JP4451425B2 - バックライトアセンブリー - Google Patents

Description

本発明は、バックライトアセンブリーに関し、特にバックライトの発光特性の向上、回路の全体面積の低減電源効率の向上に関する。

一般に、フラットパネルディスプレイ（Ｆｌａｔ Ｐａｎｅｌ Ｄｉｓｐｌａｙ）とは、大別して発光型と受光型に分けられ、発光型には平板型極線管、プラズマディスプレイパネル、電子発光素子、蛍光ディスプレイ、発光ダイオードなどがあり、受光型には液晶ディスプレイ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ；以下「ＬＣＤ」という）がある。

この中でＬＣＤはそれ自体が発光して画像を形成することができず、外部から光が入射されて画像を形成する受光型フラットパネルディスプレイであるため、液晶ディスプレイの背面にはバックライトアセンブリーを設置して光を照射する。

このとき、バックライトアセンブリーの通常の要求仕様は、高輝度、高効率、輝度の均一度、長寿命、薄型、低重量、低コストなどであり、ノートブックコンピュータの場合には、消費電力を下げるために高効率の長寿命ランプが求められ、モニターやＴＶ用の場合には高輝度のランプが求められる。

図１は、従来の技術によるバックライトアセンブリー１００の簡単な構成図を示すものである。

同図に示すように、従来の技術によるバックライトアセンブリーは、整流部１１１、ＰＦＣ回路（Ｐｏｗｅｒ Ｆａｃｔｏｒ Ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ）１１２、ＤＣ／ＤＣコンバーター１１３で構成された電源部１１０と、複数のトランスフォーマー（ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ）１２２及び該トランスフォーマー１２２を制御する制御機１２１で構成されたインバータ１２０と、前記トランスフォーマー１２２にそれぞれ接続した複数のランプで構成されたランプユニット１３０と、で構成されており、同図に示すように、前記電源部１１０及びインバータ１２０が分離されている構造となっている。

ここで、前記整流部１１１は、交流入力電源を直流入力電源に変換し、前記ＰＦＣ回路１１２は、前記バックライトアセンブリーの電力効率を向上させるために、力率を調整して前記整流部１１１により変換された直流入力電源を一定の大きさ（通常、３８０Ｖ）の直流電源に変換し、前記ＤＣ／ＤＣコンバーター１１３は、前記ＰＦＣ回路１１２により変換された直流電源を一定の大きさ（例え：２４Ｖ）の直流電源に変換すると共に、電源と負荷との間の絶縁機能を行う。

したがって、前記ＤＣ／ＤＣコンバーター１１３は、一定の大きさの絶縁された直流電源を前記インバータ１２０に出力する。

一方、前記インバータ１２０の主な機能は、ランプの放電とランプ放電後に各ランプに一定の電流が供給されるように制御することにより、ランプ間の電流バラツキを最小化することにある。

これにより、従来のインバータ１２０は、上記の機能を具現するために、複数のトランスフォーマー１２２をそれぞれのランプ１３０に接続し、各トランスフォーマー１２２の２次出力電流を一定に維持する方式を用いる。

しかしながら、上記の従来の技術によるバックライトアセンブリーは、１つのトランスフォーマーに１つのランプのみを接続することによって、全体的な回路の面積が大きくなり、バックライト駆動のための電源効率が低下し、バランス回路部なしでランプを直接接続することによって、発光特性が低下するという問題があった。

したがって、本発明は、上述の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、バランス回路を利用することによって、バックライトでのランプ間の発光バラツキ等の特性を向上させることができ、１つのトランスフォーマーにより並列に接続した複数のランプを駆動させることができることから、回路の全体面積を減らし、かつバックライト駆動のための電源効率を向上させ得るバックライトアセンブリーを提供することにある。

