CN113122279A - 液晶组合物、液晶显示元件、液晶显示器 - Google Patents

液晶组合物、液晶显示元件、液晶显示器 Download PDF

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CN113122279A CN201911402781.6A CN201911402781A CN113122279A CN 113122279 A CN113122279 A CN 113122279A CN 201911402781 A CN201911402781 A CN 201911402781A CN 113122279 A CN113122279 A CN 113122279A
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梁志安
李洪峰
李红利
李佳明
员国良
梁瑞祥
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    • G02—OPTICS
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    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
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    • G02F1/13—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
    • G02F1/133—Constructional arrangements; Operation of liquid crystal cells; Circuit arrangements
    • G02F1/1333—Constructional arrangements; Manufacturing methods

Abstract

本公开涉及液晶组合物，包含该液晶组合物的液晶显示元件、液晶显示器，属于液晶显示领域。本公开的液晶组合物，包含式Ⅰ所示的化合物、以及一种或多种式Ⅱ所示的化合物，该液晶组合物具有大折射率和高清亮点。

Description

液晶组合物、液晶显示元件、液晶显示器
技术领域
本公开属于液晶显示领域，更具体地，涉及液晶组合物及包含该液晶组合物的液晶显示元件、液晶显示器。
背景技术
液晶显示元件根据显示方式分为下列模式：扭曲向列相(TN)模式、超扭曲向列相(STN)模式、共面模式(IPS)、边界电场切换(FFS)、垂直配向(VA)模式。无论何种显示模式均需要液晶组合物有以下特性：
(1)化学、物理性质稳定；(2)粘度低；(3)具有合适的介电△ε；(4)合适的折射率△n；(5)与其他液晶化合物的互溶性好。
早期商用的TFT-LCD产品基本采用了TN显示模式，其最大问题是视角窄。随着产品尺寸的增加，特别是在TV领域的应用，具有广视野角特点的IPS显示模式、VA显示模式依次被开发出来并加以应用。
另外，FFS模式、IPS模式、VA模式等的显示元件所用的液晶介质，本身并不完美，对于显示器件所用的液晶材料，要求具有①低的驱动电压：液晶材料具有适当的负介电各向异性和弹性系数K；②快速响应：液晶材料具有适当的旋转粘度γ1和弹性系数K；③高可靠性：高的电荷保持率，高的比电阻值，优良的耐高温稳定性及对紫外光(UV光)或常规的背光照明来照射的稳定性有严格要求等的特点。随着液晶显示器的广泛应用，对其性能的要求也在不断的提高。高的对比度可使显示器图象清晰度、图像细节、灰度层次等各方面性能显著提高。虽然不同显示模式的延迟量(△nd)设计不同，但为获得尽可能大的穿透率，相同显示模式的延迟量设计基本相同将延迟量。通过固定延迟量的设计，获得较好的对比度、视角等性能。液晶显示器件响应速度会受到液晶盒的厚度(d)的影响，液晶盒厚度的增大使电场对液晶分子扭转的整体控制能力削弱，因此在延迟量不变的前提下，可以通过降低液晶盒厚提高液晶显示器件响应速度。研究液晶化合物的不同组合来使各方面性能达到平衡是一直努力的热门方向。
