CN1963615A - 液晶显示装置及其制造方法 - Google Patents

Abstract

液晶显示装置及其制造方法。提供了一种可以改进响应时间的液晶显示装置。该液晶显示装置包括：第一基板和第二基板；以及形成在第一基板与第二基板之间的液晶层，该液晶层分成至少两层。

Description

液晶显示装置及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种液晶显示装置，更具体地，涉及一种能够改进液晶分子的响应时间的液晶显示装置及其制造方法。

背景技术

通常将液晶显示(LCD)装置用作实现高图像质量和低功耗的平板显示装置。LCD装置通过对施加给液晶单元的电场进行控制并对入射到液晶单元上的光进行调节，来显示图像。LCD装置包括薄膜晶体管阵列基板、滤色器基板以及插在它们之间的液晶层。

根据对液晶分子的驱动方法，将LCD装置分成扭曲向列模式(TN模式)和面内切换模式(IPS模式)。

TN LCD装置包括：薄膜晶体管阵列基板，包括像素电极；滤色器基板；以及形成在这两块基板之间的液晶层。利用在公共电极与像素电极之间的垂直电场来驱动液晶层。其中，像素电极形成在薄膜晶体管阵列基板中的各个单位像素中，公共电极形成在滤色器基板上。

IPS-LCD装置包括：薄膜晶体管阵列基板，包括公共电极和像素电极；滤色器基板，包括公共电极；以及形成在这两块基板之间的液晶层。利用公共电极与像素电极之间的与基板表面平行的平行电场来驱动液晶层。这里，公共电极和像素电极按它们之间具有一定间隔的方式交替地形成在各个单位像素中。

在按这种方式构成的IPS-LCD装置中，始终在同一平面上对液晶层内的液晶分子进行切换，从而在垂直和水平视角上灰度级很低。因此，这种IPS-LCD装置可以比TN-LCD装置更好地扩大视角。

通过减小在薄膜晶体管阵列基板与滤色器基板之间的间隔(即，液晶单元间隙)或增大驱动电压，可以使液晶分子的切换时间(即，液晶分子对电场作出反应所需要的时间，以及当切断电场时液晶分子回到初始配向状态所需要的时间)很短。

然而，减小液晶单元间隙是有限制的。

此外，当增大驱动电压时，液晶分子对电场作出反应所需要的时间可能理想地缩短，但是驱动电压的增大受到驱动IC和功耗的限制。此外，驱动电压的这种增大对在切断电场之后液晶分子回到初始配向状态所需的时间没有效果。

因此，根据现有技术，利用液晶单元和驱动电压来改进液晶分子的驱动时间受到限制。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种液晶显示装置及其制造方法，其能够改进液晶分子的响应时间，同时保持单元间隙和驱动电压。

为了实现这些和其他优点并且根据本发明的目的，如此处具体实现和广泛描述的，提供了一种液晶显示装置，其包括：第一基板和第二基板；和形成在第一基板与第二基板之间的液晶层，所述液晶层分成至少两层。

所述液晶层包括：第一液晶层；和形成在第一液晶层上的第二液晶层。在第一液晶层与第二液晶层之间的边界层由聚合物层形成，并且第一液晶层与第二液晶层具有相同的单元间隙。

第一基板还包括：沿第一方向排列的多条选通线；与选通线垂直交叉以限定多个像素的多条数据线；形成在选通线与数据线的各个交叉处的开关器件；以及形成在所述像素区中的像素电极。第二基板还包括：黑底；形成在所述黑底上的滤色器；以及形成在所述滤色器的整个表面上的公共电极。

第一基板还包括：沿第一方向排列的多条选通线；与选通线垂直交叉以限定多个像素的多条数据线；形成在选通线与数据线的各个交叉处的开关器件；以及各个像素内的产生面内电场的公共电极和像素电极。这里，第二基板还包括：黑底；和形成在所述黑底上的滤色器。

在第一基板和第二基板的相对表面上分别形成有第一配向层和第二配向层。

为了实现这些和其他优点并且根据本发明的目的，如此处具体实现和广泛描述的，提供了一种液晶显示装置的制造方法，该方法包括以下步骤：制备第一基板和第二基板；在第一基板上形成第一配向层；在第一配向层上形成感光图案；在包括所述感光图案的第一配向层上涂敷液晶与光可固化单体的混和物；形成由通过使所述光可固化单体聚合而形成的多个聚合物壁和聚合物层隔离的第一液晶层；在第一液晶层上形成第二液晶层；以及将第一基板与第二基板接合在一起。

