JP2021063180A - 分散剤組成物、着色組成物およびカラーフィルタ - Google Patents
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Abstract
Description
前記分散剤組成物は、(a)ブロック共重合体を含有する。前記(a)ブロック共重合体は、1種類のみを配合してもよいし、2種以上を併用してもよい。前記(a)ブロック共重合体は、酸性基を有するビニルモノマーに由来する構造単位を含むAブロックと、後述する一般式(1)で表される構造単位および後述する一般式(2)で表される構造単位を含むBブロックとを有する。
Aブロックは、酸性基を有するビニルモノマーに由来する構造単位を有するポリマーブロックである。Aブロックは、酸性基を有することで、アルカリ現像が容易になると考えられる。そのため、前記ブロック共重合体は、アルカリ現像を採用したカラーフィルタの製造に使用されるカラーフィルタ用の着色組成物に好適に使用できる。
芳香族ビニルモノマーとしては、スチレン、α−メチルスチレン、4−メチルスチレン、2−メチルスチレン、3−メチルスチレン、4−メトキシスチレン、2−ヒドロキシメチルスチレン、1−ビニルナフタレン等が挙げられる。
ヘテロ環を含有するビニルモノマーとしては、2−ビニルチオフェン、N−メチル−2−ビニルピロール、2−ビニルピリジン、4−ビニルピリジン等が挙げられる。
ビニルアミドとしては、N−ビニルホルムアミド、N−ビニルアセトアミド、1−ビニル−2−ピロリドン、N−ビニル−ε−カプロラクタム等が挙げられる。
カルボン酸ビニルとしては、酢酸ビニル、ピバル酸ビニル、安息香酸ビニル等が挙げられる。
ジエン類としては、ブタジエン、イソプレン、4−メチル−1,4−ヘキサジエン、7−メチル−1,6−オクタジエン等が挙げられる。
Bブロックは、一般式(1)で表される構造単位および一般式(2)で表される構造単位を有するポリマーブロックである。Bブロックは、3級アミノ基に加え4級アンモニウム塩基を有することから、着色材との高い親和性を有すると考えられる。
一般式(1)で表される構造単位は、構造中に4級アンモニウム塩を有する。Bブロックにおける一般式(1)で表される構造単位は、1種のみであってもよいし2種以上を有していてもよい。
前記カルボキシレートアニオンとしては、酢酸アニオン、プロピオン酸アニオン等のアルキルカルボキシレートアニオン;安息香酸アニオン等の芳香族カルボキシレートアニオンが挙げられる。
前記スルフェートアニオンとしては、メチル硫酸アニオン、エチル硫酸アニオン等アルキルスルフェートアニオン;フェニル硫酸アニオン、ベンジル硫酸アニオン等の芳香族硫酸アニオンが挙げられる。
前記スルホネートアニオンとしては、メタンスルホン酸アニオン、エタンスルホン酸アニオン等のアルキルスルホネートアニオン;ベンゼンスルホン酸アニオン、トルエンスルホン酸アニオン等の芳香族スルホネートアニオンが挙げられる。
前記ホスフェートアニオンとしては、メチルホスフェートアニオン等のアルキルホスフェートアニオン;フェニルホスフェートアニオン等の芳香族ホスフェートアニオンが挙げられる。
一般式(2)で表される構造単位は、3級アミン構造を有する。Bブロックにおける一般式(2)で表される構造単位は、1種のみであってもよいし2種以上を有していてもよい。
前記ブロック共重合体の構造は、線状ブロック共重合体であることが好ましい。また、線状ブロック共重合体は、いずれの構造(配列)であっても良いが、線状ブロック共重合体の物性、または組成物の物性の観点から、AブロックをA、BブロックをBと表現したとき、(A−B)m型、(A−B)m−A型、(B−A)m−B型(mは1以上の整数、例えば1〜3の整数)よりなる群から選択される少なくとも1種の構造を持つ共重合体であることが好ましい。これらの中でも、加工時の取扱い性、組成物の物性の観点から、A−Bで表されるジブロック共重合体であることが好ましい。A−Bで表されるジブロック共重合体を構成することで、Aブロックに有する酸性基を有するビニルモノマーに由来する構造単位と、Bブロックに有する3級アミノ基を有するビニルモノマーに由来する構造単位および4級アンモニウム塩基を有するビニルモノマーに由来する構造単位とが局在化し、効率的に着色材と、溶媒、バインダー樹脂と好適に作用することができると考えられる。
