JP2008129578A - 光学板及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】光線の利用率を向上することができる光学板及びその製造方法を提供することである。
【解決手段】透過層と拡散層が一体成形する光学板において、前記透過層は、光入射面と、前記光入射面の反対側に形成される光出射面と、前記光出射面の表面に形成される複数の球面マイクロ凹部と、を含み、前記拡散層は、前記透過層の光入射面に形成され、透明樹脂と、前記透明樹脂の内に存在する拡散粒子と、を含む。前記拡散層の透明樹脂の材料として、アクリル酸樹脂、ポリカーネボート、ポリスチレン、スチレン/アクリロニトリル共重合体を単独または混合して用い、前記拡散粒子の材料として、二酸化チタン、二酸化ケイ素、アクリル酸樹脂の粒子を単独または混合して用いる。
【選択図】図２

Description

本発明は、バックライトに用いる光学板及びその製造方法に関し、特に複合型光学板及びその製造方法に関する。

近年、液晶表示装置は、携帯用個人情報端末（ＰＤＡ）、ノートパソコン、デジタルカメラ、携帯電話、液晶テレビ等の表示装置に広く用いられている。ところが、液晶自体が非発光材料であるから、バックライトの光線を介して表示の機能を実現する。

図１は、従来の拡散板及びプリズムシートを用いるバックライトを示す断面図である。前記バックライト１０は、反射板１１と、前記反射板１１の上に順に配置された複数の光源１２と、拡散板１３と、プリズムシート１５と、を含む。

上述した部品において、前記拡散板１３の内部には、光線を拡散させる拡散粒子が分布されている。前記拡散粒子の材料として、一般的にメタクリル酸メチルが用いられる。前記プリズムシート１５の表面には、バックライト１０の所定の視角範囲内の輝度を向上させるＶ状のマイクロ突起が設けられている。

前記バックライト１０を用いる時、前記複数の光源１２の光線がまず前記拡散板１３によって均一に拡散される。拡散される光線が前記プリズムシート１５を通過する時、前記プリズムシート１５のＶ状のマイクロ突起によって光線が一定に集光される。従って、前記バックライト１０の所定の視角範囲内の輝度を向上させることができる。

しかし、従来技術では、拡散板１３とプリズムシート１５を別々に製造したので、両者が独立に存在する。前記拡散板１３とプリズムシート１５を装着する場合、両者をいくら密接しても、接触面の間に空気層が存在するのを防ぐことができない。従って、前記光源１２の光線が、前記拡散板１３及びプリズムシート１５を通過する時、前記接触面によって反射されるので、光線が多く損失され、光線の利用率が低下される。

本発明の目的は、光線の利用率を向上することができる光学板及びその製造方法を提供することである。

上述した目的を達成するために、透過層と拡散層が一体に成型される光学板において、前記透過層は、光入射面と、前記光入射面の反対側に形成される光出射面と、前記光出射面の表面に形成される複数の球面マイクロ凹部と、を含み、前記拡散層は、前記透過層の光入射面に付着される透明樹脂と、前記透明樹脂内に分布される拡散粒子と、を含む。
成型槽の底面に複数の球面マイクロ凹部を具備する雌型と、前記成型槽に挿入される雄型と、を含む金型を用いて光学板を製造する方法において、第一透明樹脂材料を加熱して、溶融状態の透過層材料を形成し、且つ拡散粒子が混合されている第二透明樹脂材料を加熱して、溶融状態の拡散層材料を形成するステップと、前記成型槽に前記雄型を挿入して第一キャビティを形成し、且つ前記第一キャビティに前記溶融状態の透過層材料を注入して透過層を形成するステップと、透過層が形成される前記第一キャビティから前記雄型を一定に後退させて、前記透過層と前記雄型の間に第二キャビティを形成し、且つ前記第二キャビティに前記溶融状態の拡散層材料を注入して、前記透過層の表面に拡散層を一体に形成するステップと、前記第二キャビティを開放し、前記光学板を該第二キャビティから取り出すステップと、を含む。
また、成型槽を具備する雌型と、成型面に複数の球面マイクロ凹部を具備する雄型と、を含む二色成型金型を用いて光学板を製造する方法において、第一透明樹脂材料を加熱して、溶融状態の透過層材料を形成し、且つ拡散粒子が混合されている第二透明樹脂材料を加熱して、溶融状態の拡散層材料を形成するステップと、前記成型槽に前記雄型を挿入して第一キャビティを形成し、且つ前記第一キャビティに前記溶融状態の透過層材料を注入して透過層を形成するステップと、透過層が形成される前記第一キャビティから前記雄型を一定に後退させて、前記透過層と前記雄型の間に第二キャビティを形成し、且つ第二キャビティに前記溶融状態の拡散層材料を注入して、前記透過層の表面に拡散層を一体に形成するステップと、前記第二キャビティを開放し、前記光学板を該第二キャビティから取り出すステップと、を含む。

