JP2016126289A - 液晶セル、調光材及び合わせガラス - Google Patents

Abstract

【課題】電子ブラインド等に利用可能な調光材に関して、視野角特性の劣化を低減する。【解決手段】直線偏光板１６、１７により挟持されて調光材１０を構成する液晶セル１５であって、第１の液晶配向層用フィルム１２、液晶層１４Ａ、第２の液晶配向層用フィルム１３の積層構造により形成され、第１及び第２の液晶配向層用フィルム１２及び１３は、透明フィルム材２１Ａ、２１Ｂに、透明電極２２Ａ、２２Ｂ及び配向層２３Ａ、２３Ｂが設けられ、液晶層１４Ａは、配向層２３Ａ、２３Ｂのパターニングにより、第１及び第２の液晶配向用フィルム１２及び１３の透明電極２２Ａ、２２Ｂ間に電圧を印加していない状態で、液晶の配向方向の異なる領域Ａ、Ｂが形成される。【選択図】図２

Description

本発明は、例えば窓に貼り付けて外来光の透過を制御する電子ブラインド等に利用可能な調光材、この調光材に使用する液晶セル、この調光材を使用した合わせガラスに関する。

従来、例えば窓に貼り付けて外来光の透過を制御する電子ブラインド等に利用可能な調光材に関する工夫が種々に提案されている（特許文献１、２）。このような調光材の１つに、液晶を利用したものがある。この液晶を利用した調光材では、透明電極を作製した透明フィルム材により液晶材料を挟持して液晶セルが作製され、この液晶セルを直線偏光板により挟持して作成される。これによりこの調光材では、液晶に印加する電界の可変により液晶の配向を可変して外来光を遮光したり透過したりし、さらには透過光量を可変したりし、これらにより外来光の透過を制御する。

このような調光材は、液晶セルを構成する透明フィルム材にスペーサを設け、このスペーサにより液晶層を所望の厚みに保持することが考えられる。またスペーサを作製した後、ポリイミド等の薄膜を作製してラビング処理することにより配向層を作製し、この配向層により液晶材料の配向を規制することが考えられる。

ところでこの種の調光材は、光学異方性を備えた液晶を使用していることにより、視野角特性の劣化が予測される。より具体的には、見る方向による明るさの変化が予測される。

特開平０３−４７３９２号公報 特開平０８−１８４２７３号公報

本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであり、電子ブラインド等に利用可能な調光材に関して、視野角特性の劣化を低減することを目的とする。

本発明者は、上記課題を解決するために鋭意研究を重ね、配向層をパターンニングし、液晶材料の配向方向が異なる領域の繰り返しにより液晶層を作製する、との着想に至り、本発明を完成するに至った。

具体的には、本発明では、以下のようなものを提供する。

（１） 直線偏光板により挟持されて調光材を構成する液晶セルであって、
第１の液晶配向層用フィルム、液晶層、第２の液晶配向層用フィルムの積層構造により形成され、
前記第１及び第２の液晶配向層用フィルムは、
透明フィルム材に、透明電極及び配向層が設けられ、
前記液晶層は、
前記配向層のパターニングにより、前記第１及び第２の液晶配向用フィルムの透明電極間に電圧を印加していない状態で、液晶の配向方向の異なる領域が形成された液晶セル。

（１）によれば、液晶の配向方向の異なる領域により、液晶層における光学異方性を隣接する領域間で打消し合うように設定することができ、これにより見る方向による明るさの変化を低減して視野角特性の劣化を低減することができる。

（２） （１）において、
前記液晶層は、
前記第１及び第２の液晶配向用フィルムの透明電極間に電圧を印加していない状態で、前記液晶が水平配向している液晶セル。

（２）によれば、透明電極間の印加電圧の可変により水平配向と垂直配向とを切り替えることができる。またこの切り替えに供する印加電圧は、比較的高い電圧とすることができる。これにより例えばバッテリの電源を直接接続する等により、簡易に駆動することができる。

