JP2009086240A - 液晶モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】厚さが薄く、耐久性及び光の透過率に優れ、製造コストが低く、液晶パネルの影響を受けない静電容量結合方式の透明タッチセンサを有する液晶モジュールを提供する。
【解決手段】本発明に係る液晶モジュール１００は、静電容量結合方式の透明タッチセンサ層２０と、一対の透明基板１１，１２間に挟持された液晶層１８を有する反射型の液晶パネル１０と、を備えている。この透明タッチセンサ層２０は、液晶パネル１０の視認側に配置されており、透明タッチセンサ層２０と液晶層１８との間に、液晶パネル１０の表示を視認可能な導電性のシールド層３０が配置されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、液晶モジュールに関する。特に、本発明は、静電容量結合方式の透明タッチセンサ層と、液晶層を有する液晶パネルと、を備えた液晶モジュールに関する。

従来、透明タッチセンサが積層された液晶パネルを有する液晶モジュールが用いられている。この種の液晶モジュールは、液晶パネルの表示に対応して透明タッチセンサに触れることができるので、入力作業の操作性が優れている。

例えば、特許文献１には、抵抗膜方式の透明タッチセンサが積層された液晶パネルを備えた液晶モジュールが開示されている。この種の抵抗膜厚方式の透明タッチセンサは、通常、透明導電層が形成された一対の透明基板と、該一対の透明基板間に空気層を形成して電気的に絶縁するためのスペーサと、から構成されている。

特許第３００３９３１号明細書

上記抵抗膜方式の透明タッチセンサは、基板と空気との境界で、光の複数の反射が生ずるため、光の透過率を低減する。また、透明導電層同士の機械的な接触によりタッチを感知するため、該透明導電層が摩耗して耐久性に劣る。この耐久性を向上するために、透明導電層を厚くする手段があるが、この厚さの増加は光の透過率の悪化や液晶パネルの着色を引き起こす場合がある。

本発明者らは、抵抗膜方式のタッチセンサが有する上記問題点を改善する手段について鋭意検討した結果、透明タッチセンサとして静電容量結合方式のタッチセンサを用いる考えに至った。そこで、液晶パネルの表示部の上に、静電容量結合方式の透明タッチセンサを配置して液晶モジュールを形成した所、抵抗膜方式のタッチセンサを用いた場合と比べて、耐久性及び光の透過率が向上することを確認した。また、静電容量結合方式の透明タッチセンサは、透明基板の一方の面に透明電極の層を形成して構成されるので、製造が容易であり、液晶モジュールの製造コストを低減できることが判明した。

しかし、静電容量結合方式の透明タッチセンサは、液晶パネルの駆動信号の影響を受けて、センサ信号のＳ／Ｎ比が悪化する場合のあることが分かった。この現象は、静電容量結合方式の透明タッチセンサと、液晶パネルとの間の距離を大きくすることにより低減できるが、この距離を大きくすると、液晶モジュールの厚さが厚くなると共に、液晶パネルの表示の視認性が低下する。

そこで、本発明は、耐久性及び光の透過率に優れ、製造コストが低く、液晶パネルの影響を受けない静電容量結合方式の透明タッチセンサを有し、厚さが薄い液晶モジュールを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明に係る液晶モジュールは、静電容量結合方式の透明タッチセンサ層と、一対の透明基板間に挟持された液晶層を有する液晶パネルと、を備えており、上記透明タッチセンサ層は、上記液晶パネルの視認側に配置されており、上記透明タッチセンサ層と上記液晶層との間に、上記液晶パネルの表示を視認可能な導電性のシールド層が配置されていることを特徴とする。

上述した本発明に係る液晶モジュールによれば、厚さが薄く、静電容量結合方式の透明タッチセンサを有しているので、耐久性及び光の透過率に優れ、製造コストが低く、液晶パネルの駆動信号の影響を受けない。

以下、本発明の液晶モジュールを、その好ましい第１実施形態に基づいて、図面を参照しながら説明する。図１は、図２に示す液晶モジュールのＸ−Ｘ線断面図である。図２は、第１実施形態の液晶モジュールを保護層側から見た平面図である。

