JP2005292597A - 表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】発光表示機能と反射表示機能との両方を有する表示装置であって、周囲の環境の明暗にかかわらず、いずれの機能を利用する際にも十分な輝度を得ることが可能な表示装置を提供することを課題とするものである。
【解決手段】一対の電極２１ａ、２１ｂ間に電気的に発光可能な電気発光層２２が積層され、光反射性および観察側が光透過性である発光表示素子２の観察側に、一対の電極３１ａ、３１ｂ間に電気的に位相差の制御が可能である位相差層を積層された位相差素子３、および偏光素子４を順に配置して表示装置１を構成し、課題を解決することができた。
【選択図】 図１

Description

本発明は表示装置、特に発光表示機能と反射表示機能を併せ持ち、周囲の環境の明暗にかかわらず、視認性の良好な表示装置に関する。

表示装置としては種々のものが知られており、大別して反射型と発光型のものがある。前者に属するものとしては液晶表示装置が、後者に属するものとしては有機ＥＬ、無機ＥＬ、プラズマディスプレイ、発光ダイオードディスプレイ、電界放射ディスプレイ、もしくは蛍光表示管ディスプレイ等がある。なお、液晶表示装置のうちの透過型のものは、背面の照明を含めれば発光型とみなすこともできる。

一般的に表示装置は周囲の明暗により視認性が異なり、発光型の表示装置は周囲が暗くても見やすいが、明るいと見づらく、逆に反射型の表示装置は暗いと見づらく、明るいと見やすい。従って、周囲の明暗に左右されない視認性が求めらる。

周囲の明暗にかかわらず、表示装置の視認性を確保しようとする試みとして、半透過型の液晶表示装置が提案されている。

図６は、半透過型の液晶表示装置１０１の１画素分を例示するものである。半透過型の液晶表示装置１０１は、図の上側、即ち観察側から、偏光板１０２ａ、透明基板１０３ａ、透明電極である電極１０４ａ、配向膜１０５ａ、液晶層１０６、配向膜１０５ｂ、反射電極である電極１０４ｂ、透明基板１０３ｂ、偏光板１０２ｂ、およびバックライト（背面照明手段）１０７が順に積層された積層構造を有するもので、これらのうち、反射電極１０４ｂの中央が開口部１０８を有した構造となっている点が特徴であって、反射電極１０４ｂの開口部１０８以外の部分では、観察側から入射した光が反射するので、反射型としての機能を有すると同時に、反射電極１０４ｂの開口部１０８においては、下層のバックライト１０７からの背面照明光１１０が観察側に透過するので、透過型としての機能も有しており、反射型の液晶表示装置が暗いと見づらい欠点が解消するとされるものである。

しかしながら、上記の半透過型の液晶装置１０１が反射型として機能する割合は、反射電極１０４ｂの開口部１０８を除いた部分の面積率によって決まり、透過型として機能する割合も、反射電極１０４ｂの開口部１０８の面積率によって決まるため、反射型として機能する場合の反射率は、本来の反射型のものよりも低く、透過型として機能する場合の反射率も、本来の透過型のものよりも低いから、反射型もしくは透過型のいずれとして機能する場合も得られる光量が十分で無く、その上、反射電極１０４ｂの構造が複雑となる問題が加わっている。

また、周囲の明暗にかかわらず、表示装置の視認性を確保しようとする試みとして、いずれも透明電極を有する一対の透明基板間に液晶層を挟んで構成された液晶表示装置の背面（非観察面）に、観察側が透明電極を有して光透過性であり、非観察側が反射電極を有する一対の基板間に有機エレクトロルミネッセンス層を挟んで構成された有機ＥＬ素子を配置した表示装置も提案されている。（特許文献１）。
特開平１０−７８５８２号公報（請求項１）。

上記の上記の特許文献１に記載された発明によれば、有機ＥＬ素子は反射電極を有するので反射型として機能し、この有機ＥＬ素子を発光させれば、発光型としても機能し得る表示装置が提供される。しかし、上記の特許文献１に記載された発明においては、液晶表示装置としては従来の透過型のものが用いられているため、実際には、液晶表示素子の両面に偏光板を設置する必要があるから、これらの偏光板により、反射表示においても、また、発光表示においても、依然として、得られる輝度が低下する問題点が避けられない。