形成第一液晶层的步骤包括以下步骤：向所述混和物照射光；通过所述光可固化单体沿所述感光图案形成多个聚合物壁；以及形成连接所述多个聚合物壁的聚合物层。

另选地，形成所述液晶层的步骤可以包括以下步骤：在所述混和物的上方对准一掩模以暴露所述感光图案；通过所述掩模对所述感光图案进行曝光，从而沿所述感光图案形成多个聚合物壁；以及通过向形成了所述多个聚合物壁的混和物照射光，从而形成连接所述多个聚合物壁的聚合物层。

形成第二液晶层的步骤包括以下步骤：将光照射到所述液晶层上的混和物；通过所述光可固化单体沿所述感光图案形成多个聚合物壁；以及形成连接所述多个聚合物壁的聚合物层。

另选地，形成第二液晶层的步骤可以包括以下步骤：在所述混和物的上方对准一掩模以暴露所述感光图案；通过向所述感光图案照射第一光，从而沿所述感光图案形成多个聚合物壁；以及通过向形成了所述多个聚合物壁的混和物照射第二光，从而形成连接所述多个聚合物壁的聚合物层。

为了实现这些和其他优点并且根据本发明的目的，如此处具体实现和广泛描述的，提供了一种液晶显示装置的制造方法，该方法包括以下步骤：制备第一基板和第二基板；在第一基板上形成第一配向层；在第一配向层上形成感光图案；在包括所述感光图案的第一配向层上涂敷液晶与光可固化单体的混和物；形成由通过使所述光可固化单体聚合而形成的多个聚合物壁和聚合物层隔离的第一液晶层；将第一基板与第二基板接合在一起；以及在第一基板与第二基板之间注入第二液晶层。

根据如上所述地构成的本发明，将液晶层的单元间隙分割成第一单元间隙和第二单元间隙，以使得液晶分子可以认识到所分割的单元间隙，从而改进了液晶分子的响应时间。即，由于液晶分子的响应时间与液晶层的单元间隙成比例地增大，因此当减小了单元间隙时就缩短了液晶分子的响应时间。由此，对外部电场的响应时间增加。这里，由于总单元间隙保持不变，所以可以在保持随单元间隙而变化的光学效应的同时改进液晶分子的响应时间。

根据结合附图对本发明的以下详细说明，本发明的上述和其他目的、特征、方面以及优点将更充分地显见。

附图说明

附图被包括进来以提供对本发明的进一步的理解，其被并入且构成本说明书的一部分，附图例示了本发明的实施例，并且与说明书一起用于解释本发明的原理。

在附图中：

图1是例示了根据本发明的LCD装置的结构的示意图；

图2是例示了图1的第一基板的平面图；

图3是例示了图1的第一基板的平面图；

图4A到4F是例示了根据本发明的LCD装置的制造方法的剖面图；

图5A到5D是例示了根据本发明另一实施例的LCD装置的制造方法的剖面图；以及

图6A到6D是例示了根据本发明又一实施例的LCD装置的制造方法的剖面图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的优选实施例，其示例示出在附图中。

图1是根据本发明的LCD装置的示意性剖面图，具体例示了一个单位像素的剖面。

如图所示，根据本发明的LCD装置100包括第一基板110、第二基板120以及形成在第一基板110与第二基板120之间的液晶层130。液晶层130分成第一液晶层130A和第二液晶层130B。

尽管在图中未详细示出，但是第一基板110是薄膜晶体管阵列基板，并包括限定了多个像素的选通线和数据线以及对各像素进行开关的薄膜晶体管(TFT)。第二基板120是滤色器基板并包括滤色器层。

根据对液晶分子的驱动方法，LCD装置100分成TN模式和IPS模式，本发明可以用于这两种驱动模式。

图2是根据本发明的TN-LCD装置100的第一基板的详细图，图3是根据本发明的IPS-LCD装置100的第一基板的单位像素的构成的详细平面图。

首先，如图2所例示，当按TN模式驱动液晶分子时，第一基板110只包括像素电极107，与像素电极106一起向液晶层施加垂直电场的公共电极(未示出)形成在整个第二基板上。

