TW200945645A - Hidden organic optoelectronic devices - Google Patents

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TW200945645A
TW200945645A TW098105830A TW98105830A TW200945645A TW 200945645 A TW200945645 A TW 200945645A TW 098105830 A TW098105830 A TW 098105830A TW 98105830 A TW98105830 A TW 98105830A TW 200945645 A TW200945645 A TW 200945645A
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TW
Taiwan
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light
particles
photovoltaic
layer
Prior art date
Application number
TW098105830A
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Cristina Tanase
Herbert Lifka
Mihaela-Ioana Popovici
Horst Greiner
Original Assignee
Koninkl Philips Electronics Nv
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Publication date
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Description

200945645 六、發明說明: 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種光電裝置,其包含:至少一個光電主 動區,其包含其之間夾有一有機光電材料之至少一後電極 與一前電極,該後電極係反射性,·及一覆蓋層,其係配置 於該前電極前方。 k 【先前技術】 OLED(有機發光二極體)及〇PV(有機光伏打)技術正作為 β 不同類型之照明/再充電目的之一替代方案出現。〇LED及 〇pv統稱為有機光電裝置。一般而言,一有機光電裝置包 含兩個電極,其之間夾有一有機光電材料。 在一 OLED中,該光電材料係一電致發光材料。當使一 電流在該等電極之間流動時,該有機電致發光材料發射 光。 在一 OPV裝置中,該光電材料係一有機光伏打材料,其 收集光子且將其轉變為負及正電荷以便在該等電極之間產 @ 生一電壓。 由於該等有機光電裝置之撓性屬性,可有利地將其用於 撓性應用(即其中該裝置在正常作業期間可被彎曲之應用) 中或用在曲表面上,(舉例而言)從而在一 〇LED之情況下 提供一曲顯示器裝置或照明系統。 在此上下文中,至少當前技術之一缺點係:夾著光電材 料之陽極電極與陰極電#中之一者係高度反射【生以獲得高 光效用。因此’該等裝置具有一在某些應用中係不合意之 138339.doc 200945645 鏡樣外觀。舉例而言,在關斷(〇FF)狀態中〇LED之外觀係 重要的’且已提出不同之解決方案以對其改良。 頒予〇1^&1等人之仍6 501 218描述一利用〇1^〇技術之 用於戶外符號之裝置結構。此處,一被圊案化為一符號 (諸如一字符或一數字)之〇LED與發光OLED區上方之一高 度散射、非吸收性塗層及非發射區上方之一高度吸收性塗 層組合。結果係,由於形成一符號(字符,數字)之高度散 射性材料與形成該符號之輪廓之高度吸收性塗層之組合, 藉助OLED光可在低周圍光位準條件下觀看到該符號。 