KR100976702B1 - 잉크젯 패터닝 장비의 노즐 기판 정렬 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

카메라 관찰을 위한 관찰 창이 형성된 작업 테이블에, 인쇄 위치에 화소 창을 가지는 기판을 놓고, 인쇄하고자 하는 방향으로의 해드의 노즐 형성 간격을 기판의 화소 창 간격과 맞추는 단계, 해드를 기판의 최초 인쇄 위치에 1차 정렬하는 단계, 관찰 창을 통해 카메라 영상을 얻어 해드 노즐과 화소의 위치를 확인하는 단계, 화소 중심 위치와 노즐 중심 위치를 비교하는 단계, 화소 중심 위치와 노즐 중심 위치 차이 정보를 인쇄 장비 콘트롤러에 입력하여 기판과 노즐의 상대 위치를 보정하는 2차 정렬 단계를 구비하여 이루어짐을 특징으로 하는 잉크젯 패터닝 장비의 노즐 기판 정렬 방법 및 그에 적합한 장치가 개시된다.

본 발명에 따르면 기판 화소와 해드 노즐의 정렬 작업이 용이하고 간편해지며, 시간도 줄어들 수 있다. 또한, 기판이나 해드의 설치의 평탄성, 패터닝 이상에 대한 여러 가지 분석이 가능해지므로 오류를 즉시로 시정할 수 있어 잉크젯 패터닝 작업의 효율과 설비 가동율을 높일 수 있다.

Description

잉크젯 패터닝 장비의 노즐 기판 정렬 방법 및 장치 {Method of nozzle substrate alignment in a ink zet type patterning machine and devices for the method}

도1은 본 발명의 일 실시예에 따른 잉크젯 패터닝 장비의 노즐 기판 정렬 장치를 나타내는 측단면도,

도2 및 도3은 본 발명의 실시예들에서 카메라가 관찰 창을 통해 어떻게 기판 상의 화소와 해드의 노즐을 볼 수 있는 가를 나타내는 설명하기 위한 부분 측단면도,

도4 내지 도8은 본 발명 방법의 일 실시예에 따라 해드의 노즐 중심과 기판의 화소 중심을 정렬하는 중요 공정 단계별로 카메라로 촬영되는 형태를 가상적으로 도시하는 설명도,

도9 및 도10은 최초 인쇄 위치에서 노즐과 기판의 최초 인쇄될 화소의 중심을 맞춘 후 해드나 스테이지를 다음 인쇄 위치로 옮겨 화소 중심과 노즐 중심의 이격 상태를 영상으로 얻어낸 설명도,

도11 내지 도13은 본 발명의 잉크젯 패터닝 장비의 노즐 기판 정렬 장치의 카메라를 통해 얻은 화소 중심과 노즐 중심의 차이 비교 화면들이다.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

10: 작업 스테이지 20: 작업 테이블

30: 기판 31: 박막 트랜지스터

33: 뱅크 35: 투명 전극

37: PEDOT 40: 카메라

50: 관찰 창 60: 해드

63: 노즐 80: 잉크 액적

631: 노즐 외곽선 633: 노즐 중심

본 발명은 잉크젯 패터닝 장비의 노즐 기판 정렬 방법 및 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 평판형 디스플레이 제조용 잉크젯 패터닝 장비의 노즐 기판 정렬 방법 및 장치에 관한 것이다.

컬러형 고분자 유기 전계발광표시장치(ELD:Electro luminescente display)와 같은 평판형 디스플레이의 제조 공정은 상당한 정밀도를 요구한다. 따라서, 잉크젯 패터닝 공정을 고분자 유기 ELD 제조 공정에 적용하기 위해서는 잉크젯 해드의 노즐에서 분사된 잉크 액적이 기판 상의 전극 위로 형성된 폴리이미드 뱅크 사이의 공간에 정확히 안착되어 타 색의 잉크와 겹치지 않도록 하여야 한다.

또한, 다수 노즐을 하나의 헤드에 형성하여 인쇄를 실시하는 방식의 경우, 노즐 사이의 간격과 기판 상의 화소 사이의 간격이 동일하지 않을 수 있다. 이 경 우, 디스플레이 기종에 따라 해드의 회전 각도 및 노즐 형성 간격을 계산하여, 가령, 노즐 간격의 회전 각도에 대한 코사인 값이 화소 사이의 간격과 동일하도록 해드를 회전시켜 정렬해야 한다.

