DE3888465T2 - Flüssigkristallsubstrat mit aktiver Matrix. - Google Patents
Flüssigkristallsubstrat mit aktiver Matrix.Info
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Description
- Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein aktives Matrix-Substrat, wie es für eine Flüssigkristall-Anzeigeeinrichtung verwendet werden kann, auf der eine Schaltmatrix unter Verwendung von Dünnfilm-Transistoren gebildet wird, um einzelne Bildelemente anzutreiben.
- Die Flüssigkristall-Anzeigeeinrichtung, die Bildelemente in einer Matrixform angeordnet hat, wie in Figur 21 schematisch gezeigt ist, wird in weitem Umfang verwendet. Insbesondere das Flüssigkristall-Anzeigefeld wird in großem Umfang als Anzeigeeinrichtung für einen elektronischen Apparat wie einen Personalcomputer vom lap-top-Typ oder dergleichen verwendet.
- In einer neuartigen Flüssigkristall-Anzeigeeinrichtung wird ein sogenanntes aktives Matrix-Substrat verwendet, auf dem eine Anzahl von dünnen Filmtransistoren in einer Matrixform gebildet wird. Wie in Figur 22 schematisch gezeigt wird, schaltet jeder Dünnfilm-Transistor auf die entsprechende transparente Elektrode PE für ein Bildelement um, wenn er durch beide, die Gate- und die Quellenbusleitungen GBL und SBL, dazu bestimmt wird.
- Figur 23 zeigt eine Querschnittsansicht entlang der Linie A-A der Figur 22.
- Ein Isolierfilm 1a wird auf einem Glas-Substrat 1 gebildet und eine Gateelektrode 3 wird zusammen mit der Gatebusleitung GBL auf dem Isolierfilm 1a durch Ätzen des Ta-Films gebildet.
- Diese Gateelektrode 3 und die Gatebusleitung GBL sind mit einem anodischen Oxidfilm 4 aus Ta&sub2;O&sub5; bedeckt und ein Gateisolator 5 aus SINx wird derartig gebildet, daß er vollständig den vorhergehenden Isolierfilm 1a bedeckt, einschließlich den anodischen Oxidfilm 4. Auf der Fläche des Gateisolators, die den anodischen Oxidfilm 4 bedeckt, wird ein Dünnfilm-Transistor TFT gebildet, um eine transparente Elektrode 6 für jedes der Bildelemente, die auf dem Gateisolator 5 gebildet werden, einzuschalten. Der Dünnfilm-Transistor TFT wird derartig gebildet, daß er eine Abzugselektrode 7, verbunden mit der Bildelementelektrode 6, eine Quellenelektrode 8, verbunden mit der Quellenbusleitung SBL und einen Halbleiterfilm 9 aus amorphem Silicium (a-Si), der oberhalb der Gateelektrode 3 gebildet wird, aufweist.
- Dieser Halbleiterfilm 9 ist mit der Abzugselektrode 7 durch einen Film 10 aus amorphem Silicium verbunden und mit einem Schutzfilm 11 bedeckt.
- Gemäß dieser Struktur, wird der TFT durch Anlegen einer vorbestimmtenSpannung an die Gateelektrode 3 durch die Gatebusleitung GBL eingeschaltet und dadurch wird eine Spannung, die auf die Quellenbuslinie SBL angelegt wird, auf die Bildelementelektrode 6 durch den a-Si-Halbleiterfilm 9 angelegt.
- Die Gatebusleitung GBL und die Quellenbuslinie SBL sind an ihrem Überkreuzungsbereich durch eine a-Si (i)/a-Si (n*)- Schicht 12 voneinander isoliert und mit einer das Ätzen beendenden Schicht 13 bedeckt.
- In einer derartigen Struktur des aktiven Matrix-Substrats werden, wenn eine Gatebusleitung oder eine Quellenbusleitung unterbrochen ist, alle Bildelementelektroden, die entlang der zerstörten Busleitung angeordnet sind, inaktiv, und bewirken einen Leitungsdefekt eines aufzuzeigenden Bildes. Ebenso wird das entsprechende Bildelement inaktiv, wenn ein TFT zerstört ist.
