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Description

本発明は、式Iの化合物の少なくとも一つを含み、負の誘電異方性を有する極性化合物の混合物を基本とする液晶媒体に関する。
Figure 0004489596
式中、
およびRは、それぞれ相互に独立して、H、または置換されていないか、CNまたはCFで一置換またはハロゲンによって少なくとも一置換されている炭素数15までのアルキルまたはアルケニル基であり、ここで、さらにこれらの基のうち1または2以上のCH基は、O原子が互いに直接結合しないように、−O−、−S−、
Figure 0004489596
−C≡C−、−OCO−または−O−CO−によって置換されていてもよく、
は、
a)1または2の隣接しないCH基が、−O−または−S−によって置換されてもよい1,4−シクロヘキセニレンまたは1,4−シクロヘキシレン基を示し、
b)1または2のCH基がNによって置換されていてもよい1,4−フェニレン基を示し、
c)ピペリジン−1,4−ジイル−、1,4−ビシクロ[2.2.2]オクチレン−、ナフタレン−2,6−ジイル、デカヒドロナフタレン−2,6−ジイル、1,2,3,4−テトラヒドロナフタレン−2,6−ジイル、フェナントレン−2,7−ジイルおよびフルオレン−2,7−ジイルからなる群からの基を示し、
ここで基a)、b)およびc)は、ハロゲン原子によって一または多置換されていてもよく、
は、−CO−O−、−O−CO−、−CFO−、−OCF−、−CHO−、−OCH−、−CHCH−、−(CH−、−C−、−CHCF−、−CFCH−、−CF=CF−、−CH=CF−、−CF=CH−、−CH=CH−、−C≡C−または単結合を示し、
mは、0、1または2を示す。
このタイプの媒体は、特に、ECB効果を基本とするアクティブマトリックスアドレスを伴なう電気光学ディスプレイおよびIPS(平面スイッチング)ディスプレイに用いられる。
電界制御複屈折の原理、ECB(電界制御複屈折)効果またはDAP(配向層の変形)効果は、1971年に初めてM.F. SchieckelおよびK. Fahrenschonの「電界で垂直配向を有するネマティック液晶の変形(Deformation of nematic liquid crystals with vertical orientation in electrical fields)」 Appl. Phys. Lett. 19 (1971), 3912に記載されている。J.F. Kahnによる文献 (Appl. Phys. Lett. 20 (1972), 1193) および G. Labrunie および J. Robertによる文献 (J. Appl. Phys. 44 (1973), 4869) が続く。
J. RobertおよびF. Clerc (SID 80 Digest Techn. Papers (1980), 30)、 J. Duchene (Displays 7 (1986), 3)およびH. Schad (SID 82 Digest Techn. Papers (1982), 244) による文献では、ECB効果を基本とする高情報ディスプレイ素子に用いるのに適するためには、液晶相が、高い弾性定数K/K比の値、高い光学異方性値Δnおよび−0.5〜−5の誘電異方性値Δεを有さなければならないことを示している。ECB効果を基本とする電気光学ディスプレイ素子は、ホメオトロピック端面配向を有する。誘電的に負の液晶媒体は、いわゆるIPS効果を用いるディスプレイにもまた用いることができる。
電気光学ディスプレイ素子におけるこの効果の工業的応用では、非常に多数の要件を満たさなければならないLC相を必要とする。ここでは湿気、空気および熱、赤外領域、可視領域および紫外領域での放射、直流および交流電場などの物理的影響に対する化学的耐性が特に重要である。
さらに、工業的に用いることのできるLC相は、適する温度範囲および低い粘度の液晶中間相を有することが要求される。
これまで開示された液晶中間相を含む一連の化合物はいずれもこれらのすべての要件を満たす単一の化合物を含むものではない。したがって、2〜25、好ましくは3〜18の化合物の混合物は一般的には、LC相として用いることのできる物質を得るために調製される。しかしながら、著しく負の誘電異方性および十分な長期安定性を有する液晶材料がこれまでに何ら得られてないために、この方法では容易に最適な相を調製することができない。
