JP2011519982A - 接着剤組成物及びこれを用いた光学フィルム - Google Patents

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Abstract

本発明は、アゼチジニウム(azetidinium)官能基を有する化合物を含む接着剤組成物及びこれを用いて形成された接着剤層を含む光学フィルム及び偏光板を提供する。
【選択図】図2

Description

本発明は接着剤組成物及びこれを用いた光学フィルムを提供する。具体的に、本発明は接着性に優れ、透明性を要する光学フィルムにも有用に用いることができる接着剤組成物及びこれを用いた光学フィルムを提供する。
本出願は2008年4月8日、韓国特許庁に提出された韓国特許出願第10−2008−0032563号の出願日の利益を主張し、その全内容は本明細書に含まれる。
一般的に、偏光板はポリビニールアルコール(PVA)成分の偏光子(偏光膜)の両面にトリアセチルセルロース(triacetyl cellulose、以下、TAC)フィルムをPVA系水溶液から成る水系接着剤で積層させた構造を有する(図1)。このような構造の偏光板を別途の補償フィルムなしにIPS(In−Plane Switching)モードの液晶表示装置に適用すると、視野角特性が脆弱であるため、従来用いられていた2枚のTACフィルムのうち1枚を厚さ方向及び面内(in−plane)における位相差(retardation)が殆どないTAC(Zero Retardation TAC、以下、Z−TAC)フィルムに取り替えて視野角を改善して用いることもある。
しかし、Z−TACは、基本的にTAC成分のフィルムが有する水分に対する脆弱性により、長期間使用すると、寸法の変化による耐久性の問題を引き起こす。このような短所を補うためにシクロオレフィン(Cyclic Olefin)系樹脂またはアクリル系樹脂などのように水分に対する抵抗性が高く、低い位相差物性を有する組成のフィルムを適用しようと試されてきた。特に、アクリル系組成のフィルムは、光学的な特性と耐久性だけではなく、価格的な側面でも長所を有し得ると知られている。
保護フィルムとして、TACフィルムを用いて偏光板を製作する場合は、PVA成分の偏光子との接着のために水系PVA接着剤を主に使用してきた。この際、接着力を向上させるために、TACフィルムの表面をアルカリ処理またはコロナー処理をして使用する。しかし、アクリルフィルムと水系PVA接着剤を偏光板の製作に使用すると、アルカリ処理またはコロナー処理などで簡単に接着力を確保することが困難である。既存のTACフィルムは、アルカリ処理またはコロナー処理によりフィルムの表面にヒドロキシ(hydroxy)基などの親水性基が導入されてPVA系接着剤との水素結合を通じて接着力が簡単に確保することができるが、アクリルフィルムは表面をコロナー処理またはプラズマ処理しても導入される親水性基の量が少ないため、PVA系接着剤との水素結合が足りず、アクリルフィルムとPVA成分の偏光子との間に十分な接着力が確保されない。
アクリルフィルムと偏光子を付着するために、アクリル系UV硬化型接着剤を用いることができるが、下記のような幾つかの問題点が確認された。(1)一般的な偏光板の製造工程では水系接着剤が用いられているため、UV硬化型接着剤を使用する場合は、別途のUV硬化工程が必要で、揮発性の引火性モノマーの使用などにより防爆設備がさらに必要であり、(2)既存の水系PVA接着剤は固形分含量の調節及び工程の管理を通じて接着剤の厚さを100nm内外に薄くできる一方、上記アクリル系UV硬化型接着剤は、一般的に接着層の厚さを1mm以下に調節することが困難で、接着層の脆性(brittleness)の増加による偏光板の折れなどの問題が発生することがあり、(3)アクリルフィルム側との接着は容易であるが、偏光子側との接着力を確保することは困難である。偏光子との接着力を確保するために、酸性反応基を多量に含ませることもあるが、酸による工程腐食及び作業環境の側面で好ましくない。
従って、アクリルフィルムを偏光子の保護フィルムとして用いる偏光板を製作するためには、既存工程への適用性及び安定的な偏光板の物性の提供が相対的に容易な水系接着剤の適用が相対的に多くの長所を有する。ここで、偏光板を含む光学フィルムに好ましい水系接着剤の開発が求められている。
