JP4855143B2 - スペーサ搭載基板の製造方法 - Google Patents

Description

本発明はスペーサが配置された基板を製造する技術に係り、特に、基板上でスペーサを固定する技術に関する。

液晶表示装置のカラーフィルタ側パネルとアレー側パネルの間に一定距離の隙間を形成するために、カラーフィルタ側パネルとアレー側パネルの間にスペーサが配置されている。
このスペーサは、スペーサが分散された吐出液を、インクジェットプリンタのヘッドから基板表面に吐出し、乾燥して集合させており、決まった位置に、決まった個数のスペーサを配置することが重要である。

図１８(ａ)の符号１１２は、基板１１１の表面に着弾した吐出液を示している。この吐出液１１２は、分散液１１５にスペーサ１１４が複数個分散されている。分散液１１５は揮発性の高い溶剤が用いられており、基板１１１を加熱すると、分散液１１５が蒸発し、基板１１１上の面積が縮小するのに伴い、分散液１１５中のスペーサ１１４が一カ所に集合する。

図１８(ｂ)の符号１１６は、集合した複数のスペーサ１１４の凝集集合体を示しており、凝集集合体１１６上にカラーフィルタ側パネル又はアレー側パネルが乗せられると、パネル間がスペーサ１１４の直径だけ離間して配置されており、パネル間には液晶が注入され、封止される。

上記のように、凝集集合体１１６は、分散液１１５が蒸発して消滅する際に、基板１１１の表面に付着されており、付着力はきわめて弱いため、付着後、基板１１１を搬送するときや、保管するときに衝撃力が加わると、凝集集合体１１６は容易に分解され、スペーサ１１７が移動してしまう。
スペーサ１１７が移動してしまうと、カラーフィルタ側パネルとアレー側パネル間の隙間が不均一になってしまう。

スペーサの分散液１１５に、接着剤を添加し、接着剤の接着力によってスペーサ１１７を基板１１１上に固定する試みも成されたが、接着剤を含有させると分散液１１５が蒸発する前にスペーサ１１７と基板１１１表面との間に付着力が生じ、分散液を蒸発させてもスペーサ１１４が一カ所に集合しなくなる、という問題がある。

また、スペーサ分散液の系統には、スペーサの混合や分散を行なう装置やフィルターを配置する必要があり、スペーサ分散液に接着剤を含有させると、スペーサが系統内で固着したり、吐出孔やフィルタが詰まり易くなるという問題があり、解決が望まれている。
特開平９−１０５９４６号公報

本発明は、上記従来技術の不都合を解決するために創作されたものであり、スペーサを基板上に固定できる技術を提供する。

上記課題を解決するため、本発明は、基板上でスペーサを配置する着弾目標点を複数設定しておき、分散液中に複数個のスペーサが分散された第一の吐出液を吐出して前記基板上の前記着弾目標点に着弾させ、着弾した前記第一の吐出液中の分散液を乾燥させて前記スペーサを集合させ、接着剤を含有する第二の吐出液を吐出して前記着弾目標点に着弾させ、集合した前記スペーサを前記接着剤で前記基板上に固定するスペーサ搭載基板の製造方法である。
また、本発明は、前記第二の吐出液が着弾して広がる範囲が、前記第一の吐出液が着弾して広がった範囲を超えて広がるようにするスペーサ搭載基板の製造方法である。
また、本発明は、前記第二の吐出液には、前記第二の吐出液の接触角が、前記第一の吐出液の接触角よりも小さい液体を用いるスペーサ搭載基板の製造方法である。
また、本発明は、着弾した前記第一の吐出液の体積よりも大きい体積の前記第二の吐出液を前記基板上に着弾させるスペーサ搭載基板の製造方法である。

スペーサが移動しないので、スペーサが表示品質を落としたり、パネル間距離が変わって表示品質が悪くなることが無くなる。

図１、図２の符号１は、本発明に用いることができる第一例の吐出装置を示している。図１は平面図、図２は側面図である。
この吐出装置１は、スペーサを配置する対象である基板を乗せるための台１１を有している。台１１には、第一、第二の加熱装置５、６が配置されている。第一、第二の加熱装置５、６の内部にはヒータが設けられており、ヒータに通電すると第一、第二の加熱装置５、６上に配置された基板を加熱できるように構成されている。

