JP2007223313A - テープ状ダイによりモールド成形する成形薄膜の形成方法 - Google Patents

テープ状ダイによりモールド成形する成形薄膜の形成方法 Download PDF

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Abstract

【課題】より経済的な方法で成形薄膜を形成する方法をを提供する。
【解決手段】光硬化性(感光性)あるいは熱硬化性の接着樹脂層4を基板層2にコーティングする工程と、予め成形パターン64が形成されたテープ状ダイ63によって接着樹脂層4にプリズム状アレイの成形パターン10又はミクロ状の成形パターンを形成、モールド又は押付け成形する工程と、接着樹脂層4に安定的に形成される成形パターン10を有する層状薄膜を得るために基板層2の光硬化性あるいは熱硬化性の接着樹脂層を硬化する工程とを有することを特徴とする。前記層状薄膜は光学的薄膜であり、前記成形パターンは前記基板層に形成された少なくともプリズム状アレイであることを特徴とする。
【選択図】図1

Description

本発明は、液晶表示装置などに使用される光学的薄膜、特に、テープ状ダイによりモールド又は押付け成形する成形薄膜の形成方法に関する。
下記特許文献1には、例えば、表示装置の濃淡を増大するためのプリズムのように構成された成形表面を有する光学的薄膜を有する表示装置が開示されている。この成形表面は、接着剤層を使用する別の薄膜の対向する表面と結合されるが、成形表面の機能高さより少ない深度まで成形表面に前記接着剤層を浸透させることにより行っている。
同文献に開示されているダイ(同文献中の符号「1530」)は、光学的薄膜の成形表面を形成するローラダイ(符号「1532」)により形成されている。しかし、薄膜製品の質に影響するローラダイの溝や先端に接着剤が部分的に付着することになる。このため、高価なローラダイを、常に新規なものに交換しなければならないと、生産コストが増大する。
本発明者らは、従来技術の不具合を見出し、より経済的な方法で成形薄膜を形成する方法を完成させるに至った。
米国特許出願公開番号2005/0134963号公報
本発明の目的は、より経済的な方法で成形薄膜を形成する方法を提供することにある。
かかる目的を達成するために、本発明は、
A.光硬化性(感光性)あるいは熱硬化性の接着樹脂層を基板層にコーティングする工程と、
B.予め成形パターンが形成されたテープ状ダイによって前記接着樹脂層にプリズム状アレイの成形パターン又はミクロ状の成形パターンを形成、モールド又は押付け成形する工程と、
C.前記接着樹脂層に安定的に形成される前記成形パターンを有する層状薄膜を得るために前記基板層の前記光硬化性あるいは熱硬化性の接着樹脂層を硬化する工程とを有する成形薄膜の形成方法を提供することである。
本発明は、成形パターンが形成されたテープ状ダイによって光硬化性あるいは熱硬化性の接着樹脂層に成形パターンを形成し、この接着樹脂層を硬化するので、成形パターンを有する層状薄膜を安定的に形成でき、特に、ダイや成形パターンに接着剤の付着や凝着を防止し、ローラや機器の寿命を長くし、薄膜製品の品質を高め、従来技術より優れた光学的薄膜を作ることができる。
以下、図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。
図1に示すように、本発明の第1実施形態に係る成形薄膜の形成方法は、
A.光硬化性あるいは熱硬化性の接着樹脂層を基板層にコーティングする工程と、
B.予めプリズム状アレイを有する構造(又はミクロ構造)のパターン(以下、単に「成形パターン」と称す)が形成されたテープ状ダイによって前記接着樹脂層に成形パターンをモールド、形成又は押付け成形する工程と、
C.前記成形パターンを有する層状薄膜を得るために前記基板層に前記光硬化性あるいは熱硬化性の接着樹脂層を硬化する工程とを有している。
本発明における層状薄膜製品は、層状薄膜に形成されるプリズム状アレイ又はその他の明るさを高める構成の表面を有する光学的薄膜である。したがって、本発明は、LCDや他の電子電気的アイテム(コンピュータなど)で使用される光学的薄膜を製造するために提供される。
