KR20100124808A - 컬러 가변 발광 장치 - Google Patents

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KR20100124808A
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요하네스 엘. 엠. 반 덴 베르게
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코닌클리즈케 필립스 일렉트로닉스 엔.브이.
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Abstract

본 발명은 적어도 하나의 광원(101; 201; 303; 401) 및 적어도 하나의 변형 가능 요소(102; 202; 301; 402)를 포함하는 컬러 가변 발광 장치(100; 200; 300; 400)에 관한 것이다. 상기 변형 가능 요소(102; 202; 301; 402)는 적어도 하나의 파장 변환 물질(103; 203; 305; 403)의 입자들을 포함하고, 상기 요소(102; 202; 301; 402)는 상기 적어도 하나의 광원(101; 201; 303; 401)으로부터 광을 수신하여 상이한 파장의 광으로 변환하도록 배열된다. 파장 변환 물질(들)을 포함하는 요소가 변형 가능하므로, 요소의 두께가 변경될 수 있다. 이러한 두께 변화는 파장 변환 물질 및 따라서 컬러도 조정되는 것을 허가한다.

Description

컬러 가변 발광 장치{COLOR VARIABLE LIGHT EMITTING DEVICE}
본 발명은 적어도 하나의 광원 및 적어도 하나의 변형 가능 요소를 포함하는 컬러 가변 발광 장치에 관한 것이다.
백색광 또는 임의의 다른 컬러의 광을 생성하기 위하여, 파장 변환 물질, 즉 형광체들과 연계하여 상이한 컬러들의 다수의 발광 다이오드(LED)를 사용하는 조명 시스템들이 종종 사용된다. 이러한 형광체 기반 발광 장치들에서의 효율 및 컬러 품질 개선이 꾸준히 진행되고 있다.
대부분의 LED들은 단일 내부 다이만을 포함하며, 하나의 주요 컬러 또는 광 파장을 생성할 수 있다. 통상적으로, 다양한 컬러의 광을 생성하기 위하여, RGB(Red Green Blue) LED 셋업이 사용된다. 3개의 주요 컬러인 적색, 녹색 및 청색을 혼합함으로써, "풀 컬러" LED라고도 하는 RGB LED는 광대한 컬러들의 어레이를 생성할 수 있으며, 적절히 조합될 때 백색 광도 생성할 수 있다. RGB LED 조명 기구들은 예를 들어 LCD 백라이팅, 상용 냉동기 조명 및 백색광 조명에 사용된다.
RGB LED 셋업에서 컬러를 시프트하기 위하여, 예를 들어 연속적인 전류 감소 또는 펄스폭 변조(PWM)에 의한 디밍(dimming)이 요구된다. 더욱이, 하나의 발광 다이오드에서 다음 발광 다이오드로의 컬러 및 출력 변화들이 매우 명확해질 수 있다. 이 때문에, 디밍에 의한 컬러 혼합은 통상적으로 많은 컬러 혼합 응용에 대해 비효율적이고 비실용적이다.
따라서, 상이한 응용들에서 출력 광의 컬러가 더 쉽게 시프트되고 변할 수 있는 발광 장치를 제공하는 것이 이 분야에 필요하다.
본 발명의 하나의 목적은 전술한 필요를 충족시키고, 전술한 단점들을 극복하는 쉬운 컬러 변화 제어를 제공하는 발광 장치를 제공하는 것이다.
이러한 본 발명의 목적 및 다른 목적은 첨부된 청구범위에 따른 발광 장치에 의해 달성된다.
따라서, 제1 양태에서, 본 발명은 적어도 하나의 광원 및 적어도 하나의 변형 가능 요소를 포함하는 컬러 가변 발광 장치에 관한 것이다. 변형 가능 요소는 적어도 하나의 파장 변환 물질의 입자들을 포함하며, 적어도 하나의 광원으로부터 광을 수신하고, 이 광을 상이한 파장의 광으로 변환하도록 배열된다.
