JP4665822B2 - 半透過型液晶表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、半透過型液晶表示装置に関し、特にＥＣＢモードの液晶を使用した液晶の配
向ムラの発生が少ない半透過型液晶表示装置に関する。

近年、情報通信機器のみならず一般の電気機器においても液晶表示装置の適用が急速に
普及している。液晶表示装置は、自ら発光しないために、バックライトを備えた透過型の
液晶表示装置が多く使用されている。しかしながら、バックライトの消費電力が大きいた
めに、特に携帯型のものについては消費電力を減少させるためにバックライトを必要とし
ない反射型の液晶表示装置が用いられているが、この反射型液晶表示装置は、外光を光源
として用いるために、暗い室内などでは見えにくくなってしまう。そこで、近年に至り特
に透過型と反射型の性質を併せ持つ半透過型の液晶表示装置の開発が進められてきている
（下記特許文献１、２参照）。

この半透過型液晶表示装置は、一つの画素領域内に画素電極を備えた透過部と画素電極
及び反射電極の両方を備えた反射部を有しており、暗い場所においてはバックライトを点
灯して画素領域の透過部を利用して画像を表示し、明るい場所においてはバックライトを
点灯することなく反射部において外光を利用して画像を表示しているため、常時バックラ
イトを点灯する必要がなくなるので、消費電力を大幅に低減させることができるという利
点を有している。

この半透過型液晶表示装置の一例を図５〜図６を用いて説明する。なお、図５は従来の
半透過型液晶表示装置のカラーフィルタ基板を透視して表した１画素分の平面図であり、
図６はカラーフィルタ基板を含む図５のVI−VI断面図である。

この半透過型液晶表示装置１０は、マトリクス基板及びカラーフィルタ基板を備えてい
る。マトリクス基板は、透明な絶縁性を有するガラス基板１１上に、複数の走査線１２及
び信号線１３がそれぞれマトリクス状に形成されている。ここで、走査線１２と信号線１
３とで囲まれた領域が１画素に相当し、スイッチング素子となるＴＦＴ（Thin Film Tran
sistor）（図示せず）がそれぞれの画素毎に形成されている。

そして、走査線１２、信号線１３等を覆うようにして、有機絶縁膜からなり、反射部１
５においては表面に微細な凹凸部が形成され、透過部１６においては平坦な表面となされ
た層間膜１７が積層されている。この層間膜１７にはＴＦＴのドレイン電極に対応する位
置にコンタクトホール２０が設けられ、それぞれの画素において、コンタクトホール２０
上及び層間膜１７の表面には、反射部１５に例えばアルミニウム金属からなる反射電極１
８が設けられている。そして、この反射電極１８の表面及び透過部１６の層間膜１７の表
面には例えばＩＴＯ(Indium Tin Oxide)からなる透明な画素電極１９を介して配向膜２１
が形成されている。

また、カラーフィルタ基板は、透明な絶縁性を有するガラス基板２１の表面にカラーフ
ィルタ層２２が設けられ、このカラーフィルタ層２２の表面に、反射部１５においてはセ
ルギャップｄ１を透過部のセルギャップｄ２の１／２とするための透明なトップコート層
からなる突起部２３が設けられている。したがって、カラーフィルタ基板のガラス基板２
１の表面に設けられた層の厚さは反射部１５と透過部１６との境界で大きく変化している
。そして、反射部１５のトップコート層からなる突起部２３上及び透過部１６のカラーフ
ィルタ層２２上にはともにＩＴＯからなる透明な対向電極２４を介して配向膜２５が形成
されている。なお、反射部１５のカラーフィルタ層２２の一部には反射部１５の色調が透
過部の色調と同じになるようにするための孔２６が設けられており、この孔２６内にもト
ップコート層が設けられている。

なお、ここでは反射部１５においてはセルギャップｄ１を透過部のセルギャップｄ２の
１／２とするための透明なトップコート層からなる突起部２３をカラーフィルタ基板側に
設けた例を示しているが、マトリクス基板側に設けることもできる。この場合のマトリク
ス基板側の反射部の層間膜の厚さは透過部の層間膜の厚さよりも突起部の分だけ厚くなり
、マトリクス基板のガラス基板１１の表面に設けられた層の厚さは反射部１５と透過部１
６との境界で大きく変化している。

