CN201661930U - 一种led侧光式背光源的发光元件 - Google Patents

Abstract

本实用新型的LED侧光式背光源的发光元件中，导光板、LED封装的填充物和透明胶层的折射率均为1.5左右，透明胶层把填充物的出光表面和导光板的相对应的入光侧面粘结在一起，使得LED封装的填充物的出光表面与导光板的相对应的入光侧面之间没有空气间隙，因此，在填充物的出光表面和透明胶的入光表面之间的界面处几乎没有全内反射，在透明胶层的出光表面和导光板的入光侧面之间的界面几乎没有全内反射，使得到达LED封装的填充物的出光表面的光几乎全部进入导光板，因此，充分利用LED芯片所发出的光、LED封装的填充物的出光表面的出光角度加大、使得导光板内的光分布更均匀、降低成本和减少发热。

Description

一种LED侧光式背光源的发光元件 

技术领域

本实用新型揭示一种充分利用半导体发光二极管(LED)芯片所发出的光的侧光式背光源的发光元件，属于液晶显示技术领域。 

背景技术

LED已经广泛用于液晶显示的背光源装置，但是LED背光源的价格仍然较高，主要是由于采用大量的LED封装作为光源。LED背光源对于所使用的LED封装的辉度有一定的要求，因此，为了达到要求的辉度，人们或者提高每一个LED芯片的亮度，或者增加所用的LED封装的数量，因此造成成本增加。 

另一方面，由于下述两项原因，LED芯片所发出的光却并没有被充分利用。在LED背光源装置中，LED封装的填充物(例如，硅胶、环氧树脂，等)的折射率为1.5左右，空气的折射率为1，LED封装的填充物的出光表面与导光板的入光侧面之间有一空气间隙。因此，(1)光从LED芯片到达填充物的出光表面时，一部分光在LED封装的填充物的出光表面与空气相交的界面处被全内反射回填充物，从而被吸收，转变成热量。(2)即使是已经从LED封装的填充物的出光表面发射出的光也只有一部分通过入光侧面进入导光板，另一部分光被导光板的入光侧面反射而不能进入导光板。 

为了减少全内反射从而充分利用LED芯片所发出的光、减少反射从而使得导光板内的光分布更均匀、降低成本和减少发热，本实用新型揭示一种新的LED侧光式背光源的发光元件。 

实用新型内容

在本实用新型的LED侧光式背光源的发光元件中，导光板、LED封装的填充物和透明胶层的折射率相近，透明胶层把LED封装的填充物的出光表面和导光 板的相对应的入光侧面粘结在一起，使得LED封装的填充物的出光表面与导光板的相对应的入光侧面之间没有空气间隙，因此，在填充物的出光表面和透明胶的入光表面之间的界面处几乎没有全内反射，在透明胶层的出光表面和导光板的入光侧面之间的界面几乎没有全内反射，使得到达LED封装的填充物的出光表面的光几乎全部进入导光板，因此，充分利用LED芯片所发出的光、LED封装的填充物的出光表面的出光角度加大、使得导光板内的光分布更均匀、降低成本和减少发热。 

本实用新型的LED侧光式背光源的发光元件的一个具体实施例，包括： 

(1)一个导光板(light-guide plate)，有4个入光侧面。 

(2)至少一个灯条(light bar)作为光源。该灯条包括，一个电路板和固定在该电路板上的至少一个LED贴片式(SMD)正发光(top view)封装。 

(3)透明胶层。透明胶层把每个LED封装的填充物的出光表面和导光板的相对应的入光侧面粘结在一起，使得LED封装的填充物的出光表面与导光板的相对应的入光侧面之间没有空气间隙，因而使得到达LED贴片式正发光封装的填充物的出光表面的光几乎全部进入透明胶层并进而进入导光板。 

本实用新型的LED侧光式背光源的发光元件的另一个具体实施例，包括： 

(1)一个导光板。 

(2)至少一个灯条作为光源。该灯条包括，一个电路板和固定在该电路板上的至少一个LED侧发光(side view)封装。 

(3)透明胶层。透明胶层把每个LED侧发光封装的填充物的出光表面和导光板的相对应的入光侧面粘结在一起，使得LED侧发光封装的填充物的出光表面与导光板的相对应的入光侧面之间没有空气间隙，因而使得到达LED侧发光封装的填充物的出光表面的光几乎全部进入透明胶层并进而进入导光板。 