US 6 501 2 18揭示一在〇LED之頂部上之散射瓷漆塗層之 使用。然而’需將瓷漆噴射至一塑膠薄膜或玻璃片上,然 後將其轉移至OLED裝置。需要一在無需中間塗佈步驟之 情況下可被直接施加至OLED表面之塗層。 US 6 501 218之瓷漆塗層具有其他缺點:當其被噴射至 之基板被受壓或彎曲時其將斷裂或剝落。 另外’存在獲得包含用於裝飾性及資訊性目的之發光圖 案之大表面之一較大興趣,且若該等圖案僅在〇LED表面 發射光時可見’則其將在諸多情況下係合意。 此外’存在提供可使其對於一使用者不可見之OPV裝置 之一興趣’(舉例而言)以便不擾亂自該OPV被提供以—電 壓之裝置之視覺外觀。 【發明内容】 本發明之一目標係至少部分地消除先前技術之至少某此 問題並提供一改良之有機光電裝置,除非其係處於其運作 138339.doc 200945645 狀態中否則其自一觀看者大致隱匿。 因此’在-第-態樣中,本發明提供—種光電裝置,其 包含:至少一個光電主動區,其包含其之間炎有一有機光 電材料之至j一後電極與一前電極,該後電極係反射性; 、 "覆蓋層,其係配置於該前電極前方。該覆蓋層包含一包 . 含由第—材料製成之光散射粒子之材料,該等光散射粒 子散佈於由至少部分水解之二氧化石夕溶膠製成之透明基 質中。 9 職蓋層因該等散射粒子而具有-高度散射特性。因 此’其具有一高隱藏能力,使得配置於該覆蓋層以外的結 構不可見。然而,光可穿過該層。 至乂 4/7水解之一氧化矽溶膠對於壓力下之斷裂具有 一強抵抗力且因此在該光電裝置可能經受壓力時可有利地 使用該二氧化矽溶膠。 /藉助一預水解之二氧化矽溶膠之烘乾(其可在室溫下進 0 行^可便利地地獲得一至少部分水解之溶膠。可在無需 否則將對OLED功能具有-消極影響之溶劑及/或高温之情 • ;兄下獲得此覆蓋層材料·β此外’其實質上係非吸收性,且 包括散射粒子使得該覆蓋層係高度散射性。 在本發明之實施例中,該光電材料可係一電致發光材 料。 右該光電材料係一電致發光材料,則本發明之光電裝置 係一 OLED(有機發光二極體)裝置。該〇led穿過覆蓋層向 環境中發射光。 I38339.doc 200945645 由OLED發射之光由覆蓋層接收,且此光之一部分(τ)透 射穿過該覆蓋層。該光之另一部分(1-Τ)朝向該〇LED反射 回來。此光之此部分(R(l-T))在該OLED之反射性電極中之 反射之後再一次由該覆蓋層接收,其中R係該反射性電極 之反射率。此二次光之一部分丁(1_丁)尺透射穿過該覆蓋 層,而另一部分T(1-T)2R朝向該〇leD反射回來。此繼續 直到未留下欲透射穿過該覆蓋層之光。因此,光之由該 OLED發射且透射穿過該覆蓋層之部分顯著比在該覆蓋層 之透射率之基礎上所期待之光部分高。因此,在作業中, 由該OLED發射之光係透過該覆蓋層清晰可見。然而,在 非-運作狀態中,該OLED結構將係透過該覆蓋層實質上不 可見。 在本發明之其他實施例中,該有機光電材料可係一有機 光伏打材料。 右該光電材料係一有機光伏打材料,則本發明之裝置係 一能夠將光轉變為一電壓之〇pv(有機光伏打裝置)。 根據本發明在一覆蓋層後面配置一 〇p 構對於觀看者不可見,以便在需要此一㈣之不同二 可將其隱藏。藉助漫散光該opv:n作良好,因此該覆蓋層 之散射特性不妨礙該OPV之功能。 應注意,一根據本發明之裝置可包含一有機電致發光材 料及有機光伏打材料兩者,舉例而言,該裝置之一個域 一 X有機方式為主的發光裝置且該裝置之另一域用作 一以有機方式為主的太陽能電池。 138339.doc 200945645 在本發明之實施例中,該覆蓋層係重疊於該至少一個光 電主動區上且覆蓋該至少一個光電主動帶之至少整個表 面。 藉助該覆蓋層覆蓋整個光電表面隱藏該光電裝置,即使 ‘ 其對於一觀看者實質上係不可見。