上記目的を達成すべく、本発明に係るバックライトアセンブリーによれば、ＰＦＣ回路から入力される直流電圧を制御信号により矩形波電圧として出力するスイッチング部と、前記矩形波電圧が１次側に印加され、これを２次側電圧に昇圧させ、前記１次側と２次側との間の絶縁機能を行う電圧昇圧部と、並列に接続した複数の蛍光ランプの輝度を均一にするために、前記電圧昇圧部の２次側に接続して昇圧された前記２次側電圧により発生した交流電流を、複数の前記蛍光ランプに均一に供給するバランス回路部と、前記電圧昇圧部の２次側に位置し、複数の前記蛍光ランプの電圧又は電流を感知して、光の輝度を均一に維持するためのフィードバック信号及び複数の前記蛍光ランプの非正常状態を感知し、回路を遮断するための回路遮断信号を出力する感知部と、前記電圧昇圧部の２次側に位置し、前記感知部からフィードバック信号及び回路遮断信号が入力されて、前記スイッチング部を制御する制御信号を出力する制御部と、前記２次側に位置した制御部から出力される制御信号を１次側の前記スイッチング部に出力し、前記１次側と２次側との接地部を分離させるために、前記制御部と前記スイッチング部とを絶縁する信号絶縁部と、を備える。

ここで、一態様において本発明は、前記信号絶縁部が、フォトカプラー又はトランスフォーマーで構成されることを特徴とする。

また、一態様において本発明は、複数の前記スイッチング素子が、ＦＥＴであることを特徴とする。

また、前記感知部は、前記電圧昇圧部の２次出力端又は前記バランス回路部の出力端に接続することができる。

また、一態様において本発明は、前記電源昇圧部が、１つ又は２つのトランスフォーマーを備えることを特徴とする。

このとき、一態様において本発明は、前記電源昇圧部が、前記ランプユニットの両方間に最高値レベルと最低値レベルとの間の間隔が同じである正弦波の２次側電圧を供給することを特徴とする。

また、一態様において本発明は、前記電源昇圧部が、前記ランプユニットの両方間に正極性レベルと負極性レベルが同じである正弦波の２次側電圧を供給することを特徴とする。

また、一態様において本発明は、前記電源昇圧部が、一方が接地された複数の前記ランプユニットの他方に昇圧された前記２次側電圧により発生した交流電流を前記バランス回路部を介して供給することを特徴とする。

一方、一態様において本発明は、前記バックライトアセンブリーは、前記信号絶縁部により絶縁された制御信号を増幅し、増幅された前記制御信号を前記スイッチング部を構成する複数のスイッチング素子に出力するスイッチング素子駆動部をさらに備えることを特徴とする。

また、一態様において本発明は、このときの前記制御部が、外部からオン／オフ信号及びディミング信号をさらに受け取ることができ、外部から供給された前記信号のうち、ＰＷＭ方式のディミング信号をアナログ方式に変換するデジタル／アナログ変換器をさらに備えることを特徴とする。

本発明によれば、バランス回路を利用することによって、バックライトの発光特性を向上させることができ、１つのトランスフォーマーにより並列に接続した複数のランプを駆動させることができることから、回路の全体面積を減らし、かつバックライト駆動のための電源効率を向上させ得るという効果がある。

なお、電源と負荷との間の絶縁と関わる問題は、絶縁手段が備えられたフォトカプラー又はトランスフォーマーなどの簡単な部品によっても解決できるという効果がある。

以下、本発明の好ましい実施の形態を、添付図面に基づき詳細に説明する。

＜実施の形態＞
図２は、本発明による実施の形態に係るバックライトアセンブリーの回路図を示すものである。

同図に示すように、実施の形態のバックライトアセンブリーは、スイッチング部２１４、電圧昇圧部２１５、バランス回路部２２０、感知部２４０、制御部２１２、信号絶縁部２１３を備えている。

一方、図１において簡単に言及した通り、インバータの主な機能は、ランプの放電とランプ放電後に各ランプに一定の電流が供給されるように制御することにより、ランプ間の電流バラツキを最小化することにある。

ランプ特性上、ランプが点灯される前には高いインピーダンスを有するため、点灯のためには、高い放電電圧を必要とし、放電以後のランプのインピーダンスは、放電前に比べて極めて小さくなり、またランプの放電とランプに誘起される電流及びランプバラツキ等により、ランプ間のインピーダンスは同じにならず、それぞれ異なる値を有する。

したがって、インピーダンスの低いランプの電流は持続的に増加し、これにより電流が増加したランプのインピーダンスは持続的に低くなることから、次第にさらに多くの電流が流れるようになる。これにより、それぞれのランプに印加される電流量を制御しない場合、インピーダンスが低くなったランプの輝度のみが増加し続け、他のランプの輝度は低下し続けることができ、ランプ点灯自体に問題が生じることもある。

