(57)【要約】【課題】本発明は、液晶ディスプレイを見る時に生じる視覚疲労を低下する方法及び液晶表示装置を提供する。【解決手段】本発明の方法は、液晶表示装置の出射偏光板１１０の外側から外部空間までの任意領域内に光透過手段としての波長板１６を設けることにより、出射偏光板１１０から射出される直線偏光を、外部空間にさらに入る前に、光透過手段１１０を介して円偏光又は楕円偏光に変換して出射させて、現行の液晶ディスプレイの射出光の振動状態を変化させ、人間の目に入る光を円偏光又は楕円偏光にする。これにより、観覧者の視覚疲労の低下を図ることができる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液晶表示装置と観察者との間に偏光状態を変更可能な光透過手段を設けるステップと、
前記液晶表示装置から射出される直線偏光を円偏光又は楕円偏光に変換して観覧者の目に入射させるステップを含むことを特徴とする液晶表示装置を見る時に生じる視覚疲労を低下する方法。
【請求項２】
前記光透過手段は、個別的に移動可能なスクリーンであることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置を見る時に生じる視覚疲労を低下する方法。
【請求項３】
前記光透過手段は、波長板であることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置を見る時に生じる視覚疲労を低下する方法。
【請求項４】
前記波長板の波長遅延量はλ／４の奇数倍であることを特徴とする請求項３に記載の液晶表示装置を見る時に生じる視覚疲労を低下する方法。
【請求項５】
波長板の光軸と出射偏光板の振動方向との角度が４５°又は１３５°であることを特徴とする請求項４に記載の液晶表示装置を見る時に生じる視覚疲労を低下する方法。
【請求項６】
前記波長板は、λ／４の遅延機能を有する複合波長板であることを特徴とする請求項３に記載の液晶表示装置を見る時に生じる視覚疲労を低下する方法。
【請求項７】
前記複合波長板は、１層のλ／２波長板と１層のλ／４波長板とからなることを特徴とする請求項６に記載の液晶表示装置を見る時に生じる視覚疲労を低下する方法。
【請求項８】
前記複合波長板の中の前記λ／２波長板の遅延光軸と前記λ／４波長板の遅延光軸との角度をφとすると、
前記λ／２波長板を入光面とした場合に、前記λ／２波長板の遅延光軸と出射偏光板の振動方向との角度は（φ―４５）／２となり、
前記λ／４波長板を入光面とした場合に、前記λ／４波長板の遅延光軸と前記出射偏光板の振動方向との角度は４５°となることを特徴とする請求項７に記載の液晶表示装置を見る時に生じる視覚疲労を低下する方法。
【請求項９】
出射偏光板の外側に設けられた光透過手段を有し、
前記光透過手段は、前記出射偏光板から射出される直線偏光を、外部空間にさらに入る前に、円偏光又は楕円偏光に変換して観覧者の目に入射させることを特徴とする観覧者の視覚疲労を低下する効果のある液晶表示装置。
【請求項１０】
前記光透過手段は、波長遅延量がλ／４の奇数倍である波長板であることを特徴とする請求項９に記載の液晶表示装置。
【請求項１１】
前記光透過手段は、波長遅延量がλ／４の奇数倍である遅延機能を有する複合波長板であることを特徴とする請求項９に記載の液晶表示装置。
【請求項１２】
前記複合波長板は、１層のλ／２波長板と１層のλ／４波長板とからなることを特徴とする請求項１１に記載の液晶表示装置。
【請求項１３】
前記複合波長板の中の前記λ／２波長板の遅延光軸と前記λ／４波長板の遅延光軸との角度をφとすると、
前記λ／２波長板を入光面とした場合に、前記λ／２波長板の遅延光軸と前記出射偏光板の振動方向との角度は（φ―４５）／２となり、
前記λ／４波長板を入光面とした場合に、前記λ／４波長板の遅延光軸と前記出射偏光板の振動方向との角度は４５°となることを特徴とする請求項１２に記載の液晶表示装置。
【請求項１４】
光出射面を有し、射出される光が基本的に直線偏光である光伝送素子と、
