KR100565744B1 - 직하형 백 라이트 유닛 - Google Patents

Abstract

본 발명은 램프 어레이를 청색 LED 및 황색 형광체로 대체시켜 보다 얇은 구조를 가능하게 한 직하형 백 라이트 유닛에 관한 것으로, 매트릭스형으로 배열된 복수개의 청색 LED와, 상기 복수개의 청색 LED 상부에 형성된 투명 사각관과, 상기 투명 사각관 내에 도포된 황색 형광체와, 상기 투명 사각관 상부에 형성된 광학 쉬트를 포함하여 이루어짐을 특징으로 한다.

청색 LED, 황색 형광체, 광학 쉬트, 면광원

Description

직하형 백 라이트 유닛{Back Light Unit of Direct Type }

도 1은 종래의 에지형 백 라이트 유닛을 나타낸 개략 단면도

도 2는 종래의 직하형 백 라이트 유닛을 나타낸 개략 단면도

도 3은 본 발명의 직하형 백 라이트 유닛을 나타낸 단면도

도 4는 본 발명의 직하형 백 라이트 유닛에 이용되는 청색 LED와 황색 형광체의 파장을 나타낸 그래프

*도면의 주요 부분에 대한 부호 설명*

31 : 청색 LED 32 : 투명 사각관

33 : 황색 형광체 34 : 확산 쉬트

본 발명은 백 라이트 유닛(Back Light Unit)에 관한 것으로 특히, 램프 어레이를 청색 LED 및 황색 형광체로 대체시켜 보다 얇은 구조를 가능하게 한 직하형 백 라이트 유닛(Back Light Unit for Direct Type)에 관한 것이다.

일반적으로 사용되고 있는 표시 장치들 중의 하나인 CRT(Cathode Ray Tube)는 텔레비전(TV)을 비롯해서 계측기기, 정보 단말기기 등의 모니터에 주로 이용되 고 있으나, CRT의 자체 무게와 크기로 인해 전자 제품의 소형화, 경량화의 요구에 적극적으로 대응할 수 없었다.

따라서 각종 전자제품의 소형, 경량화되는 추세에서 CRT는 무게나 크기 등에 있어서 일정한 한계를 가지고 있으며 이를 대체할 것으로 예상되는 것으로, 전계 광학적인 효과를 이용한 액정 표시 장치(LCD ; Liquid Crystal Display), 가스방전을 이용한 플라즈마 표시소자(PDP ; Plasma Display Panel) 및 전계 발광 효과를 이용한 EL 표시소자(ELD ; Electro Luminescence Display) 등이 있으며, 그 중에서 액정 표시 장치에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.

이러한, CRT를 대체하기 위해서 소형, 경량화 및 저소비전력 등의 장점을 갖는 액정 표시 장치는, 최근에 평판 표시 장치로서의 역할을 충분히 수행할 수 있을 정도로 개발되어 랩탑형 컴퓨터의 모니터뿐만 아니라 데스크탑형 컴퓨터의 모니터 및 대형정보 표시 장치 등에 사용되고 있어 액정 표시 장치의 수요는 계속적으로 증가되고 있는 실정이다.

한편, 액정 표시 장치의 대부분은 외부에서 들어오는 광원의 양을 조절하여 화상을 표시하는 수광성 소자이기 때문에 액정 패널에 광을 조사하기 위한 별도의 광원, 즉, 백 라이트가 반드시 필요하며, 이러한 백 라이트는 램프 유닛이 설치되는 위치에 따라 에지형과 직하형으로 구분된다.

여기서 광원으로는 EL(Electro Luminescence), LED(Light Emitting Diode), CCFL(Cold Cathode Fluorescent Lamp), HCFL(Hot Cathode Fluorescent Lamp) 등을 사용하며, 특히 수명이 길고 소비전력이 작으며 얇게 형성할 수 있는 CCFL 방식이 대화면 컬러 TFT LCD에서 많이 사용된다.