本発明は、接着性に優れ、且つ光学フィルムに適用する際の光学フィルムの光学物性及び耐久性を阻害しない接着剤組成物であって、特にアクリルフィルムを偏光子の保護フィルムとして用いるとき、偏光子との優れた接着性を与え、その結果、製作される偏光板の光学物性及び耐久性を阻害しない接着剤組成物を提供することを目的とする。また、本発明は上記接着剤組成物を用いて製作された光学フィルム及び偏光板を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明は下記化学式1で表されるアゼチジニウム(azetidinium)官能基を有する化合物を含む接着剤組成物を提供する。
Figure 2011519982
上記化学式1において、
X及びYは脂肪族炭化水素基で、X及びYのうち少なくとも1つはアミン基、アミド基及びケトン基から1以上を含む脂肪族炭化水素基であり、XとYは連結されて環を形成することができ、
R1からR6はそれぞれ水素、ヒドロキシル基、CからC20の脂肪族炭化水素基、アルキルカルボキシ酸エステル基及びシアン基から成る群から選択され、
は1価陰イオンであり、
nは30から7,000である。
X及びYのうち少なくとも1つは親水性基を含むことが好ましい。上記化学式1の化合物は重量平均分子量が1万から200万であることが好ましい。
また、本発明は2層以上のフィルムが積層された構造を有する光学フィルムであって、上記フィルム間の少なくとも1つの界面にアゼチジニウム官能基を有する化合物を含む接着剤組成物を用いて形成された接着剤層が備えられていることを特徴とする光学フィルムを提供する。
また、本発明は第1フィルム、偏光子及び第2フィルムが順に積層された構造を有する偏光板において、上記第1フィルム及び第2フィルムのうち少なくとも1つと偏光子との間にアゼチジニウム官能基を有する化合物を含む接着剤組成物を用いて形成された接着剤層が備えられていることを特徴とする偏光板を提供する。
また、本発明は上記光学フィルムまたは偏光板を含む電子素子を提供する。
本発明による接着剤組成物は接着性に優れ、且つ光学フィルムの透明性を阻害しないながらも、既存の積層構造の光学フィルム工程に更なる工程や設備なしにそのまま適用できるため、光学フィルムの製造に有用に用いることができる。また、本発明による接着剤組成物を用いて製造された接着層を含む光学フィルムは耐久性に優れる。特に、本発明による接着剤組成物はアクリルフィルムを偏光子の保護フィルムとして使用すると、偏光子との優れた接着性を与え、その結果、製作される偏光板の光学物性及び耐久性を阻害しない。
従来の偏光板の構造を例示したものである。 本発明の一例による偏光板の構造を例示したものである。 本発明の一例による偏光板の構造を例示したものである。 接着力を評価するための切れ込みの剥離評価方法を示した写真である。
本発明による光学フィルムはアゼチジニウム(azetidinium)官能基を有する化合物を含む接着剤組成物を用いて形成された接着剤層を含むことを特徴とする。
上記アゼチジニウム官能基を有する化合物は、アゼチジニウム官能基が光学フィルムの表面のカルボキシル(carboxyl)基のような官能基と反応することができ、ポジティブ(+)電荷を帯びるため、親水性基を有したり、コロナー処理、プラズマ処理などを通じてフィルムの表面にマイナス(−)電荷が豊かな光学フィルムへの濡れ性(wettability)に優れる。また、上記アゼチジニウム官能基が開環して親水性基が形成されることができ、この親水性基は偏光子のような光学フィルムの表面のヒドロキシ基と水素結合することができる。これに関し、上記アゼチジニウム官能基を有する化合物は、アゼチジニウム官能基の他にヒドロキシ基、カルボキシル基、アミン(amine)基、アミド(amide)基などの親水性基をさらに含むこともできる。このような理由から、アゼチジニウム(azetidinium)官能基を有する化合物は、PVA系接着剤のような既存の接着剤に比べて優れた接着性を提供することができる。また、上記アゼチジニウム官能基を有する化合物は接着剤層内で自体架橋できるため、これにより接着剤層の耐水性が向上し、これを用いた偏光板を含む光学フィルムは耐久性が向上し、苛酷な環境におけるフィルム間の剥離を防ぐことができる。
上記アゼチジニウム(azetidinium)官能基を有する化合物としては、下記化学式1の化合物を用いることができる。
