JP2008309963A - Liquid crystal display device equipped with microlens array - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、液晶表示装置に関し、とくに、裸眼立体視のためのマイクロレンズアレイを光線制御素子として備えた液晶表示装置に関する。 The present invention relates to a liquid crystal display device, and more particularly to a liquid crystal display device provided with a microlens array for autostereoscopic viewing as a light beam control element.
眼鏡等の特殊な装置を観察者が使用することなく、立体像を観察することが出来るディスプレイである。このような裸眼立体視ディスプレイの方式としては、レンチキュラ方式やホログラフィ方式等、各種存在するが、そのほとんどの方式の根本原理は、観察者の目に入射する光線情報を制御することにより、左右の目に違う光線情報を入射させ、裸眼立体視を実現するものである。上記、裸眼立体視ディスプレイの方式の一つに、非特許文献1に述べられたインテグラルフォトグラフィ方式がある。このインテグラルフォトグラフィ方式は、特許文献1にあるように多数のレンズより成るレンズアレイにより構成される。インテグラルフォトグラフィ方式とは、複数のレンズにより任意の場所に光点を生成する方式で、各レンズの下には複数の画素があり、その画素の一つが光点を表示している。このレンズアレイを、視点Aから見た時には、各レンズを通して画素Aが見え、視点Bから見た時には、各レンズを通して画素Bが見えるというように、左右の目で違う画素が見えるため、立体視が可能となっている。
The display can observe a stereoscopic image without an observer using a special device such as glasses. There are various types of autostereoscopic display systems such as the lenticular system and the holographic system, but the basic principle of most of the systems is that the right and left sides are controlled by controlling the light information incident on the eyes of the observer. Different light information is incident on the eyes to realize autostereoscopic viewing. One of the autostereoscopic display systems described above is an integral photography system described in Non-Patent
このレンズアレイを画像表示装置と組み合わせれば、裸眼立体視ディスプレイの構築が可能である。液晶表示装置へのレンズアレイの形成方法としては、特許文献2にクリーン印刷法が示されている。 By combining this lens array with an image display device, it is possible to construct an autostereoscopic display. As a method of forming a lens array on a liquid crystal display device, Patent Document 2 discloses a clean printing method.
スクリーン印刷ではインクはメッシュの編み目の間及び孔版を通って被印刷物に印刷されるので、印刷後、被印刷物から版を外す時、被印刷物に印刷されたインクの中からメッシュを抜き取ることになり、メッシュの交点のあった位置に気泡が残っていて、三次元画像表示用レンズアレイのレンズとしての性能が劣るという欠点がある。また、印刷後、印刷したインクが表面張力でほぼ滑らかな球面になるのを待って光を照射して硬化させるが、この待ち時間にインクがだれて、円形が崩れたり、隣のインクと繋がったりしゃすく、この場合は正確な球面にならないので高性能なレンズアレイが形成されないという欠点がある。 In screen printing, ink is printed on the substrate between the mesh stitches and through the stencil. When the plate is removed from the substrate after printing, the mesh is extracted from the ink printed on the substrate. There is a drawback that bubbles remain at the position where the mesh intersects and the performance of the lens array of the three-dimensional image display lens is poor. In addition, after printing, the printed ink waits for the surface tension to become a nearly smooth spherical surface, and is irradiated with light to cure. However, the ink leaks during this waiting time, and the circle collapses or is connected to the adjacent ink. In this case, there is a disadvantage that a high-performance lens array is not formed because the spherical surface is not accurate.
また、スクリーン印刷では、版が印刷機のスキージにより延びた状態で印刷面に対して接触するため、印刷版を高精度に設計できたとしても、版のパターンが変形した状態で印刷されるので、印刷物の形状、印刷位置は高精度に保てない。 Also, in screen printing, the plate comes into contact with the printing surface while being extended by the squeegee of the printing press, so even if the printing plate can be designed with high accuracy, the plate pattern is printed in a deformed state. The shape of the printed matter and the printing position cannot be maintained with high accuracy.
また、印刷後所定時間減圧下に放置し、硬化性樹脂インク内部の気泡を除去する必要があり、製法時間が長いという欠点がある。 Moreover, it is necessary to leave under a reduced pressure for a predetermined time after printing to remove bubbles inside the curable resin ink, and there is a disadvantage that the manufacturing time is long.
