KR20090055849A - 면광원 장치 및 이를 구비하는 백라이트 유닛 - Google Patents

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KR20090055849A
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김근영
이선호
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삼성코닝정밀유리 주식회사
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Abstract

본 발명은 복수의 방전 채널이 형성되는 제1기판 및 제2기판을 구비하는 광원 몸체와, 제2기판의 표면에 일정 간격을 두고 형성되는 복수의 제1전극 및 제2전극과, 제1기판의 표면에 형성되어 제1전극과 제2전극으로 인가되는 전압이 유기되는 복수의 플로팅 전극으로 구성되어, 제1전극과 제2전극 간 거리를 넓게 하여 휘도를 향상시키면서 방전 개시전압을 낮추고 효율을 향상시킬 수 있어 면광원 장치 및 이를 구비한 백라이트 유닛을 제공한다.

Description

면광원 장치 및 이를 구비하는 백라이트 유닛{SURFACE LIGHT SOURCE AND BACKLIGHT UNIT HAVING THE SAME}
본 발명은 수은이 배제된 방전가스를 사용하기 적합하고 개시전압을 낮출 수 있는 면광원 장치 및 이를 구비하는 백라이트 유닛에 관한 것이다.
액정표시장치는 액정의 전기적 특성 및 광학적 특성을 이용하여 영상을 디스플레이한다. 액정표시장치의 액정부는 스스로 빛을 발생시키지 못하는 수광 소자이기 때문에 별도로 후면 광원, 즉 백라이트를 요구한다.
후면 광원에서 공급되는 빛은 액정표시장치의 화소전극, 액정 및 공통전극을 순차적으로 통과한다. 이때, 액정을 통과한 영상의 표시 품질은 후면 광원의 휘도 및 휘도 균일성에 의하여 크게 좌우된다. 일반적으로 휘도 및 휘도 균일성이 높을수록 표시 품질은 양호해진다.
종래 액정표시장치의 후면 광원은 세관형 냉음극형광램프(cold cathode fluorescent lamp; CCFL) 또는 발광다이오드(light emitting diode; LED)가 주로 사용되었다. 냉음극형광램프는 휘도가 높고 수명이 길으며, 백열등에 비하여 매우 발열량이 매우 작은 장점이 있다. 한편, 발광다이오드는 소비 전력이 높으나 휘도 가 우수한 장점이 있다. 그러나 냉음극형광램프 또는 발광다이오드는 휘도 균일성이 취약하다. 따라서, 기존의 후면 광원은 휘도 균일성을 증가시키기 위해 도광판(light guide panel; LGP), 확산 부재(diffusion member) 및 프리즘 시트(prism sheet) 등과 같은 광학 부재(optical member)를 필요로 한다. 이로 인해 액정표시장치는 광학 부재에 의한 부피 및 무게가 크게 증가되는 문제점을 갖는다.
액정표시장치용 후면 광원으로서 평판 형태의 면광원 장치(flat fluorescent lamp : FFL)가 제안된 바 있다.
종래의 면광원장치는 광원몸체와 전극을 포함하여 이루어진다.
광원몸체는 제1기판과, 이 제1기판과 대향되게 배치되는 제2기판을 구비하고, 그 내부에 방전가스가 주입되는 방전공간을 갖는다. 제1기판과 제2기판은 그 가장자리가 밀봉되어 제1기판과 제2기판의 사이에 방전공간을 형성한다.
제1기판과 제2기판의 표면에는 형광체가 도포되어 전극에 의해 방전가스에 방전전압이 인가되면, 방전가스의 방전에 의하여 자외선이 발생된다. 발생된 자외선은 형광체을 여기시켜 가시광을 발생시키고, 발생된 가시광은 기판을 투과하여 전방으로 출사된다.
현재 면광원 장치는 대면적 액정표시장치의 화질을 개선하고 더욱 선명하고 자연스러운 표시 품질을 구현하기 위해서는 백라이트로 사용되는 면광원 장치의 휘도를 국부적으로 제어할 수 있는 기술의 필요성이 요구되고 있다.
