JP5085044B2 - 照明装置 - Google Patents

Description

本発明は、発光素子に給電するための発光素子給電用電極と外部電極とを接続するための接続部材を具備する照明装置に関し、特には、接続部材にかかる熱応力を低減し、信頼性を向上させることができる照明装置に関する。

従来から、発光素子に給電するための発光素子給電用電極と外部電極とが接続されている照明装置が知られている。この種の照明装置の例としては、例えば特開平８−３３５７２０号公報、特開２００５−１３６１０１号公報などに記載されたものがある。

特開平８−３３５７２０号公報に記載された照明装置（窒化物半導体発光ダイオード）では、発光チップの電極（発光チップに給電するための電極）と、外部より導出されたリード電極（外部電極）とが、ワイヤボンディングによって接続されている。更に、そのワイヤが、シリコーン樹脂およびエポキシ樹脂によって封止されている。

詳細には、特開平８−３３５７２０号公報に記載された照明装置（窒化物半導体発光ダイオード）では、発光チップの熱膨張係数とモールド樹脂の熱膨張係数との差によって生じるストレスを緩和するために、発光チップが比較的柔らかいシリコーン樹脂によって覆われ、更に、そのシリコーン樹脂がエポキシ樹脂によって覆われている。

ところが、特開平８−３３５７２０号公報に記載された照明装置（窒化物半導体発光ダイオード）では、発光チップにかかる熱応力を低減するための対策が採られているものの、ワイヤの熱膨張係数と、そのワイヤを封止しているシリコーン樹脂およびエポキシ樹脂の熱膨張係数との差によって生じる熱応力に対する対策が採られていない。

そのため、特開平８−３３５７２０号公報に記載された照明装置（窒化物半導体発光ダイオード）では、発光チップの昇温に伴って、ワイヤに熱応力がかかってしまい、その結果、ワイヤが切れたり、ワイヤと発光チップの電極との接点が剥離したり、ワイヤとリード電極との接点が剥離したりするおそれが生じてしまう。

また、特開２００５−１３６１０１号公報に記載された照明装置（半導体発光装置）では、ＬＥＤチップの上部電極（ＬＥＤチップに給電するための電極）と、第２電極（外部電極）とが、ボンディングワイヤによって接続されている。更に、そのボンディングワイヤが、シリコーン樹脂によって封止されている。

詳細には、特開２００５−１３６１０１号公報に記載された照明装置（半導体発光装置）では、ＬＥＤチップの線膨張率とそのＬＥＤチップを封止する樹脂の線膨張率との差によって生じるストレスを緩和するために、発光チップが比較的柔らかいシリコーン樹脂によって覆われ、更に、そのシリコーン樹脂が硬いレンズによって覆われている。

ところが、特開２００５−１３６１０１号公報に記載された照明装置（半導体発光装置）では、空気よりも拘束力の強いシリコーン樹脂によってボンディングワイヤが封止され、また、ボンディングワイヤの両端が共に固定端になり、ボンディングワイヤが実質的に固定梁構造になるように拘束されている。

そのため、特開２００５−１３６１０１号公報に記載された照明装置（半導体発光装置）によっても、依然として、ＬＥＤチップの昇温に伴って、ボンディングワイヤに熱応力がかかってしまい、その結果、ボンディングワイヤが切れたり、ワイヤとＬＥＤチップの上部電極（ＬＥＤチップに給電するための電極）との接点が剥離したり、ボンディングワイヤと第２電極（外部電極）との接点が剥離したりするおそれが生じてしまう。

