JP2014199322A - トップエミッション型有機el表示装置用カラーフィルタ基板およびトップエミッション型有機el表示装置 - Google Patents
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また、特許文献2には、視野角特性向上、高色純度および外光反射抑制を目的として、有機EL素子において有機発光層の光取り出し側にカラーフィルタおよび光拡散手段を設けることが提案されている。さらに、特許文献2には、カラーフィルタおよび光拡散手段として、4つの態様が提案されており、カラーフィルタに無機微粒子等の光拡散材を含有させた光拡散性カラーフィルタと、カラーフィルタ上に、透明樹脂に光拡散材が分散された光拡散層が積層されたものと、カラーフィルタが基板上に形成され、基板の表面が凹凸を備える拡散面とされているものと、カラーフィルタの有機発光層側の面が凹凸を備える拡散面とされているものとが開示されている。
なお、以下、トップエミッション型有機EL表示装置用カラーフィルタ基板をカラーフィルタ基板と略す場合がある。
本発明のカラーフィルタ基板は、透明基板と、上記透明基板上に形成された着色層と、上記着色層上に形成され、表面に凹凸を有する凹凸層とを有し、上記凹凸層の屈折率が上記着色層の屈折率と同等であることを特徴とするものである。
本実施態様のカラーフィルタ基板は、透明基板と、上記透明基板上に形成された着色層と、上記着色層上に形成され、表面に凹凸を有する凹凸層とを有し、上記凹凸層の屈折率が上記着色層の屈折率と同等であり、凹凸層が着色層と別々に形成されていることを特徴とするものである。
図1は本実施態様のカラーフィルタ基板の一例を示す概略断面図である。図1に例示するように、カラーフィルタ基板1は、透明基板2と、透明基板2上にパターン上に形成された遮光部3と、透明基板2上の遮光部3の開口部に形成され、赤色着色層4R、緑色着色層4Gおよび青色着色層4Bを有する着色層4と、着色層4上に形成され、表面に凹凸を有する凹凸層5とを有している。また、凹凸層5の屈折率は着色層4の屈折率と同等となっている。
図2は本実施態様のカラーフィルタ基板を備えるトップエミッション型有機EL表示装置の一例を示す概略断面図であり、図1に示すカラーフィルタ基板を用いた例である。図2に例示するように、トップエミッション型有機EL表示装置20においては、有機EL素子基板10とカラーフィルタ基板1との間に樹脂層21が充填されている。有機EL素子基板10では、支持基板11上に有機EL素子16が形成されており、有機EL素子16は、支持基板11上に形成された背面電極層12と、背面電極層12上にパターン状に形成された隔壁13と、背面電極層12上の隔壁13の開口部に形成され、赤色発光層14R、緑色発光層14G、青色発光層14Bを有する発光層14と、発光層14上に形成された透明電極層15とを有している。このトップエミッション型有機EL表示装置20においては、カラーフィルタ基板1側から光が取り出される。
これに対し本実施態様においては、着色層上に表面に凹凸を有する凹凸層が形成されていることにより、発光を散乱させて、樹脂層およびカラーフィルタ基板の界面での発光の反射を抑制することができる。また、凹凸層の屈折率は着色層の屈折率と同等であるため、凹凸層および着色層の界面では発光をほとんど屈折または反射させることなく出射させることができる。したがって、本実施態様のカラーフィルタ基板を固体封止のトップエミッション型有機EL表示装置に用いることにより、光取り出し効率を向上させることが可能である。
本実施態様に用いられる凹凸層は、着色層上に形成され、表面に凹凸を有するものであり、着色層と別々に形成されるものである。
ここで、凹凸層が「表面に凹凸を有する」とは、凹凸層の着色層が形成されている面とは反対側の面に凹凸を有することをいう。
ここで、「凹凸層の屈折率が着色層の屈折率と同等である」とは、凹凸層の屈折率および着色層の屈折率の差が0.02以下であることをいう。凹凸層の屈折率および着色層の屈折率の差は0.01以下であることがより好ましく、特に0であることが好ましい。