液晶材料不仅要具备以上特点，同时液晶材料应该具备宽的向列相温度范围，来满足液晶面板广泛的应用领域，如车载液晶显示器需要满足更宽的工作温度，以适应各地域和气候的温度变化；工控产品的液晶显示器同样需要满足更宽的工作温度，以适应不同操作环境的温度变化。实际应用中，我们的液晶材料的响应速度也需要得到更高的提升。
发明内容
为了解决现有技术中存在的问题，本发明人等进行了深入研究后惊奇地发现，通过本公开的技术方案，可以增大液晶组合物的光学各向异性及清亮点，同时保持适宜的介电各向异性。
本公开的另一目的在于提供一种液晶显示元件，其包含本公开的液晶组合物，该液晶显示元件具有快速的响应速度。
本公开的再一目的在于提供一种液晶显示器，其包含本公开的液晶组合物，该液晶显示器具有快速的响应速度。
为达到上述目的，本公开采用下述技术方案：
本公开提供液晶组合物，其中包含式Ⅰ所示的化合物、以及一种或多种式Ⅱ所示的化合物，
Figure BDA0002347878880000021
式Ⅱ中，R1、R2各自独立地表示碳原子数为1～10的烷基。
本公开的技术方案具有适当的介电各向异性和旋转粘度，且能够增大液晶组合物的光学各向异性及清亮点。
本公开还提供液晶显示元件，其包含本公开的液晶组合物，所述液晶显示元件为有源矩阵寻址显示元件或者无源矩阵寻址显示元件。
本公开还提供液晶显示器，其包含本公开的液晶组合物，所述液晶显示器为有源矩阵寻址显示器或者无源矩阵寻址显示器。
具体实施方式
[液晶组合物]
本公开的液晶组合物包含式Ⅰ所示的化合物、以及一种或多种式Ⅱ所示的化合物，
Figure BDA0002347878880000022
Figure BDA0002347878880000031
式Ⅱ中，R1、R2各自独立地表示碳原子数为1～10的烷基。
本公开的技术方案具有适当的介电各向异性和旋转粘度，且能够增大液晶组合物的光学各向异性及清亮点。
本公开的液晶组合物中，优选地，还包含一种或多种除所述式Ⅱ所示化合物之外的式Ⅲ所示化合物：
Figure BDA0002347878880000032
式Ⅲ中，R3、R4各自独立地表示碳原子数为1～10的烷基、氟取代的碳原子数为1～10的烷基、碳原子数为1～10的烷氧基、氟取代的碳原子数为1～10的烷氧基、碳原子数为2～10的链烯基、氟取代的碳原子数为2～10的链烯基、碳原子数为3～8的链烯氧基、或者、氟取代的碳原子数为3～8的链烯氧基；
R3、R4所示基团中任意一个或多个不相连的-CH2-任选被亚环戊基、亚环丁基或亚环丙基取代；
Z1、Z2各自独立地表示单键、-CH2CH2-、-OCH2-或-CH2O-；
Figure BDA0002347878880000033
各自独立地表示1,4-亚环己基、1,4-亚环己烯基、1,4-亚苯基或氟代1,4-亚苯基；
m表示0或1；n表示0、1或2。
前述的式Ⅲ所示化合物具有负介电各项异性，通过在本公开的液晶组合物中含有式Ⅲ所示化合物，可以调节液晶组合物的驱动电压。
本公开的液晶组合物中，优选地，前述除式Ⅱ所示化合物之外的式Ⅲ所示的化合物选自下述式Ⅲ-1～Ⅲ-11所示的化合物组成的组：
Figure BDA0002347878880000034
Figure BDA0002347878880000041
其中：
R31、R41各自独立地表示碳原子数为1～10的烷基、氟取代的碳原子数为1～10的烷基、碳原子数为1～10的烷氧基、氟取代的碳原子数为1～10的烷氧基、碳原子数为2～10的链烯基、氟取代的碳原子数为2～10的链烯基、碳原子数为3～8的链烯氧基、或者、氟取代的碳原子数为3～8的链烯氧基；
R31、R41所示基团中任意一个或多个不相连的-CH2-任选被亚环戊基、亚环丁基或亚环丙基取代。
本公开的液晶组合物优选还包含一种或多种式Ⅳ所示化合物：
Figure BDA0002347878880000051
其中，
R5、R6表示碳原子数为1～10的烷基、氟取代的碳原子数为1～10的烷基、碳原子数为1～10的烷氧基、氟取代的碳原子数为1～10的烷氧基、碳原子数为2～10的链烯基、或者、氟取代的碳原子数为2～10的链烯基；
