JP2011150175A - 光制御板、面光源装置及び透過型画像表示装置 - Google Patents
光制御板、面光源装置及び透過型画像表示装置 Download PDFInfo
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Abstract
【課題】より安定して輝度ムラを抑制可能な光制御板、面光源装置及び透過型画像表示装置を提供する。
【解決手段】光制御板40は、第1の面40aからの入射光が第2の面40bから出射可能である。第2の面には、第1の方向に延在すると共に、第1の方向に直交する第2の方向に並列配置された複数の凸状部41が形成される。凸状部の第1の方向に直交する断面において、凸状部の第2の方向に対する両端をとおる軸をx軸とし、x軸上において両端の中心をとおりx軸に直交する軸をz軸としたとき、上記断面における凸状部の輪郭形状z(x)は、0.95×z0(x)≦z(x)≦1.05×z0(x)を満たす。ただし、
(waは凸状部のx軸方向の長さ、0.53wa≦ha<0.56wa、−0.027≦ka<−0.013)
【選択図】図2
【解決手段】光制御板40は、第1の面40aからの入射光が第2の面40bから出射可能である。第2の面には、第1の方向に延在すると共に、第1の方向に直交する第2の方向に並列配置された複数の凸状部41が形成される。凸状部の第1の方向に直交する断面において、凸状部の第2の方向に対する両端をとおる軸をx軸とし、x軸上において両端の中心をとおりx軸に直交する軸をz軸としたとき、上記断面における凸状部の輪郭形状z(x)は、0.95×z0(x)≦z(x)≦1.05×z0(x)を満たす。ただし、
(waは凸状部のx軸方向の長さ、0.53wa≦ha<0.56wa、−0.027≦ka<−0.013)
【選択図】図2
Description
本発明は、光制御板、面光源装置及び透過型画像表示装置に関するものである。
液晶表示装置などの透過型画像表示装置では、液晶表示部のバックライトを出力する光源の一例として直下型面光源装置が使用されている。典型的な面光源装置として、光拡散板といった光制御板の背面側に複数の光源を並べたものが利用されている。このような面光源装置では、配置する光源数を増やすことにより発光面を容易に高輝度化できる反面、輝度均斉度が低いという問題点がある。特に、光源の真上付近での輝度が高くなるために発生する周期的輝度ムラが問題であるが、面光源装置の薄型化、或いは低消費電力化のための光源数削減化によって上記周期的輝度ムラがより大きな問題となってきている。
そこで、輝度均斉度確保のために、例えば、特許文献1では、光制御板の一例としての光拡散板に光源との距離に対応して光量補正パターンを形成している。同様に、特許文献2では、光拡散板の光源側面の光源真上付近の一部に断面鋸歯状のプリズムを設けることで、光量の多い光源真上付近の光を散らしている。
しかし、特許文献1の光量補正パターン及び特許文献2の断面鋸歯状プリズムのように、光源位置との距離に依存関係を持たせたバックライト構成では、光拡散板といった光制御板の位置ずれや、熱による変形などによって、輝度ムラが生じ、結果として、輝度均斉度が悪化してしまう。
そこで、本発明は、より安定して輝度ムラを抑制可能な光制御板、面光源装置及び透過型画像表示装置を提供することを目的とする。
本発明に係る光制御板は、第1の面から入射した光が第1の面と反対側に位置する第2の面から出射可能な光制御板であって、第1の方向に延在すると共に、第1の方向に直交する第2の方向に並列配置された複数の凸状部が第2の面に形成されており、凸状部の第1の方向に直交する断面において、その凸状部の第2の方向に対する両端をとおる軸をx軸とし、x軸上において上記両端の中心をとおりx軸に直交する軸をz軸とし、凸状部のx軸方向の長さをwaとしたとき、上記断面における凸状部の輪郭形状が、−0.475wa≦x≦0.475waにおいて、下記式(1)を満たすz(x)で表されることを特徴とする。
ただし、上記式(1)において、
式(2)中、haは0.53wa以上0.56wa未満の範囲から選択される数であり、kaは−0.027以上且つ−0.013未満の範囲から選択される数である。
ただし、上記式(1)において、
式(2)中、haは0.53wa以上0.56wa未満の範囲から選択される数であり、kaは−0.027以上且つ−0.013未満の範囲から選択される数である。
