JP4505548B2 - プラズマディスプレイパネル - Google Patents

Description

本発明はプラズマディスプレイパネルの技術分野に係り、特に、プラズマディスプレイパネル内への不純物ガスの侵入を防止する技術に関する。

従来より、ＰＤＰは表示装置の分野で広く用いられており、最近では、大画面で高品質かつ低価格のＰＤＰが要求されている。
現在、ＰＤＰはガラス基板上にアドレス電極が形成された第一のパネル(背面板)と、ガラス基板上に維持電極及び走査電極が形成された第二のパネル(前画板)とがはりあわされた３電極面放電型が主流となっている。

図１１(ａ)、(ｂ)の符号１１０は従来技術のプラズマディスプレイパネルであり、第一、第二のパネル１２０、１３０を有している。図１１(ａ)は、内部を説明するための平面図、同図(ｂ)は、断面図である。
第一、第二のパネル１２０、１３０は、ガラス基板から成る、第一、第二の基板１２１、１３１と、第一、第二の基板１２１、１３１上に配置された第一、第二の配線層１２２、１３２をそれぞれ有している。

第一の配線層１２２上には、突条状の隔壁１２４が配置されており、第一、第二のパネル１２０、１３０は、第一、第二の配線層１２２、１３２を対面させ、隔壁１２４を間にして互いに向かい合わせに配置されている。
第一、第二のパネル１２０、１３０の周囲には、リング状の封着部１４１が配置されており、第一、第二のパネル１２０、１３０は封着部１４１によって互いに固定されている。

第一、第二のパネル１２０、１３０の間には、放電ガスが封入されており、第一、第二の配線層１２２、１３２内の電極に電圧を印加させ、隔壁１２４と隔壁１２４の間の所定位置にプラズマを形成すると、放電ガスのプラズマが形成され、プラズマから放出される紫外光が隔壁１２４に配置された蛍光層に照射されると蛍光層が発光し、可視光が外部に放出される。同図符号１１５は外部に可視光が放出される発光領域である。

封着部１４１を形成するための封着材料には、低融点ガラスが用いられているが、低融点ガラスは有機物のバインダーを含有するため、加熱して固化させると多量の不純物ガスが放出される。

従って、封着前に脱ガスを行なう必要があり、また、脱ガスを行なっても封着時の放出ガスが多いため、第一、第二のパネル１２０、１３０を封着した後でも、長時間のエージングが必要となる。このため、パネルの生産スループットを律速し、多くの電力を必要としている。

そこで近年では、パネル製造時間を短縮するために、封着部１４１に樹脂材料を用いる研究が成されており、紫外線硬化樹脂を使用すれば、加熱せず、ガス放出が少ない状態で封着部１４１を形成することが可能になる。

しかしながら、リング状の封着部１４１で発光領域１１５を囲み、封着部１４１によってプラズマディスプレイパネル１１０の内部を外部雰囲気から分離する場合、外部雰囲気に含まれる不純物ガスが、樹脂材料を透過してパネル内に侵入し、放電ガスの純度が低下する。
放電ガスの純度が低下すると放電電圧が上昇してしまう。

また、プラズマから放出される紫外光が封着部１４１に照射されると樹脂材料が分解することでも、第一、第二のパネル１２０、１３０間に不純物ガスが混入し、放電ガスの純度が低下するし、第一、第二のパネル１２０、１３０間の接着力が弱くなってしまう。

封着部１４１については、封着材料を硬化させる際に不純物ガスが発生するとの問題もあり、封着部１４１を構成する樹脂材料を硬化させる前に予め脱ガスし、封着時の不純物発生量を低減させる試みがなされている。しかし、脱ガス処理を行なうと封着材料の接着性が低下し、第一、第二のパネル１２０、１３０間の接着力を確保することができなくなる。
さらに、上記不都合を解消するため、封着部１４１を形成する封着材料として不純物ガスを発生しないインジウムまたはインジウム合金のような低融点金属材料を用いることも試みられている。しかし、封着力（接着力）は材料の特性と面積で決まるため多量の低融点金属材料を必要とし、特にインジウムは希少金属で高価でありコストアップとなる。また、封着処理に要する時間も長くなるという問題がある。
特開２００２−７５１９７号公報 特開２００２−１５６１６０号公報 特開２００２−２３１１２９号公報 特開２００１−２１０２５８号公報