第一、第二の加熱装置５、６の間には基板搬送機構１２が設けられている。この基板搬送機構１２は、第一、第二の加熱装置５、６上に水平に配置された基板を、一方の加熱装置から他方の加熱装置上に水平に移動できるように構成されている。

基板搬送機構１２上の第一、第二の加熱装置５、６の間の位置には、ヘッド移動機構３１が配置されている。ヘッド移動機構３１には、台１１の表面と向き合う位置に第一、第二の吐出ヘッド３２、３３が取りつけられている。

ヘッド移動機構３１は、第一、第二の吐出ヘッド３２、３３を水平面内で移動させる。その移動方向は、基板搬送機構１２が移動させる基板の移動方向とは、垂直であり、第一、第二の吐出ヘッド３２、３３は、それぞれ独立して往復移動可能に構成されている。ｘｙ軸のうち、基板の移動方向ｘ軸方向又は−ｘ軸方向とすると、第一、第二の吐出ヘッド３２、３３の移動方向は±ｙ軸方向(ｙ軸の正負両方向)である。

第一、第二の吐出ヘッド３２、３３には、複数個の吐出孔がｘ軸に沿った方向に、所定間隔で一乃至複数列に列設されている。第一、第二の吐出ヘッド３２、３３は、吐出液供給系に接続されており、各吐出孔から所望量の吐出液を、基板が通る鉛直下方方向に吐出できるように構成されている。

第一、第二の吐出ヘッド３２、３３の、ｘ軸又はｙ軸に対する角度は変更可能であり、基板が静止した状態で第一、第二の吐出ヘッド３２、３３をｙ軸に沿って移動させながら、各吐出孔から基板上に吐出液を吐出する場合、吐出孔の列設方向がｘ軸と平行なときに吐出液のｘ軸方向の着弾間隔は最も大きくなり、吐出孔の列設方向がｘ軸に対して角度φを持つと、ｘ軸方向の着弾間隔はｃｏｓφ倍に短くなる。従って、この吐出装置１では、第一、第二の吐出ヘッド３２、３３とｘ軸の角度を調節すると、着弾間隔を変更することができる。

上記吐出装置１を用いて基板上にスペーサを配置・固定する工程について説明する。
図１３の符号１０は、この吐出装置１を用いてスペーサを配置する基板を示している。基板１０は、薄膜トランジスタや透明導電膜が形成されたガラス基板８上に、ポリイミド膜９が形成されている。

先ず、ポリイミド膜９を上方に向け、第一の加熱装置５上に配置する。図３はその状態を示しており、第一の加熱装置５を発熱させ、基板１０が、室温よりも高く、分散液の蒸発温度よりも低い温度(例えば６０℃程度)で安定したところで基板搬送機構１２によって、基板１０を第一の加熱装置５上から第二の加熱装置６に向けて移動させる。

第一、第二の吐出ヘッド３２、３３のうち、第一の吐出ヘッド３２には、分散液中にスペーサが分散された第一の吐出液が供給されており、第二の吐出ヘッド３３には、希釈溶剤に接着剤が溶解された第二の吐出液が供給されている。
第一の吐出液は、ここでは水とイソプロピルアルコールを含有する液体を分散液とし、該分散液中に直径５μｍの球状樹脂粒子から成るスペーサが分散されて構成されている。

基板１０上では、スペーサを配置する複数の場所が着弾目標点として設定されている。ここでは、着弾目標点は行列状であり、その着弾目標点の第一列目(又は第一行目)が第一の吐出ヘッド３２の吐出孔の移動経路の真下に到着したところで、一旦基板１０を静止させ、第一の吐出ヘッド３２を移動させながら、着弾目標点に向け、第一の吐出ヘッド３２の吐出孔から第一の吐出液を所定量吐出すると(図４)、着弾目標点に着弾した第一の吐出液は、着弾目標点を中心に円状に広がる。

図９、図１４の符号２１は、着弾目標点Ａに着弾した第一の吐出液を示している。図９は平面図、図１４は断面図であり、分散液１３の内部に複数個分散されたスペーサ１４が、基板１０上に配置される。
分散液１３やスペーサ１４はポリイミド膜９と接触している。この第一の吐出液２１(及び後述する第二の吐出液)は１５ピコリットル程度の液量である。スペーサ１４は、後述する第一、第二の加熱装置５、６による加熱では変形しない材料で構成されている。