そして、半透過型の液晶表示装置は、上述のマトリクス基板及びカラーフィルタ基板を
対向させ、周囲をシール材によって貼り合わせ、内部に液晶を封入することにより作製さ
れているが、液晶表示装置内への液晶の注入は、通常、液晶で満たされた液晶槽内に液晶
表示装置に設けられた液晶の注入口を浸すことにより行われている。この液晶の注入は、
空セル内を真空引きすることで注入する方法、下記特許文献１に示すように副注入口部を
設けて２つの注入口間に気圧差を生じさせることにより注入する方法、あるいは空セルが
微細な隙間であることから、毛細管現象を利用することにより注入する方法等がある。

例えば、下記特許文献３に開示されている液晶表示装置５０においては、図７に示した
ように、マトリクス基板５１及びカラーフィルタ基板５２を所定の間隙を介して対向させ
て周縁を貼り合わせ、両基板の一側面の角部に設けられた液晶の注入口部５３を液晶槽５
４に浸すとともに副注入口部５５を液晶槽５４に接触させない状態で第１および第２の基
板５１、５２を液晶注入用チェンバー５６内に収納し、この液晶注入用チェンバー５６内
を気密に保持するとともに、液晶の注入口５３側の気圧を副注入口部５５側より高くする
ことにより液晶５７を空セル５８内に注入するようにしている。

また、下記特許文献４には、液晶の注入口が基板の一側面の中央部に設けられた液晶表
示装置が開示されている。この液晶表示装置のように、液晶の注入口を基板一側面の中央
部に設けたものは、液晶注入工程において液晶の空セル内への引き込み距離が最も短いた
めに液晶の注入効率が最も良いものである。

ところで、このような構成からなる液晶表示装置は、内部に封入される液晶の液晶分子
を一定の配列で並べる（配向する）必要がある。そのため、前述のようなマトリクス基板
及びカラーフィルタ基板上には、それぞれ液晶分子を配向するための配向膜２１及び２５
（図５参照）が形成されている。この配向膜は所定の材料（例えばポリイミド）からなり
、液晶を基板に対して垂直方向にもしくは垂直方向からわずかに傾斜した方向に配向させ
る垂直配向膜と、液晶を基板に対して水平方向もしくは水平方向からわずかに傾斜した方
向に配向させる水平配向膜とがあり、種々の表示方式（例えばＴＮモード、ＳＴＮモード
、ＥＣＢ（Electrically Controlled Birefringence：電界制御複屈折）モード等）に応
じて使い分けられる。例えば、ＥＣＢモードやＴＮモードでは水平配向膜が用いられる（
例えば、下記特許文献５参照）。

この配向膜を形成する工程は、一般に、配向膜形成材料を溶媒に溶解させた溶液を基板
上に所定の方法で塗布し、この基板を加熱することにより溶媒のみを揮発させ（仮焼成）
、続いて、溶媒が揮発した配向膜形成材料をさらに高温で加熱することにより配向膜形成
材料を硬化（本焼成）させて配向膜を形成した後、この配向膜にラビング処理を施してい
る（下記特許文献６及び７参照）。

ここで、ラビング処理とは、クロス材等のラビング布を巻着させたラビングローラに、
基板表面に形成された配向膜を接触させ、このローラを回転させて配向膜の表面を一方向
に擦る（ラビングする）ことにより、配向膜表面を毛羽立たせたり溝を形成したりするこ
とで一定のエネルギー指向性をもたせて液晶分子の配列方向をラビング方向に規制するも
のである。

図８は、従来のラビング処理工程における被処理基板とラビングローラとの位置関係を
示す平面図である。図８において、ステージ上に配置された被処理基板６０は、矩形平板
状のガラス基板６１の一主面に透明電極が形成され、それを覆って配向膜６２が形成され
た構成を有している。また、ラビングローラ６３は、回転ローラ６４の表面にラビング布
６５を巻着した構成を有している。この場合のラビング処理は、ラビングローラ６３を配
向膜６２の表面に一定の圧力で接触させ、ラビングローラ６３を回転軸６６を中心として
所定の方向６８に所定の速度で回転させながら、たとえば被処理基板６０の長手方向Ｘに
移動させて、配向膜６２の表面を一定方向に擦っていく処理である。このとき、ステージ
載置面に平行な平面において、ラビングローラ６３の回転軸方向６７と相対移動方向６９
とは通常９０°で行われるが、被処理基板６０の長手方向Ｘとラビングローラ６３の相対
移動方向のなす角φは種々の表示モードによって変わる。

