JP4875044B2 - バックライトモジュール - Google Patents

Description

本発明は、バックライトモジュールに関し、特に液晶ディスプレイ及び照明装置に利用されるバックライトモジュールに関するものである。

最近、液晶ディスプレイが急速に発展し、パソコン、テレビ、移動通信及び消費者向け電子製品などの分野に広く使用されていると共に、これらの電子製品の液晶ディスプレイに対する要求も不断に高まっており、高輝度、軽薄化、低コスト、低消費電力、長寿命化などが液晶ディスプレイの発展する方向となっている。

液晶の自体が発光しないので、液晶ディスプレイにバックライトモジュールを利用する必要がある。バックライトモジュールは、光源の位置によって、直下式のバックライトモジュールとサイドライト式のバックライトモジュールの二種がある。直下式のバックライトモジュールは、サイドライト式のバックライトモジュールと比べて、輝度が高いという優れた点がある（非特許文献１を参照）ので、一般的に直下式のバックライトモジュールが広く応用されている。現在、バックライトモジュールの光源は、線光源（例えば、冷陰極蛍光灯）又は点光源（例えば、発光ダイオード）を採用する。発光ダイオードは、色の飽和度が高く、水銀汚染がなく、寿命が長いという特性があるので、広くバックライトモジュールに応用されている。

図１は、従来技術の直下式のバックライトモジュールの模式図である。該バックライトモジュール１０は、底板１１と、該底板１１に設置されている発光ダイオードアレイ１２と、該発光ダイオードアレイ１２に相対して設置されている拡散板１４と、を含む。

前記発光ダイオードアレイ１２は、複数の赤色の発光ダイオード１２ａ、緑色の発光ダイオード１２ｂ、青色の発光ダイオード１２ｃを含む。該赤色の発光ダイオード１２ａ、緑色の発光ダイオード１２ｂ、青色の発光ダイオード１２ｃが前記底板１１に順番に、周期的に配列されている。

前記赤色の発光ダイオード１２ａ、緑色の発光ダイオード１２ｂ、青色の発光ダイオード１２ｃは、それぞれ赤色の光、緑色の光、青色の光を放出する。前記赤、緑、青の三原色の光が前記拡散板１４に入射する途中で連続的に混光し、所定の距離を通って白い光を形成する。該白い光が該拡散板１４に入射する。
汪顕波、「大きいパワーを有して、白い光を放つ発光ダイオードで高輝度のバックライトの設計を実現する」、「現代表示」、第七十二期、第５１ページ

しかし、前記バックライトモジュール１０の自体の寸法に制限があり、即ち、光を混合させる距離が制限されるため、混合して形成した白い光が不均一になり、又は、黄色の光又は青色の光を放出するなどの不具合がある。このようなバックライトモジュール１０が液晶ディスプレイに利用した場合、表示パネルの異なる領域において、色収差が発生する恐れがある。赤、緑、青の三原色の光から十分に白い光へ形成するために、光を混合するための距離を増加させる必要がある。しかし、これに伴って、前記バックライトモジュール１０が厚くなるという欠点が生じる。

さらに、前記バックライトモジュール１０が、大きい寸法の液晶表示パネルに応用される場合、要望する輝度を実現するために、複数の赤色の発光ダイオード１２ａ、緑色の発光ダイオード１２ｂ、青色の発光ダイオード１２ｃを使用しなければならない。しかし、複数の赤色の発光ダイオード１２ａ、緑色の発光ダイオード１２ｂ及び青色の発光ダイオード１２ｃからの光を混合して形成した白い光は、光エネルギーの利用率が低く、色の飽和度が低く、不均一であり、表示色が要求によって調整できないという欠点がある。

従って、本発明は、光エネルギー及び色の飽和度が高く、色が調整でき、光の色が均一であるという薄型バックライトモジュールを提供する。

バックライトモジュールは、少なくとも一つの凹槽である反射部を有する底面、及び該底面に相対する出射面を含む導光板と、前記反射部の内部に設置された混光装置とを含む。全ての集光装置が一つの共用の出射面を有し、各々の集光装置がそれぞれ第一焦点及び第二焦点を有し、各々の集光装置の第一焦点を共用させ、前記集光装置の共用の出射面に設置し、各々の光源が各々の集光装置の第二焦点にそれぞれ設置される。