本实用新型的LED侧光式背光源的发光元件的一个优选的具体实施例，其特征在于，LED封装的填充物、透明胶层和导光板具有相同(或者差别小于5％)的折射系数，因此，在填充物的出光表面和透明胶的入光表面之间的界面处没有(或者几乎没有)全内反射，在透明胶层的出光表面和导光板的入光侧面之间的界面没有(或者几乎没有)全内反射，光从LED芯片发出，经过填充物和透明胶层，进入导光板，因而使得到达LED封装的填充物的出光表面的光几乎全部进入导光板。 

本实用新型的目的和能达到的各项效果如下： 

(1)本实用新型提供的LED侧光式背光源的发光元件，充分利用LED芯片所发出的光。 

(2)本实用新型提供的LED侧光式背光源的发光元件，LED封装的填充物的出光表面的出光角度加大，使得导光板内的光分布更均匀、 

(3)本实用新型提供的LED侧光式背光源的发光元件，在保持性能的前提下，在使用相同数目的LED封装时，可以使用亮度较低的LED芯片，因而降低了LED侧光式背光源的发光元件的成本。 

(4)本实用新型提供的LED侧光式背光源的发光元件，在保持性能的前提下，在使用相同亮度的LED芯片时，可以使用较少数目的LED封装，因而降低了LED侧光式背光源的发光元件的成本。 

(5)本实用新型提供的LED侧光式背光源的发光元件，降低了LED封装所产生的热量，使得热管理更加容易。 

(6)本实用新型提供的LED侧光式背光源的发光元件，易于批量生产。 

本实用新型和它的特征及效益将在下面的详细描述中更好的展示。 

附图说明

图1a展示在先的LED侧光式背光源的发光元件的光路图的截面图。 

图1b展示在先的LED侧光式背光源装置的顶视图。 

图1c展示在先的LED侧光式背光源装置的截面图。 

图2展示本实用新型的LED侧光式背光源的发光元件的光路图。 

图3a展示本实用新型的LED侧光式背光源的发光元件的一个具体实施例。 

图3b展示本实用新型的LED侧光式背光源的发光元件的一个具体实施例。 

图3c展示本实用新型的LED侧光式背光源的发光元件的一个具体实施例。 

图3d展示本实用新型的LED侧光式背光源的发光元件的一个具体实施例。 

图4a展示本实用新型的LED侧光式背光源的发光元件的另一个具体实施例的顶视图。 

图4b展示图4a展示的发光元件的具体实施例的截面图。 

图5a展示本实用新型的LED侧光式背光源的发光元件的另一个具体实施例的顶视图。 

图5b展示图5a展示的发光元件的具体实施例的截面图。 

图6a展示本实用新型的LED侧光式背光源的发光元件的一个具体实施例。 

图6b展示本实用新型的LED侧光式背光源的发光元件的另一个具体实施例。 

图7a展示在先的LED侧发光封装和LED正发光封装与电路板的相对位置的一个具体实施例。 

图7b展示在先的LED侧发光封装和LED正发光封装与电路板的相对位置的另一个具体实施例。 

具体实施例

虽然本实用新型的具体实施例将会在下面被描述，但下列各项描述只是说明本实用新型的原理，而不是局限本实用新型于下列各项具体化实施实例的描述。 

注意：下列各项适用于本实用新型的所有实施例： 

(1)各个图中各部分的比例不代表真实实施例的比例。 

(2)灯条(作为光源)包括，一个电路板和固定在其上的至少一个LED封装。 

(3)LED封装并不限制为图2、3中所示的特定的LED封装形式。图2和图3中的LED封装是从一组封装结构中选出，该组封装结构包括，LED侧发光封装和LED正发光封装。优选的封装形式是LED贴片式侧发光封装、LED贴片式正发光封装。图2和图3中，当LED封装采用侧发光封装或正发光封装时，其区别是电路板与固定在其上的LED封装的相对位置不同。图4的LED封装是LED正发光封装，图5的LED封装是LED侧发光封装。 

(4)每一个LED封装包括支架、填充物和至少一个LED芯片，其中，支架带有凹槽；LED芯片是从一组芯片中选出，该组芯片包括，不同波长的芯片，例如，红、绿、蓝光芯片。LED封装也可以发白光。填充物填充在凹槽中并覆盖LED芯片。 

