(57)【要約】【課題】高コントラスト比が得られる投射型の液晶表示装置を提供する。【解決手段】液晶表示装置において、複数の反射型の画素電極１２が形成された第１の基板３４と共通電極３６が形成された光透過性を有する第２の基板３８とを、画素電極と共通電極とが対向するように配置して間に液晶層１０を介在させて封止し、液晶層に入射して前記画素電極により反射される光に対して画像信号により光学的な変調を加えるようにした液晶パネル８と、液晶パネルに光を照射する光源２と、液晶パネルから出射される光に基づいて画像を可視化する可視化手段３２と、可視化手段と液晶パネルとの間の光路中に該光路が延在する方向に対して回転調整可能に設けられ、液晶パネルによって生ずる偏光軸のズレを調整するために可視光の波長の所定の割合の光学的長さに相当する厚さの位相板４０と、を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液晶表示装置において、
表面に複数の反射型の画素電極が形成された第１の基板と表面に光透過性を有する共通電極が形成された光透過性を有する第２の基板とを、前記画素電極と前記共通電極とが対向するように配置して間に液晶層を介在させて封止し、前記液晶層に入射して前記画素電極により反射される光に対して画像信号により光学的な変調を加えるようにした液晶パネルと、
前記液晶パネルに前記光を照射する光源と、
前記液晶パネルから出射される光に基づいて画像を可視化する可視化手段と、
前記可視化手段と前記液晶パネルとの間の光路中に該光路が延在する方向に対して回転調整可能に設けられ、前記液晶パネルによって生ずる偏光軸のズレを調整するために可視光の波長の所定の割合の光学的長さに相当する厚さの位相板と、
を有するように構成したことを特徴とする液晶表示装置。
【請求項２】
前記液晶パネルに対する入射光の光路と反射光の光路とは同一であり、前記所定の割合の光学的長さは１／８波長であることを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置。
【請求項３】
前記液晶パネルに対する入射光の光路と反射光の光路とは異なっており、前記位相板が前記両光路を跨ぐように設けられる場合には前記所定の割合の光学的長さは１／８波長であり、前記位相板が前記両光路の内のいずれか一方のみに設けられる場合には前記所定の割合の光学的長さは１／４波長であることを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、反射型の液晶パネルに形成される光学像を投射して表示するようにした液晶表示装置に係り、特に黒表示で光モレする液晶パネルでも光モレを低減して高いコントラストを実現することができる投射型の液晶表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、液晶表示装置の一例として、液晶パネルに入射した光を画像信号に基づいて光学的に変調して光学像を形成し、この光学像を可視化して投射レンズによりスクリーンに投射して表示するようにした投射型の液晶表示装置が広く知られている。
ここで従来の一般的な投射型の液晶表示装置について説明する。図６は従来の投射型の液晶表示装置の一例を示す概略構成図、図７は偏光軸のズレの補正を説明するための説明図である。図６では液晶パネルに入る入射光の光路と反射光の光路が同一の場合を示す。
【０００３】
図６に示すように、光源２から出射された光Ｌは、偏光ビームスプリッタ４に入射し、この偏光ビームスプリッタ４の接合面４Ａで偏光分離された例えばＳ偏光は９０°反射されて偏光ビームスプリッタ４を射出し、１／４波長位相板６を経て反射型の液晶パネル８に入射される。この反射型の液晶パネル８に入射した光は、この中に封止されている液晶層１０を通過することで画像信号に応じて光学的な変調を受け、内部の反射型の画素電極１２で反射されて再び液晶層１０を通過することで上記と同様な変調を受けて出射される。この出射された光は同じ光軸で逆行して進行し、上記１／４波長位相板６を経て再び偏光ビームスプリッタ４に入射し、上記液晶パネル８で変調されたＰ偏光のみを透過して（Ｓ偏光は接合面４Ａで９０°反射される）、この透過光を投射レンズ１４にてスクリーン１６上に投射することにより画像を拡大表示する。