マトリックス液晶ディスプレイ(MLCディスプレイ)は知られている。個々のピクセルの個々のスイッチングに用いることができる非直線素子は、たとえば、アクティブ素子(すなわち、トランジスタ)である。用語「アクティブマトリックス」が用いられるが、ここでは、2つのタイプで区別される:
1.シリコンウェハ基板上のMOS(金属酸化物半導体)トランジスタ
2.ガラスプレート基板上の薄膜トランジスタ(TFTs)
タイプ1では、用いられる電気光学効果は、通常、動的散乱またはゲスト−ホスト効果である。基板材料に単一結晶シリコンを用いると、種々のディスプレイ部品のモジュラーアセンブリすら結合部位に問題が生ずるためにディスプレイサイズが制限される。
より好ましい有望なタイプ2の場合、用いられる電気光学効果は、通常TN効果である。
2つの技術は区別される:たとえばCdSeなどの半導体化合物を含むTFTs、または多結晶またはアモルファスシリコンを基本とするTFTsである。後者の技術は、重点的に世界中で行われている。
TFTマトリックスはディスプレイのガラスプレートの内側に施されるが、他のガラスプレートは、その内側に透明対電極をもつ。ピクセル電極の大きさと比較して、TFTは、非常に小さく、実質的に画面に逆効果を有さない。この技術は、赤、緑および青のフィルターのモザイクが、フィルター素子がそれぞれのスイッチ可能なピクセルに向かい合うように配置されている、完全なカラーコンパブル(colour-compable)ディスプレイにもまた広げることができる。
これまで開示されたTFTディスプレイは、通常、通信の直交偏光子を有するTNセルとして作動し、バックライトとなる。
用語MLCディスプレイは、ここでは、一体型非直線素子を有するいずれのマトリックスディスプレイ、すなわち、アクティブマトリックスの他にバリスタまたはダイオード(MIM=金属−絶縁体−金属)などの受動的素子もまた有するディスプレイを含む。
このタイプのMLCディスプレイは、特にTV用途(たとえばポケットテレビ)または自動車構造または飛行機構造の高情報ディスプレイに適する。コントラストおよび応答時間の角度依存性の問題のほか、MLCディスプレイでは液晶混合物の特定の抵抗に欠けるために問題が生ずる[TOGASHI, S., SEKIGUCHI, K., TANABE, H., YAMAMOTO, E., SORIMACHI, K., TAJIMA, E., WATANABE, H., SHIMIZU, H., Proc. Eurodisplay 84, Sept. 1984: A 210-288 Matrix LCD Controlled by Double Stage Diode Rings, pp. 141 ff., Paris; STROMER, M., Proc. Eurodisplay 84, Sept. 1984: Design of Thin Film Transistors for Matrix Addressing of Television Liquid Crystal Displays, pp. 145 ff., Paris]。減少する抵抗のために、MLCディスプレイのコントラストは悪化する。ディスプレイの内面に相互作用するために液晶混合物の特定の抵抗が一般的にMLCディスプレイの寿命を下げるため、長期作動期間にわたって受け入れることができる抵抗値を有しなければならないディスプレイには高い(初期)抵抗が非常に重要である。
これまでに開示されたMLC−TNディスプレイの欠点は、比較的低いコントラスト、比較的高い視野角依存性、およびこれらのディスプレイにおける灰色の影が生じる問題点によるものである。
したがって広い作動温度範囲、短い応答時間および低いしきい値電圧と同時に非常に高い特定の抵抗を有するMLCディスプレイが非常に要求され続け、それによって種々の灰色の影が生み出される。
本発明は、ECBまたはIPS効果を基本とし、上記欠点を有さず、またはより少ない程度に欠点を有さず、同時に非常に高い特定の抵抗を有するMLCディスプレイを作製することを目的とする。
この目的が、式Iの化合物を少なくとも一つ含むネマティック液晶混合物をこれらのディスプレイ素子に用いると達成することができることがここで見出された。
本発明は、少なくとも一つの式Iの化合物を含む負の誘電異方性を有する極性化合物の混合物を基本とする液晶媒体に関する。