(5)LED封装的填充物具有单层或多层结构，每一层填充物的材料是从一组材料中选出，该组材料包括，透明物质、混有荧光粉的透明物质。透明物质是从一组材料中选出，该组材料包括，但不限于，硅胶、环氧树脂，等。 

(6)本实用新型的LED侧光式背光源的发光元件，其特征在于，LED光源可以放置在导光板的不同侧面：例如，至少一个灯条放置在导光板的一个侧面作为光源(图3a、图6a)、导光板的二个侧面分别有至少一个灯条作为光源(图3b、图4、图5、图6b)、导光板的三个侧面分别有至少一个灯 条作为光源(图3c)和导光板的四个侧面分别有至少一个灯条作为光源(图3d)。导光板与所述的灯条的设置由一组设置选出，该组设置包括，导光板的一个侧面有至少一个灯条作为光源，导光板的两个侧面各有至少一个灯条作为光源，导光板的三个侧面各有至少一个灯条作为光源，导光板的四个侧面各有至少一个灯条作为光源，导光板的每个侧面各有至少一个灯条作为光源。 

(7)导光板的材料是从一组材料中选出，该组材料包括，聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、丙烯酸(acrylic)、烯烃聚合物(Zeonor)、聚碳酸脂(PC)、聚苯乙烯(PS)，等。 

(8)本实用新型的LED侧光式背光源的发光元件，其特征在于，每一个LED封装的填充物的出光表面与导光板的相对应的入光侧面之间有一透明胶层，该透明胶层把LED封装的填充物的出光表面与导光板的相对应的入光侧面紧密地粘结在一起，使得填充物的出光表面与导光板的相对应的入光侧面之间没有空气，因而使得到达LED封装的填充物的出光表面的光几乎全部进入导光板。导光板的不与LED封装的填充物的出光表面相对应的侧面的部分也可以有透明胶层。 

(9)透明胶层是从一组胶中选出，该组胶包括，但不限于，硅胶、硅酮胶、环氧树脂，等。优选的透明胶层的折射率为1.5左右。 

(10)透明胶层的厚度极薄，在微米量级或毫米量级。 

(11)优选的LED侧光式背光源的发光元件的实施例，其特征在于，LED封装的填充物、透明胶层和导光板具有相同的折射系数，因此，光从LED封装的芯片发出，经过LED封装的填充物和透明胶层，进入导光板，光在填 充物和透明胶层之间的界面处没有全内反射，光在透明胶层和导光板的入光侧面之间的界面处没有反射，LED芯片发出的光全部进入导光板。 

(12)LED封装的填充物的出光表面的出光角度加大，使得导光板内的光分布更均匀。 

(13)本实用新型的LED侧光式背光源装置包括，发光元件、偏光膜、反射膜、扩散片、集光片、框架，等，除发光元件外，与在先的LED侧光式背光源装置相同，因此，各个图中均没有画出LED侧光式背光源装置中除发光元件外的其他部件。 

图1a展示在先的LED侧光式背光源的发光元件的光路图。 

作为光源的灯条包括电路板109和固定于其上的至少一个个LED封装102。LED封装102包括，封装支架106，固定在封装支架106上的LED芯片104，凹槽103，填充物105填充在凹槽103中并且覆盖LED芯片104。在填充物105和导光板101之间有一空气间隙。一部分光线在填充物105的出光表面108被全内反射而重新进入填充物105，经多次反射后被吸收。从填充物105的出光表面108射出的一部分光线，穿过空气通过导光板101的入光侧面107进入导光板101。从填充物105的出光表面108射出的另一部分光线，在导光板101的入光侧面107被反射而不能进入导光板101。所以，LED芯片发出的光不能被充分利用。 

注意：在在先的LED侧光式背光源的发光元件中，即使LED封装的出光表面与导光板的入光侧面相距很近，即使肉眼看不出有空气间隙，只要实际上有空气间隙存在，上述的LED芯片发出的光不能被充分利用的缺点就存在。 