テープ状ダイは、テープ、ベルト又はストラップ上に成形パターン(又はミクロ構造のパターン)が形成され、この成形パターンを光硬化性接着樹脂層に成形又はモールドするために、回転的に又は有効に駆動される。前記成形パターンは、ローラ又は回転ダイというよりむしろテープの上に形成され、このローラ又は回転ダイに接着剤が付着することを防止し、また、他のプロセス機器に対する付着を防止し、薄膜製品の品質を高める。本発明の光硬化性あるいは熱硬化性の接着樹脂は、UV硬化性樹脂と、希釈剤、オリゴマ、モノマー、光化学開始反応剤及び架橋結合としての添加剤を包含している。
接着樹脂は、硬化時に、少なくとも1.50の屈折率と耐久性を備えた架橋高分子マトリックスを有している。架橋ポリマーは、アクリレート、アクリル酸メチル、ブロミド、アルキル・フェニール・アクリレート(4、6-ジブロモ-2-sec-ブチル・フェニール・アクリレートを含む)、メチルスチレン単量体、臭化されたエポキシジアクリレートなどが包含される。
希釈剤は、ポリマーの粘性を減少し、ガス気泡の発生を防止するため設けられ、これにより、完全なミクロ構造を得る。常時使用される希釈剤としては、一官能価又は二官能価なモノマーを有する。
光化学開始反応剤は、有機パーオキシド、アゾ化合物、キニーネ、ニトロ化合物、アクリル・ハライド、ヒドラゾン、メルカプト化合物、イミダゾール、クロロトリアジン、ベンゾイン、ベンゾイン・アルキル・エーテル、ジケトン、フェノンなどが包含される。
光学層又は光学的薄膜のミクロ構造層は、例えば、アクリル酸メチル単量体、ハライド・モノマー及び他モノマーで構成される高屈折率を有するポリマーで構成されている。このような高活性の遊離基モノマーとオリゴマが、最近使われている。また、高活性のアクリル酸も広く使われている。
本発明において用いられる合成高分子は、例えば、サーファクタント、反静電気剤などの添加剤を有している。フルオロサーファクタントのようなサーファクタントは、合成高分子の表面張力を減少させるために設けられ、湿潤特性の改良とスムーズなコーティング操作やコーティングの質を高める。
好ましく使用される光硬化性樹脂(UV硬化性樹脂又はハードコートするためのUV硬化性樹脂を含む)は、低い界面エネルギー分子を有する。低界面エネルギー分子の典型的な例としては、以下のシラン類が挙げられる:1H,1H,2H,2H−パーフルオロオクチルトリエトキシシランフッ素化シラン;トリデカフルオロ−1,1,2,2−テトラヒドロオクチルトリクロロシラン(F13−TCS);オクタデシルトリクロロシラン(CH(CH17SiCl,OTS);アルキルクロロシラン(CH(CHn−1SiCl);プロピルトリクロロシラン(CHCHCHSiCl,PTCS);3,3,3−トリフルオロプロピルトリクロロシラン(CFCFCHSiCl,FPTCS);ジメチルジクロロシラン(DDMS);トリデカフルオロ−1,1,2,2−テトラヒドロオクチルトリクロロシラン(FOTS);およびヘプタデカフルオロ−1,1,2,2−テトラヒドロデシルトリクロロシラン(FDTS)。
本発明において用いられている基板層は、光製品として適用されられる良好な透明度、適当な構造的強度と最適な温度耐性、つまりアンチエージング、擦り傷防止特性を有しなければならない。
基板層は、最も一般的に使用される以下に挙げられるプラスチック又は複合材料より構成されている:ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリカーボネート(PC)、スチレン−アクリロニトリル、セルロースアセテートブチレート、セルロースアセテートプロピオネート、セルローストリアセテート、ポリエーテルスルホン、ポリメチルメタクリレート、ポリウレタン、ポリエステル、ポリビニルクロライド、ポリスチレン、ポリエチレンナフタレート、ナフタレンジカルボン酸、ポリクロロオレフィン、ガラス等。また、基板層の材料は、それらの混合物又は合成的材料から選択できる。基板層は、特に限定されるものではないが、懸濁分散相又は連続相を包含しているマルチプレーヤである。