前記反射部が反射面及び入射面を含み、該反射面が前記凹槽の底面であり、該入射面が前記凹槽の側面である。

前記反射部の反射面が円錐面又は円錐面に近似する曲面である。

前記反射部の入射面が円柱面、円錐面又は円錐面に近似する曲面である。

前記各々の集光装置の第一焦点が前記反射部の中心軸に設置されている。

前記導光板の底面に突起が形成され、前記反射部が該突起に設置されている。

前記共用の出射面に散乱膜が設置されている。

従来のバックライトモジュールと比べると、本発明のバックライトモジュールは次の優れた点がある。第一では、本発明のバックライトモジュールの混光装置は、少なくとも二つの光源からの光を混合するので、光エネルギー及び色の飽和度が高く、色が調整でき、光の色が均一であるという優れた点を有した光を形成することができる。従って、液晶ディスプレイ及び照明装置に前記バックライトモジュールを利用することにより、輝度を高めることができる。第二では、前記バックライトモジュールにおいて、導光板の底面に反射部が設置されるので、該反射部で反射された光は、該導光板の内部に入射され、該導光板の内部で反射され、散乱されてから、該導光板の出射面より射出される。従って、該導光板の厚さの方向に沿って、光が均一に混合されるので、前記バックライトモジュールの厚さが減少される。また、光が前記反射部の反射面に入射する角度が小さいので、該反射部の反射面において、光エネルギーの損失が小さい。即ち、光エネルギーの利用率が高い。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。

図２及び図３を参照すると、本発明の第一実施形態によるバックライトモジュール２６０が提供される。該バックライトモジュール２６０は、混光装置２０と、導光板２２０と、プリズムシート２３０と、偏光シート２４０と、散乱板２５０と、を含む。

前記導光板２２０は、長方体又は正方体である透明の基板である。該導光板２２０の材料がポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）、ポリカーボネート（ＰＣ）又はガラスなどの透明の材料である。該導光板２２０は、底面２２５と、該底面２２５に相対して設置された出射面２２７と、該底面２２５及び出射面２２７を接続する側面（図示せず）と、を含む。前記導光板２２０は更に一つの反射部２２３を含む。該反射部２２３が該導光板２２０の底面２２５に設置され、該導光板２２０の内部において対向する凹槽の形状で形成されている。該反射部２２３が反射面２２３ａ及び入射面２２３ｂを含み、該反射面２２３ａが前記凹槽の底面であり、該底面が円錐面又は円錐面に近似する曲面であり、前記混光装置２０からの一部の光を前記導光板２２０の内部に入射させる。前記入射面２２３ｂが前記凹槽の側面であり、形状が円柱面、円錐面又は円錐面に近似する曲面である。該入射面２２３ｂが前記混光装置２０からの光又は前記反射面２２３ａに反射された光を、該入射面２２３ｂを通して前記導光板２２０の内部に入射させるならば、曲面に形成してもよい。本実施形態において、前記反射面２２３ａが円錐面に近似する曲面であり、前記入射面２２３ｂが円柱面である。

具体的には、前記反射部２２３が該導光板２２０の底面２２５に設置された凹槽である。該凹槽は、該導光板２２０から、所定の回転軸を中心として所定の平面図形を回転させて形成された構造体を、除去して形成するものである。本実施形態において、該構造体は、該底面２２５に直交する該導光板２２０の中心軸を回転軸として、所定の平面図形を回転して形成する。前記凹槽は円柱面である側面及び円錐面に近似する曲面を含む。前記反射面２２３ａが該凹槽の底面であり、前記入射面２２３ｂが該凹槽の側面である。

前記混光装置２０が前記反射部２２３の内部に設置され、該反射部２２３の反射面２２３ａに対向して設置される。該混光装置２０が白い光又はカラー光を射出することができる。前記反射部２２３の大きさにより、該混光装置２０を設計することができる。該混光装置２０の一部又は全体を該反射部２２３の内部に設置してもよい。

