KR101482155B1 - Led군집의 배광 제어용 광확산렌즈 및 이를 포함하는 led군집 발광체 - Google Patents

Led군집의 배광 제어용 광확산렌즈 및 이를 포함하는 led군집 발광체 Download PDF

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Abstract

본 발명은 LED군집의 배광 제어용 광확산렌즈 및 이를 포함하는 LED군집 발광체에 관한 것으로서, 다수의 LED개체를 간격 배열하여 하나의 그룹을 이루도록 하되 "
Figure 112013097871303-pat00040
"형상으로 띠(band) 구조를 갖게 한 LED군집에 대해 광확산의 배광 제어를 위한 디퓨저(diffuser)로서 기능하게 한 렌즈구조체이며, 상기 LED군집의 형상에 대응하는 "
Figure 112013097871303-pat00041
"형상의 띠(band) 구조로 LED군집을 커버하도록 형성되어 LED군집을 하나의 단일 광원이 되게 하는 LED군집의 배광 제어용 광확산렌즈 및 이를 포함하여 이루어지는 LED군집 발광체에 관한 것으로서, 이는 POB 타입 LED와 COB 타입 LED의 장점만을 살리고 단점은 버릴 수 있는 구성이며, 보안등, 가로등, 해양조명, 방향성을 갖는 터널등, 미디어 파사드 조명 등으로 활용 및 다양한 종류의 조명에 응용이 가능한 특징을 제공할 수 있는 것이다.

Description

LED군집의 배광 제어용 광확산렌즈 및 이를 포함하는 LED군집 발광체{LIGHT DIFFUSING LENS FOR LUMINOUS INTENSITY DISTRIBUTION CONTROL OF LED GROUPS, AND LED GROUPS ILLUMINANT INCLUDED THE SAME}
본 발명은 LED 군집(群集, Groups)의 배광(配光) 제어용 광확산렌즈 및 이를 포함하는 LED군집 발광체에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 다수의 LED광원을 하나의 렌즈로 커버하여 단일 광원으로 제작할 수 있도록 하며, "
Figure 112013097871303-pat00001
"형태의 띠(band) 구조를 통해 COB(Chip On Board) 타입의 LED와 POB(Package On Board) 타입의 LED에서 발휘되는 우수한 특성만을 살려 함께 구현할 수 있도록 한 LED군집의 배광 제어용 광확산렌즈 및 이를 포함하는 LED군집 발광체에 관한 것이다.
최근 조명장치를 비롯한 산업전반에 걸쳐 에너지 절감을 위해 광원으로 LED(Light Emitting Diode)를 채택하는 경우가 많아지고 있으며, 이에 따라 LED를 효과적이면서 효율적으로 사용하기 위한 각 산업분야에서의 연구 또한 활발히 진행되고 있다.
이러한 LED 광원은 LED 부품을 일체화해 기판에 장착하는 POB(package on board) 타입과 LED 집적회로를 기판에 부착하는 COB(chip on board) 타입으로 나눌 수 있다.
여기서, 상기 POB 타입 LED는 제품생산에 필요한 LED를 손쉽게 구할 수 있고 기술적 접근이 비교적 쉬워 국내 조명업체 대부분이 이 방식의 제품을 만들고 있으며, 상기 COB 타입 LED는 발광부가 집약적으로 설계되어 고출력의 조명을 소형으로 제작이 가능할 뿐더러 저가 구현이 가능하고 기술적으로 차별화된 제품을 생산하기에 유용하다.
부연하여, 상기 POB 타입 LED는 이산(離散)된 부품 배열로 근거리에서의 하이파워(high-power)시 눈부심 현상을 없앨 수 있는 장점을 보유하고 있으나, 이산된 부품으로 인하여 개별 광학계(렌즈)에 의한 개별적 제어가 수행되어야 하고 부품의 수명 편차로 제품의 질이 떨어지며 디자인에 어려움이 있어 제품의 구매력을 떨어뜨리는 단점이 있다.
상기 COB 타입 LED는 동일한 광원으로 배광이 우수하고 디자인이 우수한 장점을 보유하고 있으며, 맞춤형 방열이 필요하고 근거리에서의 하이파워(high-power)시 눈부심 현상이 발생되는 단점이 있다.
