CN104024726B - 发光装置 - Google Patents

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    • F21Y2115/10—Light-emitting diodes [LED]

Abstract

一种发光装置(100)包括：具有反射表面(102)的反射构件(101)；被布置在反射构件的反射表面上的至少一个发光二极管(103)，所述至少一个发光二极管适配为发出第一波长的光；以及波长转换构件(104)，包括适配为将第一波长的光转换为第二波长的光的第一波长转换材料。波长转换构件布置在反射构件上并具有方向与反射构件的反射表面平行的顶面(105)，并具有分别布置在所述顶面与反射构件之间的在所述至少一个发光二极管的相应侧上的第一侧面(106)和第二侧面(107)，其中顶面布置在与至少一个发光二极管的发光面(108)具有垂直距离(V1)处。通过适配根据本发明的波长转换构件的各个面的属性、尺寸和/或方向，来自发光装置的期望光分布被实现。

Description

发光装置
技术领域
本发明涉及基于LED的发光装置。
背景技术
包括荧光灯的传统照明系统已被使用了数十年，但是预期在将来被基于发光二极管(LED)的灯具所替代。典型地，这样的基于LED的灯具包括多个LED。
白光可以从利用蓝光LED和波长转换材料(也被称为磷光体)地LED得到，所述波长转换材料吸收LED所发出的蓝光的一部分并且重新发出更长波长的光。为了功效的原因，优选在所谓的远程配置中，将波长转换材料布置在与LED有一定距离的地方。
在用于室内和室外照明的领域中，越来越需要具有指定设计和功能的照明系统。照明的目的可以是产生通用照明或者将光集中在特定区域或物体上。例如，在办公室环境中，通常希望提供直接照明用于工作空间，以及提供间接照明用于通用照明。因而，希望提供具有指定光分布的照明系统。
为了这个目的，为了获得期望的光束形状，折射和/或衍射光学元件的组合已经被使用。然而，这样的光学元件通常很昂贵并且可能由于光学损失而降低系统效率。
因而，在本领域中仍需要提供具有指定光分布的改进的照明系统。
发明内容
考虑到现有技术的上述及其它缺点，本发明的总的目的在于在不需要昂贵的光学器件的情况下提供具有指定光分布的基于LED的发光装置。
根据本发明的第一方面，这个目的以及其它目的通过一种发光装置来实现，该发光装置包括具有反射表面的反射构件；沿着所述反射构件的纵向Z被布置在反射构件的反射表面上的多个发光二极管(LED)，所述多个发光二极管被适配为发出第一波长的光；以及波长转换构件，所述波长转换构件包括被适配为将第一波长的光转换为第二波长的光的第一波长转换材料，所述波长转换构件被布置在反射构件上并且具有方向与反射构件的反射表面平行的顶面，并且具有分别被布置在所述顶面与所述反射构件之间的在所述至少一个发光二极管的相应侧上的第一侧面和第二侧面，所述第一侧面和第二侧面沿所述纵向Z延伸，其中光传输通过所述第一侧面和第二侧面，所述顶面被布置在与所述多个发光二极管的发光面具有垂直距离(V1)的位置处。所述发光装置还包括被布置在所述反射构件上的在所述波长转换构件的相应侧上的第一平面镜面反射器和第二平面镜面反射器，以反射来自所述波长转换构件的光。
本发明基于以下实现方式，通过在基于LED的发光装置中使用具有顶面以及第一和第二侧面的波长转换构件，来自所述发光装置的特定的光分布可以通过适配波长转换构件的属性而得到，例如通过适配诸如各个面的尺寸和/或其反射率之类的属性。
术语“侧面”和“顶面”在本申请的上下文中应当被理解为波长转换构件的具有体积的子构件或部件，这些子构件通常具有基本呈平面的形状。因而，第一侧面也可以被称为第一子构件，第二侧面被称为第二子构件，并且顶面被称为顶部子构件。每个子构件的属性(例如尺寸和反射率)通常可以在被组装到波长转换构件中之前按需要被适配。
在本发明的实施例中，发光装置还包括被布置在从所述至少一个发光二极管到波长转换构件的光路中的改向构件，以将所述至少一个发光二极管发出的光改向为朝向波长转换构件。
改向构件通常可以包括漫射光学元件、折射光学元件、衍射光学元件和反射光学元件中的至少一个。因而，所述改向可以对从所述至少一个发光二极管发出的光进行改向以实现光在波长转换构件的多个面的内表面上均匀空间传播并且从而减小输出光的颜色角度。