本発明は、上記従来技術の課題を解決するために創作されたものであり、その目的は、プラズマディスプレイパネル内に不純物ガスを混入させない技術を提供することにある。
プラズマディスプレイパネル（ＰＤＰ）の動作原理は、照明用蛍光灯と似ており、電界中の気体放電を利用している。
蛍光灯では、放電ガス中に、不純物ガスのＨ₂分子が１％未満でも含まれていると、蛍光灯のスタート電圧を倍加させることはよく知られている。

これは、Ｈ₂分子が準安定原子や点火に関わる電子からエネルギーを奪う為である。そうなると、放電を得る為には、より高い電圧をかけなければならなくなる。
このことから、ＰＤＰにおいてもＨ₂Ｏ、Ｈ₂、Ｏ₂、ＣＯ、ＣＯ₂、Ｎ₂、といった不純物ガスが、スタート電圧、動作電圧、輝度などの動作中の諸特性に影響を及ぼすことが分かる。
特に、Ｈ₂Ｏは、ＤＣ型ＰＤＰの金属電極を酸化したり、ＡＣ型ＰＤＰのＭｇＯ膜の特性に影響を与える。

ＰＤＰの放電ガスには、数万ＰａのＨｅまたは、Ｎｅと数％のＸｅが用いられているが、Ｈ₂Ｏ、Ｏ₂、ＣＯ₂、Ｎ₂などの不純物ガスが２０ｐｐｍ以上含有されると、ＡＣ型ＰＤＰの動作電圧を増加させるという報告もある。さらに、不純物ガスによってＰＤＰセル内の材料を劣化させるという問題もある。

ＰＤＰ中の不純物ガスの主な発生源は、放電ガス中に最初から含まれている場合の他、内部構造材から発生する場合や、製造プロセスから発生する場合もあり、更に、発光中に放出される場合や、排気後の残留ガスである場合がある。

上記のような不純物ガスが発光領域内に侵入しないようにするために、本発明は、第一、第二の基板を有し、対面して配置された第一、第二のパネルと、前記第一、第二の基板間に位置する発光領域と、前記発光領域の外側に位置し、前記第一、第二のパネルを互いに固定する樹脂から成る封着部と、前記発光領域を取り囲むリング状の金属膜から成る密閉部とを有し、前記封着部は、前記密閉部の外側に位置するプラズマディスプレイパネルである。
また、本発明は、前記封着部の樹脂は、熱硬化樹脂であるプラズマディスプレイパネルである。
また、本発明は、前記封着部の樹脂は紫外線硬化樹脂であるプラズマディスプレイパネルである。
また、本発明は、前記封着部はリング状であり、前記密閉部を取り囲んでいるプラズマディスプレイパネルである。
また、本発明は、前記封着部と前記密閉部の間には、排気口が設けられたプラズマディスプレイパネルである。

本発明は、第一、第二のパネル間に配置した金属膜から成る密閉部によって発光領域を取り囲んだので、接着材である封着材料から透過してパネル内に侵入する不純ガスと、パネル封着時に樹脂の封着材料からパネル間に放出される不純ガスの両方のガスの発光領域内への侵入を防止できる。

また、放電で発生する紫外線は密閉部によって遮断され、封着部の樹脂に照射されなくなるので、接着部の樹脂を保護し、樹脂材料の分解を防ぎ、これにより、放電ガスの純度低下を防止できる。

また、封着部には紫外線硬化樹脂を用いることができるので、封着に要する処理時間を短縮させることができる。
樹脂の封着部によってパネル間を接着するので、密閉部によってパネル間を接着する場合に比べ、密閉部に必要な低融点金属は僅かな量で済む。
さらに、密閉部は、第一、第二のパネルにそれぞれ金属層を設けておき、その金属層同士を低融点金属層で接着するため、接着・密閉に使用するインジウム等の低融点金属の量は少なくでき、封着部には紫外線硬化樹脂を用いることができるので、封着に要する処理時間を短縮させることができる。