이하, 본 발명에서는 POB 타입과 COB 타입의 장점만을 살리고 단점은 버릴 수 있는 혼합 타입의 LED를 제작할 수 있도록 하기 위한 LED 군집용 광학계(렌즈) 및 이를 포함하는 LED군집 발광체를 제안하고자 한다.
한편, 본 발명이 구현하고자 하는 LED 군집용 광학계(렌즈) 및 이를 포함하는 LED 군집 발광체에 대한 종래 선행기술을 살펴보면, 공개실용신안공보 제20-2011-0010702호(엘이디와 인접한 엘이디를 접속하는 동박의 형상구조에 의한 엘이디 군집발광체)에서 동박에 의해 일직선 형태의 띠구조로 연결 형성함으로써 엘이디와 인접하는 엘이디 간의 간격에 신축성이 있고 엘이디와 인접하는 엘이디 간의 위치가 상하좌우 가요성이 있게 하며 인테리어나 사인용 엘이디 바를 용이하게 구성하기 위한 LED 군집 발광체를 제안하고 있으며, 공개실용신안공보 제20-2013-0001409호(엘이디 군집 조명등의 광확산기 구조)에서는 관상체(管狀體)이거나 봉체(棒體)로 구성하는 광확산기를 제공함으로써 광원에 대한 시각에서 사시(斜視)방향으로 휘도가 낮고 수평방향의 비교적 큰 휘도에 의하여 천정면을 밝게 하고 따라서 광원휘도와 배경휘도의 차를 줄여 불쾌 글레어를 감소시키며 특유의 문양을 생성하여 장식성의 광원 이미지를 나타낼 수 있는 엘이디 군집 조명등의 광확산기를 제안하고 있으나, 이하에서 제안하는 본 발명과는 상당한 기술적 차이가 있다 할 것이다.
대한민국 공개실용신안공보 제20-2011-0010702호
대한민국 공개실용신안공보 제20-2013-0001409호
본 발명은 상술한 바와 같은 문제점 등을 감안하여 안출된 것으로서, 다수의 LED광원을 하나의 렌즈로 커버하여 단일 광원을 제작할 수 있도록 한 LED군집의 배광 제어용 광확산렌즈 및 이를 포함하는 LED군집 발광체를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 다수의 LED개체를 띠 형태로 배열하여 LED군집을 형성하되 LED군집을 하나의 렌즈로 배광 제어할 수 있도록 하고 이와 더불어 눈부심 개선을 비롯한 광원 면적까지 넓혀줄 수 있도록 한 LED군집의 배광 제어용 광확산렌즈 및 이를 포함하는 LED군집 발광체를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 "
Figure 112013097871303-pat00002
"형태의 띠(band) 구조를 적용함과 더불어 자유곡면을 이용함에 의해 COB(Chip On Board) 타입의 LED와 POB(Package On Board) 타입의 LED에서 발휘되는 우수한 특성만을 살려 함께 구현할 수 있도록 한 LED군집의 배광 제어용 광확산렌즈 및 이를 포함하는 LED군집 발광체를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 보안등, 가로등, 해양조명, 방향성을 갖는 터널등, 미디어 파사드(Media Facade) 조명 등으로 활용 및 다양한 종류의 조명에 응용이 가능하도록 한 LED군집의 배광 제어용 광확산렌즈 및 이를 포함하는 LED군집 발광체를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 양질의 빛과 차별화된 조명 디자인을 구현할 수 있을 뿐만 아니라 양산성까지 만족할 수 있도록 한 LED군집의 배광 제어용 광확산렌즈 및 이를 포함하는 LED군집 발광체를 제공하는데 그 목적이 있다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 LED군집의 배광 제어용 광확산렌즈는, 다수의 LED개체를 간격 배열하여 하나의 그룹을 이루게 한 LED군집의 배광 제어를 위한 광확산렌즈에 있어서,
다수의 LED개체를 간격 배열하여 하나의 그룹을 이루도록 하되 "
Figure 112013097871303-pat00003
"형상으로 띠 구조를 갖게 한 LED군집에 대해 광확산의 배광 제어를 위한 디퓨저로서 기능하게 한 렌즈구조체이며, 상기 LED군집의 형상에 대응하는 "
Figure 112013097871303-pat00004
"형상의 띠(band) 구조로 LED군집을 커버하도록 형성되어 LED군집을 하나의 단일 광원이 되게 하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 광확산렌즈는 LED군집과 더불어 "
Figure 112013097871303-pat00005
"형상의 띠 구조로 형성하되, "
Figure 112013097871303-pat00006
"형상의 단독 배치구조 또는 "
Figure 112013097871303-pat00007
", "
Figure 112013097871303-pat00008
", "
Figure 112013097871303-pat00009
"의 형상에서 선택된 어느 1종의 멀티 배치구조로 형성될 수 있다.