この構成では、凸状部が上記z(x)で表される断面形状を有することから、光制御板から出射される光の輝度ムラをより安定して低減できる。
本発明に係る光制御板は、透明材料からなり、凸状部の屈折率は1.52以上1.54未満であるものとすることができる。
本発明に係る面光源装置は、本発明に係る光制御板と、互いに離間して配置されており、光制御板の第1の面に光を供給する複数の光源と、を備えることを特徴とする。
この面光源装置は、本発明に係る光制御板を備えているので、出射される光の輝度ムラをより安定して低減できる。
本発明に係る透過型画像表示装置は、本発明に係る光制御板と、互いに離間して配置されており、光制御板の第1の面に光を供給する複数の光源と、複数の光源から出力され光制御板を通過した光によって照明され画像を表示する透過型画像表示部と、を備えることを特徴とする。
この透過型画像表示装置では、本発明に係る光制御板を備えているので、安定して輝度ムラの抑制された光で透過型画像表示部を照明することができる。よって、輝度ムラのない画像を安定して表示可能である。
本発明によれば、より安定して輝度ムラを抑制可能な光制御板並びにその光制御板を含む面光源装置及び透過型画像表示装置を提供することができる。
以下、図面を参照して本発明の光制御板、面光源装置及び透過型画像表示装置の実施形態について説明する。なお、図面の説明においては同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。また、図面の寸法比率は、説明のものと必ずしも一致していない。
図1は、本発明に係る透過型画像表示装置の一実施形態の構成を模式的に示す断面図である。図1は、透過型画像表示装置を分解して示している。図2は、図1に示した透過型画像表示装置に含まれる面光源装置が有する光拡散板の断面図である。図2では、説明の便宜のため、隣接する2つの光源も模式的に示している。
透過型画像表示部10としては、例えば液晶セル11の両面に直線偏光板12,13が配置された液晶表示パネルが挙げられる。この場合、透過型画像表示装置1は液晶表示装置(又は液晶テレビ)である。液晶セル11,偏光板12,13は、従来の液晶表示装置等の透過型画像表示装置で用いられているものを用いることができる。液晶セル11としてはTFT型、STN型等の公知の液晶セルが例示される。
面光源装置20は、いわゆる直下型の面光源装置であり、並列配置された複数の光源31を含む光源部30を有する。各光源31は、複数の光源31の配列方向に直交する方向に延在している線状光源であり、蛍光ランプ(冷陰極線ランプ)のような直管状のものが例示される。複数の光源31は各光源31の中心軸線が同一の平面P内に位置するように間隔をあけて配置されており、隣接する2光源31,31の中心軸線間の距離をLとした場合、距離Lは、例えば10mm〜150mmである。ここでは、光源31は線状としたが、LEDのような点状光源などを用いることも可能である。なお、図1中に示した平面Pは説明の便宜のためであり、仮想的な平面である。
複数の光源31は、図1に示すように、ランプボックス32内に配置されていることが好ましく、ランプボックス32の内面32aは、光反射面として形成されていることが好ましい。これにより、各光源31から出力された光が透過型画像表示部10側に確実に出力されるため、各光源31からの光を効率的に利用することが可能となるからである。本実施形態では、光源部30は、上記好ましい構成のランプボックス32を有するものとして説明する。
面光源装置20は、光源部30の前面側(図1中、上側)、すなわち、透過型画像表示部10側に、光源31に対して離間して配置された光制御板としての光拡散板40を有している。後述するように、上記光拡散板40と複数の光源31との間の離間距離をDとした場合、離間距離Dは、例えば3mm〜50mmである。面光源装置20では、薄型化を図るため、L/Dが2以上であり、好ましくは、L/Dは2.5以上となるように、隣接する2光源31,31間の距離L及び離間距離Dが選択されている。
光拡散板40は、各光源31の像を透過型画像表示部10に投影しないために、光源部30からの光、すなわち、各光源31からの直接光及びランプボックス32の内面32aで反射した反射光を透過型画像表示部10に向けて拡散照射するためのものである。光拡散板40の厚さdは、通常は0.1mm〜5mmであり、フィルム状であってもよいし、シート状であってもよい。