图1b展示在先的LED侧光式背光源的发光元件的一个具体实施例的顶视图。 LED侧光式背光源的发光元件包括，导光板101，灯条包括电路板109和固定于其上的多个LED封装102。其特征为，为了安装方便，固定于电路板109上的多个LED封装102的出光表面与导光板101的入光侧面之间有一空气间隙。 

注意，LED封装102可以是LED侧发光封装和LED正发光封装。优选的LED封装形式是LED贴片式侧发光封装、LED贴片式正发光封装。 

图1c展示图1b的在先的LED侧光式背光源的发光元件的具体实施例的截面图。 

图2展示本实用新型的LED侧光式背光源的发光元件的具体实施例的光路图。 

作为光源的灯条包括电路板209和固定于其上的至少一个LED封装202。LED封装202包括，封装支架206和固定在其上的LED芯片204，封装支架206有凹槽203，填充物205填充在凹槽203中并且覆盖LED芯片204。在填充物205和导光板201之间有一透明胶层210。填充物205的出光表面208与透明胶层210的入光表面211粘结在一起(为了画图简化和便于理解，图中没有把填充物205的出光表面208与透明胶层210的入光表面211粘结在一起)，使得它们之间没有空气。导光板201的入光侧面207与透明胶层210的出光表面212粘结在一起(为了画图简化和便于理解，图中没有把导光板201的入光侧面207与透明胶层210的出光表面212粘结在一起)，使得它们之间没有空气。选择折射系数相近的填充物、透明胶层和导光板(例如，折射系数的差别小于10％)，则光在填充物和透明胶层之间的界面以及透明胶层和导光板之间的界面几乎没有全内反射。极大地提高LED芯片发出的光的利用率。 

一个优选的本实用新型的LED侧光式背光源的发光元件的具体实施例，其特征在于，填充物205、导光板201和透明胶层210有相同的折射系数，因此，对 于光线来说，填充物、导光板和透明胶层是一个整体，没有界面，因此，光从LED芯片发出后，沿直线传播，进入导光板，没有全内反射和反射。 

注意，图2展示的光路图适用所有形式的LED封装，可以是LED侧发光封装和LED正发光封装。优选的LED封装形式是LED贴片式侧发光封装、LED贴片式正发光封装。优选的透明胶层210的厚度是在微米量级或毫米量级。透明胶层至少要把填充物的全部出光表面与导光板的相对应的入光侧面粘结在一起，为了方便生产，透明胶层的面积可以大于LED封装的填充物的出光表面的面积，甚至覆盖全部的导光板的入光侧面。 

图3展示本实用新型的LED侧光式背光源的发光元件的四个具体实施例。图3中，导光板301有四个入光侧面，LED封装是LED正发光封装，但是，也可以是LED侧发光封装，只是电路板不同。优选的LED封装形式是LED贴片式侧发光封装、LED贴片式正发光封装。 

图3a展示本实用新型的LED侧光式背光源的发光元件的一个具体实施例的顶视图。 

LED侧光式背光源的发光元件包括，导光板301，其一侧有至少一个灯条作为光源，每个灯条包括电路板309和固定于其上的至少一个LED封装302。其特征为，固定于一个电路板309上的每个LED封装302的填充物的出光表面分别被透明胶层310粘结在导光板301的一个侧面上，使得填充物的出光表面与透明胶层以及透明胶层与导光板的入光侧面之间没有空气，因而使得到达LED封装的填充物的出光表面的光几乎全部进入导光板。 

图3b展示本实用新型的LED侧光式背光源的发光元件的另一个具体实施例的顶视图。LED侧光式背光源的发光元件包括，导光板301，其成L形的两侧中的每一侧有至少一个灯条作为光源，每个灯条包括电路板309和固定于其上 的至少一个LED封装302。其特征为，固定于一个电路板309上的每个LED封装302的填充物的出光表面分别被透明胶层310粘接在导光板301的一个侧面上，使得填充物的出光表面与透明胶层以及透明胶层与导光板的入光侧面之间没有空气，因而使得到达LED封装的填充物的出光表面的光几乎全部进入导光板。 

图3c展示本实用新型的LED侧光式背光源的发光元件的另一个具体实施例的顶视图。LED侧光式背光源的发光元件包括，导光板301，其三侧中的每一侧有至少一个灯条作为光源，每个灯条包括电路板309和固定于其上的至少一个LED封装302。其特征为，固定于一个电路板309上的每个LED封装302的填充物的出光表面分别被透明胶层310粘接在导光板301的一个侧面上，使得填充物的出光表面与透明胶层以及透明胶层与导光板的入光侧面之间没有空气，因而使得到达LED封装的填充物的出光表面的光几乎全部进入导光板。 