前記ブロック共重合体の製造方法としては、ビニルモノマーの重合反応によって、Aブロックを先に製造し、AブロックにBブロックのモノマーを重合する方法;Bブロックを先に製造し、BブロックにAブロックのモノマーを重合する方法;AブロックとBブロックとを別々に製造した後、AブロックとBブロックとをカップリングする方法;Aブロックを先に製造し、Bブロックに式(2)で表される構造単位を形成し得るビニルモノマーを含有するモノマー組成物を重合し、得られた重合物中の式(2)で表される構造単位の一部の3級アミン構造を4級化する方法;式(2)で表される構造単位を形成し得るビニルモノマーを含有するモノマー組成物を重合し、この重合物にAブロックのモノマーを重合し、得られた重合物中の式(2)で表される構造単位の一部の3級アミン構造を4級化する方法;Aブロックと式(2)で表される構造単位を有するブロックとを別々に製造し、これらのブロックをカップリングした後、得られた重合物中の式(2)で表される構造単位の一部の3級アミン構造を4級化する方法等が挙げられる。
(a)ビニルモノマーを、一般式(11)で表される有機テルル化合物を用いて重合する。
(b)ビニルモノマーを、一般式(11)で表される有機テルル化合物とアゾ系重合開始剤との混合物を用いて重合する。
(c)ビニルモノマーを、一般式(11)で表される有機テルル化合物と一般式(12)で表される有機ジテルリド化合物との混合物を用いて重合する。
(d)ビニルモノマーを、一般式(11)で表される有機テルル化合物とアゾ系重合開始剤と一般式(12)で表される有機ジテルリド化合物との混合物を用いて重合する。
一般式(11)において、R1は、炭素数1〜8のアルキル基、アリール基または芳香族ヘテロ環基を示す。]
本発明の分散剤組成物は、(b)芳香族ジカルボン酸イミド、酸性基含有芳香族化合物およびフェノール性ヒドロキシ基含有芳香族化合物よりなる群から選択される少なくとも1種の芳香族化合物を含有する。分散剤組成物が、(b)芳香族化合物を含有することで、分散性が良好となる。(b)芳香族化合物は、1種類のみを配合してもよいし、2種以上を併用してもよい。
前記分散剤組成物は、(c)3級アミン化合物を含有する。前記(c)3級アミン化合物は、分子中に3級アミン構造を有する。分散剤組成物が、(c)3級アミン化合物を含有することで、前記(b)芳香族化合物と塩形成が可能となる。(c)3級アミン化合物は、1種類のみを配合してもよいし、2種以上を併用してもよい。
本発明の着色組成物は、前記分散剤組成物、芳香環を有する着色材、分散媒体およびバインダー樹脂を含有する。
前記着色材の種類は、その構造中に芳香環を有するものであれば、その用途に応じて適宜選択すればよく、例えば顔料、染料が挙げられる。前記着色組成物は、耐光性および耐熱性の観点から、着色材として顔料を含有することが好ましい。顔料としては、有機顔料および無機顔料のいずれでもよいが、有機化合物を主成分とする有機顔料が特に好ましい。顔料としては、例えば、赤色顔料、黄色顔料、橙色顔料、青色顔料、緑色顔料、紫色顔料、黒色顔料等の各色の顔料が挙げられる。顔料の構造は、モノアゾ系顔料、ジアゾ系顔料、縮合ジアゾ系顔料等のアゾ系顔料、ジケトピロロピロール系顔料、ピロメテン系顔料、フタロシアニン系顔料、イソインドリノン系顔料、イソインドリン系顔料、キナクリドン系顔料、インディゴ系顔料、チオインディゴ系顔料、キノフタロン系顔料、ジオキサジン系顔料、アントラキノン系顔料、ペリレン系顔料、ペリノン系顔料等の多環系顔料等が挙げられ、好ましくはアゾ系顔料、ジケトピロロピロール系顔料、ピロメテン系顔料、および、ジオキサジン系顔料よりなる群から選択される少なくとも1種である。着色組成物に含まれる顔料は、1種類のみであってもよいし、色度等の調整のために複数種類であってもよい。