第１実施形態の液晶モジュール１００は、図１〜３に示すように、静電容量結合方式の透明タッチセンサ層２０と、一対の透明基板１１，１２間に挟持された液晶層１８を有する反射型の液晶パネル１０と、を備えている。この透明タッチセンサ層２０は、液晶パネル１０の視認側に配置されており、透明タッチセンサ層２０と液晶層１８との間に、液晶パネル１０の表示を視認可能な導電性のシールド層３０が配置されている。

本実施形態では、液晶モジュール１００は、図１に示すように、液晶モジュール１００の他の構成要素を保護する保護層５０と、透明タッチセンサ層２０と、この透明タッチセンサ層への液晶パネル１０の駆動信号による影響を防止するシールド層３０と、導光板４１を備えたフロントライト４０と、液晶パネル１０とが積層されて形成されている。

具体的には、図１に示すように、シールド層３０が、透明タッチセンサ層２０と液晶パネル１０との間に配置されている。また、外部光源からの光を液晶パネル１０に導く導光板４１が、透明タッチセンサ層２０と液晶パネル１０との間に配置されていて、上記シールド層３０は、透明タッチセンサ層２０と導光板４１との間に配置されている。

以下、液晶モジュール１００の各構成要素を説明する。

本実施形態の液晶モジュール１００は、反射型の液晶パネル１０を有している。この液晶パネル１０は、図１に示すように、間隔をあけて対向する一対の透明基板１１，１２を有している。一対の透明基板１１，１２それぞれの対向する面には、透明電極パターン１３，１４が形成されている。また、透明電極パターン１３，１４それぞれの対向する面には、配向膜１５，１６が形成されている。

上記一対の透明基板１１，１２は、シール部１７を介して、所定の間隔をあけて対向した状態が維持されている。また、一対の透明基板１１，１２とシール部１７とにより密閉された空間には液晶が充填され液晶層１８が配置されている。なお、説明のために、縮尺が実際と異なる場合がある点に留意されたい。

対向する一対の配向膜１５，１６には、ラビング処理等により配向パターンが形成されている。本実施形態では、配向膜１５に形成された配向パターンの向きは、配向膜１６に形成された配向パターンの向きと直交している。

一対の透明電極パターン１３，１４に、所定の電圧を外部の駆動制御部（図示せず）から印加することにより、透明電極パターン部分の光の透過率が制御される。

本実施形態では、一対の透明基板１１、１２それぞれは、電気絶縁性で、可撓性を有するプラスチック板により形成されている。プラスチック板は、軽く、変形可能であり、また加工性に優れる。

このプラスチック板としては、例えば、ポリカーボネイト樹脂、変性アクリル樹脂、ポリメタクリル樹脂、ポリエーテルサルフォン樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂又はノルボルテン樹脂等を用いることができる。具体的には、本実施形態では、プラスチック板としては、ポリカーボネイト樹脂を用いている。

透明基板１１，１２の厚さは、５０μｍ〜２５０μｍの範囲とすることが、光の透過率、強度及び重さ等の観点から好ましい。具体的には、本実施形態では１００μｍとした。

図１に示す液晶パネル１０は平坦であるが、湾曲した形状を有していてもよい。上述したように一対の透明基板１１、１２が可撓性を有しているので、この透明基板１１，１２を湾曲させることができる。

一対の透明電極パターン１３，１４は、ＩＴＯ膜又はＮＥＳＡ膜等の公知の透明な導電膜を用いて形成することができる。本実施形態では、一対の透明電極パターン１３，１４は、ＩＴＯ膜により形成されている。

具体的には、一対の透明電極パターン１３，１４は、一対の透明基板１１、１２それぞれの上に、スパッタリング法によってＩＴＯから構成された透明導電膜を蒸着し、その後エッチングによって不要な部分を除去することによって形成されている。

一対の透明基板１１、１２の間には、液晶層１８が充填されている。本実施形態では、液晶パネル１０の液晶層１８は、ツイストネマティック（ＴＮ）液晶により形成されている。

液晶パネル１０の透明基板１２の外側には、反射板１９ｃが配置されている。透明基板１１側から入射した光が、液晶層１８を透過した後この反射板１９ｃにより反射されて、保護層５０から出射することにより、液晶パネル１０の表示が視認される。