本発明の成形薄膜を製造する装置は、第1の好ましい実施形態として図1に系統的に示されている。
図1のA側に示すように、光硬化性接着樹脂(UV硬化性樹脂を含む)4aは、基板ローラ1から剥離され複数の送りローラ1fを通って送られる基板層2上にコーティングされる。
基板層2は、透明なプラスチック薄膜材料(前述した、例えばPET、PC、スチレン-アクリロニトリル)が使用される。基板層2は、コーティング手段3に供給され、光硬化性接着樹脂4aと共にコーティングされて基板層2上に光硬化性接着樹脂層4を形成する。
それから接着樹脂層4には、背当て手段8によって背当てされた状態で、構造的な、つまりプリズム状のパターンが成形手段6によりモールド又は成形される。
接着樹脂層4に、構造的な、つまりプリズム状のパターンをモールド、形成又は押付け成形する工程の間、予備的に接着樹脂層4を硬化させ、樹脂4aの流動性を抑制するために、基板層2上に予備硬化UVランプ7が設けられている。その後、層状薄膜の上部に構造的(又はミクロ構造的)な、つまりプリズム状表面硬化層薄膜を形成し、接着樹脂層4と基板層2とを確実に結合するために、接着樹脂層4を最終的に硬化させる最終硬化UVランプ(又は複数のランプ)9が設けられている。予備と最終の硬化UVランプ7、9を「硬化手段」と称す。
図1のB側に示すように、層状(又はラミネートされた)薄膜は、複数の案内ローラ5cを通って巻取りローラ5によって巻取られる。
コーティング手段3は、コートローラ41と、アンビルローラ42とを有し、コートローラ41とアンビルローラ42の間に供給されるとき、両者間で基板層2を回転的にサンドイッチにし、基板層2に光硬化性接着樹脂4aをコーティングする。実際の要求に基づいて2つのローラ41、42間の開き状態は調整されている。
接着剤の計量分配ローラ43は、接着剤の厚さを制御又はそり落とすようにコートローラ41と回転的に並置されており、コートローラ41上に接着樹脂4aが供給されるとき、基板層2上の接着樹脂層4の厚さを制御する。計量分配ローラ43は、コートローラ41の回転方向とは反対方向に回転される。
さらに、コーティング手段3は、コートローラ41とアンビルローラ42の下方に設けられた接着剤コレクタ44を有し、両ローラ42、41から下方に落下する過剰接着剤4aを集める。
アンビルローラ42に累積される接着剤4aを擦り落し、接着剤コレクタ44に排出し集められるために、スクレーパ45がアンビルローラ42の周面に接触して設けられている。
成形手段6は、接着樹脂層4と基板層2に近接した成形ローラ62と、成形ローラ62にエンドレステープ状ダイ63によって連結された共役ローラ61とを有しており、エンドレステープ状ダイ63は、その表面に構造的又はミクロの構造的な、つまりプリズム状の成形パターン64が予め形成され、成形ローラ62と共役ローラ61との周りに循環可能に巻回されており、いずれのローラ61又は62の駆動によっても、テープ状ダイ63は、同期的に駆動され、外面に巻回されたテープ状ダイ63を有する成形ローラ62と背当て手段8の間に基板層2と接着樹脂層4を供給するとき、基板層2に隣接する背当て手段8によって可動に背当てされるので、テープ状ダイ63上の成形パターン64を接着樹脂層4上の光硬化性接着樹脂層4に押圧又は押印し、接着樹脂層4にプリズム状アレイの成形パターンを形成する。
背当て手段8は、巻回されたテープ状ダイ63を有する成形ローラ62との共働で、並列的な基板層2と接着樹脂層4に対し背当てするフラットな背当て板88を有し、背当て板88は、基板層2に当たる「アンビル」として機能し、基板層2上の接着樹脂層4に成形パターンを形成する。
背当て手段8は、フラットな背当て板88から下方(又は外方)に突出しているハウジング80を有し、ハウジング80の内部には予備硬化UVランプ7が設けられ、UVランプ7からのUV光は、背当て板88に開設された開口81から放射され、主として基板層2上の接着樹脂4aを硬化させ、接着樹脂4aの流動性を抑制し、硬化したパターンの変形を防止して接着樹脂層4上に成形パターンを形成する。