본 발명의 장치에서, 광원에 의해 경사진 각도들로 방출되는 광은 파장 변환 물질(들)의 입자들을 만나서 산란되어 상이한 파장의 광으로 변환될 것이다. 파장 변환 물질(들)을 포함하는 요소는 변형 가능하므로, 요소의 두께는 변할 수 있다. 이러한 두께 변화는 파장 변환 물질 및 따라서 컬러도 "조정"될 수 있게 한다. 따라서, 커다란 설계 및 미적 자유도가 얻어지며, 출력 광의 컬러가 쉽게 시프트될 수 있다.
본 발명의 실시예들에서, 변형 가능 요소는 겔을 포함한다. 겔은 요소의 변형성을 증가시키며, 이는 또한 요소의 두께 및 따라서 컬러 출력이 더 쉽게 변할 수 있게 한다.
변형 가능 요소 내의 겔 및 파장 변환 물질(들)의 조합은 또한 변형 가능 요소의 전체 체적으로부터 광이 방출되는 것을 가능하게 한다.
통상적으로, 겔은 실리콘을 포함한다. 실리콘은 유연하고, 불활성이고, 열적으로 안정된 물질이다.
본 발명의 일 실시예에서, 적어도 하나의 광원은 변형 가능 요소 내에 배열된다. 이 실시예에서, 변형 가능 요소는 본질적으로 광원(들)을 봉입하며, 따라서 광원은 그 안에 분산된 파장 변환 물질의 입자들에 의해 둘러싸인다.
이러한 배열의 한 가지 이익은 파장 변환 물질의 입자들과의 계속적인 만남으로 인해 광이 효율적으로 변환된다는 점이다. 후방으로, 즉 광원을 향해 뒤로 산란되는 광은 손실되는 것이 아니라, 효율적으로 변환된다.
본 발명에 따른 컬러 가변 발광 장치의 다른 실시예에서, 적어도 하나의 광원은 전술한 변형 가능 요소로부터 떨어져 배열된다. 이러한 실시예에서, 광원은 변형 가능 요소로부터 떨어져 배치되어, 소위 "원격 형광체" 응용을 제공할 수 있다. LED에 직접 부착되지 않는 파장 변환 물질, 즉 형광체의 사용은 파장 변환 물질이 견딜 수 있는 온도 및 광속에 관한 요구들을 완화한다. 따라서, 이러한 소위 원격 형광체 실시예는 낮은 컬러 온도 및 양호한 컬러 렌더링 인덱스를 제공한다. 또한, 광의 품질(불쾌한 피크 휘도, 컬러 제어)이 개선될 수 있고, 파장 변환 물질(들)의 특성들을 변화시킴으로써 컬러가 제어될 수 있다.
광원이 변형 가능 요소로부터 떨어져 배열되는 실시예들에서는, 광원에 의해 방출되는 광을 변형 가능 요소 내로 유도하기 위한 광 가이드를 사용하여, 광이 파장 변환 물질(들)의 입자들과 접촉하게 하는 것이 유리하다. 광 가이드는 광원으로부터의 광을 파장 변환 물질(들)의 입자들로 유도하고, 파장 변환 물질(들)로부터 돌아오는 광을 포획하여 재사용하는 데 이용될 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에서, 컬러 가변 발광 장치는 적어도 제1 변형 가능 요소 및 제2 변형 가능 요소를 포함한다. 제2 변형 가능 요소는 제1 변형 가능 요소를 통과한 광원(들)에 의해 방출된 광의 적어도 일부를 수신하도록 배열된다. 둘 이상의 변형 가능 요소를 조합함으로써, 혼합 컬러들이 생성될 수 있으며, 변형 가능 요소(들)의 두께를 변화시킴으로써 컬러가 전반적으로 또는 국지적으로 변경될 수 있다.
제1 변형 가능 요소는 제1 파장 변환 물질을 포함할 수 있고, 제2 변형 가능 요소는 제2 파장 변환 물질을 포함할 수 있다. 이러한 방식으로 다수의 컬러가 얻어질 수 있다.
본 발명의 실시예들에서, 컬러 가변 발광 장치는 변형 가능 요소의 두께를 변경하기 위한 장치를 더 포함한다. 그러한 장치는 자석 또는 열 액티베이터일 수 있다. 그러나, 두께는 간단히 사람의 손가락을 이용하여 변경될 수도 있다. 이것은 상이한 컬러들을 방출하는 "개인화된" 변형 가능 요소가 얻어질 수 있다는 점에서 유리하다.