【０００４】
ここで、この構成の液晶表示装置においてコントラスト向上を図る方法として、反射型の液晶パネル８と偏光ビームスプリッタ４との間に１／４波長位相板６を配置すればよいことが知られている（特許文献１）。尚、１／４波長位相板６は、周知のように、この光学軸に対して入射光の偏光軸が角度４５°であるように配置すると、直線偏光を円偏光に変換する機能、或いはその逆の機能を有する。
【０００５】
ここで上記１／４波長位相板６は、この進相軸が偏光軸に略平行となるように配置されている。これにより、図７に示すように偏光ビームスプリッタ４や投射レンズ１４などが有する光弾性歪や複屈折性など、光学系に依存する偏光軸のズレ（図７中のＸ軸からのズレ）を補正するようにしている。
【０００６】
図８は従来の投射型の液晶表示装置の他の一例を示す概略構成図である。図８では液晶パネルに入る入射光の光路と反射光の光路とが互いに異なる場合を示す。この図８に示す投射型の液晶表示装置は、偏光板と反射型液晶パネルを使用する液晶表示装置の構成図である。尚、図６に示す構成部分と同一構成部分については同一符号を付す。光源２から出射された光Ｌは、照明レンズ１８を介して偏光板である偏光子２０に入射し、偏光分離された例えばＳ偏光のみが偏光子２０を射出し、１／２波長位相板２２を経て反射型の液晶パネル８に斜め方向から入射される。
【０００７】
この液晶パネル８に入射した光は液晶層１０を通過することで光学的な変調を受け、更に斜め反対側に反射されて再び液晶層１０を通過することで変調を受けて出射される。この出射された光は偏光板である検光子２４に入射し、上記液晶パネル８で変調されたＰ偏光のみを透過して、この透過光を投射レンズ２６にてスクリーン１６上に投射することにより画像を拡大表示する。尚、１／２波長位相板２２は偏光面を回転させる機能を有している。
【０００８】
ここで、上記構成の液晶表示装置においてコントラスト向上を図る方法として、液晶パネル８と偏光子２０との間に１／２波長位相板２２を配置すればよいことが知られている（非特許文献１）。これにより、図６において、偏光ビームスプリッタ４を使用した場合と同様に、１／２波長位相板２２の進相軸は偏光軸に略平行となるように配置され、図７に示すように光学系に依存する偏光軸のズレ（図７中のＸ軸からのズレ）を補正することができる。
【０００９】
【特許文献１】特開平２−２５００２６号公報
【非特許文献１】ＳＯＣＩＥＴＹ  ＦＯＲ  ＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ  ＤＩＳＰＬＡＹ  ２００１  ＩＮＴＥＲＮＡＴＩＯＮＡＬ  ＳＹＭＰＯＳＩＵＭ  ＤＩＧＥＳＴ  ＯＦ  ＴＨＣＨＮＩＣＡＬ  ＰＡＴＥＲＳ  ＶＯＬＵＭＥ  ＸＸＸＩＩ  Ｊｕｎｅ  ２００１．（ＳＡＮ  ＪＯＳＥ  ＣＯＮＶＥＮＴＩＯＮ  ＣＥＮＴＥＲ  ，ＳＡＮ  ＪＯＳＥ，ＣＡＬＩＦＯＲＮＩＡ  ＪＵＮＥ  ５−７，２００１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
ところで、上述のように、液晶パネル８に対する光の光路途中に１／４波長位相板６や１／２波長位相板２２を設けて光学系の偏光軸のズレを調整するようにしているので、上述した構成の投射型の表示装置において、反射型の液晶パネル８に替えてミラーを配設し、１／４波長位相板６（図６の場合）や１／２波長位相板２２（図８の場合）をその光軸を中心として周方向へ回転させ、投射される光強度が最小となる位置にて上記波長位相板６、２２を固定すれば光学系コントラストは最大となるはずである。
【００１１】