また、透明基板１１の外側には、偏光板１９ａが配置されている。偏光板１９ａは、配向膜１５の配向方向と一致した向きの直線偏光を有している。透明基板１２と反射板１９ｃとの間には、偏光板１９ｂが配置されている。偏光板１９ｂは、配向膜１６の配向方向と一致した向きの直線偏光を有している。

次に、透明タッチセンサ層２０について以下に説明する。

透明タッチセンサ層２０は、静電容量結合方式のセンサである。透明タッチセンサ層２０は、図３に示すように、電気絶縁性のセンサ基板２１と、該センサ基板２１の一方の面に形成されたセンサ電極２２とにより形成されている。このセンサ電極２２は、液晶パネル１０側の面に形成されている。透明タッチセンサ層２０には、図２に示すように、複数のセンサ電極２２が形成されている。図３には、このうちの一つのセンサ電極の断面図を示す。

センサ電極２２は、図２に示すように、矩形形状を有しており、センサ基板２１上に間隔をあけて格子状に配置されている。各センサ電極間は電気的に絶縁されている。また、各センサ電極２２からは透明配線２３が引き出されており、透明タッチセンサ層２０の端部から外部の検知部（図示せず）へ接続されている。透明配線２３は、各センサ電極２２の間の部分に形成されている。なお、各センサ電極２２から透明配線２３が引き出されているが、図２では、一部の透明配線の記載を省略している。

透明タッチセンサ層２０は、液晶パネル１０の表示面の上に配置されており、この透明タッチセンサ層２０を透して、液晶パネル１０の表示を視認できる。この透明とは、少なくとも液晶パネル１０の表示を視認可能な程度に光の透過性を有するという意味である。センサ電極２２は、例えば、液晶パネル１０に表示される画像に対応した位置に配置することが、入力作業の操作性を向上する上で好ましい。

図３には、センサ電極２２と指１との間の静電容量が示されている。このように、例えば、保護層５０上にユーザの指１が置かれると、センサ電極２２と指の間に静電容量Ｃｈが発生することとなる。上記検知部は、この静電容量Ｃｈを検知することによって、透明タッチセンサ層２０へ入力指示がなされたことを判別する。

センサ基板２１の形成材料としては、上述した透明基板１１，１２と同じ透明な電気絶縁性の材料又はガラス板を用いることができる。またセンサ電極２２の形成材料としては、上述した透明電極１３，１４と同じものを用いることができる。

センサ基板２１及びセンサ電極２２の厚さは、光の透過性及び強度の観点から考慮し、本実施形態では、センサ基板２１の厚さは１００μｍであり、センサ電極２２の厚さは０．１２５ｍｍとした。

上記静電容量結合方式のセンサは、指が軽く置かれるだけ、その接触を正確に感知できる。また、このセンサは、導電膜同士が機械的に接触するような構造を有さないため、厚さが薄い、また構造が簡単で製造し易く、且つ耐久性に優れる。

次に、シールド層３０について以下に説明する。シールド層３０は、上記透明タッチセンサ層２０と上記液晶パネル１０との間に配置されており、液晶パネル１０の駆動信号により生じる電磁波等が、上記透明タッチセンサ層２０に与える影響を防止する機能を有している。例えば、液晶パネル１０の駆動信号により生じた電磁波が上記静電容量Ｃｈを変化させることが考えられる。本実施形態の液晶モジュール１００は、液晶パネル１０からの電磁波が、シールド層３０により遮断される。

本実施形態の液晶モジュール１００におけるシールド層３０は、透明なシールド基板３１と透明なシールド導電層３２とにより形成されている。シールド導電層３２は、シールド層３０の端部から配線が引き出されて外部でアースされており、グラウンド電極となっている。

シールド層３０は、透明であり、このシールド層３０を透して液晶パネル１０の表示を視認できる。この透明とは、少なくとも液晶パネル１０の表示を視認可能な程度に光の透過性を有するという意味である。

シールド層３０は、図２に示すように平面視した場合（液晶モジュール１００を保護層５０側から見た場合）に、少なくとも透明電極パターン１３，１４と重なる部分に形成することが透明タッチセンサ層２０への液晶パネル１０からの駆動信号の影響を防止する上で好ましい。本実施形態では、図１に示すように、シールド導電層３２を、シールド基板３１における液晶パネル１０側の面の略全面に、その周縁部を除いて形成している。

