JP3579944B2 - 表示装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、例えば発光ダイオード素子などの発光素子を用いた表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば大型画面による表示装置として、発光ダイオード素子（以下ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）という）を発光素子として用いて画像を表示する表示装置が開発されている。
図９は、このような表示装置の表示パネル部分の一例を示す図であり、この図に示す表示装置１は、例えば図の○印に示す装着位置に発光素子であるＬＥＤ２が、ＬＥＤ配列基板３に対してマトリクス状に取り付けられて画像表示を行うようにされている。
【０００３】
なお、この図の表示装置１では、１６（縦）×１６（横）＝２５６個のＬＥＤ２が設けられているが、例えば実際には、この図に示すような表示パネルを多数組み合わせて大型画面による表示がなされる。また、実際にフルカラー画像表示に対応する場合には、例えば青色、赤色、緑色ＬＥＤの組み合わせにより１画素を形成し、これらの各画素単位がＸ−Ｙ軸上にマトリクス的に配置されることになる。
【０００４】
そして、表示装置１に用いるＬＥＤ２としては、例えば図１０に示すように、光軸対称レンズ形状の樹脂カバー２ａにより内部のペレット２ｂをモールドしたものが知られている。樹脂カバー２ａの材質としては、例えばエポキシ樹脂などが用いられる。
また、発光体であるペレット２ｂは、よく知られているように、半導体のＰＮ接合により形成されるものであり、その発光色はＰＮ接合を形成している上記半導体の材質及び形状等により設定される。そしてペレット２ｂは、一方の電極リード２ｄに形成されたリフレクタＲ内に設けられて、他方の電極リード２ｄとボンディングワイヤ２ｃにより接続される。
【０００５】
このようなＬＥＤ２では、ペレット２ｂから出射される光のうち、ほぼ水平方向に出射したものは、ペレット２ｂの周辺に設けられたリフレクタＲにより前方に反射されると共に、樹脂カバー２ａの光軸対称レンズ形状の作用によって、比較的狭い指向性により光が出射される。
つまり、各ＬＥＤの外部の出射光は光軸にほぼ沿って集光するように屈折されることから、例えば正面方向から見た場合には高輝度な表示装置を容易に得ることができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、大画面による表示装置としての使用条件を考慮すると、上下（垂直）方向の視野角はそれほど要求されないが、少なくとも左右方向の視野角はできるだけ広く取れるようにすることが好ましい。
ところが、図１０に示したタイプのＬＥＤ２で構成される表示装置の場合には、上述のようにＬＥＤ２の指向性が狭いために高輝度は得られるものの、一方では正面以外の方向から見る場合に輝度が低下する、つまり視野角が狭くなってしまうという問題がある。
また、ＬＥＤ２をＬＥＤ配列基板３（図９参照）に取り付けるにあたっても、ＬＥＤ配列基板３に形成したリード用の穴に、多数のＬＥＤ２の電極リード２ｄ，２ｄを差し込んで半田付けをして固定する必要があるので、製造工程も面倒なものとなる。
【０００７】
そこで、図１０に示したタイプのＬＥＤのほかに、図１１の斜視図に示すような表面実装型のＬＥＤを用いることも考えられている。なお、図１０と同様の構成部分は同一符号を付している。
この図に示す表面実装型のＬＥＤ２は、基台２ｅ上に形成した電極２ｄ，２ｄの一方にペレット２ｂを設けて、このペレット２ｂをモールドするようにブロック形状の樹脂カバー２ａが設けられて構成されている。この構成の場合、ペレットの光を前方に反射するリフレクタＲは設けられておらず、また、樹脂カバー２ａは特に集光作用を有するレンズ形状とされていないことから、光が拡散するように出射される。つまり広い指向性を有することになる。なお、ＫＭはカソードマークであり、このマークの示された側の電極がカソード電極であることを示す。
【０００８】
このような表面実装型のＬＥＤ２であれば、ＬＥＤ配列基板の所定位置にＬＥＤ２を配置して、例えばリフロー法などによって半田付けを行うことができるので、図１０のタイプのＬＥＤ２を用いる場合よりも製造工程が簡略になる。また、ＬＥＤ２の指向性が広いことから、表示装置の視野角も上下／左右方向において広く取ることができる。
ところがこの場合には、ＬＥＤ２の指向性が広いために出射光が拡散して、高輝度が得られないことになる。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
そこで本発明は、ＬＥＤなどの発光素子を用いた表示装置において、少なくとも水平方向の視野角を広く取ると共に、高輝度が得られるようにすることを目的とする。
【００１０】
そして、上記目的を実現するために本発明は、複数の発光素子がドットマトリックス状に配列されて配列基板に装着され、画像表示を行なうようになされている表示装置において、前記各発光素子の上下方向に設けるとともに、それぞれ水平方向に沿って連続して形成された前記発光素子の装着面に対して所定の傾斜角を有する反射面部と、前記上下の各反射面部同志を、その上端部及び下端部のそれぞれにおいて連結して連結部分を一体形成して形成された上端部及び下端部の連結部分と、上下の前記上端部の連結部分同志の間に形成された前記発光素子が露出する開口部と、を備え、前記上端部及び下端部の連結部分は、黒色面あるいは粗面として形成されているものとした。
また、上記反射面部や反射面部材には、熱伝導性の高い材質を用いることとした。更に、異なる発光色の発光素子を設ける場合には、これらの発光素子を異なる色ごとに水平方向に配置されて１つのドットを構成することとした。
【００１１】
【作用】