本発明は、以上の背景技術における問題点を解消することを課題とし、即ち、発光表示機能と反射表示機能との両方を有する表示装置であって、周囲の環境の明暗にかかわらず、いずれの機能を利用する際にも十分な輝度を得ることが可能な表示装置を提供することを課題とするものである。

発明者は、電気的に位相差の制御が可能である位相差素子を発光表示装置の観察側に配置することにより、上記の課題を解決可能であることを見出し、本発明に到達することができた。

課題を解決する第１の発明は、一対の電極間に電気的に発光可能な電気発光層を有し、光反射層および観察側の光透過層を有する発光表示素子の観察側に、電気的に位相差の制御が可能である位相差素子が配置され、さらに前記位相差素子の観察側に偏光素子が配置されていることを特徴とする表示装置に関するものである。

また、第２の発明は、第１の発明において、前記位相差素子は一対の透明電極どうしの間に電気的に位相差が変化する位相差層が積層されたものであることを特徴とする表示装置に関するものである。

第３の発明は、第２の発明において、前記位相差層は、液晶、ＰＺＴ、もしくはＰＬＺＴからなるものであることを特徴とする表示装置に関するものである。

第４の発明は、第２または第３いずれかの発明において、前記位相差素子の前記発光表示素子側の透明電極を、前記発光表示素子と共有していることを特徴とする表示装置に関するものである。

第５の発明は、第１〜第４いずれかの発明において、前記発光表示装置は、有機ＥＬ、無機ＥＬ、透過液晶、プラズマディスプレイ、発光ダイオードディスプレイ、電界放射ディスプレイ、もしくは蛍光表示管ディスプレイであることを特徴とする表示装置に関するものである。

第１〜第３いずれかの発明によれば、発光表示素子の観察側に、電気的に位相差の制御が可能である位相差素子を有することにより、外光反射を抑制したコントラストの優れた発光表示と、発光表示を伴なわない反射表示とが可能であり、周囲の環境の明暗にかかわらず、いずれかの表示により十分な輝度の表示を得ることが可能な表示装置を提供することができる。

第４の発明によれば、発光表示素子と位相差素子の電極を共通化することにより、構造の簡略化が可能で、信頼性向上や小型化がより一層見込める表示装置を提供することができる。

第５の発明によれば、第１〜第４いいずれかの発明の効果に加えて、種々のタイプの発光表示装置を用いて構成した表示装置を提供することができる。

図１は本発明の表示装置１の概略を示す図である。本発明の表示装置１は、例えば、図の下側、即ち非観察側から、発光表示装置２、位相差素子３、および偏光素子４が順に配置されたものであって、発光表示装置２は、例えば、下面側に光反射層２１ｂを有し、光反射層２１ｂの上面が光反射面となっており、観察側には光透過層２１ａを有するものであり、光反射層２１ｂが一方の電極を、また、光透過層２１ａが他方の電極を形成しており、これら、一対の電極間に電気的に発光可能な電気発光層２２を有するものである。また、位相差素子３は、例えば、上下の層３１ａおよび３１ｂがいずれも透明な電極を形成しており、これら一対の電極間に、電気的に位相差が変化する位相差層３２が挟まれたものである。偏光素子４は偏光板である。

図１において、発光表示装置２、位相差素子３、および偏光素子４は、図示の都合上、互いに離して描いてあるが、互いに積層されたものであってもよい。なお、位相差素子３の上側および下側には透明基板を伴なうのが普通であり、発光表示装置２も上側に透明基板、下側に基板を伴なうことが実際的であるが、原理的な説明においては必ずしも必要ではないので図示を省略する。また、通常、液晶層と接する面には配向膜が積層されていることは図６を引用して説明したが、説明を簡略化する意味で省略する。以降においても、同様である。

偏光素子４は、例えば、直線偏光素子であり、このとき、位相差素子３は１／４波長素子であって、直線偏光素子と１／４波長素子とを組み合わせた円偏光素子の作用によって外光の反射を無くすことができる。勿論、発光表示装置２の発光は、偏光素子４の作用によって、その１／２しか観察側に透過しないが、外光の反射を防止する性能が高いので、結果として発光表示装置２の発光による表示のコントラストを高めるから、観察者は鮮明な画像を見ることができ、屋内での使用時や夜間の使用時等において、視認性の高い表示装置とすることができる。

