JP2008298947A - 液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】半透過型の液晶表示装置において、高いコントラストの実現と広視野角化を図る。
【解決手段】第１の透明基板１０と第２の透明基板２０の間に液晶層ＬＣが挟持された複数の画素１０Ｐが配置されている。各画素１０Ｐ内には、透過部１０Ｔ及び反射部１０Ｒが形成されている。透過部１０Ｔは、第１の透明基板１０に配置された第１の共通電極１５、及び第１の画素電極１７を備え、高いコントラスト及び広視野角のＦＦＳモードにより動作する。反射部１０Ｒは、第１の透明基板１０に配置された第２の画素電極１９と第２の透明基板２０に配置された第２の共通電極２５を備え、高い外光の反射率を有したＥＣＢモードにより動作する。さらに、隣接する各画素１０Ｐの各第１の共通電極１５は、第２の共通電極２５と重畳する領域を通る細い配線１５Ｗによって接続されている。これにより、第１の共通電極１５の全体の抵抗値が増大することを抑止される。
【選択図】図３

Description

本発明は、液晶表示装置に関し、特に、１つの画素に透過表示を行う透過部及び反射表示を行う反射部を有する半透過型の液晶表示装置に関する。

液晶表示装置は、薄型で低消費電力であるという特徴を備え、コンピュータや携帯電話等のモニターとして広く用いられている。液晶表示装置には、透過型及び反射型の液晶表示装置がある。

透過型の液晶表示装置は、液晶層の後方にバックライト等の光源を配置し、液晶層を介した光源の光の透過光量を、液晶層への電圧印加によって制御することで周囲が暗くても明るい表示ができる（以降、この表示を「透過表示」と呼ぶ）。しかし、常に光源を点灯して表示を行うため、消費電力が大きいこと、また昼間の屋外のように外光が強い環境では、十分なコントラストを確保できない特性がある。

一方、反射型の液晶表示装置では、太陽光や室内灯などの外光を光源として用い、その液晶層に入射する上記外光を、反射電極によって反射する。そして、液晶層を介した反射光の射出光量を、反射電極への電圧印加によって制御することによって表示を行う。（以降、この表示を「反射表示」と呼ぶ）この反射型の液晶表示装置は、光源として外光を用いるため、外光がない環境では表示を行えないが、透過型の液晶表示装置とは異なり、光源による消費電力がなく低消費電力であり、また外光が強い環境で十分なコントラストが得られるという特性がある。

そこで近年、透過型及び反射型の両機能を併せ持ち、周囲が明るい環境でも暗い環境でも見やすい液晶表示装置として半透過型の液晶表示装置が開発されている。図７に示すように、この液晶表示装置では、複数の画素１０Ｐが規則的に配置され、１つの画素１０Ｐ内に、透過表示を行う透過部１０Ｔ、及び反射表示を行う反射部１０Ｒが設けられている。各画素１０Ｐは、画素選択信号が供給される画素選択信号線ＧＬと、透過部１０Ｔ及び反射部１０Ｒに対して共通の表示信号が供給される表示信号線ＤＬに接続されている。

半透過型の液晶表示装置の動作モードには、従来のＴＮ（Twisted Nematic）モード、ＥＣＢ（Electrically Controlled Birefringence）モード、ＶＡ（Vertically Aligned）モード、ＦＦＳ（Fringe-Field Switching）モード、ＩＰＳ（In-Plain Switching）モード等を用いることができる。

なお、半透過型の液晶表示装置については、特許文献１に記載されている。
特開２００５−１４１１１０号公報

しかしながら、ＴＮモードやＥＣＢモードを用いた半透過型ではコントラストの劣化や視野角が狭くなるという問題があった。

これに対して、液晶層を他の方式で制御する方法が考えられるが、上記問題を解決し、かつ実用に耐えうる半透過型の開発は十分ではなかった。例えば、高いコントラスト及び広視野角を得るためにＶＡモードを用いると、低い視角での色変化が大きくなるという問題が生じていた。

また、透明基板に対して水平方向の電界を用いたＦＦＳモードやＩＰＳモードでは、低い視角での色変化が少なく、高いコントラスト及び広視野角が得られることが知られているが、これを半透過型に用いるためには、位相差板を外付けする必要があり、それによってコントラストが低下するという問題があった。さらに、このモードでは、ＴＮモードやＥＣＢモードを用いた半透過型に比して、液晶表示装置の厚さが大きくなるという問題があった。