在一 OLED裝置中,其 可保持隱匿直到該裝置處於其運作狀態。 在本發明之實施例中,該裝置可包含至少一第一及一第 二光電主動區域,該等區域係並排配置且相互間隔開,以 © 便在其之間形成一空隙區,其中該覆蓋層係重疊於該第一 及第二光電主動區上且至少覆蓋該第一及第二光電主動區 及該空隙區之組合表面。 藉助同一覆蓋層覆蓋兩個或更多個〇LED以及該等〇LED 之間的空隙提供一光圖案,其可在該覆蓋層之表面上被顯 示即使(如上所討論)該發光裝置被隱匿直到處於其運作 狀〜、在一光伏打裝置之情況下,該覆蓋層之表面將不顯 p 露配置於其後面之複數個裝置之存在。 在本發明之實施例中,該透明基質係一二氧化矽溶膠_ 凝膠。 可藉由進一步烘乾一部分水解之二氧化矽溶膠獲得一溶 膠凝膠。此可在室溫下進行或至少在不破壞光電組件之 又下進行,且亦在不使用對該等光電组件有害之化學化 一(例如,溶劑)之情況下進行。—二氧化矽溶膠-凝膠進 一步係一對於機械影響(例如,劃傷)具有良好抵抗性力之 玻璃樣材料。 138339.doc 200945645 在本發明之實施例中,該覆蓋層可具有-在自5〇%至 95%之範圍中之反射率。 較佳地,該覆蓋層之反射率係在 千你在該範圍内以在隱藏該 )、電裝置之結構之能力與發射充足的光之能力之間保 ^折衷。在-OL職置之情況下,該〇LED在非運作狀態 中破隱藏,而該覆蓋層允許由該(等)〇led發射之光穿 過〇
在本發明之實施例中’該第—材料之料粒子之折射率 比該透明基質之折射率高。 藉由在一具有低折射率之材料中散佈具有高折射率之粒 子來獲得一良好之散射效果。 2本發明之實施例t,由該第一材料製成之該等粒子以 重量計佔該覆蓋層材料之約1〇%至約8〇%,以重量計較佳 佔 15%至 70%。 I等光散射粒子以以上濃度包含於該覆蓋層中以給予該 覆蓋層一良好之散射效果。 在一第二態樣中,本發明係關於一種包含一配置於—框 架中之本發明之第一態樣之一裝置之配置,該框架至少部 分地環繞該裝置之橫向邊緣,其中該覆蓋層覆蓋該至少一 個裝置及該框架之至少部分。 藉助同一覆蓋材料覆蓋該(等)光電裝置及其周圍之框架 兩者使得該光電裝置可被有效地隱藏,此乃因在(一 OLED 之)非運作狀態中僅僅藉由一視覺檢察將不容易從外面偵 測到自該框架至該OLED之過渡。 138339.doc 200945645 一第三態樣中,本發明係關於—種製造—根據本發明 之、電裝置之方法,其包含以下步驟:提供一光電裝置; 提供:其中散佈有由該第一材料製成之粒子之視需要預水 解之一氧切轉;在該光電裝置之該前電極前方配置-層該二氧化矽溶膠;及烘乾該層。 應進-步注意,本發明係關於隨附請求項之所有可能組 合0 【實施方式】 本發明係關於一種有機光電裝置,其包含一對電極,一 後及一别電極,其之間夾有一有機光電材料,該後電極係 反射性’而一覆蓋層係置於該前電極前方。 一發光裝置100(即一其中該有機光電材料根據本發明係 一電致發光材料之有機光電裝置)示意性地圖解說明於圖1 中且包含兩個OLED主動區101及101'。每一 OLED主動區 101、10Γ包含一配置於(即,夾於)一後電極102與一前電 極103之間的有機電致發光材料104。一 〇LED主動區1〇1被 界定為一其中兩個電極102、103之間夹有電致發光材料 104之區。鄰近〇LED主動區101、10Γ之間的區在下文中 表示為空隙區106。 如本文使用,在"在該前電極前方配置該覆蓋層"之上下 文中,術語"在…前方配置"意指在該裝置之前電極與該裝 置之外部環境之間配置該覆蓋層。對於一 OLED裝置,此 意指該覆蓋層接收由該OLED發射之光且將此傳遞至該環 境。對於一 OPV裝置,此意指周圍光在穿過該前電極且到 138339.doc -9· 200945645 達該光伏打層之前穿過該覆蓋層β 在圖1之實施例t,前電極103係透明,因此它代表該 OLED裝置之發光(前)側,而後電極1〇2係反射性。 