- Gebräuchlicherweise wurden verschiedene Anstrengungen in Hinblick auf das Herstellungsverfahren gemacht, um diese Nachteile zu vermeiden. Es ist jedoch unmöglich, sie nur durch Verbesserung des Herstellungsverfahrens vollständig zu vermeiden.
- Aus EP-A-0 209 113 ist eine Flüssigkristalle-Anzeigeeinrichtung bekannt, in welcher Redundanz in den Quellen- und Gate- leitungen, die die Bildelementelektroden antreiben, bereitgestellt wird. Jede Leitung umfaßt zwei leitfähige Schichten, die im Fall der Quellenleitung sandwichartig einen engen Isolationsstreifen umfassen. Die zwei leitfähigen Schichten bilden einen Kontakt entlang der Ecken des Isolationsstreifens.
- EP-A-0 200 138 und JP-A-61-249 078 offenbaren andererseits Anzeigeeinrichtungs-Substrate, in denen Redundanz durch zwei oder mehrere Transisitoren zum Umschalten jedes Bildelements bereitgestellt werden.
- Eine der Aufgaben der vorliegenden Erfindung ist es, eine Struktur eines aktiven Matrix-Substrats für eine Flüssigkristall-Anzeigeeinrichtung bereitzustellen, die befähigt ist, mögliche Bilddefekte wie Leitungsdefekte, Bildelementdefekte und degleichen zu minimieren.
- Eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Struktur des aktiven Matrix-Substrats bereitzustellen, die fähig ist, mögliche Leitungsdefekte, die durch Busleitungsunterbrechungen verursacht werden, zu verhindern.
- Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Struktur des aktiven Matrix-Substrats bereitzustellen, die fähig ist, mögliche Bildelementdefekte, die durch nichtfunktionierende TFTs verursacht werden, zu verhindern.
- Die Erfindung stellt ein aktives Matrix-Anzeigeeinrichtungs- Substrat bereit, umfassend eine Anordnung von Bildelement- Elektroden, eine entsprechende Schaltvorrichtung, die jeder Bildelement-Elektrode beigeordnet ist, eine Vielzahl von parallelen Quellenleitungen und eine Vielzahl von parallelen Gateleitungen, die sich in einer Richtung quer über die genannten Quellenleitungen erstrecken und davon isoliert sind, wobei jede Schaltvorrichtung seine beigeordnete Bildelementelektrode durch die Anwendung von Signalen auf ein gegebenes Quellenleitungs/Gateleitungs-Paar, das mit der Schaltvorrichtung verbunden ist, zur Aktivierung befähigt, worin jede der Quellenleitungen und jede der Gateleitungen eine Doppelschicht-Struktur an den Leitungsteilen aufweist, die sich entlang der Länge der Leitung zwischen den Quellenleitungs/- Gateleitungs-Überkreuzungsbereichen erstreckt, wobei die Doppelschicht-Struktur zwei leitende schichten umfaßt, die sich einander überlagern und elektrisch verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß jede Gateleitung Nebenschlußleitungs-Bereiche umfaßt, die die Gateleitung zwischen den Überkreuzungsbereichen überbrücken und jede Quellenleitung Quellen-Nebenschlußleitungs-Bereiche umfaßt, die die Quellenleitung an den Überkreuzungsbereichen überbrücken.