本発明の液晶表示装置は、表示信号が供給される複数の画素を備え、各画素は、第１の基板及び第２の基板に挟持された液晶層と、第１の基板に配置された第１の共通電極及び第１の画素電極とよりなる第１の画素部と、第１の基板に配置された第２の画素電極と第２の基板に配置された第２の共通電極とよりなる第２の画素部と、を有し、第２の画素部を介して隣接する各第１の共通電極は、第２の共通電極と重畳する領域を通る第１の配線によって互いに接続されていることを特徴とする。

また、本発明の液晶表示装置は、上記構成において、第１の画素部を介して隣接する各第２の共通電極は、第１の共通電極と重畳する領域を通る第２の配線によって互いに接続されていることを特徴とする。この場合、必ずしも、各第１の共通電極は第１の配線によって接続されてなくてもよい。

本発明によれば、半透過型の液晶表示装置において、高いコントラストの実現と広視野角化を図ることができる。さらに、第１の共通電極の抵抗値、又は第２の共通電極の抵抗値が増大することを抑止できる。これにより、第１の共通電極又は第２の共通電極の電圧降下を極力低く抑えることができるため、安定した共通電位を得ることができる。結果として、液晶表示装置の動作を安定に保つことが可能となる。

以下に、本発明の第１の実施形態による半透過型の液晶表示装置について図面を参照して説明する。図１は、本実施形態による液晶表示装置を示す平面図である。図１では、説明の簡便のため、第１の透明基板１０における主要な構成要素のみを図示している。この液晶表示装置の概略構成は、図７に示したものと同様であり、同一の構成要素に対しては同一の番号を付して参照する。

また、図２及び図４は、図１のＸ−Ｘ線に沿った断面図である。図２は液晶層ＬＣに電界が生じないオフ状態を示し、図４は、液晶層ＬＣに電界が生じるオン状態を示している。図２及び図４の液晶分子Ｍは、各状態における長軸の配向方向（ダイレクターの配向方向）を示している。また、図３は、図１、図２及び図４の液晶表示装置における第１の共通電極を示す平面図である。

図１に示すように、ガラス基板等の第１の透明基板１０及びそれに対向して配置された第２の透明基板２０に、複数の画素１０Ｐが規則的に配置されている。なお、図では複数の画素１０Ｐのうち、その一部を示している。各画素１０Ｐ内には、透過表示を行う透過部１０Ｔ、及び反射表示を行う反射部１０Ｒが配置されている。ここでは、透過部１０ＴがＦＦＳモードで動作し、反射部１０ＲがＥＣＢモードで動作する場合の構成例について説明する。

各画素１０Ｐには、透過部１０Ｔと反射部１０Ｒに共通の画素選択信号を供給する画素選択信号線ＧＬが配置されている。画素選択信号線ＧＬの一部は画素トランジスタＴＲのゲート電極Ｇとなる。このゲート電極Ｇは、ゲート絶縁膜（不図示）を介して、画素トランジスタＴＲのソースＳ及びドレインＤが形成された能動層と重畳している。また、画素選択信号線ＧＬと交差して、表示信号が供給される表示信号線ＤＬが配置されている。表示信号線ＤＬは、例えば、アルミニウム等の低抵抗の金属層からなる。

以下に、第１の透明基板１０側における透過部１０Ｔの構成について図面を参照して説明する。図１及び図２に示すように、バックライト等の光源ＢＬと対応する第１の透明基板１０の面には、第１の偏光板１１が配置されている。第１の偏光板１１の透過軸は、例えば、図面上における左右方向である。第１の偏光板１１が配置されていない側の第１の透明基板１０面には、画素トランジスタＴＲ等が形成された回路層１２が配置されている。回路層１２には、画素トランジスタＴＲと接続して表示信号を一定期間保持する保持容量（不図示）も形成される。

回路層１２上には、画素トランジスタＴＲのソースと接続されたソース電極１３Ｔが配置されている。ソース電極１３Ｔは、アルミニウム等の低抵抗の金属層からなり、例えば、表示信号線ＤＬと同層の金属層からなる。このソース電極１３Ｔを覆って、回路層１２上には平坦化膜１４が形成されている。