本発明は、上記課題を解決すべくなされたものであり、製造工程上有利で、かつ高品質なレンズアレイを備えた裸眼立体視可能な液晶表示装置を提供することにある。 SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and provides a liquid crystal display device capable of autostereoscopic viewing, which is advantageous in the manufacturing process and includes a high-quality lens array.
上記課題を解決すべく、本発明では、レンズアレイの形成に、オフセット印刷を用いる。 In order to solve the above problem, in the present invention, offset printing is used for forming the lens array.
本願発明は、例えば、対向する2枚の基板で囲まれたセル内に液晶を挟持してなる液晶表示装置であって、前記液晶表示装置の表示面側には、複数の画素に対応するように配された立体視のためのレンズアレイが配されている。そして、前記レンズアレイは、オフセット印刷により形成されたものである。 The present invention is, for example, a liquid crystal display device in which a liquid crystal is sandwiched between cells surrounded by two opposing substrates, and the display surface side of the liquid crystal display device corresponds to a plurality of pixels. A lens array for stereoscopic viewing is arranged. The lens array is formed by offset printing.
また、当該レンズアレイを構成する各レンズの間には、オフセット印刷により形成された遮光パターンが形成されていてもよい。 Further, a light shielding pattern formed by offset printing may be formed between the lenses constituting the lens array.
以下、本発明の実施形態の例について図面を参照して説明する。 Hereinafter, examples of embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
<第1の実施形態>
図1は、本実施形態が適用された液晶表示装置100の平面図である。図面に対して手前が観察者側(表示面側)となる。図2は、液晶表示装置100の断面図であり、図1のA−A’断面に相当する。
<First Embodiment>
FIG. 1 is a plan view of a liquid
本実施形態の液晶表示装置100は、立体視のためのマイクロレンスアレイ70を備える他は、通常の液晶表示装置と同様の構成を備えている。本実施形態の液晶表示装置は、バックライトモジュール80からのバックライトを透過して表示する透過型液晶表示装置である。ただし、外光を受け入れて反射して表示する反射表示部を備える半透過型の液晶表示装置であってもよい。
The liquid
また、TN(Twisted Nematic)方式、VA(Virtical Alignment)方式、IPS(In-Place-Switching)方方などの様々な方式の液晶表示装置に対して適用するこができる。 Further, the present invention can be applied to various types of liquid crystal display devices such as a TN (Twisted Nematic) method, a VA (Virtical Alignment) method, and an IPS (In-Place-Switching) method.
図2に示すように、液晶表示装置100は、表示面側から順に、マイクロレンズアレイ70と、外付け光学フィルム(偏光板、位相差板など)10と、カラーフィルタ基板20と、液晶層40と、TFT(薄膜トランジスタ)基板50と、外付け光学フィルム(偏光板、位相差板など)60と、バックライトモジュール80と、を備えて構成される。
As shown in FIG. 2, the liquid
液晶層40は、カラーフィルタ基板20とTFT基板50との間に、シール部30により封止されている。
The
カラーフィルタ基板20には、ブラックマトリックスと、着色レジスト(R(赤)、G(緑)及びB(青))とが形成されている。さらに、主面側(液晶層40側)には、共通電極21が形成されており、共通電極21の上層には、液晶層40を配向させるための配向膜が形成されている。共通電極21は、ITO膜等の透明電極である。
The
TFT基板50には、マトリクス状に、透明電極である画素電極51が配されている。各画素電極51は、カラーフィルタ基板20のR,G、Bのいずれかに対応し、画素領域(サブ画素領域)となる。画素電極51は、走査線及び信号線が交差する部分に形成されたTFT(薄膜トランジスタ)に接続している。
On the
なお、横電荷を発生させるIPS方式の場合、共通電極21は、TFT基板50側に設けられた画素電極51の下層に絶縁膜を挟んで形成されている。かかる場合、画素電極51は、例えば、スリット状の開口部を備えている。