適合於該等電極之材料及該有機電致發光或有機光伏打 材料將為熟習此項技術者所習知且本文將不作詳細討論。 然而,該透射性前電極料可由一透明導電材料(例如, ιτο(銦-錫氧化物))製成,且該反射性後電極可由一反射性 導電材料(例如,一金屬或一塗有金屬之材料)製成。 > 如此項技術中所普遍熟知,該有機光電材料可係一聚合 材料或一具有小有機分子之材料。 如此項技術中所熟知,傳統上一光電裝置可進一步包含 額外層,諸如障壁層,用於均勻電流分配之金屬分路層’ 緩衝層及基板。然而,為簡單起見,省略對此等層之描 述,此乃因其位置及使用係為熟習此項技術者所熟知。在 此項技術中傳統上,一光電裝置(例如,發光裝置100)通常 • 進一步包含驅動電子裝置(未顯示)。 一覆蓋層105係配置於該OLED主動區101、101,之頂部 上,前電極103前方,且亦覆蓋位於此等主動區之間的空 隙區106。 覆蓋層105係配置於一位於該前電極與覆蓋層1〇5之間的 基板107上。該基板可由(舉例而言)玻璃或塑膠製成且可 (舉例而言)包含保護該等主動層免受水及/或氧氣之影響之 緩衝層。 該覆蓋層包含一由一至少部分水解之二氧化矽溶膠_凝 138339.doc -10- 200945645 膠製成之實質上非吸收性基質m,該二氧化矽溶膠_凝膠 中散佈有散射粒子110。 通常’基質111係一二氧化矽溶膠_凝膠,其具有係一透 明、堅硬、抗劃傷且玻璃樣材料之優點。 散射粒子110通常由一具有一比周圍基質lu之折射率高 之折射率之材料製成。舉例而言,該等散射粒子之折射率 較佳係至少2.0。該周圍基質通常具有一約1.3至16之折射 率。 散射粒子110通常由一選自由Ti〇2銳鈦礦、Ti〇2金紅 石、Zr〇2、Ta2〇5、ZnS、ZnSe或其中兩者或更多者之混合 物組成之群組之材料製成。 此等材料係適合於欲散佈於該基質中之實質上非吸收 性、散射粒子之材料之良好實例。 該等散射粒子以重量計通常佔該覆蓋層材料之約1〇%至 約80% ’以重量計較佳佔丨5%至70〇/〇。 該等光散射粒子以在以上給出範圍内之濃度包含於該覆 蓋層中’以便在該覆蓋層中提供一良好之散射效果。 散射粒子110之粒子大小可經選擇以與由該OLED發射之 光之色彩匹配,以便獲得一最大散射效果。平均粒子大小 應接近用於此之所發射光之波長。因此,該等散射粒子之 平均粒子大小範圍係自1〇〇至1000 nm,較佳係200至800 nm(即自UV至可見光之波長範圍。) 基質中散射粒子110之濃度及覆蓋層105之厚度通常經選 擇以便獲得一塗層,其在該等OLED主動區處於一非運作 138339.doc 200945645 (關斷)狀態時隱匿該等OLED結構,但其允許由該等〇Led 主動區發射之光照射穿過覆蓋層105。 通常,一具有一高於50%/通過之反射率之塗佈層係合 意’較佳係高於7 5 °/〇,例如高於8 5 %,據此可獲得一良好 之隱藏能力。 該覆蓋層之厚度通常係自1 μιη至50 μηι以提供一良好 之隱藏性質及合意之透射率。 在一理想情況下’假定一非吸收性覆蓋層,則可如下計 © 算由該OLED發射之穿過該覆蓋層之光之全部透射
Tt〇t =ΣΓ((1-7,)Λ)η /r=〇 其中T係穿過該覆蓋層之透射/通過(1_反射率)且尺係該 OLED主動區之反射性電極之反射率。 對於Τ之值為20% (80%反射)且R為8〇%(其為本發明之裝 置之代表性值),Ttot等於0.6。 β 因此,由該等0LED主動區發射之光將係透過該覆蓋層 清晰可見,而該等0LED結構在關斷狀態中將係透過該覆 .蓋層充分不可見。舉例而言,可如下獲得覆蓋層1〇5。 藉由在水中預水解一烷氧基矽烷溶液獲得(例如,藉助 一用作一催化劑之酸)一二氧化矽前驅物溶膠_凝膠。 向該預水解之溶膠添加二氧化矽粒子之一懸浮液。然後 將散射粒子110添加至該混合物。 