图3d展示本实用新型的LED侧光式背光源的发光元件的另一个具体实施例的顶视图。LED侧光式背光源的发光元件包括，导光板301，其四侧中的每一侧有至少一个灯条作为光源，每个灯条包括电路板309和固定于其上的至少一个LED封装302。其特征为，固定于每一个电路板309上的每个LED封装302的填充物的出光表面分别被透明胶层310粘接在导光板301的一个侧面上，使得填充物的出光表面与透明胶层以及透明胶层与导光板的入光侧面之间没有空气，因而使得到达LED封装的填充物的出光表面的光几乎全部进入导光板。 

图4a展示本实用新型的LED侧光式背光源的发光元件的另一个具体实施例的顶视图。LED侧光式背光源的发光元件包括，导光板401有四个入光侧面，两个灯条分别设置在导光板401的相对的两个入光侧面，每个灯条包括电路板409和固定于其上的至少一个LED贴片式正发光封装402。其特征为，固定于每个电路板409上的每个LED贴片式正发光封装402的填充物的出光表面分别被 透明胶层410粘结在导光板401的一个入光侧面上，使得填充物的出光表面与透明胶层以及透明胶层与导光板的入光侧面之间没有空气，因而使得到达LED封装的填充物的出光表面的光几乎全部进入导光板。 

图4b展示图4a展示的本实用新型的LED侧光式背光源的发光元件的具体实施例的截面图。LED侧光式背光源的发光元件包括，导光板401有四个入光侧面，两个灯条分别设置在导光板401的相对的两个入光侧面，固定于每个电路板409上的多个LED贴片式正发光封装402的填充物的出光表面分别被透明胶层410粘结在导光板401的一个入光侧面上。 

图5a展示本实用新型的LED侧光式背光源的发光元件的另一个具体实施例的顶视图。LED侧光式背光源的发光元件包括，导光板501有四个入光侧面，两个灯条分别设置在导光板501的相对的两个入光侧面，每个灯条包括电路板509和固定于其上的至少一个LED贴片式侧发光封装502。其特征为，固定于每个电路板509上的每个LED贴片式侧发光封装502的填充物的出光表面分别被透明胶层510粘结在导光板501的一个入光侧面上，使得填充物的出光表面与透明胶层以及透明胶层与导光板的入光侧面之间没有空气，因而使得到达LED封装的填充物的出光表面的光几乎全部进入导光板。 

图5b展示图5a展示的本实用新型的LED侧光式背光源的发光元件的具体实施例的截面图。LED侧光式背光源的发光元件包括，导光板501有四个入光侧面，两个灯条分别设置在导光板501的相对的两个入光侧面，固定于每个电路板509上的多个LED贴片式侧发光封装502的填充物的出光表面分别被透明胶层510粘结在导光板501的一个入光侧面上。 

图6a展示本实用新型的LED侧光式背光源的发光元件的另一个实施例的顶视图。LED侧光式背光源的发光元件包括，导光板601有五个入光侧面；想象 一个长方形导光板，其左上角被切掉，在切掉处形成一入光侧面。一个灯条设置在导光板601的所述的入光侧面，每个灯条包括电路板609和固定于其上的至少一个LED封装602。其特征为，固定于每个电路板609上的每个LED封装602的填充物的出光表面分别被透明胶层610粘结在导光板601的所述的入光侧面上，使得填充物的出光表面与透明胶层以及透明胶层与导光板的入光侧面之间没有空气，因而使得到达LED封装的填充物的出光表面的光几乎全部进入导光板。 

图6b展示本实用新型的LED侧光式背光源的发光元件的另一个实施例的顶视图。LED侧光式背光源的发光元件包括，导光板601有六个入光侧面；想象一个长方形导光板，其左上角和右上角被切掉，在切掉处分别形成两个入光侧面。两个灯条分别设置在导光板601的所述的两个入光侧面，每个灯条包括电路板609和固定于其上的至少一个LED封装602。其特征为，固定于每个电路板609上的每个LED封装602的填充物的出光表面分别被透明胶层610粘结在导光板601的所述的入光侧面上，使得填充物的出光表面与透明胶层以及透明胶层与导光板的入光侧面之间没有空气，因而使得到达LED封装的填充物的出光表面的光几乎全部进入导光板。 