在第一基板110中，沿第一方向排列的选通线101和与选通线101垂直地交叉的数据线103限定了单位像素。在选通线101与数据线103的各个交叉处设置有开关器件109。开关器件109包括栅极101a、形成在栅极101a上的半导体层105，以及在半导体层105上按预定间隔彼此相隔开的源极102a和漏极102b。像素电极107电连接到漏极102b，并形成在整个单位像素的上方。

尽管在图中未示出，但是第二基板120包括黑底、滤色器层以及形成在滤色器层的整个表面上的公共电极。公共电极通过与像素电极107一起向液晶层施加垂直电场，来驱动液晶分子。

如图3所例示，当按IPS模式驱动液晶分子时，第一基板110包括公共电极106和像素电极107。

在第一基板110中，按第一方向排列的选通线101和与选通线101交叉的数据线103限定了像素区。

在选通线101与数据线103的各个交叉处设置有开关器件109。开关器件109包括：形成为选通线101的一部分的栅极101a；形成在栅极101a上的半导体层105；以及按它们之间具有预定间隔的方式形成在半导体层105上的源极102a和漏极102b。

在像素内形成有产生面内电场的至少一对公共电极106和像素电极107。这里，像素电极107通过漏接触孔118电连接到漏极107b。

在公共电极106的两端处形成有第一公共电极连接线116a和第二公共电极连接线116b。这里，第一公共电极连接线116a被设置成平行于选通线101并连接公共电极106的一侧，并且第二公共电极连接线116b连接公共电极106的另一侧。在像素电极107的两侧形成有第一像素电极连接线117a和第二像素电极连接线117b。这里，第一像素电极连接线117a电连接像素电极107的一侧并与第一公共电极连接线116a相交叠以形成第一存储电容器(Cst1)，第二像素电极连接线117b电连接像素电极107的另一侧并与第二公共电极连接线116b相交叠以形成第二存储电容器(Cst2)。

尽管在图中未示出，但是第二基板120包括黑底和滤色器层。在第一基板110和第二基板120的相对表面上涂敷确定液晶分子的初始配向方向的第一配向层和第二配向层(未示出)。

在具有这种结构的LCD装置中，公共电极106和像素电极107在液晶层中产生面内电场，由此在面内驱动液晶分子。

本发明不仅可以用于TN和IPS模式，而且，无论对液晶分子的驱动模式如何，都可以用于具有单元间隙的每种LCD装置模式，如垂直配向模式(VA模式)和电控双折射模式(ECB模式)。

再次参照图1，液晶层130包括第一液晶层130A和第二液晶层130B。第一液晶层130A的第一单元间隙(d₁)与第二液晶层130B的第二单元间隙(d₂)相同。

由形成在外边缘处的第一聚合物壁131A和连接第一聚合物壁131A的第一聚合物层132A来隔离第一液晶层130A。第一聚合物壁131A形成在单位像素的外边缘处，具体地，可以沿着选通线和数据线而形成。这里，第一聚合物壁131A保持第一液晶层130A的第一单元间隙(d₁)，第一聚合物层132A隔离第一液晶层130A与第二液晶层130B。

此外，由形成在第二液晶层130B的外边缘处的第二聚合物壁131B和连接第二聚合物壁131B的第二聚合物层132B来隔离第二液晶层130B。第二聚合物壁131B形成在第一聚合物壁131A上。第二聚合物壁131B保持第二液晶层130B的第二单元间隙(d₂)，第二基板120即滤色器基板设置在第二聚合物层132B上。

可以略去第二液晶层130B的第二聚合物壁131B和第二聚合物层132B，并可以根据制造方法对其进行改变。稍后在描述制造方法时将对此进行详细描述。

在根据本发明的具有这种结构的LCD装置中，有利地，液晶分子认识到的单元间隙减小了一半，而实际上保持了液晶层的总单元间隙(d)，从而可以在不改变光学性质(例如，透光率)的情况下改进液晶分子的切换时间。

通常，在TN或ECB模式中液晶分子的切换时间(即，液晶分子对电场作出反应所需要的时间，和液晶分子回到初始配向状态所需要的时间)与液晶分子认识到的单元间隙大小密切相关。