CCFL 방식은 페닝 효과(penning effect)를 이용하기 위해 아르곤(Ar), 네온(Ne) 등을 첨가한 수은(Hg) 가스를 저압으로 봉입한 형광 방전관을 사용하고 있다. 관의 양단에는 전극이 형성되는데 음극은 판상으로 넓게 형성되며, 전압이 인가될 경우 스퍼터링(sputtering) 현상에서와 같이 방전관 내의 하전입자가 판상의 음극과 충돌하여 이차 전자를 발생시키고 이는 주변 원소들을 여기시켜 플라즈마를 형성시킨다.

이 원소들은 강한 자외선을 방출하며 이 자외선이 다시 형광체를 여기시켜 형광체가 가시광선을 방출하게 한다.

이중 에지방식은 빛을 안내하는 도광판의 측면에 램프 유닛이 설치되는 것으로써, 램프 유닛은 빛을 발산하는 램프, 램프의 양단에 삽입되어 램프를 보호하는 램프 홀더 및 램프의 외주면을 감싸고 일측면이 도광판의 측면에 끼워져 램프에서 발산된 빛을 도광판 쪽으로 반사시켜 주는 램프 반사판을 구비한다.

이와 같이 도광판의 측면에 램프 유닛이 설치되는 에지형은 주로 랩탑형 컴퓨터 및 데스크탑형 컴퓨터의 모니터와 같이 비교적 크기가 작은 액정 표시 장치에 적용되는 것으로, 빛의 균일성이 좋고, 내구 수명이 길며, 액정 표시 장치의 박형화에 유리하다.

한편, 직하형은 액정 표시 장치의 크기가 20인치 이상으로 대형화되기 시작하면서 중점적으로 개발되기 시작한 것으로, 확산판의 하부면에 복수개의 램프를 일렬로 배열시켜 액정패널의 전면으로 빛을 직접 조광하는 것이다.

이러한, 직하형은 에지형에 비해 광의 이용 효율이 높기 때문에 고휘도를 요구하는 대화면 액정 표시 장치에 주로 사용된다.

하지만, 직하형이 채택된 액정 표시 장치의 경우는 대형 모니터나 텔레비전 등으로 사용되어 랩탑형 컴퓨터에 비해 사용하는 시간이 길어지고, 램프의 개수도 많기 때문에 에지형보다 직하형에서 램프의 고장 및 수명이 다하여 점등이 되지 않는 램프가 나타날 가능성이 더 많아졌다.

직하형에서는 화면 밑면에 램프들이 복수개 설치되기 때문에 램프의 수명 및 고장으로 인해 예를 들어, 한 개의 램프가 점등되지 않을 경우 램프가 점등되지 않는 부분이 다른 부분보다 현저하게 어두워지므로 램프가 점등되지 않는 부분이 화면상에 곧바로 나타나게 된다.

이로 인해, 직하형에서는 램프의 교체가 빈번하게 이루어지므로, 램프 유닛을 분해하고 조립하는데 용이한 구조를 가져야 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 종래의 백 라이트 유닛에 대해 설명하면 다음과 같다.

도 1은 종래의 에지형 백 라이트 유닛을 나타낸 개략 단면도이다.

도 1과 같이, 종래의 에지형 백 라이트 유닛은 형광 램프(1), 도광판(2), 확산물질(3), 반사판(4), 확산판(5) 및 프리즘 시트(6) 등으로 구성되어 있다.

먼저, 상기 형광 램프(1)는 전압이 인가되면 형광 램프(1)내에 존재하는 잔류 전자들은 양극으로 이동하고, 이동 중인 잔류 전자가 아르곤(Ar)과 충돌하여 아르곤이 여기되어 양이온을 증식하고, 증식된 양이온이 음극에 충돌하여 2차 전자를 방출한다.

상기 방출된 2차 전자가 관내를 흘러서 방전을 개시하게 되면 방전에 의한 전자의 흐름이 수은증기와 충돌, 전리하여 자외선과 가시광이 방출되고, 방출된 자외선이 램프 내벽에 도포된 형광체를 여기시켜 가시광을 방출하여 빛을 발산하게 된다.

이어, 상기 도광판(2)은 상기 형광 램프(1)에서 발산된 빛을 내부로 입사시켜 상부로 면광원이 출사되도록 하는 웨이브 가이드(Wave-Guide)로서, 광투과력이 우수한 PMMA(Poly Methyl Meta Acrylate) 수지가 사용된다.