UV光を層4、2の方又は外方へ放射させるように反射する反射鏡19がUVランプ7の背面側に設けられている。
ランプ寿命を長くするためランプ7から発せられる熱を放散するように、冷却ファンのような冷却手段87も設けられている。
テープ状ダイ63に固定的に形成された成形パターン64は、接着樹脂4aが付着することを防止し、擦り傷に対する耐久性も有し、テープ状ダイ63にしっかりと固着されるように、反粘着材料により構成されなければならない。
テープ状ダイ63は、高い機械的強度や疲れ破損に対する耐久性をするテープ又はベルトにより構成されているが、金属材料又は非金属材料のいずれでもよい。
光硬化性接着樹脂4aは、透明又はカラー樹脂であるが、単一物又は複合物のどちらでもよい。紫外線光の率が異なる出力による放散により、異なる硬化又は接着特性のものを生産することができる。
予備UVランプ7は、主に生産している間、形成されたパターンの変形を防止するために、接着樹脂4aを硬化させるものとして設けられている。最終UVランプ9は、本発明のパターンを確実に定めるために、接着樹脂上のパターン10を硬化させるものとして設けられている。
本発明では、予備及び最終のUVランプ7、9の据付け又は配置は、特異的なスペース又は位置に制限されるものではなく、任意に設けられる。
前述した背当て手段8の変形例は、図2、図3に示すように、UV光を透過するために、透明あるいは光伝達性を有する円筒ローラ9tを備え、回転可能に巻回されたテープ状ダイ63を有する成形ローラ62と共働して基板層2を回転的に背当てし、予備硬化UVランプ7が、基板層2と接着樹脂層4の方にUV光を放射するように円筒ローラ9t内に軸方向に固定され、その上に成形パターンが形成された接着樹脂4aを予め硬化させるものである。
また、反射鏡19は、前記層2、4に向かって上方へUV光の反射を助けるように設けられている。
円筒ローラ9tは、図3に示すように、例えば、石英管により形成された中空の円筒体であり、一対の軸受18を介して予備硬化UVランプ7に回転可能に取り付けられ、円筒体9tの管端部19aは、伝達部材19b(例えば、ベルト又は連鎖)を介してモータ20により回転可能に駆動され、円筒体9tの他の管端部19cは、ホルダー19dに回転可能に取り付けられ、ランプ7の端部9a、9bは、2つのブラケット9c,9dにそれぞれ固定又は固着されている。
図4に成形手段6の変形例を示す。この成形手段6は、接着樹脂層4に近接した成形ローラ62と、テープ状ダイ63を有効に送出するストリッピングローラ61bと、テープ状ダイ63を有効に受け入れ巻回される巻回ローラ61aと、その上に成形パターン64が予め形成され、かつ成形ローラ62の周りに可動に巻回されたテープ状ダイ63と、を有し、テープ状ダイ63の移動により、テープ状ダイ63の成形パターン64が、成形ローラ62によって加圧されるように接着樹脂層4上に押印又は押圧され、背当て手段8によって背当てした状態で、接着樹脂層4に成形パターンを形成する。
構造的に層状薄膜を製造する他の方法については、図1及び前述された方法を参照されるべきである。ただし、図4の成形手段6では、テープ状ダイ63を巻回ローラ61aに完全に巻回した後、「ローラ」状に形成されたテープ状ダイ63は、本発明の層状薄膜を繰り返し生産するために、「再走行」のためストリッピングローラ61bへ移動される。
図5に示す成形手段6は、図4に示されるものと同様なものであるが、背当て手段8は、図2に示されるものと同様である。これも、本発明において使用されるプロセス機器の他の改変である。
図6に示す成形手段6は、大きい直径を有する成形ローラ60と、概して成形ローラ60の外径と等しい内径を有し、成形ローラ60の外径のまわりにぴったりと巻回され、周面に成形パターン64が形成された円形又は円筒状のテープ状ダイ63aと、を有し、成形ローラ60の回転により、成形パターン64が形成されたテープ状ダイ63aが、基板層2上の接着樹脂層4に成形パターンを印刷するようにしている。
本発明は、ダイや成形パターンに接着剤の付着や凝着を防止し、ローラや機器の寿命を長くし、薄膜製品の品質を高め、従来技術より優れた光学的薄膜を作るための方法を提供する。