第一の吐出液２１は、着弾目標点Ａを中心とし、直径ｗ₁の第一の円１５を外周とする範囲に広がっている。
基板１０表面の所定範囲の着弾目標点Ａに向けて第一の吐出液２１を吐出し、着弾させた後、基板１０を移動させ、第一の吐出液２１が着弾していない着弾目標点Ａを第一の吐出ヘッド３２の吐出孔の移動経路の真下に位置させ、第一の吐出液２１を吐出する。

このようにして、基板１０上の各着弾目標点Ａに第一の吐出液を吐出させた後、図５に示すように、基板１０を第二の加熱装置６上に乗せ、第二の加熱装置６を発熱させ、基板１０を分散液１３の蒸発温度以上の温度(ここでは１５０℃)に昇温させる。これにより、分散液１３が徐々に蒸発し、各着弾目標点上の第一の吐出液２１が減少し、第一の吐出液２１の外周は一点に縮退すると、スペーサ１４はその一点に集合する。
スペーサ１４は、基板１０の表面が第一の吐出液２１と接触している第一の円１５よりも内側の一点に集合するが、第一の円１５の内側であれば、どの位置にも集合し得る。

図１０(ａ)、図１５(ａ)の符号２２ａは、スペーサ１４が着弾目標点Ａに集合して形成された集合体を示しており、符号２２ｂは、スペーサ１４が第一の円１５の外周に近い位置に集合して形成された集合体を示している。
第二の加熱装置６上で乾燥され、集合体２２ａ、２２ｂが形成された基板１０は、第一の加熱装置５の方向に向けて移動を開始する。

着弾目標点Ａが、第二の吐出ヘッド３３の吐出孔の移動経路の真下に位置したところで、吐出孔から第二の吐出液を吐出し、着弾目標点Ａに着弾させる。着弾した第二の吐出液は、着弾目標点Ａを中心に円状に広がる(図６)。

図１１(ａ)、(ｂ)、図１６(ａ)、(ｂ)の符号２３ａ、２３ｂは、それぞれ集合体２２ａ、２２ｂ上に着弾した第二の吐出液を示しており、集合体２２ａ、２２ｂは、第二の吐出液２３ａ、２３ｂで覆われる。
第二の吐出液２３ａ、２３ｂは、着弾中心点Ａを中心とするの第二の円１７の範囲に広がっている。

ここでは、第二の吐出液２３ａ、２３ｂの液量は、第二の円１７の直径ｗ₂が第一の円１５の直径ｗ₁よりも大きくなるように設定されており、それにより、スペーサ１４の集合体２２ａ、２２ｂが、第一の円１５内のどの位置に集合していても、スペーサ１４の集合体２２ａ、２２ｂは、第二の吐出液２３ａ、２３ｂで覆われるようになっている。

第二の吐出液は、エチルセルロソルブやＰＧＭＥＡ(Propylene glycol monomethyl ether acetate) 等の有機溶剤に、エポキシ樹脂等の接着剤が含有されて構成されており、基板１０表面のポリイミド膜９は親油性であるのに対し、第一の吐出液中の分散液は親水性であり、第二の吐出液中の有機溶剤は親油性である。
その結果、ポリイミド膜９上に着弾した第一の吐出液２１の接触角θ₁(図１４)よりも、ポリイミド膜９上に着弾した第二の吐出液２３ａ、２３ｂの接触角θ₂の方が小さくなる。

従って、第一の吐出液２１と第二の吐出液２３ａ、２３ｂが同じ体積であっても、第二の吐出液２３ａ、２３ｂは、第一の吐出液２１の拡がり範囲である第一の円１５を超えて広がり、ｗ₁＜ｗ₂になる。なお、スペーサ１４の体積は、第一の吐出液２１中の分散液や第二の吐出液２３ａ、２３ｂ中の有機溶剤の体積に比べて無視できる程小さい。
若しくは、第二の吐出液２３ａ、２３ｂの液量(体積)を第一の吐出液２１の液量(体積)よりも多くすることで、ｗ₁＜ｗ₂にすることができる。
この場合、第二の吐出液２３ａ、２３ｂの接触角θ₂が、第一の吐出液２１の接触角θ₁以上であってもよい(θ₂≧θ₁)。