In the case of an IPS system that generates lateral charges, the
マイクロレンズアレイ70は、カラーフィルタ基板20側の外付け光学フィルム(例えば、偏光板)10に直接形成されている。マイクロレンズアレイ70は、凸型半球状のレンズ群である。各レンズは、複数の画素に対応するように配されており、観察者の左右の目に異なる像を入射させ立体視を可能とする。
The
マイクロレンズアレイ70の各レンズの直径Wは、100〜600μmの範囲であり、レンズ端間ピッチdは、10〜40μmの範囲である。レンズの高さhは、レンズ直径Wの約1/10であり、10〜60μmの範囲である。
The diameter W of each lens of the
このようなマイクロレンズアレイ70は、後述するオフセット印刷の技術により形成することができる。
Such a
なお、立体視可能であればマイクロレンズアレイ70を構成する各レンズの形状(直径W、高さhなど)、配置(ピッチ間隔dなど)に制限はない。例えば、正方形をなす格子状に配置してもよいし、光線制御素子としての数を増やすために最密充填や、デルタ配置を採用してもよい。また、各レンズは、円形に限らず、六角形であってもよい。また、シリンドリカルレンズであってもよい。
As long as stereoscopic vision is possible, there is no limitation on the shape (diameter W, height h, etc.) and arrangement (pitch interval d, etc.) of each lens constituting the
図3〜図8は、マイクロレンズアレイ70の形成工程を示す図である。本実施形態では、オフセット印刷法を用いてマイクロレンズアレイ70を形成する。オフセット印刷法を用いることで、所望のピッチ端間隔d、レンズ高さhのマイクロレンズアレイ70を形成することができる。
3 to 8 are diagrams showing a process of forming the
図3及び図4に示すように、まず、マイクロレンズアレイ70のパターン(レンズパターン)に対応して窪み202が形成されている凹版201に、ドクターブレード204により、レンズ材料203を刷り込む。ここで、窪み202の深さを調整することで、形成されるレンズの高さhを調整することができる。
As shown in FIGS. 3 and 4, first, the
レンズ材料203としては、UV(紫外線)硬化型ポリマー材料や100℃以下の加熱で硬化する熱硬化型ポリマー材料を用いることができる。ポリマー全体は、アクリル系ポリマー、エポキシ系ポリマー、アクリルエポキシ系ポリマーなどを用いることができる。
As the
次に、図5に示すように、周囲にブランケット302を備えた転写ローラ301を、凹版201上で転がし、図6に示すように、ブランケット302にレンズ材料203を付着させ、レンズパターンを転写する。
Next, as shown in FIG. 5, a
ここで、カラーフィルタ基板20とTFT基板50とを液晶層40を封止して貼り合わせ、さらに外付け光学フィルム10、60を貼り合わせた状態の液晶セル110(図2参照)を用意する。
Here, the liquid crystal cell 110 (see FIG. 2) is prepared in a state where the
そして、図7に示すように、オフセット印刷機の定盤に、かかる液晶セル110を、カラーフィルタ基板20側の外付け光学フィルム10を上面として固定する。さらに、図7及び図8に示すように、レンズ材料203が付着した転写ローラ301を、外付け光学フィルム10の上面で転がす。これにより、レンズ材料203を、外付けフィルム10に付着させることができ、転写ローラ301に転写されたレンズパターンを、外付けフィルム10に転写するとができる。なお、レンズ材料203は、転写ローラ301から離れるときに、引き剥がしの力により、その表面に丸みが形成される。この丸みがレンズ作用を生じることになる。
Then, as shown in FIG. 7, the
最後に、外付けフィルム10に転写したレンズ材料203に対して、その材料に応じて、UV光照射処理又は加熱処理、またはそれらの組み合わせ処理を行い、レンズ材料203を硬化させる。これにより、所望のピッチ間隔および高さを備えるマイクロレンズアレイ70が形成される。
Finally, the
なお、曲率半径を大きくしたい場合など、レンズの高さを所望のものとするために、オフセット印刷を複数回に分けて行ってもよい。例えば、最初の印刷で所定の高さのレンズ材料を塗布した後、さらにオフセット印刷により、レンズパターンを重ねる。こうすれば、容易に所望の高さのレンズを形成することができる。 Note that, when it is desired to increase the radius of curvature, offset printing may be performed in a plurality of times in order to obtain a desired lens height. For example, after a lens material having a predetermined height is applied in the first printing, the lens pattern is further overlapped by offset printing. In this way, a lens having a desired height can be easily formed.