平坦化膜１４上には、第１の共通電極１５が配置されている。第１の共通電極１５は、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）等の透明金属からなり、共通電位が供給される。即ち、第１の共通電極１５は、透過部１０Ｔの共通電極である。

第１の共通電極１５上には、絶縁膜１６を介して、第１の画素電極１７が配置されている。第１の画素電極１７は、ＩＴＯ等の透明金属からなり、複数のストライプ状の電極部とスリット部を有している。第１の画素電極１７は、コンタクトＣＴ２を介してソース電極１３Ｔと接続されており、画素トランジスタＴＲを通して表示信号が供給される。即ち、第１の画素電極１７は、透過部１０Ｔの画素電極である。第１の共通電極１５と第１の画素電極１７との間には、表示信号に応じて、第１の透明基板１０の略平行方向に沿った電界が生じる。

一方、反射部１０Ｒでは、透過部１０Ｔと共通して、第１の偏光板１１、回路層１２が配置され、回路層１２上には、透過部１０Ｔのソース電極１３Ｔと同様のソース電極１３Ｒ、及びそれを覆う平坦化膜１４が配置されている。

平坦化膜１４上に、凹凸の形状を有して外光を散乱させながら反射する反射膜１８と、それを覆う第２の画素電極１９が配置されている。即ち、第２の画素電極１９は、反射部１０Ｒの画素電極である。反射膜１８及び第２の画素電極１９の積層体は、外光を反射する反射電極として機能する。第２の画素電極１９は、コンタクトＣＴ４を介してソース電極１３Ｒと接続されており、画素トランジスタＴＲを通して表示信号が供給される。なお、第１の画素電極１７及び第２の画素電極１９は、配向膜（不図示）に覆われている。

以下に、第２の透明基板２０側における透過部１０Ｔについて説明する。第１の透明基板１０と対向しない側の第２の透明基板２０には、第１の偏光板１１の透過軸と直交する透過軸を有した第２の偏光板２１が配置されている。この例では、第１の偏光板１１の透過軸は、図面上における左右方向であるため、第２の偏光板２１の透過軸は、図面に対して垂直な方向である。第１の透明基板１０と対向する側の第２の透明基板２０には、ブラックマトリクス（不図示）、及びそれを覆うカラーフィルタ２２が形成されている。

一方、第２の透明基板２０側における反射部１０Ｒでは、透過部１０Ｔと共通して、第２の偏光板２１、ブラックマトリクス（不図示）、及びカラーフィルタ２２が配置され、さらに、第１の透明基板１０に向かって突出する内蔵位相差板２４が配置されている。内蔵位相差板２４は、第２の偏光板２１によって直線偏光された光に対して、その波長の２分の１の位相差を生じさせ、その偏光軸を約４５度回転させる。

内蔵位相差板２４には、第２の画素電極１９と対向して、ＩＴＯ等の透明金属からなり共通電位が供給される第２の共通電極２５が配置されている。なお、カラーフィルタ２２及び第２の共通電極２５は、配向膜（不図示）により覆われている。第２の画素電極１９と第２の共通電極２５との間には、表示信号に応じて、第１の透明基板１０と略垂直な方向に沿って電界が生じる。

上記構成の第１の透明基板１０と第２の透明基板２０の間には、透過部１０Ｔ及び反射部１０Ｒにおいて共通の液晶層ＬＣが挟持されている。液晶層ＬＣは、ホモジニアス配向された液晶分子Ｍからなる。液晶分子Ｍの長軸は、例えば、第１の偏光板１１の透過軸と直交として配向される。この液晶分子Ｍの配向は、第１の透明基板１０側及び第２の透明基板２０側に配置された配向膜のラビング方向によって制御される。

さらに、図３に示すように、隣接する各画素１０Ｐの各第１の共通電極１５は、画素１０Ｐ内の反射部１０Ｒを通り、第２の共通電極２５と重畳する領域を通る細い配線１５Ｗによって接続されている。配線１５Ｗは、第１の共通電極１５と同層の電極層、即ち透明金属からなる。この構成により、複数の画素１０Ｐに配置された第１の共通電極１５の全体の抵抗値を低く抑えることができる。

