CN117858933A - 包覆ksf荧光体、其制造方法、含有该荧光体的固化性有机硅组成物及光半导体装置 - Google Patents
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Abstract
本发明为一种包覆KSF荧光体颗粒,其特征在于,所述包覆KSF荧光体颗粒具有基于聚合物的表面包覆层,所述聚合物为(甲基)丙烯酸酯聚合物,所述聚合物的比例在所述包覆KSF荧光体颗粒整体的0.1~20质量%的范围内。由此,提供一种即便在高温条件下酸性物质的产生也得以抑制的KSF荧光体颗粒及含有该荧光体颗粒的固化性有机硅组成物。
Description
技术领域
本发明涉及具有基于聚合物的表面包覆层的KSF荧光体(镁活化硅复合氟化物荧光体)颗粒、及含有该具有基于聚合物的表面包覆层的荧光体颗粒的固化性有机硅组成物、及利用该固化性有机硅组成物的固化物进行了密封的光半导体(opto semidonductor)装置。
背景技术
现今,通过组合蓝色发光二极管与各种荧光体发出白色光的光半导体装置(LED)已得到实用化,且应用于图像显示装置和照明装置等中。
近年来,作为荧光体中发出红色荧光的荧光体,使用有KSF荧光体(专利文献1、2),其作为可兼备高发光效率与演色性的材料备受瞩目。作为KSF荧光体的特征之一,可举出红色发光区域的半值宽度狭窄这一点,开始有效地用于图像显示装置。
另一方面,作为LED用密封材料,广泛使用有分散有各种荧光体的固化性有机硅树脂。然而,当将使KSF荧光体分散于固化性有机硅而成的密封材料用于高输出的LED用途中时,存在在高温环境下因KSF荧光体产生酸性物质,导致有机硅分解的问题。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开2012-224536号公报
专利文献2:国际公开第2015/093430号
发明内容
本发明要解决的技术问题
本发明鉴于上述情况而完成,目的在于提供一种即便在高温条件下酸性物质的产生也得以抑制的KSF荧光体颗粒及含有该荧光体颗粒的固化性有机硅组成物。
解决技术问题的技术手段
为了解决上述技术问题,本发明提供一种包覆KSF荧光体颗粒,其特征在于,所述包覆KSF荧光体颗粒为具有基于聚合物的表面包覆层的KSF荧光体颗粒,所述聚合物为(甲基)丙烯酸酯聚合物,所述聚合物的比例在所述包覆KSF荧光体颗粒整体的0.1~20质量%的范围内。
只要是本发明的包覆KSF荧光体颗粒,则即便在高温条件下也可抑制来自KSF荧光体的酸性物质的释放,特别是对于含有该荧光体的固化性有机硅组成物的固化物而言,能够防止有机硅树脂的分解。
对于本发明的包覆KSF荧光体颗粒,优选:所述KSF荧光体为由K2SiF6:Mn4+表示的荧光体。
只要是这种KSF荧光体,则可获得更高的发光效率。
此外,对于本发明的包覆KSF荧光体颗粒,优选:所述(甲基)丙烯酸酯聚合物在结构单元中包含一分子中具有至少一个直接键合于硅原子的氢原子的(甲基)丙烯酸酯。
这种聚合物的阻气性高,因此在包覆KSF荧光体颗粒表面时,能够在高温环境下抑制来自KSF荧光体的酸性物质的释放。
此外,本发明提供一种包覆KSF荧光体颗粒的制造方法,其为上述包覆KSF荧光体颗粒的制造方法,其特征在于,包含下述工序:
(1)准备包含(A)(甲基)丙烯酸酯聚合物及(B)溶解该聚合物的溶剂的包覆层组合物,并将KSF荧光体颗粒与所述包覆层组合物混合的工序;及
(2)使所述溶剂挥发的工序。
只要是这种包覆KSF荧光体颗粒的制造方法,则能够有效包覆KSF荧光体颗粒的表面。