- Die vorliegende Erfindung wird besser verständlich, wenn eine bevorzugte Ausführungsform derselben mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen ausführlich beschrieben wird, in denen:
- Figur 1 eine erläuternde, vergrößerte Draufsicht eines Teils des aktiven Matrix-Anzeigeeinrichtungs-Substrats gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt;
- Figur 2 eine erläuternde, vergrößerte Draufsicht zum Aufzeigen der ersten Stufe des Herstellungsverfahrens des aktiven Anzeigeeinrichtungs-Substrats ist;
- Figur 3 ein schematischer Querschnitt entlang der Linie III- III der Figur 2 ist;
- Figur 4 eine erläuternde, vergrößerte Draufsicht zum Aufzeigen der zweiten Stufe des Herstellungsverfahrens ist;
- Figur 5 ein schematischer Querschnitt entlang der Linie IV-IV der Figur 4 ist;
- Figur 6 eine erläuternde, vergrößerte Draufsicht zum Aufzeigen der dritten Stufe des Herstellungsverfahrens ist;
- Figur 7 ein schematischer Querschnitt entlang der Linie V-V der Figur 6 ist;
- Figur 8 ein schematischer Querschnitt entlang der Linie V-V der Figur 6 ist, der das Ergebnis aufzeigt, das bei der Durchführung der dritten Stufe erhalten wurde;
- Figur 9 eine erläuternde, vergrößerte Draufsicht zum Aufzeigen der vierten Stufe des Herstellungsverfahrens ist;
- Figur 10 ein schematischer Querschnitt entlang der Linie VI- VI der Figur 9 ist;
- Figur 11 ein schematischer Querschnitt entlang der Linie VI-VI der Figur 9 ist, der das Ergebnis aufzeigt, das bei der Durchführung der vierten Stufe erhalten wurde;
- Figur 12 eine erläuternde, vergrößerte Draufsicht zum Aufzeigen der fünften Stufe des Herstellungsverfahrens ist;
- Figur 13 ein schematischer Querschnitt entlang der Linie VII-VII der Figur 12 ist;
- Figur 14 eine erläuternde, vergrößerte Draufsicht zum Aufzeigen der sechsten Stufe des Herstellungsverfahrens ist;
- Figur 15 ein schematischer Querschnitt entlang der Linie VIII-VIII der Figur 14 ist;
- Figur 16 ein schematischer Querschnitt entlang der Linie VIII-VIII der Figur 14 ist; zum Aufzeigen des während der Durchführung der sechsten Stufe erhaltenen Ergebnisses;
- Figur 17 eine erläuternde, vergrößerte Draufsicht zum Aufzeigen der siebten Stufe des Herstellungsverfahrens ist;
- Figur 18 ein schematischer Querschnitt entlang der Linie IX-IX der Figur 17 ist;
- Figur 19 ein schematischer Querschnitt entlang der Linie IX-IX der Figur 17 ist; zum Aufzeigen des während der Durchführung der siebten Stufe erhaltenen Ergebnisses;
- Figur 20 ein schematischer Querschnitt entlang der Linie II-II der Figur 1 ist;
- Figur 21 eine schematische Draufsicht ist, die ein aktives Matrix-Substrat zeigt;
- Figur 22 eine schematische, vergrößerte Draufsicht ist, die einen Teil eines gebräuchlichen aktiven Matrix-Substrats zeigt und
- Figur 23 ein schematischer Querschnitt entlang der Linie A-A der Figur 22 ist.
- Figur 1 zeigt eine erläuternde, vergrößerte Draufsicht eines Teils des aktiven Matrix-Anzeigeeinrichtungs-Substrats gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
- Wie in Figur 1 gezeigt wird, werden eine Gatebusleitung 21 und eine Quellenbusleitung 25 derartig gebildet, daß sie sich in rechten Winkeln kreuzen. Eine transparente Bildelementelektrode 30 wird in jeder Quadratfläche, die durch zwei benachbarte Bus leitungen und zwei benachbarte Quellenbusleitungen definiert ist, gebildet. Jede Bildelementelektrode 30 wird an die Quellenbusleitung 25 durch zwei Dünnfilm-Transistoren (TFTs) 31 und 32 an- oder ausgeschaltet.
- Diese zwei Dünnfilm-Transistoren (TFTs) 31 und 32 sind parallel auf einer Gateelektrode 33 angeordnet, die derartig ausgebildet ist, daß sie sich parallel zur Quellenbusleitung 25 auf einer Fläche erstreckt, die zwischen derselben und der Bildelementelektrode 30 definiert ist.
- In der vorliegenden bevorzugten Ausführungsform sind verschiedene Redundanz-Strukturen für die Gatebusleitung 21, die Quellenbusleitung 25 und die Schalter-Struktur für jede Bildelementelektrode 30 bereitgestellt.
- In Hinblick auf die Gatebusleitung 21 ist eine Nebenschlußbusleitung 22 an jeder Bildelementelektrode 30 bereitgestellt, die sich parallel zur Gatebusleitung 21 erstreckt und vor dem überkreuzungsbereich 24 mit der Quellenbusleitung 25 endet.