これにより、第１の共通電極１５の電圧降下を極力低く抑えることができるため、安定した共通電位を得ることができる。結果として、液晶表示装置の動作を安定に保つことが可能となる。

仮に、配線１５Ｗを設けないとすると、各第１の共通電極１５は、各画素１０Ｐに対応してストライプ状のパターンに形成されることになるため、抵抗値が大きくなってしまう。本実施形態では、この抵抗値の問題を、配線１５Ｗを設けることで解消している。

上記効果を得るための配線１５Ｗは、例えば、約１ｋΩの抵抗値を有するものであり、画素１０Ｐのピッチを約１４０〜１８０μｍとすると、厚さ約０．１μｍ、幅約５μｍ、長さ約７０〜９０μｍ（画素１０Ｐのピッチの約２分の１）である。

配線１５Ｗの形成領域は、ブラックマトリクスＢＭと重畳する領域であることが好ましい。配線１５Ｗの形成領域及びその近傍では、配線１５Ｗの電位によって液晶分子Ｍの配向が乱れる場合があるが、その領域をブラックマトリクスＢＭにより覆うことで、表示不良として視認されることを抑止する。

以下に、この液晶表示装置の動作について説明する。図２に示すように、液晶層ＬＣに電界が生じないオフ状態における透過部１０Ｔでは、第１の偏光板１１によって直線偏光された光源ＢＬの光は、その偏光軸が液晶分子Ｍの配向方向と直交するため、そのままの状態で第２の偏光板２１に入射する。しかし、その直線偏光の偏光軸は第２の偏光板２１の透過軸と直交するため、第２の偏光板２１から光は出射されない。即ち黒表示となる（ノーマリーブラック）。

反射部１０Ｒでは、第２の透明基板２０に入射して第２の偏光板２１により直線偏光された外光の偏光軸は、内蔵位相差板２４の位相差により約４５度回転する。この直線偏光は、液晶分子Ｍの配向方向により楕円偏光となり、反射膜１８により反射される。反射された楕円偏光の回転方向は反転し、再び液晶層ＬＣから出射された際には、それに入射した際の偏光軸に対して９０度回転した偏光軸の直線偏光となる。この直線偏光は、その偏光軸が内蔵位相差板２４の位相差によって約−４５度回転されて第２の偏光板２１に入射する。しかし、その直線偏光の偏光軸は第２の偏光板２１の透過軸と直交するため、第２の偏光板２１から光は出射されない。即ち黒表示となる（ノーマリーブラック）。

一方、図４に示すように、液晶層ＬＣに電界が生じるオン状態となると、即ち表示信号が第１の画素電極１７に印加されると、透過部１０Ｔでは、液晶分子Ｍの長軸は、第１の共通電極１５と第１の画素電極１７との間に生じた電界に応じて回転する。即ち、液晶分子Ｍの長軸は、第１の透明基板１０と略平行に、第１の画素電極１７に対して、約４５度回転する。これにより、第１の偏光板１１によって直線偏光された光源ＢＬの光は、液晶分子Ｍによる複屈折により、第２の偏光板２１の透過軸と一致する成分を有する楕円偏光となる。即ち白表示となる。

反射部１０Ｒでは、透過部１０Ｔの画素電極である第１の画素電極１７に印加されたものと同一の表示信号が第２の画素電極１９に印加され、液晶分子Ｍの長軸は、第２の画素電極１９と第２の共通電極２５との間に生じた電界に沿って、第１の透明基板１０と略垂直な方向に沿って配向される。

第２の透明基板２０に入射して第２の偏光板２１により直線偏光された外光の偏光軸は、内蔵位相差板２４の位相差により４５度回転する。この直線偏光は、液晶層ＬＣに入射し、そのままの状態で反射膜１８により反射されて出射される。液晶層ＬＣから出射された直線偏光の偏光軸は、内蔵位相差板２４の位相差によって、約−４５度回転されて、第２の偏光板２１に入射する。この直線偏光は、その偏光軸が第２の偏光板２１の透過軸と一致するため、第２の偏光板２１から出射される。即ち白表示となる。