凹凸層の屈折率および着色層の屈折率の差が0を超える場合、凹凸層の屈折率は着色層の屈折率よりも高くてもよく低くてもよいが、中でも凹凸層の屈折率は着色層の屈折率よりも低いことが好ましい。有機EL素子からの光が、高屈折率の樹脂層、低屈折率の凹凸層、高屈折率の着色層の順に通過するため、発光の反射をより抑制することができる。
ここで、各層の屈折率は、分光エリプソメーター(ジョバン・イーボン社製 UVISEL)を用いて測定することができる。
凹部の深さまたは凸部の高さは、具体的には100nm〜10μmの範囲内であることが好ましく、中でも300nm〜5μmの範囲内、特に500nm〜3μmの範囲内であることが好ましい。凹部の深さまたは凸部の高さが大きすぎると、凹凸を高精度で形成することが困難になる場合がある。また、凹部の深さまたは凸部の高さが小さすぎると、凹凸層による発光の反射抑制効果が十分に得られない場合がある。
ここで、凹凸の最大粗さRmaxは、原子間力顕微鏡(タカノ(株)製 AS−7B−M)と触針式膜厚計(KLA−Tencor Japan(株)製 P−15)を用いて測定することができる。Rmaxが1μm未満の場合に原子間力顕微鏡を用い、Rmaxが1μm以上の場合は触針式膜厚計を用いる。
不規則な凹凸において、凹部および凸部の伸長方向が揃っている場合には、凹部または凸部のピッチは、具体的には100nm〜30μmの範囲内であることが好ましく、中でも300nm〜20μmの範囲内、特に500nm〜10μmの範囲内であることが好ましい。
ここで、透過率は、例えば島津製作所製紫外可視光分光光度計UV−3600により測定することができる。
微粒子の平均粒子径としては、凹凸層表面に凹凸を形成可能な程度であれば特に限定されるものではなく、具体的には0.8μm〜7μmの範囲内であることが好ましく、中でも1.3μm〜5μmの範囲内であることが好ましい。微粒子の平均粒子径が小さすぎると、微粒子によって凹凸層表面に凹凸を形成するのが困難である場合がある。また、微粒子の平均粒子径が大きすぎると、凹凸層中における微粒子の均一分散が乱れて、散乱強度分布に歪みが生じる場合がある。
ここで、微粒子の平均粒子径は、レーザー法による粒子径測定機(リーズ&ノースラップ社製 粒度分析計 マイクロトラックUPA Model-9230)を使用して測定することができる。
中でも、本実施態様のカラーフィルタ基板の透過率を向上させる観点から、透明性を有する微粒子を好適に使用することができる。透明性を有する微粒子としては、例えば、アクリル樹脂、ベンゾグアナミン樹脂、メラミン樹脂等の微粒子を挙げることができる。
ここで、屈折率は、分光エリプソメーター(ジョバン・イーボン社製 UVISEL)を用い、微粒子と同じ原料を平板状に成型した基板を測定することで得られる。
ここで、凹凸層の厚みは、着色層との界面から凹凸面までの厚みの平均値をいう。例えば、凹凸層の厚みは、触針式膜厚計(KLA−Tencor Japan(株)製 P−15)を用いて測定することができる。
塗膜表面にシワを生じさせる方法では、例えば塗膜の乾燥条件を適宜調整することにより塗膜表面にシワを生じさせることができる。例えば、樹脂組成物を用いて塗膜を形成し乾燥させた後に、樹脂組成物を硬化させ、焼成を行う場合には、塗膜を減圧乾燥する際に到達真空度を低くし、塗膜中に溶媒成分を残留させたまま露光することで、塗膜表面と塗膜内部とで重合度に差を生じさせる。重合度の差は、焼成を行う際の熱収縮の差につながる。塗膜表面と塗膜内部とで熱収縮の度合いに差があると応力が発生し、シワを生じさせることができる。
本実施態様に用いられる着色層は、透明基板上に形成されるものであり、上記凹凸層と別々に形成されるものである。
バインダー樹脂としては、カラーフィルタに使用される一般的なものを用いることができ、例えば、ポリメチルメタクリレート、ポリアクリレート、ポリカーボネート、ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドン、ヒドロキシエチルセルロース、カルボキシメチルセルロース等が挙げられる。
着色層中の着色剤の含有量としては、例えば5質量%〜50質量%の範囲内で設定することができる。
