden Erfindung, welche als neuartig erachtet werden, sind eingehend in den anhängenden Ansprüchen ausgeführt. Die Erfindung kann zusammen mit ihren Aufgaben und Vorteilen am besten unter Bezugnahme auf die nachfolgende Beschreibung verstanden werden, die in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen gegeben wird, in welchen gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente in den Figuren bezeichnen und in welchen:
  • 1 ein fragmentarischer Schnitt durch eine Elektrolumineszenzschaltertaste nach dem Stand der Technik ist;
  • 2 eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht der Schaltertaste aus 1 ohne das Betätigungselement ist;
  • 3 eine perspektivische Ansicht einer Schaltertaste ist, in welcher die Konzepte der Erfindung verkörpert sind;
  • 4 ein fragmentarischer Schnitt der aus Schichten aufgebauten Elektrolumineszenzlampe vor dem Formen der Lampe zu einer Schaltertaste ist;
  • 5 eine etwas schematisierte Darstellung des Formungsprozesses der Schaltertaste ist;
  • 6 ein Schnitt durch die vollständig ausgebildete Schaltertaste ist; und
  • 7 eine perspektivische Ansicht der endgültigen Schaltertaste ist, einschließlich des umgebenden Substrats und der elektrischen Leitungen für diese.
  • Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
  • Nehmen wir detaillierter auf die Zeichnungen und zunächst auf die 1 und 2 Bezug, so ist eine generell mit 10 bezeichnete Elektrolumineszenzschaltertaste entsprechend einem Aufbau nach dem Stand der Technik gezeigt. Die Schaltertaste umfasst eine Schalteranordnung 12 auf der Oberseite einer Elektrolumineszenzlampe 14.
  • Die Tastenanordnung 12 umfasst ein silikongefülltes Betätigungselement 26, das auf der Oberseite einer eine Wölbung 28a aufweisenden durchsichtigen Schicht 28 befestigt ist, welche ihrerseits auf der Oberseite eines Abstandshalters 29 mit einer in diesem vorgesehenen Aussparung 29a befestigt ist. Der Abstandshalter 29 ist auf der Oberseite einer gedruckten Schaltungsplatine 30 befestigt, welche Schaltungsspuren 32a und 32b aufweist, die auf beide Seiten derselben aufgedruckt sind. Das Betätigungselement 26 bewegt ein leitfähiges Schalterelement 27 durch eine Aussparung 29a in dem Abstandshalter 29 hindurch, um einen Zwischenraum zwischen zwei Schaltungsspuren 32a auf der Platine 30 zu schließen. Die durchsichtige isolierende Schicht 34 stützt die Tastenanordnung 12.
  • Die Elektrolumineszenzlampe weist einen typischen Aufbau auf und ist auf der der Tastenanordnung 12 entgegengesetzten Seite der isolierenden Schicht 34 aufgebracht. Eine durchsichtige Elektrodenschicht 24, typischerweise aus Indium-Zinn-Oxid (ITO), ist beispielsweise durch Sputterbeschichtung auf der Unterseite der isolierenden Schicht 34 aufgebracht. Eine Phosphorschicht 22 ist auf der Elektrodenschicht 24 aufgedruckt. Eine dielektrische Schicht 20 ist auf der Phosphorschicht 24 aufgebracht. Eine untere Elektrodenschicht 18 ist auf der dielektrischen Schicht 20 aufgebracht. Die untere Elektrodenschicht kann aus leitfähiger Tinte wie etwa Silbertinte bestehen, die mittels Siebdruck auf die dielektrische Schicht 20 aufgebracht wird. Wenn eine Wechselspannung über die Leitungen von den Elektrodenschichten 18 und 24 angelegt wird, bewirkt der zwischen den Elektroden induzierte Strom, dass die Phosphorschicht 22 Licht emittiert, ein Phänomen, das als Lumineszenz bekannt ist. Das Licht kann nach oben, in Richtung der Pfeile "A", durch die durchsichtige Elektrodenschicht 24 und die durchsichtigen Bestandteile der Tastenanordnung durchdringen.