상기 도광판(2)의 광입사 효율에 관계하는 요소로는 도광판(2) 두께 대 형광 램프(1)의 직경, 도광판(2)과 형광 램프(1) 사이 거리, 램프 반사판의 형태 등이 있으며, 일반적으로 형광 램프(1)를 도광판(2) 중심보다 두께 방향으로 비껴 놓음으로서 광입사 효율이 높아지게 된다.

LCD용 백 라이트 유닛의 도광판(2)은 인쇄방식의 도광판, V-cut 방식의 도광판 및 산란 도광판 등이 있다.

이어, 상기 확산물질(3)은 Si02, 입자와 PMMA, 솔벤트(Solvent)등으로 이루어진다. 이 때 상술한 Si02 입자는 광확산용으로 사용되고, 다공질 입자 구조를 가진다. 또한, PMMA는 Si02 입자를 도광판(2) 하부면에 부착시키기 위해 사용된다.

상기 확산물질(3)은 도트 형태로 도광판 하부면에 도포되며, 도광판(2) 상부에서의 균일한 면광원을 얻기 위해 도트의 면적이 단계적으로 커진다. 즉, 형광 램프(1)에서 가까운 쪽은 단위면적당 도트가 차지하는 면적율이 작고, 형광 램프(1) 에서 먼 쪽은 단위 면적당 도트가 차지하는 면적율이 크다.

이때 도트의 모양은 여러 가지 형태가 있을 수 있으며, 단위 면적당 도트의 면적율이 동일하면 도트의 모양에 상관없이 도광판 상부에서 같은 밝기의 효과를 얻을 수 있다.

이어, 반사판(4)은 도광판(2) 하면에 설치되어 형광 램프(1)에서 출사된 빛이 도광판(2) 내부로 입사되도록 한다.

그리고 상기 확산판(5)은 도트 패턴의 확산 물질(3)이 도포된 도광판(2) 상부에 설치되어 시야각(Viewing Angle)에 따라 균일한 휘도를 얻도록 하는데, 확산판(5)의 재질로는 PET(Poly Ethylene Terephthalate)나 PC(Poly Carbonate) 수지를 사용하며, 확산판(5)의 상부에는 확산 역할을 하는 입자 코팅층이 있다.

이어, 프리즘 시트(6)는 상기 확산판(5) 상부로 투과되어 반사되는 광의 정면 휘도를 높이기 위한 것으로서, 상술한 프리즘 시트(6)는 특정 각도의 광만 투과되도록 하고, 나머지 각도로 입사된 빛은 내부 전반사가 일어나 프리즘 시트(6) 하부로 다시 되돌아간다. 상술한 것과 같이 되돌아가는 광은 도광판(2) 하부에 부착된 반사판(4)에 의해 반사된다.

상기와 같이 구성된 에지형 백 라이트 유닛은 몰드 프레임(mold frame, 미도시)에 고정되며, 상기 에지형 백 라이트 유닛의 상면에 배치되는 디스플레이 유닛은 탑 케이스(top case)로 보호되고, 탑 케이스(top case, 미도시)와 몰드 프레임(mold frame)은 그 사이에 백 라이트 유닛과 도시된 액정 패널과 같은 디스플레이 유닛을 수용한 채 결합된다.

그러나, 상기와 같이 종래의 에지형 백 라이트 유닛은 광원이 액정 패널에 대하여 측면에 위치하기 때문에, 반드시 빛을 균일하게 외부로 출사시킬 수 있는 도광판을 구비하여야 하므로, 두께와 비용 증가의 문제가 있다. 또한, 측면에 위치한 광원을 이용하여 액정 패널 전면에 빛을 출사시킴에 있어, 형광 램프의 크기 및 용량의 제약 때문에 고휘도의 백 라이트 유닛을 획득하기 힘들다.

이러한 에지형 백 라이트 유닛의 단점을 개선한 것이 직하형 백 라이트 유닛이다.

도 2는 종래의 직하형 백 라이트 유닛을 나타낸 개략 단면도이다.