本発明は、上述した実施形態のみに限定されるものではなく、本発明の趣旨及び範囲から逸脱することなく、変更することができる。上述したような光硬化性接着樹脂は、以下のような熱硬化性接着樹脂で置換することもできる。例えば、不飽和ポリエステル、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、メラミン-ホルムアルデヒド、フラン、ポリブタジエン、シリコン樹脂、ユリアホルムアルデヒド樹脂及びポリウレタンなどがある。
本発明は、液晶表示装置などに使用される光学的薄膜を容易に高品質に製造できる薄膜の形成方法である。
本発明の成形薄膜を作るためのプロセスを示す概略図である。 図1のものを変形した本発明の第2実施形態を示す要部概略図である。 背当てローラの反射鏡を省略した図2の3−3線方向から見た背当てローラの断面図である。 本発明の第3の実施形態を示す要部概略図である。 本発明の第4の実施形態を示す要部概略図である。 本発明の第5の実施形態を示す要部概略図である。
符号の説明
2…基板層、
3…コーティング手段、
4…光硬化性接着樹脂層、
4a…光硬化性接着樹脂、
41…コートローラ、
42…アンビルローラ、
43…計量分配ローラ、
44…接着剤コレクタ、
45…スクレーパ、
6…成形手段、
61…共役ローラ、
61b…ストリッピングローラ、
61a…巻回ローラ、
62…成形ローラ、
63…テープ状ダイ、
64…成形パターン、
7…予備硬化デバイス(硬化手段)、
8…背当て手段、
80…ハウジング、
81…開口、
88…背当て板、
9…最終硬化デバイス(硬化手段)、
9t…円筒ローラ、
10…成形パターン。

Claims (16)

  1. A.光硬化性接着樹脂と熱硬化性接着樹脂からなる群から選択される硬化性接着樹脂を基板層上に、硬化性接着樹脂層を形成するようにコーティングする工程と、
    B.予め成形パターンが形成されたテープ状ダイによって前記硬化性接着樹脂層に前記成形パターンをモールド又は押付け成形する工程と、
    C.前記硬化性接着樹脂層に形成された前記成形パターンを安定的に硬化し前記硬化性接着樹脂層を前記基板層としっかりと連結された層状薄膜を得るように前記基板層上の前記硬化性接着樹脂層を硬化する工程と、
    を有する成形薄膜の形成方法。
  2. 前記層状薄膜は光学的薄膜であり、前記成形パターンは前記基板層に形成された少なくともプリズム状アレイであることを特徴とする請求項1記載の成形薄膜の形成方法。
  3. 前記成形パターンは、ミクロ構造のパターンであることを特徴とする請求項1に記載の成形薄膜の形成方法。
  4. 前記テープ状ダイは、前記硬化性接着樹脂層に前記成形パターンを可動又は回転可能に形成するテープに予め形成された前記成形パターンを有し、前記テープ状ダイと成形パターンは、前記硬化性接着樹脂の接着を防止する反粘着特性を有することを特徴とする請求項1に記載の成形薄膜の形成方法。
  5. 前記コーティング工程は、相互間で前記基板層をサンドイッチにするように共働的に回転するコートローラとアンビルローラとを有するコーティング手段により実行され、前記コートローラとアンビルローラとの間に供給されるとき、前記基板層に前記硬化性接着樹脂をコーティングすることを特徴とする請求項1に記載の成形薄膜の形成方法。
  6. 前記コーティング手段は、さらに、前記コートローラに前記硬化性接着樹脂を適用するとき、前記基板層上の前記硬化性接着樹脂層の厚さ、当該硬化性接着樹脂の量を制御する、前記コートローラと回転可能に並置された計量分配ローラを有する請求項5に記載の成形薄膜の形成方法。
  7. 前記コーティング手段は、さらに、前記アンビルローラとコートローラの下に配置され、前記アンビルローラとコートローラから下方に落ちる接着剤を集める接着剤コレクタを有する請求項5に記載の成形薄膜の形成方法。
  8. 前記コーティング手段は、さらに、前記アンビルローラの周面に接触して設けられ、前記アンビルローラに蓄積される接着剤をかき取り、前記接着剤コレクタに接着剤を落としかつ集めるスクレーパを有する請求項7に記載の成形薄膜の形成方法。