  • Der Aufbau der Elektrolumineszenzschaltertaste 10 aus den 1 und 2 nach dem Stand der Technik ist nicht nur teurer, was die Herstellung betrifft, sondern es geht auch Licht durch Diffusion und Abblockung des Lichts durch all die Bestandteile der gedruckten Schaltungsplatine und des Schalters verloren, bevor das Licht überhaupt die Betätigungstaste 26 erreicht.
  • Nehmen wir Bezug auf 3, so ist die Elektrolumineszenzlampe der Erfindung in einer generell mit 44 bezeichneten Tastatur integriert. Die Tastatur umfasst ein allgemein flaches oder ebenes Substrat 46, mit einer allgemein gewölbt geformten Taste oder einem gewölbt geformten Substratabschnitt, allgemein mit 48 bezeichnet, der aus diesem herausgeformt ist. Die Taste 48 ist von dem ebenen Substrat 46 durch einen ringförmigen umfänglichen Ausschnitt 50 getrennt, bis auf einen Stegabschnitt 53 für Zwecke, die später beschrieben werden. Die Taste 48 weist eine umfängliche Seitenwandung 48a sowie eine obere Wandung 98b auf, die an einer gekrümmten Biegung 48c allmählich ineinander übergehen. Es ist zu sehen, dass die Seitenwandung 48a, die obere Wandung 48b und die Biegung 48c zusammen eine allgemein konvexe Oberfläche bilden, wenn sie von oberhalb der Taste 48 betrachtet werden, und eine allgemein konkave Oberfläche, wenn sie von unterhalb der Taste 48 betrachtet werden. Die umfängliche Seitenwandung 48a ist vorzugsweise in einem stumpfen Winkel in Bezug auf die obere Wandung vorgesehen. Die gesamte Substratstruktur einschließlich des flachen Substrats 46 und des gewölbt geformten Substrats oder der Taste 48 ist aus einer Schicht aus flexiblem Material hergestellt und ist vorzugsweise aus Polycarbonat hergestellt.
  • Bevor wir fortfahren, sollte verstanden werden, dass die in 3 gezeigte Struktur eine gewölbt geformte Taste 48 aufweist, die von dem flachen Substrat 46 nach oben ragt. Dies wäre die normale Ausrichtung der Struktur, wie sie in einer typischen Tastatur oder einer Lumineszenzlampenplatte verwendet wird. Wenn daher solche Begriffe wie "obere", "untere", "Oberseite", "Unterseite" und dergleichen verwendet werden, verstehen sich diese in Bezug auf diese Ausrichtung.
  • Das gerade Gesagte vorausgesetzt, nehmen wir nun Bezug auf 4, in welcher die anfänglichen Schritte bei der Herstellung der Lumineszenzlampe (oder -taste) dargestellt sind. Die Schicht 48b in 4 stellt die obere Wandung des gewölbt geformten Substrats oder der Taste 48 in einer Ausrichtung mit der Unterseite nach oben und vor der Formung des Substrats in dessen gewölbt geformte Konfiguration dar. Bei der Herstellung der erfindungsgemäßen Lumineszenzlampe werden zuerst Schichten 51 und 52 aus graphischer oder Zeichentinte auf das Polycarbonatsubstrat 48b aufgedruckt. Zumindest die Schicht 51 aus Zeichentinte ist lichtdurchlässig. Eine lichtdurchlässige Elektrodenschicht 54 wird auf die Zeichentinten 51 und 52 aufgesputtert. Diese Elektrodenschicht wird in der gewölbt geformten Taste 48 die obere Elektrodenschicht (3). Diese Elektrodenschicht kann aus Indium-Zinn-Oxid(ITO)-Material hergestellt werden. Eine Schicht 56 aus leicht dehnbarer leitfähiger Tinte wird außerdem auf die graphischen Schichten 51 und 52 aufgedruckt, um die Elektrode 54 mit einer unterstützenden elektrischen Schaltung zu verbinden, wie später detaillierter zu sehen sein wird. Diese leicht dehnbare leitfähige Tinte kann Silbertinte sein, zum Zwecke des Prägens wird jedoch Kohlenstofftinte bevorzugt. Eine Elektrolumineszenzschicht 58 aus vorzugsweise Phosphor wird auf die Oberseite der Elektrodenschicht 54 aufgedruckt. Eine lichtdurchlässige dielektrische Schicht 60 wird über der Elektrolumineszenzschicht 58 aufgedruckt. Schließlich wird über der dielektrischen Schicht 60 eine zweite Elektrodenschicht 62 aufgedruckt. Diese zweite Elektrodenschicht kann aus Silbertinte bestehen, und diese leitfähige Schicht wird schließlich die Rückseiten- oder untere Elektrodenschicht unterhalb des gewölbt geformten Substrats der Taste 48 (3). Mittels dieser Herstellungsschritte wird eine Elektrolumineszenzlampe ausgebildet, die in 4 generell mit 63 bezeichnet ist.