Figure BDA0002347878880000052
各自独立地表示1,4-亚环己基、1,4-亚环己烯基或1,4-亚苯基。
通过在本公开的液晶组合物中含有式Ⅳ所示化合物，能够提高液晶组合物的互溶性，降低旋转粘度，从而提高本公开的液晶组合物的响应速度。
本公开的液晶组合物，优选地，前述的式Ⅳ所示的化合物选自下述式Ⅳ-1～Ⅳ-3所示的化合物组成的组：
Figure BDA0002347878880000053
其中，
R5、R6表示碳原子数为1～10的烷基、氟取代的碳原子数为1～10的烷基、碳原子数为1～10的烷氧基、氟取代的碳原子数为1～10的烷氧基、碳原子数为2～10的链烯基、或者、氟取代的碳原子数为2～10的链烯基。
本公开的液晶组合物，优选地，前述液晶组合物还包含一种或多种除所述式Ⅰ所示化合物之外的式Ⅴ所示化合物：
Figure BDA0002347878880000054
其中，
R7、R8各自独立地表示碳原子数为1～10的烷基、氟取代的碳原子数为1～10的烷基、碳原子数为1～10的烷氧基、氟取代的碳原子数为1～10的烷氧基、碳原子数为2～10的链烯基、或者、氟取代的碳原子数为2～10的链烯基；
Figure BDA0002347878880000061
各自独立地表示1,4-亚环己基、1,4-亚环己烯基或1,4-亚苯基。
通过在本公开的液晶组合物中含有式Ⅴ所示化合物，能够增大液晶组合物的光学各向异性和提高液晶组合物的清亮点。
本公开的液晶组合物中，优选地，前述除式Ⅰ所示化合物之外的式Ⅴ所示的化合物选自下述式Ⅴ-1～Ⅴ-3所示的化合物组成的组：
Figure BDA0002347878880000062
其中，
R7、R8各自独立地表示碳原子数为1～10的烷基、氟取代的碳原子数为1～10的烷基、碳原子数为1～10的烷氧基、氟取代的碳原子数为1～10的烷氧基、碳原子数为2～10的链烯基、或者、氟取代的碳原子数为2～10的链烯基。
本公开的液晶组合物中，优选还包含一种或多种式Ⅵ所示化合物：
Figure BDA0002347878880000063
其中，
R9表示碳原子数为1～10的烷基、氟取代的碳原子数为1～10的烷基、碳原子数为1～10的烷氧基、或者、氟取代的碳原子数为1～10的烷氧基，这些基团中任意一个或多个不相连的-CH2-任选被亚环戊基、亚环丁基或亚环丙基取代；
R10表示碳原子数为1～10的烷基、氟取代的碳原子数为1～10的烷基、碳原子数为1～10的烷氧基、或者、氟取代的碳原子数为1～10的烷氧基；
X表示O或S。
通过在本公开的液晶组合物中含有前述的式Ⅵ所示化合物，能够使液晶组合物具有较大的负的介电各向异性，有利于降低器件的驱动电压。
本公开的液晶组合物，优选地，前述式Ⅵ所示的化合物选自下述式Ⅵ-1～Ⅵ-12所示的化合物组成的组：
Figure BDA0002347878880000071
Figure BDA0002347878880000081
其中，R91、R101表示碳原子数为1～10的烷基。
本公开的液晶组合物中，式Ⅰ所示化合物在液晶组合物中的添加量(质量比)为1-15％，优选为3-11％；式Ⅱ所示化合物在液晶组合物中的添加量(质量比)为1-20％，优选为3-8％；式Ⅲ所示化合物在液晶组合物中的添加量(质量比)为1-50％，优选为25-40％；式Ⅳ所示化合物在液晶组合物中的添加量(质量比)为0-50％，优选为20-40％；式Ⅴ所示化合物在液晶组合物中的添加量(质量比)为0-33％，优选为5-20％；式Ⅵ所示化合物在液晶组合物中的添加量(质量比)为0-20％，优选为3-15％。
本公开的液晶组合物中，可选的，还可以加入各种功能的掺杂剂，在含有掺杂剂的情况下，掺杂剂的含量优选在液晶组合物中所占的质量百分比为0.01～1.5％，这些掺杂剂可以列举出例如抗氧化剂、紫外线吸收剂、手性剂。
抗氧化剂可以列举出，
Figure BDA0002347878880000082
t表示1～10的整数；
手性剂可以列举出，
Figure BDA0002347878880000083
R0表示碳原子数为1-10的烷基；
光稳定剂可以列举出，