此时,优选:将由K2SiF6:Mn4+表示的荧光体用作所述KSF荧光体。
若使用这种KSF荧光体,则能够获得发光效率更高的包覆KSF荧光体颗粒。
此外,上述制造方法中,优选:将在结构单元中包含一分子中具有至少一个直接键合于硅原子的氢原子的(甲基)丙烯酸酯的聚合物用作所述(甲基)丙烯酸酯聚合物。
若使用这种聚合物,则能够在高温环境下抑制来自KSF荧光体的酸性物质的释放,因此能够获得稳定性高的包覆KSF荧光体颗粒。
此外,本发明提供一种固化性有机硅组成物,其特征在于,其含有上述包覆KSF荧光体颗粒。
本发明的固化性有机硅组成物对于其固化物而言,能够防止在高温条件下的源自KSF荧光体的酸性物质所造成的有机硅的分解,因此对光半导体元件的密封材料用途是有用的。
此外,本发明提供一种光半导体装置,其特征在于,其利用上述固化性有机硅组成物的固化物对光半导体元件进行了密封。
这种光半导体装置,即便在高温环境下也稳定地密封了光半导体元件,因此可靠性高。
发明效果
本发明的具有基于聚合物的表面包覆层的KSF荧光体,即便在高温环境下也可抑制来自KSF荧光体的酸性物质的释放,且对于含有该荧光体的固化性有机硅组成物的固化物而言,能够防止有机硅树脂的分解,因此对光半导体元件的密封材料用途是有用的。
具体实施方式
如上所述,当将使KSF荧光体分散于固化性树脂而成的密封材料用于高输出的LED用途中时,存在在高温环境下因KSF荧光体产生酸性物质的问题。因此,谋求开发一种即便在高温环境下也稳定的KSF荧光体。
本申请的发明人为了实现上述目的进行了深入研究,结果发现,只要是具有基于特定比例的(甲基)丙烯酸酯聚合物的表面包覆层的KSF荧光体,则能够解决上述问题,从而完成了本发明。
即,本发明为一种包覆KSF荧光体颗粒,其特征在于,所述包覆KSF荧光体颗粒为具有基于聚合物的表面包覆层的KSF荧光体颗粒,所述聚合物为(甲基)丙烯酸酯聚合物,所述聚合物的比例在所述包覆KSF荧光体颗粒整体的0.1~20质量%的范围内。
以下,针对本发明进行详细说明,但本发明并不限定于此。
[包覆KSF荧光体颗粒]
本发明的包覆KSF荧光体颗粒的特征在于,其为具有基于聚合物的表面包覆层的KSF荧光体颗粒,且所述聚合物为(甲基)丙烯酸酯聚合物。
包覆KSF荧光体颗粒只要是具有基于上述聚合物的表面包覆层的KSF荧光体颗粒即可,其形态并无特别限定。例如,可以是1个KSF荧光体颗粒被聚合物进行表面包覆而成的荧光体颗粒,也可以是这些荧光体颗粒的集合体。也可以是2个以上的KSF荧光体颗粒被聚合物进行表面包覆而成的荧光体颗粒。此外,基于聚合物的表面包覆层可以是单层,也可以由2层以上的层构成,2层以上的表面包覆层中,各包覆层可以相同,也可以不同。作为2个以上的KSF荧光体颗粒被聚合物进行表面包覆而成的荧光体颗粒,可列举出KSF荧光体颗粒发生凝聚而成的二次颗粒被聚合物包覆从而形成一个颗粒的情况。
以下,针对构成包覆KSF荧光体颗粒的各成分进行说明。
[KSF荧光体]
KSF荧光体(镁活化硅复合氟化物荧光体)为对K2SiF6晶体添加Mn(锰)而成的红色荧光体。
适用于本发明的KSF荧光体,是对K2SiF6添加四价锰作为发光离子的由(K2SiF6:Mn4 +)表示的荧光体,当受到峰波长455nm的光激发时,会产生600nm~660nm的发光。只要是这种由K2SiF6:Mn4+表示的荧光体,则可获得更高的发光效率。
此外,对于KSF荧光体的平均粒径,优选10~100μm,更优选20~50μm。
另外,本发明中的平均粒径是通过激光衍射散射法所获得的体积基准的粒度分布中的中值粒径(D50)。