上記動作では、同一の画素１０Ｐにおいて、異なる動作モードのそれぞれの利点を生かした表示が可能となる。即ち、透過部１０ＴがＦＦＳモードとなるため、高いコントラストと広視野角を得ることができる。また、反射部１０Ｒでは、ＥＣＢモードで動作するため、これをＦＦＳモードとする場合に比して、外光の反射率（利用効率）を高めることができ、高輝度の反射表示を行うことができる。

その際、従来では透過型と反射型の機能を同一画素１０Ｐ内で共存させるために必要としていた外付けの位相差板を必要としない。これにより、その位相差板によるコントラストの低下や、液晶表示装置の厚みの増大を回避できる。

さらに、これらの効果に加え、配線１５Ｗによって、複数の画素１０Ｐに配置された第１の共通電極１５の全体の抵抗値を低く抑えることができるため、動作を安定させることができる。

以下に、本発明の第２の実施形態について図面を参照して説明する。図５は、図１、図２及び図４の液晶表示装置における第１の共通電極１５を示す平面図である。本実施形態では、各第１の共通電極１５は、それと同層の透明金属からなる配線１５Ｗの替わりに、他の構成要素の導電層を用いて接続される。

例えば、ソース電極１３Ｔ，１３Ｒ又は表示信号線ＤＬを構成する金属層からなる配線１３Ｗを用いて、各第１の共通電極１５を接続する。配線１３Ｗは、図２及び図４におけるソース電極１３Ｔ，１３Ｒと同層の金属層であるため、平坦化膜１４を貫通するコンタクトＣＴ５，ＣＴ６を介して、第１の共通電極１５と接続される。その際、配線１３Ｗは、必ずしもブラックマトリクスＢＭと重畳する領域に配置されなくてもよい。この液晶表示装置においても、第１の実施形態と同様に、複数の画素１０Ｐに配置された第１の共通電極１５の全体の抵抗値を低く抑えることができる。

以下に、本発明の第３の実施形態について図面を参照して説明する。図６は、図２及び図４の液晶表示装置における第２の共通電極２５を示す平面図である。本実施形態では、第１の実施形態又は第２の実施形態において、さらに、隣接する各画素１０Ｐ内の第２の共通電極２５（即ち反射部１０Ｒの共通電極）が、画素１０Ｐ内の透過部１０Ｔを通り、第１の共通電極１５と重畳する領域を通る細い配線２５Ｗによって接続されている。配線２５Ｗは、第４の電極２５と同層の電極層、即ち、透明金属からなる。この構成により、複数の画素１０Ｐに配置された第４の電極２５の全体の抵抗値を低く抑えることができる。

上記効果を得るための配線２５Ｗは、例えば、約１ｋΩの抵抗値を有するものであり、画素１０Ｐのピッチを約１４０〜１８０μｍとすると、厚さ約０．１μｍ、幅約５μｍ、長さ約７０〜９０μｍ（画素１０Ｐのピッチの約２分の１）である。

配線２５Ｗの形成領域は、ブラックマトリクスＢＭと重畳する領域であることが好ましい。配線２５Ｗの形成領域及びその近傍では、配線２５Ｗの電位によって液晶分子Ｍの配向が乱れる場合があるが、その領域をブラックマトリクスＢＭにより覆うことで、表示不良として視認されることを抑止する。

本実施形態では、第１の共通電極１５の抵抗値を考慮する必要が無い場合には、配線１５Ｗによる各第１の共通電極１５の接続は、必ずしも行われなくてもよい。

なお、上述した第１乃至第３の実施形態における透過部１０Ｔ及び反射部１０Ｒの表示は、上記以外の偏光関係により実現されてもよい。例えば、反射部１０Ｒにおいて、内蔵位相差板２４の替わりに、これと同等の厚さを有し、位相差を生じさせない突起部（不図示）が配置され、透過部１０Ｔと反射部１０Ｒにおいて、それぞれ異なるラビング方向を有した配向膜が配置されてもよい。