光拡散板40は透明材料からなる。透明材料としては、透明樹脂、透明ガラスが例示でき、この透明材料の屈折率は、例えば1.52以上1.54未満とすることができる。また、透明樹脂としては、環状オレフィン共重合体、ノルボルネン系樹脂、脂環式ポリオレフィン、環状ポリオレフィン、MS樹脂(メタクリル酸メチル−スチレン共重合体樹脂、スチレンの割合:30%〜50%)などが例示される。
透明材料として透明樹脂材料を用いる場合、この透明樹脂材料に紫外線吸収剤、帯電防止剤、酸化防止剤、加工安定剤、難燃剤、滑剤などの添加剤を添加することもできる。これらの添加剤はそれぞれ単独で、または2種以上を組み合わせて用いることができる。
紫外線吸収剤としては、例えばベンゾトリアゾール系紫外線吸収剤、ベンゾフェノン系紫外線吸収剤、シアノアクリレート系紫外線吸収剤、マロン酸エステル系紫外線吸収剤、シュウ酸アニリド系紫外線吸収剤、トリアジン系紫外線吸収剤などが挙げられ、好ましくはベンゾトリアゾール系紫外線吸収剤、トリアジン系紫外線吸収剤である。
透明樹脂材料は通常、添加剤として光拡散剤を添加することなく用いられるが、本発明の目的を損なわない僅かな量であれば、光拡散剤を添加して用いてもよい。
光拡散板40は、片面または両面に帯電防止剤が塗布されていてもよい。帯電防止剤を塗布することにより、静電気によるホコリの付着などを防止して、ホコリの付着による光線透過率の低下を防止することができる。
図1及び図2に示すように、光拡散板40は、光源部30側にほぼ平坦な第1の面40aを有すると共に、透過型画像表示部10側に第2の面40bを有する。第2の面40bには、複数の凸状部41が形成されている。このような凸状部41が形成されている光拡散板40では、厚さdは、凸状部41の頂部と第1の面40aとの間の距離とすることができる。
図2に示すように、各凸状部41は、一方向(第1の方向)に延在している線状の光学要素である。光学要素としては、レンズやプリズムが例示される。複数の凸状部41は、その延在方向に略直交する方向(第2の方向)に並列配置されている。複数の凸状部41は、光拡散板40の両側面40c,40d(図1参照)に渡って密に形成されており、隣接する凸状部41の断面形状における端41aは凸状部41の配列方向において重なっている。
各凸状部41の延在方向に直交する断面形状は複数の凸状部41間で略同一である。なお、離間距離D及び隣接2光源31,31間の距離Lの比であるL/Dが2以上、好ましくは、2.5以上という条件を満たすように、離間距離D及距離Lが選択されることは、上述したとおりである。
図3は凸状部の延在方向に直交する断面形状の一例を示す図面であり、一つの凸状部を拡大して示している。凸状部41の断面形状を、図3に示すように設定した局所的なxz座標系を用いて説明する。xz座標系を構成するx軸は複数の凸状部41の配列方向(第2の方向)に平行であり、z軸は板厚方向(第1及び第2の方向に直交する方向)に平行である。
このxz座標系のxz面において、凸状部41の断面形状は、下記式(3)を満たすz(x)で表される。
ただし、上記式(3)において、
式(4)中、waは凸状部41のx軸方向の長さである。また、haは0.53wa≦ha<0.56waの範囲から選択される定数であり、kaは−0.027≦ka<−0.013の範囲から選択される定数である。haは、凸状部41をz0(x)で表される形状とした場合における凸状部41の両端41a,41a間のz軸方向の最大高さに対応する。また、kaは、凸状部41のとがり方を示すパラメータである。ha,kaとしては、ha=0.53wa、ka=−0.027が例示できる。図3では、式(3)を満たす範囲内でz0(x)をz方向に所定倍(例えば1倍)だけ伸縮した形状を例示している。この場合、両端41a,41aがx軸上に位置するとともに、頂部41bがz軸上に位置する。また、凸状部41はz軸に対して対称な輪郭線を有する。
ただし、上記式(3)において、
式(4)中、waは凸状部41のx軸方向の長さである。また、haは0.53wa≦ha<0.56waの範囲から選択される定数であり、kaは−0.027≦ka<−0.013の範囲から選択される定数である。haは、凸状部41をz0(x)で表される形状とした場合における凸状部41の両端41a,41a間のz軸方向の最大高さに対応する。また、kaは、凸状部41のとがり方を示すパラメータである。ha,kaとしては、ha=0.53wa、ka=−0.027が例示できる。図3では、式(3)を満たす範囲内でz0(x)をz方向に所定倍(例えば1倍)だけ伸縮した形状を例示している。この場合、両端41a,41aがx軸上に位置するとともに、頂部41bがz軸上に位置する。また、凸状部41はz軸に対して対称な輪郭線を有する。