그러나, 종래의 잉크젯 패터닝 장비에서는 해드의 회전시켜 그 노즐 형성 간격을 기판의 화소 사이 간격과 일치시키는 보정은 가능하지만, 노즐의 중심이 기판에 형성되는 뱅크 사이의 화소 중심에 정확히 사전 정렬되도록 하는 기능은 가지지 못하였다. 이 경우, 하나의 화소에 대한 인쇄 위치 오류는 전체 화소에 대한 동일한 차이만큼의 계속적 오류를 가져온다. 따라서, 작업 스테이지 상의 X축 방향 혹은 Y축 방향에서 볼 때 해드의 노즐 간격이 기판에 형성되는 화소 사이의 간격과 같은 경우에도 인쇄를 실시할 때까지는 노즐에서 나온 잉크 액적이 기판상의 화소 중앙에 안착되어 정확안 위치에 인쇄된다는 확신을 할 수가 없다.

결국, 종래의 기술에 의하면, 해드의 노즐과 기판에 형성된 뱅크 사이의 화소 중심을 정렬하기 위해 실제 전극이 형성된 작업 기판에 인쇄하기 전에 뱅크만 형성된 더미 기판을 사용하여 시험 인쇄를 실시하는 방법을 사용하게 된다. 즉, 더미 기판에 시험 인쇄를 실시하고, 더미 기판에 형성된 인쇄 패턴을 현미경 등으로 정확히 관찰한 뒤 X,Y축으로의 보정 값인 dX,dY 값을 결정한다. 이 보정값을 반영하여 작업 스테이지나 해드의 위치를 수정하고, 다시 더미 기판을 이용한 시험 인쇄를 실시한다. 그 결과 더미 기판에 인쇄 패턴이 정확하면 실제 작업 기판을 이용하여 잉크젯 인쇄 공정을 실시하고, 차이가 있으면 같은 방법으로 보정을 다시 수행하게 된다.

그러나, 이러한 종래의 방식은 더미 기판을 이용하여 수동 보정을 하므로 작업이 불편하고, 또한 보정된 값으로 인쇄를 해도 실제 작업 기판에서는 화소 중심에서 다소 벗어난 위치에 잉크막이 형성될 수 있다는 문제가 있다. 또한, 해드에서 초기 토출이 불안정하여 기판에 형성되는 인쇄 패턴이 명확하지 않은 경우에는 보정값을 정하는 데 더욱 어려움이 있고, 많은 시간이 소요되었다.

본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 더미 기판을 이용한 시험 인쇄 없이, 실제 작업 기판을 통해 해드의 위치나 기판의 위치를 보정하여 직접 인쇄 작업을 실시할 수 있는 잉크젯 패터닝 장비의 노즐 기판 정렬 방법 및 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 기판과 잉크젯 프린터의 해드의 정렬을 단시간 내에 시행착오 없이 시행할 수 있는 잉크젯 패터닝 장비의 노즐 기판 정렬 방법 및 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 잉크젯 패터닝 장비의 노즐 기판 정렬 방법은,

카메라 관찰을 위한 관찰 창이 형성된 작업 테이블에, 인쇄 위치에 화소 창을 가지는 기판을 놓고, 인쇄하고자 하는 방향으로의 해드의 노즐 형성 간격을 기판의 화소 창 간격과 맞추는 단계, 해드를 기판의 최초 인쇄 위치에 1차 정렬하는 단계, 관찰 창을 통해 카메라 영상을 얻어 해드 노즐과 화소의 위치를 확인하는 단 계, 화소 중심 위치와 노즐 중심 위치를 비교하는 단계, 화소 중심 위치와 노즐 중심 위치 차이 정보를 인쇄 장비 콘트롤러에 입력하여 기판과 노즐의 상대 위치를 보정하는 2차 정렬 단계를 구비하여 이루어짐을 특징으로 한다.