図４及び図５を参照すると、本実施形態において、前記混光装置２０は、第一集光装置１００、第二集光装置２００及び第三集光装置３００を含む。該混光装置２０が更に、第一光源１１０、第二光源２１０及び第三光源３１０を含む。前記第一集光装置１００、第二集光装置２００及び第三集光装置３００がそれぞれ楕球体である。該第一集光装置１００が長軸Ｌ１と、該長軸Ｌ１に位置された焦点Ｏと、焦点Ａと、を含む。該第二集光装置２００が長軸Ｌ２と、該長軸Ｌ２に位置された焦点Ｏと、焦点Ｂと、を含む。該第三集光装置３００が長軸Ｌ３と、該長軸Ｌ３に位置された焦点Ｏと、焦点Ｃと、を含む。前記第一集光装置１００、第二集光装置２００及び第三集光装置３００は、これらが共用の焦点Ｏを有する。前記各々の集光装置の焦点Ｏが前記反射部の中心軸に設置される。前記第一光源１１０が該第一集光装置１００の焦点Ａに設置され、前記第二光源２１０が該第二集光装置２００の焦点Ｂに設置され、前記第三光源３１０が該第三集光装置３００の焦点Ｃに設置される。前記混光装置２０は、前記第一集光装置１００、第二集光装置２００及び第三集光装置３００が共用の出射面２３を有する。該共用の出射面２３は平面又は曲面である。前記焦点Ｏは前記共用の出射面２３に形成される。前記共用の出射面２３に散乱膜を設置して、該共用の出射面２３からの光を分散するように用いられる。

前記混光装置２０の第一光源１１０、第二光源２１０及び第三光源３１０は、それぞれ単色発光ダイオード又は多色発光ダイオードである。本実施形態において、前記第一光源１１０、第二光源２１０及び第三光源３１０が三つの単色発光ダイオードである。前記第一光源１１０が赤色の発光ダイオードであり、前記第二光源２１０が緑色の発光ダイオードであり、前記第三光源３１０が青色の発光ダイオードである。前記長軸Ｌ１と前記共用の出射面２３との成す角度がα１であり、前記長軸Ｌ２と前記共用の出射面２３と成す角度がα２であり、前記長軸Ｌ３と前記共用の出射面２３と成す角度がα３である。該角度α１、α２、α３が同じ又は異なり、範囲が４０°〜７０°である。該長軸Ｌ１、長軸Ｌ２及び長軸Ｌ３は、それぞれ成す角度が同じ又は異なる。本実施形態において、該角度α１、α２、α３が同じで、６０°であることが好ましく、該長軸Ｌ１、長軸Ｌ２及び長軸Ｌ３のそれぞれ成す角度が同じであることが好ましい。

図４と図６を参照すると、前記第一集光装置１００を例として詳しく説明する。該第一集光装置１００が楕球状であり、材料がＰＭＭＡ又はガラスなどの透明の材料からなる。該第一集光装置１００が第一中空構造１２１と、該第一中空構造１２１に相対して設置された第一出射面２３ａと、該第一中空構造１２１及び該第一出射面２３ａを接続する第一外表面１２２と、を含む。該第一中空構造１２１は、該第一集光装置１００の前記第一出射面２３ａと相対する端部に設置し、該第一集光装置１００の内部へ延伸して凹槽の形状に形成されている。前記焦点Ａは前記第一中空構造１２１の内に設計されている。該第一中空構造１２１が第一側面１２１ａ及び第一底面１２１ｂを含む。該第一側面１２１ａが円柱面又は円錐面であり、該第一底面１２１ｂが球面であり、該球面の曲率半径が２．６〜３．５である。該第一側面１２１ａにより、前記第一光源１１０からの光を該第一集光装置１００の内部に入射させることができる。該第一底面１２１ｂにより、前記第一光源１１０からの光を該第一集光装置１００の焦点Ｏに集めることができる。

前記第一中空構造１２１は、前記第一集光装置１００の内部から所定の構造体を除去して形成したものである。前記第一外表面１２２が前記第一中空構造１２１及び第一出射面２３ａを接続する楕球面である。前記第一光源１１０が前記第一中空構造１２１に設置され、前記第一集光装置１００の焦点Ａに設置される。さらに、該第一光源１１０の発光面（図示せず）が前記第一中空構造１２１の第一底面１２１ｂに相対する。前記第一外表面１２２に反射機能を増加するための反射膜（図示せず）を設置することができる。