直線偏光を円偏光又は楕円偏光に変換して観覧者に出射させて視覚疲労を低下する偏光素子と、
を有することを特徴とする液晶表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶ディスプレイを見る時に生じる視覚疲労を低下する方法に関し、特に、液晶表示装置の出射光の偏光状態を変化することにより液晶ディスプレイを見る時に生じる視覚疲労を低下する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶技術の発展につれ、液晶ディスプレイも幅広く用いられつつあり、液晶時計の出現を始め、液晶は電子世代の重要な技術としてとりわけ注目された。続いて、液晶表示付き携帯式電話、ゲーム機、電子辞書、ビデオカメラ、デジタルカメラ、可視電話、及びノート型コンピュータ、モニタ、液晶テレビ等が出現した。特に近年、液晶ディスプレイは、テレビ及びパソコン領域においてだんだんＣＲＴを取り替え、市場の主流となっていた。
【０００３】
図１に液晶ディスプレイの構造を示すように、液晶ディスプレイは、２枚の透明電極１０２、１０４付きガラス基板を、数マイクロメーター径のガラスビーズ又はプラスチックビーズによりスペーサリングし、周辺を接着材により固定し、そして、ツイストネマチック型液晶１３０を注入し、この液晶１３０は上下基板の間で９０°に捩れ曲げ、光軸が互いに垂直される２枚の偏光板１１０、１２０を上下基板の外側に張り付けてなる。紙面と平行とする上側の偏光板１２０の偏光軸は上側基板での液晶の配向と平行し、紙面と垂直とする下側の偏光板１１０の偏光軸は下側基板での液晶の配向と平行する。自然光は、上基板から下基板に向けて液晶パネルに入射され、電界が印加されていない場合に、光ビームは第１枚の偏光板を通して上基板での液晶の配向と平行した偏光になり、偏光は液晶層により旋光され、９０°回転した後に、下基板における偏光板の光軸とちょうどに平行され、透過されるようになる。ディスプレイの明状態として、図１に示すように、電界が印加されると、液晶分子１３０は電界方向に沿って立ち上がり、本来の捩れ曲げ配列が垂直平行な配列になり、垂直配列された液晶はそれを透過する偏光に作用せず、上偏光板１２０を透過する偏光は液晶層を通す時にその偏光状態がさらに回転されず、出射端の偏光板１１０に達した場合に、偏光軸と出射光の振動方向が垂直で、光はターンオフされ、暗状態をなし、図１に示すようになる。電界が特に強くないと、液晶分子は半分の立ち上がり状態になり、旋光作用も半完全状態になって、一部分の光が透過することになり、中間諧調を示す。これが液晶ディスプレイの動作原理である。液晶ディスプレイの動作原理から、液晶ディスプレイの射出光は直線偏光であることが分かる。
【０００４】
このようなツイストネマチック型液晶以外に、液晶は、広げ曲げや湾曲等の奇形の特性があり、異なる奇形の特性が液晶の異なる表示モードに対応している。しかし、これらの異なる表示モードの基本原理は、上記したツイストネマチック型液晶の表示原理に類似している。すなわち、液晶分子の配列により光ビームの振動方向を変化してイメージ表示を図り、最終的に射出される光は直線偏光である。
【０００５】
液晶表示装置の射出光は偏光であるため、その光ベクトルの振動方向は固定的であるが、直線偏光とは異なるように、自然光の各方向におけるベクトル分布が均一であり、このように均一に分布された自然光の人間の目の感光細胞に対する刺激は各方同性で、人間の長期的な発展過程において、人間の目はこのような自然光に慣れている。
【０００６】