도 2와 같이, 종래의 직하형 백 라이트 유닛은 액정 패널(미도시)의 배면에 일정한 간격을 갖고 배열되는 복수개의 램프(10)와, 상기 램프(10)에 발생한 빛을 집중시키기 위해 상기 램프(10)를 감싸도록 형성된 반사판(11)과, 상기 램프(10)의 상부에 구성되어 상기 램프(10)에 발생한 빛을 확산 및 산란시키는 복수개의 광학 쉬트(13)를 포함하여 이루어진다.

상기 램프(10), 반사판(11) 및 광학 쉬트(13)는 상술한 에지형의 백 라이트 유닛과 동일한 재료를 이용할 수 있다.

즉, 상기 복수개의 램프(10)는 CCFL 등의 광원으로 이루어지며, 반사판(11)은 PET(Poly Ethylene Terephthalate)나 PC(Poly Carbonate) 수지 등의 투명 필름상에 반사성 금속 물질이 코팅된 것이다. 그리고, 도시되어 있지 않지만, 상기 반사판(11)을 감싸며 상기 복수개의 램프(10)를 유지하는 외곽 케이스가 형성되어 있다.

광학 쉬트(13)에는 상기 복수개의 램프(10)들 사이사이의 공간에 대응되는 부위에도 상기 램프(10)에 대응되는 부위와 같이, 균일한 면광원을 구현하기 위해 확산판 및 복수개의 확산 쉬트, 산란판 등이 필요할 것이다.

확산판은 PET(Poly Ethylene Terephthalate)나 PC(Poly Carbonate) 수지 등의 투명 필름 상에 확산 역할을 하는 입자가 코팅된 것이다.

상술한 에지형과 직하형의 백 라이트 유닛에서는 모두 광원으로 형광 램프를 사용하고 있는데, 자체의 발광특성으로 인해 색재현율이 낮다.

따라서, 모두 발광 특성이 우수한 광원이 제안되었는데, 그 하나가 LED이다. LED를 이용할 경우, 휘도 특성이 높기 때문에 도광판 등의 광학 쉬트 두께가 얇아질 수 있으며, 여러 가지 칼라를 표현할 수 있을 뿐만 아니라, LED(Light Emitting Diode)를 사용하여 소비 전력을 감소시키기 위한 기술 개발 등이 이루어지고 있다.

상기와 같은 종래의 백 라이트 유닛은 다음과 같은 문제점이 있다.

종래의 에지형 백 라이트 유닛은 액정 패널의 외측에 대응하여 선광원이 형성된 것으로, 액정 패널 전면에 균일한 고휘도의 면광원을 구현하는데 구조적인 문제점이 있다.

또한, 이를 개선하기 위해 제안된 종래의 직하형 백 라이트 유닛은 상기 램프가 지나는 액정 패널의 부위 외에 소정 간격을 갖고 이격되어 있는 램프와 램프 사이에 대응되는 액정 패널의 부분에도 균일한 면광원을 조사하기 위해서는 고가의 확산판이나 확산 쉬트와 같은 광학 쉬트가 다량 사용된다는 문제가 있다. 또한, 균 일한 면광원을 위해서는 상기 램프와 그 상부의 광학 쉬트까지 소정 간격의 이격 거리가 필요하여, 일정 사이즈 이상의 얇은 구조의 백 라이트 유닛을 구현함에도 장애가 있다.

또한, 직하형 백 라이트 유닛은 복수개의 형광 램프가 소정 간격 이격하여 형성되는 광원을 이용한 것으로, 상기 복수개의 형광 램프가 일체로 온/오프 동작이 일어나 국부적인 영역의 휘도 조절이 곤란하다. 한편, 상기 복수개의 형광 램프 각각을 온/오프 동작시키더라도 선광원인 상기 형광 램프가 지나는 부위 이하 영역의 밝기를 조절하기는 곤란하다는 문제점은 남아있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로 램프 어레이를 청색 LED 및 황색 형광체로 대체시켜 보다 얇은 구조를 가능하게 한 직하형 백 라이트 유닛을 제공하는 데, 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 직하형 백 라이트 유닛은 매트릭스형으로 배열된 복수개의 청색 LED와, 상기 복수개의 청색 LED 상부에 형성된 투명 사각관과, 상기 투명 사각관 내에 도포된 황색 형광체와, 상기 투명 사각관 상부에 형성된 광학 쉬트를 포함하여 이루어짐에 그 특징이 있다.