KSF荧光体可以通过以往公知的方法所制成,例如能够使用使氟化硅及氟化镁等金属氟化物原料溶解或分散于氢氟酸中,并进行加热使其蒸发干燥固化而获得的荧光体。
[(A)成分:(甲基)丙烯酸酯聚合物]
本发明的包覆KSF荧光体颗粒的表面的聚合物为(甲基)丙烯酸酯聚合物(以下,称为(A)成分)。
本成分因阻气性高,在包覆KSF荧光体时,能够在高温环境下抑制来自KSF荧光体的酸性物质的释放。
本发明中,(甲基)丙烯酸酯表示丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯或其双方,作为丙烯酸酯,可列举出例如:丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸正丁酯、丙烯酸异丁酯、丙烯酸异戊酯、丙烯酸正己酯、丙烯酸异辛酯、丙烯酸2-乙基己酯、丙烯酸正辛酯、丙烯酸异壬酯、丙烯酸正癸酯、丙烯酸异癸酯等。作为甲基丙烯酸酯,可列举出例如:甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸正丁酯、甲基丙烯酸异丁酯、甲基丙烯酸异戊酯、甲基丙烯酸正己酯、甲基丙烯酸异辛酯、甲基丙烯酸2-乙基己酯、甲基丙烯酸正辛酯、甲基丙烯酸异壬酯、甲基丙烯酸正癸酯、甲基丙烯酸异癸酯等。其中,优选烷基的碳原子数为1~12、特别优选烷基的碳原子数为1~4的丙烯酸烷基酯及甲基丙烯酸烷基酯。这些(甲基)丙烯酸酯能够单独使用一种,或者也能够组合使用2种以上。
(A)成分优选在结构单元中包含一分子中具有至少一个直接键合于硅原子的氢原子(以下,称为SiH基)的(甲基)丙烯酸酯。这种(A)成分,能够为包含一分子中具有至少一个SiH基的(甲基)丙烯酸酯作为单体成分的聚合物或共聚物。
作为一分子中具有至少一个SiH基的(甲基)丙烯酸酯,可列举例如由以下的式(1)表示的化合物。
[化学式1]
式(1)中,R为氢原子或甲基,R1独立地为碳原子数为1~10的一价烃基,R2为碳原子数为1~10的亚烷基,n为0、1或2。
R1具体可示例出甲基、乙基、丙基等碳原子数为1~10、优选碳原子数为1~6的烷基、苯基等碳原子数为6~10的芳基等,优选甲基、苯基。
R2可示例出亚甲基、亚乙基、亚丙基、亚丁基等碳原子数为1~10的亚烷基,优选碳原子数为1~3的亚烷基。
作为(A)成分中的一分子中具有至少一个SiH基的(甲基)丙烯酸酯单元的含有比例,优选10~100质量%,更优选20~50质量%。
(A)成分可通过使用2,2’-偶氮二异丁腈(AIBN)等自由基聚合引发剂将上述(甲基)丙烯酸酯进行(共聚)聚合而获得。
(A)成分的分子量,以凝胶渗透色谱法(GPC)所测定的聚苯乙烯换算的数均分子量(Mn)计,优选1,000~1,000,000,更优选10,000~100,000(展开剂:四氢呋喃)。
作为(A)成分的基于聚合物的KSF荧光体的包覆量(聚合物的比例),聚合物的比例相对于包覆KSF荧光体颗粒(具有表面包覆层的KSF荧光体颗粒)整体,为0.1~20质量%,优选为1~10质量%,特别优选为1~5质量%。包覆量少时,遮蔽来自KSF荧光体产生的酸性物质的能力差,包覆量多时,KSF荧光体彼此凝聚,有时会对LED的光学特性造成影响、或因热发生变色。
[包覆KSF荧光体颗粒的制造方法]
本发明的具有基于聚合物的表面包覆层的KSF荧光体的制造方法,并无特别限定,适当采用公知技术即可。
本发明的具有基于聚合物的表面包覆层的KSF荧光体优选通过包含下述工序的制造方法获得:
(1)准备包含(A)(甲基)丙烯酸酯聚合物及(B)溶解该聚合物的溶剂(以下,称为(B)成分)的包覆层组合物,并将KSF荧光体颗粒与所述包覆层组合物混合的工序;及