上記構成によれば、発光素子の上下に所定の傾斜角を有した反射面が設けられることで、発光素子から上下方向に拡散した光成分のみが、反射面部により主観視方向の前方に反射して進むことになるため、表面実装型ＬＥＤなどの広い指向性の発光素子を用いた場合には、高輝度を維持しながら水平方向における視野角を広く取ることが可能になる。また、この反射面部を一体形成して反射面部材としてユニット化することで、製造部品数の削減や組み立て工程の簡略化が可能になる。
【００１２】
また、例えば反射面部材の反射面部以外の部分を黒色面あるいは粗面とすることで、表示パネルにおけるＬＥＤと反射面部以外の部分ができるだけ光を反射しないようにして、表示画像のコントラスト比を向上させることが可能になる。
【００１３】
また、反射面部材に例えばアルミニウムなどの熱伝導性の高い金属等の材質を用いることで、発光素子の熱を効率よく放熱させることが可能になる。
更に、例えばカラー画像を表示する場合などのために、異なる発光色の発光素子を設ける場合には、これらの発光素子を異なる色ごとに光が拡散する水平方向に沿って配置すれば、観視位置による発光色間の輝度比の変化が少なくなる。
【００１４】
【実施例】
以下、図１〜図８を参照して本発明の実施例の表示装置について説明する。本実施例においては、発光素子として図１１に示したような表面実装型ＬＥＤを用いて広い指向特性を有するものとされ、また、後述するようにＲ、Ｇ、Ｂの各色を発光する表面実装型ＬＥＤが用いられてフルカラー画像の表示が可能とされる。
【００１５】
ところで、図１（ａ）（ｂ）は、本発明の実施例の表示装置の構成を総括的に示す正面図及び側面図とされるが、この図１の説明は後述することとし、先ず図２以降の図面により、本実施例の各要部及びこれらの組み合わせ形態に付いて述べていくこととする。
【００１６】
先ず、図２（ａ）（ｂ）は、本実施例の表示装置において表面実装型ＬＥＤがＬＥＤ配列基板に取りつけられた状態を示す正面図及び側面図であり、本実施例では、ＬＥＤ配列基板３に対して、これらの図のように多数個の表面実装型のＬＥＤ２が配列されている。３Ｈ はＬＥＤ配列基板３に形成されているネジ穴とされるが、これについては後述する。
なお、ここでは表面実装型ＬＥＤ２の配列を一部省略して示しているが、実際には後述する配列パターンによりＬＥＤ配列基板３のほぼ全面に配列されている。また、この図においては、ＬＥＤ配列基板３は縦長の長方形とされているが、特にこの形状に限定されるものではなく、例えば正方形や横長の長方形とされていてもよい。
【００１７】
図２の破線で括られたＬＥＤ実装部分Ａは、実際には図３の拡大図に示すようにＲ、Ｇ、Ｂ各色の表面実装型ＬＥＤ２が配置されている。
先ず、図の左側から緑色を発光する緑色ＬＥＤ２（Ｇ）が上下方向に２つ配置され、その隣に赤色を発光する赤色ＬＥＤ２（Ｒ）が１つ配置され、更にその隣に青色を発光する青色ＬＥＤ２（Ｂ）が配置され、これらの緑色ＬＥＤ２（Ｇ）、２（Ｇ）、赤色ＬＥＤ２（Ｒ）及び青色ＬＥＤ２（Ｂ）により、色表現をなす画素ＰＡ が形成されている。
また、その隣の画素ＰＢ は、後述する理由により図のように青色ＬＥＤ２（Ｂ）が省略可能とされて、緑色ＬＥＤ２（Ｇ）、２（Ｇ）、及び赤色ＬＥＤ２（Ｒ）のみの組み合わせにより形成されている。
【００１８】
つまり、本実施例のＬＥＤの配列パターンとしては、図２から分かるように、上記図３で説明した画素ＰＡ と画素ＰＢ が、列及び行方向のそれぞれにおいて交互に並ぶいわゆるチェッカーフラグタイプとなるように配列され、この図の場合には画素ＰＡ と画素ＰＢ の組み合わせにより、１６（縦）×１６（横）＝２５６個の画素が１枚のＬＥＤ配列基板３に対してマトリクス状に設けられていることになる。
そして、このような２５６個の画素ＰＡ 、ＰＢ が配列されたＬＥＤ配列基板３を、例えば、必要な画面サイズに応じて複数組み合わせることによって大型画面のカラー画像表示装置を構成することができる。
【００１９】
また、本実施例の表示装置においては、これまでの説明から分かるように、青色の要素が無い画素ＰＢ が、全体の画素数の半分を占めるようにして配列されている。
これは、肉眼の網膜にあるといわれている赤、緑、青の３原色に対応する各受光器の視感度として、青が一番感度が悪く、次に赤であり、緑が最も感度が良いということが知られているが、このような視感度特性に基づいて、赤、緑、青のうち少なくとも青色の要素を間引いた単位画素を適宜マトリクス状の配列に混在させるようにして組み込んでも、フルカラー画像の色再現に影響を及ぼさないようにすることができるという理由による。
このため、本実施例のように青色ＬＥＤ２（Ｂ）を省略した画素ＰＢ を混在させても、色再現に支障が無いように表示することが可能であり、これによって高価な青色ＬＥＤの使用数を削減してコストダウンを図ることも可能である。
【００２０】
なお、ここでは画素ＰＢ の全体の画素数に対する混在率がほぼ５０％とされているが、視覚的な色再現に影響がないように変更することは当然可能である。また、画素ＰＢ の配列パターンも本実施例のようなチェッカーフラグタイプに限定されるものではなく、色再現に影響がないようにして変更することが可能である。
また、具体的な表面実装型ＬＥＤの実装方法は、図１１にて説明したようにしてリフロー法などの半田付け処理によって行われればよく、前述のように光軸対称レンズの樹脂カバー２ａを有するタイプ（図１０参照）よりも実装工程を簡略にすることができる。
【００２１】
次に、図４、図５、図６を参照して、本実施例の反射部材の構造及びその取付方法に付いて説明する。
図４（ａ）（ｂ）は本実施例の反射部材の正面図及び側面図を示し、図５は反射部材の側面の拡大図を、図６の斜視図は反射部材をＬＥＤ配列基板３と共に示している。なお、これらの各図においては、便宜上、多数の同一部分がある場合には、すべての同一部分に対する符号の記入を省略して一部に符号を付している場合がある。
【００２２】
本実施例の反射部材４の形状としては、例えば図４（ｂ）の側面図に示すようにアルミ板などの金属板を、山形が連なるように折り曲げる状態で形成されている。この際、図５の拡大図のように、４ａで示す斜面となる部分は垂直方向に対する所定の傾斜角αが設定される。そして、この傾斜面は鏡面とすることで、後述するようにＬＥＤ２の出射光を反射する反射面４ａを形成することになる。この反射面４ａは、図４（ａ）あるいは図６より分かるように、水平方向に連続して形成される。