上記の外光の反射防止は、位相差素子３が１／４波長素子であって、直線偏光素子と組み合わせた場合に最も効果的であるが、位相差素子３の位相が１／４波長から外れるに従って反射率が増加し、位相差が零となるときに最も反射率が大きくなるので、位相差素子３を電気的に位相差の制御が可能であるよう構成すれば、この表示装置１は反射表示素子としても使用できる。

電気的に位相差を変化することが出来る位相差素子としては、液晶、またはＰＺＴもしくはＰＬＺＴ等の結晶を位相差相として用い、電界によって屈折率が変化する素子を利用することが好ましい。ＰＺＴは、チタン酸鉛（ＰｂＴｉＯ₃）とジルコン酸鉛（ＰｂＺｒＯ₃）の混合セラミックスを指し、ＰＬＺＴは、チタン酸鉛（ＰｂＴｉＯ₃）とジルコン酸鉛の固溶体に酸化ランタンを添加したチタン酸ジルコン酸ランタン鉛からなるセラミックスを指す。

図２は、電気的に位相差を変化することが出来る位相差素子３を、液晶を用いて構成したものを例示する図である。向かって左側の図２（ａ）の下方に示すように、位相差素子３は図の上側から透明電極３１ａ、液晶層（位相差層）３２、および透明電極３１ｂが積層した構造を基本的に有するもので、両透明電極３１ａ、３１ｂの間に一軸平行配向させた液晶が挟持されて位相差層３２を構成し、上側の偏光素子４の偏光軸（または吸収軸）７が、液晶の配向方向（図２（ａ）上方の平面図中ではダイレクタ８の矢印方向）と４５°もしくはほぼ４５°の角度となるように配置することが好ましい。

この位相差素子３の液晶層３２を構成する液晶分子の複屈折率と、液晶層の厚みによる液晶層の位相差とを１/４波長となるように液晶分子および液晶層の厚みを選択しておくことにより、位相差素子３は、電界をかけない状態では、液晶層３２の液晶分子が図２における左右方向を向く水平配向となり、入射した外光５および反射光６の液晶層３２中の透過を妨げるので、外光の反射を抑制するが、向かって右側の図２（ｂ）に示すように電界を印加すると、液晶分子は垂直配向となり位相差が生じないため無位相差となり、入射した外光５および反射光６の液晶層３２中の透過を妨げないので、位相差素子３の下方に光反射性層を配置するか、もしくはこの図における透明電極３１ｂを光反射性とすることにより、外光を反射することができ、即ち、１／４波長素子としての機能を、電界の印加の有無によりＯＮ／ＯＦＦすることができる。本発明においては、位相差素子３の下方に配置される発光素子が非観察側に有する反射電極を利用して外光の反射を行なわせることがより好ましい。

上記の例では、誘電異方性が正の液晶を用いて、電界無印加時に水平配向となり、電界印加時に垂直配向となるように構成して、電界無印加時には１／４波長素子として機能し、電界印加時には無位相差として機能する位相差素子としたが、誘電異方性が負の液晶を用いて、電界無印加時に垂直配向となり、電界印加時に水平配向となるように構成して、電界無印加時には無位相差として機能し、電界印加時には１／４波長素子として機能するよう構成してもよい。

電気的に位相差を変化することが出来る位相差素子３は、上記のように液晶層を用いて構成するほか、先に挙げたＰＺＴ、もしくはＰＬＺＴ等の光学異方性材料からなる層を位相差層として一対の透明電極間に挟持して構成したものであってもよい。

本発明における発光表示装置２としては、有機ＥＬ、無機ＥＬ、透過型液晶、プラズマディスプレイ、発光ダイオードディスプレイ、電界放射ディスプレイ、もしくは蛍光表示管ディスプレイ等のディスプレイを用いることができる。