情報化の発展につれ、情報の収得に対するニーズが高くなり、昼は会社の事務中にコンピュータを使用することで液晶ディスプレイに向き合うことになり、夜は部屋でテレビを見、又はネットワークにオンラインすることでやはり液晶テレビ又は液晶ディスプレイに向き合うことになる。そのため、液晶表示装置が普及するに従って、人間の液晶表示装置と接触する時間もますます長くなっている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、液晶ディスプレイを見る時に生じる視覚疲労を低下する方法及び装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記した課題を解決するために、本発明の液晶表示装置によると、液晶表示装置と観察者との間に偏光状態を変更可能な光透過手段を設けることにより、液晶表示装置から射出される直線偏光を円偏光又は楕円偏光に変換して観覧者の目に入射させることを提案している。
【０００９】
また、前記光透過手段は、波長遅延量がλ／４の奇数倍である波長板である。
【００１０】
さらに、前記波長板の偏光軸と出射偏光板の振動方向との角度が４５°又は１３５°である。
【００１１】
さらにまた、前記波長板は、１層のλ／４の補償機能を有する複合波長板であり、前記複合波長板は、１層のλ／２波長板と１層のλ／４波長板とからなる。
【００１２】
さらに、前記複合波長板の中のλ／２波長板の光軸とλ／４波長板の光軸との角度が４５°又は１３５°である。
【００１３】
また、本発明は、出射偏光板の外側に光透過手段を設けることにより、出射偏光板から射出される直線偏光を、外部空間にさらに入る前に、光透過手段を介して円偏光又は楕円偏光に変換して出射させる液晶表示装置を提供している。
【００１４】
さらに、前記光透過手段は、波長遅延量がλ／４の奇数倍である波長板である。
【００１５】
また、前記波長板の光軸と出射偏光板から出射される出射偏光方向との角度が４５°又は１３５°である。
【００１６】
さらにまた、前記波長板は、１層のλ／４の補償機能を有する複合波長板であり、前記複合波長板は、１層のλ／２波長板と１層のλ／４波長板とからなる。
【００１７】
さらに、前記複合波長板の中のλ／２波長板の光軸とλ／４波長板の光軸との角度が４５°又は１３５°である。
【００１８】
（発明の効果）
本発明は、液晶表示装置と観察者との間に偏光状態を変更可能な光透過手段を設けることにより、液晶表示装置から射出される直線偏光を円偏光又は楕円偏光に変換して観覧者の目に入射させることにより、液晶ディスプレイを見る時に生じる視覚疲労を低下する方法を提供して、液晶テレビを見る人間の目をより快適にし、人間の目の疲労を低下するに有効である。
【００１９】
さらに、複合波長板を使用することにより、波長板をより広い波長範囲内で作用させ、より効果よく人目の疲労を低下させることができる。
【００２０】
従来の技術と比べて、本発明の液晶表示装置は、現行の液晶ディスプレイの外側に光透過手段を増加することにより、液晶ディスプレイの直線偏光の射出光を円偏光の射出光又は楕円偏光の射出光に変化して、現行の液晶ディスプレイの射出光の振動状態を変化し、人目に入る光を円偏光又は楕円偏光にし、さらに、複合波長板を使用することにより、波長板をより広い波長範囲内で作用させ、より効果よく人間の目の疲労を低下させることができる。
【００２１】
現行の液晶ディスプレイの射出光の偏光状態を変化させ、人間の目に入る光を円偏光又は楕円偏光にすることにより、液晶テレビを見る人間の目をより快適にし、人目の健康の保護に大変重要な意義がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
【００２３】
本発明は、液晶表示装置と観察者との間に偏光状態を変更可能な光透過手段を設けることにより、液晶表示装置から射出される直線偏光を円偏光又は楕円偏光に変換して観覧者の目に入射させる液晶表示装置を見る時に生じる視覚疲労を低下する方法を提供している。円偏光又は楕円偏光も一種の偏光であるが、円偏光又は楕円偏光のベクトル方向が高速に回転するため、実質的には各方同性を表し、自然光に最も近い。人間の長期的な発展過程において、人間の目は自然光に適応され、当然ながら円偏光又は楕円偏光に適応されることになる。
【００２４】