- Weiterhin ist der Teil der Gatebusleitung 21, der sich parallel zur Nebenschlußbusleitung 22 befindet sowie der letztere, als eine Doppelschichttruktur ausgebildet, wie später erläutert werden wird.
- Hinsichtlich der Quellenbusleitung 25 wird eine Nebenschlußbusleitung 26 gebildet, die im Nebenschluß ihren Überkreuzungsbereich passiert, wobei die Gatebusleitung 21 im Überkreuzungsbereich 24 und ihrem verbleibenden Teil ausgebildet ist, es sei denn, daß der Überkreuzungsbereich als Doppelschichtstruktur ausgebildet ist.
- Bezüglich der Schaltungsstruktur für jede Bildelementelek trode 30, wird jede Gateelektrode 33 parallel zu beiden, der Quellenbusleitung 25 und der Seite der Bildelementelektrode 30 gedehnt, und zwei TFT's 31 und 32 werden parallel auf der Gateelektode 33 gebildet, welche befähigt sind die Bildelementelektrode 30 zur Quellenbusleitung 25 hin, wie vorstehend erwähnt, ein- und auszuschalten.
- Nachstehend werden diese Redundanz-Strukturen zusammen mit dem Herstellungsverfahren des aktiven Struktur-Substrats genauer erklärt.
- Zuerst wird wie in Figur 3 gezeigt ein Dünnfilm aus Tantal (Ta) mit einer Dicke von 500 bis 5000 Å auf einer Oberfläche eines isolierten Glas-Substrats 50 abgeschieden.
- Dann werden wie in den Figuren 2 und 3 als gekreuzt-schraffierte Flächen angegeben, einzelne Muster, die der Gatebusleitung 21, ihrer Nebenschlußbusleitung 22, der Quellenbusleitung 25 und der Gateelektrode 33 entsprechen, durch Photoätzen des Tantalfilms gebildet. Die Nebenschlußbusleitung 22 wird parallel zur Gatebusleitung 21 ausgebildet und sie endet vor dem Überkreuzungsbereich 24, um mögliche Kriech- und Streukapazität zwischen den zwei Bus leitungen 21 und 25 nicht zu erhöhen.
- In dieser Stufe wird das Muster zur Bildung der Quellenbusleitung 25 in abgetrennter Form gebildet und jedes Ende 25b eines Einheitsmusters 25a wird derartig gebildet, daß es sich parallel zur Gatebusleitung 21 erstreckt.
- Die Gateelektrode 33 wird in gedehnter Form parallel zu der Quellenbusleitung 25 auf dem Weg gebildet, auf dem zwei gedehnte Anteile 33a und 33b, entsprechend zwei TFT's 31 und 32, gebildet werden.
- Das verbundenen Muster (gekreuzt-schraffierte Fläche in Figur 4) der Gatebusleitung 21, die Nebenschlußbusleitung 22 und die Gateelektrode 33 wird durch das anodische Oxidationsverfahren oxidiert, um eine dünne Isolierungsschicht 41 aus Ta&sub2;O&sub5; mit einer Dicke von 500 bis 5000 Å, wie in den Figuren 4 und 5 gezeigt ist, zu bilden.
- In dieser Stufe werden ein Gateisolator 42 aus SiNx mit einer Dicke von 500 bis 5000 Å, eine Halbleiterschicht 43 aus a-Si mit einer Dicke von 50 bis 4000 Å und eine das Ätzen beendende Schicht 44 mit einer Dicke von 300 bis 5000 Å stapelweise aufeinanderfolgend durch das PCVD-Verfahren, wie in Figur 7 gezeigt ist, gebildet.
- Danach wird die alleroberste Schicht 44 mittels Photolithographie unter Bildung von Insel-Bereichen 45a, 45b, 46a und 46b als Ätzsperren entwickelt wie in der Figur 6 gezeigt ist und wie es durch die gekreuzt-schraffierten Flächen teilweise in Figur 8 angegeben ist.
- Die Inselbereiche 45a und 45b entsprechen den zu bildenden TFTs 31 und 32 und die zwei anderen Inselbereiche 46a und 46b werden zum Bedecken des Überkreuzungsbereichs der Gatebusleitung 21 mit der Quellenbusleitung 25 und deren Nebenschlußbusleitung 26 bereitgestellt.