上記の位相差素子（液晶を用いた液晶位相差素子）３を用いて構成される本発明の表示装置１の例を図３に示す。図３に例示する表示装置１は、基本的には図１に例示したものと同様であり、図の下側、即ち非観察側から、発光表示装置２、位相差素子３、および偏光素子４が順に配置されたものであって、位相差層３２が液晶層である。これらに加えて、位相差素子３の一方の透明電極、図では上側の透明電極３１ａおよび発光表示装置２の図では上側の透明電極２１ａが画素に対応したパターン電極を構成している。図３においては、さらに、位相差素子３として、上側と下側とに透明基板３３ａおよび３３ｂを伴なったものを示しており、発光表示装置２として、上側に透明基板２３ａ、下側に基板２３ｂを伴なったものを示している。なお、発光表示装置２の上側の透明基板２３ａは封止層であり得る。

このように構成した本発明の表示装置１は、液晶位相差素子３と偏光素子（偏光板）４とによって外光５の反射を抑制する事ができ、発光表示装置２からの発光９の視認性を妨げないため、表示品位に優れた発光型の表示装置として機能する。

図４は、図３に例示した表示装置１を用いて反射型の表示を行なうことを説明する図である。図４（ａ）に示すように、発光表示装置２を点灯して発光９を生じさせ、かつ液晶位相差素子３の液晶層に電界を印加して、液晶分子を垂直配向としたときには、液晶層の位相差が無くなるため外光５の反射を抑制する事ができず、発光表示装置２の発光９による表示が見えにくくなり、発光型の表示装置としては不充分なものとなる。一方、図４（ｂ）に示すように、発光表示装置２を消灯し、液晶位相差素子３の液晶層に、所望の画像になるよう画素毎に電界の印加もしくは無印加を区別して行ない、電界を印加した画素部分において液晶分子を垂直配向としたときには、垂直配向した画素部分においては、外光５の反射が生じ、水平配向している部分では外光５の反射が抑制されるので、反射率の差が生じるから、外光を利用した反射表示を行う事ができる。

なお、本発明の表示装置１における発光表示装置２と位相差素子３とは、互いに隣接して積層することが好ましいが、この場合、例えば、図３を引用して説明した表示装置１における発光表示装置２と位相差素子３とを積層して一体化するときには、図５に示すように、発光表示装置２の位相差素子３側の透明電極２１ａと、位相差素子３の発光表示装置２側の透明電極３１ｂとを共通化することが好ましく、このようにすることにより構造を簡略化をする事ができる。特に、位相差素子を、ＰＺＴ、もしくはＰＬＺＴ等の光学異方性材料を一対の透明電極間に挟持して構成したもので構成する際には、発光表示装置２の透明電極２１ａと位相差素子３の透明電極３１ｂとの共通化を行ないやすい。

位相差素子３を利用してカラー表示を行なわせる場合は、位相素子の１／４波長の条件を、画素によって異なる表示色の波長に合わせて調整する。液晶素子を用いる場合は例えば液晶層の厚みを画素によって変化させるマルチセルギャップ構造を利用するとよい。

本発明の表示装置１は、表示装置が利用されるいずれの機器に適用してもよいが、例えば、携帯電話、ＰＤＡ（個人用の携帯情報端末）、パーソナルコンピューター、テレビ、もしくはデジタルカメラ等に適用することができる。

発光表示装置２として有機ＥＬ素子を、また、電気的に位相差を変化することが出来る位相差素子３としては、液晶素子を準備した。いずれにおいても、電極は多数の画素を表示し得るよう微細加工を行って形成したものである。

まず、有機ＥＬ素子を次のようにして作製した。基板としてガラスを用い、基板上にＩＴＯ（酸化インジウム錫）薄膜を厚みが１５０ｎｍになるよう形成して透明電極（陽電極）とし、透明電極上に、高真空下で予熱を十分に行った昇華精製装置で精製したＴＰＤ（ｍ）をタングステンボードに装荷して抵抗加熱法で厚みが５０ｎｍになるよう成膜して正孔注入層とした。続いて、昇華精製された緑色蛍光発光材料であるＡｌｑ３を石英ボードに装荷して抵抗加熱法で３０ｎｍ成膜し、さらに、ＭｇＡｇ合金（Ｍｇ：Ａｇ＝１０：１）を厚さ１５０ｎｍになるように蒸着し、最後に保護層としてＡｇを２００ｎｍの厚みになるよう蒸着して陰電極（光反射性の反射電極でもある。）を形成した。上記において、ＴＰＤは、Ｎ，Ｎ−ジフェニル−Ｎ，Ｎ−ビス（３−メチル−フェニル）−１，１−ジフェニル−４，４’−ジアミン）であり、Ａｌｑ３は、トリス（８−ヒドロキシキノリン）アルミニウムである。