液晶ディスプレイの射出光の偏光状態を変化する光透過手段として、液晶ディスプレイと観察者との間の任意位置に様々な方式で配置することができ、パソコンの使用については、光透過手段をＣＲＴディスプレイにおけるスクリーン保護形式に作成して、液晶ディスプレイ上に掛ける方式は比較的に簡単な方式である。液晶テレビにとっては、その光透過手段を移動可能な透光スクリーンに作成して、観察者の前に配置し、観察者は透光スクリーンを見越して液晶テレビを観覧し、観察者の位置の変動によって、その透光スクリーンの位置を時宜に変動することができる。例えば、人が客間にいる時には、スクリーンを客間に置き、人が寝間にいる時には、スクリーンを寝間に置くことで、随時に観覧のニーズを満足することになる。当然ながら、ＣＲＴディスプレイにおけるスクリーン保護のように作成して、液晶ディスプレイ上に掛けることもできる。
【００２５】
明示的に、本発明の提供する液晶ディスプレイを見る時に生じる視覚疲労を低下する方法は、どんな液晶ディスプレイであっても、光透過手段を人間の目側に配置する、即ち観察者が偏光状態を変化するメガネをかけることも１つの選択可能な方式である。
【００２６】
以上に言及した方法に対して、どんな方法であっても、１つの光透過手段を増加するため、ある一定程度は、いずれも液晶画像を見る効果に影響される。
【００２７】
（第１実施例）
図２に示すように、液晶ディスプレイを見る時に生じる視覚疲労を低下するとともに、できるだけ画像の観察効果に影響されないように、本発明の第１実施例においては、液晶表示装置の出射偏光板１１０の外側に、波長遅延量がλ／４の奇数倍である光透過手段としての波長板１６を配置することが提案される。出射偏光板１１０にはλ／４波長板１６が張り付けられ、波長λの範囲は、一般に、可視光の範囲、即ち３８０〜７６０ｎｍ間の波長範囲を選定し、波長板１６は接着剤１４によって出射偏光板１１０に接着している。また、波長板１６を保護するために、波長板１６の外側に１層の保護膜１８をさらに接着させる。さらに、旋光防止、反射防止等の複数の機能を有する保護膜を追加貼付してもよい。
【００２８】
図３に示すように、波長板１６の遅延光軸は、出射偏光板１１０の偏光軸と４５°又は１３５°の角度をなすように構成され、波長板１６の波長遅延量がλ／４の奇数倍である場合に、特定波長の光に対して、出射偏光板１１０から出射される直線偏光を円偏光に変換することができる。
【００２９】
１束の直線偏光をλ／４波長の奇数倍である波長板を通過させ、λ／４波長の奇数倍である波長板の偏光軸と出射光の振動方向との角度が４５°である場合には、１束の円偏光を得ることができる。
【００３０】
以上から分かるように、λ／４の奇数倍である波長板を配置することにより、液晶表示装置の出射偏光状態を変化させることができ、液晶表示装置の直線偏光の射出を円偏光又は楕円偏光の射出に変換することができ、波長板１６の偏光軸と射出光の振動方向との角度が４５°である場合には、円偏光を得ることができる。
【００３１】
然るに、液晶表示装置の射出光の波長が可視光の範囲内で変化するため、波長板１６にとって、その波長遅延量がλ／４の奇数倍であることは、１つの相対的な固定波長値λに対して言うものであり、あらゆる波長に対してみな同様な効果を有することはない。そのため、液晶表示装置にとって、出射偏光板１１０の外側に１つのλ／４の奇数倍である波長板１６を配置し、波長板１６の偏光軸と液晶表示装置の射出光の振動方向との角度が４５°であっても、ある１つの固定波長の光しか円偏光に変換させず、他の波長の光は楕円偏光に変換させることしかできない。且つ、射出光の波長値と波長板１６の固定波長値λとの差が大きいほど、変換された楕円偏光の長短軸の比が高くなり、つまり、円偏光に変換される効果が悪くなっている。
【００３２】
可視光範囲内の全ての波長における偏光の変換効果を最大限に均衡するために、通常、波長板１６の波長遅延量の相対的な波長値λは、可視光範囲内の１つの中間値、即ち、黄光の範囲である５００ｎｍから５５０ｎｍまでの間の１値が採用される。
【００３３】
（第２実施例）