상기 복수개의 청색 LED에 전압 인가시 상기 투명 사각관 내에 황색 형광체가 여기되어 백색 면광원이 상기 광학 쉬트 상부로 출사된다.

상기 복수개의 청색 LED 각각의 구동을 제어하는 회로부가 더 구비된다.

상기 회로부의 제어를 받아 상기 복수개의 청색 LED 각각은 별개로 전압이 인가된다.

상기 복수개의 청색 LED 각각에 인가되는 전압은 상기 각 청색 LED에 대응되는 액정 패널의 부위별 밝기에 따라 그 세기가 조절되어 인가된다.

상기 광학 쉬트는 상기 청색 LED 및 상기 황색 형광체를 통해 나오는 광을 확산시키는 확산 쉬트이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 직하형 백 라이트 유닛을 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 3은 본 발명의 직하형 백 라이트 유닛을 나타낸 단면도이며, 도 4는 본 발명의 직하형 백 라이트 유닛에 이용되는 청색 LED와 황색 형광체의 파장을 나타낸 그래프이다.

도 3과 같이, 본 발명의 직하형 백 라이트 유닛은 매트릭스형으로 배열된 복수개의 청색 LED(31)와, 상기 복수개의 청색 LED(31) 상부 전면에 형성된 투명 사각관(32)과, 상기 투명 사각관 내에 도포된 황색 형광체(33)와, 상기 투명 사각관 상부에 형성된 광학 쉬트(34)를 포함하여 이루어진다.

본 발명의 직하형 백 라이트 유닛은 복수개의 청색 LED(31)각각에 전압을 인가하도록 회로부(미도시)가 더 구비된다.

상기 회로부의 제어를 받아 상기 복수개의 청색 LED(31) 각각은 별개로 전압이 인가되며, 이 때, 상기 복수개의 청색 LED(31) 각각에 인가되는 전압은 구현하고자 하는, 상기 각 청색 LED에 대응되는 액정 패널(미도시)의 부위별 밝기에 따라 그 세기가 조절되어 인가된다.

상기 복수개의 청색 LED(31)에 전압 인가시 상기 투명 사각관(32) 내에 황색 형광체(33)가 여기되어 백색 면광원이 상기 광학 쉬트(34) 상부의 액정 패널로 출사되어 나간다.

즉, 도 4와 같이, 상기 복수개의 청색 LED(31)로부터 상기 투명 사각관(32)을 투과하는 350 내지 450nm 파장 영역의 청색(B)광과, 상기 투명 사각관(32) 내부의 황색 형광체(33)를 여기시켜 발광되는 550 내지 650nm의 황색(Y = R+G)광이 혼합되어 외부로 480 내지 530nm의 백색 면광원이 출사되는 것이다.

상기 황색 형광체(33)로는 InGaN, YAG:Ce, ZnS:Mn 등의 물질을 이용한다.

상기 광학 쉬트(34)는 상기 청색 LED(31) 및 상기 황색 형광체(33)를 통해 나오는 광을 확산시키는 확산 쉬트를 포함한다.

본 발명의 직하형 백 라이트 유닛은, 형광 램프가 소정 간격을 이격하여 어레이형으로 배열되던 종래의 직하형 백 라이트 유닛의 광원을, 소비 전력 대비 휘도 특성이 좋은 LED 중 청색 LED(31)와 황색을 발광시키는 황색 형광체(33)로 대체한 것이다. 따라서, 상기 청색 LED(31) 및 황색 형광체를 통해 나오는 청색광과 황색광을 상기 투명 사각관(32)을 통해 합성시켜, 종래 일렬로 배열되던 램프 어레이로부터 나오던 광에 비해 균일한 백색 면광원을 출사시킴으로써 상기 광학 쉬트(34) 중 확산 쉬트의 매수를 줄일 수 있다.

또한, 종래의 직하형 백 라이트 유닛은 복수개의 형광 램프가 소정 간격 이격하여 형성되는 광원을 이용한 것으로, 선광원인 복수개의 형광 램프로부터 출사되는 광을 균일하게 출사하기 위해서 램프 어레이와 상부의 광학 쉬트가 일정 간격 떨어져 있어야 했는데, 본 발명의 직하형 백 라이트 유닛은 매트릭스 형태로 복수개의 청색 LED(31)가 형성되고, 상부에 상기 복수개의 청색 LED(31)가 형성된 전면에 황색 형광체(33)가 도포되는 형태이기 때문에, 광학 쉬트(34)를 상기 투명 사각관(32)에 바로 인접하여 형성할 수 있다.