仮に、かかる現象が続ける場合、特定ランプの電圧は低下し、かつ電流は持続的に増加する負抵抗（Ｎｅｇａｔｉｖｅ Ｉｍｐｅｄａｎｃｅ）特性により、ランプの寿命が縮まるか、又はランプが破損され得る。

このような現象を防止するため、本実施の形態は、前記電圧昇圧部２１５の２次側に複数のバランスコイル２２０ａで構成されたバランス回路部２２０を接続することによって、前記２次側電圧により発生した交流電流を複数の前記蛍光ランプ２３０に均一に供給可能になり、これによって、複数の前記蛍光ランプ２３０から発生した光の輝度を均一にできることから、バックライトの発光特性を向上させ得るという利点を有する。

一方、前記スイッチング部２１４は、複数のスイッチング素子２１４ａを備え、前記制御部２１２から出力される制御信号に応答して、ＰＦＣ回路から入力される直流電源をオン／オフ制御し、該オン／オフ制御により前記直流電源をスイッチングすることにより、一定周波数を有する矩形波電圧に変換する機能を行う。

このとき、前記スイッチング素子２１４ａとしてはバイポーラ接合型トランジスタ（ＢＪＴ；以下「ＢＪＴ」という）、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ；以下「ＦＥＴ」という）などが用いられ、主にＦＥＴが用いられる。

したがって、以下の説明では、スイッチング素子２１４ａとしてＦＥＴを中心に説明する。しかし、本発明の技術的思想はＦＥＴのみならず、前記スイッチング素子として用いられることのできる素子にも適用できる。たとえ、本明細書においてはＦＥＴを中心に説明するとしても、本発明の概念と範囲はＦＥＴに限定されるものではない。

また、前記電圧昇圧部２１５は、トランスフォーマーを備え、前記スイッチング部２１４により変換された矩形波電圧が１次側に印加され、これを２次側電圧に昇圧し、共振回路（図示せず）等を介して昇圧された前記２次側電圧を正弦波の電圧に変換し、変換された前記正弦波の２次側電圧を複数の前記蛍光ランプ２３０に供給する。

このとき、従来では、電源部のＤＣ／ＤＣコンバーターが電源と負荷との間を絶縁する機能を果たしたが、本発明の実施の形態では、前記電圧昇圧部２１５が１次側と２次側との間を絶縁する機能を果たすようになる。

また、前記電源昇圧部２１５は、複数の前記蛍光ランプ２３０両方間に最高値レベルと最低値レベルとの間の間隔が同じであり、正極性と負極性レベルが同じである正弦波の２次側電圧を供給し、一方が接地された複数の前記蛍光ランプ２３０の他方に昇圧された前記２次側電圧により発生する交流電流を前記バランス回路部２２０を介して供給する。

このとき、前記トランスフォーマーは、前記スイッチング部２１４により変換されたＰＷＭ方式の矩形波電圧を２次側電圧に昇圧する機能を果たし、１つ又は２つを用いることができるが、本実施の形態では１つのトランスフォーマーを用いた。

このように、本実施の形態は、１つのトランスフォーマーにより並列に接続した複数のランプを駆動させることができるため、回路の全体面積を減らし、かつバックライト駆動のための電源効率を向上させ得るという利点を有する。

このように、１つのトランスフォーマーにより並列に接続した複数のランプの駆動が可能な理由は、バランス回路部２２０を利用することによって、ランプそれぞれに流れる電流を一定に制御できるためである。

一方、前記感知部２４０は、前記電圧昇圧部２１５の２次側に位置し、複数の前記蛍光ランプ２３０の電圧又は電流を感知して光の輝度を均一に維持するためのフィードバック信号を出力させ、また複数の前記蛍光ランプ２３０の非正常状態を感知して回路を遮断するための回路遮断信号を出力する。

このとき、前記感知部２４０は、前記電圧昇圧部２１５の２次出力端又は前記バランス回路部２２０の出力端に接続することができる。

また、前記制御部２１２は、前記電圧昇圧部２１５のトランスフォーマーの２次側に位置し、前記感知部２４０からフィードバック信号及び回路遮断信号が入力されて、前記スイッチング部２１４を制御する制御信号を出力する。