基板１０上の各集合体２２ａ、２２ｂが第二の吐出液２３ａ、２３ｂで覆われると、基板１０は、第一の加熱装置５上に乗せられる。
基板１０は、第一の加熱装置５の発熱によって、第二の吐出液２３ａ、２３ｂ中の有機溶剤の蒸発温度以上の温度に基板１０を昇温され、有機溶剤が徐々に蒸発すると、第二の吐出液２３ａ、２３ｂの外周は、集合体２２ａ、２２ｂの中心方向に縮退する。

このとき、有機溶剤は徐々に減少するから、有機溶剤中に溶解されている接着剤は濃縮されながら集合体２２ａ、２２ｂに集合し、その結果、濃縮された接着剤により、集合体２２ａ、２２ｂと基板１０の表面との間の隙間が充填される。

この例で用いられている接着剤は熱硬化性樹脂であり、基板１０の温度を接着剤の硬化温度以上の温度に上昇させると、接着剤は硬化し、集合体２２ａ、２２ｂを構成するスペーサ１４は、基板１０表面に接着される。図１７の符号１８ａ、１８ｂは、熱硬化した接着剤を示している。

上記は、第二の吐出液２３ａ、２３ｂが接着剤として熱硬化性樹脂を含有したが、光硬化性樹脂を含有してもよい。その場合、図８の吐出装置２のように、第一の加熱装置５上に紫外線ランプ４０を配置し、集合体２２ａ、２２ｂが第二の吐出液で覆われ、有機溶剤の蒸発によって、集合体２２ａ、２２ｂと基板１０の表面との間が濃縮された光硬化性樹脂で充填された後、紫外線ランプ４０から紫外線を照射し光硬化性樹脂を硬化させることができる。

上記は、第二の吐出液に、硬化性の接着剤が含有されており、接着剤を硬化させる硬化装置として、抵抗加熱ヒータを内蔵した第一の加熱装置５や紫外線ランプ４０を用いたが、他に、赤外線ランプ等の加熱装置や、電子線照射装置等の荷電粒子や電磁波放射装置を用いることができる。

また、第一の吐出液２１中の分散液を乾燥させる第二の加熱装置６についても、赤外線ランプ等の加熱装置や、その他電磁波を使用した装置等を用いることができる。
また、本発明に用いることができる接着剤は熱硬化性樹脂に限定されず、熱可塑性樹脂を用いて、集合体２２ａ、２２ｂを構成するスペーサ１４を基板１０の表面に接着してもよい。

第二の吐出液の有機溶剤中に熱可塑性樹脂を溶解させた場合は、第二の吐出液を吐出し、乾燥するだけで集合体２２ａ、２２ｂを構成するスペーサ１４を基板１０の表面に接着することができる。

また、本発明は、表面にポリイミド膜が形成された基板に限定されるものではなく、更にまた、接着剤を溶解させる溶剤は有機溶剤に限定されず、水等の無機溶剤を用いることもできる。

なお、本発明に用いることができる材料を列記すると、本発明の接着剤に用いることができる樹脂は、エチレン性不飽和単量体の単独重合体または共重合体を含む樹脂等を挙げることができる。

エチレン性不飽和単量体としては、特に限定はされないが、例えば、エチレン、プロピレン、塩化ビニル、酢酸ビニル、スチレン、ビニルトルエン、α−メチルスチレン、（メタ）アクリル酸エステル（例えば、メチル（メタ）アクリレート、エチル（メタ）アクリレート、ｎ−プロピル（メタ）アクリレート、イソプロピル（メタ）アクリレート、プチル（メタ）アクリレート、ヘキシル（メタ）アクリレート、ラウリル（メタ）アクリレート、ステアリル（メタ）アクリレート、シクロヘキシル（メタ）アクリレート、２−エチルヘキシル（メタ）アクリレート、グリシジル（メタ）アクリレート、トリフルオロプロピル（メタ）アクリレート等を挙げることができる。
これらの中から例えばグリシジルアクリレート、グリシジルメタクリレートなどと、アクリレート、メタクリレートなどとの共重合体などを用いることができる。
その分子量は通常２０００以上１００００以下程度である。