또한, 방전 가스로 주로 사용되는 수은의 유해성으로 인하여 수은이 배제된 방전가스를 사용할 수 있는 친환경적인 면광원 장치의 개발이 요구되고 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 수은이 배제된 방전 가스를 사용할 수 있는 면광원 장치를 제공하는 것이다.
본 발명은 다른 목적은 방전공간을 복수의 방전 채널로 구획하여 각 분할된 채널별로 전압을 인가하여 국부적으로 휘도를 제어할 수 있는 면광원 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또다른 목적은 전극 간 거리를 넓게 하여 휘도를 향상시키면서 방전 개시전압을 낮추고 효율을 향상시킬 수 있어 면광원 장치 및 이를 구비한 백라이트 유닛을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 면광원 장치는 복수의 방전 채널이 형성되는 제1기판 및 제2기판을 구비하는 광원 몸체와, 제2기판의 표면에 일정 간격을 두고 형성되는 복수의 제1전극 및 제2전극과, 제1기판의 표면에 형성되어 제1전극과 제2전극으로 인가되는 전압이 유기되는 복수의 플로팅 전극을 포함하는 특징을 갖는다.
상기 제1기판은 복수의 방전 채널이 일정 간격을 두고 형성되도록 기판 자체가 성형되는 기판 성형 타입으로 구성된다.
플로팅 전극은 방전 채널의 길이방향과 수평하게 배치되고, 띠 형태로 형성되거나, 다수의 스폿(stop) 형태로 형성될 수 있다.
플로팅 전극은 방전 채널의 상면 중앙에 배치되고, 제1전극과 제2전극은 방전 채널의 양쪽 가장자리에 배치되는 특징을 갖는다.
본 발명에 따른 백라이트 유닛은 복수의 방전 채널이 형성되는 제1기판 및 제2기판을 구비하는 광원 몸체와, 상기 제2기판의 표면에 일정 간격을 두고 형성되는 복수의 제1전극 및 제2전극과, 상기 제1기판의 표면에 형성되어 제1전극과 제2전극으로 인가되는 전압이 유기되는 복수의 플로팅 전극을 포함하는 면광원 장치와, 면광원 장치를 수납하는 케이스와, 제1전극 및 제2전극에 전압을 인가하는 인버터를 포함하여 구성되는 특징을 갖는다.
상기와 같이 구성되는 본 발명의 면광원 장치는 제1전극과 제2전극 사이의 거리를 충분히 유지하여 휘도를 향상시키면서 제1전극 및 제2전극과 인접하게 배치되는 플로팅(floating) 전극을 구비하여 방전 개시전압을 낮추고 면광원 장치의 효율을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
또한, 방전 채널 내에 수은이 배제된 방전가스를 주입할 수 있어 친환경적인 면광원장치를 제공할 수 있다.
또한, 복수의 방전 채널을 채널별로 또는 분할된 영역별로 전압을 인가하여 국부적으로 휘도가 제어된 발광 특성을 얻을 수 있다. 따라서, 액정표시장치의 화면상의 밝기에 따라 면광원의 휘도를 부분적으로 제어하여 선명하고 자연스러운 화질을 확보할 수 있다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 면광원 장치의 단면도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 면광원 장치의 일측 평면도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 면광원 장치의 타측 평면도이다.
도시된 면광원 장치(100)는 방전가스가 주입된 방전공간을 형성하는 광원몸체(110)와, 방전가스에 방전전압을 인가하는 전극(150,160)을 포함하여 구성된다. 광원몸체(110)는 제1기판(120) 및 제2기판(130)을 구비한다. 제1기판(120) 및 제2기판(130)은 투명한 유리 기판으로 형성되는 것이 바람직하다. 제1기판(120) 및 제2기판(130)은 상호 대향되게 배치되며 두 기판(120,130) 중 어느 하나는 다수의 방전 채널(140)을 형성하도록 일정 형태로 성형된 구조를 갖는다.