透過層と拡散板が一体に成型される光学板において、前記透過層は、光入射面と、前記光入射面の反対側に形成される光出射面と、前記光出射面の表面に形成される複数の球面マイクロ凹部と、を含み、前記光拡散層は、透明樹脂と、前記透明樹脂内に分布される拡散粒子と、を含む。

本発明の光学板を用いる時、光源の光線が前記拡散層によって均一に拡散された後、直接前記透過層に入射される。前記透過層に入射される光線が前記光出射面の球面マイクロ凹部によって一定に集光される。且つ、光線が前記透過層及び拡散層が一体に成型される光学板を通過するので、光線が光学界面に形成される空気層に反射されることを防ぐことができる。即ち、一体に成型される前記透過層と拡散層との間に空気層が形成されることができないので、光線が空気層に反射されることを防ぐことができる。従って、光線のエネルギーが損失されることを防ぎ、光線の利用率を向上させることができる。

以下図面に基づいて、本発明の実施の形態に係る光学板に対して詳細に説明する。

図２及び図３を参照すると、本発明の光学板２０は、一体に成型される透過層２１及び拡散層２３を含む。前記透過層２１は、光入射面２１１と、前記光入射面２１１の反対側に形成される光出射面２１３と、前記光出射面２１３の表面に形成される複数の球面マイクロ凹部２１５と、を含む。前記拡散層２３は、前記透過層２１の光入射面２１１に付着される透明樹脂２３１と、前記透明樹脂２３１内に分布される拡散粒子２３３と、を含む。

前記透過層２１の厚さｔ１及び前記拡散層２３の厚さｔ２が、各々０.３５ｍｍであるか、０.３５ｍｍより大きい。好ましくは、前記透過層２１の厚さｔ１と前記拡散層２３の厚さｔ２の合計を１〜６ｍｍにする。

前記透過層２１は、透明樹脂材料から製作する。その透明樹脂材料として、アクリル酸樹脂、ポリカーネボート、ポリスチレン、スチレン／アクリロニトリル共重合体等を単独または混合して用いることができる。前記透過層２１の光入射面２１１は、平たい面あるいは粗い面である。

前記透過層２１の光出射面２１３の球面マイクロ凹部２１５は、光学板２０から出る光線を集光する作用を起こす。前記球面マイクロ凹部２１５の形状は、半球状、或は前記球面マイクロ凹部２１５の断面が半球の半円より小さな円弧状である。本実施例の球面マイクロ凹部２１５は、半球状凹部である。

前記複数の球面マイクロ凹部２１５は、マトリクス方式に配列されている。球面マイクロ凹部２１５を構成する球体の半径をＲとし、前記光出射面２１３から前記球面マイクロ凹部２１５の底部までの深さをＨとし、二つ隣接する球面マイクロ凹部２１５の中心間の距離をＰとする。

優れる光学效果を達成するために、前記球面マイクロ凹部２１５を構成する球体の半径Ｒを０.０１〜３ｍｍにする。各々球面マイクロ凹部２１５の深さＨを０.０１ｍｍより大きく、前記球面マイクロ凹部２１５を構成する球体の半径Ｒより小さくにする。互いに隣接する二つの球面マイクロ凹部２１５の中心間の距離Ｐを球面マイクロ凹部２１５を構成する球体の半径Ｒの１／２乃至４倍にする。本実施例には、球面マイクロ凹部２１５の深さＨを球面マイクロ凹部２１５を構成する球体の半径Ｒと同じようにし、互いに隣接する二つの球面マイクロ凹部２１５の中心間の距離Ｐを球面マイクロ凹部２１５を構成する球体の半径Ｒの２倍より少し大きくする。