  9. 前記硬化性接着樹脂層に前記成形パターンをモールド又は押付け成形する工程は、前記硬化性接着樹脂層に成形パターンを有効に形成する成形手段に隣接する背当て手段によって背当てされた状態で前記成形手段により実行される請求項1に記載の成形薄膜の形成方法。
  10. 前記成形手段は、前記硬化性接着樹脂層と前記基板層に近接した成形ローラと共役ローラとを、これら両ローラの周りで循環可能に巻回されかつ周面に前記成形パターンが予め形成されたエンドレスのテープ状ダイによって連結したもので、巻回されたテープ状ダイを有する成形ローラと背当て手段との間に前記基板層と前記硬化性接着樹脂層を供給するときに、前記背当て手段によって可動に背当てされた状態で、前記両ローラのいずれかを駆動することによりテープ状ダイが同期的に駆動され、前記テープ状ダイ上の成形パターンを前記基板層の前記硬化性接着樹脂層に押付け又は印刷されることを許容する請求項9に記載の成形薄膜の形成方法。
  11. 前記成形手段は、前記硬化性接着樹脂層に近接した成形ローラと、前記テープ状ダイを有効に送出するストリッピングローラと、テープ状ダイを有効に受け入れ巻回する巻回ローラとを有し、前記テープ状ダイは、予め形成された成形パターンを有し、かつ前記成形ローラの周りに可動に巻回され、前記テープ状ダイの移動によって、テープ状ダイ上の前記成形パターンが、前記背当て手段によって背当された状態の前記硬化性接着樹脂層に前記成形パターンを形成するように押印又は押圧される請求項9に記載の成形薄膜の形成方法。
  12. 前記成形手段は、前記成形ローラと、当該成形ローラの外径のまわりにぴったりと巻回される前記成形ローラの外径に等しい内径で、円形又は円筒形状に形成された前記テープ状ダイと、を有し、前記成形ローラの回転によって前記テープ状ダイの周囲に形成された成形パターンを有する前記テープ状ダイが前記基板層上の前記硬化性接着樹脂層に前記成形パターンを押印又は押圧される請求項9に記載の成形薄膜の形成方法。
  13. 前記硬化性接着樹脂層を硬化させる工程は、硬化手段により実行され、当該硬化手段は、前記硬化性接着樹脂層に前記成形パターンが形成されるとき、前記硬化性接着樹脂層を予備的に硬化させる予備硬化デバイスと、前記硬化性接着樹脂層に前記成形パターンを最終的に硬化させ、前記硬化性接着樹脂層に前記基板層を結合する最終硬化デバイスとを有し、前記予備硬化デバイスは、その上に前記成形パターンが形成された前記テープ状ダイを有する前記成形手段の前記成形ローラによって、前記硬化性接着樹脂層に前記成形パターンを形成するとき、前記基板層と前記硬化性接着接着樹脂層を背当てする背当て手段内に設けられ、各硬化デバイスはUVランプとヒータからなる群から選択される、請求項1に記載の成形薄膜の形成方法。
  14. 前記背当て手段は、その上に回転可能に巻回された前記テープ状ダイを有する前記成形ローラと共働し、前記硬化性接着樹脂層と前記基板層を並置的に背当てし、前記基板層に前記硬化性接着樹脂層に前記成形パターンを形成するフラットな背当て板を有することを特徴とする請求項13に記載の成形薄膜の形成方法。
  15. 前記背当て手段は、フラットな背当て板から突出され、内部の前記予備硬化デバイスを覆うハウジングを有し、前記基板層に前記硬化性接着樹脂層を予備的に硬化させるために、予備硬化デバイスから加熱又はUV光が通過して放射されるように前記背当て板に開口が形成されていることを特徴とする請求項13又は14に記載の成形薄膜の形成方法。
  16. 前記背当て手段は、UV光を通すように透明又は光学的に透過し得る円筒ローラと、前記テープ状ダイが回転可能に巻回された成形ローラと、を有し、両ローラの共働により前記基板層を回転可能に背当てし、前記予備硬化デバイスが、前記成形パターンが形成された前記硬化性接着樹脂層を予備的に硬化させるように前記基板層と前記硬化性接着樹脂層の方へUV光を放射する、前記円筒ローラに軸方向に固定されたUVランプである、請求項13に記載の成形薄膜の形成方法。
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