前記着色組成物は、分散媒体としては、着色組成物を構成する他の成分を分散または溶解し、かつこれらの成分と反応せず、適度に揮発性を有するものである限り、適宜に選択して使用できる。例えば、従来公知の有機溶媒を使用することができ、前記分散剤組成物の溶媒として例示したものを使用できる。有機溶媒は、着色材等の分散性、分散剤の溶解性、着色組成物の塗布性等の観点から、グリコールアルキルエーテルアセテート類、1価または多価アルコール類であることが好ましい。着色組成物に含まれる溶媒は、1種類のみであってもよいし、複数種類であってもよい。
本発明の着色組成物は、バインダー樹脂(ただし、前記ブロック共重合体は除く。)を含有することができる。前記バインダー樹脂としては、アルカリ可溶性樹脂、重合性化合物(重合性樹脂、重合性不飽和結合を分子内に1個有するモノマー、重合性不飽和結合を分子内に2個以上有するモノマー、オリゴマー等)、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂等が挙げられる。これらは単独又は2種以上を混合して用いることができる。これらの中でも、好ましくはアルカリ可溶性樹脂および/又は重合性化合物である。
前記アルカリ可溶性樹脂としては、着色材に対してバインダーとして作用し、かつカラーフィルタを製造する際に、その現像処理工程において用いられる現像液、好ましくはアルカリ現像液に対して可溶性を有するものであれば、特に限定されるものではないが、カルボキシ基、フェノール性ヒドロキシ基等の酸性基を有する樹脂であることが好ましい。
前記重合性化合物としての重合性樹脂(例えば、ヒドロキシ基、カルボキシ基、アミノ基等の反応性の置換基を有する線状高分子にイソシアネート基、アルデヒド基、エポキシ基等を介して、(メタ)アクリル化合物、ケイヒ酸等の架橋性基を導入した樹脂)、重合性不飽和結合を分子内に1個有する化合物(例えば、単官能(メタ)アクリルモノマー(アルキル(メタ)アクリレート、アラルキル(メタ)アクリレート等))、重合性不飽和結合を分子内に2個以上有する化合物(例えば、多官能(メタ)アクリルモノマー(2価アルコールのジ(メタ)アクリレート、3価以上の多価アルコールのポリ(メタ)アクリレート等))等が挙げられる。重合性不飽和結合としては、炭素−炭素二重結合、炭素−炭素三重結合が挙げられる。これらは単独又は2種以上を混合して用いることができる。これらの中でも重合性不飽和結合を分子内に2個以上有する化合物が好ましい。
前記熱硬化性樹脂や熱可塑性樹脂としては、例えば、ブチラール樹脂、スチレン−マレイン酸共重合体、塩素化ポリエチレン、塩素化ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、塩化ビニル−酢酸ビニル共重合体、ポリ酢酸ビニル、ポリウレタン系樹脂、フェノール樹脂、ポリエステル樹脂、アクリル系樹脂、アルキッド樹脂、スチレン樹脂、ポリアミド樹脂、ゴム系樹脂、環化ゴム、エポキシ樹脂、セルロース類、ポリブタジエン、ポリイミド樹脂、ベンゾグアナミン樹脂、メラミン樹脂、尿素樹脂等が挙げられる。
前記着色組成物は、光重合開始剤を含有することが好ましい。これにより、着色組成物に感放射線性を付与することができる。前記光重合開始剤は、可視光線、紫外線、遠赤外線、電子線、X線等の放射線の露光により、架橋剤の重合を開始し得る活性種を発生する化合物である。
前記着色組成物には、本発明の好ましい物性を損なわない範囲であれば、前記配合剤以外に、他の配合剤を配合することができる。他の配合剤としては、増感色素、熱重合防止剤、非イオン系界面活性剤、アニオン系界面活性剤、カチオン系界面活性剤、両性界面活性剤、可塑剤、有機カルボン酸化合物、有機カルボン酸無水物、pH調整剤、前記フェノール系酸化防止剤以外の酸化防止剤、紫外線吸収剤、光安定剤、防腐剤、防カビ剤、凝集防止剤、密着性改良剤、現像改良剤、保存安定剤等を挙げることができる。
カチオン系界面活性剤としては、第4級アンモニウム塩類、イミダゾリン誘導体類、アルキルアミン塩類等が挙げられる。
両性界面活性剤としては、ベタイン型化合物類、イミダゾリウム塩類、イミダゾリン類、アミノ酸類等が挙げられる。