波长转换构件通常被配置为将所接收的光的第一部分从第一波长转换为第二波长，并且透射所接收的光的第二部分，并且从而实现来自发光装置的输出光的期望的光谱构成。此外，由波长转换发出的光可以进一步被反射构件反射并且从而实现具有非对称双光束形状的来自发光装置的光输出。
通过适配波长转换构件的第一和第二侧面以及顶面的尺寸，来自波长转换构件的光分布可以被控制。例如，第一或第二侧面的宽度Y1与顶面的宽度X1之间的比值可以在从100∶1到1∶100的范围内，例如从50∶1到1∶50。
在本发明的实施例中，所述第一和第二侧面中的每个侧面可以被布置在与所述至少一个发光二极管具有一定横向距离处。
在本发明的实施例中，波长转换构件的第一和第二侧面中的每个侧面可以相对于反射构件的反射表面定向在30-150°的范围内的角度α，例如50-120°，例如80-100°。因而，通过适配第一和第二侧面的方向，来自波长转换构件的光分布可以被进一步控制。
在本发明的实施例中，第一侧面可以被适配为具有第一反射率R1，并且第二侧面被适配为具有第二反射率R2，并且顶面被适配为具有第三反射率R3，其中R1、R2和R3中的至少一个可以与R1、R2和R3中的另一个不同。例如，所有R1、R2和R3可以彼此不同。从而，来自发光装置的光分布可以被进一步控制。
根据本发明的实施例，发光装置还可以包括被布置在反射构件上的在波长转换构件的相应侧上的第一和第二平面镜面反射器，以反射来自波长转换构件的光，从而来自发光装置的光分布可以被进一步控制。
在本发明的实施例中，改向构件可以被置于所述至少一个发光二极管的发光面上。替代地，改向构件和所述至少一个发光二极管可以相互隔开。从而，从所述至少一个发光二极管朝向波长转换构件的光分布可以按需要被适配。
根据本发明的实施例，改向构件可以与反射构件上的至少一个发光二极管有热接触，并且与波长转换构件的第一侧面、第二侧面和顶面中的至少一个有热接触。因而，热可以从波长转换构件被传导到反射构件，因为反射构件通常与用于热管理目的的散热片有热连接。在本发明的实施例中，波长转换构件可以包括被布置在所述顶面与反射构件之间的在所述至少一个发光二极管的相应侧上的第三侧面和第四侧面，所述第三和第四侧面沿反射构件的横向X从第一侧面延伸到第二侧面。第三和第四侧面通常可以是反射性的，并且/或者可以包括第一波长转换材料。
在本发明的实施例中，发光装置可以有利地被包括在诸如基于LED的TL灯之类的任何合适类型的灯具中。
附图说明
现在将参考示出了本发明的示例实施例的附图更详细地描述本发明的这些及其它方面，其中：
图1示出了根据本发明的发光装置的实施例的透视图；
图2a-i示出了根据本发明的发光装置的实施例的侧面剖视图；
图3a-c示出了根据本发明的发光装置的实施例的侧面剖视图；
图4示出了(a)根据本发明的发光装置的实施例的侧面剖视图以及(b)来自图4a的发光装置的光分布的相应的极坐标强度图。
具体实施方式
在以下描述中，参考具有指定光分布输出的基于LED的发光装置描述本发明。
图1示出了根据本发明的发光装置100的实施例的透视图，所述发光装置100包括具有反射表面102的反射构件101；以及沿反射构件的纵向Z被布置在反射构件的反射表面102上的多个LED103，LED103被适配为发出第一波长的光。发光装置还包括波长转换构件104，该波长转换构件包括被适配为将第一波长的光转换为第二波长的光的第一波长转换材料。如图1中所示，波长转换构件104被布置反射构件的反射表面102上，在来自LED103的光路中。波长转换构件具有顶面105，以及被布置在顶面105与反射构件101之间的第一侧面106和第二侧面107，其中第一侧面106和第二侧面107以及顶面105沿反射构件101的纵向Z。顶面105与反射构件的反射表面102平行地定向并且被布置在与LED的发光面108具有垂直距离V1处。第一侧面106和第二侧面107分别被布置在LED103的相应侧上并与之具有横向距离L1。
应当注意波长转换构件的侧面106、107和顶面105中的每一个面应当被理解为波长转换构件104的子构件或部分，这些子构件具有体积并且通常是基本呈平面的形状。每个子构件105，106，107可以被单独提供并且从而在被组装到波长转换构件104中之前被适配为具有期望的属性，例如期望的尺寸、反射率、波长转换材料的含量。