Figure BDA0002347878880000091
Z0表示碳数为1～20的亚烷基，所述亚烷基中任意的一个或多个氢任选被卤素取代，任意的一个或多个-CH2-任选被-O-取代；
紫外线吸收剂可以列举出，
Figure BDA0002347878880000092
R01表示碳原子数为1-10的烷基。
[液晶显示元件或液晶显示器]
本公开还涉及包含上述任意一种液晶组合物的液晶显示元件或液晶显示器；所述显示元件或显示器为有源矩阵显示元件或显示器或无源矩阵显示元件或显示器。
可选的，所述液晶显示元件或液晶显示器优选有源矩阵液晶显示元件或液晶显示器。
可选的，所述有源矩阵显示元件或显示器为IPS-TFT、FFS-TFT、VA-TFT液晶显示元件或显示器。
包含前述的化合物或液晶组合物的液晶显示元件或液晶显示器，具有较宽的向列相温度范围和较快的响应速度。
实施例
为了更清楚地说明本公开，下面结合优选实施例对本公开做进一步的说明。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本公开的保护范围。
本说明书中，如无特殊说明，百分比均是指质量百分比，温度为摄氏度(℃)，其他符号的具体意义及测试条件如下：
Cp表示液晶清亮点(℃)，DSC定量法测试；
Δn表示光学各向异性，no为寻常光的折射率，ne为非寻常光的折射率，测试条件为25±2℃，589nm，阿贝折射仪测试；
Δε表示介电各向异性，Δε＝ε∥-ε⊥，其中，ε∥为平行于分子轴的介电常数，ε⊥为垂直于分子轴的介电常数，测试条件为25±0.5℃，20微米平行盒，INSTEC:ALCT-IR1测试；
γ1表示旋转粘度(mPa·s),测试条件为25±0.5℃，20微米平行盒，INSTEC:ALCT-IR1测试；
K11为扭曲弹性常数，K33为展曲弹性常数，测试条件为：25℃、INSTEC:ALCT-IR1、18微米垂直盒；
液晶组合物的制备方法如下：将各液晶单体按照一定配比称量后放入不锈钢烧杯中，将装有各液晶单体的不锈钢烧杯置于磁力搅拌仪器上加热融化，待不锈钢烧杯中的液晶单体大部份融化后，往不锈钢烧杯中加入磁力转子，将混合物搅拌均匀，冷却到室温后即得液晶组合物。
本公开实施例液晶单体结构用代码表示，液晶环结构、端基、连接基团的代码表示方法见下表1、表2。
表1环结构的对应代码
Figure BDA0002347878880000101
Figure BDA0002347878880000111
表2端基与链接基团的对应代码
Figure BDA0002347878880000112
举例：
Figure BDA0002347878880000113
其代码为CC-Cp-V1；
Figure BDA0002347878880000114
其代码为CPY-2-O2；
Figure BDA0002347878880000121
其代码为CCY-3-O2；
Figure BDA0002347878880000122
其代码为COY-3-O2；
Figure BDA0002347878880000123
其代码为CCOY-3-O2；
Figure BDA0002347878880000124
其代码为Sb-CpO-O4；
Figure BDA0002347878880000125
其代码为Sc-CpO-O4。
实施例1
液晶组合物的配方及相应的性能如下表3所示。
表3实施例1液晶组合物的配方及相应的性能
Figure BDA0002347878880000126
Figure BDA0002347878880000131
实施例2
液晶组合物的配方及相应的性能如下表4所示。
表4实施例2液晶组合物的配方及相应的性能
Figure BDA0002347878880000132
实施例3
液晶组合物的配方及相应的性能如下表5所示。
表5实施例3液晶组合物的配方及相应的性能
Figure BDA0002347878880000133
Figure BDA0002347878880000141
实施例4
液晶组合物的配方及相应的性能如下表6所示。
表6实施例4液晶组合物的配方及相应的性能