たとえば、ＴＮモードを使用する場合は、一方の基板に対する配向方向と他方の基板に
対する配向方向とは９０°ずれている必要があり、一方の基板に対してはφ＝０°すなわ
ちラビングローラ６３の相対移動方向６９と被処理基板６０の長手方向Ｘが平行となるよ
うにラビング処理を行った場合は、他方の基板に対してはφ＝９０°すなわちラビングロ
ーラ６３の相対移動方向６９に対して被処理基板６０の長手方向Ｘに直角な方向（幅方向
Ｙに平行な方向）にラビング処理を行う必要がある。

これに対してＥＣＢモードの場合には、初期の液晶分子配向が水平配向のもの（ホモジ
ニアス配向）と、垂直配向のもの（ホメオトロピック配向）との２種類が存在している。
このうち、特に前者のＥＣＢモードを用いた液晶表示装置は、電圧無印加時では一対のガ
ラス基板間に封入された液晶分子が両基板に対して水平に配向されるノーマリーホワイト
型の液晶表示装置であり、電圧印加が行われることにより表示が行われるものである。こ
のため、このＥＣＢモードにおいては、一対のマトリクス基板及びカラーフィルタ基板に
施されるラビング処理のラビング方向は互いに１８０°回転した逆方向となる。
特開平１１−１０１９９２号公報（特許請求の範囲、段落［００２０］〜［００４３］、図１、図２） 特開２００５−１０６９９７号公報（特許請求の範囲、段落［００４９］〜［００５９］、図２〜図５） 特開平６−１８０４５７号公報（図１、段落［００１８］） 特開平５−６１０５４号公報 特開平６−３０１０３６号公報 特開平５−２０３９５３号公報 特開平１０−１６１０７８号公報（図２）

ところで、上述のようなＥＣＢモードの液晶を使用した半透過型液晶表示装置において
は、半透過型液晶表示装置の製造条件の差異により部分的に液晶分子の配向の乱れ（ドメ
イン）が生じることが見出された。本願の発明者は、このようなＥＣＢモードの液晶を使
用した半透過型液晶表示装置におけるドメインの発生原因を種々検討した結果、本質的に
は、図９に示すように、反射部１５と透過部１６との境界部分をラビングローラ６３を用
いてラビングする際に、例えばカラーフィルタ基板に設けられているセルギャップ調整用
の突起部２３の存在に基づく段差があるため、たとえば図９の破線で囲んだ部分Ｘにおい
て配向膜２１が均質にラビングされないので、この部分において液晶分子の配向規制が弱
いことに起因することを知見し、この部分に生じるドメインは液晶注入時の条件を特定の
状態に維持することにより実質的になくすことができることを見出した。

すなわち、本発明は、液晶の配向ムラの発生が少ないＥＣＢモードの液晶を使用した半
透過型液晶表示装置を提供することを目的とする。

本発明の上記目的は以下の構成により達成し得る。すなわち、本発明の一態様にかかるＥＣＢモードの液晶を用いる半透過型液晶表示装置は、一対の基板を有し、一方の基板の各画素の反射部に設けられたセルギャップ調整用の突起部が一方向に延びているＥＣＢモードの液晶を用いる半透過型液晶表示装置において、液晶の注入口を、前記一方の基板に形成される配向膜の配向方向と前記一方向に延びる突起部とが交差し、かつ、前記一方の基板の配向膜の配向方向が前記液晶の注入口を中心に描いた円弧の外側から内側に向かっている場合、前記円弧の接線と前記一方の基板の配向膜の配向方向とが直角になることがない位置、あるいは前記円弧の接線と前記一方の基板の配向膜の配向方向とが直角になる該接線の接点が前記一対の基板の端部になる位置に設けた。

また、上記態様にかかるＥＣＢモードの液晶を用いる半透過型液晶表示装置において、前記一方向に延びる突起部が、カラーフィルタ基板の反射部に設けられたトップコートからなるようにしてもよい。