이러한 본 발명의 양태 및 다른 양태들은 후술하는 실시예(들)로부터 명백하고, 그들을 참조하여 설명될 것이다.
도 1a은 광원이 변형 가능 요소 내에 배열되는 본 발명에 따른 컬러 가변 발광 장치의 제1 실시예의 개략도.
도 1b는 광원이 변형 가능 요소로부터 떨어져 배열되는 본 발명에 따른 컬러 가변 발광 장치의 제2 실시예의 개략도.
도 2는 광 가이드가 사용되는 본 발명의 일 실시예에 따른 컬러 가변 발광 장치의 개략도.
도 3은 2개의 변형 가능 요소 및 2개의 광원을 포함하는 본 발명에 따른 컬러 가변 발광 장치의 일 실시예의 개략도.
도 4는 2D 표면으로부터 광을 방출하는 본 발명에 따른 컬러 가변 발광 장치의 주요 셋업을 나타내는 도면.
본 발명은 적어도 하나의 광원 및 적어도 하나의 변형 가능 요소를 포함하는 컬러 가변 발광 장치에 관한 것으로서, 전술한 변형 가능 요소는 적어도 하나의 파장 변환 물질의 입자들을 포함한다.
본 발명에 따른 컬러 가변 발광 장치(100)의 일 실시예가 도 1에 도시되어 있다. 컬러 가변 발광 장치(100)는 적어도 하나의 광원(101) 및 변형 가능 요소(102)를 포함한다. 변형 가능 요소(102)는 변형 가능 요소(102) 내에 분산되는 적어도 하나의 파장 변환 물질의 입자들(103)을 포함한다. 변형 가능 요소(102)는 광원(101)으로부터 광을 수신하도록 배열된다.
본 명세서에서 사용되는 "광원"이라는 용어는 임의의 광원일 수 있으나, 본 상황에서 광원은 통상적으로 하나 이상의 발광 다이오드(LED)를 지칭한다. LED들은 그들의 작은 크기, 잠재적인 에너지 절약 및 긴 수명으로 인해 유리하게 사용된다.
광원(101)에 의해 방출되는 광은 변형 가능 요소(102)에 의해 수신되고, 그 안에 포함된 파장 변환 입자들(103)은 광의 적어도 일부를 상이한 파장의 광으로 변환할 것이다.
따라서, 변형 가능 요소(102)는 파장 변환 요소로서 사용된다.
본 명세서에서 사용되는 "파장 변환"이라는 용어는 제1 파장의 광을 흡수하여 제2의 더 긴 파장의 광을 방출하는 물질 또는 요소를 지칭한다. 광의 흡수시, 물질 내의 전자들은 더 높은 에너지 레벨로 여기된다. 더 높은 에너지 레벨들로부터 복귀할 때, 잉여 에너지는 흡수된 파장보다 긴 파장을 갖는 광의 형태로 물질로부터 방출된다. 따라서, 그 용어는 형광 및 인광 파장 변환 양자와 관련된다.
변형 가능 요소(102)는 온도, 산화 및 방사선에 안정적이어서, 열, 산소 및/또는 광에 노출될 때 열화되지 않을 것이다.
"변형 가능 요소"라는 용어는 매우 유연한 물질로 형성된 요소를 지칭하며, 이러한 요소는 휠 수 있고 가소성을 가져서, 요소의 두께가 국지적으로 또는 전반적으로 변화될 수 있다.
광은 변형 가능 요소 내의 입자들(103)과의 접촉시에 상이한 방향으로 산란되며, 변형 가능 요소(102)로부터 출사된 광은 파장 변환 물질(들)의 입자들(103)에 의해 효율적으로 변환되었다. 또한, 광은 변형 가능 요소(102)의 외면만이 아니라, 그의 전체 부피로부터 방출된다.
통상적으로, 변형 가능 요소(102)는 요소의 변형성 및 유연성을 더 증가시키기 위해 겔을 포함하며, 따라서 요소의 두께는 국지적으로 또는 전반적으로 쉽게 변화될 수 있다.