한편, 상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 LED군집 발광체는, 다수의 LED개체가 간격 배열되어 하나의 그룹을 형성하는 LED군집에 대해 LED개체간의 전기적인 연결 및 구동을 위한 회로를 갖는 기판; 상기 기판의 상면에 장착되는 것으로서 다수의 LED개체를 간격 배열하여 하나의 그룹을 이루도록 장착하되 "
Figure 112013097871303-pat00010
"형상의 띠 구조로 형성되는 LED군집; 상기 기판을 커버하는 렌즈구조체로서, 상기 LED군집의 형상에 대응하는 "
Figure 112013097871303-pat00011
"형상의 띠(band) 구조로 LED군집을 커버하도록 돌출 형성되어 LED군집에 대한 디퓨저(diffuser)로서 역할을 담당하되 LED군집을 하나의 단일 광원이 되게 기능하는 광확산렌즈부가 구비된 광학렌즈; 를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 LED군집과 광확산렌즈부 각각은 "
Figure 112013097871303-pat00012
"형상의 단독 배치구조 또는 "
Figure 112013097871303-pat00013
", "
Figure 112013097871303-pat00014
", "
Figure 112013097871303-pat00015
"의 형상 중에서 선택된 어느 1종의 멀티 배치구조로 형성될 수 있다.
본 발명에 따르면, 다수의 LED광원을 하나의 렌즈로 커버하여 하나의 단일 광원(발광체)이 되게 제작할 수 있고, 다수의 LED개체가 띠 형태로 배열된 LED군집에 대해 하나의 렌즈로 배광을 제어함으로써 눈부심 개선과 더불어 광원 면적까지 넓혀줄 수 있으며, 특히 COB 타입 LED와 POB 타입 LED에서 발휘되는 우수한 특성만을 살릴 수 있는 것으로서 동일한 광원으로 배광이 우수하고 새로운 디자인 및 우수한 디자인을 제공할 수 있음은 물론 방열이 우수하고 근거리 하이파워(high-power)시 눈부심 현상까지 없앨 수 있는 특성을 발휘할 수 있다.
본 발명은 양질의 빛과 차별화된 조명 디자인을 구현할 수 있을 뿐만 아니라 양산성까지 만족할 수 있으며, 보안등, 가로등, 해양조명, 방향성을 갖는 터널등, 미디어 파사드 조명 등으로 활용 및 다양한 종류의 조명에 응용할 수 있으며, LED 시장에서의 다양함을 추구하고자 하는 욕구를 충족시킬 수 있는 유용함을 달성할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 의한 LED군집의 배광 제어용 광확산렌즈를 포함하는 LED군집 발광체를 나타낸 사시도.
도 2는 본 발명의 실시예에 의한 LED군집의 배광 제어용 광확산렌즈를 포함하는 LED군집 발광체를 나타낸 평면도.
도 3은 본 발명에 있어 LED군집 또는 광확산렌즈의 배치 구성을 나타낸 예시도.
도 4는 본 발명에 있어 LED군집의 배광 제어용 광확산렌즈의 단면 형상을 나타낸 예시도.
도 5는 본 발명에 의한 LED군집의 배광 제어용 광확산렌즈를 포함하는 LED군집 발광체를 적용한 가로등을 나타낸 예시도.