前記第一集光装置１００において、前記第一光源１１０が該第一集光装置１００の焦点Ａに設置されるので、該第一光源１１０からの一部の光が前記中空構造１２１の第一側面１２１ａを透過し、該第一集光装置１００の内部に入射してから、前記第一外表面１２２で反射され、該第一集光装置１００の第一出射面２３ａに設けられた焦点Ｏに入射して、最後、放射状に射出される。前記第一光源１１０からの他の光が前記中空構造１２１の第一底面１２１ｂに集められ、該焦点Ｏに入射して、最後、該焦点Ｏから放射状に射出される。

前記第一集光装置１００において、前記第一光源１１０が焦点Ａに設置されるので、前記第一光源１１０からの光の中で、出射角度の大きい光が前記第一外表面１２２で反射され、出射角度の小さい光が前記第一底面１２１ｂで屈折される。最終的に、前記第一光源１１０からの全ての光は、前記焦点Ｏに集められる。従って、光の利用率を高くすることができる。

図４と図５を参照すると、前記第二集光装置２００と前記第一集光装置１００の構造が同じであり、該第二集光装置２００は、第二中空構造２２１と、該第二中空構造２２１に相対して設置された第二出射面２３ｂと、該第二中空構造２２１及び該第二出射面２３ｂを接続する第二外表面２２２と、を含む。該第二中空構造２２１は第二側面２２１ａ及び第二底面２２１ｂを含む。前記第三集光装置３００と前記第一集光装置１００の構造が同じであり、該第三集光装置３００は、第三中空構造３２１と、該第三中空構造３２１に相対して設置された第三出射面２３ｃと、該第三中空構造３２１及び該第三出射面２３ｃを接続する第三外表面３２２と、を含む。該第三中空構造３２１は第三側面３２１ａ及び第三底面３２１ｂを含む。前記混光装置２０の共用の出射面２３は、前記第一集光装置１００の第一出射面２３ａ、前記第二集光装置２００の第二出射面２３ｂ及び前記第三集光装置３００の第三出射面２３ｃからなる。

前記混光装置２０において、前記第一集光装置１００、前記第二集光装置２００及び前記第三集光装置３００は共に焦点Ｏを有し、該第二集光装置２００及び該第三集光装置３００の作動する原理と該第一集光装置１００の作動する原理が同じである。該第一集光装置１００からの赤色の光と、該第二集光装置２００からの緑色の光と、該第三集光装置３００からの青色の光は、損失することなく前記焦点Ｏに集められて、白い光に形成される。従って、本実施形態の混光装置２０からの白い光は、高い光エネルギー、高い色の飽和度、均一な輝度という優れた点を有する。

図３と図４を参照すると、さらに、入射する光を分散させ、該導光板２２０の出射面２２７から均一に出射させるために、前記導光板２２０の底面２２５に複数の微細構造２２４を配列することができる。光を高効率に反射させるために、該導光板２２０の底面２２５及び四つの側面（図に示せずに）に反射膜を形成することができる。また、該出射面２２７からの光の輝度を高め、出射角度を制御するために、該導光板２２０の出射面２２７に輝度補償膜、散乱膜などの光学フィルム（図示せず）を形成することができる。

また、前記混光装置２０に利用された集光装置の数量は三つに制限されず、二つ又は三つ以上でもよい。

本実施形態の混光装置２０において、制御装置（図示せず）を利用して、各集光装置の光源を制御し、該混光装置２０からの光の色を調整することができるので、該混光装置２０は白い光源を提供しても、または他の色の光源を提供してもよい。

前記導光板２２０からの光を均一的に拡散させるために、順番に前記導光板２２０の出射面２２７に近い側から、プリズムシート２３０、偏光シート２４０及び散乱板２５０を設置することができる。前記散乱板２５０は、該導光板２２０の出射面２２７と所定の距離だけ離隔して、前記出射面２２７の一側に設置されている。前記散乱板２５０により、該出射面２２７からの光を均一に拡散させることができる。前記偏光シート２４０は、前記散乱板２５０の前記出射面２２７に近い側の表面に設置され、光の伝送の方向を制御するために用いられる。前記プリズムシート２３０は、前記偏光シート２４０の前記導光板の出射面２２７に近い側の表面に設置される。該プリズムシート２３０は透過型の輝度補償シート又は反射型の輝度補償シートであり、該導光板２２０からの光の輝度を調整するために用いられる。