本発明の一例のプラズマディスプレイパネルを説明するための図 その発行領域を説明するための図 発光領域と密閉部と封着部の配置例 (ａ)、(ｂ)：補助的な排気口を説明するための図 (ａ)〜(ｃ)：発光領域と密閉部と封着部の他の配置例 放置時間と放電電圧の関係 (ａ)：本発明、(ｂ)：従来技術 エージング時間と放電電圧の関係 (ａ)：本発明、(ｂ)：従来技術 (ａ)〜(ｃ)：本発明のプラズマディスプレイパネルの第一のパネルの製造工程を説明するための図 (ａ)、(ｂ)：本発明のプラズマディスプレイパネルの第二のパネルの製造工程を説明するための図 本発明のプラズマディスプレイパネルの製造工程を説明するためのフローチャート (ａ)、(ｂ)：従来技術のプラズマディスプレイパネルを説明するための図

符号の説明

１０……プラズマディスプレイパネル
１５……発光領域
１７……密閉部
１８……低融点金属層
２０……第一のパネル
３０……第二のパネル
２１……第一の基板
２２……第二の基板
２８……排気口
２７……第一の金属層
３７……第二の金属層
４１……封着部

図１は本発明のプラズマディスプレイパネルの封止状態を説明するための断面図であり、第一、第二のパネル２０、３０を有している。
第一、第二のパネル２０、３０は、ガラス等の透明な板から成る第一、第二の基板２１、３１と、第一、第二の基板２１、３１上に配置された第一、第二の配線層２２、３２をそれぞれ有している。
第一、第二の基板２１、３１の形状は、長方形又は正方形である。

第一の配線層２２上には、突条状の隔壁２４が配置されており、第一、第二のパネル２０、３０は、第一、第二の配線層２２、３２を対面させ、隔壁２４を間にして互いにして互いに向かい合わせに配置されている。第一、第二のパネル２０、３０には、表面にＳｒＯ−２０ｍｏ１％ＣａＯ蒸着膜（厚さ８０００Å）をＥＢ蒸着により形成した保護膜が形成されているが、保護膜の図示は省略する。

第一、第二のパネル２０、３０は、周囲にリング状の密閉部１７が配置されており、隔壁２４が位置する発光領域１５は、密閉部１７によって取り囲まれている。リング状の密閉部１７は内側を取り囲んでいればよく、円形リング状、四角リング状、その他多角リング状等、種々のリング形状を含む。

密閉部１７の外側には、封着部４１が配置されており、第一、第二のパネル２０、３０は封着部４１によって互いに固定されている。
密閉部１７は、第一、第二のパネル２０、３０上の対面する位置にそれぞれ形成されたリング状の第一、第二の金属層２７、３７と、第一、第二の金属層２７、３７の間に配置されたリング状の低融点金属層１８とを有している。

図２は、隔壁２４が位置する発光領域１５を説明するための図面である。この発光領域１５は、第一、第二の基板２１、３１の間に位置し、プラズマによる発光で文字、図形等の表示が行なわれる。
図２を参照し、第一の配線層２２は、複数のアドレス電極２３と、それらの表面に配置された絶縁膜２６とを有している。

第二の配線層３２は、走査電極や維持電極等の複数の面放電電極３３と、面放電電極３３の表面に配置された、絶縁膜３６とを有している。
隔壁２４の側面や、隔壁２４の間の位置には蛍光体が配置されている、発光領域１５には、放電ガスが封入されている。

アドレス電極２３と面放電電極３３は格子状に配置されており、所望のアドレス電極２３と面放電電極３３の間に電圧を印加すると、そのアドレス電極２３と面放電電極３３とで挟まれた領域に放電ガスのプラズマ５１が形成され、プラズマ５１から紫外光が放出される。放出された紫外光は蛍光体に照射され、蛍光体から可視光５２が放出される。可視光５２は、第二のパネル３０を透過して外部に放出される。

アドレス電極２３と面放電電極３３で挟まれた領域はセルと呼ばれており、本発明のプラズマディスプレイパネル１０は、図１１(ａ)、(ｂ)の従来技術のプラズマディスプレイパネル１１０と同様に、複数個(ここでは３００個)のセルが形成され、各セルが個別に発光できるようになっており、アドレス電極２３で指示された位置のセルが発光することで、文字や図形が表示されるようになっている。