본 실시예에서는 상측에 배치되어 광이 출사되는 제1기판(120)이 다수의 방전 채널(140)을 형성하도록 성형된 구조를 갖고, 하측에 배치되는 제2기판(130)은 평판 형태로 형성된다. 도시된 도면에는 방전 채널(140)이 제1기판(120)에 성형되지만 이에 한정되지 않고 방전 채널이 제2기판(130)에 성형되거나, 제1기판(120) 및 제2기판(130) 둘 다에 성형될 수 있다.
제1기판(120)은 다수의 방전 채널들(140)이 등 간격을 두고 형성되고, 제2기판(130)의 상면에 부착된다. 따라서, 제2기판(130)에 접촉되는 제1기판(120)의 성형된 부분이 각 방전공간(180)을 구획하는 격벽 역할을 함과 아울러 방전공간을 유지시키는 스페이서 역할을 하게 된다.
이와 같은 기판 성형 타입은 제1기판과 제2기판 사이의 방전공간을 지지하기 위한 별도의 스페이서가 불필요하므로 제조공정을 단순화할 수 있고 면광원 장치의 충격 응력에 충분히 대응할 수 있는 강도를 갖게 된다.
제1기판(12O)과 제2기판(130)의 가장자리는 프릿(frit) 등의 밀봉부재(190)로 접합할 수도 있고, 레이저 등의 가열수단을 이용하여 직접 융착시킬 수 있다. 그리고, 제1기판(120)과 제2기판(130)이 상호 접촉되는 부위(제1기판의 방전 채널을 형성하기 위해 성형된 부위와 제2기판의 상면)에도 프릿(frit) 등의 밀봉부재로 접합할 수도 있고, 레이저 등의 가열수단을 이용하여 직접 융착시킬 수 있다.
제1기판(120)의 방전공간을 이루는 내면에는 형광층이 도포되고, 제2기판(130)에 형성되는 방전 채널(140) 내면에는 반사층과 형광층이 각각 도포될 수 있다.
제2기판(130)의 표면에는 방전 채널(140) 내부에 주입된 방전가스에 방전전압을 인가하는 제1전극(150)과 제2전극(160)이 각각 일정 간격을 두고 복수로 형성된다.
제1전극(150)과 제2전극(160)은 방전 채널(140)의 길이방향과 수평하게 배치되고 방전 채널(140)의 일측 가장자리에 제1전극(150)이 배치되면 방전 채널(160)의 타측 가장자리에 제2전극(160)이 배치된다. 따라서, 제1전극(150)과 제2전극(160)은 동일 수평면 상에 서로 마주보게 배열되어 면방전을 일으킨다. 그리고, 제1전극(150)과 제2전극(160) 사이의 간격은 휘도를 향상시킬 수 있는 충분한 거리를 유지할 수 있도록 한다.
이러한 제1전극(150)과 제2전극(160)은 전극의 한 면만 서로 대향되게 배치 되도록 두 개씩 배열되는 제1전극(150) 사이에 두 개의 제2전극(160)이 배치되어 전체적으로는 깍지낀 엇갈린(interdigitated) 구조로 형성된다.
다수의 제1전극(150)은 기판(120)의 가장자리에 형성되는 제1인출부(210)에 제1인출부(220)의 길이방향을 따라 각각 일정 간격으로 두고 연결되고, 다수의 제2전극(160)은 제1인출부(210)가 형성되는 가장자리의 반대쪽 가장자리에 형성되는 제2인출부(220)에 제2인출부(220)의 길이방향을 따라 각각 일정 간격을 두고 연결된다.
제1 및 제2인출부(210,220)는 외부 장치(예를 들어 구동회로)와 전기적으로 접속되어 복수의 전극에 동시에 방전전압을 인가할 수 있도록 한다.