겔은 바람직하게는 열에 저항하고 불활성이며, 따라서 본 발명의 컬러 가변 발광 장치에서 사용하기에 적합한 실리콘을 포함한다. 본 발명은 실리콘의 사용으로 한정되는 것이 아니라, 여러 다른 변형 가능 물질, 예컨대 높은 점도의 유기 물질도 사용될 수 있으며, 이들은 이 분야의 기술자에게 공지되어 있다.
바람직하게는, 겔 및 따라서 변형 가능 요소도 광학적으로 투명하며, 이는 그를 통해 볼 수 있음을, 즉 선명한 이미지들이 통과할 수 있음을 의미한다.
본 발명의 실시예들에서, 광원(들)은 변형 가능 요소 내에 또는 변형 가능 요소로부터 떨어져 배열될 수 있다.
도 1a에 도시된 실시예에 따르면, 적어도 하나의 광원(101)이 변형 가능 요소(102) 내에 배열된다. 전술한 바와 같이, 이러한 배열의 한 가지 이익은 광이 광원(101)을 둘러싸는 파장 변환 물질의 입자들(103)과의 계속되는 만남으로 인해 효율적으로 변화된다는 것이다. 후방으로, 즉 광원(101)을 향해 뒤로 산란되는 광은 손실되는 것이 아니라, 효율적으로 변환될 것이다.
도 1b에 도시된 본 발명에 따른 컬러 가변 발광 장치(100)의 다른 실시예에서는, 적어도 하나의 광원(101)이 변형 가능 요소(102)로부터 떨어져 배열된다.
이 실시예에서, 광원(101)은 변형 가능 요소(102)로부터 원격 배치되어, 소위 "원격 형광체" 응용을 제공할 수 있다. 전통적인 LED들에서, 파장 변환 물질, 즉 형광체는 칩에 직접 부착되는 접착제 내에 삽입된다. 이러한 구조에서, 파장 변환 물질은 LED의 온도 및 광속(light flux)을 동시에 견뎌내야 한다. LED에 직접 부착되지 않는 파장 변환 물질의 사용은 파장 변환 물질이 견딜 수 있는 온도 및 광속에 대한 요구들을 완화한다. 따라서, 이러한 소위 원격 형광체 실시예는 낮은 컬러 온도 및 양호한 컬러 렌더링 인덱스를 제공한다. 또한, 광 품질(불쾌한 피크 휘도, 컬러 제어)이 개선될 수 있으며, 파장 변환 물질(들)의 특성들을 변경함으로써 컬러가 제어될 수 있다. 또한, 조명 기구 제조자는 LED(들)와 무관하게 컬러를 선택할 수 있다.
파장 변환 물질 입자들(103)을 포함하는 변형 가능 요소(102)는 파장 변환 요소로 사용되며, 자기 지지형이다. 파장 변환 물질의 입자들(103)을 구비하는 그러한 자기 지지형 변형 가능 요소(102)는 대량 생산된 후, 후속 단계에서 광원(101)과 결합될 수 있다.
광원이 변형 가능 요소로부터 떨어져 배열되는 실시예들에서는 광 가이드가 사용될 수 있으며, 이러한 본 발명의 실시예에 따른 컬러 가변 발광 장치(200)가 도 2에 도시되어 있다.
광원(201)에 의해 방출되는 광은 광 가이드(204)에 의해 수신되며, 이 광 가이드는 방출된 광을 변형 가능 요소(202) 내로 안내하는 데 사용된다. 변형 가능 요소(202) 내에 분산된 파장 변환 물질(들)의 입자들(203)과의 접촉시, 광은 다른 파장의 광으로 효율적으로 변환된다. 따라서, 광 가이드(204)는 두 가지 상이한 목적, 즉 광원(201)으로부터의 광을 파장 변환 물질(들)의 입자들(203)로 안내하고, 변형 가능 요소(202)로부터 돌아오는 광을 포획하여 재사용하는 목적을 갖는다.