Figure 2011519982
上記化学式1において、
X及びYは脂肪族炭化水素基で、X及びYのうち少なくとも1つはアミン基、アミド基及びケトン基から1以上を含む脂肪族炭化水素基であり、XとYは連結されて環を形成することができ、
R1からR6はそれぞれ水素、ヒドロキシル基、CからC20の脂肪族炭化水素基、アルキルカルボキシ酸エステル基及びシアン基から成る群から選択され、
は1価陰イオンであり、
nは30から7,000である。
X及びYのうち少なくとも1つは親水性基を含むことが好ましい。上記化学式1の化合物は重量平均分子量が1万から200万であることが好ましい。
上記化学式1の化合物は下記化学式2の化合物を含む。
Figure 2011519982
上記化学式2において、
X'、X"及びY'はそれぞれCからC20の脂肪族炭化水素基であり、
R1からR6はそれぞれ水素、ヒドロキシル基、CからC20の脂肪族炭化水素基、アルキルカルボキシ酸エステル基及びシアン基から成る群から選択され、
は1価陰イオンであり、
nは30から7,000である。
上記化学式2の化合物は下記化学式3のポリアミノアミド−エピクロルヒドリン(Polyaminoamide−Epichlorohydrin、PAE)を含む。
Figure 2011519982
上記化学式3において、nは30から7,000である。
本発明による接着剤組成物は、接着剤層を形成するために、水のような溶媒をさらに含むことができる。この際、上記アゼチジニウム(azetidinium)官能基を有する化合物の濃度は0.1から30重量%、好ましくは0.5から10重量%である。
本発明による接着剤組成物はpHが2から11で、4から10に調整されることがより好ましい。本発明による接着剤組成物は、塩基を添加する方法などを利用してpH調節をすることができる。塩基としては特に限定されないが、NaOH、KOH、NHOHなどが好ましい。
本発明による接着剤組成物はポリビニールアルコール(PVA)系樹脂をさらに含むことができる。ポリビニールアルコール系樹脂をさらに含むことで、ポリビニールアルコール系偏光子やTACフィルムのような光学フィルムとの接着性をより向上させることができる。特に、アセトアセチル(acetoacetyl)基などを含む変性PVAを用いることが、接着性及び上記アゼチジニウム(azetidinium)官能基を有する化合物との架橋などに有利である。具体的な例としては、日本合成化学のGohsefimer(商品名)Z−100、Z−200、Z−200H、Z−210、Z−220、Z−320などを使用することができるが、これに限定されない。この際、ポリビニールアルコール系樹脂の重量比は特に限定されず、接着するフィルムの種類によってその範囲が多少変わる。例えば、ポリビニールアルコール系偏光子とアクリル系フィルムを接着する場合は、アゼチジニウム官能基を有する化合物100重量部に対して、10重量部以上1,000重量部以下を使用することが好ましい。ポリビニールアルコール系樹脂が10重量部未満の場合は、ポリビニールアルコール偏光素子やTACフィルムとの接着力が不良となり、1,000重量部を超える場合には、アクリルフィルムとの接着力が不良であるという問題点がある。
また、本発明は2層以上のフィルムが積層された構造を有する光学フィルムであって、上記フィルム間の少なくとも1つの界面にアゼチジニウム官能基を有する化合物を含む接着剤組成物を用いて形成された接着剤層が備えられていることを特徴とする光学フィルムを提供する。本発明において、光学フィルムとは、光学的機能を行うフィルムのことであり、光透過率が80%以上の狭意の透明フィルムだけではなく、偏光板のように特定の光学的機能を行うためのフィルムであれば、光透過率が50%以下の光学フィルムも含む。
上記積層されるフィルムとしては特に限定されないが、アクリル系フィルム、PETフィルム、特に、アクリル系プライマー処理されたPETフィルム、TACフィルム、COPフィルム、PC(ポリカーボネート)フィルム、PNB(ポリノルボルネン)系フィルムなどを用いることができ、特に、アクリルフィルム、アクリル系プライマー処理されたPETフィルムの場合は、既存のポリビニールアルコール系接着剤を使用する場合に比べて接着力がより大きく向上する。上記積層されるフィルムは同一であるか、異なる材料から成ることができる。