- Anschließend wird eine Dünnschicht 47 aus a-Si(n&spplus;) mit einer Dicke von 200 bis 2000 Å mittels des PCVD-Verfahrens, wie in Figur 10 gezeigt ist, gebildet. Dann wird die Schicht 47 zusammen mit der Schicht 43 aus a-Si(i) durch Photolithographie entwickelt, um so Insel-Muster 48a, 48b, 49a und 49b zu bilden, die die jeweiligen Inselbereiche 45a, 45b, 46a und 46b, wie durch die gekreuzt-schraffierten Flächen in Figur 9 gezeigt wird, zu bedecken.
- Jedes dieser Inselbereiche besteht aus Doppelschichten 47 und 43 aus a-Si (n&spplus;) und a-Si(i), wie es in der Figur 11 gezeigt wird.
- Wie in der Figur 12 gezeigt wird, wird ein Durchkontaktloch- Paar 53 an jedem Teil der Gatebusleitung 21 gelocht, von dem aus die Nebenschlußbusleitung 22 gebildet wird. ebenso wird ein Durchkontaktloch-Paar 54 an jeder Endecke des Einheitsmusters 25a gelocht, um die Quellenbusleitung zu bilden.
- Jedes dieser Durchkontaktlöcher 53 und 54 wird durch Photoätzen der Isolierschicht 42 aus SiNx gebildet.
- Jedes Durchkontaktloch-Paar ergibt eine Art Redundanz-Struktur für das Durchkontaktloch.
- Anschließend wird eine Schicht 55 aus Titan mit einer Dicke von 500 bis 5000 Å durch Zerstäuben abgeschieden, um so die gesamte Fläche, wie in Figur 15 gezeigt wird, abzudecken.
- Dann wird die Schicht 55 aus Ti entfernt, ausgenommen der gekreuzt-schraffierten Flächen, wie in Figur 14 gezeigt wird.
- Bei diesem verfahren werden zwei parallele Leitungen 56a und 56b gebildet, um so die zwei gegenüberliegenden Endteile 25b des Einheitsmusters 25a für die Quellenbusleitung 25 zu verbinden. Mit anderen Worten verbindet die erste Leitung 56a zwei benachbarte Einheitsmuster 25a, um die Quellenbusleitung 25 zu bilden und die zweite Leitung 56b bildet die Nebenschlußbusleitung 26 im Überkreuzungsbereich 24.
- Es werden auch Quellenelektrode 31g und 32 g und Drainelektroden 31d und 32d der jeweiligen TFTs 31 und 32 gebildet.
- Weiterhin werden die Ti-Schichten, die auf der Quellenbusleitung 21 gebildet werden, und die Quellenbusleitung 25 durch die Durchkontaktlöcher 53 und 54 zu den Teilen des Ta-Films, die in der ersten Stufe gebildet wurden, elektrisch verbunden, wie in der Figur 16 (für die Quellenbusleitung) gezeigt wird.
- So wird der Teil der Quellenbusleitung 21, der zwischen zwei Durchkontakt-Paaren 53 definiert ist, verdoppelt und ebenso der Teil des Einheitsmusters 25a für die Quellenbusleitung 25, der zwischen zwei Durchkontaktloch-Paaren 54 definiert ist, verdoppelt.
- Die doppelte Busleitungs-Struktur ergibt eine Art Redundanz- Struktur für jede der Gate- und Quellenbusleitung 21 und 25.
- Anschließend wird Indium-Zinnoxid (ITO) über der gesamten Fläche des Substrats abgeschieden, um einen Dünnfilm 57 mit einer Dicke von 300 bis 3000 Å, wie in Figur 18 gezeigt wird, zu bilden.
- Dann wird, wie durch die gekreuzt-schraffierten Flächen in Figur 17 gezeigt ist, der ITO-Film 57 photogeätzt, um einzelne Bildelementelektroden 30 zu bilden. Teile des ITO-Films 57, die auf den jeweiligen Busleitungen 21 und 25 zurückbleiben, tragen zum Vermeiden möglicher Unterbrechungen des Busleitungen bei, die während des Musterbildungsverfahrens in der sechsten Stufe verursacht werden könnten.