式Iの化合物は、たとえば、EP 0 637 585 A1で知られている。先行技術に記載されている液晶混合物は、もっぱら強誘電体用途のみを目的とし、ECBまたはIPSディスプレイ用のフッ素化インダンの使用は知られていない。
本発明の混合物は、非常に好ましい容量性しきい値、比較的高い保持比の値および同時に非常に良好で低い温度安定性および非常に低い回転粘度を示す。
いくらかの好ましい態様を以下に示す:
a)さらに式IIAおよび/またはIIB:
Figure 0004489596
式中、
は、Rの意味を有し、
pは、1または2を示し、
vは、1〜6を示す、
の1または2以上の化合物を含む液晶媒体。
b)さらに式III:
Figure 0004489596
式中、
31およびR32はそれぞれ相互に独立して、炭素数12までの直鎖アルキル、アルケニル、アルキルアルコキシまたはアルコキシ基を示し、
Figure 0004489596
を示す、
の化合物を1または2以上含む液晶媒体。
c)式Iの化合物を1、2、3、4または5以上、好ましくは1または2含む液晶媒体。
d)式I中のRが好ましくは以下の意味を有する液晶媒体:直鎖アルキル、ビニル、1E−アルケニルまたは3−アルケニルであり、Rがアルケニルであるときは、好ましくはCH=CH, CH−CH=CH, C−CH=CH, CH=CH−CまたはCH−CH=CH−Cである。Rが好ましくは、Hまたは炭素数1〜6までの直鎖アルキル、特にメチル、エチルまたはプロピルである。Rは非常に好ましくはHである。
e)混合物中の式Iの化合物の割合が全体での少なくとも5重量%、好ましくは少なくとも10重量%である液晶媒体。
f)混合物中の式IIAおよび/またはIIBの化合物の割合が全体で少なくとも20重量%である液晶媒体。
g)混合物中の式IIIの化合物の割合が全体で少なくとも5重量%である液晶媒体。
h)付属式I1〜I18から選択される化合物を少なくとも一つ含む液晶媒体:
Figure 0004489596
Figure 0004489596
Figure 0004489596
Figure 0004489596
特に好ましくは、式Ia〜Igの化合物からなる群から選択される1または2以上の化合物を含む媒体:
Figure 0004489596
Figure 0004489596
特に好ましくは、少なくとも一つの式Iaの化合物を含む媒体である。
さらに式IIIa〜IIIfから選択される化合物を含む液晶媒体:
Figure 0004489596
Figure 0004489596
式中、
alkylおよびalkylは、それぞれ相互に独立して、炭素数1〜6までの直鎖アルキル基を示し、
alkenylおよびalkenylは、それぞれ相互に独立して、炭素数2〜6までの直鎖アルケニル基を示す。
本発明の媒体は、好ましくは、式IIIa、式IIIbおよび/または式IIIeの化合物を少なくとも一つ含む。
特に好ましい式IIIeおよびIIIfの化合物を以下に示す:
Figure 0004489596
Figure 0004489596
j)5〜30重量%の1または2以上の式Iの化合物および20〜70重量%の1または2以上の式IIAおよび/またはIIBの化合物から本質的になる液晶媒体。
k)さらに式
Figure 0004489596
式中、
およびRは、それぞれ相互に独立して請求項1のRで示した意味の一つを有し、
wおよびxは、それぞれ相互に独立して1〜6を示す、
の四環性化合物を1または2以上含む液晶媒体。
l)さらに1または2以上の以下の式の化合物を含む液晶媒体。
Figure 0004489596
Figure 0004489596
Figure 0004489596
式中、
13〜R28は、それぞれ相互に独立してRで示した意味の一つを有し、
zおよびmは、それぞれ相互に独立して1〜6を示し、
は、H、CH、Cまたはn−Cを示す。
m)さらに1または2以上の以下の式の化合物を含む液晶媒体。
Figure 0004489596
式中、
Rは、1または2〜6の炭素原子を有するアルキル、アルケニル、アルコキシ、アルキルアルコキシまたはアルケニルオキシおよびalkenylは上記意味を有する。
本発明はさらに、ECB効果を基本とするアクティブマトリックスアドレスを伴なう電気光学ディスプレイに関し、誘電体として請求項1〜9のいずれかに記載の液晶媒体を含むことを特徴とする。
液晶混合物は、好ましくは少なくとも60Kのネマティック相範囲および20℃で最大30mm・s−1のフロー粘度ν20を有する。