Figure BDA0002347878880000142
Figure BDA0002347878880000151
实施例5
液晶组合物的配方及相应的性能如下表7所示。
表7实施例5液晶组合物的配方及相应的性能
Figure BDA0002347878880000152
Figure BDA0002347878880000161
对比例1
液晶组合物的配方及相应的性能如下表8所示。
表8对比例1液晶组合物的配方及相应的性能
Figure BDA0002347878880000162
Figure BDA0002347878880000171
将实施例5中的CPP-3-1替换为CPP-3-2，其余与实施例5相同，作为对比例1。与对比例1相比，实施例5的液晶组合物的光学各向异性(Δn)更大，清亮点(Cp)更高，γ1/K33较小，响应较快，可以用于开发低盒厚、快速响应的液晶显示器。
对比例2
液晶组合物的配方及相应的性能如下表9所示。
表9对比例2液晶组合物的配方及相应的性能
Figure BDA0002347878880000172
Figure BDA0002347878880000181
将实施例5中的PY-2O-O2替换为PY-3-O2，其余与实施例5相同，作为对比例2。与对比例2相比，实施例5的液晶组合物的光学各向异性(Δn)更大，清亮点(Cp)更高，介电各向异性(Δε)更大，γ1/K33更小，响应更快可以用于开发低盒厚、快速响应的、宽温显示的液晶显示器。
实施例6
液晶组合物的配方及相应的性能如下表10所示。
表10实施例6液晶组合物的配方及相应的性能
Figure BDA0002347878880000182
Figure BDA0002347878880000191
实施例7
液晶组合物的配方及相应的性能如下表11所示。
表11实施例7液晶组合物的配方及相应的性能
Figure BDA0002347878880000192
实施例8
液晶组合物的配方及相应的性能如下表12所示。
表12实施例8液晶组合物的配方及相应的性能
Figure BDA0002347878880000193
Figure BDA0002347878880000201
显然，本公开的上述实施例仅仅是为清楚地说明本公开所作的举例，而并非是对本公开的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本公开的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本公开的保护范围之列。

Claims (10)

1.一种液晶组合物，其特征在于，所述液晶组合物中包含式Ⅰ所示的化合物、以及一种或多种式Ⅱ所示的化合物，
Figure FDA0002347878870000011
式Ⅱ中，R1、R2各自独立地表示碳原子数为1～10的烷基。
2.根据权利要求1所述的液晶组合物，其特征在于，所述液晶组合物还包含一种或多种除所述式Ⅱ所示化合物之外的式Ⅲ所示化合物，
Figure FDA0002347878870000012
式Ⅲ中，R3、R4各自独立地表示碳原子数为1～10的烷基、氟取代的碳原子数为1～10的烷基、碳原子数为1～10的烷氧基、氟取代的碳原子数为1～10的烷氧基、碳原子数为2～10的链烯基、氟取代的碳原子数为2～10的链烯基、碳原子数为3～8的链烯氧基、或者、氟取代的碳原子数为3～8的链烯氧基；
R3、R4所示基团中任意一个或多个不相连的-CH2-任选被亚环戊基、亚环丁基或亚环丙基取代；
Z1、Z2各自独立地表示单键、-CH2CH2-、-OCH2-或-CH2O-；
Figure FDA0002347878870000013
各自独立地表示1,4-亚环己基、1,4-亚环己烯基、1,4-亚苯基或氟代1,4-亚苯基；
m表示0或1；n表示0、1或2。
3.根据权利要求2所述的液晶组合物，其特征在于，除所述式Ⅱ所示化合物之外的式Ⅲ所示的化合物选自式Ⅲ-1～Ⅲ-11所示的化合物组成的组：
Figure FDA0002347878870000014
Figure FDA0002347878870000021