このとき、前記制御部２１２は、外部からオン／オフ（Ｏｎ／Ｏｆｆ）信号及びランプの明るさを制御するディミング信号（Ｄｉｍｍｉｎｇ）などを受け取ることができる。

また、前記制御部２１２は、アナログ方式の信号を利用して制御信号を出力するため、外部から供給された信号のうち、ＰＷＭ方式のディミング信号をアナログ方式に変換するデジタル／アナログ変換器（図示せず）を備えている。

このとき、上述のように、従来、電源と負荷との間の絶縁機能を果たしていたＤＣ／ＤＣコンバーターが除去されることにより、前記電圧昇圧部２１５の１次側と２次側の接地部を分離させる必要が生じる。

その理由は、一般に、ある家庭で用いられる電気製品の１次側部分は、１つのループを形成し、２次側部分は、人間が運用する部分であり、かつ、各製品に個別的に形成される部分であるため、仮に、１次側と２次側の接地部を分離しない場合、ある１つの製品において発生した問題（ＥＭＩ、ＰＦ、サージ等）が隣接した他の電気製品に誘起でき、また、人間が運用する２次側電源により人体感電などの安全上の問題が発生できるためである。

このような問題を防止するため、第１の実施の形態のバックライトアセンブリーは、前記制御部２１２から出力される制御信号を前記スイッチング部２１４に出力すると共に、２次側に位置した前記制御部２１２と１次側に位置した前記スイッチング部２１４とを絶縁する信号絶縁部２１３を備えている。

このとき、前記信号絶縁部２１３は、フォトカプラー（ｐｈｏｔｏ ｃｏｕｐｌｅｒ）又はトランスフォーマーで構成することができる。

一方、実施の形態のバックライトアセンブリーは、前記スイッチング部２１４に備えられた複数のＦＥＴ ２１４ａの駆動性能を向上させるために、前記信号絶縁部２１３から出力される制御信号を増幅し、増幅された前記制御信号を前記スイッチング部２１４を構成する複数のＦＥＴ ２１４ａに出力するスイッチング素子駆動部２１６をさらに備えることもできる。

＜参考例＞
図３は、参考例によるバックライトアセンブリーの回路図を示すものである。

同図に示すように、参考例のバックライトアセンブリーは、スイッチング部３１４、電圧昇圧部３１５、バランス回路部３２０、感知部３４０、制御部３１２、信号絶縁部３１３を備えている。

一方、実施の形態と同様に、ランプ特性上発生するランプ電流を制御するために、本実施の形態は前記電圧昇圧部３１５の２次側に複数のバランスコイル３２０ａで構成されたバランス回路部３２０を接続することによって、前記２次側電圧により発生した交流電流を複数の前記蛍光ランプ３３０に均一に供給できるようになり、これによって、複数の前記蛍光ランプ３３０から発生する光の輝度を均一にできるため、バックライトの発光特性を向上させ得るという利点を有する。

一方、前記スイッチング部３１４は、複数のスイッチング素子３１４ａを備え、前記制御部３１２から出力される制御信号に応答してＰＦＣ回路から入力される直流電源をオン／オフ制御し、該オン／オフ制御により前記直流電源をスイッチングすることにより、一定周波数を有する矩形波電圧に変換する機能を果たす。

このとき、前記スイッチング素子３１４ａとして、ＢＪＴ、ＦＥＴなどが用いられ、ＦＥＴが主に用いられる。

したがって、以下の説明では、スイッチング素子３１４ａとしてＦＥＴを中心に説明する。しかし、本発明の技術的思想はＦＥＴのみならず、前記スイッチング素子として用いられることのできる素子に適用できる。たとえ、本明細書においてはＦＥＴを中心に説明するとしても、本発明の概念と範囲はＦＥＴに限定されるものではない。

また、前記電圧昇圧部３１５は、トランスフォーマーを備え、前記スイッチング部３１４により変換された矩形波電圧が１次側に印加され、これを２次側電圧に昇圧し、共振回路（図示せず）等を介して昇圧された前記２次側電圧を正弦波の電圧に変換し、変換された前記正弦波の２次側電圧を複数の前記蛍光ランプ３３０に供給する。