(2)使所述溶剂挥发的工序。
可以在工序(1)之后实施工序(2),也可以同时实施工序(1)及工序(2),进一步,可根据所需的包覆量,反复实施工序(1)及工序(2)。也能够通过改变(A)成分的组成并反复实施工序(1)及工序(2),获得具有不同包覆层的包覆KSF荧光体颗粒。
在工序(1)中,在获得包含(A)成分及(B)溶剂的包覆层组合物时,使用公知的搅拌、混合、溶解装置即可。作为将KSF荧光体颗粒与包覆层组合物进行混合的装置,根据生产规模进行设定即可,可列举出药匙与烧瓶或蒸发皿的组合、亨舍尔混合机(Henschelmixer)、高速混合机(Super mixer)等搅拌混合机。工序(2)中,在使溶剂自KSF荧光体颗粒与包覆层组合物的混合物中挥发时,使用公知的搅拌干燥装置即可。搅拌干燥装置只要具备加热手段、减压手段,即能够使溶剂有效挥发。当同时实施工序(1)及工序(2)时,使用具备可充分搅拌、混合、干燥包含(A)(甲基)丙烯酸酯聚合物及(B)溶剂的包覆层组合物的手段的装置即可。此时,所述装置也能够进一步具备加热手段、减压手段。
例如,当为少量时,有将KSF荧光体颗粒收纳于容器中,并在添加包覆层组合物后,使用药匙等一边进行搅拌一边使溶剂挥发的方法。另一方面,当对大量的KSF荧光体颗粒进行聚合物包覆时,能够使用具备蒸发器等的脱气装置的搅拌装置进行包覆。
此外,在当进行聚合物包覆时KSF荧光体颗粒发生凝聚的情况下,能够暂时自容器中取出,进行粉碎后通过进行干燥来获得无凝聚的KSF荧光体颗粒。
[包覆层组合物]
本发明的包覆KSF荧光体颗粒的制造方法中所使用的包覆层组合物,包含KSF荧光体颗粒与上述(A)成分及溶解(A)成分的溶剂((B)成分)。包覆层组合物可根据需要包含除(A)、(B)成分以外的成分。
[(B)成分]
作为(B)成分的溶剂,只要为可溶解(A)成分并且可使包覆层组合物以均匀的溶液而获得的有机溶剂即可,并无限定,能够使用公知的有机溶剂。可列举出例如:二甲苯、甲苯、苯等芳香族烃系溶剂;庚烷、己烷等脂肪族烃系溶剂;三氯乙烯、全氯乙烯、二氯甲烷等卤代烃系溶剂;乙酸乙酯等酯系溶剂;甲基异丁基酮、甲基乙基酮、环己酮等酮系溶剂;乙醇、异丙醇、丁醇等醇系溶剂;轻石油(ligroin)等石油系溶剂;二乙醚等醚系溶剂;橡胶挥发油、有机硅系溶剂等。其中,优选芳香族烃系溶剂、酯系溶剂。根据所需的蒸发速度,能够单独使用1种,也可以组合使用2种以上作为混合溶剂。
(B)成分的掺合量,配合操作性可以是任意量,但优选为包覆层组合物整体的70~99.9质量%,特别优选为包覆层组合物整体的80~99.5质量%。
[其他成分]
作为其他成分,可列举出抗氧化剂等。
[固化性有机硅组成物]
本发明的固化性有机硅组成物含有固化性有机硅树脂与上述包覆KSF荧光体颗粒。固化性有机硅树脂并无特别限定,可列举出例如KER-2936-A/B(Shin-Etsu ChemicalCo.,Ltd.制造)等LED密封材料用固化性有机硅树脂。
本发明的固化性有机硅组成物对于其固化物而言,能够防止在高温条件下的源自KSF荧光体的酸性物质所造成的有机硅的分解,因此对光半导体元件的密封材料用途是有用的。
[光半导体装置]
本发明提供一种光半导体装置,其利用上述固化性有机硅组成物的固化物对光半导体元件进行了密封。
本发明的包覆KSF荧光体颗粒,即便在高温条件下也能够抑制来自KSF荧光体的酸性物质的释放,且对于含有该荧光体的固化性有机硅组成物的固化物而言,能够防止有机硅树脂的分解。因此,利用上述固化性有机硅组成物的固化物对光半导体元件进行了密封的光半导体装置,即便在高温环境下也稳定地密封了光半导体元件,因此不易随着时间的经过而劣化,可靠性高。
