JP2005196176A - 液晶表示装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】回位(disclination)を防止して開口率を向上させることができる液晶表示装置を提供する。
【解決手段】本発明の液晶表示装置は、画素領域を反射領域と透過領域に区切り、透過領域に電界誘導窓が形成され、画素領域に画素電極が形成され、反射領域と前記透過領域との境界に所定の段差部が形成された第1基板と、第1基板と対向されて配置され、電界誘導窓から所定距離に置かれ誘電体突起が形成された第2基板と、第1基板と第2基板との間に挿入された液晶層を含む。
【選択図】 図3

Description

本発明は液晶表示装置に関し、特に回位(disclination)を防止して開口率を向上させることができる液晶表示装置に関する。
液晶表示装置(Liquid Crystal Display Device)は低電圧駆動、低消費電力、軽薄短小、フルカラー具現等の長所を有する。これによって、液晶表示装置は、時計及び電卓の表示窓、コンピューターのモニター、テレビセット用モニター、TV及び端末機用ディスプレーとして頻繁に用いられている。
TN(Twisted Nematic)モード液晶表示装置は光視野角(viewing angle)が狭いという問題点がある。これによって、最近はこのような光視野角を広げることができる技術等が研究されている。光視野角を広げることができる技術ではIPS(In Plane Switching)モード液晶表示装置とVA(Vertical Alignment)モード液晶表示装置がある。
IPSモード液晶表示装置は、TFT基板上に画素電極と共通電極を形成することで光視野角を広げる。この時、液晶は横方向の横電界によって駆動される。しかし、このようなIPSモード液晶表示装置はその構造特性上開口率が低くなる問題点があった。
一方、VAモード液晶表示装置は負(−)の誘電率異方性を持つネガティブ型液晶を利用する。すなわち、電圧が印加されない状態では液晶分子の長軸方向が配向膜(alignment layer)平面に垂直に配列し、電圧が印加されれば液晶分子が配向膜平面に平行に配列する性質を利用して、光の透過度を調節することで画像を表示する。
このようなVAモード液晶表示装置では、基板上に補助電極、電界誘導窓(electric field guide window)及び誘電体突起(dielectric rib)を形成して液晶層に印加される電界を歪曲させ、このように歪曲された電界によって液晶分子の方向子を望む方向に配向させることで、光視野角を広げることができる。
図1は従来のVAモード液晶表示装置の単位画素の平面図で、図2は図1のI-I'ラインの断面図である。図1及び図2で、従来のVAモード液晶表示装置は、第1及び第2基板(1、2)、第1基板(1)上に縦横に形成されて画素領域を定義するゲートライン(7)及びデータライン(9)と、前記画素領域に形成された電界誘導窓(electric field guide window、14)によって多数個に分離した画素電極(13)と、前記ゲートライン(7)と同一層に形成された補助電極(11)と、前記ゲートライン(7)を含んだ前記第1基板(1)上に形成されたゲート絶縁膜(gate insulating layer、3)と、前記データライン(9)を含む前記ゲート絶縁膜(3)上に形成された保護層(passivation layer、5)と、前記第2基板(2)上に形成されるブラックマトリックス(black matrix)層(4)と、前記ブラックマトリックス(4)を含む前記第2基板(2)上に形成されたカラーフィルター層(6)と、前記カラーフィルター層(6)上に形成された共通電極(8)と、前記共通電極(8)上に形成された誘電体突起(dielectric rib、10)と、前記第1基板(1)と第2基板(2)の間に挿入された液晶層(20)と、前記画素電極(13)を含む保護層(5)上に形成された第1配向膜(15)と、前記共通電極(8)上に形成された第2配向膜(12)とを具備する。
この時、前記第1配向膜(15)及び前記第2配向膜(12)をポリアミド(polyamide)又はポリイミド(polyimide)界化合物、PVA(polyvinylalcohol)、ポリアミック酸(polyamic acid)等の物質を利用して配向処理することができる。この時、前記第1配向膜(15)又は前記第2配向膜(12)のうちの一つの配向膜には、多数の方向に配向処理されたマルチドメインを形成することができる。このようにマルチドメインで配向処理された液晶表示装置をMVA(Multi-domain Vertical Alignment)モード液晶表示装置と言う。以下で説明されるVAモード液晶表示装置はMVAモード液晶表示装置を意味する。