其中：
R31、R41各自独立地表示碳原子数为1～10的烷基、氟取代的碳原子数为1～10的烷基、碳原子数为1～10的烷氧基、氟取代的碳原子数为1～10的烷氧基、碳原子数为2～10的链烯基、氟取代的碳原子数为2～10的链烯基、碳原子数为3～8的链烯氧基、或者、氟取代的碳原子数为3～8的链烯氧基；
R31、R41所示基团中任意一个或多个不相连的-CH2-任选被亚环戊基、亚环丁基或亚环丙基取代。
4.根据权利要求1～3的任一项所述的液晶组合物，其特征在于，所述液晶组合物还包含一种或多种式Ⅳ所示的化合物：
Figure FDA0002347878870000031
式Ⅳ中，R5、R6各自独立地表示碳原子数为1～10的烷基、氟取代的碳原子数为1～10的烷基、碳原子数为1～10的烷氧基、氟取代的碳原子数为1～10的烷氧基、碳原子数为2～10的链烯基、或者、氟取代的碳原子数为2～10的链烯基；
Figure FDA0002347878870000032
各自独立地表示1,4-亚环己基、1,4-亚环己烯基或1,4-亚苯基。
5.根据权利要求4所述的液晶组合物，其特征在于，所述式Ⅳ所示的化合物选自式Ⅳ-1～Ⅳ-3所示的化合物组成的组：
Figure FDA0002347878870000033
其中，
式IV-1～IV-3中，R5、R6各自独立地表示碳原子数为1～10的烷基、氟取代的碳原子数为1～10的烷基、碳原子数为1～10的烷氧基、氟取代的碳原子数为1～10的烷氧基、碳原子数为2～10的链烯基、或者、氟取代的碳原子数为2～10的链烯基。
6.根据权利要求1～5的任一项所述的液晶组合物，其特征在于，所述液晶组合物还包含一种或多种除所述式Ⅰ所示化合物之外的式Ⅴ所示的化合物：
Figure FDA0002347878870000034
式Ⅴ中，R7、R8各自独立地表示碳原子数为1～10的烷基、氟取代的碳原子数为1～10的烷基、碳原子数为1～10的烷氧基、氟取代的碳原子数为1～10的烷氧基、碳原子数为2～10的链烯基、或者、氟取代的碳原子数为2～10的链烯基；
Figure FDA0002347878870000035
各自独立地表示1,4-亚环己基、1,4-亚环己烯基或1,4-亚苯基。
7.根据权利要求6所述的液晶组合物，其特征在于，所述除式Ⅰ所示化合物之外的式Ⅴ所示的化合物选自式Ⅴ-1～Ⅴ-3所示的化合物组成的组：
Figure FDA0002347878870000036
Figure FDA0002347878870000041
其中，
R7、R8各自独立地表示碳原子数为1～10的烷基、氟取代的碳原子数为1～10的烷基、碳原子数为1～10的烷氧基、氟取代的碳原子数为1～10的烷氧基、碳原子数为2～10的链烯基、或者、氟取代的碳原子数为2～10的链烯基。
8.根据权利要求1～7的任一项所述的液晶组合物，其特征在于，所述液晶组合物还包含一种或多种式Ⅵ所示化合物：
Figure FDA0002347878870000042
式Ⅵ中，R9表示碳原子数为1～10的烷基、氟取代的碳原子数为1～10的烷基、碳原子数为1～10的烷氧基、或者、氟取代的碳原子数为1～10的烷氧基；R9所示基团中任意一个或多个不相连的-CH2-任选被亚环戊基、亚环丁基或亚环丙基取代；
R10表示碳原子数为1～10的烷基、氟取代的碳原子数为1～10的烷基、碳原子数为1～10的烷氧基、或者、氟取代的碳原子数为1～10的烷氧基；
X表示O或S。
9.根据权利要求8所述的液晶组合物，其特征在于，所述式Ⅵ所示的化合物选自式Ⅵ-1～Ⅵ-12所示的化合物组成的组：
Figure FDA0002347878870000043
Figure FDA0002347878870000051
其中，R91、R101各自独立地表示碳原子数为1～10的烷基。
10.一种液晶显示元件或液晶显示器，其特征在于，包含权利要求1～9的任一项所述的液晶组合物，所述液晶显示元件或液晶显示器为有源矩阵寻址显示元件或显示器，或者无源矩阵寻址显示元件或显示器。
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