일부 실시예들에서, 컬러 가변 발광 장치(200)는 둘 이상의 변형 가능 요소를 포함할 수 있다. 따라서, 제1 변형 가능 요소(202)를 통과한 광원(201)에 의해 방출된 광의 적어도 일부를 수신하도록 제2 변형 가능 요소(205)가 배열될 수 있다.
둘 이상의 변형 가능 요소의 조합은 변형 가능 요소들 중 하나 또는 양자의 두께를 변경함으로써 컬러가 전반적으로 또는 국지적으로 변경되는 것을 가능하게 한다.
통상적으로, 이러한 실시예에서는, 혼합 컬러들의 생성을 제공하는 다수의 파장 변환 물질이 사용된다. 예를 들어, 제1 변형 가능 요소(202)는 제1 파장 변환 물질(203)을 포함할 수 있고, 제2 변형 가능 요소(205)는 제2 파장 변환 물질(206)을 포함할 수 있다. 대안으로, 변형 가능 요소들은 둘 이상의 파장 변환 물질의 혼합물을 포함한다. 따라서, 다수의 혼합된 컬러들이 얻어질 수 있으며, 요소(들)의 두께를 간단히 변경함으로써 상이한 컬러들이 생성될 수 있다.
옵션으로서, 발광 장치(200)로부터 멀리 열을 운반하기 위해 히트 싱크(207)가 배열될 수 있다.
이제, 도 3을 참조하면, 제1 변형 가능 요소(301) 및 제2 변형 가능 요소(302)를 포함하는 컬러 가변 발광 장치(300)가 도시되어 있다. 제2 변형 가능 요소(302)는 제1 변형 가능 요소(301)를 통과한 광의 적어도 일부를 수신하도록 배열된다.
본 발명은 소정 수의 광원 또는 그의 특정 배열로 한정되지 않는다. 대신에, 많은 광원이 사용될 수 있으며, 이들은 변형 가능 요소들 내에 그리고/또는 그들로부터 떨어져 배열될 수 있다. 예컨대, 제1 광원(303)을 변형 가능 요소(들) 내에 배열하고, 제2 광원(304)을 변형 요소(들)로부터 떨어져 배열하는 것이 가능하다. 광원은 변형 가능 요소들 중 하나 내에서만 광을 방출하도록 배열될 수도 있다.
변형 가능 요소들(301, 302)은 상이한 타입의 파장 변환 물질 입자들(305, 306)을 포함할 수 있다.
도 4는 2D 표면으로부터 광을 방출하는 본 발명에 따른 컬러 가변 발광 장치(400)의 주요 셋업이다.
이 실시예에서, 컬러 가변 발광 장치(400)는 적어도 하나의 광원(401), 적어도 하나의 파장 변환 물질(403)을 포함하는 제1 변형 가능 요소(402)를 포함하며, 상기 제1 변형 가능 요소(402)는 광원(401)에 의해 방출되는 광의 적어도 일부를 수신하도록 배열된다. 제2 변형 가능 요소(404)가 제1 변형 가능 요소(402)를 통과한 광을 수신하도록 배열된다. 제2 변형 가능 요소(404)는 제1 변형 가능 요소(402)의 파장 변환 물질(403)과 동일하거나 다를 수 있는 적어도 하나의 파장 변환 물질(405)을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예들에서는, 예컨대 히트 싱크(406)와 같은 추가적인 광학 기구가 발광 장치(400)로부터 멀리 열을 운반하도록 배열된다. 또한, 균일한 확산 광 출력을 생성하기 위해 확산기(407)가 광원(들)(401)에 의해 방출되는 광을 수신하도록 배열될 수 있다.
본 발명의 실시예들에서, 컬러 가변 발광 장치는 변형 가능 요소의 두께를 변경하기 위한 장치를 더 포함한다. 그러한 장치는 자력 또는 열을 통해 변형 가능 요소의 두께에 영향을 미치는 자기 또는 열 액티베이터일 수 있다. 간단히 사람의 손가락을 이용하여 변형 가능 요소(들)의 두께를 변화시키는 것도 가능하다. 이러한 비교적 쉬운 두께 제어는 상이한 컬러들을 방출하는 "개인화된" 변형 가능 요소들이 얻어질 수 있으므로 유리하다.