（３） （２）において、
前記液晶層は、
前記液晶が水平配向している状態で、透過光に１／２波長分の位相差を付与する厚みである液晶セル。

（３）によれば、直線偏光による入射光を円偏光により出射することができることにより、調光材において、入射光の利用効率を向上することができる。

（４） （１）、（２）、（３）の何れかに記載の液晶セルを直線偏光板により挟持した調光材。

（４）によれば、視野角特性の劣化を低減してなる調光材を提供することができる。

（５） （２）又は（３）に記載の液晶セルを直線偏光板により挟持した調光材であって、
前記直線偏光板は、
クロスニコル配置であり、
前記液晶層における前記液晶の水平配向に係る配向方向に対して、吸収軸方向が４０度以上５０度以下の角度を成すように配置された調光材。

（５）によれば、（２）又は（３）に記載の液晶セルを利用して、簡易に駆動することができる調光材を提供することができる。

（６） （４）又は（５）に記載の調光材を板ガラスにより挟持して一体化した合わせガラス。

（６）によれば、視野角特性の劣化を有効に回避してなる調光材により合わせガラスを作製することができる。

本発明によれば、視野角特性の劣化を低減することができる。

本発明の第１実施形態に係る合わせガラスを示す図である。 図１の合わせガラスに適用される調光材を示す図である。 図２の調光材に係る各部の説明に供する図である。 図２の調光材の動作の説明に供する図である。 図２の調光材の配向層のパターンニングの説明に供する図である。 図２の調光材に適用される液晶セルの製造工程を示すフローチャートである。 図２の調光材の実施例を示す図表である。

〔第１実施形態〕
〔合わせガラス〕
図１は、本発明の第１実施形態に係る合わせガラスを示す断面図である。この合わせガラス１は、例えば車両のウインドウに使用される合わせガラスであり、中間層４及び５をそれぞれ介して板ガラス２及び３により調光材１０を挟持して構成される。ここで板ガラス２、３は、この種の合わせガラスに適用可能な種々の材料を広く適用することができる。また中間層４、５は、調光材１０と板ガラス２、３との接着層として機能する構成であり、この種の合わせガラスに適用される種々の構成を広く適用することができ、例えば熱線遮蔽材としての機能を備えるようにしてもよい。

合わせガラス１は、板ガラス２、３にそれぞれ中間層４、５を設けて調光材１０と積層した後、加熱して加圧することにより、中間層４、５を介して板ガラス２、３、調光材１０を一体化されると共に、全体を所望の曲面形状に整形されて作製される。これにより合わせガラス１は、例えば車両のリアウインド等に適用可能に作製され、調光材１０により透過光を制御できるように構成される。なおこれにより合わせガラス１の製造工程は、それぞれ中間層４、５を設けた板ガラス２、３を調光材１０と積層する積層工程、積層工程による積層体を加熱、加圧する加熱加圧工程を備える。

〔調光材〕
図２は、調光材を示す断面図である。この調光材１０は、フィルム形状により形成され、合わせガラスに使用される場合の他、例えば調光を図る部位に貼り付けて使用される。なおこのような調光を図る部位に貼り付けて使用する場合は、例えば建築物の窓ガラス、ショーケース、屋内の透明パーテーション等に配置して透過、不透明を切り替える場合等である。

この調光材１０は、液晶を利用して透過光を制御する調光材であり、液晶配向層用フィルム１２、１３により液晶材料１４による液晶層１４Ａを挟持して液晶セル１５が作製され、この液晶セル１５を直線偏光板１６、１７により挟持して作成される。調光材１０には、液晶層１４Ａの厚みを一定に保持するためのスペーサ２４が液晶配向層用フィルム１２及び又は１３に設けられる。直線偏光板１６、１７には、それぞれ液晶セル１５側に光学補償に供する位相差フィルム１８、１９が設けられる。液晶配向層用フィルム１２、１３は、それぞれフィルム材２１Ａ、２１Ｂに透明電極２２Ａ、２２Ｂ、配向層２３Ａ、２３Ｂを順次作成して形成される。なお位相差フィルム１８、１９は、必要に応じて省略してもよい。

ここで図３により示すように、調光材１０において、直線偏光板１６、１７は、吸収軸方向Ｌ１６、Ｌ１７が直交するクロスニコル配置により液晶セル１５を挟持するように設けられる。また調光材１０は、この吸収軸方向Ｌ１６、Ｌ１７が、矩形形状による直線偏光板１６、１７の辺に沿った方向に設定され、これより直線偏光板１６、１７のシートカット時における無駄を低減するように構成される。