単一層のλ／４の奇数倍である波長板１６は、特定波長光のみしか円偏光に変換させず、他の波長に対する円偏光への光変換効果は高くない。そのため、本発明は、より広い波長範囲内で直線偏光を円偏光に変換する効果がさらによい複合波長板を提供する。
【００３４】
図５から図６に示すように、その出射偏光板１１０の外側に、光透過手段としての１層のλ／２波長板２６ａと光透過手段としての１層のλ／４波長板２６ｂが順に配置され、出射偏光の方向とλ／２波長板の遅延光軸との角度がθであれば、前記λ／４波長板の遅延光軸と出射偏光の方向との角度を２θ＋４５°又は２θ＋１３５°に保証する必要があり、そのθの変化範囲は０〜９０°の間である。
【００３５】
λ／２波長板２６ａと１層のλ／４波長板２６ｂを１つのλ／４の補償機能を有する複合波長板２６に作成してもよい。その場合には、λ／２波長板２６ａと１層のλ／４波長板２６ｂとの光軸が成す角度を４５°又は１３５°にする必要がある。
【００３６】
本発明の第２実施例における複合波長板は、正面で使用する場合には、偏光がλ／２波長板２６ａから入り、λ／４波長板２６ｂから出ることになり、反面で使用する場合には、偏光がλ／４波長板２６ｂから入り、λ／２波長板２６ａから出ることになる。λ／４波長板と出射偏光板の偏光軸との角度が４５°又は１３５°に保証される限り、複合波長板の偏光を円偏光に変換する効果には明らかな差がない。
【００３７】
また、複合波長板２６の出射偏光板１１０と対向している他方側には保護膜１８が張り付いている。λ／４波長板２６ｂ及びλ／２波長板２６ａの波長遅延量は、それぞれ１４０nm及び２７０nmであれば好ましい。従って、液晶ディスプレイから出射される光を、できるだけ直線偏光から円偏光及び楕円偏光に変換して出力することができる。
【００３８】
図７に示すように、本発明の提供している２種の液晶表示装置における単一層の波長板と複合波長板との異なる波長に対する遅延効果の対比を示している。単一層のλ／４波長板１６を用いる場合に比べて、λ／２波長板２６ａとλ／４波長板２６ｂとを組合せた複合波長板２６を用いるほうが、より広い波長範囲内で補償の機能を果たすことができる。
【００３９】
偏光と円偏光の人間の目の疲労に対する影響を検証するために、本発明の提供している２つの実施例に対して実験検証をした。
【００４０】
（実験例１）
実験例１において、偏光と円偏光の人間の目の視力低下程度に対する影響をテストした。実験には、３２インチの液晶テレビを使用し、一般の液晶テレビ、λ／４波長板付き液晶テレビ、及びλ／２波長板とλ／４波長板とを組合せた複合波長板付き液晶テレビについて、ＤＶＤテレビ番組を連続して１８０分間見ている間に、３０分おきにテストすることにより、目に対する自疲労症状と視力状況を調査した。３つの液晶テレビの最高輝度はいずれも３２５ｃｄ／ｍ2に設置され、観覧環境は一般家庭の照度水平、即ち９０〜１００ｌｕｘであり、観覧者はスクリーンから２.２ｍに離れている。
【００４１】
実験の結果、図８に示すように、一般の液晶テレビと、λ／４波長板付き液晶テレビと、λ／２波長板とλ／４波長板とを組合せた複合波長板付き液晶テレビとの３つの場合に、ＤＶＤ番組を見る時間の長さによって視力の低下程度がそれぞれ異なる。比較すると、１８０分間後、３つの液晶テレビを見た場合の一時の視力の低下の程度は異なる。一般の液晶テレビを見る場合に比べて、λ／４波長板付き及びλ／２波長板とλ／４波長板とを組合せてなる複合波長板付き液晶テレビを見るほうが、観覧者の視力低下幅が小さく、そのうち、複合波長板の効果はλ／４波長板の場合よりも視力低下幅が小さい。以上より、液晶テレビの射出光を直線偏光から円偏光に変換することが観覧者の視力保護に有効であることがよくわかる。
【００４２】
（実験例２）