注意，虽然图6中没有画出，但是，图6的实施例也包括把长方形导光板的3个角或4个角切掉，形成3个或4个新的入光侧面，在这些新的入光侧面分别设置灯条作为光源，并通过透明胶层把填充物的出光表面与导光板的所述的入光侧面粘结。 

图7a展示在先的LED正发光封装与电路板的相对位置。LED正发光封装包括支架706和芯片704，其中，芯片704固定在支架706上。支架706固定在电路板708的主表面上。粗箭头表示光的出射方向。 

图7b展示在先的LED侧发光封装与电路板的相对位置。LED侧发光封装包括支架706和芯片704，其中，芯片704固定在支架706上。支架706固定在电路板708的主表面上。粗箭头表示光的出射方向。 

在先的LED正发光封装的光的出射方向与电路板的主表面垂直，在先的LED侧发光封装的光的出射方向与电路板的主表面平行。上面的具体的描述并不限制本实用新型的范围，而只是提供一些本实用新型的具体化的例证。因此本实用新型的涵盖范围应该由权利要求和它们的合法等同物决定，而不是由上述具体化的详细描述和实施实例决定。 

Claims (11)

1.一种LED侧光式背光源的发光元件，包括：

导光板；所述的导光板有至少四个入光侧面；

至少一个灯条；所述的灯条设置在所述的导光板的至少一个侧面作为光源；所述的灯条包括一个电路板和至少一个LED封装；其中，所述的LED封装固定在所述的电路板上；所述的LED封装包括支架、填充物和至少一个LED芯片；所述的支架带有凹槽；所述的LED芯片固定在所述的支架上；所述的填充物填充在所述的凹槽中并覆盖所述的LED芯片；所述的填充物具有单层或多层结构；

透明胶层；所述的透明胶层把所述的LED封装的填充物的出光表面和所述的导光板的相对应的入光侧面粘结在一起，使得所述的LED封装的填充物的出光表面与所述的导光板的相对应的入光侧面之间没有空气间隙。

2.权利要求1的LED侧光式背光源的发光元件，其特征在于，所述的导光板的材料是从一组材料中选出，该组材料包括：聚甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸、烯烃聚合物、聚碳酸脂、聚苯乙烯。

3.权利要求1的LED侧光式背光源的发光元件，其特征在于，所述的LED封装是从一组封装形式中选出，该组封装形式包括：LED侧发光封装、LED正发光封装、LED贴片式侧发光封装、LED贴片式正发光封装。

4.权利要求1的LED侧光式背光源的发光元件，其特征在于，所述的LED芯片是从一组芯片中选出，该组芯片包括，不同波长的芯片。

5.权利要求1的LED侧光式背光源的发光元件，其特征在于，所述的LED封装发白光。

6.权利要求1的LED侧光式背光源的发光元件，其特征在于，所述的填充物每一层的材料是从一组材料中选出，该组材料包括，透明物质、混有荧光粉的透明物质。 

7.权利要求6的LED侧光式背光源的发光元件，其特征在于，所述的透明物质是从一组材料中选出，该组材料包括，硅胶，环氧树脂。

8.权利要求1的LED侧光式背光源的发光元件，其特征在于，透明胶层是从一组胶中选出，该组胶包括，硅胶、硅酮胶、环氧树脂。

9.权利要求1的LED侧光式背光源的发光元件，其特征在于，所述的LED封装的填充物、所述的透明胶层和所述的导光板具有相同的折射系数。

10.权利要求1的LED侧光式背光源的发光元件，其特征在于，所述的导光板与所述的灯条的设置由一组设置选出，该组设置包括，导光板的两个侧面各有至少一个灯条作为光源，导光板的三个侧面各有至少一个灯条作为光源，导光板的四个侧面各有至少一个灯条作为光源，导光板的每个侧面各有至少一个灯条作为光源。

11.权利要求1的LED侧光式背光源的发光元件，其特征在于，所述的透明胶层的面积大于LED封装的填充物的出光表面的面积。 

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