前記バックライトモジュール２６０において、前記反射部２２３が前記導光板２２０の底面２２５に設置され、該反射部２２３の反射面２２３ａが円錐面又は円錐面に近似する曲面であるので、前記混光装置２０からの一部の光が該反射部２２３の反射面２２３ａで反射されてから、該反射部２２３の入射面２２３ｂを透過し、該導光板２２０の内部に入射する。光が該導光板２２０の内部において、反射され、散乱されてから、該導光板２２０の出射面２２７より出射する。

従って、該導光板２２０の出射面２２７が前記混光装置２０に対応する区域において、光は減少され、同時に、該出射面２２７が前記混光装置２０に対応する区域を除く区域において、光は増加される。これにより、該導光板２２０からの光を均一に射出させるので、前記バックライトモジュール２６０が均一な輝度を有することができる。

さらに、光を効率的に反射させるために、前記反射部２２３の反射面２２３ａに反射膜を形成することもできる。該反射膜は、実際の応用に応じて異なる反射性能を有する反射膜とすることができる。

図７を参照すると、本発明の第二実施形態によるバックライトモジュール３６０が提供される。該バックライトモジュール３６０は、混光装置３０と、導光板３２０と、プリズムシート３３０と、偏光シート３４０と、散乱板３５０と、を含む。

前記導光板３２０は、底面３２５と、該底面３２５に相対して設置される出射面３２７と、該底面３２５及び出射面３２７を接続する側面（図示せず）と、を含む。前記導光板３２０が更に一つの反射部３２３を含み、該反射部３２３が反射面３２３ａ及び入射面３２３ｂを含む。

前記バックライトモジュール３６０は、第一実施形態のバックライトモジュール２６０と比べて、次の異なる点がある。該バックライトモジュール３６０において、該導光板３２０は、長方体又は正方体である透明の基板であり、その底面３２５に突起３２６を設置する。該突起３２６が円錐体又は円錐体に近似するものなどである。該反射部３２３が該突起３２６に設置される。該突起３２６は、前記導光板３２０に接着させることができ、又は、前記導光板３２０と一体に成型することができる。

前記反射部３２３は、該導光板３２０の突起３２６に形成された凹槽である。該凹槽は、該導光板３２０から、所定の回転軸を中心として所定の平面図形を回転させて形成された構造体を除去して形成するものである。本実施形態において、該構造体は、該導光板３２０の底面３２５に直交する該導光板３２０の中心軸を回転軸として、所定の平面図形を回転して形成する。該凹槽は、円柱面である側面及び円錐面に近似する底面を含む。前記反射面３２３ａが該凹槽の底面であり、前記入射面３２３ｂが該凹槽の側面である。

図８を参照すると、本発明の第三実施形態によるバックライトモジュール４６０が提供される。該バックライトモジュール４６０は、混光装置４０と、導光板４２０と、プリズムシート４３０と、偏光シート４４０と散乱板４５０と、を含む。

前記導光板４２０は、底面４２５と、該底面４２５に相対して設置された出射面４２７と、及び該底面４２５及び出射面４２７を接続する側面（図示せず）と、を含む。前記導光板４２０が更に反射部４２３を含み、該反射部４２３が反射面４２３ａ及び入射面４２３ｂを含む。

前記バックライトモジュール４６０の構造と第一実施形態のバックライトモジュール２６０の構造は基本的に同じである。異なる点は、該バックライトモジュール４６０の導光板４２０の底面４２５に複数の反射部４２３が設置され、各反射部４２３に混光装置４０が設置されていることである。該バックライトモジュール４６０の作動の原理は、第一実施形態のバックライトモジュール２６０と同じである。