然後可藉由B習此項技術者所熟知之方式(例如,一軋 138339.doc -12· 200945645 輥台)均質化該所得混合物。結果係一穩定懸浮液。若保 存於-冷束器中’該懸浮液具有一至少兩個月之儲藏期 限。 然後可藉助任何傳統上使用之塗佈方法(諸如例如旋 塗、噴塗或到刀塗佈將該懸浮液塗佈至該〇LED表面上。 所塗佈層允許在室溫下烘乾,無需進—步熱處理以獲得 一在透射與隱藏性質之間具有合意折衷之堅硬保護性覆蓋 層。 所使用之OLED可係一均質瓦片或可具有一經圖案化之 圖片或其他在塗佈之前可見的氣氛形成設計。 對於熟習此項技術者此將係顯而易見的:若該有機電致 發光材料由一有機光伏打材料替代,則上述實施例亦可應 用於一有機光伏打裝置(〇pV)中。 通常,該OPV(亦稱作有機太陽能電池)用於藉由將光(諸 如陽光或室内光)轉換為電能量來驅動某一類型之電子裴 置(例如,一 OLED)。一本發明之自一觀看者隱匿之〇p v在 (舉例而言)其中期望該〇PV不應影響該〇pv向其提供一電 壓之裝置之視覺外觀之諸多應用中係有利的。由於該等 OPV係不再可見,因此自一設計角度此方法之適用性增 強。此等應用之實例包括但不限於一太陽能電池驅動手 錄,PDA ’行動電話等,其中該OPV用作太陽能電池。 對於一 OPV之功能,所利用之光可極佳地被散射,此乃 因此不大影響該裝置之光轉換效能。因此,如在本發明 中,該〇pv可有利地被定位於一覆蓋層後面。 138339.doc •13· 200945645 然而,若本發明之光電裝置係一0PV,則該覆蓋層之透 射率較佳不像上文在該0LED實施例中所述的那樣受限 而疋該覆蓋層通常經選擇以具有一至少20%/通過之 透射率(一低於80%/通過之反射),例如至少5〇%/通過。然 • 該覆蓋層通常經選擇以便具有良好之隱藏特性,即係 高度散射性。 本發明之裝置可被嵌人-表面中,至少部分地由該表面 #料之—框架環繞,其中該裝置及該框架材料兩者由同-9 |蓋層材料蒙罩。因此’將自-觀看者隱匿該裝置之位置 (在- OLED裝置之情況下,至少直到該裝置處於其接通 (〇N)狀態中且發射光)。此可如需地用於許多應用中以用 於在牆上快速地演示資訊、一警告符號或一藝術圖案。 此一包含一嵌入於一普通牆2〇〇中之本發明之發光裝置 1〇〇之配置圖解說明於圖仏及沘中。在圖2&中,該發光裝 置係處於關斷狀態,且該等虛線僅指示發光裝置1〇〇之位 ❹置。在牆200中切一開口以形成發光裝置1〇〇配置於其中之 框架。覆蓋層105不僅用於蒙罩發光裝置1〇〇而且蒙罩牆 200 〇 在圖2b中’當發光裝置1〇〇係接通時,文字"fire EXIT” 及扎向合意方向之箭頭在該牆上被點亮》此明顯代表一 配置於一由周圍材料製成之框架中之發光裝置之一配置之 僅一種可能使用。 基於一如本發明中所使用之二氧化矽溶膠-凝膠之覆蓋 層材料不僅黏附至OLED表面,而且黏附至其他表面,諸 138339.doc •14- 200945645 如但不限於玻璃、金屬、陶竟、塑膠或木製表面。因此, 本發明之發光裝置可配置於1乎任何材料之框架卜由 於可在撓性/可f曲實施例中製作gled發光以,因此可 將本發明之發光裝置配置為曲表面,例如一支柱或類似 物。 熟習此項技術者將認識到部分由框架環繞之—光電裝置 之此-配置(其中„置及該框架材料兩者由同—覆蓋層 材料蒙罩)亦適用於一 OPV裝置。