着色層の形成方法としては、例えば、フォトリソグラフィ法、インクジェット法、印刷法、電着法等が挙げられる。
本実施態様に用いられる透明基板は、着色層および光拡散層を支持するものである。
透明基板としては、例えば、ガラス基板、樹脂基板を用いることができる。また、透明基板には必要に応じてバリア層が形成されていてもよい。
また、透明基板は、剛性を有していてもよく可撓性を有していてもよい。
透明基板は光透過性を有している。透明基板の光透過性としては、全光線透過率が99%以上であることが好ましい。
本実施態様においては、透明基板上にパターン状に遮光部が形成されていてもよい。遮光部は、コントラストを高めるために設けられるものである。
遮光部としては、例えば、バインダー樹脂および黒色顔料を含有するもの、クロム等の金属膜からなるものが挙げられる。
遮光部の形成方法は、材料等に応じて適宜選択され、例えば、フォトリソグラフィ法、インクジェット法、印刷法、マスク蒸着法等が挙げられる。
本実施態様のカラーフィルタ基板は、透明基板と、上記透明基板上に形成された着色層と、上記着色層上に形成され、表面に凹凸を有する凹凸層とを有し、上記凹凸層の屈折率が上記着色層の屈折率と同等であり、凹凸層が着色層と一体に形成されていることを特徴とするものである。
図3は本実施態様のカラーフィルタ基板の一例を示す概略断面図である。図3に例示するように、カラーフィルタ基板1は、透明基板2と、透明基板2上にパターン上に形成された遮光部3と、透明基板2上の遮光部3の開口部に形成され、赤色着色層4R、緑色着色層4Gおよび青色着色層4Bを有する着色層4とを有しており、着色層4が表面に凹凸を有する凹凸層5となっている。
図4は本実施態様のカラーフィルタ基板を備えるトップエミッション型有機EL表示装置の一例を示す概略断面図であり、図3に示すカラーフィルタ基板を用いた例である。図4に例示するように、トップエミッション型有機EL表示装置20においては、有機EL素子基板10とカラーフィルタ基板1との間に樹脂層21が充填されている。有機EL素子基板10では、支持基板11上に有機EL素子16が形成されており、有機EL素子16は、支持基板11上に形成された背面電極層12と、背面電極層12上にパターン状に形成された隔壁13と、背面電極層12上の隔壁13の開口部に形成され、赤色発光層14R、緑色発光層14G、青色発光層14Bを有する発光層14と、発光層14上に形成された透明電極層15とを有している。このトップエミッション型有機EL表示装置20においては、カラーフィルタ基板1側から光が取り出される。
ここで、「凹凸層が着色層と一体に形成されている」とは、凹凸層および着色層が単一の部材として形成されていることをいう。
本実施態様に用いられる凹凸層は、表面に凹凸を有するものであり、着色層と一体に形成されるものである。
ここで、本実施態様においては、規則的な凹凸の場合には凹部の深さまたは凸部の高さが大きすぎると、また不規則な凹凸の場合には最大粗さRmaxが大きすぎると、凹凸による色ムラが発生し、カラーフィルタ基板の表示品質が低下する場合がある。
また、凹凸層は微粒子を含有していてもよい。凹凸層が微粒子を含有することにより、凹凸層の表面に凹凸を形成することができる。なお、微粒子については、上記第1実施態様に記載したものと同様であるので、ここでの説明は省略する。
本実施態様に用いられる着色層は、透明基板上に形成されるものであり、上記凹凸層と一体に形成されるものである。
なお、着色層の屈折率、構成、材料等については、上記第1実施態様と同様であるので、ここでの説明は省略する。
ここで、着色層の厚みは、着色層および凹凸層の合計厚みをいい、透明基板との界面から凹凸面までの厚みの平均値をいう。例えば、着色層の厚みは、触針式膜厚計(KLA−Tencor Japan(株)製 P−15)を用いて測定することができる。
塗膜表面にシワを生じさせる方法では、例えば塗膜の乾燥条件を適宜調整することにより塗膜表面にシワを生じさせることができる。なお、塗膜表面にシワを生じさせる方法については、上記第1実施態様と同様である。