また、上記態様にかかるＥＣＢモードの液晶を用いる半透過型液晶表示装置において、前記一方向に延びる突起部が、マトリクス基板側の反射部に設けられた層間膜からなるようにしてもよい。

また、上記態様にかかるＥＣＢモードの液晶を用いる半透過型液晶表示装置において、前記一方の基板の配向膜の配向方向が前記半透過型液晶表示装置の斜め方向である場合、前記液晶の注入口を前記一方の基板の配向膜の配向方向とは反対側の周縁及びこの周縁辺と交わる３つの角部から選択されたいずれか１つに設けたものとしてもよい。

また、上記態様にかかるＥＣＢモードの液晶を用いる半透過型液晶表示装置において、前記一方の基板の配向膜の配向方向が前記半透過型液晶表示装置の縦方向である場合、前記液晶の注入口を前記一方の基板の配向膜の配向方向とは反対側の周縁及びその両側の周縁と、全ての角部から選択されたいずれか一つに設けたものとしてもよい。

さらに、本発明の上記目的は以下の構成によっても達成し得る。すなわち、本発明の他の態様にかかるＥＣＢモードの液晶を用いる半透過型液晶表示装置は、一対の基板を有し、一方の基板の各画素の反射部に設けられたセルギャップ調整用の突起部が一方向に延び
ているＥＣＢモードの液晶を用いる半透過型液晶表示装置において、前記一方の基板に形成される配向膜の配向方向が前記一方向に延びる突起部と平行となるようにした。

本発明は上記のような構成を備えることにより以下の各種実施例において詳細に述べる
ように、反射部にセルギャップ調整用の突起部を備えたＥＣＢモードの液晶を用いる半透
過型液晶表示装置において、突起部の存在に基づくドメインの発生を実質的になくすこと
ができるため、表示品質の良好なＥＣＢモードの液晶を用いる半透過型液晶表示装置を得
ることができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら詳細に説明す
る。ただし、以下に示す実施例は、本発明の技術思想を具体化するためのＥＣＢモードの
液晶を使用した半透過型液晶表示装置を例示するものであって、本発明をこの実施例に特
定することを意図するものではなく、特許請求の範囲に含まれるその他の実施形態のもの
にも等しく適応し得るものである。

なお、図１は液晶の注入口の位置の相違による液晶の移動状態を示す図であり、図１Ａ
は液晶の注入口が一周縁の中央部にある場合、図１Ｂは一周縁の端部にある場合の図であ
る。図２Ａ〜図２Ｇは、ラビング方向と液晶の注入口の位置を種々変えた場合のドメイン
の発生状態を示す図である。

まず、図５及び図６に示した従来例と同様のアクティブマトリクス基板とカラーフィル
タ基板とを作製し、両基板の配向膜に対して互いに１８０°相違する所定の方向にラビン
グ処理を行なった後、両基板の周囲をシール材で覆い、液晶の注入口ａを一周縁の中央部
に設けた半透過型液晶表示装置（試料Ａ）及び液晶の注入口を一周縁の端部に設けた半透
過型液晶表示装置（試料Ｂ）を作製した。この試料Ａ及びＢについて、上記引用文献４に
示されている液晶注入方法を採用して液晶を注入した場合、試料Ａ及び試料Ｂ内の液晶の
広がりはそれぞれ図１Ａ及び図１Ｂに示したとおりとなる。なお、図１Ａ及び図１Ｂにお
ける実線の曲線は、所定時間毎に液晶が到達した先端位置を示し、点線矢印は液晶の進行
方向を示す。また、液晶の注入口ａが一周縁の端部に設けられた場合、液晶表示装置は液
晶の注入口ａが下になるように斜めにして液晶が注入されるが、図１においては対比を容
易にするために試料Ａ及び試料Ｂが同じ方向となるように並べて表示してある（以下、他
の図においても同様にして示す）。