着色組成物は、分散剤組成物、着色材、分散媒体、バインダー樹脂、必要に応じて光重合開始剤、他の添加剤等を混合することで調製できる。なお、着色組成物は、(a)ブロック共重合体、(b)芳香族化合物、(c)3級アミン化合物、着色材、分散媒体、バインダー樹脂、必要に応じて他の成分を混合することで調製してもよい。混合は、例えば、ペイントシェーカー、ビーズミル、ボールミル、ディゾルバー、ニーダー等の混合分散機を用いることができる。着色組成物は、混合後に濾過することが好ましい。他の添加剤としては、例えば、pH調整剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤、光安定剤、防腐剤、防カビ剤、界面活性剤、凝集防止剤等が挙げられる。
本発明のカラーフィルタは、前記着色組成物を用いて形成された着色層を備えるものである。カラーフィルタを製造する方法としては、例えば、次の方法が挙げられる。まず、ポリエステル系樹脂、ポリオレフィン系樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリメチルメタクリレート樹脂等の熱可塑性樹脂シート、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ポリ(メタ)アクリル系樹脂等の熱硬化性樹脂シート、各種ガラス等の透明基板上に、例えば、赤色の顔料が分散された本発明の着色組成物を塗布したのち、プレベークを行って溶媒(分散媒体)を蒸発させ、塗膜を形成する。次いで、この塗膜にフォトマスクを介して露光したのち、アルカリ現像液(有機溶剤又は界面活性剤とアルカリ性化合物とを含む水溶液等)を用いて現像して、塗膜の未露光部を溶解除去する。その後、ポストベークすることにより、赤色の画素パターンが所定の配列で配置された画素アレイを形成する。次いで、緑色または青色の各着色組成物を用い、上記と同様にして、各着色組成物の塗布、プレベーク、露光、現像およびポストベークを行って、緑色の画素アレイおよび青色の画素アレイを同一基板上に順次形成する。これにより、赤色、緑色および青色の三原色の画素アレイが基板上に配置されたカラーフィルタが得られる。但し、本発明においては、各色の画素を形成する順序は、上記のものに限定されない。
このようにして得られた画素パターン上に、必要に応じて保護膜を形成した後、透明導電膜(ITO等)をスパッタリングにより形成する。透明導電膜を形成した後、更にスペーサーを形成してカラーフィルタとすることもできる。また、赤色、緑色および青色の三原色の画素アレイを形成に用いる透明基板上には、ブラックマトリックスが設けられていてもよい。
BTEE:エチル−2−メチル−2−n−ブチルテラニル−プロピオネート
DBDT:ジブチルジテルリド
AIBN:2,2’−アゾビス(イソブチロニトリル)
BMA:ブチルメタクリレート
CL5MA:2−ヒドロキシエチルメタクリレートの5molカプロラクトン付加物(ダイセル化学社製、プラクセル(登録商標)FM5)
DMAEMA:ジメチルアミノエチルメタクリレート
BzCl:塩化ベンジル
MAA:メタクリル酸
PI:フタルイミド
2−NA:2−ナフトエ酸
4−MU:4−メチルウンベリフェロン
DBU:ジアザビシクロウンデセン
TEA:トリエチルアミン
PMA:プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート
MP:1−メトキシ−2−プロパノール
核磁気共鳴(NMR)測定装置(Bruker社製、型式:AVANCE500(周波数500MHz))を用いて、1H−NMRを測定(溶媒:重水素化クロロホルム、内部標準:テトラメチルシラン)した。得られたNMRスペクトルについて、モノマー由来のビニル基と、ポリマー由来のエステル側鎖のピークの積分比を求め、モノマーの重合率を算出した。