マイクロレンズアレイ70を形成した後は、バックライトモジュール80を固定する。
After the
以上、本発明が適用された液晶表示装置およびその特徴的な製造工程について説明した。 The liquid crystal display device to which the present invention is applied and the characteristic manufacturing process thereof have been described above.
本実施形態によれば、オフセット印刷技術を用いるので、高品質のレンズを容易に形成することができる。したがって、抵コストで歩留まりよく、立体視可能な液晶表示装置を製造することができる。 According to the present embodiment, since the offset printing technique is used, a high-quality lens can be easily formed. Accordingly, it is possible to manufacture a liquid crystal display device that can be stereoscopically viewed at low cost and with high yield.
<第2の実施形態>
第2の実施形態の液晶表示装置は、基本的に上記第1の実施形態と同様の構成を備えている。したがって、同様の構成(同符号で表す)については説明を省略する。本実施形態の液晶表示装置は、マイクロレンズアレイ70を構成する各レンズの間に遮光パターンが形成されている。
<Second Embodiment>
The liquid crystal display device of the second embodiment basically has the same configuration as that of the first embodiment. Therefore, the description of the same configuration (denoted by the same symbol) is omitted. In the liquid crystal display device of this embodiment, a light shielding pattern is formed between the lenses constituting the
図9は、本実施形態が適用された液晶表示装置101の平面図である。図面に対して手前が表示面側となる。図10は、液晶表示装置101の断面図であり、図9のA−A’断面に相当する。
FIG. 9 is a plan view of a liquid
図示するように、液晶表示装置100の表示面側には、外付け偏光板10上に、遮光パターン75と、その開口部にマイクロレンズアレイ70が形成されている。マイクロレンズアレイ70は、上記第1の実施形態のものと同様である。
As shown in the figure, on the display surface side of the liquid
遮光パターン75は、第1の実施形態で説明したオフセット印刷技術により形成することができる。
The
遮光パターン75の材料は、UV硬化型ポリマー材料や100℃以下の加熱で硬化する熱硬化型ポリマー材料にカーボンブラックを混練して黒色化した材料である。ポリマー自体は、アクリル系、エポキシ系、アクリルエポキシ系ポリマーなどを用いることができる。
The material of the
まず、光学フィルム10上に、オフセット印刷により、遮光パターン75の材料を塗布する。遮光パターン75は、マイクロレンズ70を形成する部分に円形の開口部を備えている。その後、上記第1の実施形態と同様にして、遮光パターン75の開口部にマイクロレンズアレイ70の材料を塗布する。
First, the material of the
遮光パターン75の材料の塗布と、マイクロレンズアレイ70の材料の塗布は、その工程間でUV光照射と加熱処理などを行わずとも、連続で転写印刷が可能である。なお、遮光パターン75は、レンズのような一定の高さを必要としないので、1回のオフセット印刷で形成することができる。
The application of the material of the
転写した遮光パターン75とマイクロレンズアレイ70のパターンに対して、その材料に応じてUV光照射と加熱処理を単独、または組合せて行い、材料を硬化させる。
The transferred light-shielding
こうして、図9及び図10に示すような、遮光パターン75とマイクロレンズアレイ70を備えた液晶表示装置が完成する。
Thus, a liquid crystal display device including the
本実施形態の液晶表示装置101によれば、マイクロレンズ70の各レンズ間に遮光パターン75が存在するので、レンズの間から透過光が漏れ出るのを防ぐことができる。
According to the liquid
<第3の実施形態>
図11は、第3の実施形態にかかるマイクロレンズアレイ70を備える液晶表示装置102の断面図である。第3の実施形態は、基本的に上記第2の実施形態と同様の構成を備えている。したがって、同様の構成(同符号で表す)については説明を省略する。
<Third Embodiment>