この場合、透過部１０Ｔの配向膜のラビング方向は、第１の偏光板１１の透過軸と直交して配向されるか、又は、平行に配向される。反射部１０Ｒの配向膜のラビング方向は、第１の偏光板１１の透過軸に対して約４５度傾いて配向される。このままの構成では、透過部１０Ｔはノーマリーブラックとなり、反射部１０Ｒではノーマリーホワイトとなるため、同一の画素１０Ｐ内で透過型と反射型の機能が両立しない。そこで、透過部１０Ｔの共通電極である第１の共通電極１５の電位と、反射部１０Ｒの共通電極である第４の電極２５の電位を、互いに逆相にして供給する。これにより、同一の表示信号に対して、透過部１０Ｔと反射部１０Ｒの両者をノーマリーブラック又はノーマリーホワイトのいずれか一方の表示にすることができる。この構成においても、第１乃至第３の実施形態と同等の効果を得ることができる。

また、第１乃至第３の実施形態では、透過部１０ＴがＦＦＳモード動作し、反射部１０ＲがＥＣＢモードで動作するものとしたが、本発明はこれに限定されない。即ち、本発明は、上記構成において、透過部１０ＴがＩＰＳモードにより構成される場合についても適用される。この場合、図示しないが、第１の共通電極１５と第１の画素電極１７は、ストライプ状に形成され、平坦化膜１４上において、絶縁膜１６を介在させずに、所定の間隔で離間しつつ平行に交互に配置される。

また、第１乃至第３の実施形態において、透過部１０Ｔの第１の共通電極１５を画素電極とし、第１の画素電極１７を共通電極として用いてもよい。

本発明の第１の実施形態にかかる液晶表示装置を示す平面図である。 図１のＸ−Ｘ線に沿った断面図である。 本発明の第１の実施形態に係る液晶表示装置を示す平面図である。 図１のＸ−Ｘ線に沿った断面図である。 本発明の第２の実施形態に係る液晶表示装置を示す平面図である。 本発明の第３の実施形態に係る液晶表示装置を示す平面図である。 半透過型の液晶表示装置の概略構成図である。

符号の説明

１０ 第１の透明基板 １０Ｐ 画素
１０Ｒ 反射部 １０Ｔ 透過部
１１ 第１の偏光板 １２ 回路層
１３ 電極 １４ 平坦化膜
１５ 第１の共通電極 １６ 絶縁膜
１７ 第１の画素電極 １８ 反射膜
１９ 第２の画素電極 ２０ 第２の透明基板
２１ 第２の偏光板 ２２ カラーフィルタ
２４ 内蔵位相差板 ２５ 第２の共通電極
Ｄ ドレイン Ｓ ソース
ＣＴ１〜ＣＴ６ コンタクト ＴＲ 画素トランジスタ
ＢＬ 光源 ＬＣ 液晶層

Claims (6)

1. 表示信号が供給される複数の画素を備え、各画素は、
   第１の基板及び第２の基板に挟持された液晶層と、
   前記第１の基板に配置された第１の共通電極及び第１の画素電極とよりなる第１の画素部と、
   前記第１の基板に配置された第２の画素電極と前記第２の基板に配置された第２の共通電極とよりなる第２の画素部と、を有し、
   前記第２の画素部を介して隣接する各第１の共通電極は、前記第２の共通電極と重畳する領域を通る第１の配線によって互いに接続されていることを特徴とする液晶表示装置。
2. 表示信号が供給される複数の画素を備え、各前記画素は、
   第１の基板及び第２の基板に挟持された液晶層と、
   前記第１の基板に配置された第１の共通電極及び第１の画素電極とよりなる第１の画素部と、
   前記第１の基板に配置された第２の画素電極と前記第２の基板に配置された第２の共通電極とよりなる第２の画素部と、を有し、
   前記第１の画素部を介して隣接する各第２の共通電極は、前記第１の共通電極と重畳する領域を通る第２の配線によって互いに接続されていることを特徴とする液晶表示装置。
3. 前記第１の配線は、前記第１の共通電極と同層の電極層からなることを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置。
4. 各画素は、前記表示信号が供給される表示信号線を有し、
   前記第１の配線は、前記表示信号線と同層の金属層からなり、コンタクトを介して、各第１の共通電極を接続していることを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置。
5. 前記第１の画素部を介して隣接する各第２の共通電極は、前記第１の共通電極と重畳する領域を通る第２の配線によって互いに接続されていることを特徴とする請求項１、３、４のいずれかに記載の液晶表示装置。
6. 前記第２の配線は、前記第２の共通電極と同層の電極層からなることを特徴とする請求項２又は請求項５に記載の液晶表示装置。

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