このような従来のVAモード液晶表示装置においては、第1基板(1)上に形成された画素電極(13)と第2基板(2)上に形成された共通電極(8)に電場が形成される時、電界誘導窓(14)及び誘電体突起(10)によってフリンジフィールド(fringe field)が形成され、液晶分子が前記フリンジフィールドによってお互いに相違するように配向されることで、視野角を補償する。この時、前記第1基板(1)上に形成された補助電極(11)に印加された電圧によって前記液晶分子の配向角度や方向を制御することができる。
しかし、従来のVAモード液晶表示装置では電界誘導窓(14)又は誘電体突起(10)で回位(disclination)が発生するようになる。これによって、回位が発生した部分では望む画像が表示されなくなって画質品位を落とす問題点があった。
又、従来のVAモード液晶表示装置では、電界誘導窓(14)と誘電体突起(10)の間の間隔が狭い(おおよそ25μm)ために開口率が悪くなり、安定的なテクスチャ(texture)を得難い問題点があった。
本発明は、反射領域と透過領域のセルギャップ差による段差を利用して回位を防止し、開口率を向上させることができる液晶表示装置を提供することを目的とする。
前記目的を果たすための本発明の望ましい一実施例によれば、液晶表示装置は、ゲートラインとデータラインによって画素領域が定義され、前記画素領域を反射領域と透過領域に区切り、前記透過領域に電界誘導窓が形成され、前記画素領域に画素電極が形成され、前記反射領域と前記透過領域の境界に所定の段差部が形成された第1基板と、前記第1基板と対向されて配置され、前記電界誘導窓から所定距離に間隔を置いて誘電体突起が形成された第2基板と、前記第1及び第2基板の間に挿入された液晶層とを含む。
前記電界誘導窓を前記透過領域の中心部分に形成することができる。
前記透過領域でのセルギャップは前記反射領域でのセルギャップより大きいことが望ましい。
前記段差部を前記反射領域に対応する画素電極の下部に形成された段差層によって形成することができる。
前記段差層を前記画素領域当たり少なくとも2個以上形成することができる。
前記段差層を前記電界誘導窓の左右に対称的に形成することができる。
前記電界誘導窓によって前記画素電極を2部分以上に分離することができる。
前記反射領域に対応する画素電極の上及び前記反射領域と前記透過領域の間の境界面には反射板を形成することができる。
前記誘電体突起は前記電界誘導窓からおおよそ30−70μmであることが望ましい。このように誘電体突起と電界誘導窓の間の距離を広く形成することで、開口率を向上することができる。
前記誘電体突起を前記反射領域に形成された画素電極に対応するように形成することができる。
お互いに相違している方向に配向された多数のドメイン等を持つ第1及び第2配向膜を前記第1基板及び前記第2基板のそれぞれに形成することができる。
前記画素領域には一つの透過領域と少なくとも2個以上の反射領域を区画することができる。
前記段差部で発生されたフリンジフィールドは前記電界誘導窓と前記段差部の間に発生されたフリンジフィールドを等しい方向に誘導して、液晶等の方向が両フリンジフィールド領域で等しくなる。
前記段差部で発生されたフリンジフィールドは前記段差部と前記誘電体突起の間に発生されたフリンジフィールドを等しい方向に誘導して、液晶等の方向が両フリンジフィールド領域で等しくなる。
前記電界誘導窓で発生されたフリンジフィールドは前記電界誘導窓と前記誘電体突起の間に発生されたフリンジフィールドを等しい方向に誘導して、液晶等の方向が両フリンジフィールド領域で等しくなる。
本発明によれば、電界誘導窓が形成された透過領域と誘電体突起が形成された反射領域の間の境界に段差部を形成することで、段差部で形成されたフリンジフィールドを利用して回位が発生することを防止できる。
さらに本発明によれば、電界誘導窓と誘電体突起との間の間隔を広く形成することで、開口率を向上させることができる。
さらに本発明によれば、フリーチルトを持つようになってより安定的なテクスチャを具現することができる。
以下、添付された図面を参照して本発明の望ましい実施例を説明する。