第一、第二の金属層２７、３７は、第一、第二のパネル２０、３０の絶縁膜２６、３６と密着され、第一、第二の金属層２７、３７は、溶融し、固化して形成された低融点金属層１８によって接続されている。
従って、第一のパネル２０と第一の金属層２７の間、第一の金属層２７と低融点金属層１８の間、低融点金属層１８と第二の金属層３７の間、第二の金属層３７と第二のパネル３０の間は隙間が無く、プラズマディスプレイパネル１０の外部雰囲気の気体や水分が、発光領域１５内に侵入しないように構成されている。

図１０のフローチャートと図８、９の工程図を用いてプラズマディスプレイパネル１０の製造工程を説明すると、図８(ａ)に示すように、第一のパネル２０に、第一の配線層２２と隔壁２４を形成し(図１０のステップＲ₁)、その表面にメタルマスクを配置した状態で、真空蒸着法により、Ｃｒが配置された蒸着源と、Ａｇが配置された蒸着源から、Ｃｒ蒸気とＡｇ蒸気をこの順序で順番に放出させ、図８(ｂ)に示すように、Ｃｒ薄膜とＡｇ薄膜から成る第一の金属層２７を形成する(ステップＲ₂)。Ｃｒ薄膜とＡｇ薄膜の形成条件を下記表１に示す。

ここでは、Ｃｒ薄膜の膜厚は５０ｎｍ、Ａｇ薄膜の膜厚は１０００ｎｍにした。Ａｇペーストを用い、印刷法によって形成してもよい。
Ｃｒ薄膜は第一の基板２１と密着しており、第一の金属層２７の表面にはＡｇ薄膜が露出されている。

次に、図８(ｃ)に示すように、第一の金属層２７の表面にリング状の低融点金属１６を配置する(ステップＲ₃)。低融点金属１６は、Ｉｎ（融点１５７℃）、Ｉｎ５０％−Ｓｎ５０％合金(融点１２０℃)、Ｓｎ９６．５％−Ａｇ３％−Ｃｕ０．５％合金(融点２１０℃)、Ｓｎ９６．５％−Ａｇ３．５％合金(融点２２０℃)、Ｓｎ１００％(融点２３２℃)等の融点が２５０℃以下の金属や合金を用いることができる。
低融点金属１６は、スクリーン印刷によって形成してもよいし、直径０．５ｍｍ〜１ｍｍ程度のワイヤーを、第一の金属層２７の表面に配置してもよい。

次に、真空加熱装置内に搬入し、真空排気脱ガスする(ステップＲ₄)。封着材料は、ここでは紫外線硬化型のエポキシ樹脂である。
第二のパネル３０の方では、図９(ａ)に示すように、第二の基板３１上に、第二の配線層３２を形成し(ステップＳ₁)、第二のパネル３０上に金属マスクを配置し、第一のパネル２０と同様に、蒸着法によって、リング形状のＣｒ薄膜とＡｇ薄膜をこの順序で積層し、同図(ｂ)に示すように、Ｃｒ薄膜とＡｇ薄膜から成る第二の金属層３７を形成する(ステップＳ₂)。第一の金属層２７と低融点金属１６と第二の金属層３７は同じ大きさのリング形状であり、重ね合わせができるようにされている。
第二の金属層３７を形成した第二のパネル３０を脱ガス装置内に搬入し、真空雰囲気中で加熱し、脱ガスする(ステップＳ₃)。

次いで、第二の金属層３７よりも内側の領域にＳｒＯ−ＣａＯ、ＭｇＯ等の保護膜をＥＢ蒸着で形成し(ステップＳ₄)、第一のパネル２０が搬入された真空加熱装置内に搬入し、第一、第二の金属層２７、３７が形成された面を向かい合わせ、位置合わせをして第一のパネル２０の低融点金属１６上に第二の金属層３７が乗るように第一、第二のパネル２０、３０を重ね合わせる。

この状態では、第一、第二の金属層２７、３７は低融点金属１６を間に挟んで向かい合わせになっており、第一、第二の金属層２７、３７は低融点金属１６に密着されている。
真空雰囲気中で、第一、第二のパネル２０、３０の第一、第二の金属層２７、３７が配置された部分を加熱しながら、第一、第二のパネル２０、３０を加圧する。