中でも、樹脂組成物を用いて塗膜を形成した後、塗膜表面にシワを生じさせる方法が好ましく用いられる。凹凸による色ムラの少ない着色層を得ることができるからである。
本発明のトップエミッション型有機EL表示装置は、支持基板、および上記支持基板上に形成された有機EL素子を有する有機EL素子基板と、透明基板、上記透明基板上に形成された着色層、および上記着色層上に形成され、表面に凹凸を有する凹凸層を有し、上記凹凸層が上記有機EL素子と対向するように配置されたカラーフィルタ基板と、上記有機EL素子基板および上記カラーフィルタ基板の間に充填された樹脂層とを有し、上記樹脂層の屈折率が上記着色層の屈折率よりも高く、上記凹凸層の屈折率が上記着色層の屈折率と同等であることを特徴とするものである。
本発明における樹脂層は、有機EL素子基板およびカラーフィルタ基板の間に充填されるものである。
樹脂層の屈折率としては、着色層の屈折率よりも高ければよく、具体的には1.55〜2.0の範囲内であることが好ましく、中でも1.6〜1.8の範囲内であることが好ましい。
なお、透過率は、例えば島津製作所製紫外可視光分光光度計UV−3600により測定することができる。
本発明における有機EL素子基板は、支持基板と、支持基板上に形成された有機EL素子とを有するものである。
以下、有機EL素子基板における各構成について説明する。
本発明に用いられる有機EL素子は、支持基板上に形成された背面電極層と、背面電極層上に形成され、少なくとも発光層を含む有機EL層と、有機EL層上に形成された透明電極層とを有するものである。
以下、有機EL素子における各構成について説明する。
本発明における有機EL層は、背面電極層上に形成され、少なくとも発光層を含むものである。
有機EL層を構成する層としては、発光層の他に、正孔注入層、正孔輸送層、電子注入層、電子輸送層等が挙げられる。
以下、有機EL層における各構成について説明する。
本発明に用いられる発光層は、単色の発光層であってもよく、複数色の発光層であってもよく、本発明のトップエミッション型有機EL表示装置の用途に応じて適宜選択される。発光層は、例えば、赤色発光層、緑色発光層および青色発光層のような複数色の発光層が配列されたものであってもよく、白色発光層であってもよい。
本発明においては、発光層と陽極との間に正孔注入輸送層が形成されていてもよい。
正孔注入輸送層は、正孔注入機能を有する正孔注入層であってもよく、正孔輸送機能を有する正孔輸送層であってもよく、正孔注入層および正孔輸送層が積層されたものであってもよく、正孔注入機能および正孔輸送機能の両機能を有するものであってもよい。
本発明においては、発光層と陰極との間に電子注入輸送層が形成されていてもよい。
電子注入輸送層は、電子注入機能を有する電子注入層であってもよく、電子輸送機能を有する電子輸送層であってもよく、電子注入層および電子輸送層が積層されたものであってもよく、電子注入機能および電子輸送機能の両機能を有するものであってもよい。
本発明における透明電極層は、有機EL層上に形成されるものである。
陽極には、正孔が注入しやすいように仕事関数の大きい導電性材料を用いることが好ましい。例えば、Au、Ta、W、Pt、Ni、Pd、Cr、Cu、Mo、アルカリ金属、アルカリ土類金属等の金属;これらの金属の酸化物;AlLi、AlCa、AlMg等のAl合金、MgAg等のMg合金、Ni合金、Cr合金、アルカリ金属の合金、アルカリ土類金属の合金等の合金;酸化インジウム錫(ITO)、酸化インジウム亜鉛(IZO)、酸化亜鉛、酸化インジウム等の無機酸化物;金属ドープされたポリチオフェン、ポリアニリン、ポリアセチレン、ポリアルキルチオフェン誘導体、ポリシラン誘導体等の導電性高分子;α−Si、α−SiC;等が挙げられる。これらの導電性材料は、単独で用いても、2種類以上を組み合わせて用いてもよい。2種類以上を用いる場合には、各材料からなる層を積層してもよい。
陰極には、電子が注入しやすいように仕事関数の小さい導電性材料を用いることが好ましい。例えば、MgAg等のマグネシウム合金、AlLi、AlCa、AlMg等のアルミニウム合金、Li、Cs、Ba、Sr、Ca等のアルカリ金属類およびアルカリ土類金属類の合金等が挙げられる。