液晶セル１５は、配向層２３Ａ、２３Ｂによる配向能の発現方向Ｌ２３Ａ、Ｌ２３Ｂが平行であって、かつ直線偏光板１６の吸収軸方向Ｌ１６に対して、配向能の発現方向Ｌ２３Ａ、Ｌ２３Ｂ（液晶の配向方向）が所定の角度θだけ傾くように構成される。またこの傾きθが、ほぼ４５度である、４０度以上５０度以下の角度に設定される。

これにより図４（Ａ）に示すように、液晶セル１５は、透明電極２２Ａ、２２Ｂに電圧を印加しない状態で液晶材料１４が水平配向（ホモジニアス配向）とされ、液晶層１４Ａの面内方向に液晶層１４Ａが光学異方性を発現するように構成される。またこの光学異方性に係る遅相軸方向が、直線偏光板１６又は１７からの直線偏光による入射光の偏光面に対してほぼ斜め４５度の方向となるように設定される。

液晶セル１５は、このように光学異方性を発現するようにして、直線偏光板１６又は１７からの直線偏光による入射光にほぼ１／２波長の位相差を付与して、この直線偏光板１６又は１７からの直線偏光による入射光を円偏光により出射するように厚みｄが設定される。より具体的に、液晶層１４Ａにおける遅相軸方向及び進相軸方向の屈折率差をΔｎとして、Δｎ×ｄ＝５５０ｎｍ／２となるように厚みｄが設定される。なおここで５５０ｎｍは可視光域の中心波長である。

これにより図４（Ａ）に示すように、調光材１０は、外来光を直線偏光板１６又は１７により直線偏光に変換して液晶層１４Ａに入射し、この液晶層１４Ａにより円偏光に変換する。またこの円偏光による液晶層１４Ａの出射光を直線偏光板１７又は１６を介して直線偏光により出射し、ノーマリーホワイトにより外来光を透過するように構成される。

またこのように水平配向により液晶層１４Ａを構成することにより、調光材１０は、図４（Ｂ）に示すように、透明電極２２Ａ、２２Ｂ間の電圧の印加により液晶材料が垂直配向（ホメオトロピック配向）することになり、この場合、面内方向の光学異方性が消失することになる。従ってこの場合、直線偏光板１６又は１７からの直線偏光による入射光は、何ら位相差が付与されることなく、直線偏光のまま液晶層１４Ａを透過し、直線偏光板１７又は１６により遮光されることになる。

しかしてこのように水平配向と垂直配向との切り替えにより液晶層を駆動する場合には、ＴＮ（Twisted Nematic）方式、ＩＰＳ（In-Place-Switching）方式等により液晶層を駆動する場合に比して、透明電極２２Ａ、２２Ｂ間に大きな電圧の印加が必要となる。しかしながら調光材が適用される環境である車両にあっては、バッテリの電源電圧が１２Ｖであり、この実施形態のように水平配向と垂直配向との切り替えにより液晶層を駆動する場合には、実験した結果では６．５Ｖ以上の電圧の印加により充分に液晶層を駆動することができる。これによりこの実施形態では、車両バッテリの電源（１２Ｖ、又は２４Ｖである）を直接、透明電極２２Ａ、２２Ｂに印加して調光材１０を駆動することができ、その分、簡易に駆動することができる。なおこのような車両以外の、調光材を使用する環境にあっては、このような水平配向と垂直配向との切り替えに供する駆動電圧は、比較的、簡易な構成により得ることができ、これによっても簡易に駆動することができる。

またこのような垂直配向では、透明電極間の印加電圧が多少変化しても、充分に液晶の垂直配向を維持することがで、これによっても簡易に駆動することができる。なおこれによりこの実施形態において、調光材１０は、搭載される車両のバッテリによる電源電圧により駆動されることにより、１２又は２４Ｖの電圧の印加により垂直配向に切り替えられるものの、当然に、これら以外の電圧あって、６．５Ｖ以上の電圧により垂直配向に切り替えるようにしてもよい。

なお調光材１０は、例えば建築物の窓ガラス、ショーケース、屋内の透明パーテーション等に貼り付けて使用する場合等においては、直線偏光板１６及び又は１７の、液晶セル１５とは逆側の面に、ハードコート層等による保護層が設けられる。