熱可塑性樹脂の場合、その接着性を向上させるために、エポキシ樹脂、（メタ）アクリレートをモノマー成分に含む（メタ）アクリル系樹脂、スチレン化合物をモノマー成分に含むスチレン系樹脂、スチレン化合物と（メタ）アクリレートとをモノマー成分に含む（メタ）アクリル−スチレン系樹脂等の一種又は二種以上を含有させることができる。

樹脂としては、上記のものに限定されるわけではなく、例えば、ポリエチレンテレフタラート、ポリブチレンテレフタラート等のポリエステル；各種ポリアミド；各種ポリカーボネート；各種エポキシ樹脂等も用いることができる。
硬化剤としては、例えば多価カルボン酸無水物が用いられる。多価カルボン酸無水物の具体例としては、無水フタル酸、無水ピロメリット酸、無水トリメリット酸、無水ベンゾフェノンテトラカルボン酸などの芳香族多価カルボン酸無水物、無水イタコン酸、無水コハク酸、無水シトラコン酸、無水ドデセニルコハク酸、無水トリカルバニル酸、無水マレイン酸、無水ヘキサヒドロフタル酸、無水メチルテトラヒドロフタル酸、無水ハイミック酸などの脂肪族ジカルボン酸類無水物、１、２、３、４−ブタンテトラカルボン酸二無水物、シクロペンタンテトラカルボン酸二無水物などの脂環族多価カルボン酸二無水物などが挙げられる。

かかる組成物は、硬化促進剤を含有していてもよい。硬化促進剤としては、例えば２級または３級窒素原子を含むヘテロ環構造を有する化合物が用いられる。
具体的にはイミダゾール、２−メチルイミダゾール、２−エチル−４−メチルイミダゾール、２−ヘプタデシルイミダゾール、４−メチル−２−フェニルイミダゾール、１−ベンジル−２−メチルイミダゾール、２−エチル−４−メチル−１−（２’−シアノエチル）イミダゾール、２−エチル−４−メチル−１−[２’−（３”、５”−ジアミノトリアジニル）エチル]イミダゾール、ベンズイミダゾールなどのイミダゾール類が挙げられる。

熱可塑性樹脂の場合、ガラス転移温度（Ｔｇ（℃））が、４０〜１５０℃であることが好ましく、特に好ましい温度は６０〜１２０℃である。
熱可塑性樹脂のガラス転移温度（Ｔｇ（℃））が、上記範囲である場合、液晶表示板を組み立てる際には短時間の加熱・加圧であっても電極基板に強く固着させることができる。

１５０℃を超える場合は、加熱・加圧時に、熱可塑性樹脂微粒子が溶融しにくく、そのため電極基板との接着性が不十分となるおそれがあるので好ましくない。
熱可塑性樹脂の場合、その融解開始温度は、好ましくは５０〜１６０℃であり、より好ましくは６０〜１５０℃、さらに好ましくは７０〜１４０℃である。

融解開始温度が１６０℃を超えると、液晶表示板を組み立てる際の加熱加圧時に、接着層に含まれる熱可塑性樹脂が溶融しにくく、そのため、基板間の接着性が不充分となるおそれがあるので好ましくない。

基板表面にポリイミド配向膜が形成されている場合、本発明の第一、第二の吐出液の溶剤には、ポリイミド配向膜を溶解しないものが用いられる。
例えばエチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノプロピルエーテルエチレングリコールモノブチルエーテルなどのエチレングリコールモノアルキルエーテル類、ジエチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテル、ジエチレングリコールジプロピルエーテル、ジエチレングリコールジブチルエーテルなどのジエチレングリコールジアルキルエーテル類、メチルセロソルブアセテート、エチルセロソルブアセテートなどのエチレングリコールアルキルエーテルアセテート類、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノエチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノプロピルエーテルアセテート、メトキシブチルアセテート、メトキシペンチルアセテートなどのアルキレングリコールアルキルエーテルアセテート類、ベンゼン、トルエン、キシレンなどの芳香族炭化水素類、メチルエチルケトン、アセトン、メチルアミルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノンなどのケトン類、エタノール、プロパノール、ブタノール、ヘキサノール、シクロヘキサノール、エチレングリコール、グリセリンなどのアルコール類、３−エトキシプロピオン酸エチル、３−メトキシプロピオン酸メチルなどのエステル類、ｙ−ブチロラクトンなどの環状エステル類などから適宜選択して用いられる。