本発明のバックライトモジュールは次の優れた点がある。第一では、該バックライトモジュールが混光装置を利用して、少なくとも二つの光源からの光を混合するので、光エネルギー及び色の飽和度が高く、色が調整でき、光の色が均一であるという優れた点を有した光を形成することができる。従って、液晶ディスプレイ及び照明装置に前記バックライトモジュールを利用することにより、輝度を高めることができる。第二では、前記混光装置において、適切な制御装置を利用して、各集光装置の光源を制御することができるので、該混光装置２０からの光の色を調整することができる。従って、前記バックライトモジュールからの光の色を調整することができる。第三では、前記バックライトモジュールにおいて、導光板の底面に反射部が設置されているので、該反射部で反射された光は該導光板の内部に入射され、該導光板の内部で反射され、散乱されてから、該導光板の出射面より射出される。従って、該導光板の厚さの方向に沿って、光が均一に混合されるので、前記バックライトモジュールの厚さが減少される。また、光が前記反射部の反射面に入射する角度が小さいので、該反射部の反射面において、光エネルギーの損失が小さい。即ち、光エネルギーの利用率が高い。

従来技術の直下式のバックライトモジュールの模式図である。 本発明の第一実施形態に係るバックライトモジュールの模式図である。 本発明の第一実施形態に係るバックライトモジュールの断面図である。 本発明の第一実施形態に係るバックライトモジュールにおける混光装置の模式である。 本発明の第一実施形態に係るバックライトモジュールにおける混光装置の上視図である。 本発明の第一実施形態に係るバックライトモジュールにおける混光装置の第一集光装置の断面図である。 本発明の第二実施形態に係るバックライトモジュールの断面図である。 本発明の第三実施形態に係るバックライトモジュールの断面図である。

符号の説明

１０ バックライトモジュール
１１ 底板
１２ 発光ダイオードアレイ
１２ａ 赤色の発光ダイオード
１２ｂ 緑色の発光ダイオード
１２ｃ 青色の発光ダイオード
１４ 拡散板
２０、３０、４０ 混光装置
２３ 共用の出射面
２３ａ 第一出射面
２３ｂ 第二出射面
２３ｃ 第三出射面
１００ 第一集光装置
１１０ 第一光源
１２１ 第一中空構造
１２１ａ 第一側面
１２１ｂ 第一底面
１２２ 第一外表面
２００ 第二集光装置
２１０ 第二光源
２２１ 第二中空構造
２２１ａ 第二側面
２２１ｂ 第二底面
２２２ 第二外表面
２２０、３２０、４２０ 導光板
２２３、３２３、４２３ 反射部
２２３ａ、３２３ａ、４２３ａ 反射面
２２３ｂ、３２３ｂ、４２３ｂ 入射面
２２４ 微細構造
２２５、３２５、４２５ 底面
２２７、３２７、４２７ 出射面
２３０、３３０、４３０ プリズムシート
２４０、３４０、４４０ 偏光シート
２５０、３５０、４５０ 散乱板
２６０、３６０、４６０ バックライトモジュール
３００ 第三集光装置
３１０ 第三光源
３２１ 第三中空構造
３２１ａ 第三側面
３２１ｂ 第三底面
３２２ 第三外表面
３２６ 突起

Claims (7)

1. 少なくとも一つの反射部を有する底面、及び該底面に相対する出射面を含む導光板と、前記反射部の内部に設置された混光装置とを含むバックライトモジュールにおいて、
   前記混光装置が少なくとも二つの集光装置と、少なくとも二つの光源とを含み、
   全ての集光装置が一つの共用の出射面を有し、
   各々の集光装置がそれぞれ第一焦点及び第二焦点を有し、
   各々の集光装置の第一焦点を共用させ、前記集光装置の共用の出射面に設置し、
   各々の光源が各々の集光装置の第二焦点にそれぞれ設置されることを特徴とするバックライトモジュール。
2. 前記反射部が反射面及び入射面を含み、該反射面が前記反射部の底面であり、該入射面が前記反射部の側面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モジュール。
3. 前記反射部の反射面が円錐面又は円錐面に近似する曲面であることを特徴とする、請求項２に記載のバックライトモジュール。
4. 前記反射部の入射面が円柱面、円錐面又は円錐面に近似する曲面であることを特徴とする、請求項２に記載のバックライトモジュール。
5. 前記各々の集光装置の第一焦点が前記反射部の中心軸に設置されることを特徴とする、請求項１から４のいずれか一項に記載のバックライトモジュール。
6. 前記導光板の底面に突起が形成され、前記反射部が該突起に設置されていることを特徴とする、請求項１から５のいずれか一項に記載のバックライトモジュール。
7. 前記共用の出射面に散乱膜が設置されていることを特徴とする、請求項１から６のいずれか一項に記載のバックライトモジュール。

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