- Figur 20 zeigt eine Struktur von Schichten, die als Querschnitt entlang der Linie II-II der Figur 1 dargestellt werden.
- Wie vorstehend bereits diskutiert, werden verschiedenen Redundanz-Strukturen bereitgestellt, um mögliche Bilddefekte, die durch Unterbrechungen in den Busleitungen und durch nicht- funktionierende Transistoren verursacht werden, zu vermeiden.
- Somit ermöglicht es die vorstehende Erfindung, ein aktives Matrix-Substrat bereitzustellen, das bei seinem Betrieb stabil ist.
- Die hierin beschriebenen, bevorzugten Ausführungsformen dienen als Beispiele und sind nicht einschränkend; der Bereich der Erfindung wird durch die beigefügten Ansprüche abgedeckt und alle Abänderungen, die im Sinne der Ansprüche sind, sollen hierin eingeschlossen werden.
Claims (6)
1. Aktives Matrix-Anzeigeeinrichtungs-Substrat, umfassend
eine Anordnung von Bildelement-Elektroden (30), eine
entsprechende Schaltvorrichtung (31, 32), die jeder
Bildelement-Elektrode beigeordnet ist, eine Vielzahl von
parallelen Quellenleitungen (25) und eine Vielzahl von
parallelen Gateleitungen (21), die sich in einer Richtung
quer über die genannten Quellenleitungen erstrecken und
davon isoliert sind, wobei jede Schaltvorrichtung seine
beigeordnete Bildelementelektrode durch die Anwendung von
Signalen auf ein gegebenes Quellenleitungs/Gateleitungs-
Paar, das mit der Schaltvorrichtung verbunden ist, zur
Aktivierung befähigt, worin jede der Quellenleitungen
(25) und jede der Gateleitungen (21), eine Doppelschicht-
Struktur an den Leitungsteilen aufweist, die sich entlang
der Länge der Leitung zwischen den
Quellenleitungs/Gateleitungs-Überkreuzungsbereichen (24) erstreckt, wobei die
Doppelschicht-Struktur zwei leitende Schichten (25, 55;
21, 55) umfaßt, die sich einander überlagern und
elektrisch verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß jede
Gateleitung (21) Nebenschlußleitungs-Bereiche (22)
umfaßt, die die Gateleitung zwischen den
Überkreuzungsbereichen (24) überbrücken und jede Quellenleitung (25)
Quellen-Nebenschlußleitungs-Bereiche (26) umfaßt, die die
Quellenleitung an den Überkreuzungsbereichen (24)
überbrücken.
2. Aktives Matrix-Anzeigeeinrichtungs-Substrat nach Anspruch
1, worin die zwei leitenden Schichten (25, 55; 21, 55)
jedes Leitungsbereichs durch
Durchkontaktloch-Verbindun-TEXT FEHLT
3. Aktives Matrix-Anzeigeeinrichtungs-Substrat nach Anspruch
2, worin die Durchkontaktloch-Verbindung ein
Durchkontaktloch-Paar (53; 54) umfaßt, das in der Isolierschicht
(41, 42; 42) an jedem Ende der Leitungsbereiche (21; 25)
ausgebildet ist.
4. Aktives Matrix-Anzeigeeinrichtungs-Substrat nach einem
der Ansprüche 1 bis 3, worin die
Nebenschluß-Gateleitungs-Bereiche (22) diese Doppelschicht-Struktur
aufweisen.
5. Aktives Matrix-Anzeigeeinrichtungs-Substrat nach einem
der vorhergehenden Ansprüche, worin Bereiche einer ITO-
Filmschicht (57), die zur Bildung der
Bildelement-Elektroden abgeschieden wurden, eine der leitenden Schichten
(55) der Gate- und Quellenleitungsbereiche bedecken.
6. Aktives Matrix-Anzeigeeinrichtungs-Substrat nach einem
der vorhergehenden Ansprüche, worin die Schaltvorrichtung
zwei Dünnfilm-Transistoren (31, 32) umfaßt, die parallel
zu dem beigeordneten Quellenleitungs/Gateleitungs-Paar
geschaltet sind.
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