本発明は、回位の発生だけではなく開口率悪化による画質低下の問題を解決するためのものとして、光透過液晶表示装置に使われる反射領域と透過領域を利用する。
図3は本発明の望ましい一実施例によるVAモード液晶表示素子の単位画素の平面図で、図4は図3のII-II'の断面図である。
図3及び図4で、本発明のVAモード液晶表示装置は、ゲートライン(107)とデータライン(109)によって画素領域が定義され、前記画素領域を光を反射させる反射領域(r)と光を透過させる透過領域(t)に区切り、前記透過領域(t)に電界誘導窓(114)が形成され、前記画素領域に画素電極(113)が形成され、そして前記反射領域(r)と前記透過領域(t)との境界に所定の段差部が形成された第1基板(101)と、前記第1基板(101)と対向されて配置され、前記電界誘導窓(114)から所定距離に間隔を置いた誘電体突起(110)が形成された第2基板(102)と、前記第1及び第2基板(101、102)の間に挿入された液晶層(120)を具備する。
前記第1基板(101)上にはゲートライン(107)と薄膜トランジスターを構成するゲート電極(未図示)が形成され、前記ゲートライン(107)を含んだ前記第1基板(101)上にゲート絶縁膜(gate insulating layer、103)が形成される。前記ゲート絶縁膜(103)上にデータライン(109)と前記薄膜トランジスターを構成するソース/ドレーン電極(未図示)が形成され、前記データライン(109)を含む前記第1基板(101)上に保護層(passivation layer、105)が形成される。ここで、前記薄膜トランジスターをゲート電極、ソース/ドレーン電極及び活性層(active layer, 未図示)で構成することができる。前記ゲート絶縁膜(103)とペシベイション膜(105)をBCB(BenzoCycloButene)、アクリル樹脂(acrylic resin)、ポリアミド(polyamide)化合物、 SiNx、又はSiOx等の物質で形成することが望ましい。ここまでの説明は一般的に広く公知されたことがある。
本発明は、前に説明したように、反射領域(r)と透過領域(t)との間の境界に所定の段差部(G)が形成される。すなわち、前記段差部(G)を前記電界誘導窓(114)の左右に対称的に形成することができる。言い換えれば、前記電界誘導窓(114)が存在すれば、前記電界誘導窓(114)の周辺で2個の段差部(G)を対称的に形成することができる。このように段差部(G)を形成することは電界誘導窓(114)と誘電体突起(110)でそれぞれ発生する回位(disclination)を防止するためである。
このような段差部(G)を形成するために、反射領域(r)に対応する前記保護層(105)上に前記段差部(G)の厚さと等しい段差層(118)を形成する。この時、透過領域(t)に対応する前記保護層(105)上には段差層(118)が形成されない。これによって、透過領域(t)と反射領域(r)の間の境界で前記段差部(G)を形成することができる。故に、前記段差部(G)の厚さは前記段差層(118)の厚さと等しくなる。
この時、前記段差層(118)を画素領域当たり少なくとも2個以上形成することができる。そして、このような段差層(118)は反射領域(r)に対応するようになる。従って、一つの画素領域には一つの透過領域(t)と少なくとも2個以上の反射領域(r)に区画することができる。
前記段差層(118)を含んだ前記第1基板(101)上に画素電極(113)を形成する。この時、前記画素電極(113)が前記段差層(118)を完全に覆って透過領域(t)の中心部分まで延長形成される。この時、画素電極(113)は前記電界誘導窓(114)によって分離するようになる。すなわち、前記電界誘導窓(114)には画素電極(113)が存在しなくなる。これによって、前記電界誘導窓(114)は前記画素電極(113)の厚さ程度凹んだ形に形成される。又、前記電界誘導窓(114)によって隣接する画素電極等の間が分離されるようになる。従って、一つの画素領域には少なくとも2個以上の画素電極を形成することができる。この時、前記電界誘導窓(114)によって分離された隣接する画素電極等はお互いに間に連結されるのが望ましい。前記画素電極(113)をITO(indium tin oxide)又はIZO(indium zinc oxide)で形成することができる。このような場合、前記電界誘導窓(114)はその数が増加されるほど応答特性、駆動電圧等の表示素子特性が向上するが、それと同時に開口率の減少を伴うので、適切な調節が要求される。