【００２３】
そして、このように折り曲げられた反射部材４の底面部側には、図４、図６から分かるように、取付け時にＬＥＤ２がＬＥＤ実装部分Ａ（図３参照）の単位で外部に露出するための開口部４ｄが形成される。これにより、ＬＥＤ２の上下を挟んで位置することになる反射面４ａ同志は、図４、図５、図６から分かるように、下端の４ｂで示す底面部により連結される状態となる。なお、この底面部４ｂにおいて４個所形成されている４Ｈ はネジ穴を示す。また、ＬＥＤ２を挟まずに隣り合うことになる反射面４ａ同志は、上面部４ｃにより連結される状態となる。
【００２４】
また、図４（ａ）、図５及び図６の斜線に示す底面部４ｂ及び上面部４ｃの上面部分、つまり反射部材４における反射面４ａ以外の部分は、例えば黒色面Ｍとされて光反射作用を有しないようにされる。あるいは粗面とする処理を施すなどして光の反射が散乱するようにしてもよい。
【００２５】
上記のような構造により、本実施例の反射部材４は、図２に示したＬＥＤ配列基板３とほぼ同サイズとなるように一体化されて形成される。
そして、図６の斜視図に示すように、反射部材４の開口部４ｄに対して、画素ＰＡ 、ＰＢ の組を形成する７個のＬＥＤ（図３参照）がそれぞれ対応するように位置合わせをして、当該反射部材４をＬＥＤ配列基板３の前面に対してあてがうようにして装着する。本実施例の反射部材４は、ＬＥＤ配列基板３のサイズに対応してユニット化されていることから、ＬＥＤ配列基板３に装着する工程もこのように簡単に行うことができる。
【００２６】
このようにして、反射部材４とＬＥＤ配列基板３が組み合わされた状態を、図１（ａ）（ｂ）の正面図及び側面図に示す。この状態では、ＬＥＤ２が反射部材４の開口部４ｄ内に納まりながら表出した状態となる。また、底面部４ｂは、画素ＰＢ において青色ＬＥＤが設けられていないスペース部分に位置することになる。
【００２７】
そしてこの際、図１（ａ）に示すように、それぞれ４つのＬＥＤ配列基板３のねじ穴３Ｈ と反射部材４のねじ穴４Ｈ の位置が一致するが、この一致した各ねじ穴４Ｈ 、３Ｈ に対して、例えば、図１（ｂ）に示すようにネジＮを正面方向から貫通させて、ＬＥＤ配列基板３の背面に設けられる支持部材５に螺合させてねじ止めを行う。あるいは、支持部材５の先端にネジ部が形成されて、背面側から支持部材５により直接ねじ止めすることも考えられる。
そして支持部材５の他方は、本体６に対して固定されていることから、ねじＮによりねじ止めがなされた状態では、ＬＥＤ配列基板３に反射部材４が固定されると共に、ＬＥＤ配列基板３が支持部材５により本体６側と連結されるようにして支持される状態となる。
【００２８】
なお、支持部材５の材質としては、反射効率が良く、かつ、例えばクロムメッキ等が施された銅やアルミなどの熱伝導性の高いものが用いられて、例えばＬＥＤの表示駆動時における表示ＬＥＤ配列基板３の発熱を伝導するようにされている。７は支持部材５あるいは本体６側に対して取り付けられる放熱板とされるが、この放熱板７が設けられることで、支持部材５に伝導された熱は更に放熱板７に伝導されて放熱効率が向上することになる。
【００２９】
上記のようにして構成される表示装置のＬＥＤ光の出射状態について、図７及び図８を参照して説明する。
図７（ａ）は、図１（ｂ）の側面図の破線Ｂの枠内に示す部分を拡大して示している。本実施例の表示装置では、ＬＥＤ配列基板３に反射部材４が取り付けられる結果、図のように、ＬＥＤ２を挟んで上下に位置する一対の反射面４ａ，４ａが、主観視方向に対して角度αの傾斜角により開口していくように設けられることになる。
【００３０】
なお、本明細書において主観視方向とは、表示装置の表示パネル正面に対して直交する方向、すなわち、ＬＥＤ配列基板３の平面に対して垂直な方向をいうものとされる。
【００３１】
そして、前述のようにＬＥＤ２は表面実装型とされて広い指向性で出射光を出力するが、この出射光のうち垂直（上下）方向に向かって出力される成分は、図の破線の矢印に示すように、上記一対の反射面４ａ，４ａによって反射してほぼ前方（観視方向）に対して出射されることになる。これにより、ＬＥＤの出射光は垂直方向において狭い指向性を有するようにすることができる。
【００３２】
具体的には図８に示すように、ＬＥＤ２の上下に位置する反射面４ａ，４ａの主観視方向に対する傾斜角をそれぞれαで示し、ＬＥＤ２からの光の出射角をβとした場合の、反射面４ａで反射されて外部に出射する光の主観視方向に対する反射角をγとすると、
γ＝β−２α
で示すことができる。つまり、所要の指向性に対応した光反射が得られるように、上記式に基づいて反射面４ａの傾斜角αを設定すればよく、本実施例では例えば傾斜角αは１０°前後に設定される。
【００３３】
これに対して、水平（左右）方向においては、反射面あるいは光遮断面などは形成されていないことから、水平方向に向かって出力される出射光の成分は、図７（ｂ）の平面図の矢印に示すようにそのまま出射される。このため、ＬＥＤの出射光は水平方向において広い指向性を有することになる。
【００３４】
つまり本実施例では、水平方向に連続して形成される反射面４ａにより、本来指向性の広い表面実装型ＬＥＤ２の外部への出射光に対して、垂直方向には狭い指向性を与え、水平方向には広い指向性を与えるように構成される。このため、表示装置として見た場合には、前述のように一般的に要求される左右方向の視野角を広く取ることができる一方で、上下方向の視野角は狭くして光の拡散を防止して光輝度を維持することが可能になる。
【００３５】
また本実施例では、先に示した図３からも分かるように、ＬＥＤ２（Ｇ）（Ｒ）（Ｂ）は異なる発光色ごとに水平（左右）方向に配列しているが、これにより観視位置によるＬＥＤの発光色ごとの輝度比の変化が少なくなり、観視位置による色相の変化の問題を解消することができる。