전극에 방전전압을 인가하는 구조는 상기에서 설명한 동시에 인가하는 구조 이외에 각각의 전극에 개별적으로 전압을 인가하는 구조도 적용이 가능하다.
제1기판(120)의 방전 채널(140)의 표면에는 플로팅(floating) 전극(300)이 방전 채널(140)의 길이방향과 수평하게 형성된다.
플로팅(floating) 전극(300)은 방전 채널(140)의 상면 중앙에 띠 형태로 형성되어 제1전극(150)과 제2전극(160)으로 인가되는 전압이 유기되어 방전을 일으킨다.
제1전극(150)과 제2전극(160)은 방전 채널(140)의 양쪽 가장자리에 배치되고, 플로팅(floating) 전극(300)은 방전 채널(140)의 상면 중앙에 배치되므로 제1전극(150)과 플로팅 전극(300) 사이 및 제2전극(160)과 플로팅 전극(300) 사이의 거리가 제1전극(150)과 제2전극(160) 사이의 거리보다 가깝다. 따라서, 제1전 극(150)과 제2전극(160)으로 전압이 인가되면 그 전압이 플로팅 전극(300)으로 유기되어 제1전극(150)과 플로팅 전극(300) 사이 및 제2전극(160)과 플로팅 전극(300) 사이에서 개시방전(start discharge)이 일어난다. 따라서, 방전 개시전압을 낮출 수 있게 되고 면광원 장치의 효율을 향상시킬 수 있게 된다.
그리고, 개시방전이 발생된 후에는 유지방전(sustain discharge)이 제1전극(150)과 제2전극(160) 사이에서 일어나게 된다.
이러한 제1전극(150)과 제2전극(160) 및 플로팅 전극(300)은 제1기판(120)과 제2기판(130)의 표면에 띠 형태로 직접 도포되어 형성될 수 있고, 스트라이프형 와이어 또는 밴드 형상의 도전성 테입을 부착하여 형성될 수 있다.
제1전극(150)과 제2전극(160) 및 플로팅 전극(300)은 투명 전극(예컨대, ITO)을 사용할 수도 있으며, 기타 전도성 물질을 사용할 수 있고, 바람직한 재질로는 구리, 은, 금, 알루미늄, 니켈, 크롬, ITO, 탄소계 전도성 물질, 전도성 고분자, 또는 이들을 복합한 재질 중에서 선택되는 어느 하나의 물질이 사용될 수 있다.
이와 같은 면광원 장치는 방전 채널별로 전극들이 형성되므로, 방전 채널별로 순차적인 또는 선택적인 분할 구동이 가능하다. 따라서, 면광원 장치의 휘도를 국부적으로 제어할 수 있다.
방전공간(180)에 주입되는 방전가스로는 다양한 종류의 방전가스가 선택될 수 있으나, 바람직하게는 수은을 배제한 가스, 예컨대 제논, 아르곤, 네온, 기타 불활성 가스 또는 이들의 혼합 가스 등을 사용한다.
특히 수은을 배제한 방전가스가 사용되는 경우, 친환경적인 이점을 제공할 뿐만 아니라, 저온에서 구동시에도 휘도 안정화 시간을 단축할 수 있다. 또한 수은의 온도 민감성으로 인하여, 온도 편차에 따라 면광원장치의 휘도 균일도가 떨어지는 문제점을 최소화할 수 있는 이점을 제공한다.
도 4는 본 발명에 따른 플로팅 전극의 다른 예를 나타낸 평면도로서, 플로팅 전극(310)이 상기에서 설명한 띠 형태의 방전 채널(300) 이외에 방전 채널(140)의 길이방향으로 일정 간격을 두고 스폿(spot) 형태로 형성될 수 있다.
도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 면광원 장치의 후방에서 본 평면도이다.
제2실시예에 따른 면광원 장치는 제2기판(130)의 표면에 형성되는 제1전극(230)과 제2전극(240)이 방전 채널(140)과 교차되는(구체적으로 직교하는) 방향으로 형성된다.