上記積層されるフィルムは、必要に応じて、接着力を向上させるために表面処理されることができる。例えば、アルカリ処理、コロナー処理、プラズマ処理、プライマー処理などを行うことができる。
また、本発明は第1フィルム、偏光子及び第2フィルムが順に積層された構造を有する偏光板において、上記第1フィルム及び第2フィルムのうち少なくとも1つと偏光子との間にアゼチジニウム官能基を有する化合物を含む接着剤組成物を用いて形成された接着剤層が備えられていることを特徴とする偏光板を提供する。この際、上記第1フィルムまたは第2フィルムも上述のような表面処理を行うことができる。
上記第1フィルム及び第2フィルムとしてはアクリル系フィルム、PETフィルム、特に、アクリル系プライマー処理されたPETフィルム、TACフィルム、COPフィルム、PC(ポリカーボネート)フィルム、PNB(ポリノルボルネン)系フィルムなどを用いることができる。上記第1フィルム及び第2フィルムは同一材料からなっても、異なる材料からなってもよい。例えば、上記第1フィルム及び第2フィルムは両方ともアクリル系フィルムまたはTACフィルムであることもでき(図2)、何れか1つがアクリル系フィルムで、他の1つがTACフィルムであることもできる(図3)。
上記接着剤層は、上述の本発明による接着剤組成物を用いて形成されたものであり、具体的に上記接着剤組成物をフィルム上に直接塗布して乾燥したり、2種以上のフィルムの間に接着剤組成物を塗布し、圧着ロ−ルを利用して圧着した後に乾燥することで形成することができる。上記接着剤層の厚さは10nmから500nmであることが好ましく、20nmから200nmであることがより好ましい。
上記本発明による偏光板は35から45%の光透過率と、98以上の偏光度を有することが好ましい。
上記のように、本発明による光学フィルム及び偏光板などの光学物品はアゼチジニウム官能基を有する化合物を含む接着剤組成物の優れた光透過率により、製造された光学物品の光透過率の低下なしに、優れた光学物性などを保持することができ、優れた接着力で製造された光学物品の耐久性を向上させることができる。
特に、偏光板に適用する場合、接着剤組成物による偏光子の光学物性、例えば、透過度、偏光度、色相などの変化が既存のポリビニールアルコール系接着剤を用いた時とほぼ類似するため、別途の工程条件の変化なしにも量産ラインに代えて適用できるという長所がある。
本発明は上記光学フィルムまたは偏光板を含む電子素子を提供する。上記電子素子としては液晶表示素子などがあるが、上記のような光学フィルムまたは偏光板を要するものであれば、その種類は特に限定されない。上記電子素子は上述の本発明による接着剤組成物を用いて形成された接着剤層を含むことを除き、当技術分野に知られている構成を有する。例えば、上記電子素子は液晶セル、液晶セルの両面に備えられた本発明による偏光板及びバックライトユニットを含む液晶表示素子であることができる。
以下では実施例を通じて本発明をより詳しく説明する。しかし、下記の実施例は本発明を例示するためのものであり、これにより本発明の範囲は限定されない。
実施例1
アゼチジニウム基とアミン基を有する化合物であるKymene−557H(Hercules Korea、12.5wt%水溶液)を純水で希釈して6wt%水溶液を製造し、これを用いて偏光子の両面にコロナー処理をしたアクリル系フィルムを接着した。アクリル系フィルムとしては厚さ80μmのOPTES社のT−filmを使用し、フィルムの表面は50W/m/minの条件でコロナー処理を行った。上記接着剤を偏光子とその両面のアクリル系フィルムの間に注入し、圧着ロ−ルを利用して圧着した後、温度80℃で、5分間、熱風乾燥して偏光板を製造した。
実施例2
Kymene−557H(Hercules Korea、12.5wt%水溶液、pH=5)のpHが7になるようNaOH水溶液を添加した後、純水で希釈して製造された6wt%の接着剤組成物を用いて、偏光子の両面にコロナー処理をしたアクリル系フィルムを接着した。
実施例3
実施例2の接着剤組成物を用いて、偏光子の一面にはコロナー処理をしたアクリル系フィルムを、偏光子の他面にはアルカリ処理をしたTACフィルムを接着した。
実施例4