前記透過領域(t)で前記電界誘導窓(114)を除いた残り部分には画素電極が形成されることが望ましい。
前記反射領域(r)に対応する前記画素電極上そして前記反射領域(r)と前記透過領域(t)との間の境界面に反射板(116)が形成される。この時、前記反射板(116)は反射モードの時入射された周辺光(ambient light)を全て反射させて前記第2基板(102)に進行するようにする。
前記反射板(116)を含む前記第1基板(101)上にはお互いに相違する方向に配向された多数のドメイン等を持つ第1配向膜(115)が形成される。ここで、多数のドメイン等を通常「マルチドメイン」と呼ぶ。このようなマルチドメインによって液晶分子等を予めお互いに相違した方向に配向することができる。
この時、前記透過領域(t)と反射領域(r)との間に光が進行する距離の差を減らすために、前記透過領域(t)のセルギャップを反射領域(r)のセルギャップのおおよそ2倍程度大きくする。
一般的に,液晶の位相差値(δ)は、
δ= Δn ・d
によって得られる。
δは液晶の位相差値で、Δnは液晶の屈折率で、dはセルギャップである。これによって、光の反射を利用する反射モードと光の透過を利用する透過モード間には光効率の差が発生するようになる。このような光効率の差を減らすために、透過領域(t)のセルギャップ(d1)を反射領域(r)のセルギャップ(d2)より大きくして、これに従って液晶層(320)の位相差値を一定に維持することができる。
従って、段差部(G)の厚さは透過領域(t)のセルギャップの半分程度であることが望ましい。このように段差部(G)の厚さが透過領域(t)のセルギャップの半分程度とすれば、前記段差部(G)の厚さ位に前記反射領域(r)のセルギャップが小さくなる。これによって、前記透過領域(t)のセルギャップが前記反射領域(r)のセルギャップより2倍程度に大きくなり、光効率を向上させることができる。
一方、前記第2基板(102)上に遮光のために形成されたブラックマトリックス(104)が形成される。この時、前記ブラックマトリックス(104)は、画素領域等の間に位置し、カラーフィルター層(106)を経由した光が周辺に進行することを阻む。
前記ブラックマトリックス(104)を含む前記第2基板(102)上に、赤(R)サーブカラーフィルター、緑(G)サーブカラーフィルター及び青(B)サーブカラーフィルターが相互に配列されたカラーフィルター層(106)が形成され、前記カラーフィルター層(106)上に共通電圧を供給するための共通電極(108)が形成される。ここで、前記共通電極(108)はITOで形成されることが望ましい。
又、前記共通電極(108)上にはお互いに相違した方向に配向されたマルチドメインを有する第2配向膜(112)が形成される。このようなマルチドメインによって、液晶分子等を予めお互いに相違した方向に配向することができる。前記共通電極(108)上には前記透過領域(t)に形成された電界誘導窓(114)から所定距離に間隔を置いた誘電体突起(110)が形成される。前記誘電体突起(110)は前記電界誘導窓(114)からおおよそ30-70μm範囲であることが望ましい。より望ましいことは前記誘電体突起(110)と前記電界誘導窓(114)間の距離はおおよそ50μmである。
前記誘電体突起(110)を、前記反射領域(r)に形成された画素電極(113)に対応するように形成することが望ましい。従って、前記誘電体突起(110)を少なくとも2個以上形成する。
前記誘電体突起(110)の誘電率は前記液晶層(120)の液晶の誘電率と等しいか小さいことが望ましい。又、この時、前記誘電体突起(110)は感光性物質で形成されることが望ましく、より望ましいことはアクリル樹脂(photoacrylate)、又はBCB(BenzoCycloButene)で形成される。
図4で、前記液晶層(120)の液晶は負(−)の誘電率異方性を持つネガティブ特性を持つことが望ましい。又、前記液晶層(120)の液晶には電界印加によって液晶の分子配列及び光軸が連続的に形成されるようにカイラルドポント(chiral dopant)がドーピングされることが望ましい。