観覧を中断せずに、より客観的に直線偏光と円偏光の人間の目の視覚疲労に対する影響を確認するために、眼電図（ＥＯＧ）記録器によって人間の目の電気生理信号を記録し、それから人間の目の瞬く周波数を取得した。被験者が劇映画の内容に惹き付けられて、無意識的に目を瞬く周波数を降下する可能性も考慮して、できるだけ目を瞬く周波数に対する心理要因の影響を避けるために、劇映画の放映前と放映後に目を瞬く回数を記録した。同時に、受験者に、できるだけ心理要因の影響を受けず持続的に観覧させるために、劇映画の放映前と放映後のＥＯＧ記録中に、７分間のストーリーのない風景映画をそれぞれに放映し、それぞれのＥＯＧ記録時間は４００秒とした。ＥＯＧの記録紙に、２つの記録時間帯に目を瞬く回数をカウントした。
【００４３】
受験者劇映画を観覧する間の目を瞬く周波数の変化を確認するために、この間でも劇映画が始まってからの６０分、９０分及び１２０分に分けて３回のＥＯＧ記録を行った。
【００４４】
この実験では、６４人の被験者を３２人毎にランダムに二分した。１組はＬ型の原型機を観覧させ、線偏組と略称し、もう１組はＣ型の原型機を観覧させ、円偏組と略称する。線偏組において、男は２１人、女は１１人、平均年齢は２４．６歳であり、円偏組において、男は１７人、女は１５人、平均年齢は２４.３歳である。統計分析によると、両組間の性別及び年齢には明らかな差がない。被験者は、視力（又は校正視力）１．０以上で,眼病、神経又は心理疾病履歴がない人とした。
【００４５】
図９に示すように、各時間帯の両組の目を瞬く回数の平均値は、劇映画を観覧している間に目を瞬く周波数は、時間が経過すると共に、増加していることが見える。しかし、第６０分の時、両組の目を瞬く周波数は、同組の劇映画を観覧する前の目を瞬く周波数よりもそれぞれ低く、これは内容に惹きつけられて目を瞬く周波数が低下されたからである。但し、劇映画を観覧する時間が長くなるにつれて、角膜の疲労から、目を瞬く周波数がだんだん上昇し、劇映画を観覧する前の回数を超えるようになる。そのため、劇映画を観覧している比較的に短い時間内の目を瞬く周波数は、主に心理要因の影響を受け、その後に、目を瞬く周波数に対する影響中は、生理要因が徐々に主導的な要因になる。
【００４６】
本発明の２つの実験により、直線偏光に比べて、円偏光又は楕円偏光のほうが人間の目の視覚疲労を著しく低下できることが証明される。つまり、液晶テレビの直線偏光の出力を円偏光又は楕円偏光の出力に変化することが人間の目の視覚疲労低下が顕著である。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】従来の液晶ディスプレイの構造の断面図である。
【図２】本発明の第１実施例による液晶表示パネルの断面図である。
【図３】本発明の第１実施例による液晶表示パネルの光学的模式図である。
【図４】本発明の第１実施例による波長板の遅延光軸と偏光板光軸との角度の説明図である。
【図５】本発明の第２実施例による液晶表示パネルの説明図である。
【図６】本発明の第２実施例による液晶表示パネルの光学的模式図である。
【図７】本発明の第２実施例による液晶表示パネルの光学特性図である。
【図８】本発明の実験例１による視力の低下を示す折れ線グラフである。
【図９】本発明の実験例２による目を瞬く周波数を示すの折れ線グラフである。
【符号の説明】
【００４８】
１４：接着剤、１６：波長板（光透過手段）、１８：保護膜、２６：複合波長板、２６ａ：λ／２波長板（光透過手段）、２６ｂ：λ／４波長板（光透過手段）、１０２：透明電極、１０４：透明電極、１１０：出射偏光板、１２０：偏光板、１３０：液晶
【図１】
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【図２】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2008191670.tif 000008
【図８】
2008191670.tif 000009
【図９】
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【図３】
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