なお、凸状部41の輪郭線は、z0(x)をz方向に所定倍(例えば1倍)だけ伸縮した形状に限定されず、式(3)を満たしていればよい。式(3)においてz(x)は、図4に示すように、ある幅waに対してz0(x)を決定した際に、0.95z0(x)で表される輪郭線と、1.05z0(x)で表される輪郭線の間の領域をとおる輪郭線であればよい。
凸状部41の幅waとしては、凸状部41の形成が容易であることから、通常40μm以上、好ましくは80μm以上であり、凸状部41に起因する模様が肉眼で視認されにくいことから、通常800μm以下、好ましくは450μm以下である。幅waとして具体的には、410μm、400μm、325μm、280μm及び100μmが例示できる。ただし、waの値はこれに限定されない。
図5を利用して凸状部41の輪郭線の一例及びその輪郭線が満たすべき条件を具体的に示す。図5は輪郭線の一例及びその輪郭線が満たすべき条件を示す図面である。図5の横軸は位置(μm)を示し、縦軸は高さ(μm)を示している。この例では、wa=100μm、ha=0.55wa、ka=−0.021とする。これらの数値で決まるz0(x)を、便宜的にz10(x)と称す。図5ではz(x)=z10(x)の場合の輪郭線形状を示していることになる。
図5では、上記z10(x)に基づいた輪郭線が満たす条件を説明するために、z10(x)で表される輪郭線とともに、0.95z10(x)で示される輪郭線(図中の破線)及び1.05z10(x)で示される輪郭線(図中の一点鎖線)を示している。凸状部41の輪郭線は、式(3)を満たせばよいので、0.95z10(x)で表される輪郭線と、1.05z10(x)で表される輪郭線との間の領域を通るものであればよい。
なお、上記形状例1では、wa=100μmとしたがこれに限定されないことは前述したとおりである。
また、上記説明では、凸状部41の断面形状が式(3)を満たすz(x)で表されるとした。ただし、凸状部41の断面形状は、−0.475wa≦x≦0.475waにおいて式(3)を満たすz(x)で表されていればよい。凸状部41の裾付近(端部近傍)では成形誤差が比較的大きくなる傾向にある一方、裾付近の形状が光の拡散性に与える影響は小さいからである。
図2に示した光拡散板40を透過型画像表示装置1に適用する場合、光拡散板40を、凸状部41の延在方向(第1の方向)が画面の横方向になるように配置してもよいし、縦方向になるように配置してもよい。
光拡散板40は、式(3)を満たすように凸状部41の断面形状を設計し、例えば透明材料から削り出す方法により製造することができる。また、透明材料として透明樹脂材料を用いる場合は、例えば射出成形法、押出成型法、プレス成形法、フォトポリマー法などの方法により製造することができる。
光拡散板40を含む面光源装置20及び透過型画像表示装置1では、光源部30の各光源31から出力された光は、直接又はランプボックス32の内面32aで反射して光拡散板40に入射される。光拡散板40に入射した光は、第2の面40bから透過型画像表示部10に向けて照射される。第2の面40bには、凸状部41が複数形成されているため、凸状部41を介して光が出射され、面状の光が生成される。この際、凸状部41が上記z(x)で表される断面形状を有することで、輝度ムラを抑制可能である。
また、凸状部41の断面形状が式(3)を満たすz(x)で表されることから、例えば光拡散板40の光源31に対する位置ずれや熱などによる変形でL/Dが所定の値(例えば設計値)から変動しても、輝度ムラが生じにくく、より安定して輝度ムラを抑制できる。
光拡散板40が輝度ムラを抑制可能であり、更に、安定して輝度ムラを抑制できる点について、シミュレーション結果を参照して具体的に説明する。
シミュレーションは、図2に示したように、複数の光源31上に光拡散板40を配置した構成において実施した。また、光拡散板40の屈折率は、凸状部41を含めて1.53とした。シミュレーションでは、光拡散板40からの出射光を光線追跡法により求め、z方向に直交する面における輝度均斉度(%)を算出した。輝度均斉度(%)は、「(最低輝度/最高輝度)×100」として算出した。