如图1中所示，发光装置100可以包括被布置在来自LED103的光路中的改向构件109，以将LED所发出的光改向为朝向波长转换构件104的围绕面105，106，107并且从而确保来自LED103的光的均匀分布。
通常，波长转换构件104被配置为例如通过适配波长转换材料的浓度和/或波长转换构件104的厚度来只转换第一波长的光的一部分，并且因而第一波长的光的一部分通过波长转换而被透射，从而可以得到期望的颜色输出。此外，来自波长转换构件104的光的一部分进一步被反射构件101反射并且从而得到具有非对称双光束形状(或者“蝙蝠翼”形状)的来自发光装置100的光分布(参见例如图5)。
反射构件通常包括其上布置有LED的印刷电路板并且该PCB具有至少部分反射的顶面102，例如至少部分涂覆有反射材料的PCB。此外，该PCB通常可以与散热片(未示出)有热接触以传导来自LED103和波长转换构件104的热(参见下面的描述)。
在本发明的实施例中，第一侧面106具有第一反射率R1，并且第二侧面107具有第二反射率R2，并且所述顶面105具有第三反射率R3。通过适配所述面106，107，105的反射率R1，R2，R3，来自发光装置100的光分布可以被控制。R1、R2和R3可以独立地对应于4-100％范围内的任意给定的反射率。例如，顶面105的反射率R3可以被适配为具有例如80％的相对高的反射率(即反射80％的入射光)，而第一侧面106和第二侧面107的反射率R1和R2分别可以具有例如50％的较低的反射率，导致来自发光装置100的特定光分布，像在该示例中这样，与顶面105相比，更多的光将通过第一侧面106和第二侧面107被传送。
为了提供期望的反射率，波长转换构件104可以包括散射颗粒。通常，波长转换构件104的不同的面或子构件(即侧面106，107和顶面105)可以包括散射颗粒和/或反射层。通常，波长转换构件的不同的面105，106，107可以包括不同含量或不同浓度的散射颗粒。因而，波长转换构件的侧面106，107和顶面105的反射率可以例如通过适配散射颗粒(例如Al2O3和/或TiO2)的含量和/或波长转换构件的每个面105，106，107中的波长转换材料的散射属性而被适配，以及/或者通过将侧面106，107和顶面105的面涂覆一个或多个反射层而被适配。
如图1中所示，发光装置还可以包括被布置在波长转换构件的顶面105与反射构件101之间的第三侧面110和第四侧面111。第三侧面110和第四侧面111被布置在反射构件101上的多个LED103的相反侧上，沿反射构件101的横向X从波长转换构件的第一侧面106延伸到第二侧面107。多个LED103因而被反射构件101上的波长转换构件104的侧面106，107，110，111和顶面105所包围。
波长转换构件的第三侧面110和第四侧面111可以包括第一波长转换材料。然而，取决于发光装置100的应用，波长转换构件的第三侧面110和第四侧面111可以是不需要包括第一波长转换材料的反射表面，例如第三侧面110和第四侧面111可以只包括诸如Al2O3和/或TiO2之类的反射颗粒，和/或反射层，或者第三侧面110和第四侧面111可以是镜面反射器。第三侧面110和第四侧面111应当像第一侧面106和第二侧面107以及顶面105一样被理解为波长转换构件104的子构件或部件，这些子构件具有体积并且通常是基本呈平面的形状。
此外，如图1中所示，发光装置100还可以包括第一镜面反射器112和第二镜面反射器113，每个反射器被布置在波长转换构件104的相应侧上的反射构件的反射表面102上并且沿反射构件101的纵向Z延伸，以反射和耦合出从波长转换构件104发出的光。第一镜面反射器112和第二镜面反射器113中的每一个被布置在与波长转换构件的相应的第一侧面106和第二侧面107具有横向距离L2处。此外，第一镜面反射器112和第二镜面反射器113中的每一个相对于反射构件的反射表面102定向在通常1-90°内的角度β下。从而，通过波长转换构件104实现的光分布可以按需要被进一步提炼。