변형 가능 요소가 국지적으로 변형될 때, 이러한 국지적 변형은 예를 들어 전류의 도움으로 다른 장치의 기능을 활성화하는 데 이용될 수 있다. 이와 동시에, 변형된 요소는 국지적 변형을 간단히 표시함으로써 어느 영역이 최종 터치되었는지에 대한 피드백을 사용자에게 제공할 수 있다.
본 발명에 따른 컬러 가변 발광 장치는 여러 응용에서, 예컨대 촉각 제품에서 사용될 수 있다. 이것은 또한 터치 스크린, 이동 전화, 베개, 물침대, 압력계 등에서 사용될 수 있다.
본 발명은 도면들 및 위의 설명에서 도시되고 상세히 설명되었지만, 그러한 도시 및 설명은 제한적이 아니라 설명 또는 예시적인 것으로 간주되어야 하며, 본 발명은 개시된 실시예들로 한정되지 않는다.
이 분야의 기술자들은 도면들, 명세서 및 첨부된 청구범위의 연구로부터 청구 발명을 실시함에 있어서 개시된 실시예들에 대한 다른 변형들을 이해하고 실시할 수 있다. 예컨대, 본 발명은 통상적으로는 LED(들)가 사용되지만 특정 광원의 사용으로 한정되지 않는다. 본 발명은 특정 타입의 LED로 한정되는 것이 아니라, 임의의 컬러 또는 파장 조합을 갖는 임의 타입의 LED가 사용될 수 있다.

Claims (9)

  1. 적어도 하나의 광원(101; 201; 303; 401) 및 적어도 하나의 변형 가능 요소(102; 202; 301; 402)를 포함하는 컬러 가변 발광 장치(100; 200; 300; 400)로서,
    상기 변형 가능 요소(102; 202; 301; 402)는 적어도 하나의 파장 변환 물질(103; 203; 305; 403)의 입자들을 포함하고, 상기 요소(102; 202; 301; 402)는 상기 적어도 하나의 광원(101; 201; 303; 401)으로부터 광을 수신하여 상이한 파장의 광으로 변환하도록 배열되는 컬러 가변 발광 장치(100; 200; 300; 400).
  2. 제1항에 있어서, 상기 변형 가능 요소(102; 202; 301; 402)는 겔을 포함하는 컬러 가변 발광 장치(100; 200; 300; 400).
  3. 제2항에 있어서, 상기 겔은 실리콘을 포함하는 컬러 가변 발광 장치(100; 200; 300; 400).
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 광원(101; 201; 303; 401)은 상기 변형 가능 요소(102; 202; 301; 402) 내에 배열되는 컬러 가변 발광 장치(100; 200; 300; 400).
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 광원(101; 201; 303; 401)은 상기 변형 가능 요소(102; 202; 301; 402)로부터 떨어져 배열되는 컬러 가변 발광 장치(100; 200; 300; 400).
  6. 제5항에 있어서, 상기 광원(201)에 의해 방출되는 광의 적어도 일부를 상기 변형 가능 요소(202) 내로 안내하도록 배열되는 광 가이드(204)를 더 포함하는 컬러 가변 발광 장치(100; 200; 300; 400).
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 제1 변형 가능 요소(202; 301; 402) 및 제2 변형 가능 요소(205; 302; 404)를 포함하고, 상기 제2 변형 가능 요소(205; 302; 404)는 상기 제1 변형 가능 요소(202; 301; 402)를 통과한, 상기 적어도 하나의 광원(201; 303; 401)에 의해 방출된 광의 적어도 일부를 수신하도록 배열되는 컬러 가변 발광 장치(100; 200; 300; 400).
  8. 제7항에 있어서, 상기 제1 변형 가능 요소(202; 301; 402)는 제1 파장 변환 물질(203; 305; 403)을 포함하고, 상기 제2 변형 가능 요소(205; 302; 404)는 제2 파장 변환 물질(206; 306; 405)을 포함하는 컬러 가변 발광 장치(100; 200; 300; 400).
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 변형 가능 요소(102; 202; 301; 402)의 두께를 변경하기 위한 장치를 더 포함하는 컬러 가변 발광 장치(100; 200; 300; 400).
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