FIG. 11 is a cross-sectional view of a liquid
液晶表示装置102は、液晶セル110の表示面側の光学フィルム10の更に外側に、透明基板90を備えている。この透明基板90の液晶セル110側の面には、遮光パターン75と、その開口部にレンズアレイ70が形成されている。マイクロレンズ70の各レンズは、液晶セル110の方向に凸型である。この透明基板90は、枠状に設けられたシール材料91を介して光学フィルム10と所定の間隔を保持して貼り付けられている。
The liquid
遮光パターン75及びマイクロレンズアレイ70は、上記第2の実施形態と同様にオフセット印刷技術により形成することができる。
The
なお、ここで使用するシール材料91は、マイクロレンズアレイ75の高さ以上の厚みを確保するために、ギャップ材と称するガラスビーズなどを含有している。
Note that the sealing
本実施形態よれば、透明基板90を最も外側に設け、その内側に、半球凸状のマイクロレンズアレイ70を収納する。したがって、表示面側の面に凹凸がない液晶表示装置102となる。
According to this embodiment, the
なお、本実施形態の液晶表示装置102は、第1の実施形態のように、遮光パターン75を備えていなくてもよい。
Note that the liquid
<第4の実施形態>
図12は、第4の実施形態にかかるマイクロレンズアレイ70を備えた液晶表示装置103の断面図である。第4の実施形態は、基本的に上記第3の実施形態と同様の構成を備えている。したがって、同様の構成(同符号で表す)については説明を省略する。
<Fourth Embodiment>
FIG. 12 is a cross-sectional view of a liquid
液晶表示装置103は、上記第3の実施形態と同様に、マイクロレンズ70が形成された透明基板90を備えている。ただし、透明基板90は、カラーフィルタ基板20の表示面側にシール材91を介して貼り付けられており、透明基板90のさらに外側に、光学フィルム10が貼り付けられている。
The liquid
言い換えれば、カラーフィルタ基板20と、シール材30で封止された液晶層40と、TFT基板50と、TFT基板50側の光学フィルム60とで構成される液晶セル120の、表示面側のカラーフィルタ基板20のさらに外側に、透明基板90を備えている。この透明基板90の液晶セル110側の面に、遮光パターン75とその開口部にレンズアレイ70が形成されている。マイクロレンズ70の各レンズは、液晶セル110の方向に凸型である。この透明基板90は、枠状に設けられたシール材料91を介して光学フィルム10に貼り付けられている。そして、透明基板90のさらに外側に、偏光板などの光学フィルム10が貼り付けられている。
In other words, the color on the display surface side of the
遮光パターン75及びマイクロレンズアレイ70は、上記第2の実施形態及び第3の実施形態と同様にオフセット印刷技術により形成することができる。
The
また、ここで使用されるシール材料91は、レンズアレイの高さ以上の厚みを確保するために、ギャップ材と称するガラスビーズなどを含有しており、所望の厚みを確保している。
Further, the
本実施形態よれば、透明基板90の内側に、半球凸状のマイクロレンズアレイ70を収納する。したがって、表示面側の面に凹凸がない液晶表示装置103となる。
According to the present embodiment, the hemispherical
なお、本実施形態の液晶表示装置103は、第1の実施形態のように、遮光パターン75を備えていなくてもよい。
Note that the liquid
以上、いくつかの実施形態について説明した。上記のように、転写印刷の中でも高精度のオフセット印刷を用いることで、高精度のマイクロレンズを形成することできる。具体的には、スクリーン印刷の場合と比較して、気泡が少なく、形状の崩れの少ないマイクロレンズアレイが得られる。上記実施形態におけるマイクロレンズアレイの透明度は、可視光波長領域で80%以上である。これにより、表示性能の高いインテグラルフォトグラフィ方式の裸眼立体視表示装置を得ることができる。 In the above, several embodiments have been described. As described above, a high-precision microlens can be formed by using high-precision offset printing among transfer printing. Specifically, compared to the case of screen printing, a microlens array with fewer bubbles and less shape collapse can be obtained. The transparency of the microlens array in the above embodiment is 80% or more in the visible light wavelength region. Thus, an integral photography autostereoscopic display device with high display performance can be obtained.