仮に、ＬＥＤ２が異なる発光色ごとに垂直方向に並ぶように配列されて、これらのＬＥＤ２を一対の反射面４ａ、４ａによって上下で挟むようにしているとする。この場合には、垂直方向の観視位置によって、上下の反射面４ａ、４ａに反射されて見える各色のＬＥＤ光のバランスが変化して、輝度比が変わることになす。そこで、本実施例のように、ＬＥＤ２を異なる発光色ごとに水平方向に配列すれば、反射面４ａ、４ａに反射する各色のＬＥＤ光のバランスが、垂直方向の観視位置により変わることがなくなる。
【００３６】
一方、水平方向においては、樹脂カバー２ａがレンズ作用を有さない表面実装型ＬＥＤ２から、図７（ｂ）に示したように外部に対してそのまま出射光が出力される。このため、各ＬＥＤ２（Ｇ）（Ｒ）（Ｂ）の配列方向に関わらず、どの観視位置でもほぼ同様の輝度比を得ることができる。
【００３７】
また、反射部材４においては、図５にて説明したように反射面４ａ以外の前面部分（即ち、上面部４ｃ及び底面部４ｂ）が黒色面Ｍとされている。これにより、本実施例の表示装置１では図１（ａ）の斜線部分に示すように、正面方向（観視方向）から見た場合に、ＬＥＤ２の周囲部分が図のような形態で黒色により囲まれることになる。
仮に、反射部材４に黒色面Ｍが形成されずに、底面部４ｂ及び上面部４ｃ鏡面のままとされているような場合には、これらの部分までが外光等を不用意に反射して、表示画像のコントラストを悪化させる要因となるが、このように表示パネル前面においてＬＥＤ２の部分と反射面４ａ以外の部分をできるだけ黒色面Ｍとすることで、これらの不要な光の反射を抑制してコントラストを向上させることができる。
【００３８】
更に本実施例の反射部材４は、前述のようにアルミニウムなどの熱伝導性の良好な材質により形成されていることで、ＬＥＤ２の発光などによるＬＥＤ配列基板３の前面の発熱を発散させる放熱板としても作用する。この反射部材４はその形状として、図４（ｂ）の側面図に示すように、水平方向に沿って折り曲げるようにして形成されて比較的広い表面積とされていることから、その放熱効果も高いものとなる。
また、この場合にはアルミニウムが導電性であるために、ＬＥＤ駆動パルスなどにより発生する高周波の輻射をシールドする作用も有することになる。
なお、反射部材４には、アルミニウム以外の他の材質が用いられても構わないが、耐錆製、軽量、加工性などに優れたものを用いることが好ましい。
【００３９】
また、図１（ｂ）に示すネジＮを金属性とすれば、このネジＮを介して反射部材４が、ＬＥＤ配列基板３の背面側の支持部材５と熱的に接続されるようにすることも可能であり、例えば放熱効果をより向上させることもできる。
【００４０】
なお、上記実施例はＲ、Ｇ、ＢのＬＥＤを用いたカラー画像表示装置として説明しているが、これに限定されるものではなく、例えば更に多くの色のＬＥＤあるいは単色のみのＬＥＤの採用で表示を行う表示装置などに対しても適用が可能である。また、ＬＥＤの配列状態や反射部材４の形状等も実施例に示したものに限定されるものではなく、実際の使用条件等に応じて変更が可能である。
【００４１】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の表示装置は、ＬＥＤの出射光に対して上下方向にのみ狭い指向性を与えるように傾斜した反射面を有する反射部材をＬＥＤのパネル前面に設けることで、水平方向の視野角は広く取りながらも垂直方向の視野角は狭くして高輝度を維持することができるという効果を有している。また、反射部材は、水平方向に連続する複数の反射面部を上下方向に連結させてユニット化することにより、製造部品数の削減や組み立て工程の簡略化が可能になり製造能率の向上や低コスト化も促進することができる。
【００４２】
そして、反射部材の反射面部以外の部分を黒色面あるいは粗面として形成するという簡単な処理で、表示パネル前面においては発光点以外の不要な光反射が著しく低減されるため、表示画像のコントラスト比を向上させることが可能になる。また、反射部材にアルミ板などの材質を用いれば、ＬＥＤを駆動することにより発生するパネル面の発熱を効率よく放熱させることが可能になり、また、表示駆動パルスなどによる輻射も抑制することが可能になる。
更に、異なる発光色の発光素子ごとに水平方向に沿って配列すれば、観視位置による色相変化の無い表示装置を得ることができることになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例の表示装置を示す正面図及び側面図である。
【図２】本実施例のＬＥＤ配列基板に対するＬＥＤの配列状態を示す正面図及び側面図である。
【図３】画素内におけるＬＥＤの配列状態を示す拡大図である。
【図４】本実施例の反射部材を示す正面図及び側面図である。
【図５】本実施例の反射部材の一部を拡大して示す側面図である。
【図６】本実施例のＬＥＤ配列基板に対する反射部材の装着方法を示す斜視図である。
【図７】本実施例の反射部材によるＬＥＤ光の反射状態を説明する側面図及び平面図である。
【図８】本実施例の反射部材の傾斜角と、ＬＥＤ光の出射角と、反射部材の反射光の反射角の関係を示す説明図である。
【図９】ＬＥＤ表示装置の前面パネルの一例を示す図である。
【図１０】光軸対称レンズの樹脂カバーを備えたＬＥＤを示す斜視図である。
【図１１】表面実装型ＬＥＤを示す斜視図である。
【符号の説明】
１ 表示装置
２ ＬＥＤ
３ ＬＥＤ配列基板
４ 反射部材
４ａ 反射面
５ 支持部材
６ 本体
７ 放熱板
ＰＡ 、ＰＢ 画素
Ｍ 黒色面
【産業上の利用分野】
本発明は、例えば発光ダイオード素子などの発光素子を用いた表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば大型画面による表示装置として、発光ダイオード素子（以下ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）という）を発光素子として用いて画像を表示する表示装置が開発されている。
図９は、このような表示装置の表示パネル部分の一例を示す図であり、この図に示す表示装置１は、例えば図の○印に示す装着位置に発光素子であるＬＥＤ２が、ＬＥＤ配列基板３に対してマトリクス状に取り付けられて画像表示を行うようにされている。