本発明の液晶混合物は、約−0.5〜−8.0、とくに約−3.0〜−6.0のΔεを有し、ここで、Δεは、誘電異方性を示す。回転粘度γは、好ましくは、<150mPa.s、とくに<140mPa.sである。
液晶混合物中の複屈折Δnは、一般的に0.07〜0.16、好ましくは、0.08〜0.11である。
本発明の混合物は、たとえば、MVA、PVAおよびASVなどのVA−TFT用途に適する。さらに、負のΔεを有するIPSおよびPALC用途に適する。
本発明の液晶相の式I、IIA、IIBおよびIIIのそれぞれの成分は、知られているか、または製造方法は、文献に記載の一般的な方法に基づくものであるため、当業者であれば容易に導きだすことができる。
本発明のディスプレイ中のネマティック液晶混合物は、一般的に2つの成分AおよびBを含み、それ自体1または2以上の個々の化合物からなる。
成分Aは、著しい負の誘電異方性を有し、≦−0.3の誘電異方性のネマティック相を有する。好ましくは、式I、IIAおよび/またはIIBの化合物を含む。
成分Aの割合は、好ましくは、45〜100%、とくに60〜100%である。
成分Aは、≦−0.8のΔεの値を有する1または2以上の個々の化合物が好ましくは選択される。この値は、混合物中の割合Aの全体が小さくなるにつれ、より負にならなければいけない。
成分Bは、顕著なネマトゲン(nematogeneity)を有し、20℃で30mm・s−1以下、好ましくは、25mm・s−1以下のフロー粘度を有する。
特に好ましくは、成分Bの個々の化合物は、20℃で18mm・s−1以下、好ましくは、12mm・s−1以下のフロー粘度を有する非常に低い粘度のネマチック液晶である。
成分Bは、モノトロピックまたはエナンチオトロピックのネマチックであり、スメクチック相は有さず、液晶混合物の非常に低い温度へと下がるスメクチック相の発生を妨げることができる。たとえば、高いネマトゲンの種々の材料をスメクチック液晶混合物へ添加すると、これらの材料のネマトゲンは、達成されるスメクチック相の抑制の度合いによって比較することができる。
適する材料の多様性は、文献によって当業者には知られている。特に好ましくは、式IIIの化合物である。
さらに、これらの液晶相は、18より大きい、好ましくは18〜25の成分を含んでもよい。
相は、好ましくは4〜15、特に5〜12の式I、IIAおよび/またはIIBおよび任意にIIIの化合物を含む。
式I、IIAおよび/またはIIBおよびIIIの化合物のほかに、たとえば、全体として混合物の45%まで、好ましくは35%まで、特に10%までのほかの構成成分もまた含んでもよい。
他の構成成分は、好ましくはネマチックまたはネマトゲン(nematogen)物質から選択され、特にすでに知られている物質、アゾキシベンゼン、ベンジリデンアニリン、ビフェニル、テルフェニル、フェニルまたはシクロヘキシルベンゾエート、フェニルまたはシクロヘキシルシクロヘキサンカルボキシレート、フェニルシクロヘキサン、シクロヘキシルビフェニル、シクロヘキシルシクロヘキサン、シクロヘキシルナフタレン、1,4−ビスシクロヘキシルビフェニルまたはシクロヘキシルピリミジン、フェニルまたはシクロヘキシルジオキサン、任意にハロゲン化したスチルベン、ベンジルフェニルエーテル、トランおよび置換した桂皮酸から選択される。
このタイプの液晶相の構成成分に適する最も重要な化合物は、以下の式IVで特徴付けることができる。
Figure 0004489596
式中、
LおよびEは、それぞれ、1,4−二置換ベンゼンおよびシクロヘキサン環、4、4’−二置換ビフェニル、フェニルシクロヘキサンおよびシクロヘキシルシクロヘキサン系、2,5−二置換ピリミジンおよび1,3−ジオキサン環、2,6−二置換ナフタレン、ジおよびテトラヒドロナフタレン、キナゾリンおよびナトラヒドロキナゾリンの炭素環または複素環系を示し、
Gは、
Figure 0004489596
またはC−C単結合を示し、Qは、ハロゲン、好ましくは塩素であり、またはCN、およびRおよびR10はそれぞれ炭素数18まで、好ましくは炭素数8までのアルキル、アルケニル、アルコキシ、アルカノイルオキシまたはアルコキシカルボニルオキシまたはこれらの基のうちの一つはCN、NC、NO、NCS、CF、OCF、F、ClまたはBrを示す。
これらの化合物のほとんどがRおよびR10は互いに異なり、これらの基のうちの一つは通常アルキルまたはアルコキシ基である。提案した置換基の他の変形が一般的である。多くのそれらの物質またはそれらの混合物もまた商業的に入手できる。あらゆるこれらの物質は、文献で知られている方法によって製造することができる。