次に、突起部が形成されている方の基板における配向膜の配向方向と液晶の注入口の位
置を各種変更したＥＣＢモードの液晶を使用した半透過型液晶表示装置を作製し、ドメイ
ンの発生状態を調査した。その結果を図２に示す。なお、図２Ａ〜図２Ｃは突起部が形成
されている方の基板における配向膜の配向方向を液晶表示装置の斜め方向として液晶の注
入口の位置のみを変えた場合の状態を示し、同じく図２Ｄ〜図２Ｅは配向膜の配向方向を
液晶表示装置の縦方向（液晶の注入口ａがある位置を下方向とする。以下同じ）として液
晶の注入口の位置を変えた場合の状態を示し、同じく図２Ｆ〜図２Ｇは配向膜の配向方向
を突起部２３と平行に液晶表示装置の横方向として液晶の注入口の位置を変えた場合の状
態を示す図である。なお、図２Ａ〜図２Ｇにおいては、突起部２３をハッチングを付与し
て模式的に示してあり、さらに、配向膜の配向方向を太線矢印で、ドメイン発生箇所３０
を楕円曲線で囲んで示してある。

突起部が形成されている方の基板における配向膜の配向方向を液晶表示装置の斜め方向
とした図２Ａ〜図２Ｃを参照すると、以下のことが分かる。すなわち、液晶の注入口ａを
左角部に設けた図２Ａの場合においては、液晶の注入口ａから導入された液晶は配向膜の
配向方向と平行にかつ逆方向に広がっていくが、この場合は実質的に全面的にドメイン３
０が発生しており、不良品となった。また、液晶の注入口ａを中央部に設けた図２Ｂの場
合、液晶の注入口ａから導入された液晶が配向膜の配向方向と交わる方向に広がっていく
中央部及びその左側部分ではドメインが発生しておらず、配向膜の配向方向と逆方向に広
がっていく右下側のみにドメイン３０が発生している。さらに、液晶の注入口ａを右角部
に設けた図２Ｃでは、液晶の注入口ａから導入された液晶は配向膜の配向方向と交わる方
向に広がっていくが、この場合は実質的にドメインが発生していない。

同じく配向膜の配向方向を液晶表示装置の縦方向とした図２Ｄ〜図２Ｅを参照すると、
以下のことが分かる。すなわち、液晶の注入口ａを中央部に設けた図２Ｄの場合、液晶の
注入口ａから導入された液晶は配向膜の配向方向と平行に逆方向に広がっていくが、この
場合は実質的に全面的にドメイン３０が発生しており、不良品となった。また、液晶の注
入口ａを角部に設けた図２Ｅでは、液晶の注入口ａから導入された液晶は配向膜の配向方
向と交わる方向に広がっていくが、この場合は実質的にドメインが発生していない。

同じく配向膜の配向方向を突起部２３と平行に液晶表示装置の横方向として液晶の注入
口ａの位置を変えた図２Ｆ及び図２Ｇの場合、液晶の注入口ａを中央部に設けた場合（図
２Ｆ）でも角部に設けた場合（図２Ｇ）でも実質的にドメインは発生していない。

そうすると、図２Ａ〜図２Ｇに示された全てを勘案すると、図２Ａ〜図２Ｅに示すよう
に、配向膜の配向方向が突起部と交差する場合において、カラーフィルタ基板の反射部に
設けられたトップコートの突起部あるいはマトリクス基板側の反射部に設けられた層間膜
の突起部が形成された基板におけるラビング方向と液晶の注入口ａから導入された液晶の
進行方向との角度、すなわち突起部が形成された基板におけるラビング方向と液晶の注入
口ａを中心として描いた円弧ｂの接線ｃとの間の角度θ（図３参照）が直角になる部分が
あり、かつこのときの接線ｃの円弧ｂとの接点が基板端部近傍以外に生じると、ドメイン
が発生しやすくなることが分かる。

したがって、突起部が形成されている方の基板における配向膜の配向方向を液晶表示装
置の斜め方向とした場合、図４Ａに示したように、配向膜の配向方向とは反対側の周縁ｄ
及びｅと、この辺と交わる３つの角部のいずれかに液晶の注入口を設けると、実質的にド
メインが発生することがなくなる。同じく配向膜の配向方向を液晶表示装置の縦方向とし
た場合、図４Ｂに示したように、配向膜の配向方向とは反対側の周縁ｆとその両側の周縁
ｇ及びｈ、更には全ての角部のいずれかに液晶の注入口を設けると、実質的にドメインが
発生することがなくなる。さらに、配向膜の配向方向を突起部２３と平行に液晶表示装置
の横方向とした場合、図４Ｃに示したように、配向膜の配向方向が突起部２３と平行、す
なわち配向方向と突起部２３とが交差することがなく、配向膜の均質なラビングが実現で
きるので、全ての周縁ｉ、ｊ、ｋ、ｌ及び全ての角部の何処に液晶の注入口を設けても実
質的にドメインが発生することがなくなる。