도 6은 본 발명에 있어 LED군집의 배광 제어용 광확산렌즈를 포함하는 LED군집 발광체의 배광 제어에 따른 방사특성을 나타낸 데이터.
도 7은 본 발명에 있어 LED군집의 배광 제어용 광확산렌즈를 포함하는 LED군집 발광체의 광분포 특성을 나타낸 데이터.
본 발명에 대해 첨부한 도면을 참조하여 바람직한 실시예를 설명하면 다음과 같으며, 이와 같은 상세한 설명을 통해서 본 발명의 목적과 구성 및 그에 따른 특징들을 보다 잘 이해할 수 있게 될 것이다.
본 발명의 실시예에 의한 LED군집의 배광 제어용 광확산렌즈를 포함하는 LED군집 발광체(100)는 도 1 내지 도 4에서 보여주는 바와 같이, 인쇄회로기판(110), LED군집(120), 광학렌즈(130)를 포함하는 구성으로 이루어진다.
상기 인쇄회로기판(110)은 다수의 LED개체가 간격 배열되어 하나의 그룹을 형성하는 LED군집(120)에 대해 LED개체간의 전기적인 연결 및 구동을 위한 회로를 갖는 것으로서, 일반적인 에폭시 PCB(인쇄회로기판) 또는 메탈 PCB로 구성될 수 있다.
상기 인쇄회로기판(110)에 형성되는 회로는 설계에 따라 DC(직류) 또는 AC(교류)의 구동전원을 선택적으로 사용하게 구성할 수 있다.
상기 LED군집(120)은 인쇄회로기판(110)의 상면에 장착되는 것으로서, 다수의 LED개체를 간격 배열하여 하나의 그룹을 이루도록 장착하되 "
Figure 112014067144911-pat00016
"형상의 띠(band) 구조로 형성되게 한다.
이렇듯, "
Figure 112013097871303-pat00017
"형상과 같은 띠(band) 구조를 갖도록 다수의 LED개체를 간격 배열하여 LED군집(120)을 형성시킴으로써 LED개체의 배열에 따른 공간활용도를 높일 수 있으면서 효율 또한 향상시킬 수 있으며, 우수한 방열특성을 발휘되게 할 수 있다.
상기 광학렌즈(130)는 인쇄회로기판(110)을 커버하는 렌즈구조체로서, 상기 LED군집(120)의 형상에 대응하는 "
Figure 112014067144911-pat00018
"형상의 띠(band) 구조로 LED군집(120)을 커버하도록 돌출 형성시킴으로써 LED군집(120)을 하나의 단일 광원이 되게 하는 광확산렌즈부(131)가 구비되는데, 상기 광확산렌즈부(131)는 LED군집(120)에서 발생되는 빛에 대해 광확산의 배광 제어를 위한 디퓨저(diffuser)로서 기능하도록 내면(131a)과 외면(131b)의 각각에 대해 볼록형 곡면을 이루되 대칭 또는 비대칭의 곡면을 갖도록 형성함이 바람직하다.
일 예로, 상기 광학렌즈(130)가 갖는 광확산렌즈부(131)는 "
Figure 112013097871303-pat00019
"의 단면 형상을 갖도록 형성함으로써 광확산을 위한 배광 제어를 보다 유용하게 수행할 수 있도록 함과 아울러 방향성 있는 제어를 수행하도록 구성할 수 있다 할 것인데, 내/외면(131a)(131b)에 대해 대칭구조를 갖는 볼록형 자유곡면 형상을 갖는 구성으로 적용할 수 있는 등 다양한 응용이 이루어질 수 있다 할 것이다.
상기 광확산렌즈부(131)는 상기와 같이 내/외면(131a)(131b)의 각각에 대해 볼록형 곡면을 이루되 대칭 또는 비대칭의 곡면을 갖는 단면 형상구조로 형성함과 더불어 "
Figure 112013097871303-pat00020
"형상의 띠 구조로 배치함으로써 LED개체에 대한 개별 제어가 아닌 LED군집(120)에 대하여 광확산의 배광 제어를 띠 형태에 맞추어 동일하게 수행하는 하나의 단일 디퓨저(diffuser)로서 기능하게 되는데, 조사면에 대해 보다 넓은 면적을 커버하면서 빛의 중첩에 의한 균일한 광원을 형성되게 하며 눈부심을 개선하여줄 수 있도록 작용한다.