实施例
以下,使用实施例具体地说明本发明,但是本发明并不受这些实施例的任何限制。另外,对于包覆层组合物的不挥发成分,在皿中计量1.5g组成物,然后根据以105℃、3小时的条件进行加热之前与之后的质量差进行计算。此外,分子量(数均分子量Mn、重均分子量Mw)是GPC测定(展开剂:四氢呋喃)中的聚苯乙烯换算的数值。平均粒径是通过激光衍射散射法所获得的体积基准的粒度分布中的中值粒径(D50)。
[合成例1]
将60质量份的甲基丙烯酸甲酯、600质量份的异丙醇(IPA):乙酸乙酯=100:500(质量比)的混合溶剂及0.5质量份的AIBN在80℃下搅拌3小时,获得含有甲基丙烯酸甲酯聚合物(Mn:83,540;Mw:124,550)的包覆层组合物(不挥发成分为8.0质量%)。
[合成例2]
将43质量份的甲基丙烯酸甲酯、22质量份的由下述式表示的含SiH甲基丙烯酸酯、600质量份的IPA:乙酸乙酯=100:500(质量比)的混合溶剂及0.5质量份的AIBN在80℃下搅拌3小时,获得含有含SiH基甲基丙烯酸酯-甲基丙烯酸甲酯共聚物(Mn:49,240;Mw:103,130)的包覆层组合物(不挥发成分6.0质量%)。
[化学式2]
[实施例1]
将5g的KSF荧光体(K2SiF6:Mn4+,D50:25μm)收纳于烧瓶中,添加1g由合成例1获得的含有甲基丙烯酸甲酯聚合物的包覆层组合物,并使用药匙进行混合。一边使溶剂挥发一边持续混合5分钟,获得具有基于聚合物的表面包覆层的KSF荧光体。相对于具有聚合物包覆层的KSF荧光体整体的甲基丙烯酸甲酯聚合物的包覆量为1.6质量%。
[实施例2]
将5g的KSF荧光体(K2SiF6:Mn4+,D50:25μm)收纳于烧瓶中,添加1g由合成例2获得的含有含SiH基甲基丙烯酸酯-甲基丙烯酸甲酯共聚物的包覆层组合物,并使用药匙进行混合。一边使溶剂挥发一边持续混合5分钟,获得具有基于聚合物的表面包覆层的KSF荧光体。相对于具有聚合物包覆层的KSF荧光体整体的含SiH基甲基丙烯酸酯-甲基丙烯酸甲酯共聚物的包覆量为1.2质量%。
[实施例3]
重复进行3次与实施例2相同的操作,获得具有基于聚合物的表面包覆层的KSF荧光体。相对于具有聚合物包覆层的KSF荧光体整体的含SiH基甲基丙烯酸酯-甲基丙烯酸甲酯共聚物的包覆量为3.6质量%。
[比较例1]
将5g的KSF荧光体(K2SiF6:Mn4+,D50:25μm)收纳于烧瓶中,添加0.05g由合成例2获得的含有含SiH基甲基丙烯酸酯-甲基丙烯酸甲酯共聚物的包覆层组合物,并使用药匙进行混合。一边使溶剂挥发一边持续混合5分钟,获得具有基于聚合物的表面包覆层的KSF荧光体。相对于具有聚合物包覆层的KSF荧光体整体的含SiH基甲基丙烯酸酯-甲基丙烯酸甲酯共聚物的包覆量为0.06质量%。
[比较例2]
将5g的KSF荧光体(K2SiF6:Mn4+,D50:25μm)收纳于烧瓶中,添加20g由合成例2获得的含有含SiH基甲基丙烯酸酯-甲基丙烯酸甲酯共聚物的包覆层组合物,并使用药匙进行混合。一边使溶剂挥发一边持续混合30分钟后,将其薄薄地铺展在皿上并在25℃下自然干燥12小时,获得具有基于聚合物的表面包覆层的KSF荧光体。相对于具有聚合物包覆层的KSF荧光体整体的含SiH基甲基丙烯酸酯-甲基丙烯酸甲酯共聚物的包覆量为26质量%。
[比较例3]