본 발명에서 노즐 위치와 화소 위치를 확인하는 작업은 먼저 카메라의 촛점을 노즐에 맞추어 정확한 노즐 중심의 위치를 얻고, 카메라 영상의 처리를 통해 노즐 주변 화소부 영상을 얻어 화소 중심의 위치를 얻는 방법으로 이루어질 수 있다.

본 발명에서 화소와 노즐 중심의 위치를 비교하는 단계, 위치 차이 정보를 콘트롤러에 입력하는 과정, 상대 위치를 보정하는 과정은 수동 작업으로 이루어지거나 센서 및 판독 프로그램, 별도 프로세서 등을 통해 자동으로 이루어질 수 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 장치는,

상면 일부에 관찰 창이 형성된 작업 테이블, 작업 테이블과 고정되어 상기 관찰 창을 통해 작업 테이블에 놓이는 기판을 관찰할 수 있는 카메라, 잉크가 분사되는 노즐이 형성된 해드를 구비하며, 해드는 기판 전면에 인쇄를 실시하기 위해 작업 테이블 평면 상의 나란한 평면에서 작업 테이블과 상대적으로 이동할 수 있도록 이루어지는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서 정확한 위치 파악을 위해 카메라는 작업 스테이지에 혹은 관찰창에 상대적으로 고정된 상태를 유지하여야 하며, 카메라를 통해서는 노즐과 기판의 화소 주변 뱅크 등을 촛점은 다르나 동시에 관찰할 수 있어야 본 발명에 따른 정렬 작업이 용이하게 이루어질 수 있다.

본 발명 장치에서 해드와 작업 테이블은 상대적으로 이동하므로 둘 가운데 하나가 움직이거나 적어도 하나가 움직일 수 있도록 이들에게는 각 방향으로 이동을 위한 스텝 모터 등 이동 수단이 구비된다.

본 발명 장치에서 해드는 일렬로 배열된 다수 노즐을 가지는 해드가 바람직하나, 단일 노즐 해드가 배제되는 것은 아니다.

본 발명 장치에서 카메라는 작업 테이블 내부에, 관찰 창을 직시하도록 설치되거나, 작업 테이블 주변부에서 관찰 창 아래의 반사경을 이용하여 관찰 창을 통해 기판을 관찰하도록 설치될 수 있다.

이하 도면을 참조하면서, 실시예를 통해 본 발명을 보다 상세히 설명하기로 한다.

도1은 본 발명의 일 실시예에 따른 잉크젯 패터닝 장비의 노즐 기판 정렬 장치를 나타내는 측단면도이다.

도1을 참조하면, 인쇄 작업 대상 기판(30)은 작업 테이블(20) 상면에 적재되며, 작업 테이블(20)의 내부에는 카메라(40) 장치가 설치된다. 카메라 위쪽으로는 작업 테이블(20)이 투명 재질로 이루어진 관찰 창(50)이 형성되어 있다. 작업 테이블(20)은 작업 스테이지(10) 평면 상에 회전이동 가능하도록 설치되며, 작업 스테이지(10)는 X, Y 축상을 평행이동하게 설치된다. 관찰 창(50)은 기판(30)의 최초 인쇄 위치를 포함하여 기판(30)의 일정 구역을 볼 수 있도록 형성되며, 카메라(40)는 작업 테이블(20)에 고정되므로 카메라(40)의 촬영 영역은 관찰 창(50)으로 보이는 일부 영역이 된다.

잉크젯 패터닝 장비의 해드(60)는 먼저 기판(30) 상의 최초 인쇄 위치에 오게 되며, 작업 테이블(20) 면과 평행한 일 방향으로 이동하면서 인쇄를 실시하도록 이루어진다. 해드(60)에는 도면을 바라보는 방향으로 다수의 노즐(63)이 일정 간격으로 배열된다.

도2 및 도3은 본 발명의 실시예들에서 카메라가 관찰 창을 통해 어떻게 기판 상의 화소와 해드의 노즐을 볼 수 있는 가를 나타내는 설명하기 위한 부분 측단면도이다.