高速液体クロマトグラフ(東ソー製、型式:HLC8320)を用いて、ゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)により求めた。カラムはSHODEX KF−603(Φ6.0mm×150mm)(SHODEX社製)を1本、移動相に30mmol/L臭化リチウム−30mmol/L酢酸−N−メチルピロリドン、検出器に示差屈折率検出器を使用した。測定条件は、カラム温度を40℃、試料濃度を20mg/mL、試料注入量を10μL、流速を0.2mL/minとした。標準物質としてポリスチレン(分子量427,000、190,000、96,400、37,400、10,200、2,630、906)を使用して検量線(校正曲線)を作成し、重量平均分子量(Mw)、数平均分子量(Mn)を測定した。これらの測定値から分子量分布(PDI=Mw/Mn)を算出した。
アミン価は、固形分1gあたりの塩基性成分と当量の水酸化カリウム(KOH)の質量で表したものである。測定試料をテトラヒドロフランに溶解し、電位差滴定装置(商品名:GT−06、三菱化学社製)を用いて、得られた溶液を0.1mol/L塩酸/2−プロパノール溶液で中和滴定した。滴定pH曲線の変曲点を滴定終点として次式によりアミン価(B)を算出した。
B=56.11×Vs×0.1×f/w
B:アミン価(mgKOH/g)
Vs:滴定に要した0.1mol/L塩酸/2−プロパノール溶液の使用量(mL)
f:0.1mol/L塩酸/2−プロパノール溶液の力価
w:測定試料の質量(g)(固形分換算)
酸価は、固形分1gあたりの酸性成分を中和するのに要する水酸化カリウムの質量を表したものである。測定試料をテトラヒドロフランに溶解し、指示薬としてフェノールフタレインエタノール溶液を数滴加え、0.1mol/L水酸化カリウム/エタノール溶液で中和滴定した。次式により酸価(A)を算出した。
A=56.11×Vs×0.1×f/w
A:酸価(mgKOH/g)
Vs:滴定に要した0.1mol/L水酸化カリウム/エタノール溶液の使用量(mL)
f:0.1mol/L水酸化カリウム/エタノール溶液の力価
w:測定試料の質量(g)(固形分換算)
E型粘度計(商品名:TVE−22L、東機産業社製)を用い、コーンローター(1°34’×R24)を使用して、25℃下、ローター回転数60rpmで粘度を測定した。
着色組成物は、調製後、25℃にて2時間保管した後、粘度を測定した。粘度が10mPa・s未満であるものを「A」、粘度が10mPa・s以上であるものを「B」と評価した。
アルゴンガス導入管、撹拌機を備えたフラスコにBMA 50.4g、CL5MA 199.5g、MAA 16.1g、AIBN 0.82g、PMA 80.5gを仕込み、アルゴン置換後、BTEE 14.99g、DBDT 9.23gを加え、60℃で5時間反応させAブロックを重合した。重合率は98%であった。
(分散剤組成物No.A)
撹拌機を備えたフラスコに、ブロック共重合体 44.3g、PI 1.94g、DBU 2.07g、PMA 106g、MP 6.85gを加え、60℃で20時間加熱混合し、分散剤組成物を調製した。
各成分の配合を表1に示すように変更して、分散剤組成物No.Aの調製法と同様にして分散剤組成物No.B、C、Dを得た。
アルゴンガス導入管、撹拌機を備えたフラスコにメタクリル酸(MAA)(40.0g)、ベンジルメタクリレート(BzMA)(160.0g)、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート(PMA)(580.0g)を仕込み、アルゴン置換後、2,2’−アゾビス(イソブチロニトリル)(AIBN)(4.0g)、n−ドデカンチオール(6.0g)、PMA(20.0g)を加え90℃まで昇温した。その溶液を90℃に保ちながら、その溶液にMAA(80.0g)、BzMA(320.0g)、AIBN(8.0g)、n−ドデカンチオール(12.0g)、PMA(50.0g)を1.5時間かけて滴下した。滴下が終了してから60分後、温度を110℃まで昇温し、AIBN(0.8g)、PMA(10.0g)を加えて1時間反応させ、さらにAIBN(0.8g)、PMA(10.0g)を加え1時間反応させ、さらにAIBN(0.8g)、PMA(10.0g)を加え1時間反応させた。