【０００３】
なお、この図の表示装置１では、１６（縦）×１６（横）＝２５６個のＬＥＤ２が設けられているが、例えば実際には、この図に示すような表示パネルを多数組み合わせて大型画面による表示がなされる。また、実際にフルカラー画像表示に対応する場合には、例えば青色、赤色、緑色ＬＥＤの組み合わせにより１画素を形成し、これらの各画素単位がＸ−Ｙ軸上にマトリクス的に配置されることになる。
【０００４】
そして、表示装置１に用いるＬＥＤ２としては、例えば図１０に示すように、光軸対称レンズ形状の樹脂カバー２ａにより内部のペレット２ｂをモールドしたものが知られている。樹脂カバー２ａの材質としては、例えばエポキシ樹脂などが用いられる。
また、発光体であるペレット２ｂは、よく知られているように、半導体のＰＮ接合により形成されるものであり、その発光色はＰＮ接合を形成している上記半導体の材質及び形状等により設定される。そしてペレット２ｂは、一方の電極リード２ｄに形成されたリフレクタＲ内に設けられて、他方の電極リード２ｄとボンディングワイヤ２ｃにより接続される。
【０００５】
このようなＬＥＤ２では、ペレット２ｂから出射される光のうち、ほぼ水平方向に出射したものは、ペレット２ｂの周辺に設けられたリフレクタＲにより前方に反射されると共に、樹脂カバー２ａの光軸対称レンズ形状の作用によって、比較的狭い指向性により光が出射される。
つまり、各ＬＥＤの外部の出射光は光軸にほぼ沿って集光するように屈折されることから、例えば正面方向から見た場合には高輝度な表示装置を容易に得ることができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、大画面による表示装置としての使用条件を考慮すると、上下（垂直）方向の視野角はそれほど要求されないが、少なくとも左右方向の視野角はできるだけ広く取れるようにすることが好ましい。
ところが、図１０に示したタイプのＬＥＤ２で構成される表示装置の場合には、上述のようにＬＥＤ２の指向性が狭いために高輝度は得られるものの、一方では正面以外の方向から見る場合に輝度が低下する、つまり視野角が狭くなってしまうという問題がある。
また、ＬＥＤ２をＬＥＤ配列基板３（図９参照）に取り付けるにあたっても、ＬＥＤ配列基板３に形成したリード用の穴に、多数のＬＥＤ２の電極リード２ｄ，２ｄを差し込んで半田付けをして固定する必要があるので、製造工程も面倒なものとなる。
【０００７】
そこで、図１０に示したタイプのＬＥＤのほかに、図１１の斜視図に示すような表面実装型のＬＥＤを用いることも考えられている。なお、図１０と同様の構成部分は同一符号を付している。
この図に示す表面実装型のＬＥＤ２は、基台２ｅ上に形成した電極２ｄ，２ｄの一方にペレット２ｂを設けて、このペレット２ｂをモールドするようにブロック形状の樹脂カバー２ａが設けられて構成されている。この構成の場合、ペレットの光を前方に反射するリフレクタＲは設けられておらず、また、樹脂カバー２ａは特に集光作用を有するレンズ形状とされていないことから、光が拡散するように出射される。つまり広い指向性を有することになる。なお、ＫＭはカソードマークであり、このマークの示された側の電極がカソード電極であることを示す。
【０００８】
このような表面実装型のＬＥＤ２であれば、ＬＥＤ配列基板の所定位置にＬＥＤ２を配置して、例えばリフロー法などによって半田付けを行うことができるので、図１０のタイプのＬＥＤ２を用いる場合よりも製造工程が簡略になる。また、ＬＥＤ２の指向性が広いことから、表示装置の視野角も上下／左右方向において広く取ることができる。
ところがこの場合には、ＬＥＤ２の指向性が広いために出射光が拡散して、高輝度が得られないことになる。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
そこで本発明は、ＬＥＤなどの発光素子を用いた表示装置において、少なくとも水平方向の視野角を広く取ると共に、高輝度が得られるようにすることを目的とする。
【００１０】
そして、上記目的を実現するために本発明は、複数の発光素子がドットマトリックス状に配列されて配列基板に装着され、画像表示を行なうようになされている表示装置において、前記各発光素子の上下方向に設けるとともに、それぞれ水平方向に沿って連続して形成された前記発光素子の装着面に対して所定の傾斜角を有する反射面部と、前記上下の各反射面部同志を、その上端部及び下端部のそれぞれにおいて連結して連結部分を一体形成して形成された上端部及び下端部の連結部分と、上下の前記上端部の連結部分同志の間に形成された前記発光素子が露出する開口部と、を備え、前記上端部及び下端部の連結部分は、黒色面あるいは粗面として形成されているものとした。
また、上記反射面部や反射面部材には、熱伝導性の高い材質を用いることとした。更に、異なる発光色の発光素子を設ける場合には、これらの発光素子を異なる色ごとに水平方向に配置されて１つのドットを構成することとした。
【００１１】
【作用】
上記構成によれば、発光素子の上下に所定の傾斜角を有した反射面が設けられることで、発光素子から上下方向に拡散した光成分のみが、反射面部により主観視方向の前方に反射して進むことになるため、表面実装型ＬＥＤなどの広い指向性の発光素子を用いた場合には、高輝度を維持しながら水平方向における視野角を広く取ることが可能になる。また、この反射面部を一体形成して反射面部材としてユニット化することで、製造部品数の削減や組み立て工程の簡略化が可能になる。
【００１２】
また、例えば反射面部材の反射面部以外の部分を黒色面あるいは粗面とすることで、表示パネルにおけるＬＥＤと反射面部以外の部分ができるだけ光を反射しないようにして、表示画像のコントラスト比を向上させることが可能になる。
【００１３】
また、反射面部材に例えばアルミニウムなどの熱伝導性の高い金属等の材質を用いることで、発光素子の熱を効率よく放熱させることが可能になる。