前記光学板２０の拡散層２３は、光透過率が３０〜９８％であり、且つ光源の光線を均一に拡散させることができる。

前記拡散層２３は、透明樹脂２３１と、前記透明樹脂２３１内に分布される拡散粒子２３３と、を含む。前記透明樹脂２３１の材料として、アクリル酸樹脂、ポリカーネボート、ポリスチレン、スチレン／アクリロニトリル共重合体等を単独または混合して用いることができる。

前記拡散粒子２３３の材料として、二酸化チタン、二酸化ケイ素、アクリル酸樹脂等の粒子を単独または混合して用いることができる。前記拡散粒子２３３は、従来技術の拡散粒子のように光源の光線を均一に拡散させる。

前記光学板２０を用いる時、光源の光線が前記拡散層２３によって均一に拡散された後、直接前記透過層２１に入射される。前記透過層２１に入射される光線が前記光出射面２１３の球面マイクロ凹部２１５によって一定に集光される。これで、光線が前記透過層２１及び拡散層２３が一体に成型される前記光学板２０を通過するので、光線が光学界面に形成される空気層に反射されることを防ぐことができる。即ち、一体に成型される前記透過層２１と拡散層２３との間に空気層が形成されることができないので、光線が空気層によって反射されることを防ぐことができる。従って、光線のエネルギーが損失されることを防ぎ、光線の利用率を向上させることができる。

また、前記光学板２０をバックライトに組立する時、光学板２０を１つだけ組立すれば組立が完成されるから、従来技術の拡散板及びプリズムシートを組立することより、作業の時間を減らし、作業の效率を向上させることができる。

また、前記光学板２０は、従来技術の拡散板とプリズムシートの機能を具備するから、拡散板とプリズムシートが占める空間を節約することができる。即ち、拡散板及びプリズムシートを装着する必要がないから、前記光学板２０を用いる製品を軽く、薄く、小さく設けることができる。

また、前記光学板２０の優れる光学的均一性があることを験証するために、表１に列挙したサンプルを使用してテストを進行する。その測定結果は、図４乃至図７を参照することができる。前記テストの基本的な構成要素は、ランプとランプシェードである。前記光学板２０をテストする場合、ランプと垂直する方向を垂直方向とし、ランプと平行する方向を水平方向とする。

ランプとランプシェードを代表するサンプルａ０の垂直方向、前記垂直方向と４５度なる方向、水平方向、前記垂直方向と１３５度なる方向に沿って観測する光強度−視角の曲線を各々ｂ１、ｂ２、ｂ３、ｂ４とし。本発明の光学板２０を代表するサンプルａ３の垂直方向、前記垂直方向と４５度なる方向、水平方向、前記垂直方向と１３５度なる方向に沿って観測する光強度−視角の曲線を各々ｃ１、ｃ２、ｃ３、ｃ４とする。

図４と図５の比較を見ると、４つの曲線ｂ１、ｂ２、ｂ３及びｂ４の間の差異が比較的大きく、４つの曲線ｃ１、ｃ２、ｃ３及びｃ４の間の差異が比較的小さい。これは、本発明の球面マイクロ凹部を具備する光学板がバックライトの光学的均一性を向上させることができることを説明する。

図６は、垂直方向に沿って観測する本発明の光学板と、垂直方向に沿って観測する従来技術のランプシェードａ０、拡散板ａ１及びプリズムシートａ３と、を比べる光強度−視角の対比図である。図７は、水平方向に沿って観測する本発明の光学板と、水平方向に沿って観測する従来技術のランプシェードａ０、拡散板ａ１及びプリズムシートａ３と、を比べる光強度−視角の対比図である。図６と図７を参照すると、−４５度〜４５度の視角範囲内で、ａ３の輝度がａ１の輝度よりもっと明るい。これは、本発明の光学板の中央区域の輝度が高いことを説明する。４０度〜６０度の視角範囲（或いは、−４０〜−６０度の視角範囲）内で、ａ３の輝度が低減する速度がａ２の輝度が低減する速度より遅い。これは、本実施例の光学板が比較的広い視角範囲を持つことを説明する。