  • Die vorstehend in Verbindung mit 4 beschriebene Schichtung wird dann umgedreht und über einer in einer Prägeplatte 66 vorgesehenen Öffnung 64 platziert, wie in 5 gezeigt ist. Ein Prägestempel 68 wird dann in Richtung des Pfeils "B" in die Schichtung hinein bewegt, um die Schichtung in die in 6 gezeigte Konfiguration zu prägen oder zu formen, welche nun der Ausrichtung des gewölbt geformten Substrats oder der Taste 48 in 3 entspricht. In 6 ist zu sehen, dass die Elektrolumineszenzlampe 63 (4) nun direkt unterhalb der oberen Wandung 48b der gewölbt geformten Taste angeordnet ist. Die lichtdurchlässige Elektrode 54 stellt nun die obere Elektrode dar, und die Elektrodenschicht 62 ist nun die untere Elektrode unterhalb der oberen Wandung der Taste. Der Ausschnitt 50 (3) wird aus dem ebenen Substrat 46 ausgestanzt, nachdem das gewölbt geformte Substrat oder die Taste 48 wie zuvor beschrieben ausgebildet worden ist. Die Unterseite der Taste kann dann mit Silikonmaterial ausgefüllt werden. Vorzugsweise wird eine Silikonform unter der Taste eingefügt.
  • 7 zeigt den endgültigen Aufbau der Elektrolumineszenzlampe und -taste der Erfindung. Es ist zu sehen, dass die Karbonschicht 56, welche mit der oberen lichtdurchlässigen Elektrodenschicht 54 verbunden ist, einen Leiterabschnitt 56a aufweist, der von der Substratstruktur allgemein radial nach außen vorsteht. Die untere Elektrodenschicht 62 weist einen Leiterabschnitt 62a auf, der ebenfalls von der Substratstruktur radial nach außen vorsteht. Der Stegabschnitt 53 der Substratstruktur stützt nicht nur das gewölbt geformte Substrat oder die Taste 48 innerhalb des Ausschnitts 50 des flachen Substrats 46, sondern der Stegabschnitt kann auch genutzt werden, um die Leiter 56a und 62a zu stützen. Wenn Wechselspannung über die Leiter 56a und 62a angelegt wird, wird ein Strom zwischen den Elektrodenschichten 54 und 62 induziert, welcher bewirkt, dass die phosphoreszente Schicht 58 Licht nach oben, durch die obere Wandung 48b des gewölbt geformten Substrats oder der Taste 48 hindurch emittiert. Obwohl er nicht gezeigt ist, kann ein herkömmlicher elektrischer Schalter unterhalb der Taste 48 angeordnet sein.
  • Wie am besten in 7 zu sehen ist, ist die obere lichtdurchlässige Elektrode 54 auf einen Bereich unterhalb der oberen Wandung 48b der Taste 48 beschränkt. Die dehnbare leitfähige Schicht 56 verbindet dann die obere Elektrode über die Biegung 48c mittels des Leiters 56a mit der Wechselstromquelle. Diese Anordnung ist vorgesehen, weil die obere lichtdurchlässige Elektrodenschicht 54 typischerweise aus Indium-Zinn-Oxid hergestellt ist, welches nicht so dehnbar wie die Schicht 56 ist. Die dehnbarere Schicht 56 kann besser der Beanspruchung und den Zugkräften widerstehen, die während der Formung zu der gewölbten Konfiguration der Taste 48 auftreten, als das weniger flexible Indium-Zinn-Oxid-Material der oberen Elektrodenschicht 54.