更に、例えばカラー画像を表示する場合などのために、異なる発光色の発光素子を設ける場合には、これらの発光素子を異なる色ごとに光が拡散する水平方向に沿って配置すれば、観視位置による発光色間の輝度比の変化が少なくなる。
【００１４】
【実施例】
以下、図１〜図８を参照して本発明の実施例の表示装置について説明する。本実施例においては、発光素子として図１１に示したような表面実装型ＬＥＤを用いて広い指向特性を有するものとされ、また、後述するようにＲ、Ｇ、Ｂの各色を発光する表面実装型ＬＥＤが用いられてフルカラー画像の表示が可能とされる。
【００１５】
ところで、図１（ａ）（ｂ）は、本発明の実施例の表示装置の構成を総括的に示す正面図及び側面図とされるが、この図１の説明は後述することとし、先ず図２以降の図面により、本実施例の各要部及びこれらの組み合わせ形態に付いて述べていくこととする。
【００１６】
先ず、図２（ａ）（ｂ）は、本実施例の表示装置において表面実装型ＬＥＤがＬＥＤ配列基板に取りつけられた状態を示す正面図及び側面図であり、本実施例では、ＬＥＤ配列基板３に対して、これらの図のように多数個の表面実装型のＬＥＤ２が配列されている。３Ｈ はＬＥＤ配列基板３に形成されているネジ穴とされるが、これについては後述する。
なお、ここでは表面実装型ＬＥＤ２の配列を一部省略して示しているが、実際には後述する配列パターンによりＬＥＤ配列基板３のほぼ全面に配列されている。また、この図においては、ＬＥＤ配列基板３は縦長の長方形とされているが、特にこの形状に限定されるものではなく、例えば正方形や横長の長方形とされていてもよい。
【００１７】
図２の破線で括られたＬＥＤ実装部分Ａは、実際には図３の拡大図に示すようにＲ、Ｇ、Ｂ各色の表面実装型ＬＥＤ２が配置されている。
先ず、図の左側から緑色を発光する緑色ＬＥＤ２（Ｇ）が上下方向に２つ配置され、その隣に赤色を発光する赤色ＬＥＤ２（Ｒ）が１つ配置され、更にその隣に青色を発光する青色ＬＥＤ２（Ｂ）が配置され、これらの緑色ＬＥＤ２（Ｇ）、２（Ｇ）、赤色ＬＥＤ２（Ｒ）及び青色ＬＥＤ２（Ｂ）により、色表現をなす画素ＰＡ が形成されている。
また、その隣の画素ＰＢ は、後述する理由により図のように青色ＬＥＤ２（Ｂ）が省略可能とされて、緑色ＬＥＤ２（Ｇ）、２（Ｇ）、及び赤色ＬＥＤ２（Ｒ）のみの組み合わせにより形成されている。
【００１８】
つまり、本実施例のＬＥＤの配列パターンとしては、図２から分かるように、上記図３で説明した画素ＰＡ と画素ＰＢ が、列及び行方向のそれぞれにおいて交互に並ぶいわゆるチェッカーフラグタイプとなるように配列され、この図の場合には画素ＰＡ と画素ＰＢ の組み合わせにより、１６（縦）×１６（横）＝２５６個の画素が１枚のＬＥＤ配列基板３に対してマトリクス状に設けられていることになる。
そして、このような２５６個の画素ＰＡ 、ＰＢ が配列されたＬＥＤ配列基板３を、例えば、必要な画面サイズに応じて複数組み合わせることによって大型画面のカラー画像表示装置を構成することができる。
【００１９】
また、本実施例の表示装置においては、これまでの説明から分かるように、青色の要素が無い画素ＰＢ が、全体の画素数の半分を占めるようにして配列されている。
これは、肉眼の網膜にあるといわれている赤、緑、青の３原色に対応する各受光器の視感度として、青が一番感度が悪く、次に赤であり、緑が最も感度が良いということが知られているが、このような視感度特性に基づいて、赤、緑、青のうち少なくとも青色の要素を間引いた単位画素を適宜マトリクス状の配列に混在させるようにして組み込んでも、フルカラー画像の色再現に影響を及ぼさないようにすることができるという理由による。
このため、本実施例のように青色ＬＥＤ２（Ｂ）を省略した画素ＰＢ を混在させても、色再現に支障が無いように表示することが可能であり、これによって高価な青色ＬＥＤの使用数を削減してコストダウンを図ることも可能である。
【００２０】
なお、ここでは画素ＰＢ の全体の画素数に対する混在率がほぼ５０％とされているが、視覚的な色再現に影響がないように変更することは当然可能である。また、画素ＰＢ の配列パターンも本実施例のようなチェッカーフラグタイプに限定されるものではなく、色再現に影響がないようにして変更することが可能である。
また、具体的な表面実装型ＬＥＤの実装方法は、図１１にて説明したようにしてリフロー法などの半田付け処理によって行われればよく、前述のように光軸対称レンズの樹脂カバー２ａを有するタイプ（図１０参照）よりも実装工程を簡略にすることができる。
【００２１】
次に、図４、図５、図６を参照して、本実施例の反射部材の構造及びその取付方法に付いて説明する。
図４（ａ）（ｂ）は本実施例の反射部材の正面図及び側面図を示し、図５は反射部材の側面の拡大図を、図６の斜視図は反射部材をＬＥＤ配列基板３と共に示している。なお、これらの各図においては、便宜上、多数の同一部分がある場合には、すべての同一部分に対する符号の記入を省略して一部に符号を付している場合がある。
【００２２】
本実施例の反射部材４の形状としては、例えば図４（ｂ）の側面図に示すようにアルミ板などの金属板を、山形が連なるように折り曲げる状態で形成されている。この際、図５の拡大図のように、４ａで示す斜面となる部分は垂直方向に対する所定の傾斜角αが設定される。そして、この傾斜面は鏡面とすることで、後述するようにＬＥＤ２の出射光を反射する反射面４ａを形成することになる。この反射面４ａは、図４（ａ）あるいは図６より分かるように、水平方向に連続して形成される。
【００２３】
そして、このように折り曲げられた反射部材４の底面部側には、図４、図６から分かるように、取付け時にＬＥＤ２がＬＥＤ実装部分Ａ（図３参照）の単位で外部に露出するための開口部４ｄが形成される。これにより、ＬＥＤ２の上下を挟んで位置することになる反射面４ａ同志は、図４、図５、図６から分かるように、下端の４ｂで示す底面部により連結される状態となる。なお、この底面部４ｂにおいて４個所形成されている４Ｈ はネジ穴を示す。また、ＬＥＤ２を挟まずに隣り合うことになる反射面４ａ同志は、上面部４ｃにより連結される状態となる。
【００２４】