しかしながら、コントラストが最大となる位置で上記各波長位相板６、２２を固定した上記光学系に対して、反射型の液晶パネル８を配置しても、波長位相板６、２２を固定した位置で画像のコントラストが最大になるとは限らず、コントラストが不十分な場合があった。この理由は、液晶パネル８に起因する偏光軸のズレが発生するからであると考えられる。
本発明は、上述する従来の課題に鑑みてなされたものであり、高コントラスト比が得られる投射型の液晶表示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】
【００１２】
本発明者は、画像のコントラストの向上について鋭意研究した結果、コントラストが最大となる位置で波長位相板を固定した前記光学系に、反射型の液晶パネルを配置しても、その波長位相板の位置が最良のコントラストになるとは限らない原因は、液晶パネルから変調を受けて出射される光が黒表示時（無偏光時）に、液晶パネル毎にバラツキのある楕円偏光を有することによることがわかった。そして、液晶パネルの前面に、可視光の波長領域の略１／８の波長位相板を、光軸を中心に回転可能な構造で配設すれば、液晶パネル毎にバラツキのある楕円偏光を直線偏光に補正でき、コントラストが向上できる、という知見を得ることにより、本発明に至ったものである。
【００１３】
請求項１に係る発明は、液晶表示装置において、表面に複数の反射型の画素電極が形成された第１の基板と表面に光透過性を有する共通電極が形成された光透過性を有する第２の基板とを、前記画素電極と前記共通電極とが対向するように配置して間に液晶層を介在させて封止し、前記液晶層に入射して前記画素電極により反射される光に対して画像信号により光学的な変調を加えるようにした液晶パネルと、前記液晶パネルに前記光を照射する光源と、前記液晶パネルから出射される光に基づいて画像を可視化する可視化手段と、前記可視化手段と前記液晶パネルとの間の光路中に該光路が延在する方向に対して回転調整可能に設けられ、前記液晶パネルによって生ずる偏光軸のズレを調整するために可視光の波長の所定の割合の光学的長さに相当する厚さの位相板と、を有するように構成したことを特徴とする液晶表示装置である。
【００１４】
この場合、例えば請求項２に記載したように、前記液晶パネルに対する入射光の光路と反射光の光路とは同一であり、前記所定の割合の光学的長さは１／８波長である。
或いは例えば請求項３に記載したように、前記液晶パネルに対する入射光の光路と反射光の光路とは異なっており、前記位相板が前記両光路を跨ぐように設けられる場合には前記所定の割合の光学的長さは１／８波長であり、前記位相板が前記両光路の内のいずれか一方のみに設けられる場合には前記所定の割合の光学的長さは１／４波長である。
【発明の効果】
【００１５】
本発明に係る液晶表示装置によれば、黒表示で光モレする液晶パネルでも光モレを低減して高いコントラストを実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下に、本発明に係る液晶表示装置の一実施例を添付図面に基づいて詳述する。
図１は本発明に係る液晶表示装置の第１実施例を示す構成図、図２はポアンカレ球に基づいて楕円偏光を直線偏光に変換する状態を示す図である。尚、図６〜図８に示した構成部材と同一構成部材については、同一符号を付して説明する。
【００１７】
図１に示すように、この液晶表示装置３０は、画像信号に応答した光学像を表示するための液晶パネル８と、この液晶パネル８に光Ｌを照射するための光源２と、上記液晶パネル８で表示した光学像を可視化する可視化手段３２とを主に有している。
上記液晶パネル８は、表面に複数の反射型の画素電極１２が例えばマトリクス状に配列して形成された第１の基板３４と、表面に透明な共通電極３６が形成された例えばガラス基板よりなる第２の基板３８との間に液晶層１０を封止して形成されている。
【００１８】
上記第１の基板３４は、例えばシリコン基板よりなり、上記各画素電極１２に対応させて画素駆動素子（図示せず）が形成されている。そして、上記共通電極３６と各画素電極１２との間に画像信号を走査しつつ印加することにより、この液晶パネル８に入射して各画素電極１２により反射される時に液晶層１０を通過する光に対して画像信号に応じた光学調を行うようにして光学像を形成できるようになっている。