上記のものとは別に液晶素子を次のようにして作製した。基板としては、厚みが１５０ｎｍのＩＴＯ薄薄膜からなる透明電極を有するガラス基板を用い、基板の透明電極上にポリアミド樹脂溶液をスピン塗布し、塗布後、焼成して５０ｎｍ厚のポリアミド樹脂膜を成膜し、ポリアミド樹脂膜に一方向にラビングを施して配向膜とした。以上の工程を別の基板を用いて繰り返し、二枚の液晶封止用基板を作製した。一方の液晶封止用基板のラビングを施した面に球状のスペーサを散布し、一部を残して周縁部に紫外線硬化性のシール剤を塗布した後、他方の液晶封止用基板をラビングを施した面が内側になるよう、かつ両基板のラビング方向が平行になるよう重ね合せ、紫外線照射を行ないながら両基板を加圧して貼り合わせた。

貼り合わせた後、シール剤を塗布しなかった部分に形成された孔からネマティック液晶を真空注入装置を用いて注入し、液晶注入後、孔を接着剤で封止して液晶セルを完成した。同様にして液晶セルを複数作製した。なお、両基板を貼り合わせる際のギャップは、封入するのに用いたネマチック液晶の屈折率異方性Δｎを測定して、液晶が水平配向した場合の位相差が、有機ＥＬ素子の緑色蛍光発光のピーク波長である５５０ｎｍの１／４波長である１３７．５ｎｍとなるよう、調整した。

得られた液晶セルを、偏光顕微鏡で観察することにより、液晶が均一な水平配向をしていることを確認するとともに、配向方向がラビング方向とほぼ一致する事を確認した。また、位相差を測定したところ、液晶セル間で若干のバラツキはあるものの、１３５ｎｍから１４０ｎｍであり、概ね１３７．５ｎｍであることが確認できた。

上記のようにして得られた有機ＥＬ素子および液晶素子を、液晶素子が観察側となるよう、かつ有機ＥＬ素子の反射電極が最も非観察側になるよう、さらに液晶素子の観察側に偏光板をそれぞれ配置して互いに積層一体化して、発光・反射複合表示装置を作製した。なお、偏光板と液晶素子とは、偏光板の偏光軸と液晶素子のラビング方向とが４５°になるように配置した。

作製した発光・反射複合表示装置は、液晶層が水平配向の状態では、図３を引用して説明したのと同様に、外光の反射を抑制して、視認性の高い発光表示を行なうことができ、外光が明るい環境でも発光表示の視認性が高く、また、ごく明るい環境では、発光表示装置を作動せずに、液晶素子に電界を印加して所望の部分のみ垂直配向させることにより、低消費電力の反射表示を行なうこともでき、従来の半透過型の液晶素子や、単に有機ＥＬ等のＥＬ素子と２枚の偏光板を有する通常の液晶素子を積層しただけのものにくらべ、発光表示もしくは反射表示のどちらにおいても、視認性が優れているものであった。

有機ＥＬ素子を作製する際に、緑色蛍光発光材料であるＡｌｑ３以外に、青色蛍光発光材料としてＤＰＶＢｉ（１，４−ビス（２，２−ジフェニルビニル）ビフェニル）、および赤色蛍光発光材料としてＡｌｑ３にＤＣＭ（ジシアノメチレンピラン誘導体）を１．０％（質量基準）添加したものを用い、マスク蒸着により各色の区域を、モザイク状に並べて蒸着し、サブピクセルを形成した以外は、実施例１におけるのと同様にして、フルカラー表示の可能な発光表示装置を作製した。

液晶素子としては、各画素の周辺に感光性樹脂のスペーサーを形成し、積層する有機ＥＬ画素の発光色に合わせてピーク波長の１／４波長となるように画素によって異なるマルチセルギャップとした。そのほかは実施例１におけるのと同様にして、発光・反射複合表示装置を作製した。

実施例２で作製した発光・反射複合表示装置は、実施例１で作製したものと同様、外光の反射を抑制して、視認性の高い発光表示（カラー表示）を行なうことができる上、ごく明るい環境では、低消費電力の反射表示を行なうこともでき、従来の半透過型の液晶素子や、単に有機ＥＬ等のＥＬ素子と２枚の偏光板を有する通常の液晶素子を積層しただけのものにくらべ、発光表示もしくは反射表示のどちらにおいても、視認性が優れているものであった。