이와 같이, 제1전극(230)과 제2전극(240)이 방전 채널(140)과 교차되는 방향으로 형성되기 때문에 방전 채널(140)의 길이방향과 수평하게 형성되는 플로팅 전극(300,310)과 교차되게 배치되어 방전 안정성을 극대화할 수 있고 최적으로 효율을 얻을 수 있게 된다.
도 6은 본 발명의 제3실시예에 따른 면광원 장치의 단면도이다.
제3실시예에 따른 광원몸체(410)는 투명한 평판형 유리 기판으로 형성되는 제1기판(420) 및 제2기판(430)을 구비한다.
제1기판(420) 및 제2기판(430)은 소정 간격을 두고 상호 대향되게 배치되며, 그 사이에는 방전공간(460)을 서로 격리된 다수의 방전공간들(460)로 구획하는 격 벽(470)이 설치된다. 이 격벽(470)은 기판에 일체로 성형될 수 있고 기판과 별도로 성형되어 기판의 표면에 부착될 수 있다.
제2기판(430)의 표면에는 방전 공간(460) 내부에 주입된 방전가스에 방전전압을 인가하는 제1전극(440)과 제2전극(450)이 각각 일정 간격을 두고 복수로 형성된다.
제1전극(440)과 제2전극(450)은 동일 수평면 상에 서로 마주보게 배열되어 면방전을 일으킨다. 그리고, 제1전극(440)과 제2전극(450) 사이의 간격은 휘도를 향상시킬 수 있는 충분한 거리를 유지할 수 있도록 한다.
이러한 제1전극(440)과 제2전극(450)은 도 7에 도시된 바와 같이, 제2기판(430)의 표면에 한 쌍씩 교대로 배열되어 전체적으로는 깍지낀 엇갈린(interdigitated) 구조로 형성된다.
제1기판(430)의 표면에는 플로팅(floating) 전극(500)이 형성된다. 이 플로팅 전극(500)은 제1전극(440)과 제2전극(450) 사이에 배치되어 제1전극(440)과 제2전극(450)으로 인가되는 전압이 유기되어 방전을 일으킨다.
제1전극(440)은 하나의 격벽(470)에 인접하게 배치되고, 제2전극(450)은 그 다음 격벽(470)에 인접하게 배치되며, 플로팅(floating) 전극(500)은 격벽들 사이의 중앙에 배치되므로 제1전극(440)과 플로팅 전극(500) 사이 및 제2전극(450)과 플로팅 전극(500) 사이의 거리가 제1전극(440)과 제2전극(450) 사이의 거리보다 가깝다. 따라서, 제1전극(440)과 제2전극(450)으로 전압이 인가되면 그 전압이 플로팅 전극(500)으로 유기되어 제1전극(440)과 플로팅 전극(500) 사이 및 제2전 극(450)과 플로팅 전극(500) 사이에서 개시방전(start discharge)이 일어난다. 따라서, 방전 개시전압을 낮출 수 있게 되고 면광원 장치의 효율을 향상시킬 수 있게 된다.
그리고, 방전공간 내부에는 다수의 방전공간을 구획하는 격벽 이외에 하나의 열린 방전공간을 갖도록 하는 스페이서가 개재되어 방전공간의 간격을 유지할 수 있다. 이러한 스페이서를 구비하는 면광원 장치의 경우에도 위에서 설명한 제1전극 및 제2전극과 플로팅 전극구조가 적용될 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 관련된 백라이트유닛을 보여주는 분해 사시도이다.
도시한 바와 같이, 백라이트유닛은 상기에서 설명한 면광원장치(100)와, 바텀샤시(600), 고정프레임(700) 및 인버터(800)를 포함하여 구성된다.
바텀샤시(600)는 면광원장치(100)를 수납한다.
면광원장치(100)는 위에서 설명한 면광원 장치 중 어느 하나가 사용된다.