シールド基板３１は、例えば、透明基板１１，１２と同じ透明な材料から形成することができる。

シールド導電層３２は、透明電極パターン１３，１４と同じ材料を用いて同様に形成することができる。

本実施形態では、シールド層３０が、ポリカーボネイト樹脂製のシールド基板３１上に、ＩＴＯ膜からなるシールド導電層３２を蒸着して形成されている。

シールド導電層３２の厚さは、液晶パネルの駆動信号の影響を防止すると共に光の良好な透過性を確保できる範囲にあることが好ましい。

また、シールド基板３１の厚さは、シールド導電層３２を確実に保持すると共に光の良好な透過性を確保できる範囲にあることが好ましい。

このように、本実施形態では、シールド層３０のシールド導電層３２が、透明な導電体により形成されていることにより、液晶パネル１０の表示の視認性を確保すると共に、液晶パネル１０の駆動信号により生じる電磁波等を遮蔽して透明タッチセンサ２０の誤作動等が防止される。

また、上記シールド層３０のシールド導電層３２が、図４に示すように、液晶パネル１０の表示を視認可能な光透過型の導電性メッシュにより形成されていても良い。液晶パネル１０の表示の視認性を確保するためには、この導電性メッシュの光透過率は７０％〜９５％の範囲であることが好ましい。メッシュを形成する導電性の線の径は、細い方が液晶パネル１０の表示の視認性を確保する上で好ましい。また、導電性のメッシュの線間距離は、１００〜１２５０μｍ、特に１５０〜８００μｍの範囲にあることが同様の観点から好ましい。導電性メッシュの線間距離をこの範囲にして、導電性メッシュの線幅を５〜３０μｍにすると、光透過率が約８８％、面抵抗値が約０．３Ω／ｃｍ^２のシールド層を得ることができる。

導電性のメッシュの形成材料としては、銅、ニッケル、銀、アルミニューム、金、クロム等を用いることが、導電性の観点から好ましい。

シールド層３０は、図１に示すように、上記透明タッチセンサ層２０と、透明で電気絶縁性を有する接着層６１を介して接着されている。接着層６１の厚さは、接着強度及び光の透過性を確保できる範囲であることが好ましい。本実施形態では、接着層６１は、ＯＣＡにより形成されており、厚さは０．０２５ｍｍである。

次に、保護層５０について、以下に説明する。保護層５０は、図１に示すように、液晶モジュール１００においえて、液晶パネル１０の反対側の最外方に位置しており、内方に配置されている他の構成要素を保護する機能を有する。具体的には、保護層５０は、後述する接着層６０を介して上記透明タッチセンサ層２０の上に配置されている。

保護層５０は、透明で電気絶縁性を有する板状の材料により形成されている。保護層５０の形成材料としては、上記透明基板１１，１２と同様の材料を用いることができる。また、保護層５０の厚さは、光の透過性を確保すると共に十分な強度を有する範囲にあることが好ましい。

また、保護層５０の透明タッチセンサ層２０側の面には、透明な保護シールド電極５１が層状に形成されている。保護シールド電極５１は、透明タッチセンサ層２０の透明配線２３が、ユーザの指が触れたことによる静電容量を検知すること防止する。保護シールド電極５１は、透明配線５２により保護層５０の端部から配線が引き出されて外部でアースされている。

従って、保護シールド電極５１は、図２に示すように液晶モジュール１００を平面視した場合に、少なくとも透明配線２３と重なる部分に形成されていることが好ましい。本実施形態では、保護シールド電極５１は、図２に示すように、保護層５０において、センサ電極２２と重ならない部分全体に形成されて、全ての透明配線２３を覆っている。

保護シールド電極５１は、先に記述したシールド導電層３２と同じ材料、透明な導電体又は光透過型の導電性メッシュ等を用いて同様に形成することができる。また、本実施形態では、保護シールド電極５１の厚さは、０．１２５ｍｍとした。

保護層５０は、図１に示すように、上記透明タッチセンサ層２０と、透明で電気絶縁性を有する接着層６０を介して接着されている。この接着層６０の形成材料は、上記接着層６１と同様のものを用いることができる。