Claims (12)

  1. Elektrolumineszenzlampe (63), umfassend: ein flexibles, lichtdurchlässiges Substrat (48), für welches eine Oberseite und eine Unterseite definiert ist; eine obere lichtdurchlässige Elektrodenschicht (54) unter zumindest einem Teil der Unterseite des flexiblen Substrats (48); eine Elektrolumineszenzschicht (58) unter der oberen lichtdurchlässigen Elektrodenschicht (54); und eine untere Elektrodenschicht (62) unter der Elektrolumineszenzschicht (58), dadurch gekennzeichnet, dass das flexible, lichtdurchlässige Substrat (48) gewölbt gestaltet ist, mit einer oberen Wandung (48b), und dazu angepasst ist, einen elektrischen Schalter zu aktivieren, wobei die Elektrolumineszenzschicht (58) auf einen Bereich unterhalb der oberen Wandung (48b) beschränkt ist, wobei ein Durchführen von elektrischem Strom durch die obere und die untere Elektrodenschicht (54, 62) bewirkt, dass die Elektrolumineszenzschicht (58) Licht durch die obere Elektrodenschicht (54) und die obere Wandung (48a) des flexiblen, lichtdurchlässigen Substrats (98) hindurch emittiert.
  2. Elektrolumineszenzlampe nach Anspruch 1, wobei das flexible, lichtdurchlässige Substrat (48) aus Polycarbonatmaterial hergestellt ist.
  3. Elektrolumineszenzlampe nach Anspruch 1 oder 2, die eine dielektrische Schicht (60) zwischen der Elektrolumineszenzschicht (58) und der unteren Elektrodenschicht (62) aufweist.
  4. Elektrolumineszenzlampe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, die eine Schicht aus Zeichentinte (51, 52) auf der Unterseite des lichtdurchlässigen Substrats (48) umfasst.
  5. Elektrolumineszenzlampe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, die eine Schicht aus dehnbarem, leitfähigem Material (56) um zumindest einen Teil der oberen Elektrodenschicht (54) herum umfasst, um die obere Elektrodenschicht mit einer elektrischen Schaltung zu verbinden.
  6. Elektrolumineszenzlampe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die obere Wandung (48b) des flexiblen, lichtdurchlässigen Substrats (48) in eine umfängliche Seitenwandung (48a) übergeht, welche in einem stumpfen Winkel in Bezug auf die obere Wandung (48b) vorgesehen ist.
  7. Elektrolumineszenzlampe nach Anspruch 6, wobei die obere und die Seitenwandung (48a, 48b) des flexiblen, lichtdurchlässigen Substrats (48) im Wesentlichen von einem allgemein ebenen Substrat (46) umgeben sind, das von der oberen und der Seitenwandung (48a, 48b) durch einen umfänglichen Ausschnitt (50) getrennt ist.
  8. Elektrolumineszenzlampe nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das flexible Substrat (48) im Wesentlichen mit einem Silikonmaterial gefüllt ist.
  9. Elektrolumineszenzlampe nach einem der Ansprüche 5 bis 8, wobei die Schicht aus dehnbarem, leitfähigem Material (56) ein Kohlenstoffmaterial ist, welches die obere Elektrodenschicht (54) entlang der umfänglichen Seitenwandung (48a) mit einer elektrischen Schaltung verbindet.
  10. Elektrolumineszenzlampe nach einem der Ansprüche 5 bis 9, welche in eine Tastatur (44) integriert ist, wobei das lichtdurchlässige Substrat einen gewölbt geformten Tastenteil (48) sowie einen flachen Substratabschnitt (46) umfasst, welche bis auf einen Stegabschnitt (53) durch einen ringförmigen umfänglichen Ausschnitt (50) voneinander getrennt sind.
  11. Elektrolumineszenzlampen nach Anspruch 10, wobei die dehnbare, leitfähige Schicht (56) Kohlenstofftinte ist.
  12. Elektrolumineszenzlampe nach Anspruch 10 oder 11, wobei sich die dehnbare, leitfähige Schicht (56) von der oberen Elektrodenschicht (54) entlang der umfänglichen Seitenwandung (48a) zu dem flachen Abschnitt (46) des Substrats hin erstreckt.
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