도2는 카메라가 작업 테이블(20) 내에 설치되어 직접 관찰 창(50)을 통해 기판(30)을 바라볼 수 있도록 되는 경우이다. 도3에서는 카메라(40)가 작업 테이블(20) 측면에 부착되어 투명 재질의 작업 테이블(20)을 통해 혹은 작업 테이블(20) 내에 형성된 공간을 통해 반사경(43)을 향하고 있다. 반사경(43)은 관찰 창(50)을 통해 기판(30)을 볼 수 있도록 설치된다.

기판(30) 상면에는 화소별 선택을 위한 박막 트랜지스터(31)가 설치되고, 박막 트랜지스터(31) 사이에는 박막 트랜지스터의 한 전극과 연결된 투명 전극(35)이 형성되어 있다. 박막 트랜지스터(31) 위에는 폴리이미드 보호막으로 뱅크(bank:33)가 형성되고, 뱅크(33) 사이에는 투명 전극(35) 위로 PEDOT(37:polyethylene dioxythiphene)막 위에 고분자 형광체가 인쇄 방식으로 형성될 자리, 즉, 화소가 위치하게 된다.

잉크젯 해드(60)의 노즐(63) 간격은 화소 사이의 간격과 동일하나 노즐(63)의 분사 중심은 화소의 중심에서 벗어나 있음을 볼 수 있다. 따라서, 도2나 도3과 같이 화소 중심의 아래 위치에서 카메라(40)가 위쪽을 보면 노즐(63) 중심이 화소 중심에서 벗어난 것을 직접 카메라(40) 영상으로 알 수 있고 보정할 수 있다.

도면에는 카메라(40)가 하나의 화소와 노즐(63)만 비추는 것으로 되어 있으나 통상 가로 세로로 다수개의 화소를 촬영할 수 있다.

도4 내지 도8은 본 발명 방법의 일 실시예에 따라 해드의 노즐 중심과 기판의 화소 중심을 정렬하는 중요 공정 단계별로 카메라로 촬영되는 형태를 가상적으로 도시하는 설명도이다.

도1을 참조하면, 먼저 본 실시예에서는, 카메라(40) 관찰을 위한 관찰 창(50)이 형성된 작업 테이블(20)에 기판(30)을 놓는다. 기판(30)에서 최초 인쇄가 이루어질 위치 부근에 작업 테이블(20)의 관찰 창(50)이 위치하도록 한다. 이때, 기판(30)은 인쇄가 실시될 화소 위치에 광투과성 물질들만 덮여 하부에서 카메라(40)로 관찰 창(50)을 통해 볼 때 화소의 위치가 드러날 수 있는 상태다. 인쇄하고자 하는 방향으로의 해드(60)의 노즐(63) 형성 간격이 기판(30)의 화소 형성 간격과 맞지 않을 경우 먼저 해드(60)를 회전시켜 간격을 맞추고, 해드(60)를 기판(30)의 최초 인쇄 위치에 정렬시킨다. 기판(30) 위쪽에는 관찰을 위해 해드 주위에서 빛이 공급되는 것이 바람직하다.

카메라(40)를 작용시켜 관찰 창을 통해 영상을 얻는다. 이때 최초 인쇄 위치에 있는 해드 노즐(63)에 카메라(40) 촛점을 맞추어 도4와 같은 영상을 얻는다. 도면 부호 100은 카메라를 통한 관찰 영역이다. 이어서 도5와 같이 영상 처리(image processing)를 통하여 노즐의 외곽선(631)과 노즐 중심(633)의 위치를 저장시킨다. 그리고, 카메라의 촛점을 기판의 뱅크(33) 부분에 맞춘다. 기판의 뱅크(33)의 두께는 수 마이크로 메터 정도이므로 기판의 표면에 촛점이 맞추어진다고 볼 수 있다. 기판에 형성된 뱅크(33)를 나타내는 영상이 얻어진다. 영상 처리를 통하여 저장된 노즐의 외곽선(631)과 중심(633)의 위치를 이 영상과 결합시켜 함께 나타내면 관찰자가 보는 화면에는 도6과 같은 영상이 얻어진다.