면광원 장치(100)의 상면에 광학시트(900)가 배치된다. 이 광학시트(900)는 확산시트와 프리즘 시트로 구성될 수 있다.
고정프레임(700)은 바텀샤시(600)와 결합되어 광학시트(900)가 면광원 장치(100)의 상면에 배치되도록 고정시킨다.
액정표시장치에서는 고정프레임(700)의 전방에 액정 패널이 위치된다.
인버터(800)는 제1전극(150)과 전선(810)에 의해 전기적으로 연결되고, 제2전극(160)과 전선(820)에 의해 전기적으로 연결되어 고전위의 방전 전압을 발생시 켜 전극(150,160)에 공급함으로써 면광원장치(100)를 구동한다.
이상에서, 본 발명의 바람직한 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술분야에서 통상의 지식을 갖는 자라면 후술될 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 면광원 장치의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 면광원 장치의 상면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시에에 따른 면광원 장치의 배면도이다.
도 4는 본 발명에 따른 플로팅 전극의 다른 예를 나타낸 평면도이다.
도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 면광원 장치의 전극구조를 나타낸 단면도이다.
도 6은 본 발명의 제3실시예에 따른 면광원 장치의 평면도이다.
도 7은 본 발명의 제3실시예에 따른 면광원 장치의 배면도이다.
도 8은 본 발명의 일 예에 따른 백라이트 유닛의 분해 사시도이다.

Claims (13)

  1. 복수의 방전 채널이 형성되는 제1기판 및 제2기판을 구비하는 광원 몸체와;
    상기 제2기판의 표면에 일정 간격을 두고 형성되는 복수의 제1전극 및 제2전극과;
    상기 제1기판의 표면에 형성되어 제1전극과 제2전극으로 인가되는 전압이 유기되는 복수의 플로팅 전극을 포함하는 면광원 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1기판은 복수의 방전 채널이 일정 간격을 두고 형성되도록 기판 자체가 성형되는 것을 특징으로 하는 면광원 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1전극과 제2전극은 제2기판의 표면에 일정 간격을 두고 한 쌍씩 교대로 형성되는 것은 특징으로 하는 면광원 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1전극과 제2전극은 방전 채널의 길이방향과 평행하게 형성되는 것을 특징으로 하는 면광원 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1전극과 제2전극은 방전 채널의 길이방향과 직교하게 형성되는 것을 특징으로 하는 면광원 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 광원 몸체 내부에는 수은을 배제한 방전 가스가 주입되는 것을 특징으로 하는 면광원 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 플로팅 전극은 방전 채널과 수평하게 배치되는 것을 특징으로 하는 면광원장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 플로팅 전극은 방전 채널의 상면 중앙에 배치되고, 제1전극과 제2전극은 방전 채널의 양쪽 가장자리에 배치되는 것을 특징으로 하는 면광원 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 플로팅 전극과, 제1전극 및 제2전극은 서로 교차하게 배치되는 것을 특징으로 하는 면광원 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 플로팅 전극은 방전 채널의 길이방향으로 띠 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 면광원 장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 플로팅 전극은 방전 채널의 길이방향으로 일정 간격을 두고 스폿(spot) 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 면광원 장치.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 제1기판과 제2기판은 평판 형태로 형성되고, 제1기판과 제2기판 사이는 격벽에 의해 다수의 방전공간으로 구획되는 것을 특징으로 하는 면광원 장치.
  13. 복수의 방전 채널이 형성되는 제1기판 및 제2기판을 구비하는 광원 몸체와, 상기 제2기판의 표면에 일정 간격을 두고 형성되는 복수의 제1전극 및 제2전극과, 상기 제1기판의 표면에 형성되어 제1전극과 제2전극으로 인가되는 전압이 유기되는 복수의 플로팅 전극을 포함하는 면광원 장치;
    상기 면광원 장치를 수납하는 케이스; 및
    상기 제1전극 및 제2전극에 전압을 인가하는 인버터를 포함하는 백라이트 유닛.
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