在上述實施例中,該覆蓋層不只覆蓋該等光電裝置之主 動區。然:而,在本發明之其他實施例(未顯示)t,該覆蓋 層僅僅或實質上僅僅覆蓋該(等)主動區,使得即使該光電 裝置之實際層結構由該覆蓋層隱匿,該(等)主動區之形狀 或圖案仍清晰可見。舉例而t ’可藉由引人—染料或顏料 使該覆蓋層清晰可見。 熟習此項技術者將認識到,本發明決非僅限於上述較佳 實施例。相反,在隨附中請專利範圍之㈣内可具有諸多 修改及改變。 舉例而言,該覆蓋層材料可包含一顏料或染料以給予該 覆蓋層一合意之色彩。 【圖式簡單說明】 現將參考顯示本發明之當前較佳實施例之隨附圖式來更 詳細描述本發明之此等及其他態樣。 圖1示意性地圖解說明本發明之一發光裝置之剖面圖。 圖2a示意性地圖解說明本發明之一基於〇led之配置處 13S339.doc -15- t 200945645 於關斷狀態之平面圖。 圖2b示意性地圖解說明圖2a之配置處於接通狀態之平面 圖。 【主要元件符號說明】 100 光電裝置 101 主動區 101' 主動區 102 後電極
103 前電極 104 有機光電/電致發光材料 105 覆蓋層 106 空隙區 107 基板 110 散射粒子 111 基質 200 框架
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Claims (1)

  1. 200945645 七、申請專利範圍: 1· 一種光電裝置(_,其包含:至少一個光電主動區 (01)其包含至少一後電極(102)與一前電極(1〇3)且於 該等電極之間夹有一有機光電材料(1〇4),該後電極 . (1〇2)係反射性;及-覆蓋層(1〇5),其係配置於該前電 極(1 〇3)刖方,該覆蓋層(1〇5)包含一包含由一第一材料 製成之光散射粒子(110)之材料,光散射粒子(11〇)散佈於 由一至少部分水解之二氧化矽溶膠構成之透明基質 參 (111)中。 2·如明求項1之装置,其中該光電材料(1〇4)係一電致發光 材料。 3. 如叫求項1之裝置,其中該有機光電材料(104)係一有機 光伏打材料。 4. 如則述請求項中任一項之裝置,纟中該|蓋層〇5)係重 疊於該至少一個光電主動區(101)上且覆蓋該至少一個光 參 電主動區域(101)之至少整個表面。 5·如3青求項1或2之裝置,其包含至少一第一及一第二光電 . 主動區(101、101,),該等區係並排配置且相互間隔開, 以便在其之間形成一空隙區(106),其中該覆蓋層(105) 係重疊於該第一及第二光電主動區(1〇1、1〇1,)上且覆蓋 °亥第及第二光電主動區(101、101,)及該空隙區(106)之 至少該組合表面。 6·如明求項1之装置’其中該透明基質(111)係一二氧化矽 溶膠·凝膠。 138339.doc 200945645 7如咕求項1之裝置,其中該覆蓋層(105)具有一在—5〇% 至95〇/〇之範圍中之反射率。 8,如明求項1之裝置,其中由該第一材料製成之該等粒子 (110)之折射率係比透明基質(111)之折射率高。 9. 如請求項8之裝置,其中由該第一材料製成之該等粒子 (11〇)之該折射率係 至少2.0。 10. 如凊求項9之裝置,其中該第一材料係選自由Ti〇2銳鈦 礦、Τι〇2金紅石、Zr〇2、Ta2〇5、ZnSe、ZnS及其中兩者 或更多者之混合物組成之群組。 η·如請求項6之裝置,其中該等粒子⑴〇)以重量計佔該覆 蓋層材料之約10%至約80〇/〇。 12·如晴求項6之裝置’其中由該第―材料(ιι〇)製成之該等 粒子之平均粒子大小位於一 100至1000 nm之範圍中。 13·如請求項1或2之裝置,其中該透明基質(111)包含一色彩 染料。 ^ 14. 一種包含一配置於一框架(2〇〇)中之如請求項1至u中任 -項,裝置(_之配置’該框架至少部分地環繞該裝置 之該等橫向邊緣,其中該覆蓋層(1〇5)覆蓋該至少一個發 光裝置(100)及該框架(2〇〇)之至少部分。 15. —種用於製造一如請求項6之裝置之方法,其包含以下 步驟: • 提供一光電裝置; -提供一其中散佈有由該第一材料製成之粒子之視需 要預水解之二氧化矽溶膝; 138339.doc • 2 · 200945645 - 在該光電裝置之該前電極前方配置一層該二氧化矽 溶膠;及 - 烘乾該層。
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