図８は、本発明の第二実施例に係る光学板３０の断面図である。本実施例の光学板３０と第一実施例の光学板２０が異なるところは、前記光学板３０の互いに隣接する２つの球面マイクロ凹部３１５の中心間の距離は、前記球面マイクロ凹部３１５を構成する球体の半径の２倍である。

図９は、本発明の第三実施例に係る光学板５０の断面図である。本実施例の光学板５０と第一実施例の光学板２０が異なるところは、前記光学板５０の球面マイクロ凹部５１５の形状が、１／４の球体である。即ち、前記球面マイクロ凹部５１５の深さが前記球面マイクロ凹部５１５を構成する球体の半径の１／２倍である。

図１０は、本発明の第四実施例に係る光学板６０の断面図である。本実施例の光学板６０と第一実施例の光学板２０が異なるところは、前記光学板６０の球面マイクロ突起６１５は、球体の極めて小さな一部分である。前記球面マイクロ突起６１５の深さが０.０１ｍｍである。

また、複数の球面マイクロ凹部を、マトリクス方式に配列しなく、その他の方式に配列することもできる。例えば、互いに隣接する横列或いは縦列が交差するように配列することができる。また、前記球面マイクロ凹部を不規則的に配列することもできる。

また、複数の球面マイクロ凹部のサイズ及び形状が互いに違うように設置することもできる。即ち、一部分の球面マイクロ凹部を構成する球体の半径を、他の一部分の球面マイクロ凹部を構成する球体の半径より大きく設けることができる。且つ、一部分の球面マイクロ凹部の形状を半球状にし、他の一部分の球面マイクロ凹部突起の形状を１／４球体の形状にすることもできる。

以下、二色射出成型金型２００で前記光学板２０を製造する方法を説明する。

図１１と図１２に示すように、前記二色射出成型金型２００は、回転装置２０１と、雌型２０２と、第一雄型２０３及第二雄型２０４と、を含む。前記雌型２０２は、２つの成型槽２０２１を具備する。前記成型槽２０２１の底面２０２２には、前記光学板２０の複数の球面マイクロ凹部２１５の形状に対応する複数の球面マイクロ突起２０２３が形成されている。前記第一雄型２０３を前記成型槽２０２１に挿入させると、前記第一雄型２０３と前記成型槽２０２１との間に第一キャビティ２０５が形成される。前記第一キャビティ２０５に溶融状態の透過層材料を注入して透過層２１を形成した後、前記第二雄型２０４を前記成型槽２０２１に挿入させると、前記第二雄型２０４と前記成型槽２０２１の間に第二キャビティ２０６を形成される。

以下、前記光学板２０を製造する方法を詳しく説明する。

第一ステップとして、第一透明材料を加熱して、溶融状態の透過層材料を形成し、且つ拡散粒子が混合されている第二透明樹脂材料を加熱して、溶融状態の拡散層材料を形成する。

第二ステップとして、前記第一成型槽２０２１に前記第一雄型２０３を挿入して、両者の間に第一キャビティ２０５を形成する。

第三ステップとして、前記第一キャビティ２０５に溶融状態の透過層材料を注入し、固化させて透過層２１を形成する。

第四ステップとして、前記第一雄型２０３を前記第一成型槽２０２１から取り出した後、前記回転装置２０１を介して前記雌型２０２を第二雄型２０４がある所まで１８０度回転させる。

第五ステップとして、前記第二雄型２０４を内部に透過層２１が形成されている前記第一成型槽２０２１に挿入させて、前記透過層２１と第二雄型２０４の間に第二キャビティ２０６を形成する。

第六ステップとして、前記第二キャビティ２０６に溶融状態の拡散層材料を注入し、固化させて拡散層２３を形成する。即ち、前記透過層２１の表面に拡散層材料を注入して、透過層２１と拡散層２３が一体に形成される光学板２０を製造する。

第七ステップとして、前記透過層２１と拡散層２３が一体に形成される光学板２０を前記雌型２０４から取り出す。

光学板を連続的に製造し、製造する速度を向上させるために、二色射出成型金型２００の２つの成型槽を同時に用いることができる。例えば、前記１つの成型槽２０２１に前記透過層２１を形成した後、前記雌型２０２を回転させる。次に、前記透過層２１が形成されている前記成型槽２０２１に前記第二雄型２０４を挿入して第二キャビティ２０６を形成し、前記第二キャビティ２０６に溶融状態の拡散層材料を注入して前記拡散層２３を形成する。これと同時に、他の成型槽２０２１に溶融状態の透過層材料を注入する。