상기 광확산렌즈부(131)를 포함하는 광학렌즈(130)는 유리 재질 또는 폴리머(Polymer)계 재질로 형성함이 바람직한데, 상기 폴리머계 재질로는 폴리카보네이트(Poly Carbonate; PC), 폴리메틸메타크릴레이트(Poly Methyl Methacrylate; PMMA), 싸이클로올레핀코폴리머(Cyclo Olenfin Copolymer; COC) 등을 예로 들 수 있으며, 이들 중에서 어느 1종을 선택 사용할 수 있다 할 것이다.
상기 LED군집(120)은 광확산렌즈부(131)의 내면(131a) 아래쪽에 위치된다.
상기 광확산렌즈부(131)의 내면(131a)과 외면(131b)은 구면보다는 비구면으로 구성함으로써 비구면 코닉상수 및 비구면계수 등을 조정할 수 있도록 하여 곡면에 따른 자유도를 최대한 활용할 수 있도록 하며, 이를 통해 LED군집의 발산광에 대해 방사경로 및 광분포를 보다 자유롭게 임의 조율할 수 있도록 구성함이 바람직하다.
또한, 상기 LED군집(120)과 광학렌즈(130)가 갖는 광확산렌즈부(131)는 LED군집 발광체(100)의 사용목적 및 용도에 따른 특성 발휘가 가능하도록 다양한 형태로 배치할 수 있다 할 것인데, 이들 각각은 서로 대응 형성되어야 하는 것으로서, 도 3에 나타낸 예시에서와 같이, 띠 형태를 기본적으로 형성하되 "
Figure 112013097871303-pat00021
"형상의 단독 배치구조 또는 "
Figure 112013097871303-pat00022
", "
Figure 112013097871303-pat00023
", "
Figure 112013097871303-pat00024
"의 형상 중에서 선택된 어느 1종의 멀티 배치구조로 형성할 수 있다.
이러한 배치구조를 통해서는 동일 광원을 형성하게 하는 특성, 공간활용을 통한 방열을 우수하게 하는 특성, 미려한 디자인을 제공하는 특성 등 사용자가 원하는 특성을 발휘하도록 LED군집 발광체(100)를 제작 및 각종 LED 조명을 제작할 수 있다 할 것이다.
도 5는 본 발명에 의한 LED군집의 배광 제어용 광확산렌즈를 포함하는 LED군집 발광체(100)를 적용하여 LED 가로등(1)을 제작한 예시를 나타낸 것이다.
상술한 바와 같은 구성으로 이루어진 본 발명의 실시예에 의한 LED군집의 배광 제어용 광확산렌즈를 포함하는 LED군집 발광체(100)는 POB 타입의 광원 배열을 갖되 하나의 렌즈로 배광을 제어하는 COB 타입의 단일 광학계를 포함하는 구성을 갖는 것으로서, 기존에 제안되고 있는 POB 타입 LED와 COB 타입 LED의 장점만을 살리고 단점은 버릴 수 있도록 개선 구조를 제공하는 것이며, 이는 보다 다양한 적용이 가능하도록 추구하는 시장의 요구를 충족시킬 수 있도록 한 것이다.
한편, 도 6과 도 7은 본 발명의 실시예에 있어 "
Figure 112013097871303-pat00025
"형상의 띠 구조를 갖되 "
Figure 112013097871303-pat00026
"의 단면 형상구조로 형성되는 광확산렌즈부(131)가 포함된 LED군집 발광체(100)에 대한 배광 제어에 따른 방사특성과 광분포특성을 나타낸 시뮬레이션 데이터로서, 방사특성에 있어서는 비대칭 구조에 의한 배광 제어를 수행하는 방사패턴을 보여주고 있되 광확산렌즈부(131)가 LED군집(120)에 대해 하나의 단일 광원으로서 작용하도록 기능하고 있음을 보여주고 있으며, 광분포특성에 있어서는 비축에 따른 광분포를 형성하고 있되 조사면의 타겟 영역에 대해 전체적으로 고른 밝기를 가짐을 보여주고 있다.