変性ポリビニールアルコールレジンであるGohsefimer Z−200(日本合成化学)をKymene−557H(Hercules Korea、12.5wt%)100重量部当たりに100重量部の比で添加し、pHが7になるようNaOH水溶液を添加した後、純水で希釈して製造された4.5wt%の接着剤組成物を用いて、偏光子の一面にはコロナー処理をしたアクリル系フィルムを、偏光子の他面にはアルカリ処理をしたTACフィルムを接着した。
比較例1
純水にポリビニールアルコールレジン(平均重合度2400、鹸化度99.9%)を溶かして3wt%のポリビニールアルコール水溶液を製造し、これを用いて偏光子の両面にコロナー処理をしたアクリル系フィルムを接着した。
比較例2
純水に変性ポリビニールアルコールレジンであるGohsefimer Z−200(日本合成化学)を溶かして4.5wt%の変性ポリビニールアルコール水溶液を製造し、ここに、アミン系金属化合物架橋剤を変性ポリビニールアルコール100重量部当たりに10重量部を添加して接着剤を製造した。これを用いて偏光子の両面にコロナー処理をしたアクリル系フィルムを接着した。
比較例3
比較例2の接着剤を用いて、偏光子の一面にはコロナー処理をしたアクリル系フィルムを、偏光子の他面にはアルカリ処理をしたTACフィルムを接着した。
[評価方法]
1.接着力
カッターを利用して偏光板の表面に切れ込みを入れてから、切れ込みの周辺の剥離された具合を百分率で示した(図4)。数値が低いほど、接着力は優れる。
2.耐水性
偏光板の片面を粘着剤を用いてガラス板に付着した後、温度60℃の恒温槽に浸漬した状態で放置し、4時間及び48時間後の偏光子の収縮及び保護フィルムの剥離有無で耐水性を評価した。
3.光学物性
偏光板の単体透過率(Ts)、平行透過率(Tp)、直交透過率(Tc)を分光光度計を利用して測定し、下記の式を用いて偏光度を計算した。
[式1]
偏光度(P)=√(Tp−Tc)/(Tp+Tc)
[評価結果]
偏光板の接着力、耐水性、光学物性評価結果
Figure 2011519982
*A:アクリルフィルム
*K1:6wt% Kymene−557H(pH=5)
*K2:6wt% Kymene−557H(pH=7)
*K3:4.5wt% Kymene−557H:Z200=1:1(pH=7)
*P1:3% PVA
*P2:4.5% Z200:crosslinker=10:1

Claims (19)

  1. 下記化学式1で表されるアゼチジニウム(azetidinium)官能基を有する化合物を含む接着剤組成物:
    Figure 2011519982
    上記化学式1において、
    X及びYは脂肪族炭化水素基で、X及びYのうち少なくとも1つはアミン基、アミド基及びケトン基から1以上を含む脂肪族炭化水素基であり、XとYは連結されて環を形成することができ、
    R1からR6はそれぞれ水素、ヒドロキシル基、CからC20の脂肪族炭化水素基、アルキルカルボキシ酸エステル基及びシアン基から成る群から選択され、
    は1価陰イオンであり、
    nは30から7,000である。
  2. 上記化学式1の化合物は下記化学式2の化合物である、請求項1に記載の接着剤組成物:
    Figure 2011519982
    上記化学式2において、
    X'、X"及びY'はそれぞれCからC20の脂肪族炭化水素基であり、
    R1からR6はそれぞれ水素、ヒドロキシル基、CからC20の脂肪族炭化水素基、アルキルカルボキシ酸エステル基及びシアン基から成る群から選択され、
    は1価陰イオンであり、
    nは30から7,000である。
  3. 上記化学式2の化合物は下記化学式3の化合物である、請求項2に記載の接着剤組成物:
    Figure 2011519982
    上記化学式3において、nは30から7,000である。
  4. pHが4から10である、請求項1に記載の接着剤組成物。
  5. 塩基をさらに含む、請求項1に記載の接着剤組成物。
  6. ポリビニールアルコール系樹脂をさらに含む、請求項1に記載の接着剤組成物。
  7. 2層以上のフィルムが積層された構造を有する光学フィルムであって、上記フィルム間の少なくとも1つの界面にアゼチジニウム官能基を有する化合物を含む接着剤組成物を用いて形成された接着剤層が備えられていることを特徴とする光学フィルム。
  8. 上記アゼチジニウム官能基を有する化合物は下記化学式1で表される化合物である、請求項7に記載の光学フィルム:
    Figure 2011519982
    上記化学式1において、
    X及びYは脂肪族炭化水素基で、X及びYのうち少なくとも1つはアミン基、アミド基及びケトン基から1以上を含む脂肪族炭化水素基であり、XとYは連結されて環を形成することができ、
    R1からR6はそれぞれ水素、ヒドロキシル基、CからC20の脂肪族炭化水素基、アルキルカルボキシ酸エステル基及びシアン基から成る群から選択され、
    は1価陰イオンであり、
    nは30から7,000である。
  9. 上記化学式1の化合物は下記化学式2である化合物である、請求項8に記載の光学フィルム:
    Figure 2011519982
    上記化学式2において、
    X'、X"及びY'はそれぞれCからC20の脂肪族炭化水素基であり、
    R1からR6はそれぞれ水素、ヒドロキシル基、CからC20の脂肪族炭化水素基、アルキルカルボキシ酸エステル基及びシアン基から成る群から選択され、
    は1価陰イオンであり、
    nは30から7,000である。
  10. 上記化学式2の化合物は下記化学式3の化合物である、請求項9に記載の光学フィルム:
    Figure 2011519982
    上記化学式3において、nは30から7,000である。
  11. 上記フィルムのうち少なくとも1つはアクリル系フィルム、PETフィルム、アクリル系プライマー処理されたPETフィルム、TACフィルム、COPフィルム、PC(ポリカーボネート)フィルム及びPNB(ポリノルボルネン)系フィルムから選択される、請求項7に記載の光学フィルム。
  12. 上記フィルムのうち少なくとも1つは少なくとも一面がアルカリ処理、コロナー処理、プラズマ処理及びプライマー処理から選択される1以上の表面処理が施された、請求項7に記載の光学フィルム。
  13. 第1フィルム、偏光子及び第2フィルムが順に積層された構造を有する偏光板において、上記第1フィルム及び第2フィルムのうち少なくとも1つと偏光子との間にアゼチジニウム官能基を有する化合物を含む接着剤組成物を用いて形成された接着剤層が備えられていることを特徴とする偏光板。
  14. 上記アゼチジニウム官能基を有する化合物は下記化学式1で表される化合物である、請求項13に記載の偏光板:
    Figure 2011519982
    上記化学式1において、
    X及びYは脂肪族炭化水素基で、X及びYのうち少なくとも1つはアミン基、アミド基及びケトン基から1以上を含む脂肪族炭化水素基であり、XとYは連結されて環を形成することができ、
    R1からR6はそれぞれ水素、ヒドロキシル基、CからC20の脂肪族炭化水素基、アルキルカルボキシ酸エステル基及びシアン基から成る群から選択され、
    は1価陰イオンであり、
    nは30から7,000である。
  15. 上記化学式1の化合物は下記化学式2の化合物である、請求項14に記載の偏光板:
    Figure 2011519982
    上記化学式2において、
    X'、X"及びY'はそれぞれCからC20の脂肪族炭化水素基であり、
    R1からR6はそれぞれ水素、ヒドロキシル基、CからC20の脂肪族炭化水素基、アルキルカルボキシ酸エステル基及びシアン基から成る群から選択され、
    は1価陰イオンであり、
    nは30から7,000である。
  16. 上記化学式2の化合物は下記化学式3の化合物である、請求項15に記載の偏光板:
    Figure 2011519982
    上記化学式3において、nは30から7,000である。
  17. 上記第1または第2フィルムは、アクリル系フィルム、PETフィルム、アクリル系プライマー処理されたPETフィルム、TACフィルム、COPフィルム、PC(ポリカーボネート)フィルム及びPNB(ポリノルボルネン)系フィルムから選択される、請求項13に記載の偏光板。
  18. 上記第1または第2フィルムは少なくとも一面がアルカリ処理、コロナー処理、プラズマ処理及びプライマー処理から選択される1以上の表面処理が施された、請求項13に記載の偏光板。
  19. 請求項13から請求項18の何れか1項に記載された偏光板を含む電子素子。
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