图2a-i示出了根据本发明的发光装置200，201，202，203，204，205，206，207，208的实施例的侧面剖视图。如图2a-b中所示，波长转换构件104的第一侧面106和第二侧面107的宽度Y1与其顶面105的宽度X1之间的比值可以被适配，以实现来自波长转换构件104的期望的光分布。通常，第一侧面106和第二侧面107的宽度Y1与顶面105的宽度X1之间的比值可以在从100∶1到1∶100的范围内，例如50∶1到1∶50，例如为如图2a中所示的1∶1或者如图2b中所示的2∶1。通常，第一侧面106或第二侧面107的宽度Y1和顶面105的宽度X1可以在从3mm到10cm的范围内。
从发光装置202，203输出的光的光分布还可以通过将波长转换构件的第一侧面106和第二侧面107定向在相对于反射构件101的反射表面102具有在30-150°的范围内的角度α，而被适配。例如，角度α可以在如图2c中所示的70-90°的范围内，然而，角度α通常可以在如图2d中所示的90-120°的范围内。
此外，如图2e-i中所示，发光装置204，205，206，207，208中所包括的改向构件109的很多不同的配置是可能的，并且从而从所述至少一个LED103到波长转换构件104的光的分布可以被适配。例如，如图2e中所示，改向构件109可以被置于所述至少一个LED103的发光面108上。替代地，如图2f中所示，改向构件109和所述至少一个LED103可以相互被间隔开。
根据本发明的实施例，改向构件109可以包括漫射光学元件、折射光学元件、衍射光学元件和反射光学元件中的至少一个。例如，在本发明的实施例中，改向构件109可以包括被置于所述至少一个LED102的发光面108上的漫射膜形式的漫射光学元件(参见例如图2e)。
在本发明的实施例中，如图2g-i中所示，改向构件220，221，222可以有利地与反射构件101上的LED103以及波长转换构件104的第一侧面106、第二侧面107和顶面105中的至少一个面有热接触。如上所述，反射构件101并且因而LED103也通常与散热片(未示出)有热接触，并且因此通过布置与波长转换构件104有热接触的改向构件220，221，222，热可以从包括通常为对热敏感的波长转换材料的波长转换构件104中被导出。
在图3a-b中所示出的本发明的实施例中，发光装置300可以包括波长转换构件302，其中第一侧面106和第二侧面107通过柔性接头303被附接到顶面105。因而，第一侧面106和第二侧面107相对于反射构件101的反射表面102的方向在发光装置300的安装时是可调节的，并且从而该方向可以被适配以实现期望的光分布以适应发光装置300的给定应用/使用。图3a-b示意性地图示了波长转换构件302的这样的配置，其中第一侧面106和第二侧面107相对于反射构件101的反射表面102的方向从如图3a中所示的小于90°的角度α被调节到如图3b中所示的大于90°的角度α。
根据本发明的实施例，波长转换构件104，302，404可以包括通常被配置为将第一波长的光转换为第三波长的光的第二波长转换材料。替代地，第二波长转换材料可以被配置为将不同于第一波长的波长的光转换为第二波长的光。从而，输出光的光谱构成可以按需要被适配。
第三波长通常不同于第一波长和第二波长。
通常，第一波长可以在从380到520nm的范围内，例如从440到480nm。
在本发明的实施例中，第一和/或第二波长转换材料可以包括诸如苝衍生物之类的有机发光分子。
在本发明的实施例中，第一和/或第二波长转换材料可以包括诸如铈掺杂钇铝石榴石(YAG)或镥铝石榴石(LuAG)之类的无机发光材料。
无机发光材料的示例包括例如分子比YAG∶Ce为2.1或3.3的铈(Ce)掺杂钇铝石榴石(YAG)，和/或镥铝石榴石(LuAG，Lu3Al5O12)，以及诸如BSSN((BaSr)2Si5N8:Eu2+)和/或ECAS(Ca0.99AlSiN3:Eu0.01)之类的红色无机磷光体。
有机波长转换材料的示例包括例如BASFF240(橙色)、BASFF305(红色)、BASFF083(黄色)、BASFF170(黄色)、BASFF650(蓝色)和/或BASFF570(紫色)或者它们的组合。