ここでフィルム材２１Ａ、２１Ｂは、液晶セル１５に適用可能な可撓性を有する各種の透明フィルム材を適用することができ、この実施形態では、両面にハードコート層が作製されてなるポリカーボネートによるフィルム材が適用される。透明電極２２Ａ、２２Ｂは、液晶層１４Ａにほぼ均一な電界を印加可能であって、透明と知覚される種々の構成を適用することができるものの、この実施形態では、透明電極材であるＩＴＯによる透明導電膜をフィルム材２１Ａ、２１Ｂの全面に作製して形成される。

配向層２３Ａ、２３Ｂは、いわゆる光配向層により形成される。より具体的に、配向層２３Ａ、２３Ｂは、光配向材料により光配向材料膜が作成された後、この光配向材料膜に直線偏光による紫外線を照射して作製される。ここでこの光配向材料膜に照射する紫外線は、その偏光の方向が図３について上述した配向能の発現方向となるように設定され、これにより光配向の手法を適用して配向能を発現させる。

なお光配向材料は、光配向の手法を適用可能な各種の材料を適用することができるものの、この実施形態では、一旦配向した後には、紫外線の照射によって配向が変化しない、例えば光２量化型の材料を使用する。この光２量化型の材料については、「M.Schadt, K.Schmitt, V. Kozinkov and V. Chigrinov : Jpn. J. Appl.Phys., 31, 2155 (1992)」、「M. Schadt, H. Seiberle and A. Schuster : Nature, 381, 212(1996)」等に開示されている。なお光配向による配向層に代えて、ラビング処理による配向層を適用してもよく、ラビング処理により作製した微細なライン状凹凸形状を賦型処理により作製して配向層を作製してもよい。

液晶材料１４は、この種の液晶層に適用可能な正の誘電異方性を有する各種の液晶材料を広く適用することができる。

スペーサ２４は、各種の樹脂材料を広く適用することができるものの、この実施形態ではフォトレジストによる透明樹脂により作製される。なお液晶セル１５は、液晶層１４Ａを囲む枠形状によりシール剤２５が配置され、このシール剤２５により液晶材料１４の漏出が防止され、さらには液晶配向層用フィルム１２、１３が一体に保持される。ここでシール剤２５は、液晶材料の漏出を防止すると共に、液晶配向層用フィルム１２、１３を一体に保持可能な種々の材料を適用することができるものの、この実施形態では、例えばエポキシ樹脂剤による熱硬化型樹脂が適用される。

〔配向層のパターニング〕
ところでこのように無電界時、水平配向するように液晶１５セルを構成する場合、液晶層１４Ａの光学異方性により、方向によって明るさが変化する恐れがあり、これにより視野角特性が劣化する恐れがある。

そこでこの実施形態では、配向層２３Ａ、２３Ｂのパターンニングにより、水平配向において、液晶１４の配向方向が異なる領域が繰り返すように液晶層１４Ａを形成する。より具体的に、図５に示すように、配向層２３Ａ、２３Ｂは、直線偏光板１６の吸収軸方向Ｌ１６に対する、配向能を発現する方向に傾きθが、直線偏光板１６から見て反時計方向の領域Ａと、時計方向の領域Ｂとが順次交互に形成される。またこの領域Ａ及びＢが、対向層２３Ａ及び２３Ｂで重なり合うように、液晶配向層用フィルム１２、１３が位置決めして配置される。ここでこの領域Ａ及びＢは、液晶セル１５の短辺方向に延長する帯状領域により形成される。これによりこの実施形態において、液晶層１４Ａは、水平方向に係る液晶１４の配向方向が９０度異なる領域Ａ及びＢが、順次交互に繰り返されるように形成される。

このように液晶の配向方向が異なる領域Ａ及びＢを順次交互に繰り返す場合、１方の領域による光学異方性を隣接する領域の光学異方性による打ち消し合うようにすることができる。より具体的に、１方の領域で出射光量の大きな方向及び小さな方向が、隣接する領域では出射光量が小さな方向及び大きな方向となることにより、見る方向による明るさの変化を低減し、視野角特性の劣化を防止することができる。