ミュレーションでの凸状部41の断面形状の輪郭線はz(x)=z0(x)である。z0(x)に含まれるha及びkaが、上述した範囲(すなわち、0.53wa≦ha<0.56wa及び−0.027≦ka<−0.013)の場合を実施例とし、上記範囲以外の場合を比較例として説明する。
実施例1、比較例1及び比較例2では、隣接する光源31の間隔Lを30mmとし、光源31と光拡散板40との距離Dを15mmとした。この場合、L/D=2.00である。表1に実施例1、比較例1及び比較例2で設定したha、kaの値と共に、シミュレーションより得られた輝度均斉度の結果を示す。表1において、wa=100μmである。
表1に示すように、実施例1では88.3%の輝度均斉度を実現できる。実施例1、比較例1及び比較例2では、凸状部41の断面形状以外の条件は同じである。従って、凸状部41の断面形状を実施例1の形状とすることで、比較例1及び比較例2より高い輝度均斉度を得ることが可能となっている。
また、実施例2として、実施例1に対してL/Dを変更した条件でシミュレーションを実施した。実施例2において、光源31と光拡散板40との距離Dを14mmとした点以外は、実施例1の場合と同様の条件でシミュレーションを行った。実施例2では、L/D=2.14である。表2に実施例2のシミュレーション結果を示す。表2においても、wa=100μmである。
実施例2のシミュレーション条件では、L/Dは2.14であり、実施例1の場合のL/Dに対して変動しているが、実施例2においても、85.7%という輝度均斉度を実現できる。すなわち、断面形状が式(3)を満たすz(x)で表される凸状部41を有することにより、光拡散板40は、L/Dが所定の値(例えば設計値)から変動しても、輝度ムラが生じにくく、より安定して輝度ムラを抑制できる。
上述した作用効果を光拡散板40が有するので、光拡散板40を備える面光源装置20では、輝度ムラが抑制された光を出力することができる。そして、光拡散板40を含む透過型画像表示装置1では、輝度ムラが抑制された光によって透過型画像表示部10を照明できるので、表示品質の向上を図ることができる。また、光拡散板40を備える面光源装置20でも、輝度ムラが抑制された光をより安定して出力可能である。また、光拡散板40を備える透過型画像表示装置1では、表示品質の向上を図りながら、光拡散板40の光源31に対する位置ずれや熱などによる変形による表示品質の変動を抑制可能である。
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されない。例えば光制御板を光拡散板40として説明したが、本発明はこれに限定されず、複数の光源から出力された光の、複数の光源が配置される平面に平行な平面内での輝度の均一性を調整する光部品であればよい。例えば、光制御板は、透明材料からなる板の光の出射側に、上述した凸状部を複数有する、プリズムシートやレンズシートなどの光学シート又は光学フィルムといった輝度調整板とすることもできる。更に、隣接する凸状部41の断面形状における端41aは凸状部41の配列方向において重なっているとして説明したが、光拡散板40の断面形状において、平坦部(例えば製造誤差により生じる程度のもの)などが生じているものとすることができる。
光拡散板40は、単独の透明材料で構成された単層板であってもよいし、互いに異なる透明材料で構成された層が積層された構造の多層板であってもよい。
図6は、多層板とした場合の光拡散板の一例の断面図である。図6に示すように、多層板としての光拡散板50は、スキン層51と、スキン層51上に設けられた基体部52と、基体部52上に設けられた凸状部形成層53とを有する。スキン層51と基体部52との間の界面及び基体部52と凸状部形成層53との界面は、図6に示すように平坦である。
凸状部形成層53は、複数の凸状部41が凸状部41の延在方向に直交する方向に配列されて構成された形状付与層である。凸状部41の形状は、図2に示したものと同じである。凸状部形成層53が有する各凸状部41は透明材料からなる。各凸状部41の屈折率は1.52以上1.54未満とすることができる。
基体部52は、透明材料からなる板状体である。基体部52の屈折率は1.52以上1.54未満とすることができる。基体部52の屈折率は、凸状部41の屈折率と異なっていてもよいが、凸状部41の屈折率と同じであることが好ましい。