次に、フロントライト４０について以下に説明する。フロントライト４０は、液晶パネル１０に、透明基板１１側から光を照射して、液晶モジュール１００の外部の明かりが少ない場合にも、液晶パネル１０の表示を視認可能にする。

フロントライト４０は、図１に示すように、光源４２と、この光源で発生した光を導光板４１に導くライトガイド４３と、光源４２から入射した光を液晶パネル１０に照射する導光板４１とを備えている。

光源４２としては、公知の光源を用いることができ、例えば、ＬＥＤ、冷陰極線管またはＥＬライト等を用いることができる。この光源４２が発生した光は、光を伝送するライトガイド４３を介して、導光板４１に伝えられる。

導光板４１は、図１に示すように、シールド層３０と液晶パネル１０との間に、スペーサ７０を介して配置されている。導光板４１とシールド層３０との間には、空気層が配置されている。導光板４１は、光の透過率が高く、光源４２からの横方向に進む光を減衰せずに透過すると共に、導光板４１に垂直な方向の光も同様に減衰せずに透過する性質を有している。

導光板４１における透明タッチセンサ層２０側の面には、図１に示すように、複数のプリズム４１ａが形成されている。光源４２からライトガイド４３を介して導光板４１に入射した光は、プリズム４１ａと上記空気層との界面で反射して、液晶パネル１０に向って進むようになされている。

プリズム４１ａの寸法は、光源４２から離れるに従って小さく形成されており、液晶パネル１０の全面に均一に光が照射される。

導光板４１の形成材料としては、上記透明基板１１，１２と同様の材料を用いることができる。また、導光板４１の厚さは、採用した材料や液晶パネル１０と透明タッチセンサ層２０との間の距離から考慮し、本実施形態では、導光板４１の厚さは、０．１８ｍｍとした。

また、シールド層３０と導光板４１との間の距離は、上記空気層を確保した上で、出来るだけ近づけることが、液晶パネル１０の表示の視認性を高める上で好ましい。本実施形態では、シールド層３０と導光板４１との間を０．０３ｍｍとした。

同様に、導光板４１と液晶パネル１０との間も、空気層を確保した上で、出来るだけ近づけることが、液晶パネル１０の表示の視認性を高める上で好ましい。本実施形態では、シールド層３０と導光板４１との間を０．０３〜０．０８ｍｍの範囲とした。

上述した本実施形態の静電容量結合方式の透明タッチセンサ２０を有する液晶モジュール１００によれば、シールド層３０を備えているので、厚さが薄く、且つ、透明タッチセンサ２０が、液晶パネル１０の駆動信号の影響を受けない。また、静電容量結合方式の透明タッチセンサ２０を備えているため、耐久性及び光の透過率に優れており、且つ製造コストが低い。

次に、本発明の他の実施形態を、図５及び６を参照しながら以下に説明する。特に説明しない点については、上述の第１実施形態に関して詳述した説明が適宜適用される。また、図５及び６において、図１〜図４と同じ構成要素に同じ符号を付してある。

本発明の好ましい第２実施形態の液晶モジュール１００は、図５に示すように、シールド層３０が、導光板４１と液晶パネル１００との間に配置されており、このシールド層３０の位置が、上記第１実施形態とは異なっている。

本実施形態では、シールド層３０が、導光板４１の液晶パネル１０側の面に形成された透明な導電体の膜により形成されている。このシールド層３０は、上述した第１実施形態のシールド導電層と同様に形成することができる。

また、シールド層３０は、液晶パネル１０の偏光板１０ａの上に直接接合されている。シールド層３０と偏光板１０ａとの接合方法は、光の透過を妨げずに、密着して接合できる方法を用いることが好ましい。例えば、先に記述した接着層６１と同じ材料を用いることができる。

その他の構成は、上述した第１実施形態と同様である。

上述した本実施形態の液晶モジュール１００によれば、透明タッチセンサ層２０と液晶パネル１０との間をより近づけられるので、液晶パネル１０の表示の視認性が高められる。また、上記第１実施形態と同様の効果が奏される。

次に、本発明の好ましい第３実施形態の液晶モジュール１００について以下に説明する。

第３実施形態の液晶モジュール１００は、図６に示すように、シールド層３０が、一対の透明基板１１，１２の視認側の透明基板１１上に形成された、液晶層１８に電圧を印加するための透明電極パターン１３として形成されている。