뱅크(33) 사이의 간격을 참조하여 노즐 중심(633)이 뱅크(33) 사이의 화소 중심에서 얼마나 벗어난 상태인지 도7과 같이 dX, dY 값을 산출할 수 있다. 이는 영상에 표시되는 눈금과 관찰자의 목측을 통해서도 가능하지만, 미리 준비된 센서와 영상 처리 프로그램 등을 통해 자동으로 이를 산출하는 것도 가능하다. 이어서, 장비의 작업 스테이지를 작업 평면 상에서 이동시켜 노즐 중심(633)이 기판의 화소 중심과 일치하도록 한다. 따라서, 카메라를 통해 보정된 뒤의 영상을 얻으면 도8과 같은 영상을 볼 수 있다.

본 발명 방법에서 통상 카메라의 관찰 영역은 가로 세로로 화소 간격보다 크므로 하나의 화소에 대해 정확한 전체 위치를 잡을 수 있고, 일반적으로 한 번의 보정으로 정확한 최초 인쇄 위치 정렬을 할 수 있음이 원칙이다. 그러나, 작업 스테이지에 대한 기판 자체의 정렬이 해드의 인쇄 작업시의 이동 방향(스캐닝 방향)을 기준으로 일정 각도 벗어나 있다면 최초 인쇄 위치에서는 노즐과 화소 중심이 일치하여도 해드와 기판과 상대적으로 움직여 가면서 인쇄를 실시할 때 점차 중심이 맞지 않게 될 수 있다.

도9 및 도10은 최초 위치에서 노즐과 기판의 최초 인쇄될 화소의 중심을 맞 춘 후 해드나 스테이지를 다음 인쇄 위치로 옮겨 화소 중심과 노즐 중심의 이격 상태를 영상으로 얻어낸 도면이다. 이때 도9는 정렬이 바른 상태를 나타내며, 도10은 수직 방향으로 정렬이 틀어진 상태를 나타낸다.

이런 문제점을 해결하기 위해 본 발명에서는 카메라의 관찰 영역을 가로 세로로(해드 스캐닝의 방향 및 테이블 평면상의 그와 수직 방향으로) 기판 상의 한 화소 크기의 적어도 수 배씩이 되도록 할 수 있다. 그리고, 이 관찰 영역 범위 내에서 작업 스테이지와 해드를 작업 평면상에서 인쇄 방향으로 한 스탭씩 상대적으로 움직여 가면서 카메라 관찰을 통해 노즐 중심과 화소 중심이 이격되어 가는 형태를 관찰한다. 이격이 점차 심해진다면 기판은 작업 스테이지와 일정 각도 벗어난 상태로 놓인 것이며, 이런 방식으로 테이블과 기판의 정렬 오류를 발견하고, 기판이 놓인 작업 테이블을 회전 이동하는 방법으로 정렬을 조정할 수 있다.

한편, 본 발명에서 스테이지 평면 혹은 기판 평면과 해드가 이루는 선분 사이의 경사가 있는 가를 확인할 필요가 있다. 통상 잉크젯 해드 노즐의 분사 방향이 정면에서 틀어질 경우를 대비하여 인쇄시 기판과 노즐 사이의 거리는 1mm 보다 좁게 하는 경우가 대부분이며, 스테이지를 기준으로 해드의 수평이 이루어지지 않으면 경사가 생기고, 노즐과 기판 사이의 거리가 해드 내의 노즐들 사이에서 차이가 생겨 화소별 인쇄 위치에 영향을 줄 수 있다.

이런 해드 경사를 검사하기 위해서는 카메라 관찰을 하면서 해드 내의 최초 노즐에 촛점을 맞추고, 다음 번의 노즐들에 대해서 촛점을 맞추어 가면서 촛점의 심도가 어떻게 변화하는 지를 관찰하는 방법이 사용될 수 있다.

노즐의 순서에 따른 기판면과의 거리 차이 변화는 해드의 수평이 잘못된 경우 외에도 작업 테이블 자체의 수평이 맞지 않아 발생할 수도 있다. 이 경우에는 한 방향으로 테이블을 해드와 상대적으로 움직이면 노즐과 테이블의 거리가 점차 좁혀지거나 점차 넓어지는 것을 보아 알 수 있다.

도11 내지 도13은 본 발명의 잉크젯 패터닝 장비의 노즐 기판 정렬 장치의 카메라를 통해 얻은 화소 중심과 노즐 중심의 차이 비교 화면들이다.