実施例１および実施例２で用いた蛍光材料（低分子蛍光発光材料）を有機高分子蛍光発光材料に変更し、正孔注入層としては、ポリエチレンジオキシチオフェン／ポリスチレンスルフォン酸（略称；ＰＥＤＯＴ、バイエル社製、商品名；バイトロンＣＨ８０００、水分散液）をスピンコートにより塗布し、１６０℃の温度で焼成して８０ｎｍの厚みの薄膜を形成して用いた。有機高分子蛍光発光材料は、下記の組成の液状の有機ＥＬ層形成用塗布組成物（各色用）をインクジェット法により３色並べてモザイク状に配置し、カソードとしてはＣａＡｇを蒸着し、これら以外の点に関しては、実施例１もしくは実施例２におけるのと同様にして単色およびフルカラー表示の可能な発光表示装置を作製した。

（有機ＥＬ層形成用塗布組成物）
・ポリビニルカルバゾール………………………………………………………………７０部
・オキサジアゾール化合物………………………………………………………………３０部
・有機高分子蛍光発光材料（下記）………………………………………………………１部
・モノクロロベンゼン（溶媒）……………………………………………………４９００部
上記の有機高分子蛍光発光材料としては、クマリン６（５０１ｎｍをピーク波長とする緑色蛍光発光が得られる。）、ペリレン（４６０〜４７０ｎｍをピーク波長とする青色蛍光発光が得られる。）、およびＤＣＭ（ジシアノメチレンピラン誘導体、５７０ｎｍをピーク波長とする赤色蛍光発光が得られる。）をそれぞれ用いた。

得られた単色およびフルカラー表示の可能な発光表示装置によっても、実施例１および実施例２で得られたものと同様の効果が得られた。

実施例１、２、および３で用いた液晶素子をＰＬＺＴ結晶を用いて構成した素子に変更し、その他は、実施例１、２、および３におけるのと同様に行ない、実施例１、２、および３におけるのと同様の効果が得られた。また、ＰＺＬＴ結晶を用いる場合には、支持基板が不要なので発光表示装置と位相差素子の電極を共通化しやすく、例えば、ＰＬＺＴ結晶の両側に透明電極を形成した後に、有機ＥＬ素子を構成する各層を成膜するプロセスにより、発光表示装置と電界制御位相素子を一体化して形成できるので、信頼性向上や小型化がより一層見込める効果がある。

本発明の表示装置を例示する図である。 液晶素子で構成した位相差素子を例示する図である。 液晶素子で構成した位相差素子を適用した表示装置を例示する図である。 図３に例示した表示装置で行なう反射型の表示を説明する図である。 発光表示装置と位相差素子の電極を共通化した状態を示す図である。 半透過型の液晶表示装置を例示する図である。

符号の説明

１……表示装置
２……発光表示装置
３……位相差素子
４……偏光素子（偏光板）
５……外光
６……反射光
７……偏光軸
８……ダイレクタ
９……発光

Claims (5)

1. 一対の電極間に電気的に発光可能な電気発光層を有し、光反射層および観察側の光透過層を有する発光表示素子の観察側に、電気的に位相差の制御が可能である位相差素子が配置され、さらに前記位相差素子の観察側に偏光素子が配置されていることを特徴とする表示装置。
2. 前記位相差素子は一対の透明電極どうしの間に電気的に位相差が変化する位相差層が積層されたものであることを特徴とする請求項１記載の表示装置。
3. 前記位相差層は、液晶、ＰＺＴ、もしくはＰＬＺＴからなるものであることを特徴とする請求項２記載の表示装置。
4. 前記位相差素子の前記発光表示素子側の透明電極を、前記発光表示素子と共有していることを特徴とする請求項２または請求項３記載の表示装置。
5. 前記発光表示装置は、有機ＥＬ、無機ＥＬ、透過液晶、プラズマディスプレイ、発光ダイオードディスプレイ、電界放射ディスプレイ、もしくは蛍光表示管ディスプレイであることを特徴とする請求項１〜請求項４いずれか記載の表示装置。
   

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