前記第1基板(101)及び第2基板(102)のうちの少なくとも一つの基板の外面に位相差フィルム(未図示)が形成される。前記位相差フィルムは前記基板に垂直である方向と光視野角の変化による方向の間で光視野角を補償して階調反転(gray inversion)が発生しない領域を拡大して、対角線方向でコントラスト比を高める。前記位相差フィルムを、光軸が一つであるネガティブ一軸性フィルム(negative uniaxial film)又は光軸が二つであるネガティブ二軸性フィルム(negative biaxial film)で形成することができるが、ネガティブ二軸性フィルムの方が広視野角側面であるので、ネガティブ一軸性フィルムより望ましい。
又、前記第1基板(101)及び第2基板(102)の各外面に第1及び第2偏光板(未図示)をさらに具備することができる。この時、前記第1及び第2偏光板を前記位相差フィルムと一体に形成することができる。この時、前記第1偏光板と第2偏光板の光透過軸はお互いに90度を成す。
図5は本発明の望ましい一実施例によるVAモード液晶表示装置のフリンジフィールド(fringe field)方向を図示した図面である。
図5に図示されたように、画素領域が反射領域(r)と透過領域(t)とに区画される。この時、前記画素領域には一つの透過領域(t)と少なくとも2個以上の反射領域(r)が存在することができる。
前記第1基板には前記透過領域(t)中心部分に内部に凹んだ電界誘導窓(114)が形成されて、前記電界誘導窓(114)を除いた残り部分に画素電極(113)が形成される。この時、前記反射領域(r)の前記画素電極(113)の下部には所定の段差を持つ段差部(G)を形成するための段差層(118)が形成される。これによって、前記段差層(118)の厚さを有する段差部(G)が前記反射領域(r)と透過領域(t)との間の境界に形成される。又、前記反射領域(r)の画素電極(113)上、及び前記反射領域(r)と透過領域(t)との間の境界面には反射板(116)が形成される。
前記第2基板(102)には前記第1基板(101)に形成された電界誘導窓(114)から所定距離に間隔を置いた位置に誘電体突起(110)が形成される。
前記第1基板(101)の反射領域(r)に対応する第1配向膜(115)と前記第2基板(102)の第2配向膜(112)との間の第1セルギャップがd1で、前記第1基板(101)の透過領域(t)に対応する第1配向膜(115)と前記第2基板(102)の第2配向膜(112)との間の第2セルギャップがd2になる。この時、前記第1セルギャップ(d1)と前記第2セルギャップ(d2)との間の差が前記段差部(G)の厚さになる。
図5に図示されたように、前記第1セルギャップ(d1)は前記第2セルギャップ(d2)の2倍になることが望ましい。このように前記第1セルギャップ(d1)を前記第2セルギャップ(d2)の2倍にすることで、光の透過率が均一になり、光効率が向上する。これによって、前記段差部(G)の厚さは前記第1セルギャップの半分程度になる。
これによって、本発明では電界誘導窓(114)及び誘電体突起(110)にフリンジフィールド(fringe field)が形成される。又、本発明では前記段差部(G)でもフリンジフィールドが形成される。この時、前記電界誘導窓 (114)及び誘電体突起(110)では回位(disclination)が発生する。ここで回位は前記電界誘導窓(114)及び誘電体突起(110)によって液晶の配向が非連続的に変化することを意味する。
NW(Normally White)モードでは光が遮断される状態で回位線(disclination line)が発生するので、コントラスト比(contrast ratio)が低くなる。この点を改善するために回位線が発生する部分を遮光膜(Black Matrix)で遮る。しかし、 NB(Normally Black)モードでは明るい状態で回位線が発生し、コントラスト比が小さくなるので、敢えて遮光膜で回位線を遮る必要がない。
本発明では電界誘導窓(114)が形成されている透過領域(t)と誘電体突起(110)が形成されている反射領域(r)との境界に段差部(G)を形成することで、回位を防止することができる。すなわち、前記段差部(G)によってもフリンジフィールドが形成されることができる。これによって、前記段差部(G)で形成されたフリンジフィールドによって前記電界誘導窓(114)と前記段差部(G)との間に形成されたフリンジフィールドの方向を等しく誘導する一方、前記誘電体突起(110)と段差部(G)との間に形成されたフリンジフィールドの方向を等しく誘導することで、回位が発生しなくなる。