当業者にとっては言うまでもなく、本発明のVA、IPSまたはPALC混合物は、たとえば、H、N、O、ClおよびFが対応する同位体で置換された化合物もまた含んでもよい。
本発明の液晶ディスプレイの構造は、たとえば、EP A 0 240 379に記載の通常の形状に対応する。
以下の例は、本発明を限定することなく説明するものである。上述および以下に記載のパーセントは重量%であり、あらゆる温度は摂氏温度を示す。
式Iの化合物のほか、本発明の混合物は、1または2以上の以下に示す化合物を含む。
以下の略語を用いる:
(nおよびm=1〜6;z=1〜6)
Figure 0004489596
Figure 0004489596
Figure 0004489596
Figure 0004489596
Figure 0004489596
本発明に用いることのできる液晶混合物は、それ自体従来の方法で製造する。一般的には、より少ない量で用いる成分の所望量を有利に高められた温度で主な構成成分を形成する成分中に溶解する。たとえば、アセトン、クロロホルムまたはメタノールなどの有機溶媒中で成分の溶液を混合することもまたでき、混合後にたとえば、蒸留により再び溶媒を除去することもできる。
さらに誘電体もまた当業者知られ、文献に記載されている添加剤、たとえばUV吸収剤、酸化防止剤、フリーラジカル捕捉剤を含むことができる。 たとえば、多色性色素、安定化剤またはカイラル成分を0〜15%添加してもよい。
たとえば、0〜15%の多色性色素を添加してもよく、さらに導電性塩、好ましくは、エチルジメチルドデシルアンモニウム4−ヘキソキシベンゾエート、テトラブチルアンモニウムテトラフェニルボラネートまたはクラウンエーテルの複合体塩(たとえば、Haller らによるMol. Cryst. Liq. Cryst. Volume 24,249-258頁 (1973)参照)を導電性を改善するために添加してもよく、または誘電異方性、粘度および/またはネマチック相の配向を変化させるために物質を添加してもよい。このタイプの物質はたとえば、DE-A 22 09 127、22 40 864、 23 21 632、23 38 281、24 50 088、26 37 430および28 53 728に記載されている。
表Aは、本発明の混合物に添加することができる可能なドーパントを示す。本発明の混合物がドーパントを含むとき、0.01〜4.5重量%、好ましくは0.1〜1.0重量%の量で通常添加する。
表A
Figure 0004489596
Figure 0004489596
Figure 0004489596
本発明の混合物に添加することができる安定化剤は、たとえば表Bの以下に示す。
表B
(n=1〜12)
Figure 0004489596
Figure 0004489596
Figure 0004489596
Figure 0004489596
Figure 0004489596
Figure 0004489596
以下の例は、本発明を限定することなく説明するものである。上述および以下の記載を通して、
は、しきい値電圧、20℃でのコンデンサ電圧[V]を示し、
Δnは、20℃、589nmで測定した光学異方性を示し、
Δεは、20℃、1kHzでの誘電異方性を示し、
cp.は、透明点[℃]を示し、
γは、20℃で測定した回転粘度[mPa.s]を示し、
LTSは、テストセルで決められる低い温度安定性を示す。
しきい値電圧の測定に用いられるディスプレイは、20μm離れた2つの面平行外側プレートおよび外側プレートの内側にSE−1211(日産化学)の被覆配向層を有する電極層を有し、液晶のホメオトロピック配向をもたらす。
混合物例
Figure 0004489596
Figure 0004489596
Figure 0004489596
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Figure 0004489596
Figure 0004489596
Figure 0004489596

Claims (11)

  1. 負の誘電異方性を有する極性化合物の混合物を基本とする液晶媒体であって、1または2以上の式I:
    Figure 0004489596
    式中、
    およびRは、それぞれ相互に独立して、H、または置換されていないか、CNまたはCFで一置換またはハロゲンによって少なくとも一置換されている炭素数15までのアルキルまたはアルケニル基を示し、ここで、さらにこれらの基のうち1または2以上のCH基は、O原子が互いに直接結合しないように、−O−、−S−、