이상에서 설명한 실시예는 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한 것에 불과하고 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상과 특허청구범위 내에서 이 기술분야의 당업자에 의하여 수정과 변형 또는 치환이 이루어질 수 있다 할 것이며, 이는 본 발명의 기술적 범위에 속한다 할 것이다.
100: LED군집 발광체
110: 인쇄회로기판 120: LED군집
130: 광학렌즈 131: 광확산렌즈부
131a: 내면 131b: 외면

Claims (4)

  1. 다수의 LED개체를 간격 배열하여 하나의 그룹을 이루게 한 LED군집의 배광 제어를 위한 광확산렌즈에 있어서,
    다수의 LED개체를 간격 배열하여 하나의 그룹을 이루도록 하되 "
    Figure 112014067144911-pat00027
    "형상으로 띠(band) 구조를 갖게 한 LED군집에 대해 광확산의 배광 제어를 위한 디퓨저(diffuser)로서 기능하게 한 렌즈구조체로서, 내면과 외면의 각각에 대해 대칭 또는 비대칭 구조의 볼록형 곡면을 갖도록 형성되고, 내면과 외면은 LED군집의 발산광에 대해 방사경로 및 광분포를 임의 조정할 수 있도록 비구면으로 형성되며,
    상기 LED군집의 형상에 대응하는 "
    Figure 112014067144911-pat00028
    "형상의 띠(band) 구조로 LED군집을 커버하도록 형성되어 LED군집을 하나의 단일 광원이 되게 배광 제어하는 것을 특징으로 하는 LED 군집의 배광 제어용 광확산렌즈.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 광확산렌즈는 LED군집과 더불어 "
    Figure 112013097871303-pat00029
    "형상의 띠(band) 구조로 형성하되, "
    Figure 112013097871303-pat00030
    "형상의 단독 배치구조 또는 "
    Figure 112013097871303-pat00031
    ", "
    Figure 112013097871303-pat00032
    ", "
    Figure 112013097871303-pat00033
    "의 형상 중에서 선택된 어느 1종의 멀티 배치구조로 형성되는 것을 특징으로 하는 LED 군집의 배광 제어용 광확산렌즈.
  3. 다수의 LED개체가 간격 배열되어 하나의 그룹을 형성하는 LED군집에 대해 LED개체간의 전기적인 연결 및 구동을 위한 회로를 갖는 에폭시 PCB 또는 메탈 PCB로 구비되는 인쇄회로기판;
    상기 인쇄회로기판의 상면에 장착되는 것으로서, 다수의 LED개체를 간격 배열하여 하나의 그룹을 이루도록 장착하되 "
    Figure 112014067144911-pat00034
    "형상의 띠(band) 구조로 형성되는 LED군집;
    상기 인쇄회로기판(110)을 커버하는 렌즈구조체로서, 상기 LED군집의 형상에 대응하는 "
    Figure 112014067144911-pat00035
    "형상의 띠(band) 구조로 LED군집을 커버하도록 돌출 형성되어 LED군집에서 발생되는 빛에 대해 광확산의 배광 제어를 위한 디퓨저(diffuser)로서 역할을 담당하되 LED군집을 하나의 단일 광원이 되게 배광 제어하는 광확산렌즈부가 구비되는 광학렌즈; 를 포함하여 이루어지며,
    상기 광확산렌즈부는 LED군집에 대한 디퓨저로서 역할을 위해 내면과 외면의 각각에 대해 대칭 또는 비대칭 구조의 볼록형 곡면을 갖도록 형성되고,
    상기 LED군집은 광확산렌즈부의 내면 아래쪽에 위치되는 것을 특징으로 하는 LED군집 발광체.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 LED군집과 광확산렌즈부 각각은 "
    Figure 112013097871303-pat00036
    "형상의 단독 배치구조 또는 "
    Figure 112013097871303-pat00037
    ", "
    Figure 112013097871303-pat00038
    ", "
    Figure 112013097871303-pat00039
    "의 형상 중에서 선택된 어느 1종의 멀티 배치구조로 형성되는 것을 특징으로 하는 LED군집 발광체.
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