이와 같이, 본 발명의 직하형 백 라이트 유닛은 종래에 비해 확산 쉬트 매수를 줄일 수 있으며, 또한, 광학 쉬트(34)와 투명 사각관(32)간의 간격도 거의 없는 슬림한 구조로 형성하여도 균일한 면광원 출사가 가능하다.

상기 투명 사각관(32)은 소정 두께의 투명 플라스틱 필름의 내부가 뚫려 있는 소재로 이루어져, 뚫린 부위에 황색 형광체(33)가 도포되어 형성된다. 이와 같은 투명 사각관(32)은, 소정 두께의 투명 기판으로 대체될 수 있으며, 이 경우는 상기 투명 기판의 안쪽면에 황색 형광체가 형성되고, 상기 투명 기판의 배면 하부에 청색 LED가 형성되게 된다.

상기와 같은 본 발명의 직하형 백 라이트 유닛은 다음과 같은 효과가 있다.

첫째, 복수개의 청색 LED를 매트릭스 형태로 형성하고, 상기 청색 LED 상부에 내부에 황색 형광체가 도포된 투명 사각관을 형성함으로써, 종래의 광원을 대체할 수 있어, 보다 저소비전력으로 고휘도를 구현할 수 있다.

둘째, 매트릭스형으로 복수개의 청색 LED를 형성하고, 각 청색 LED에 별개로 전압을 인가함으로써, 국부적인 영역의 밝기를 조절할 수 있다.

셋째, 매트릭스형의 청색 LED와 투명 사각관을 통해 광학 쉬트를 통해 일차 적으로 면광원을 구현함으로써, 확산 쉬트의 사용 매수를 줄일 수 있다.

넷째, 종래 선광원인 형광 램프가 나열된 직하 방식에 있어서, 균일한 면광원을 위해 상부의 광학 쉬트와 상하간 소정 간격을 두어야 하는 종래와 달리, 투명 사각관에 바로 인접하여 광학 쉬트를 형성할 수 있어, 보다 얇은 구조로 형성할 수 있다.

다섯째, 상술한 효과로 인해 생산 비용을 절감할 수 있다.

Claims (7)

1. 매트릭스형으로 배열된 복수개의 청색 LED;

   상기 복수개의 청색 LED 상부에 형성된 투명 사각관;

   상기 투명 사각관 내에 도포된 황색 형광체;

   상기 투명 사각관 상부에 형성된 광학 쉬트를 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 직하형 백 라이트 유닛.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 복수개의 청색 LED에 전압 인가시 상기 투명 사각관 내에 황색 형광체가 여기되어 백색 면광원이 상기 광학 쉬트 상부로 출사됨을 특징으로 하는 직하형 백 라이트 유닛.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 복수개의 청색 LED 각각의 구동을 제어하는 회로부가 더 구비됨을 특징으로 하는 백 라이트 유닛.
4. 제 3항에 있어서,

   상기 회로부의 제어를 받아 상기 복수개의 청색 LED 각각은 별개로 전압이 인가됨을 특징으로 하는 직하형 백 라이트 유닛.
5. 제 4항에 있어서,

   상기 복수개의 청색 LED 각각에 인가되는 전압은 상기 각 청색 LED에 대응되는 액정 패널의 부위별 밝기에 따라 그 세기가 조절되어 인가됨을 특징으로 하는 직하형 백 라이트 유닛.
6. 제 1항에 있어서,

   상기 광학 쉬트는 상기 청색 LED 및 상기 황색 형광체를 통해 나오는 광을 확산시키는 확산 쉬트임을 특징으로 하는 직하형 백 라이트 유닛.
7. 제 1항에 있어서,

   상기 황색 형광체는 InGaN, YAG:Ce 및 ZnS:Mn 중 어느 하나를 이용하는 것을 특징으로 하는 직하형 백 라이트 유닛.

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