10・・・外付け光学フィルム
20・・・カラーフィルタ基板、21・・・共通電極
30・・・シール材
40・・・液晶
50・・・TFT基板、51・・・画素電極
60・・・外付け光学フィルム
70・・・マイクロレンズアレイ
75・・・遮光パターン
80・・・バックライトモジュール
100、101、102、103・・・液晶表示装置
110、120・・・液晶セル
DESCRIPTION OF
Claims (13)
前記液晶表示装置の表示面側には、複数の画素に対応するように配された立体視のためのレンズアレイが配されており、
前記レンズアレイは、オフセット印刷により形成されたものである
ことを特徴とする液晶表示装置。 A liquid crystal display device in which liquid crystal is sandwiched between cells surrounded by two opposing substrates,
On the display surface side of the liquid crystal display device, a lens array for stereoscopic viewing arranged to correspond to a plurality of pixels is arranged,
The liquid crystal display device, wherein the lens array is formed by offset printing.
前記液晶表示装置の表示面側には、複数の画素に対応するように配された立体視のためのレンズアレイが配されており、
当該レンズアレイを構成する各レンズの間には、遮光パターンが形成されており、
前記遮光パターンは、オフセット印刷により形成されたものである
ことを特徴とする液晶表示装置。 A liquid crystal display device in which liquid crystal is sandwiched between cells surrounded by two opposing substrates,
On the display surface side of the liquid crystal display device, a lens array for stereoscopic viewing arranged to correspond to a plurality of pixels is arranged,
Between each lens constituting the lens array, a light shielding pattern is formed,
The liquid crystal display device, wherein the light shielding pattern is formed by offset printing.
前記レンズアレイは、オフセット印刷により形成されたものである
ことを特徴とする液晶表示装置。 The liquid crystal display device according to claim 2,
The liquid crystal display device, wherein the lens array is formed by offset printing.
前記遮光パターンは、カーボンブラックを含有する光硬化型樹脂で形成されている
ことを特徴とする液晶表示装置。 The liquid crystal display device according to claim 2,
The liquid crystal display device, wherein the light shielding pattern is formed of a photocurable resin containing carbon black.
前記遮光パターンは、カーボンブラックを含有する熱硬化型樹脂で形成されている
ことを特徴とする液晶表示装置。 The liquid crystal display device according to claim 2,
The liquid crystal display device, wherein the light shielding pattern is formed of a thermosetting resin containing carbon black.
前記マイクロレンズアレイは、光硬化型樹脂で形成されている
ことを特徴とする液晶表示装置。 The liquid crystal display device according to claim 1 or 2,
The liquid crystal display device, wherein the microlens array is made of a photocurable resin.
前記マイクロレンズアレイは、熱硬化型樹脂で形成されている
ことを特徴とする液晶表示装置。 The liquid crystal display device according to claim 1 or 2,
The liquid crystal display device, wherein the microlens array is formed of a thermosetting resin.
前記マイクロレンズアレイは、偏光板上に形成されている
ことを特徴とする液晶表示装置。 The liquid crystal display device according to claim 1 or 2,
The liquid crystal display device, wherein the microlens array is formed on a polarizing plate.
前記マイクロレンズアレイは、偏光板に所定の間隔を確保して貼り付けられた透明基板上に形成されており、内部に向かって凸型である
ことを特徴とする液晶表示装置。 The liquid crystal display device according to claim 1 or 2,
2. The liquid crystal display device according to claim 1, wherein the microlens array is formed on a transparent substrate attached to a polarizing plate with a predetermined interval, and is convex toward the inside.
前記マイクロレンズアレイは、カラーフィルタ基板に所定の間隔を確保して貼り付けられた透明基板上に形成されており、
前記透明基板の外側に、偏光板が貼り付けられている
ことを特徴とする液晶表示装置。 The liquid crystal display device according to claim 1 or 2,
The microlens array is formed on a transparent substrate adhered to a color filter substrate with a predetermined interval,
A liquid crystal display device, wherein a polarizing plate is attached to the outside of the transparent substrate.
前記マイクロレンズの高さは、10〜60μmの範囲である
ことを特徴とする液晶表示装置。 The liquid crystal display device according to claim 1 or 2,
The height of the microlens is in a range of 10 to 60 μm.
前記マイクロレンズは、半球形状である
ことを特徴とする液晶表示装置。 The liquid crystal display device according to claim 1 or 2,
The liquid crystal display device, wherein the microlens has a hemispherical shape.
前記マイクロレンズの直径は、100〜600μmの範囲である
ことを特徴とする液晶表示装置。 The liquid crystal display device according to claim 1 or 2,
The diameter of the microlens is in the range of 100 to 600 μm.
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