在本发明的实施例中，第一和/或第二波长转换材料可以包括量子点。量子点是通常具有仅仅几纳米的宽度或直径的半导体材料的小晶体。当被入射光激发时，量子点发出由晶体的大小和材料所决定的颜色的光。因此，特定颜色的光可以通过适配量子点的大小而被产生。大多数发光谱在可见范围内的已知的量子点基于具有诸如镉硫化物(CdS)和硫化锌(ZnS)之类的外壳的硒化镉(CdSe)。诸如磷化铟(InP)和铜铟硫(CuInS2)和/或银硫化铟(AgInS2)之类的无镉量子点也可以被使用。量子点具有非常窄的发光频带并且因而它们显示饱和的色彩。此外，发光颜色可以很容易地通过适配量子点的大小而被调谐。本领域中所已知的任何类型的量子点可以被用在本发明中，只要该量子点具有合适的波长转换特征。但是，出于环境安全考虑的原因可能优选使用无镉的量子点或者至少是具有非常低的镉含量的量子点。
在本发明的实施例中，发光装置可以有利地被包括在诸如基于LED的TL灯之类的任何合适种类的灯具中。
此外，根据对附图、本公开和所附权利要求的研究，对所公开的实施例的改变可以被实践所要求保护的发明的技术人员理解和实现。例如，发光装置可以不包括第一和第二镜面反射器，相反，这些反射器可以被设置在其中发光装置被使用的特定灯具中。此外，发光装置可以不包括如上所述的第三侧面和第四侧面，相反，发光装置可以包括沿反射构件的横向X从第一和第二镜面反射器延伸的相应侧面。替代地，发光装置可以不包括如上所述的第三侧面和第四侧面或者它们的变型，相反，相应的侧面可以被设置在其中发光装置被使用的特定灯具中。
本发明的发光装置400的示例实施例的侧面剖视图被显示在图4a中，其中被布置在具有反射涂层402的PCB401上的波长转换构件404包括具有2.50cm的宽度X2的顶面405以及具有5.00cm的宽度Y2的第一和第二侧面。此外，波长转换构件404的第一侧面406和第二侧面407被布置在LED403的相应侧上(在PCB上)。第一镜面反射器412和第二413被分别布置在波长转换构件404的相应侧上。第一和第二镜面反射器412，413中的每一个具有35.00cm的宽度Y3并且相对于PCB401的反射表面402定向在81°的角度β。PCB401上的波长转换构件404以及第一镜面反射器412和第二镜面反射器413被具有85.00cm的宽度X4和44.10cm的高度Y4的拱顶形状的防水盖420包围。在该示例中，光通量密度为0.4lm/mm2并且所发出的总光通量为1350lm。图4b示出了从图4a中的发光装置400发出的光的光分布的相应的极坐标强度图410，其中实线415代表水平角并且虚线416代表垂直角。从图4b中可以看出，从图4a的发光装置400发出的光的光分布对应于非对称双光束形状(或者“蝙蝠翼”形状)。
在权利要求中，词语“包括”不排除其它元件或步骤，并且不定冠词“一个”不排除复数。单个处理器或其它单元可以实现权利要求中所引述的若干项的功能。特定措施在彼此不同的从属权利要求中被引述这一事实不代表这些措施的组合不能被用来实现本发明的优点。

Claims (14)

1.一种发光装置(100；200；201；202；203；204；205；206；207；208；300；400)，包括：
具有反射表面(102，402)的反射构件(101；401)；
沿着所述反射构件(101；401)的纵向Z被布置在所述反射构件的所述反射表面上的多个发光二极管(103；403)，所述多个发光二极管被适配为发出第一波长的光；
波长转换构件(104；302；404)，包括被适配为将所述第一波长的光转换为第二波长的光的第一波长转换材料，所述波长转换构件被布置在所述反射构件上并且具有定位成与所述反射构件的所述反射表面平行的顶面(105；405)，并且具有第一侧面(106；406)和第二侧面(107；407)，所述第一侧面和第二侧面每一个被布置在所述顶面与所述反射构件之间在所述多个发光二极管的相应侧上，所述第一侧面(106；406)和第二侧面(107；407)沿所述纵向Z延伸，其中光传输通过所述第一侧面(106；406)和第二侧面(107；407)，并且其中所述顶面被布置在与所述多个发光二极管的发光面(108)具有垂直距离(V1)的位置处；及
被布置在所述反射构件(101；401)上的在所述波长转换构件(104，302，404)的相应侧上的第一平面镜面反射器(112；412)和第二平面镜面反射器(113；413)，以反射来自所述波长转换构件的光。