将5g的KSF荧光体(K2SiF6:Mn4+,D50:25μm)收纳于烧瓶中,添加10g甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷的1质量%丙酮溶液,并使用药匙进行混合。一边使溶剂挥发一边持续混合30分钟后,将其薄薄地铺展在皿上并在25℃下自然干燥12小时,获得具有基于硅烷偶联剂的表面包覆层的KSF荧光体。相对于KSF荧光体整体的硅烷偶联剂的包覆量为2质量%。
将针对由实施例1~3及比较例1~3获得的具有基于聚合物的表面包覆层的KSF荧光体及具有基于硅烷偶联剂的表面包覆层的KSF荧光体、以及不具有表面包覆层的KSF荧光体(比较例4)进行以下耐热试验的结果示于表1。
[耐热试验]
将2g的LED用固化性有机硅树脂(KER-2936-A/B,Shin-Etsu Chemical Co.,Ltd.制造)与0.4g的KSF荧光体收纳在聚乙烯制的容器中并进行混合后,分别在铝制皿中量取0.8g,根据在200℃的环境下暴露100小时及300小时之后的外观及质量的变化来评价耐热性。关于外观,通过肉眼观察颜色,质量变化率由(特定时间后的质量-于0小时的时间点的质量)/于0小时的时间点的质量×100(%)计算出。
[表1]
如表1所示,关于由实施例1~3获得的具有基于聚合物的表面包覆层的KSF荧光体颗粒,即便在200℃且300小时后,外观仍相同,重量变化也非常小,获得了良好的结果,而在使用了比较例1这种包覆量较少的KSF荧光体颗粒的情况、使用了比较例3这种具有基于硅烷偶联剂的表面包覆层的KSF荧光体的情况、以及使用了比较例4这种不具表面包覆层的KSF荧光体的情况下,有机硅树脂的分解所造成的质量减少非常大。此外,在使用了比较例2这种包覆量过多的KSF荧光体颗粒的情况下,发生甲基丙烯酸酯聚合物自身的变色,因此难以应用于光半导体装置的密封材料。
另外,本发明并不限定于上述实施方案。上述实施方案为示例,任何具有实质上与本发明的权利要求书所记载的技术构思相同的构成且发挥相同技术效果的方案均包含在本发明的保护范围内。
Claims (8)
1.一种包覆KSF荧光体颗粒,其特征在于,所述包覆KSF荧光体颗粒为具有基于聚合物的表面包覆层的KSF荧光体颗粒,所述聚合物为(甲基)丙烯酸酯聚合物,所述聚合物的比例在所述包覆KSF荧光体颗粒整体的0.1~20质量%的范围内。
2.根据权利要求1所述的包覆KSF荧光体颗粒,其特征在于,所述KSF荧光体为由K2SiF6:Mn4+表示的荧光体。
3.根据权利要求1或2所述的包覆KSF荧光体颗粒,其特征在于,所述(甲基)丙烯酸酯聚合物在结构单元中包含一分子中具有一个以上的直接键合于硅原子的氢原子的(甲基)丙烯酸酯。
4.一种包覆KSF荧光体颗粒的制造方法,其为权利要求1所述的包覆KSF荧光体颗粒的制造方法,其特征在于,包含下述工序:
(1)准备包含(A)(甲基)丙烯酸酯聚合物及(B)溶解该聚合物的溶剂的包覆层组合物,并将KSF荧光体颗粒与所述包覆层组合物混合的工序;及
(2)使所述溶剂挥发的工序。
5.根据权利要求4所述的包覆KSF荧光体颗粒的制造方法,其特征在于,将由K2SiF6:Mn4+表示的荧光体用作所述KSF荧光体。
6.根据权利要求4或5所述的包覆KSF荧光体颗粒的制造方法,其特征在于,将在结构单元中包含一分子中具有一个以上的直接键合于硅原子的氢原子的(甲基)丙烯酸酯的聚合物用作所述(甲基)丙烯酸酯聚合物。
7.一种固化性有机硅组成物,其特征在于,其含有权利要求1~3中任一项所述的包覆KSF荧光体颗粒。
8.一种光半导体装置,其特征在于,其利用权利要求7所述的固化性有机硅组成物的固化物对光半导体元件进行了密封。
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