ここで領域Ａ及びＢにあっては、一定の幅により作製してもよく、また幅を変化させて作製しても良いものの、領域Ａ及びＢの幅の平均値にあっては、等しい値に設定される。なおこの幅の平均値を意図的に異ならせるようにして、見る方向による明るさの変化を調整するようにしてもよい。またこの領域Ａ及びＢの幅は、余りに大きい場合には、領域Ａ及びＢによる縞模様が見て取られる恐れがある。しかしながら幅が余りに小さいと、相対的に、領域Ａ及びＢの境界に係る部位の面積が広くなり、その結果、透過光量が低下することになる。従って領域Ａ及びＢの幅は、０．０５ｍｍ以上５ｍｍ以下であることが望ましく、より好ましくは、０．１ｍｍ以上１ｍｍ以下であることが望ましい。

〔製造工程〕
図６は、液晶セル１５の製造工程を示すフローチャートである。液晶セル１５は、透明電極作製工程ＳＰ１において、フィルム材２１Ａ及び２１ＢにＩＴＯによる透明電極２２Ａ、２２Ｂが作製される。続くスペーサ作製工程ＳＰ３において、スペーサ２４に係る塗工液（フォトレジスト）を塗工した後、乾燥、露光して現像することにより、スペーサ２４が作製される。なお液晶配向層用フィルム１２、１３の一方のみにスペーサ２４を作製する場合、スペーサ２４を作製しない側のフィルム材については、スペーサ作製工程ＳＰ３が省略される。

続いて液晶セル１５は、配向層作製工程ＳＰ４において、光配向材料による塗工液を塗工して乾燥することにより光配向材料膜が作成された後、この光配向材料膜に直線偏光による紫外線を照射して配向層２３Ａ、２３Ｂが作製される。この実施形態では、領域Ａに対応する部位をマスクして直線偏光による紫外線を照射することにより、領域Ａに係る配向能を配向層２３Ａ及び２３Ｂに付与した後、領域Ｂに対応する部位をマスクして、偏光方向が９０度異なる直線偏光による紫外線を照射することにより、領域Ｂに係る配向能を配向層２３Ａ及び２３Ｂに付与し、これにより配向層２３Ａ、２３Ｂを作製する。

なおこの配向層２３Ａ及び２３Ｂに係る紫外線の照射は、配向層２３Ａ、２３Ｂに使用する材料により適宜変更することができ、例えば領域Ａに対応する部位をマスクして直線偏光による紫外線を照射した後、偏光方向が９０度異なる直線偏光による紫外線を全面に照射する場合、これとは逆に直線偏光による紫外線を全面に照射した後、領域Ａに対応する部位をマスクして９０度偏光方向の直線偏光による紫外線を照射する場合等、種々の手法を適用することができる。またラビング処理により配向層を作製する場合には、それぞれ領域Ａ及びＢに対応する領域をマスクしたマスクラビングにより作製することができる。また賦型処理により微細なライン状凹凸形状を作製して配向層を作製する場合には、この賦型処理に供する金型をマスクラビングして、又はマスクして研磨処理して作製することができる。

続いて液晶セル１５は、封止工程ＳＰ５において、液晶配向層用フィルム１２、１３の一方に、液晶層１４Ａを囲む枠形状によりシール剤２５が設けられると共に、このシール剤２５により囲まれた部位の中央部分に液晶材料１４が配置される。液晶セル１５は、この状態で液晶配向層用フィルム１２、１３の他方を持ち来たして液晶配向層用フィルム１２、１３により液晶材料を挟持するように積層し、この状態で加圧して加熱等によりシール剤を硬化させる。これにより液晶材料を封止して液晶セル１５が作製される。

なお液晶セル１５は、フィルム材２１Ａ、２１Ｂがロールに巻き取った長尺フィルム形態により提供され、これら工程ＳＰ２〜ＳＰ６の全て、又はこれら工程ＳＰ２〜ＳＰ６のうちの一部が、ロールからフィルム材２１Ａ、２１Ｂを引き出して搬送しながら順次実行される。なおこれにより液晶セル１５は、必要に応じて、途中の工程から枚葉の処理により各工程が実行される。