このとき、従来では、電源部のＤＣ／ＤＣコンバーターが電源と負荷との間を絶縁する機能を果たしたが、参考例では、前記電圧昇圧部３１５が１次側と２次側との間を絶縁する機能を果たすようになる。

なお、前記電源昇圧部３１５は、複数の前記蛍光ランプ３３０の両方間に最高値レベルと最低値レベルとの間の間隔が同じであり、かつ正極性と負極性レベルが同じである正弦波２次側電圧を供給し、一方が接地された複数の前記蛍光ランプ３３０の他方に昇圧された前記２次側電圧により発生する交流電流を前記バランス回路部３２０を介して供給する。

このとき、前記トランスフォーマーは、前記スイッチング部３１４により変換されたＰＷＭ方式の矩形波電圧を２次側電圧に昇圧する機能を果たし、１つ又は２つを用いることができるが、本実施の形態では１つのトランスフォーマーを用いた。

このように、本参考例は、１つのトランスフォーマーにより並列に接続した複数のランプを駆動させることができるため、回路の全体面積を減らし、かつバックライト駆動のための電源効率を向上させ得るという利点を有する。

このように１つのトランスフォーマーにより並列に接続した複数のランプの駆動が可能な理由は、バランス回路部３２０を利用することによって、ランプそれぞれに流れる電流を一定に制御できるためである。

一方、前記感知部３４０は、前記電圧昇圧部３１５の２次側に位置し、複数の前記蛍光ランプ３３０の電圧又は電流を感知して光の輝度を均一に維持するためのフィードバック信号を出力させ、また複数の前記蛍光ランプ３３０の非正常状態を感知して回路を遮断するための回路遮断信号を出力する。

このとき、前記感知部３４０は、前記電圧昇圧部３１５の２次出力端又は前記バランス回路部３２０の出力端に接続することができる。

また、前記制御部３１２は、前記電圧昇圧部３１５のトランスフォーマーの１次側に位置し、前記感知部３４０からフィードバック信号及び回路遮断信号が入力されて、前記スイッチング部３１４を制御する制御信号を出力する。

このとき、上記のように、従来の電源と負荷との間の絶縁機能を果たしていたＤＣ／ＤＣコンバーターが除去されることにより、実施の形態と同様に、前記電圧昇圧部３１５の１次側と２次側の接地部を分離させる必要が生じる。

その理由は、一般に、ある家庭で用いられる電気製品の１次側部分は、１つのループを形成し、２次側部分は、人間が運用する部分であり、かつ、各製品に個別的に形成される部分であるため、仮に、１次側と２次側の接地部を分離しない場合、ある１つの製品において発生した問題（ＥＭＩ、ＰＦ、サージ等）が隣接した他の電気製品に誘起されることがあり、また、人間が運用する２次側電源により人体感電などの安全上の問題が発生することがあるためである。

このような問題を防止するため、参考例のバックライトアセンブリーは、前記感知部３４０から出力されるフィードバック信号及び回路遮断信号を前記制御部３１２に出力し、かつ２次側に位置した前記感知部３４０と１次側に位置した前記制御部３１２とを絶縁する信号絶縁部３１３を備えている。

このとき、前記信号絶縁部３１３は、フォトカプラー又はトランスフォーマーで構成することができ、外部から供給されるオン／オフ信号及びランプの明るさを制御するディミング信号などを１次側のＩ前記制御部３１２に出力することもできる。

このとき、前記制御部３１２は、アナログ方式の信号を利用して制御信号を出力するため、前記信号絶縁部３１３から出力された信号のうち、ＰＷＭ方式のディミング信号をアナログ方式に変換するデジタル／アナログ変換器（図示せず）を備えている。

一方、参考例のバックライトアセンブリーは、実施の形態と同様に、前記スイッチング部３１４に備えられた複数のＦＥＴ ３１４ａの駆動性能を向上させるために、前記制御部３１２から出力される制御信号を増幅し、増幅された前記制御信号を前記スイッチング部３１４を構成する複数のＦＥＴ ３１４ａに出力するスイッチング素子駆動部３１６をさらに備えることもできる。