2.根据权利要求1所述的发光装置(100；200；201；202；203；204；205；206；207；208；300)，其中所述发光装置还包括被布置在从所述至少一个发光二极管(103)到所述波长转换构件(104；302)的光路中的改向构件(109；220；221；222)，以将所述至少一个发光二极管所发出的光改向为朝向所述波长转换构件。
3.根据权利要求1或2所述的发光装置(100；200；201；202；203；204；205；206；207；208；300；400)，其中所述第一侧面(106；406)和第二侧面(107；407)中的每个侧面被布置在与所述至少一个发光二极管(103；403)具有横向距离(L1)的位置处。
4.根据权利要求1或2所述的发光装置(100；200；201；202；203；204；205；206；207；208；300；400)，其中所述第一侧面(106；406)和所述第二侧面(107；407)中的每个侧面的宽度(Y1)与所述顶面(105；405)的宽度(X1)之间的比值在从100:1到1:100的范围内。
5.根据权利要求1或2所述的发光装置(100；200；201；202；203；204；205；206；207；208；300；400)，其中所述波长转换构件(104；302；404)的所述第一侧面(106；406)和第二侧面(107；407)中的每个侧面相对于所述反射构件(101；401)的所述反射表面(102；402)定向在30-150°的范围内的角度α下。
6.根据权利要求1或2所述的发光装置(100；200；201；202；203；204；205；206；207；208；300；400)，其中所述波长转换构件(104；302；404)的所述第一侧面(106；406)和第二侧面(107；407)中的每个侧面相对于所述反射构件(101；401)的所述反射表面(102；402)定向在50-120o的范围内的角度α下。
7.根据权利要求1或2所述的发光装置(100；200；201；202；203；204；205；206；207；208；300；400)，其中所述第一侧面(106；406)被适配为具有第一反射率R1，并且所述第二侧面(107；407)被适配为具有第二反射率R2，并且所述顶面(105；405)被适配为具有第三反射率R3，其中R1、R2和R3中的至少一个与R1、R2和R3中的另一个不同。
8.根据权利要求7所述的发光装置(100；200；201；202；203；204；205；206；207；208；300；400)，其中所有的R1、R2和R3反射率彼此不同。
9.根据权利要求2所述的发光装置(100；204；206；207；208)，其中所述改向构件(109；220；221；222)被置于所述至少一个发光二极管(103)的发光表面(108)上。
10.根据权利要求2所述的发光装置(100；204；206；207；208)，其中所述改向构件(109；220；221；222)与所述反射构件上的所述至少一个发光二极管(103)有热接触，并且与所述第一侧面(106)、所述第二侧面(107)和所述顶面(105)中的至少一个有热接触。
11.根据权利要求2所述的发光装置(100；200；201；202；203；205；300)，其中所述改向构件(109；220；221；222)和所述至少一个发光二极管(103)被相互隔开。
12.根据权利要求2所述的发光装置(100；200；201；202；203；204；205；206；207；208；300)，其中所述改向构件(109；220；221；222)包括漫射光学元件、折射光学元件、衍射光学元件和反射光学元件中的至少一个。
13.根据权利要求1、2和8-12中任一项所述的发光装置(100)，其中所述波长转换构件(104)包括被布置在所述顶面(105)与所述反射构件(101)之间的在所述至少一个发光二极管(103)的相应侧上的第三侧面(110)和第四侧面(111)，所述第三侧面和第四侧面沿所述反射构件的横向X从所述第一侧面(106)延伸到所述第二侧面(107)。
14.一种灯具，包括根据权利要求1-13中的任一权利要求所述的发光装置(100；200；201；202；203；204；205；206；207；208；300；400)。
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