可以由以下数学公式1来表示当向液晶分子施加外部电场时驱动液晶分子所需要的时间(τ_on)，并且可以由以下公式2来表示当切断外部电场时液晶分子回到初始配向状态所需要的时间(τ_off)。

[公式1]

${\mathrm{\τ}}_{\mathrm{on}}]\frac{{\mathrm{\ηd}}^2}{{\mathrm{\ϵ}}_0\mathrm{\ϵ}(V^2-V_0^2)}$

[公式2]

${\mathrm{\τ}}_{\mathrm{off}}]\frac{\mathrm{\η}{d}^2}{{\mathrm{KII}}^2}$

在公式1和2中，d表示单元间隙，k和η分别表示液晶的弹性模量和粘度，ε₀ε表示介电常数，V和V₀分别表示驱动电压和阈值电压。

如公式1和2所示，在TN模式下，液晶分子对电场作出反应所需要的时间与液晶层的单元间隙成比例。即，随着单元间隙变小，液晶分子的反应时间变短。

因此，当液晶层的单元间隙从d减小到(1/2)d时，液晶的反应时间(τ_on，τ_off)缩短到1/4。这意味着液晶分子的切换时间缩短到1/4。在本发明中，由于保持总单元间隙(d)而只减小液晶分子认识到的单元间隙，因此可以改进液晶分子的切换时间，同时保持透光率性质。

在IPS模式的情况下，由于公共电极和第二电极形成在同一基板上，因此由与公式1和2不同的数学公式来表示液晶对外部电场作出反应的响应时间。可以由以下数学公式3和4来表示在IPS模式下液晶的响应时间。

[公式3]

${\mathrm{\τ}}_{\mathrm{on}}]\frac{{\mathrm{\ηI}}^2}{{\mathrm{\ϵ}}_0\mathrm{\ϵ}(V^2-V_0^2)}$

[公式4]

${\mathrm{\τ}}_{\mathrm{off}}]\frac{{\mathrm{\ηd}}^2}{K_{22}{\mathrm{\Π}}^2}$

在公式3和4中，d表示在公共电极与像素电极之间的间隔，K₂₂和η分别表示液晶的弹性模量和粘度，ε₀ε表示介电常数，V和V₀分别表示驱动电压和阈值电压(开始驱动液晶分子所需要的电压)。

如公式3所示，在IPS模式下液晶分子对外部电场作出反应所需要的时间(τ_on)与电极之间的距离有关，因此，单元间隙的变化不会影响液晶分子的响应时间。

然而，如图4所示，由于当切断外部电场时液晶分子回到初始状态所需要的时间(τ_off)与单元间隙成比例，因此单元间隙的减小可以缩短液晶分子的恢复时间，从而改进响应时间。

如上所述，在本发明中，对液晶层进行分割，由此液晶分子认识到的单元间隙减小了，从而改进了液晶分子对外部电场作出反应的响应时间。具体地，在其中向液晶层施加垂直电场的TN和ECB模式等的情况下，可以缩短外部电场驱动液晶分子所需要的时间以及分子回到初始状态所需要的时间。此外，在其中向液晶层施加面内电场的LCD装置的情况下，即使外部电场驱动液晶分子所需要的时间不受影响，也可以缩短在切断外部电场时液晶分子回到初始状态所需要的时间(τ_off)。因此，改进了液晶分子的切换时间。

如上所述，将根据本发明的LCD装置设计为对液晶层进行分割，由此减小液晶分子认识到的单元间隙。以下对其具体制造方法进行描述。

图4A到4F是例示了根据本发明的LCD装置的制造方法的图，具体示出了形成液晶板的方法。

如图4A所例示，制备第一基板210，然后将感光图案200印刷在第一基板210上。应当由容易对光起反应的材料来形成感光图案。这里，第一基板210可以是薄膜晶体管阵列基板。

然后，如图4B所例示，将由液晶251与光可固化单体253的混和物形成的第一混和物层235A涂敷在包括感光图案200的第一基板210上。这里，使用工具对第一混和物的表面进行平坦化，从而第一混和物层235A可以具有均匀的厚度。