【００１９】
また上記可視化手段３２は、内部に接合面４Ａを有する偏光ビームスプリッタ４と、上記偏光ビームスプリッタ４と上記液晶パネル８との間の光路に設けられて上記偏光ビームスプリッタ４の偏光軸のズレを調整する１／４波長位相板６と、上記液晶パネル８から出射されて偏光ビームスプリッタ４を通過した光を、スクリーン１６に向けて拡大して投射する投射レンズ１４とにより構成されている。ここでは、上記液晶パネル８に対する入射光の光路と反射光の光路とは同一になっている。そして、上述した装置構成は図６に示す構成と同じである。
【００２０】
更に、本実施例では、上記可視化手段３２と上記液晶パネル８との間の光路中に、上記液晶パネル８によって生ずる偏光軸のズレを調整するために可視光の波長の所定の割合の光学的長さに相当する厚さの位相板４０を回転調整可能に設けている。具体的には、上記位相板４０は、上記所定の割合の光学的長さが１／８波長に相当する１／８波長位相板４０Ａよりなり、この１／８波長位相板４０Ａが上記液晶パネル８と可視化手段３２の１／４波長位相板６との間に介設されている。この１／８波長位相板４０Ａは光路（光軸）に対して直交するように配置されており、この１／８波長位相板４０Ａを、その光軸を中心として周方向へ回転することにより、液晶パネル８からの反射光の偏光軸を調整できるようになっている。
【００２１】
次に、以上のように構成された液晶表示装置３０の第１実施例の動作について説明する。
図１に示すように、光源２から出射された光Ｌは、可視化手段３２の偏光ビームスプリッタ４に入射し、この接合面４Ａにて偏光分離された例えばＳ偏光は９０°反射されて偏光ビームスプリッタ４を射出し、一方、図示しないＰ偏光は偏光ビームスプリッタ４を透過する。９０°反射されて射出した上記Ｓ偏光は１／４波長位相板６を通過し、更に本発明の特徴とする位相板４０、すなわちここでは１／８波長位相板４０Ａを経て反射型の液晶パネル８に入射される。
【００２２】
この液晶パネル８に入射した光は、画素電極１２に供給される画像信号と共通電極３６に印加される電圧との差電圧が与えられる液晶層１０を通過して光学的に変調を受け、更に画素電極１２により反射された後、再び液晶層１０を通過する時に光学的な変調を受けて出射される。この光は同じ光軸を逆行して進行し、上記１／８波長位相板４０Ａおよび１／４波長位相板６を経て偏光ビームスプリッタ４に再度入射する。この偏光ビームスプリッタ４でＳ偏光は９０°反射されて光源２に戻り、液晶パネル８で変調されたＰ偏光のみが偏光ビームスプリッタ４を透過して、投射レンズ１４にてスクリーン１６上に投射されて画像が拡大表示されることになる。
【００２３】
次に、上記液晶表示装置３０における偏光軸の調整動作について説明する。まず、反射型の液晶パネル８に替えてミラーを配設し、その進相軸が偏光軸に略平行となるように配置されている１／４波長位相板６を、その光軸を中心にして周方向へ回転させ、光強度が最小となる位置にて上記１／４波長位相板６を固定する。
このように１／４波長位相板６を、その光軸を中心に回転させることで、偏光ビームスプリッタ４や投射レンズ１４などが有する複屈折性や組み立て精度によって生ずる光学系に依存する偏光軸のズレを補正する。
【００２４】
次に、ミラーに替えて液晶パネル８を配設し、その直前に設けた１／８波長位相板４０Ａを、その光軸を中心にして周方向へ回転させ、液晶パネル８によって黒表示時に生じる楕円偏光を直線偏光とする位置にて上記１／８波長位相板４０Ａを固定する。
この点を図２に示すポアンカレ球も参照して説明すると、液晶パネル８に入射する光は、入射する時と、出射する時とで１／８波長位相板４０Ａを２回通過するので、液晶パネル８によって黒表示時（無偏光時）に生じる楕円偏光は角度θ（図２参照）を最適に設定すれば、直線偏光（ポアンカレ球の赤道上）とすることができる。