図１は液晶の注入口の位置の相違による液晶の移動状態を示す図であり、図１Ａは液晶の注入口が一周縁の中央部にある場合、図１Ｂは一周縁の端部にある場合の図である。 図２Ａ〜図２Ｇはラビング方向と液晶の注入口の位置を種々変えた場合のドメインの発生状態を示す図である。 図３は突起部が形成された基板におけるラビング方向と液晶の注入口を中心として描いた円弧の接線との間の角度の関係を示す図である。 図４Ａ〜図４Ｃは本発明の効果が奏される突起部が形成された基板におけるラビング方向と液晶の注入口形成位置との関係を示す図である。 図５は従来の半透過型液晶表示装置のカラーフィルタ基板を透視して表した１画素分の平面図である。 図６はカラーフィルタ基板を含む図５のVI−VI断面図である。 図７は従来の液晶表示装置内へ液晶を注入する工程を示す図である。 図８は従来のラビング処理工程における被処理基板とラビングローラとの位置関係を示す平面図である。 図９は従来のラビング処理工程において、透過部と反射部の境界付近をラビングする際の断面図である。

符号の説明

１０ 半透過型液晶表示装置
１１、２１ ガラス基板
１２ 走査線
１３ 信号線
１５ 反射部
１６ 透過部
１７ 層間膜
１８ 反射電極
１９ 画素電極
２０ コンタクトホール
２１、２５ 配向膜
２２ カラーフィルタ層
２３ 突起部（トップコート層または層間膜）
２４ 対向電極
６０ ラビングローラ
ａ 液晶の注入口

Claims (6)

1. 一対の基板を有し、一方の基板の各画素の反射部に設けられたセルギャップ調整用の突起部が一方向に延びているＥＣＢモードの液晶を用いる半透過型液晶表示装置において、液晶の注入口を、前記一方の基板に形成される配向膜の配向方向と前記一方向に延びる突起部とが交差し、かつ、前記一方の基板の配向膜の配向方向が前記液晶の注入口を中心に描いた円弧の外側から内側に向かっている場合、前記円弧の接線と前記一方の基板の配向膜の配向方向とが直角になることがない位置、あるいは前記円弧の接線と前記一方の基板の配向膜の配向方向とが直角になる該接線の接点が前記一対の基板の端部になる位置に設けた
   ＥＣＢモードの液晶を用いる半透過型液晶表示装置。
2. 前記一方向に延びる突起部が、カラーフィルタ基板の反射部に設けられたトップコートからなる
   請求項１に記載のＥＣＢモードの液晶を用いる半透過型液晶表示装置。
3. 前記一方向に延びる突起部が、マトリクス基板側の反射部に設けられた層間膜からなる
   請求項１に記載のＥＣＢモードの液晶を用いる半透過型液晶表示装置。
4. 前記一方の基板の配向膜の配向方向が前記半透過型液晶表示装置の斜め方向である場合、前記液晶の注入口を前記一方の基板の配向膜の配向方向とは反対側の周縁及びこの周縁辺と交わる３つの角部から選択されたいずれか１つに設けた
   請求項１〜３のいずれかに記載のＥＣＢモードの液晶を用いる半透過型液晶表示装置。
5. 前記一方の基板の配向膜の配向方向が前記半透過型液晶表示装置の縦方向である場合、前記液晶の注入口を前記一方の基板の配向膜の配向方向とは反対側の周縁及びその両側の周縁と、全ての角部から選択されたいずれか一つに設けた
   請求項１〜３のいずれかに記載のＥＣＢモードの液晶を用いる半透過型液晶表示装置。
6. 一対の基板を有し、一方の基板の各画素の反射部に設けられたセルギャップ調整用の突起部が一方向に延びているＥＣＢモードの液晶を用いる半透過型液晶表示装置において、前記一方の基板に形成される配向膜の配向方向が前記一方向に延びる突起部と平行となるようにした
   ＥＣＢモードの液晶を用いる半透過型液晶表示装置。

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