然后，如图4C所例示，透过选择性地在与感光图案200相对应的区域中具有透射部分的掩模240，将光(图中示为箭头)照射到其中印刷有感光图案200的区域。这里，光可固化单体253以感光图案为起点形成聚合物，并在感光图案200上形成第一聚合物壁231A。

然后，如图4D所例示，移除掩模，将光照射在包括第一聚合物壁231A在内的整个第一混和物层235A。这里，通过光固化使光可固化单体253聚合，从而形成连接第一聚合物壁231A的第一聚合物层232A。此外，从聚合物相离(phase-separate)出液晶，从而形成由第一聚合物壁231A和第一聚合物层232A隔离的第一液晶层230A。

如图5A到5C所例示，在涂敷了混和物层235A之后，可以在不使用掩模的情况下将光直接照射到混和物层235A的整个表面上。此外，在此情况下，所照射的光使得光可固化单体聚合，沿感光图案200形成第一聚合物壁231A，并形成连接第一聚合物壁231A的第一聚合物层232A。由此，使聚合物与液晶彼此相离，从而形成第一液晶层230A。然而，尽管在不使用掩模时可以使处理简化，但是在此情况下第一聚合物壁231A可能具有不希望的不显著形状，并具有与第一聚合物层232A的弯曲连接部分。

然而，可以将上述方法用作根据本发明的隔离第一液晶板的第一聚合物壁231A和第一聚合物层232A的形成方法。

在通过参照图4A到4D或图5A到5C所述的方法形成了第一液晶层之后，如图4E所例示，制备第二基板220，并将其与第一基板210按它们之间具有预定间隔的方式相接合。这里，可以通过密封图案(未示出)将第一基板210与第二基板220接合在一起，并且可以形成特殊的间隔体以保持第一基板210与第二基板220之间的间隔(即间隙)。此外，第二基板220可以是滤色器基板。

然后，如图4F所例示，将第二液晶层230B注入在第一基板210与第二基板220之间的间隙(其中已形成了第一液晶层230A)中，从而形成了第二液晶层230B。第一液晶层230A与第二液晶层230B的单元间隙是相同的，这两个单元间隙之和为d。

可以通过图4A到4D或图5A到5C所例示的方法来形成第二液晶层230B。

如图6A到6D所例示，在通过图4A到4D或图5A到5C所例示的方法形成的第一液晶层230A上印刷感光图案，并对其涂敷液晶251和光可固化单体253的第二混和物235B。然后，如图6B所例示，使用掩模240将光照射到感光图案200上，从而沿感光图案200形成第二聚合物壁231B。然后，将光照射到第二混和物235B的整个表面上，由此形成第二聚合物层232B，从而形成由第二聚合物壁231B和第二聚合物层232B隔离的第二液晶层230B。

另选地，可以按与图5A到5C所例示的方法相同的方法来形成第二聚合物壁231B和第二聚合物层232B，从而形成由它们隔离的第二液晶层。

如上所述，如图6D所例示，当形成了第二液晶层230B时，将第二基板220接合到第二聚合物层，从而制成了LCD装置。

当按这种方式形成第二聚合物壁231B时，有利地，可以略去用于保持单元间隙的间隔体。如上所述，沿单位像素的外边缘(例如，沿选通线和数据线)形成第一聚合物壁231A和第二聚合物壁231B，从而这些聚合物壁可以保持液晶层的单元间隙。

虽然在图中未示出，但是可以通过使用近晶A相聚合物来形成聚合物壁。

如至此已描述的，本发明提供了一种LCD装置及其制造方法，其可以通过形成双层单元间隙来改进液晶分子的响应时间。在本发明中，在保持液晶层的总单元间隙的情况下对液晶层进行分割，以使得液晶分子实际认识到的液晶单元间隙减小，由此改进了液晶分子的响应时间。

本发明的基本思想是通过对液晶层进行分割来减小液晶分子认识到的单元间隙。因此，不一定要如上所述地将液晶层分割成两层。即，本发明包括液晶层被分割成多个层的每种LCD装置，而无论对液晶分子的驱动方法如何。