低融点金属１６は、第一、第二の金属層２７、３７よりも低融点の金属(単一金属であっても、合金であってもよい。)で構成されている。第一、第二の金属層２７、３７の表面と低融点金属１６の溶融物とは濡れ性が高く、低融点金属１６が溶融すると、その溶融物は第一、第二の金属層２７、３７上を広がり、固化して低融点金属層１８が形成される。

冷却によって溶融物が固化すると、第一、第二の金属層２７、３７は低融点金属層１８で接着される。この状態では、それぞれリング状の第一、第二の金属層２７、３７と低融点金属層１８が積層された金属膜(積層膜)によって、リング状の密閉部１７が形成され、発光領域１５が密閉部１７で取り囲まれる。第一、第二の金属層２７、３７は、第一、第二のパネル２０、３０に固定されている。
密閉部の形成条件を下記表２に示す。

密閉部１７を形成した後、第一、第二のパネル２０、３０を、封着装置内に搬入し、封着材料を配置する。
密閉部１７を形成した状態では、封着材料は、第一、第二のパネル２０、３０の両方に接触しており、封着材料に紫外線を照射し、固化させて密閉部１７の外側にリング状の封着部４１を形成すると、第一、第二のパネル２０、３０は封着部４１によって互いに充分な強度をもって固定される(ステップＴ₁)。
この状態では、発光領域１５が密閉部１７で囲まれており、発光領域１５は真空雰囲気になっている。

図３の符号２０ａは、第一の基板２１上の発光領域１５と、密閉部１７と、封着部４１の配置状態の一例である。
上記実施例では、封着部４１はリング状であり、密閉部１７と発光領域１５は、封着部４１の内側に配置されているが、図５(ａ)、(ｂ)の符号２０ｃ、２０ｄに示すように、互いに離間した複数の封着部４１₁〜４１₄によって、第一、第二のパネル２０、３０を固定してもよい。

この場合、複数の封着部４１₁〜４１₄の隙間は図５(ａ)の符号２０ｃに示すように、第一の基板２１の角部分に配置してもよいし、同図(ｂ)の符号２０ｄに示すように、辺部分に配置してもよい。
更に、同図(ｃ)の符号２０ｅに示すように、多数の点状の封着部４１ｎを密閉部１７の周囲に配置してもよい。

封着部４１が形成された後、発光領域１５内に放電ガスを導入する。第一のパネル２０の密閉部１７よりも内側の位置には、第一のパネル２０を厚み方向に貫通するガス導入口が設けられており、放電ガスは、ガス導入口から密閉部１７で囲まれた領域内に入り、発光領域１５が放電ガスで充満される。

放電ガスが導入された後、ガス導入口を閉塞すると、発光領域は、第一、第二のパネル２０、３０と密閉部１７とによって密閉され、放電ガスが配置された状態で外部雰囲気から分離される。図１のプラズマディスプレイパネル１０が得られる(ステップＴ₂)。密閉した後、封着装置の外部に搬出する。

なお、平面図の図４(ａ)、その断面図である同図(ｂ)の符号２０ｂに示すように、第一又は第二のパネル２０、３０のいずれか一方又は両方の、密閉部１７と封着部４１の間の位置に、第一又は第二のパネル２０、３０を厚み方向に貫通する補助的な排気口２８を設けておき、密閉部１７と封着部４１の間が周囲温度の変化により加圧ないしは減圧されないようにする。

放電ガスにはＮｅ−４％Ｘｅを用い、発光領域１５内に４００Ｔｏｒｒの圧力で導入し、封着した本発明のプラズマディスプレイパネル１０を、８５℃、湿度９５％の恒温恒湿槽内に入れ、放電電圧の放置変動を測定した。放置時間と放電電圧の関係を図６(ａ)に示す。

比較のため、 密閉部１７を有さず、樹脂材料の封着部によって発光領域を外部雰囲気から分離させた従来のプラズマディスプレイパネル１１０(図１１)を、同じ条件で放電電圧を測定した。放置時間と放電電圧の関係を図６(ｂ)に示す。
最終セル点灯電圧は、全部のセルを放電開始させるのに必要な駆動電圧である。
また、第１セル消灯電圧は、全部のセルを点灯させた状態から駆動電圧を徐々に下げた場合に、最初のセルが消灯する電圧である。