前記拡散層２３が形成された後、前記第二雄型２０４を開放し、前記回転装置２０１を介して前記雌型２０２を一定な角度（例えば、９０度）回転させる。次に、透過層２１及び拡散層２３が一体に成型された光学板２０を前記雌型２０４から取り出す。次に、前記雌型２０２を初めの位置へ回転させ、初めに使用した前記成型槽２０２１に前記第一雄型２０３を挿入して前記製造過程を再度進行することができる。

または、前記雌型を回転させなく、１つの成型槽に注入工程を二度進行することができる。即ち、前記成型槽に透過層２１を形成した後、前記雄型を一定に後退させて、前記透過層２１と前記雄型との間に他のキャビティを形成する。次に、前記該キャビティに溶融状態の拡散材料を注入して拡散層２３を形成することができる。

図１３は、図２の光学板の製造に用いる他の金型３００の断面図である。前記金型３００において、前記透過層２１の球面マイクロ凹部２１５を形成するための複数の球面マイクロ突起３０２３を雄型３０４の成型面に設置することができる。

前記金型３００で前記光学板を製造する方法において、まず、溶融状態の拡散層材料を注入して拡散層２３を形成する。次に、前記成型槽と前記雄型によって形成される第二キャビティに溶融状態の透過層材料を注入して透過層２１を形成する。

以上、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で種々の変形又は修正が可能であり、該変形又は修正も又、本発明の特許請求の範囲内に含まれるものであることは、いうまでもない。

従来の光学板を用いるバックライトを示す断面図である。 本発明の第一実施例に係る光学板の斜視図である。 図２に示す光学板のIII−III線による断面図である。 光源とランプシェードが四つの異なる方向への光強−視角の関係図である。 図２の光学板を用いるバックライトが四つの異なる方向への光強度−視角の関係図である。 垂直方向に沿って観測する本発明の光学板と、垂直方向に沿って観測する従来技術のランプシェード、拡散板及びプリズムシートと、を比べる光強度−視角の対比図である。 水平方向に沿って観測する本発明の光学板と、水平方向に沿って観測する従来技術のランプシェード、拡散板及びプリズムシートと、を比べる光強度−視角の対比図である。 本発明の第二実施例に係る光学板の断面図である。 本発明の第三実施例に係る光学板の断面図である。 本発明の第四実施例に係る光学板の断面図である。 図２の光学板の透過層の製造に用いる金型の断面図である。 図２の光学板の拡散層の製造に用いる金型の断面図である。 図２の光学板の製造に用いる他の金型の断面図である。

符号の説明

２０ 光学板
２１ 透過層
２１１ 光入射面
２１３ 光出射面
２１５ 球面マイクロ凹部
２３ 拡散層
２３１ 透明樹脂
２３３ 拡散粒子
３０ 光学板
３１５ 球面マイクロ凹部
５０ 光学板
５１５ 球面マイクロ凹部
６０ 光学板
６１５ 球面マイクロ凹部
２００ 金型
２０１ 回転装置
２０２ 雌型
２０２１ 成形槽
２０２２ 底面
２０２３ 球面マイクロ突起
２０３ 第一雄型
２０４ 第二雄型
２０５ 第一キャビティ
２０６ 第二キャビティ
３００ 金型
３０２３ 球面マイクロ突起
３０４ 第二雄型

Claims (10)