〔実験結果〕
図７は、実験結果を示す図表である。実施例１、２は、上述の実施形態に係る調光材の実施例である。実施例１は、領域Ａ及びＢの繰り返し方向を、ロールにより提供される基材の長手方向（搬送方向であり、いわゆるＭＤ方向である）に設定した。実施例２は、領域Ａ及びＢの繰り返し方向を、実施例１と直交する方向である基材の幅方向（ＴＤ方向である）とに設定して調光材を作製した。なお実施例１、実施例２は、水平配向時における液晶層１４Ａの遅軸方向及び進軸方向の屈折率差Δｎは、０．１であり、セルギャップは３μｍとし、これにより水平配向時における液晶層１４Ａのリタデーション値は、３００ｎｍであった。なお領域Ａ及びＢの幅は、３００μｍである。比較例は、配向層のパターンニングを省略した以外、実施例１、実施例２と同一に作製した。

一定の光量による計測基準光を入射した状態で、無電界時における調光材表面の輝度（白輝度である）と、電界を印加して垂直配向した状態での調光材表面の輝度（黒輝度である）との比によるコントラスト値を、極角６０度の条件で、方位角４５度と方位角１３５度とから計測し、これにより見る方向による明るさの変化を計測した。なおここで方位角４５度は、実施例１、２では、領域Ａの配向能の発現方向であり、１３５度はこれと直交する方向である。また比較例１では、方位角４５度は、配向層における配向能の発現方向である。

この図７の計測結果によれば、比較例では方位角の９０度の変化により、コントラスト比が約２倍に変化するものの、実施例１、２では、方位角によるコントラスト比をほぼ等しく設定することができ、これにより見る方向による明るさの変化を防止するできることが判る。

〔他の実施形態〕
以上、本発明の実施に好適な具体的な構成を詳述したが、本発明は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、上述の実施形態を種々に変更することができる。

すなわち上述の実施形態では、水平配向と垂直配向とで液晶の配向を切り替える場合について述べたが、本発明はこれに限らず、ＴＮ方式、ＩＰＳ方式等により液晶の配向を切り替えるようにしてもよい。なおこれらの方式による場合には、領域Ａ及びＢにおける配向能の発現方向を駆動方式に対応するように異ならせることが必要となる。

また上述の実施形態では、帯状の領域により配向層をパターンニングする場合について述べたが、本発明はこれに限らず、矩形の領域により配向層をパターンニングしても良い。

また上述の実施形態では、フォトレジストによりスペーサを作製する場合について述べたが、本発明はこれに限らず、例えばビーズの配置によりスペーサを配置する場合等にも広く適用することができる。

１ 合わせガラス
２、３ 板ガラス
４、５ 中間層
１０ 調光材
１２、１３ 液晶配向層用フィルム
１４ 液晶材料
１４Ａ 液晶層
１５ 液晶セル
１６、１７ 直線偏光板
１８、１９ 位相差フィルム
２１Ａ、２１Ｂ フィルム材
２２Ａ、２２Ｂ 透明電極
２３Ａ、２３Ｂ 配向層
２４ スペーサ
２５ シール剤

Claims (6)

1. 直線偏光板により挟持されて調光材を構成する液晶セルであって、
   第１の液晶配向層用フィルム、液晶層、第２の液晶配向層用フィルムの積層構造により形成され、
   前記第１及び第２の液晶配向層用フィルムは、
   透明フィルム材に、透明電極及び配向層が設けられ、
   前記液晶層は、
   前記配向層のパターニングにより、前記第１及び第２の液晶配向用フィルムの透明電極間に電圧を印加していない状態で、液晶の配向方向の異なる領域が形成された
   液晶セル。
2. 前記液晶層は、
   前記第１及び第２の液晶配向用フィルムの透明電極間に電圧を印加していない状態で、前記液晶が水平配向している
   請求項１に記載の液晶セル。
3. 前記液晶層は、
   前記液晶が水平配向している状態で、透過光に１／２波長分の位相差を付与する厚みである
   請求項２に記載の液晶セル。
4. 請求項１、請求項２、請求項３の何れかに記載の液晶セルを直線偏光板により挟持した
   調光材。
5. 請求項２又は請求項３に記載の液晶セルを直線偏光板により挟持した調光材であって、
   前記直線偏光板は、
   クロスニコル配置であり、
   前記液晶層における前記液晶の水平配向に係る配向方向に対して、吸収軸方向が４０度以上５０度以下の角度を成すように配置された
   調光材。
6. 請求項４又は請求項５に記載の調光材を板ガラスにより挟持して一体化した
   合わせガラス。

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