本発明のプラズマディスプレイパネル１０では、放置時間が長くても、駆動電圧が一定であるのに対し、従来技術のプラズマディスプレイパネル１１０では、短時間の放置で、最終セル点灯電圧と第１セル消灯電圧の両方が大きく上昇した。これは恒温恒湿槽内の水分が封着部１４１を透過して第一、第二のパネル１２０、１３０の間に侵入し、放電ガスの純度が低下したからであると考えられる。

本発明のプラズマディスプレイパネル１０では放置時間が増加しても電圧変動は５Ｖ以内であり、封着部４１を透過した不純物ガス(水分)の発光領域１５内への侵入が、密閉部１７によって防止されていることが分かる。
なお、従来のプラズマディスプレイパネル１１０も、本発明のプラズマディスプレイパネルも、保護膜の形成から放電ガスの導入及び封着まで、大気中に取り出すことなく真空雰囲気内で処理した。

次に、本発明のプラズマディスプレイパネル１０を、５０℃、湿度５０％の恒温恒湿槽内に入れ、電極に電圧を印加し発光させた状態で放置し、放電電圧を測定した。電極に電圧を印加した時間(エージング時間)と放電電圧の関係を図７(ａ)に示す。
比較のため、密閉部１７を有さず、樹脂材料の封着部によって発光領域を外部雰囲気から分離させた従来のプラズマディスプレイパネル１１０(図１１)を、同じ条件で放電電圧を測定した。エージング時間と放電電圧の関係を図７(ｂ)に示す。

本発明のプラズマディスプレイパネル１０では、エージング時間が２０００時間に達しても、電圧上昇は１０Ｖ以下であった。これは、プラズマから放出された紫外線が、密閉部１７によって遮蔽され、封着部４１に照射されず、封着部４１が分解せず、不純ガスの放出が防止されたからであると考えられる。

従来技術のプラズマディスプレイパネル１０では、エージング時間の増加とともに放電電圧が上昇し、２０００時間のエージング後には最終セル点灯電圧が約３０Ｖ増加した。これは、ＰＤＰの放電によって発生した紫外線が長時間にわたって封着材に入射し、封着材に含まれる樹脂材料が分解され、ＣＨ系の不純物ガスがＰＤＰ内に放出されて放電ガスの純度が低下したからだと考えられる。

なお、上記実施例では、封着材料には、紫外線硬化型のエポキシ樹脂を用いたが、他の樹脂であってもよい。また、紫外線硬化型に限らず、熱硬化型であってもよい。
また、上記実施例では、第一、第二の基板２１、３１はガラス基板であったが、本発明はそれに限定されるものではなく、第二の基板３１が透明であれば、他の材料であってもよい。

真空一貫処理装置によりＰＤＰを作製プロセスに加え、大気プロセスを含むＭｇＯを保護膜とするＰＤＰの製作。また、ＦＥＤ（Ｆｉｅｌｄ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ Ｄｉｓｐｌａｙ）やＳＥＤ（Ｓｕｒｆａｃｅ−Ｃｏｎｄｕｃｔｉｏｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ−Ｅｍｉｔｔｅｒ Ｄｉｓｐｌａｙ）の封着方法に利用できる。

Claims (5)

1. 第一、第二の基板を有し、対面して配置された第一、第二のパネルと、
   前記第一、第二の基板間に位置する発光領域と、
   前記発光領域の外側に位置し、前記第一、第二のパネルを互いに固定する樹脂から成る封着部と、
   前記発光領域を取り囲むリング状の金属膜から成る密閉部とを有し、
   前記封着部は、前記密閉部の外側に位置し、
   前記密閉部は、前記第一、第二のパネルにそれぞれ密着された第一、第二の金属層と、
   前記第一、第二の金属層の間に位置し、前記第一、第二の金属層よりも低融点であって前記第一、第二の金属層を接着する低融点金属層とを有するプラズマディスプレイパネル。
2. 前記封着部の樹脂は、熱硬化樹脂である請求項１記載のプラズマディスプレイパネル。
3. 前記封着部の樹脂は紫外線硬化樹脂である請求項１記載のプラズマディスプレイパネル。
4. 前記封着部はリング状であり、前記密閉部を取り囲んでいる請求項１記載のプラズマディスプレイパネル。
5. 前記封着部と前記密閉部の間には、排気口が設けられた請求項４記載のプラズマディスプレイパネル。

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