【００２５】
これにより、偏光ビームスプリッタ４や投射レンズ１４等の光学系および液晶パネル８の双方のコントラストを高くすることが可能となり、高コントラストの表示画像を実現することができる。
【００２６】
＜本発明の第２実施例＞
次に本発明の第２実施例について説明する。図３は本発明に係る液晶表示装置の第２実施例を示す構成図である。尚、図１及び図８に示す構成部分と同一構成部分については同一符号を付して説明する。
この第２実施例の液晶表示装置では、可視化手段３２から液晶パネル８に対する入射光の光路と反射光の光路とは異なっている。すなわち、液晶パネル８の平面は、入射光の光路に対して垂直になっておらず、斜めになるようにある程度の傾斜角度をもっており、従って、上述のように入射光と反射光の光路が互いに異なるようになっている。
【００２７】
そして、上記可視化手段３２は、これを通過する液晶パネル８への入射光の光路の途中に順次介設された照明レンズ１８、偏光板よりなる偏光子２０及び１／２波長位相板２２を有している。上記１／２波長位相板２２は、周知のように直線偏光の偏光面の向きを変える機能を有し、例えば入射光の偏光面に対して１／２波長位相板の光学軸が角度θであるときは、出射光の偏光面は”１８０°−２θ”だけ回転するように機能する。更に、上記可視化手段３２は、これを通過する液晶パネル８からの出射光の光路に順次介設された偏光板よりなる検出子２４および投射レンズ２６を有しており、上記投射レンズ２６からスクリーン１６上へ画像を拡大表示できるようになっている。
【００２８】
この第２実施例の場合も、先の第１実施例と同様に、この第２実施例の場合も、先の第１実施例と同様に、上記可視化手段３２と上記液晶パネル８との間の光路中に、上記液晶パネル８によって生ずる偏光軸のズレを調整するために可視光の波長の所定の割合の光学的長さに相当する厚さの位相板４０を回転調整可能に設けている。具体的には、上記位相板４０は、上記所定の割合の光学的長さが１／８波長に相当する１／８波長位相板４０Ｂよりなり、この１／８波長位相板４０Ｂが上記液晶パネル８と可視化手段３２の１／２波長位相板２２との間に介設されている。
【００２９】
この１／８波長位相板４０Ｂは、先の第１実施例の１／８波長位相板４０Ａよりも平面が広く形成されており、上記液晶パネル８に対する入射光の光路と反射光の光路の両方の光路を跨ぐように、すなわち両光路が通過するように掛け渡して配置されている。従って、この１／８波長位相板４０Ｂを、その光軸を中心として周方向へ回転することにより、液晶パネル８からの反射光の偏光軸を調整できるようになっている。
【００３０】
次に、以上のように構成された液晶表示装置の第２実施例について説明する。
まず、光源２から出射された光は、可視化手段３２の照明レンズ１８を介して偏光子２０に入射し、偏光分離された例えばＳ偏光のみが偏光子２０を透過し、Ｐ偏光は偏光子２０に吸収される。この偏光子２０を透過したＳ偏光は１／２波長位相板２２を通過した後、本発明の特徴とすると１／８の波長位相板４０Ｂを経て反射型の液晶パネル８に入射される。
【００３１】
この液晶パネル８に入射した光は、先の第１実施例で説明したように画素電極１２に供給される画像信号と共通電極３６に印加される電圧との差電圧が液晶に与えられることにより液晶を再配列させる液晶層１０を通過して光学的な変調を受け、反射された後に再び液晶層１０を通過すると共に光学的な変調を受け出射される。この光は再度１／８波長位相板４０Ｂを経て検光子２４に入射する。この検光子２４でＳ偏光は検光子２４に吸収され、液晶パネル８で変調されたＰ偏光のみが検光子２４を透過して、投射レンズ２６にてスクリーン１６上に投射されて画像が拡大表示される。
【００３２】
次に、偏光軸の調整動作について説明する。先の第１実施例の場合と同様に、反射型の液晶パネル８に替えてミラーを配設し、その進相軸が偏光軸に略平行となるように配置されている１／２波長位相板２２を、その光軸を中心にして周方向へ回転させ、光強度が最小となる位置にて上記１／２波長位相板２２を固定する。