1. 透過層と拡散層が一体に成型される光学板において、
   前記透過層は、光入射面と、前記光入射面の反対側に形成される光出射面と、前記光出射面の表面に形成される複数の球面マイクロ凹部と、を含み、
   前記拡散層は、前記透過層の光入射面に付着される透明樹脂と、前記透明樹脂内に分布される拡散粒子と、を含むことを特徴とする光学板。
2. 前記透過層の厚さと拡散層の厚さが、各々０.３５ｍｍであるか、０.３５ｍｍより大きいことを特徴とする請求項１に記載の光学板。
3. 前記拡散層の透明樹脂の材料として、アクリル酸樹脂、ポリカーネボート、ポリスチレン、スチレン／アクリロニトリル共重合体を単独または混合して用い、
   前記拡散粒子の材料として、二酸化チタン、二酸化ケイ素、アクリル酸樹脂の粒子を単独または混合して用いることを特徴とする請求項１に記載の光学板。
4. 前記複数の球面マイクロ凹部は、マトリクス方式或は不規則方式に配列されることを特徴とする請求項１に記載の光学板。
5. 前記球面マイクロ凹部は、半径が０.０１〜３ｍｍである半球状凹部であることを特徴とする請求項１に記載の光学板。
6. 互いに隣接する二つの球面マイクロ凹部の中心間の距離が、前記半球状凹部の半径の１／２乃至４倍であることを特徴とする請求項１に記載の光学板。
7. 成型槽の底面に複数の球面マイクロ凹部を具備する雌型と、前記成型槽に挿入される雄型と、を含む金型を用いて光学板を製造する方法において、
   第一透明樹脂材料を加熱して、溶融状態の透過層材料を形成し、且つ拡散粒子が混合されている第二透明樹脂材料を加熱して、溶融状態の拡散層材料を形成するステップと、
   前記成型槽に前記雄型を挿入して第一キャビティを形成し、且つ前記第一キャビティに前記溶融状態の透過層材料を注入して透過層を形成するステップと、
   透過層が形成される前記第一キャビティから前記雄型を一定に後退させて、前記透過層と前記雄型の間に第二キャビティを形成し、且つ前記第二キャビティに前記溶融状態の拡散層材料を注入して、前記透過層の表面に拡散層を一体に形成するステップと、
   前記第二キャビティを開放し、前記光学板を該第二キャビティから取り出すステップと、を含むことを特徴とする光学板の製造方法。
8. ２つの雄型と、２つの成型槽を具備する雌型と、前記雌型を回転させる回転装置と、を含む二色成型金型を用い、
   初めに、１つの雄型を１つの成型槽に挿入して第一キャビティを形成し、且つ前記第一キャビティに溶融状態の透過層材料を注入して透過層を形成し、
   次に、前記回転装置を使用して前記雌型を他の雄型がある所まで回転させた後、該他の雄型を前記成型槽に挿入して第二キャビティを形成し、且つ前記第二キャビティに溶融状態の拡散層材料を注入して拡散層を形成し、
   同時に、他の１つの成型槽に上述した過程を重複して連続的生産を実現することを特徴とする請求項７に記載の光学板の製造方法。
9. 成型槽を具備する雌型と、成型面に複数の球面マイクロ凹部を具備する雄型と、を含む二色成型金型を用いて光学板を製造する方法において、
   第一透明樹脂材料を加熱して、溶融状態の透過層材料を形成し、且つ拡散粒子が混合されている第二透明樹脂材料を加熱して、溶融状態の拡散層材料を形成するステップと、
   前記成型槽に前記雄型を挿入して第一キャビティを形成し、且つ前記第一キャビティに前記溶融状態の透過層材料を注入して透過層を形成するステップと、
   透過層が形成される前記第一キャビティから前記雄型を一定に後退させて、前記透過層と前記雄型の間に第二キャビティを形成し、且つ第二キャビティに前記溶融状態の拡散層材料を注入して、前記透過層の表面に拡散層を一体に形成するステップと、
   前記第二キャビティを開放し、前記光学板を該第二キャビティから取り出すステップと、を含むことを特徴とする光学板の製造方法。
10. 成型面に複数の球面マイクロ突起を形成される２つの第二雄型と、該雄型を挿入するための２つの成型槽を具備する雌型と、前記雌型を回転させる回転装置と、を含む二色成型金型を用い、
    初めに、前記１つの雄型を前記１つの成型槽に挿入して第一キャビティを形成し、且つ前記第一キャビティに溶融状態の透過層材料を注入して透過層を形成し、
    次に、前記回転装置を使用して前記雌型を他の雄型がある所まで回転させた後、該他の雄型を前記成型槽に挿入して第二キャビティを形成し、且つ前記第二キャビティに溶融状態の拡散層材料を注入して拡散層を形成し、
    同時に、他の成型槽に上述した過程を重複して連続的生産を実現することを特徴とする請求項９に記載の光学板の製造方法。

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