また、図４（ａ）、図５及び図６の斜線に示す底面部４ｂ及び上面部４ｃの上面部分、つまり反射部材４における反射面４ａ以外の部分は、例えば黒色面Ｍとされて光反射作用を有しないようにされる。あるいは粗面とする処理を施すなどして光の反射が散乱するようにしてもよい。
【００２５】
上記のような構造により、本実施例の反射部材４は、図２に示したＬＥＤ配列基板３とほぼ同サイズとなるように一体化されて形成される。
そして、図６の斜視図に示すように、反射部材４の開口部４ｄに対して、画素ＰＡ 、ＰＢ の組を形成する７個のＬＥＤ（図３参照）がそれぞれ対応するように位置合わせをして、当該反射部材４をＬＥＤ配列基板３の前面に対してあてがうようにして装着する。本実施例の反射部材４は、ＬＥＤ配列基板３のサイズに対応してユニット化されていることから、ＬＥＤ配列基板３に装着する工程もこのように簡単に行うことができる。
【００２６】
このようにして、反射部材４とＬＥＤ配列基板３が組み合わされた状態を、図１（ａ）（ｂ）の正面図及び側面図に示す。この状態では、ＬＥＤ２が反射部材４の開口部４ｄ内に納まりながら表出した状態となる。また、底面部４ｂは、画素ＰＢ において青色ＬＥＤが設けられていないスペース部分に位置することになる。
【００２７】
そしてこの際、図１（ａ）に示すように、それぞれ４つのＬＥＤ配列基板３のねじ穴３Ｈ と反射部材４のねじ穴４Ｈ の位置が一致するが、この一致した各ねじ穴４Ｈ 、３Ｈ に対して、例えば、図１（ｂ）に示すようにネジＮを正面方向から貫通させて、ＬＥＤ配列基板３の背面に設けられる支持部材５に螺合させてねじ止めを行う。あるいは、支持部材５の先端にネジ部が形成されて、背面側から支持部材５により直接ねじ止めすることも考えられる。
そして支持部材５の他方は、本体６に対して固定されていることから、ねじＮによりねじ止めがなされた状態では、ＬＥＤ配列基板３に反射部材４が固定されると共に、ＬＥＤ配列基板３が支持部材５により本体６側と連結されるようにして支持される状態となる。
【００２８】
なお、支持部材５の材質としては、反射効率が良く、かつ、例えばクロムメッキ等が施された銅やアルミなどの熱伝導性の高いものが用いられて、例えばＬＥＤの表示駆動時における表示ＬＥＤ配列基板３の発熱を伝導するようにされている。７は支持部材５あるいは本体６側に対して取り付けられる放熱板とされるが、この放熱板７が設けられることで、支持部材５に伝導された熱は更に放熱板７に伝導されて放熱効率が向上することになる。
【００２９】
上記のようにして構成される表示装置のＬＥＤ光の出射状態について、図７及び図８を参照して説明する。
図７（ａ）は、図１（ｂ）の側面図の破線Ｂの枠内に示す部分を拡大して示している。本実施例の表示装置では、ＬＥＤ配列基板３に反射部材４が取り付けられる結果、図のように、ＬＥＤ２を挟んで上下に位置する一対の反射面４ａ，４ａが、主観視方向に対して角度αの傾斜角により開口していくように設けられることになる。
【００３０】
なお、本明細書において主観視方向とは、表示装置の表示パネル正面に対して直交する方向、すなわち、ＬＥＤ配列基板３の平面に対して垂直な方向をいうものとされる。
【００３１】
そして、前述のようにＬＥＤ２は表面実装型とされて広い指向性で出射光を出力するが、この出射光のうち垂直（上下）方向に向かって出力される成分は、図の破線の矢印に示すように、上記一対の反射面４ａ，４ａによって反射してほぼ前方（観視方向）に対して出射されることになる。これにより、ＬＥＤの出射光は垂直方向において狭い指向性を有するようにすることができる。
【００３２】
具体的には図８に示すように、ＬＥＤ２の上下に位置する反射面４ａ，４ａの主観視方向に対する傾斜角をそれぞれαで示し、ＬＥＤ２からの光の出射角をβとした場合の、反射面４ａで反射されて外部に出射する光の主観視方向に対する反射角をγとすると、
γ＝β−２α
で示すことができる。つまり、所要の指向性に対応した光反射が得られるように、上記式に基づいて反射面４ａの傾斜角αを設定すればよく、本実施例では例えば傾斜角αは１０°前後に設定される。
【００３３】
これに対して、水平（左右）方向においては、反射面あるいは光遮断面などは形成されていないことから、水平方向に向かって出力される出射光の成分は、図７（ｂ）の平面図の矢印に示すようにそのまま出射される。このため、ＬＥＤの出射光は水平方向において広い指向性を有することになる。
【００３４】
つまり本実施例では、水平方向に連続して形成される反射面４ａにより、本来指向性の広い表面実装型ＬＥＤ２の外部への出射光に対して、垂直方向には狭い指向性を与え、水平方向には広い指向性を与えるように構成される。このため、表示装置として見た場合には、前述のように一般的に要求される左右方向の視野角を広く取ることができる一方で、上下方向の視野角は狭くして光の拡散を防止して光輝度を維持することが可能になる。
【００３５】
また本実施例では、先に示した図３からも分かるように、ＬＥＤ２（Ｇ）（Ｒ）（Ｂ）は異なる発光色ごとに水平（左右）方向に配列しているが、これにより観視位置によるＬＥＤの発光色ごとの輝度比の変化が少なくなり、観視位置による色相の変化の問題を解消することができる。
仮に、ＬＥＤ２が異なる発光色ごとに垂直方向に並ぶように配列されて、これらのＬＥＤ２を一対の反射面４ａ、４ａによって上下で挟むようにしているとする。この場合には、垂直方向の観視位置によって、上下の反射面４ａ、４ａに反射されて見える各色のＬＥＤ光のバランスが変化して、輝度比が変わることになす。そこで、本実施例のように、ＬＥＤ２を異なる発光色ごとに水平方向に配列すれば、反射面４ａ、４ａに反射する各色のＬＥＤ光のバランスが、垂直方向の観視位置により変わることがなくなる。
【００３６】
一方、水平方向においては、樹脂カバー２ａがレンズ作用を有さない表面実装型ＬＥＤ２から、図７（ｂ）に示したように外部に対してそのまま出射光が出力される。このため、各ＬＥＤ２（Ｇ）（Ｒ）（Ｂ）の配列方向に関わらず、どの観視位置でもほぼ同様の輝度比を得ることができる。
【００３７】