본 발명 장치를 이용하면, 기판상에 패터닝된 잉크 액적(80)의 위치가 화소별로 다른 경우, 노즐의 분사위치 잘못에 의한 것인지, 노즐 중심과 뱅크(33) 중심의 정렬 불량때문인지 원인 분석이 가능하다. 가령, 도11과 같이 수평 방향으로 화소가 증가할 수록 인쇄 패턴의 잉크 액적(80)이 점차 화소 중심에서 벗어나면 노즐 간격에 대한 누적오차이므로 노즐 간격 설정이 잘못됨을 알 수 있다. 도12와 같이 대부분 화소에서 중심 정렬이 좋으나 일부 라인에서만 오차가 있으면 대응 노즐에서 잉크 분사의 직전성이 떨어짐을 알 수 있다. 도13과 같이 대부분의 화소에서 잉크 액적(80)의 중심 정렬이 일정하게 잘못되면 노즐과 기판이 제대로 정렬되지 않음을 알 수 있게 된다.

본 발명에 따르면, 잉크젯 패터닝에서 정렬을 위하여 더미 기판을 이용한 수동 작업을 할 필요가 없어지고, 초기 잉크 토출의 불안정으로 인해 더미 기판 상의 패턴이 불명확한 것이 정렬에 영향을 미치지 않으므로 기판 화소와 해드 노즐의 정렬 작업이 용이하고 간편해지며, 시간도 줄어들 수 있다.

또한, 기판이나 해드의 설치의 평탄성, 패터닝 이상에 대한 여러 가지 분석이 가능해지므로 오류를 즉시로 시정할 수 있어 잉크젯 패터닝 작업의 효율과 설비 가동율을 높일 수 있다.

Claims (4)

1. 카메라 관찰을 위한 관찰 창이 형성된 작업 테이블에, 인쇄 위치에 화소 창을 가지는 기판을 놓고, 인쇄하고자 하는 방향으로의 해드의 노즐 형성 간격을 상기 기판의 화소 창 간격과 맞추는 단계,

   상기 해드를 상기 기판의 최초 인쇄 위치에 1차 정렬시키는 단계,

   상기 관찰 창을 통해 카메라 영상을 얻어 상기 해드의 노즐과 화소의 위치를 확인하는 단계,

   화소 중심 위치와 노즐 중심 위치를 비교하는 단계,

   상기 화소 중심 위치와 상기 노즐 중심 위치 차이 정보를 인쇄 장비 콘트롤러에 입력하여 상기 기판과 상기 노즐의 상대 위치를 보정하는 2차 정렬 단계를 구비하여 이루어짐을 특징으로 하는 잉크젯 패터닝 장비의 노즐 기판 정렬 방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 해드의 노즐과 화소의 위치를 확인하는 단계는,

   상기 카메라의 촛점을 상기 노즐에 맞추어 정확한 노즐 중심의 위치를 얻는 단계와,

   카메라 영상의 처리를 통해 상기 노즐 주변 화소부 영상을 얻어 화소 중심의 위치를 얻는 단계와,

   화소 중심의 위치를 표시하는 영상에 상기 노즐 중심의 위치를 결합시키는 단계를 구비하여 이루어짐을 특징으로 하는 잉크젯 패터닝 장비의 노즐 기판 정렬 방법.
3. 상면 일부에 관찰 창이 형성된 작업 테이블,

   상기 작업 테이블과 고정되어 상기 관찰 창을 통해 작업 테이블에 놓이는 기판을 관찰할 수 있는 카메라,

   잉크가 분사되는 노즐이 형성된 해드를 구비하며,

   상기 해드는 상기 기판 전면에 인쇄를 실시하기 위해 상기 작업 테이블 평면 상의 상기 작업 테이블 평면과 나란한 평면에서 상기 작업 테이블과 상대적으로 이동할 수 있도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 잉크젯 패터닝 장비의 노즐 기판 정렬 장치.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 카메라는 상기 작업 테이블 주변부에서 상기 관찰 창 아래의 반사경을 이용하여 상기 관찰 창을 통해 상기 기판을 관찰하도록 설치됨을 특징으로 하는 잉크젯 패터닝 장비의 노즐 기판 정렬 장치.

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