本実施形態では、液晶パネル１０のコモン電極である透明電極パターン１３を、上記駆動制御部のグランド電極に接続しているので、上記各実施形態とは異なり、個別の構成要素としてシールド層を有していない。透明電極パターン１３は、透明基板１１上の略全面を覆うように形成することが、液晶パネル１０の駆動信号の影響を確実に遮蔽する上で好ましい。

その他の構成は、上述した第１実施形態と同様である。

上述した本実施形態の液晶モジュール１００によれば、透明タッチセンサ層２０と液晶パネル１０との間をより近づけられるので、液晶パネル１０の表示の視認性が高められる。また、シールド層３０を別部材として有していないので、製造コストが低減される。

本発明の液晶モジュールは、上述した実施形態に制限されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない限り適宜変更が可能である。

例えば、液晶パネルとしては、反射型の液晶パネルであれば、他の構成を有するものを用いても良い。

また、図２に示す透明タッチセンサ層２０における複数のセンサ電極２２の形状及び配置は一例であり、必要に応じてこれらは適宜設計することができる。

また、上述した各実施形態では、液晶パネル１０の透明基板１１，１２はプラスチックにより形成されていたが、透明基板が可撓性を持たなくてもよい場合には、透明基板１１，１２を可撓性を有さないガラス板等により形成しても良い。

また、上記第２実施形態のシールド層３０は、導光板４１の一方の面に透明導電膜が蒸着されて一体に形成されていたが、このシールド層３０を、第１実施形態のように別の部材として用意して、導光板４１と液晶パネル１０との間に配置しても良い。

上述した一の実施形態のみが有する部分は、他の実施形態とすべて適宜相互に利用できる。

図２に示す本発明の第１実施形態の液晶モジュールのＸ−Ｘ線断面図である。 図１の液晶モジュールの平面図である。 図１の液晶モジュールの透明タッチセンサ層の部分断面図である。 金属メッシュからなるシールド層の平面図である。 本発明の第２実施形態の液晶モジュールの図１に相当する断面図である。 本発明の第３実施形態の液晶モジュールの図１に相当する断面図である。

符号の説明

１００ 液晶モジュール
１０ 液晶パネル
１１、１２ 透明基板
１３、１４ 透明電極パターン
１５，１６ 配向膜
１７ シール部
１８ 液晶層
１９ａ、１９ｂ 偏光板
１９ｃ 反射板
２０ 透明タッチセンサ層
２１ センサ基板
２２ センサ電極
２３ 透明配線
３０ シールド層
３１ シールド基板
３２ シールド導電層
４０ フロントライト
４１ 導光板
４１ａ プリズム
４２ 光源
４３ ライトガイド
５０ 保護層
５１ 保護層シールド電極
５２ 透明配線
６０、６１ 接着層
７０ スペーサ

Claims (7)

1. 静電容量結合方式の透明タッチセンサ層と、一対の透明基板間に挟持された液晶層を有する液晶パネルと、を備えた液晶モジュールであって、
   前記透明タッチセンサ層は、前記液晶パネルの視認側に配置されており、
   前記透明タッチセンサ層と前記液晶層との間に、前記液晶パネルの表示を視認可能な導電性のシールド層が配置されていることを特徴とする液晶モジュール。
2. 外部光源からの光を前記液晶パネルに導く導光板が、前記透明タッチセンサ層と前記液晶パネルとの間に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の液晶モジュール。
3. 前記シールド層が、前記透明タッチセンサ層と前記導光板との間に配置されていることを特徴とする請求項２に記載の液晶モジュール。
4. 前記シールド層が、前記導光板と前記液晶パネルとの間に配置されていることを特徴とする請求項２に記載の液晶モジュール。
5. 前記シールド層が、前記一対の透明基板の視認側の透明基板上に形成された、前記液晶層に電圧を印加するための透明電極層として形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の液晶モジュール。
6. 前記シールド層が、透明な導電体により形成されていることを特徴とする請求項１から５の何れか一項に記載の液晶モジュール。
7. 前記シールド層が、導電性のメッシュによりされていることを特徴とする請求項１から５の何れか一項に記載の液晶モジュール。

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