    Figure 0004489596
    −C=C−、−OC−O−または−O−CO−によって置換されていてもよく、
    は、
    a)1または2の隣接しないCH基が、−O−または−S−によって置換されてもよい1,4−シクロヘキセニレンまたは1,4−シクロヘキシレン基を示し、
    b)1または2のCH基がNによって置換されていてもよい1,4−フェニレン基を示し、
    c)ピペリジン−1,4−ジイル−、1,4−ビシクロ[2.2.2]オクチレン−、ナフタレン−2,6−ジイル、デカヒドロナフタレン−2,6−ジイル、1,2,3,4−テトラヒドロナフタレン−2,6−ジイル、フェナントレン−2,7−ジイルおよびフルオレン−2,7−ジイルからなる群からの基を示し、
    ここで基a)、b)およびc)は、ハロゲン原子によって一または多置換されていてもよく、
    は、−CO−O−、−O−CO−、−CFO−、−OCF−、−CHO−、−OCH−、−CHCH−、−(CH−、−C−、−CHCF−、−CFCH−、−CF=CF−、−CH=CF−、−CF=CH−、−CH=CH−、−C=C−または単結合を示し、
    mは、1または2を示す、
    で表される化合物を、全体で少なくとも10重量%以上含むことを特徴とする、前記液晶媒体。
  2. 式I1〜I18:
    Figure 0004489596
    Figure 0004489596
    Figure 0004489596
    式中、
    およびRは、請求項1で示した意味を有する、
    から選択される化合物を少なくとも一つ含むことを特徴とする、請求項1に記載の液晶媒体。
  3. がHを示すことを特徴とする、請求項1または2に記載の液晶媒体。
  4. 請求項2に記載の式I1の化合物を少なくとも一つ含むことを特徴とする、請求項2または3に記載の液晶媒体。
  5. さらに式IIAおよび/またはIIB:
    Figure 0004489596
    式中、
    は、置換されていないかまたはCNまたはCFで一置換されているかまたはハロゲンで少なくとも一置換されている炭素数15までのアルキルまたはアルケニル基を示し、ここで、さらにこれらの基のうち1または2以上のCH基は、それぞれ相互に独立して、O原子が互いに直接結合しないように、−O−、−S−、
    Figure 0004489596
    −C=C−、−CO−、−CO−O−、−O−CO−または−O−CO−O−によって置換されていてもよく、
    pは、1または2を示し、
    vは、1〜6を示す、
    の化合物を1または2以上含むことを特徴とする、請求項1〜4のいずれかに記載の液晶媒体。
  6. さらに式III:
    Figure 0004489596
    式中、
    31およびR32はそれぞれ相互に独立して、炭素数12までの直鎖アルキル、アルケニル、アルキルアルコキシまたはアルコキシ基を示し、
    Figure 0004489596
    を示す、
    の化合物を1または2以上含むことを特徴とする、請求項1〜5のいずれかに記載の液晶媒体。
  7. 請求項1に記載の式Iの化合物を1、2、3、4または5以上含むことを特徴とする、請求項1〜6のいずれかに記載の液晶媒体。
  8. 混合物中の、請求項5に記載の式IIAおよび/またはIIBの化合物の割合が全体で少なくとも20重量%であることを特徴とする、請求項5〜7のいずれかに記載の液晶媒体。
  9. 混合物中の、請求項6に記載の式IIIの化合物の割合が全体で少なくとも5重量%であることを特徴とする、請求項6〜8のいずれかに記載の液晶媒体。
  10. 10〜30重量%の1または2以上の請求項1に記載の式Iの化合物および20〜70重量%の1または2以上の請求項5に記載の式IIAおよび/またはIIBの化合物を含むことを特徴とする、請求項5〜9のいずれかに記載の液晶媒体。
  11. ECB、PALCまたはIPS効果を基本とするアクティブマトリックスアドレスを伴なう電気光学ディスプレイであって、誘電体として、請求項1〜10のいずれかに記載の液晶媒体を含むことを特徴とする、前記電気光学ディスプレイ。
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