根据本发明，通过对液晶层的单元间隙进行分割，改进了液晶分子的响应时间，从而提高了LCD装置的质量。

由于可以在不脱离本发明的精神或基本特征的情况下将本发明实现为数种形式，因此应当明白，上述多个实施例并不受限于以上描述中的任何细节，除非另外指出，否则应当将这些实施例广泛地解释为落在如所附权利要求所限定的本发明的精神和范围之内，因此所附权利要求旨在包括落在所附权利要求的界限和范围或者这种界限和范围的等同物内的所有修改和变型。

Claims (15)

1、一种液晶显示装置，其包括：

第一基板和第二基板；以及

形成在第一基板与第二基板之间的液晶层，所述液晶层分成至少两层。

2、根据权利要求1所述的液晶显示装置，其中，所述液晶层包括：

第一液晶层；以及

形成在第一液晶层上的第二液晶层。

3、根据权利要求2所述的液晶显示装置，其中，第一液晶层与第二液晶层具有相同的单元间隙。

4、根据权利要求2所述的液晶显示装置，其中，第一液晶层与第二液晶层之间的边界层由聚合物层形成。

5、根据权利要求1所述的液晶显示装置，其中，第一基板还包括：

沿第一方向排列的多条选通线；

与选通线垂直交叉以限定多个像素的多条数据线；

形成在选通线与数据线的各个交叉处的开关器件；以及

形成在像素区中的像素电极。

6、根据权利要求5所述的液晶显示装置，其中，第二基板还包括：

黑底；

形成在黑底上的滤色器；以及

形成在滤色器的整个表面上的公共电极。

7、根据权利要求1所述的液晶显示装置，其中，第一基板还包括：

沿第一方向排列的多条选通线；

与选通线垂直交叉以限定多个像素的多条数据线；

形成在选通线与数据线的各个交叉处的开关器件；以及

在各个像素内产生面内电场的公共电极和像素电极。

8、根据权利要求7所述的液晶显示装置，其中，第二基板还包括：

黑底；以及

形成在黑底上的滤色器。

9、根据权利要求1所述的液晶显示装置，还包括分别形成在第一基板和第二基板的相对表面上的第一配向层和第二配向层。

10、一种液晶显示装置的制造方法，该制造方法包括以下步骤：

制备第一基板和第二基板；

在第一基板上形成第一配向层；

在第一配向层上形成多个感光图案；

在包括所述感光图案的第一配向层上涂敷液晶与光可固化单体的混和物；

形成由通过使所述光可固化单体聚合而形成的多个聚合物壁和聚合物层隔离的第一液晶层；

在第一液晶层上形成第二液晶层；以及

将第一基板与第二基板接合在一起。

11、根据权利要求10所述的制造方法，其中，形成第一液晶层的步骤包括以下步骤：

向所述混和物照射光；

由所述光可固化单体沿着所述感光图案形成多个聚合物壁；以及

形成连接所述多个聚合物壁的聚合物层。

12、根据权利要求10所述的制造方法，其中，形成所述液晶层的步骤包括以下步骤：

在所述混和物的上方对准一掩模以暴露所述感光图案；

通过所述掩模对所述感光图案进行曝光，从而沿着所述感光图案形成多个聚合物壁；以及

通过向形成了所述多个聚合物壁的所述混和物照射光，从而形成连接所述多个聚合物壁的聚合物层。

13、根据权利要求10所述的制造方法，其中，形成第二液晶层的步骤包括以下步骤：

向所述液晶层上的混和物照射光；

由所述光可固化单体沿着所述感光图案形成多个聚合物壁；以及形成连接所述多个聚合物壁的聚合物层。

14、根据权利要求10所述的制造方法，其中，形成第二液晶层的步骤包括以下步骤：

在所述混和物的上方对准一掩模，以暴露所述感光图案；

通过向所述感光图案照射第一光，沿所述感光图案形成多个聚合物壁；以及

通过向形成了所述多个聚合物壁的所述混和物照射第二光，形成连接所述多个聚合物壁的聚合物层。

15、一种液晶显示装置的制造方法，该制造方法包括以下步骤：

制备第一基板和第二基板；

在第一基板上形成第一配向层；

在第一配向层上形成感光图案；

在包括所述感光图案的第一配向层上涂敷液晶与光可固化单体的混和物；

形成由通过使所述光可固化单体聚合而形成的多个聚合物壁和聚合物层隔离的第一液晶层；

将第一基板与第二基板接合在一起；以及

在第一基板与第二基板之间注入第二液晶层。

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