なお、上記実施例では、第一、第二の吐出ヘッド３２、３３と第一、第二の加熱装置５、６を一台の吐出装置１、２に設けたが、第一、第二の加熱装置を、第一、第二の吐出ヘッドを有する吐出装置から分離することもできる。

また、上記実施例では、一台の吐出装置１で第一の吐出液と第二の吐出液を基板に着弾させたが、第一の吐出装置で第一の吐出液を着弾させた後、基板を移動させ、第一の吐出装置とは別の第二の吐出装置によってスペーサの集合物上に第二の吐出液を着弾させることができる。

この場合、第一又は第二の吐出ヘッドを有する吐出装置とは別の乾燥装置を、第一の吐出ヘッドを有する吐出装置と、第二の吐出ヘッドを有する吐出装置の間に配置することができる。更に、第一の吐出ヘッドを有する吐出装置の前段に予熱装置を配置し、第二の吐出ヘッドを有する吐出装置の後段に、接着剤を硬化させる加熱装置を配置することができる。

本発明に用いることができる第一例の塗布装置の平面図 その側面図 基板の予熱を説明するための図 第一の吐出液を着弾させる工程を説明するための図 第一の吐出液中の分散液を乾燥している状態を説明するための図 第二の吐出液を着弾させる工程を説明するための図 第二の吐出液中の有機溶剤を乾燥している状態を説明するための図 本発明に用いることができる他の例の塗布装置の平面図 基板上に着弾した第一の吐出液の平面図 (ａ)：着弾目標位置に集合した集合体の平面図 (ｂ)外周付近に集合した集合体の平面図 (ａ)：着弾目標位置に集合した集合体を覆う第二の吐出液の平面図 (ｂ)外周付近に集合した集合体を覆う第二の吐出液の平面図 (ａ)：着弾目標位置に集合し、接着剤で固定された集合体の平面図 (ｂ)外周付近に集合し、接着剤で固定された集合体の平面図 基板を説明するための図 基板上に着弾した第一の吐出液の断面図 (ａ)：着弾目標位置に集合した集合体の断面図 (ｂ)外周付近に集合した集合体の断面図 (ａ)：着弾目標位置に集合した集合体を覆う第二の吐出液の断面図 (ｂ)外周付近に集合した集合体を覆う第二の吐出液の断面図 (ａ)：着弾目標位置に集合し、接着剤で固定された集合体の断面図 (ｂ)外周付近に集合し、接着剤で固定された集合体の断面図 (ａ)〜(ｃ)：従来技術のスペーサ配置方法を説明するための図

符号の説明

１３……分散液
１４……スペーサ
２１……第一の吐出液
２２ａ、２２ｂ……スペーサの集合体
２３ａ、２３ｂ……第二の吐出液
θ₁、θ₂……接触角

Claims (4)

1. 基板上でスペーサを配置する着弾目標点を複数設定しておき、
   分散液中に複数個のスペーサが分散された第一の吐出液を吐出して前記基板上の前記着弾目標点に着弾させ、
   着弾した前記第一の吐出液中の分散液を乾燥させて前記スペーサを集合させ、
   接着剤を含有する第二の吐出液を吐出して前記着弾目標点に着弾させ、
   集合した前記スペーサを前記接着剤で前記基板上に固定するスペーサ搭載基板の製造方法。
2. 前記第二の吐出液が着弾して広がる範囲が、前記第一の吐出液が着弾して広がった範囲を超えて広がるようにする請求項１記載のスペーサ搭載基板の製造方法。
3. 前記第二の吐出液には、前記第二の吐出液の接触角が、前記第一の吐出液の接触角よりも小さい液体を用いる請求項２記載のスペーサ搭載基板の製造方法。
4. 着弾した前記第一の吐出液の体積よりも大きい体積の前記第二の吐出液を前記基板上に着弾させる請求項２記載のスペーサ搭載基板の製造方法。

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