スキン層51も透明材料からなる板状体であり、スキン層51において基体部52と反対側の面は平坦である。スキン層51の厚さは基体部52より薄く、例えば10μm以上100μm未満とすることができる。スキン層51の屈折率は基体部52との屈折率差が0.1以下のものとすることができ、基体部52と同じ屈折率であることが好ましい。
スキン層51は、基体部52が樹脂からなる場合、紫外線吸収剤を含んだものとすることができる。例えば、蛍光管のように出力光に紫外線を含む光源31を用いた場合、光源31からの紫外線による光拡散板の劣化を防止できるからである。また、基体部52が吸湿性を有する場合には、スキン層51を構成する材料は、吸湿を抑制する材料とすることができる。凸状部53が吸湿性を有する場合には、スキン層51を構成する材料は、凸状部53より吸湿し易い材料とすることができる。
これまでの説明では、光源部30が有する複数の光源31は、間隔Lでほぼ等間隔に配置されているとしたが、隣接する2光源31,31間の距離は異なっていても良い。この場合は、隣接する2光源31,31間の間隔の平均距離Lmを使用して、光源31間の距離と、光源31と光制御板との間の距離の比を定義することができる。
1…透過型画像表示装置、10…透過型画像表示部、20…面光源装置、30…光源部、31…光源、40…光拡散板(光制御板)、40a…第1の面、40b…第2の面、40c,40d…一対の側面、41…凸状部、41a…凸状部の端、41b…凸状部の頂部。
Claims (4)
- 第1の面から入射した光が前記第1の面と反対側に位置する第2の面から出射可能な光制御板であって、
第1の方向に延在すると共に、前記第1の方向に直交する第2の方向に並列配置された複数の凸状部が前記第2の面に形成されており、
前記凸状部の前記第1の方向に直交する断面において、当該凸状部の前記第2の方向に対する両端をとおる軸線をx軸とし、前記x軸上において前記両端の中心をとおり前記x軸に直交する軸線をz軸とし、凸状部のx軸方向の長さをwaとしたとき、上記断面における凸状部の輪郭形状が、−0.475wa≦x≦0.475waにおいて、下記式(1)を満たすz(x)で表されることを特徴とする光制御板。
ただし、上記式(1)において、
(式(2)中、haは0.53wa以上0.56wa未満の範囲から選択される数、kaは−0.027以上且つ−0.013未満の範囲から選択される数) - 前記光制御板は透明材料からなり、
前記凸状部の屈折率は1.52以上1.54未満である、
ことを特徴とする請求項1記載の光制御板。 - 請求項1又は請求項2に記載の光制御板と、
互いに離間して配置されており、前記光制御板の前記第1の面に光を供給する複数の光源と、
を備えることを特徴とする面光源装置。 - 請求項1又は請求項2に記載の光制御板と、
互いに離間して配置されており、前記光制御板の前記第1の面に光を供給する複数の光源と、
複数の前記光源から出力され前記光制御板を通過した光によって照明されて画像を表示する透過型画像表示部と、
を備えることを特徴とする透過型画像表示装置。
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JP2011150175A true JP2011150175A (ja) | 2011-08-04 |
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Family Applications (1)
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JP2010012003A Pending JP2011150175A (ja) | 2010-01-22 | 2010-01-22 | 光制御板、面光源装置及び透過型画像表示装置 |
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JP (1) | JP2011150175A (ja) |
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2010
- 2010-01-22 JP JP2010012003A patent/JP2011150175A/ja active Pending
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