また、反射部材４においては、図５にて説明したように反射面４ａ以外の前面部分（即ち、上面部４ｃ及び底面部４ｂ）が黒色面Ｍとされている。これにより、本実施例の表示装置１では図１（ａ）の斜線部分に示すように、正面方向（観視方向）から見た場合に、ＬＥＤ２の周囲部分が図のような形態で黒色により囲まれることになる。
仮に、反射部材４に黒色面Ｍが形成されずに、底面部４ｂ及び上面部４ｃ鏡面のままとされているような場合には、これらの部分までが外光等を不用意に反射して、表示画像のコントラストを悪化させる要因となるが、このように表示パネル前面においてＬＥＤ２の部分と反射面４ａ以外の部分をできるだけ黒色面Ｍとすることで、これらの不要な光の反射を抑制してコントラストを向上させることができる。
【００３８】
更に本実施例の反射部材４は、前述のようにアルミニウムなどの熱伝導性の良好な材質により形成されていることで、ＬＥＤ２の発光などによるＬＥＤ配列基板３の前面の発熱を発散させる放熱板としても作用する。この反射部材４はその形状として、図４（ｂ）の側面図に示すように、水平方向に沿って折り曲げるようにして形成されて比較的広い表面積とされていることから、その放熱効果も高いものとなる。
また、この場合にはアルミニウムが導電性であるために、ＬＥＤ駆動パルスなどにより発生する高周波の輻射をシールドする作用も有することになる。
なお、反射部材４には、アルミニウム以外の他の材質が用いられても構わないが、耐錆製、軽量、加工性などに優れたものを用いることが好ましい。
【００３９】
また、図１（ｂ）に示すネジＮを金属性とすれば、このネジＮを介して反射部材４が、ＬＥＤ配列基板３の背面側の支持部材５と熱的に接続されるようにすることも可能であり、例えば放熱効果をより向上させることもできる。
【００４０】
なお、上記実施例はＲ、Ｇ、ＢのＬＥＤを用いたカラー画像表示装置として説明しているが、これに限定されるものではなく、例えば更に多くの色のＬＥＤあるいは単色のみのＬＥＤの採用で表示を行う表示装置などに対しても適用が可能である。また、ＬＥＤの配列状態や反射部材４の形状等も実施例に示したものに限定されるものではなく、実際の使用条件等に応じて変更が可能である。
【００４１】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の表示装置は、ＬＥＤの出射光に対して上下方向にのみ狭い指向性を与えるように傾斜した反射面を有する反射部材をＬＥＤのパネル前面に設けることで、水平方向の視野角は広く取りながらも垂直方向の視野角は狭くして高輝度を維持することができるという効果を有している。また、反射部材は、水平方向に連続する複数の反射面部を上下方向に連結させてユニット化することにより、製造部品数の削減や組み立て工程の簡略化が可能になり製造能率の向上や低コスト化も促進することができる。
【００４２】
そして、反射部材の反射面部以外の部分を黒色面あるいは粗面として形成するという簡単な処理で、表示パネル前面においては発光点以外の不要な光反射が著しく低減されるため、表示画像のコントラスト比を向上させることが可能になる。また、反射部材にアルミ板などの材質を用いれば、ＬＥＤを駆動することにより発生するパネル面の発熱を効率よく放熱させることが可能になり、また、表示駆動パルスなどによる輻射も抑制することが可能になる。
更に、異なる発光色の発光素子ごとに水平方向に沿って配列すれば、観視位置による色相変化の無い表示装置を得ることができることになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例の表示装置を示す正面図及び側面図である。
【図２】本実施例のＬＥＤ配列基板に対するＬＥＤの配列状態を示す正面図及び側面図である。
【図３】画素内におけるＬＥＤの配列状態を示す拡大図である。
【図４】本実施例の反射部材を示す正面図及び側面図である。
【図５】本実施例の反射部材の一部を拡大して示す側面図である。
【図６】本実施例のＬＥＤ配列基板に対する反射部材の装着方法を示す斜視図である。
【図７】本実施例の反射部材によるＬＥＤ光の反射状態を説明する側面図及び平面図である。
【図８】本実施例の反射部材の傾斜角と、ＬＥＤ光の出射角と、反射部材の反射光の反射角の関係を示す説明図である。
【図９】ＬＥＤ表示装置の前面パネルの一例を示す図である。
【図１０】光軸対称レンズの樹脂カバーを備えたＬＥＤを示す斜視図である。
【図１１】表面実装型ＬＥＤを示す斜視図である。
【符号の説明】
１ 表示装置
２ ＬＥＤ
３ ＬＥＤ配列基板
４ 反射部材
４ａ 反射面
５ 支持部材
６ 本体
７ 放熱板
ＰＡ 、ＰＢ 画素
Ｍ 黒色面
Claims (4)
- 複数の発光素子がドットマトリックス状に配列されて配列基板に装着され、画像表示を行なうようになされている表示装置において、
前記各発光素子の上下方向に設けるとともに、それぞれ水平方向に沿って連続して形成された前記発光素子の装着面に対して所定の傾斜角を有する反射面部と、
前記上下の各反射面部同志を、その上端部及び下端部のそれぞれにおいて連結して連結部分を一体形成して形成された上端部及び下端部の連結部分と、
上下の前記上端部の連結部分同志の間に形成された前記発光素子が露出する開口部と、を備え、
前記上端部及び下端部の連結部分は、黒色面あるいは粗面として形成されている
ことを特徴とする表示装置。 - 前記反射板は熱伝導性の高い材質により構成されていることを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
- 異なる発光色の発光素子が水平方向に配置されて１つのドットを構成していることを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
- 前記発光素子は表面実装型の発光ダイオード素子であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の表示装置。
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