上述した本発明の好ましい実施の形態は、例示の目的のために開示されたものであり、本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲内で、様々な置換、変形、及び変更が可能であり、このような置換、変更などは、特許請求の範囲に属するものである。

従来の技術によるバックライトアセンブリーの構成図である。 本発明による実施の形態に係るバックライトアセンブリーの回路図である。 参考例に係るバックライトアセンブリーの回路図である。

符号の説明

２１２，３１２ 制御部
２１３，３１３ 信号絶縁部
２１４，３１４ スイッチング部
２１４ａ，３１４ａ スイッチング素子（ＦＥＴ）
２１５，３１５ 電源昇圧部
２１６ スイッチング素子駆動部
２２０，３２０ バランス回路部
２４０，３４０ 感知部
３３０ 蛍光ランプ

Claims (12)

1. ＰＦＣ回路から入力される直流電圧を制御信号により矩形波電圧として出力するスイッチング部と、
   前記矩形波電圧が１次側に印加され、これを２次側電圧に昇圧させ、前記１次側と２次側との間の絶縁機能を行う電圧昇圧部と、
   並列に接続した複数の蛍光ランプの輝度を均一にするために、前記電圧昇圧部の２次側に接続して昇圧された前記２次側電圧により発生した交流電流を、複数の前記蛍光ランプに均一に供給するバランス回路部と、
   前記電圧昇圧部の２次側に位置し、複数の前記蛍光ランプの電圧又は電流を感知して、光の輝度を均一に維持するためのフィードバック信号及び複数の前記蛍光ランプの非正常状態を感知し、回路を遮断するための回路遮断信号を出力する感知部と、
   前記電圧昇圧部の２次側に位置し、前記感知部からフィードバック信号及び回路遮断信号が入力されて、前記スイッチング部を制御する制御信号を出力する制御部と、
   前記２次側に位置した制御部から出力される制御信号を１次側の前記スイッチング部に出力し、前記１次側と２次側との接地部を分離させるために、前記制御部と前記スイッチング部とを絶縁する信号絶縁部と、
   を備えるバックライトアセンブリー。
2. 前記信号絶縁部は、
   フォトカプラー又はトランスフォーマーで構成されることを特徴とする請求項１に記載のバックライトアセンブリー。
3. 前記電源昇圧部は、
   １つ又は２つのトランスフォーマーを備えることを特徴とする請求項１に記載のバックライトアセンブリー。
4. 前記電源昇圧部は、
   複数の前記蛍光ランプの両方間に最高値レベルと最低値レベルとの間の間隔が同じである正弦波の２次側電圧を供給することを特徴とする請求項３に記載のバックライトアセンブリー。
5. 前記電源昇圧部は、
   複数の前記蛍光ランプの両方間に正極性レベルと負極性レベルが同じである正弦波の２次側電圧を供給することを特徴とする請求項４に記載のバックライトアセンブリー。
6. 前記電源昇圧部は、
   一方が接地された複数の前記蛍光ランプの他方に昇圧された前記２次側電圧により発生した交流電流を前記バランス回路部を介して供給することを特徴とする請求項５に記載のバックライトアセンブリー。
7. 前記信号絶縁部から出力された制御信号を増幅し、増幅された前記制御信号を、前記スイッチング部を構成する複数のスイッチング素子に出力するスイッチング素子駆動部をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載のバックライトアセンブリー。
8. 前記制御部は、
   外部からオン／オフ信号及びディミング信号をさらに受け取ることを特徴とする請求項１に記載のバックライトアセンブリー。
9. 前記制御部は、
   前記外部から入力された信号のうち、ＰＷＭ方式のディミング信号をアナログ方式に変換するデジタル／アナログ変換器をさらに備えることを特徴とする請求項８に記載のバックライトアセンブリー。
10. 複数の前記スイッチング素子は、ＦＥＴであることを特徴とする請求項１に記載のバックライトアセンブリー。
11. 前記感知部は、
    前記電圧昇圧部の２次出力端に接続することを特徴とする請求項１に記載のバックライトアセンブリー。
12. 前記感知部は、
    前記バランス回路部の出力端に接続することを特徴とする請求項１に記載のバックライトアセンブリー。

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