その後、ミラーに替えて液晶パネル８を配設し、１／８波長位相板４０Ｂを、その光軸を中心に周方向へ回転させ、液晶パネル８によって黒表示時に生じる楕円偏光を直線偏光とする位置にて上記１／８波長位相板４０Ｂを固定する。
【００３３】
これにより、１／８波長位相板４０Ｂによる偏光の補正と、１／２波長位相板２２による偏光軸の補正により、光学系および液晶パネル８の双方のコントラストを高くすることが可能となり、高コントラストの画像を得ることができる。
尚、上記第２実施例では、液晶パネル８への入射光と出射光の両光路を１枚でカバーできるように位相板４０として大きな平面の１／８波長位相板４０Ｂを用いたが、これに限定されず、図４に示す第２実施例の変形例１の一部を示す構成図のように、上記両光路に個別に分離された１／８波長位相板４０Ｃ、４０Ｃをそれぞれ回転調整可能に介設するようにしてもよく、この場合にも上記第２実施例と同様な作用効果を発揮することができる。
【００３４】
更に上記第２実施例及びその変形例１では、位相板４０として１／８波長位相板４０Ｂ、４０Ｃを設けたが、これに限定されず、図５に示すように位相板４０として１／４波長位相板４０Ｄを設けるようにしてもよい。図５は本発明の液晶表示装置の第２実施例の変形例２及び変形例３を示す構成図である。
【００３５】
すなわち、図５（Ａ）は変形例２を示し、この場合には、液晶パネル８に対する入射光の光路と反射光の光路の内の入射光の光路のみに上記１／４波長位相板４０Ｄを介在させて設けている。また図５（Ｂ）は変形例３を示し、この場合には反射光の光路のみに上記１／４波長位相板４０Ｄを介在させて設けている。すなわち、偏光光が１／８波長位相板に２回通過することと、１／４波長位相板に１回通過することとは、光学的には等価の関係にある。従って、この図５に示す変形例２、３の場合にも、先の第２実施例と同様な作用効果を発揮することができる。
【００３６】
以上詳細に説明したように、本発明の液晶表示装置によれば、反射型の液晶パネル８の前面に可視光の波長領域の１／８波長位相板４０Ａ、４０Ｂ、４０Ｃ、或いは１／４波長位相板４０Ｄと、その光軸を中心に回転可能な構造で配設するようにしたので、液晶パネル８によって黒表示時に生じる楕円偏光を直線偏光とすることができ、コントラストの高い液晶表示装置が提供できる効果を有する。
尚、以上の各実施例及び変形例において、Ｐ偏光とＳ偏光との関係が逆になるように各光学部材を設定するようにしてもよいのは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明に係る液晶表示装置の第１実施例を示す構成図である。
【図２】ポアンカレ球に基づいて楕円偏光を直線偏光に変換する状態を示す図である。
【図３】本発明に係る液晶表示装置の第２実施例を示す構成図である。
【図４】第２実施例の変形例１の一部を示す構成図である。
【図５】本発明の液晶表示装置の第２実施例の変形例３及び変形例４を示す構成図である。
【図６】従来の投射型の液晶表示装置の一例を示す概略構成図である。
【図７】偏光軸のズレの補正を説明するための説明図である。
【図８】従来の投射型の液晶表示装置の他の一例を示す概略構成図である。
【符号の説明】
【００３８】
２…光源、６…１／４波長位相板、８…液晶パネル、１０…液晶層、１２…画素電極、１４…投射レンズ、１６…スクリーン、１８…照明レンズ、２０…偏光板、２２…１／２波長位相板、２４…検出子、２６…投射レンズ、３０…液晶表示装置、３２…可視化手段、３４…第１の基板、３６…共通電極、３８…第２の基板、４０…位相板、４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃ…１／８波長位相板、４０Ｄ…１／４波長位相板。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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