(着色組成物No.1)
顔料8質量部、分散剤組成物5質量部、アルカリ可溶性樹脂5質量部、PMA82質量部となるように配合組成を調製し、0.3mmジルコニアビーズ555質量部を加え、ビーズミル(商品名:DISPERMAT CA、VMA−GETZMANN GmbH社製)にて3時間混合し十分に分散させた。分散終了後、ビーズをろ別して着色組成物を得た。分散剤組成物には分散剤組成物No.Aを用い、アルカリ可溶性樹脂にはアルカリ可溶性樹脂Aを用い、顔料にはC.I.Pigment Red 254(商品名:BKCF、チバ・スペシャリティ・ケミカルズ社製)を用いた。得られた着色組成物の粘度を評価した。結果を表2に示した。
分散剤を表2に示したものに変更したこと以外は、着色組成物No.1の調製法と同様にして、着色組成物No.2〜5を調製した。着色組成物No.5では、分散剤として前記で得たブロック共重合体を使用した。
Claims (11)
- 着色材として、芳香環を有する着色材を含有する着色組成物に使用される分散剤組成物であって、
(a)酸性基を有するビニルモノマーに由来する構造単位を含むAブロックと、下記一般式(1)で表される構造単位および下記一般式(2)で表される構造単位を含むBブロックとを有するブロック共重合体、
(b)芳香族ジカルボン酸イミド、酸性基含有芳香族化合物およびフェノール性ヒドロキシ基含有芳香族化合物よりなる群から選択される少なくとも1種の芳香族化合物、および、
(c)3級アミン化合物を混合してなり、
前記(b)芳香族化合物と前記(c)3級アミン化合物とのモル比((b)/(c))が、0.8〜1.2であることを特徴とする分散剤組成物。
- 前記(a)ブロック共重合体中の4級アンモニウム塩基と前記(b)芳香族化合物とのモル比((b)/(a)中の4級アンモニウム塩基)が、0.5〜1.2である請求項1に記載の分散剤組成物。
- 前記(a)ブロック共重合体中の4級アンモニウム塩基と前記(c)3級アミン化合物とのモル比((c)/(a)中の4級アンモニウム塩基)が、0.5〜1.2である請求項1または2に記載の分散剤組成物。
- 前記(a)ブロック共重合体における酸性基を有するビニルモノマーに由来する構造単位の含有率が、1質量%〜20質量%である請求項1〜3のいずれか一項に記載の分散剤組成物。
- 前記(a)ブロック共重合体における前記一般式(1)で表される構造単位および前記一般式(2)で表される構造単位の合計含有率が、5質量%〜50質量%である請求項1〜4のいずれか一項に記載の分散剤組成物。
- 前記(c)3級アミン化合物が、一般式(6)で表される化合物および/または一般式(7)で表される化合物である請求項1〜5のいずれか一項に記載の分散剤組成物。
- 請求項1〜6のいずれか一項に記載の分散剤組成物、着色材、分散媒体およびバインダー樹脂を含有し、
前記着色材が芳香環を有する着色材であることを特徴とする着色組成物。 - (a)酸性基を有するビニルモノマーに由来する構造単位を含むAブロックと、下記一般式(1)で表される構造単位および下記一般式(2)で表される構造単位を含むBブロックとを有するブロック共重合体、(b)芳香族ジカルボン酸イミド、酸性基含有芳香族化合物およびフェノール性ヒドロキシ基含有芳香族化合物よりなる群から選択される少なくとも1種の芳香族化合物、(c)3級アミン化合物、芳香環を有する着色材、分散媒体およびバインダー樹脂を混合してなり、
前記(b)芳香族化合物と前記(c)3級アミン化合物とのモル比((b)/(c))が、0.8〜1.2であることを特徴とする着色組成物。
- 前記着色材が、アゾ系顔料、ジケトピロロピロール系顔料、ピロメテン系顔料、および、ジオキサジン系顔料よりなる群から選択される少なくとも1種である、請求項7または8に記載の着色組成物。
- カラーフィルタ用である、請求項7〜9のいずれか一項に記載の着色組成物。
- 請求項10に記載の着色組成物を用いて形成された着色層を備えることを特徴とするカラーフィルタ。
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