本発明における背面電極層は、支持基板上に形成されるものである。
なお、陽極および陰極の材料については上記透明電極層の項に記載し、背面電極層の形成方法については上記透明電極層の形成方法と同様であるので、ここでの説明は省略する。
本発明に用いられる有機EL素子においては、背面電極層上に絶縁層がパターン状に形成されていてもよい。絶縁層は、画素を画定するように形成されるものである。
絶縁層のパターンとしては、画素の配列に応じて適宜選択されるものであり、例えば格子状にすることができる。
絶縁層の材料としては、有機EL素子における一般的な絶縁層の材料を用いることができ、例えば、感光性ポリイミド樹脂、アクリル系樹脂等の光硬化型樹脂、熱硬化型樹脂、無機材料等を挙げることができる。
絶縁層の厚みとしては、画素を画定し、透明電極層および背面電極層を絶縁することができれば特に限定されるものではない。
絶縁層の形成方法としては、有機EL素子における一般的な絶縁層の形成方法を適用することができ、例えば、フォトリソグラフィ法等が挙げられる。
本発明に用いられる有機EL素子においては、絶縁層上に隔壁がパターン状に形成されていてもよい。隔壁は、透明電極層のパターンを画定するように形成されるものである。隔壁が形成されている場合には、メタルマスク等を用いなくとも透明電極層をパターン状に形成することが可能になる。
隔壁のパターンとしては、透明電極層のパターンに応じて適宜選択される。
隔壁の材料としては、有機EL素子における一般的な隔壁の材料を用いることができ、例えば、感光性ポリイミド樹脂、アクリル系樹脂等の光硬化型樹脂、または熱硬化型樹脂、および無機材料等を挙げることができる。
また、発光層をパターン状に形成するに際して、隔壁には表面エネルギーを変化させる表面処理を予め行ってもよい。
隔壁の高さとしては、透明電極層のパターンを画定し、隣接する透明電極層同士を絶縁することができれば特に限定されるものではない。
隔壁の形成方法としては、有機EL素子における一般的な隔壁の形成方法を適用することができ、例えば、フォトリソグラフィ法等が挙げられる。
本発明に用いられる支持基板は、上記有機EL素子を支持するものである。
支持基板は、光透過性を有していてもよく有さなくてもよい。
支持基板の形成材料としては、例えば、ガラスや樹脂が挙げられる。
支持基板の厚みとしては、支持基板の材料およびトップエミッション型有機EL表示装置の用途により適宜選択され、具体的には0.005mm〜5mm程度である。
本発明においては、有機EL素子基板およびカラーフィルタ基板の外周に有機EL素子を封止するように接着層が形成されていてもよい。
接着層に用いられる接着剤としては、有機EL素子の封止に用いられる一般的な接着剤を使用することができ、例えば、光硬化型接着剤、熱硬化型接着剤が挙げられる。
(カラーフィルタ基板の作製)
基板上に着色層用樹脂組成物をスピンコート法で2μmの厚みになるよう塗布し、減圧乾燥後、プリベイクを行い溶剤を除去した。次に、紫外線を露光して着色層用樹脂組成物を硬化させ、焼成することで、基板上に青色、緑色および赤色の各々の着色層をパターン状に形成した。これらの着色層の屈折率は1.49であった。
次に、着色層上に、屈折率1.49のUV硬化型アクリルポリマーを30μmの厚みになるよう塗布した。次いで、塗膜に、断面形状が直径17μm、高さ7μmの半円形状である凸部が規則的に配列された凹凸層を形成するための金型を押し付けて、紫外線を照射した。その後、金型を剥離して、着色層上に、断面形状が直径17μm、高さ7μmの半円形状で、立体形状が半球形状である凸部が規則的に配列された凹凸層を形成した。
次に、青色、緑色および赤色の各々の発光層を有し、幅20μmの画素を有する有機EL素子が形成された有機EL素子基板を準備した。有機EL素子基板をカラーフィルタ基板に対して貼り合せ方向に青色、緑色および赤色の各々の発光層が並ぶように配置し、かつ、有機EL素子基板における画素とカラーフィルタ基板における凹凸層の凹部とが向かい合うように配置した。次いで、屈折率1.6の熱硬化性エポキシ樹脂を用いて、有機EL素子基板の最表面とカラーフィルタ基板における凹凸層の最大高さの部分との距離が10μmになるように、有機EL素子基板およびカラーフィルタ基板の貼り合せを行った。このようにして、トップエミッション型の有機EL表示装置を作製した。