本発明は図面に図示された実施例を参考に説明されたが、これは例示に過ぎず、本技術分野の通常の知識を有する者であれば今後多様な変形及び均等な他の実施例が可能だという点を理解すべきである。従って、本発明の真正な技術的範囲は、添付された特許請求の範囲の記載によって決せられるものである。
従来のVAモード液晶表示装置の単位画素の平面図である。 図1のI-I'ラインの断面図である。 本発明の望ましい一実施例によるVAモード液晶表示素子の単位画素の平面図である。 図3のII-II'の断面図である。 本発明の望ましい一実施例によるVAモード液晶表示装置のフリンジフィールド(fringe field)方向を図示した図面である。
符号の説明
101 第1基板
102 第2基板
103 ゲート絶縁膜
105 保護層
107 ゲートライン
109 データライン
112 第2配向膜
113 画素電極
114 電界誘導窓
115 第1配向膜
116 反射板
118 段差層
110 誘電体突起
120 液晶層
r 反射領域
t 透過領域
G 段差部

Claims (18)

  1. ゲートラインとデータラインによって画素領域が定義され、前記画素領域を反射領域と透過領域で区切り、前記透過領域に電界誘導窓が形成され、前記画素領域に画素電極が形成され、そして前記反射領域と前記透過領域の境界に所定の段差部が形成された第1基板と、
    前記第1基板と対向され配置され、そして前記電界誘導窓から所定距離に間隔を置いて誘電体突起が形成された第2基板と、
    前記第1及び第2基板の間に挿入された液晶層とを含む液晶表示装置。
  2. 前記電界誘導窓が前記透過領域の中心部分に形成されることを特徴とする請求項1に記載の液晶表示装置。
  3. 前記透過領域でのセルギャップは前記反射領域でのセルギャップより大きいことを特徴とする請求項1に記載の液晶表示装置。
  4. 前記段差部が、前記反射領域に対応する画素電極の下部に形成された段差層によって形成されることを特徴とする請求項1に記載の液晶表示装置。
  5. 前記段差層が前記画素領域当たり少なくとも2個以上形成されることを特徴とする請求項4に記載の液晶表示装置。
  6. 前記段差部が前記電界誘導窓の左右に対称的に形成されることを特徴とする請求項1に記載の液晶表示装置。
  7. 前記電界誘導窓によって、前記画素電極が2部分以上に分離することを特徴とする請求項1に記載の液晶表示装置。
  8. 前記反射領域に対応する画素電極上及び前記反射領域と前記透過領域との間の境界面には反射板が形成されることを特徴とする請求項1に記載の液晶表示装置。
  9. 前記誘電体突起は前記電界誘導窓からおおよそ30-70μmであることを特徴とする請求項1に記載の液晶表示装置。
  10. 前記誘電体突起は前記電界誘導窓からおおよそ50μmであることを特徴とする請求項1に記載の液晶表示装置。
  11. 前記誘電体突起が、前記反射領域に形成された画素電極に対応するように形成されることを特徴とする請求項1に記載の液晶表示装置。
  12. 前記電界誘導窓は凹んだ形を有することを特徴とする請求項1に記載の液晶表示装置。
  13. お互いに相違する方向に配向された多数のドメイン等を有する第1及び第2配向膜が前記第1基板及び前記第2基板にそれぞれ形成されることを特徴とする請求項1に記載の液晶表示装置。
  14. 前記液晶層の液晶は負の誘電率異方性を持つことを特徴とする請求項1に記載の液晶表示装置。
  15. 前記画素領域には一つの透過領域と少なくとも2個以上の反射領域が区画されることを特徴とする請求項1に記載の液晶表示装置。
  16. 前記段差部で発生されたフリンジフィールドは前記電界誘導窓と前記段差部間に発生されたフリンジフィールドを等しい方向に誘導して、液晶等の方向が両フリンジフィールド領域で等しいことを特徴とする請求項1に記載の液晶表示装置。
  17. 前記段差部で発生されたフリンジフィールドは 前記段差部と前記誘電体突起間に発生されたフリンジフィールドを等しい方向に誘導して、液晶等の方向が両フリンジフィールド領域で等しいことを特徴とする請求項1に記載の液晶表示装置。
  18. 前記電界誘導窓で発生されたフリンジフィールドは前記電界誘導窓と前記誘電体突起間に発生されたフリンジフィールドを等しい方向に誘導して、液晶等の方向が両フリンジフィールド領域で等しいことを特徴とする請求項1に記載の液晶表示装置。
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