実施例1においてカラーフィルタ基板に凹凸層を形成しなかったこと以外は、実施例1と同様にしてトップエミッション型の有機EL表示装置を作製した。
(カラーフィルタ基板の作製)
基板上に着色層用樹脂組成物をスピンコート法で3μmの厚みになるよう塗布し、減圧乾燥後、プリベイクを行い溶剤を除去した。次に、紫外線を露光して着色層用樹脂組成物を硬化させ、焼成することで、基板上に青色、緑色および赤色の各々の着色層をパターン状に形成した。これらの着色層の屈折率は1.49であった。
次に、着色層上にパターニング用レジスト材料をスピンコート法で塗布し、直径3μmの円形状の開口が形成されたフォトマスクを用い、フォトリソグラフィ法で開口を持つパターンを形成した。次に、ドライエッチング法により着色層のエッチングを行い、着色層表面に立体形状が深さ1μm、直径3μmの半球形状である凹部が規則的に配列された凹凸を形成した。これにより、着色層と一体に形成された凹凸層が得られた。
実施例1と同様にしてトップエミッション型の有機EL表示装置を作製した。
(カラーフィルタ基板の作製)
基板上に着色層用樹脂組成物をスピンコート法で塗布し、到達真空度を低くして減圧乾燥した後、塗膜中に溶媒成分を残留させたまま紫外線を露光して、着色層表面にシワを生じさせた。このようにして基板上に青色、緑色および赤色の各々の着色層をパターン状に形成した。シワによる凹凸の最大粗さRmaxは420nmであった。
実施例1と同様にしてトップエミッション型の有機EL表示装置を作製した。
実施例1〜3の有機EL表示装置の垂線方向の放射光強度および比較例1の有機EL表示装置の垂線方向の放射光強度を比較した。実施例1の放射光強度は比較例1に比べて青色で約1.4倍、緑色で約1.2倍、赤色で約1.1倍向上することが確認された。実施例2の放射光強度は比較例1に比べて青色で約1.2倍、緑色で約1.1倍向上することが確認された。実施例3の放射光強度は比較例1に比べて青色、緑色および赤色のそれぞれで約1.05倍向上することが確認された。
2 … 透明基板
3 … 遮光部
4 … 着色層
4R … 赤色着色層
4G … 緑色着色層
4B … 青色着色層
5 … 凹凸層
10 … 有機EL素子基板
11 … 支持基板
12 … 背面電極層
13 … 隔壁
14 … 発光層
14R … 赤色発光層
14G … 緑色発光層
14B … 青色発光層
15 … 透明電極層
16 … 有機EL素子
20 … トップエミッション型有機EL表示装置
Claims (4)
- 透明基板と、
前記透明基板上に形成された着色層と、
前記着色層上に形成され、表面に凹凸を有する凹凸層と
を有し、前記凹凸層の屈折率が前記着色層の屈折率と同等であることを特徴とするトップエミッション型有機エレクトロルミネッセンス表示装置用カラーフィルタ基板。 - 前記凹凸層が前記着色層と一体に形成されていることを特徴とする請求項1に記載にトップエミッション型有機エレクトロルミネッセンス表示装置用カラーフィルタ基板。
- 支持基板、および前記支持基板上に形成された有機エレクトロルミネッセンス素子を有する有機エレクトロルミネッセンス素子基板と、
透明基板、前記透明基板上に形成された着色層、および前記着色層上に形成され、表面に凹凸を有する凹凸層を有し、前記凹凸層が前記有機エレクトロルミネッセンス素子と対向するように配置されたカラーフィルタ基板と、
前記有機エレクトロルミネッセンス素子基板および前記カラーフィルタ基板の間に充填された樹脂層と
を有し、前記樹脂層の屈折率が前記着色層の屈折率よりも高く、前記凹凸層の屈折率が前記着色層の屈折率と同等であることを特徴とするトップエミッション型有機エレクトロルミネッセンス表示装置。 - 前記凹凸層が前記着色層と一体に形成されていることを特徴とする請求項3に記載にトップエミッション型有機エレクトロルミネッセンス表示装置。
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