特開平８−３３５７２０号公報 特開２００５−１３６１０１号公報

前記問題点に鑑み、本発明は、発光素子給電用電極と外部電極とを接続するための接続部材にかかる熱応力を低減し、信頼性を向上させることができる照明装置を提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明によれば、発光素子（１）と、
発光素子（１）を搭載する上面を有する基体（３）と、
基体（３）を支持する上面を有する基板（４）と、
発光素子（１）に給電するために基体（３）に形成された発光素子給電用電極（３ａ）と外部電極（６）とを接続するためのフレキシブル基板（８）と、
レンズ（１０）とを具備し、
基体（３）の下面を基板（４）の上面に接着固定し、
フレキシブル基板（８）の２つの端子（８ａ，８ｂ）のうち、基体（３）の発光素子給電用電極（３ａ）に接続される一方の端子（８ａ）が固定端になり、外部電極（６）に接続される他方の端子（８ｂ）が自由端になるように、フレキシブル基板（８）を片持ち梁構造に拘束し、
発光素子（１）、基体（３）および基板（４）の上面とレンズ（１０）の下面との間に空間（１１）を形成し、
フレキシブル基板（８）を、樹脂によって封止することなく、空間（１１）内に配置し、
フレキシブル基板（８）を外部電極（６）の側にガイドするための長穴（８ｃ）をフレキシブル基板（８）に形成し、
フレキシブル基板（８）の長穴（８ｃ）と摺動可能に嵌合するための突起（４ｃ）を基板（４）の上面に形成し、
フレキシブル基板（８）が弛みを有する状態で、フレキシブル基板（８）の一方の端子（８ａ）を基体（３）の発光素子給電用電極（３ａ）に接続すると共に、フレキシブル基板（８）の他方の端子（８ｂ）を外部電極（６）に接続し、かつ、フレキシブル基板（８）の長穴（８ｃ）と基板（４）の上面の突起（４ｃ）とを嵌合させたことを特徴とする照明装置が提供される。

請求項２に記載の発明によれば、基体（３）のうち、発光素子給電用電極（３ａ）よりも発光素子（１）に近い位置で、基体（３）と、発光素子（１）が発生した熱を放熱するための基板（４）とを接続したことを特徴とする請求項１に記載の照明装置が提供される。

請求項３に記載の発明によれば、基板（４）に対して基体（３）を固定する接着剤が基体（３）と基板（４）との間から流出するのを防止するための流れ止め手段（４ａ，４ｅ）を設けたことを特徴とする請求項２に記載の照明装置が提供される。

請求項１に記載の照明装置では、発光素子に給電するための発光素子給電用電極と外部電極とを接続するための接続部材が、樹脂によって封止されるのではなく、空間内に配置されている。そのため、請求項１に記載の照明装置によれば、接続部材が樹脂によって封止されている場合よりも、接続部材にかかる熱応力を低減することができる。

更に、請求項１に記載の照明装置では、接続部材の２つの端子のうち、発光素子給電用電極に接続される端子が固定端になり、外部電極に接続される端子が自由端になるように、接続部材が拘束されている。換言すれば、接続部材が実質的に片持ち梁構造になるように拘束されている。そのため、請求項１に記載の照明装置によれば、発光素子給電用電極に接続される端子および外部電極に接続される端子が共に固定端になっている場合よりも、つまり、接続部材が実質的に固定梁構造になるように拘束されている場合よりも、接続部材にかかる熱応力を低減することができる。

すなわち、請求項１に記載の照明装置では、接続部材の２つの端子のうち、発光素子給電用電極に接続される端子のみが拘束され、その他の部分が拘束されない構造になっている。そのため、請求項１に記載の照明装置によれば、発光素子の発熱に伴って接続部材が昇温した場合であっても、接続部材に熱応力がかかることなく、接続部材が自由に熱膨張することができる。

換言すれば、請求項１に記載の照明装置によれば、接続部材にかかる熱応力を低減し、信頼性を向上させることができる。

請求項２に記載の照明装置では、発光素子給電用電極よりも発光素子に近い位置に、発光素子が発生した熱を放熱するための放熱部材が配置されている。そのため、請求項２に記載の照明装置によれば、発光素子が発生した熱を放熱するための放熱部材が発光素子給電用電極よりも発光素子から遠い位置に配置されている場合よりも、接続部材にかかる熱応力を低減することができる。

請求項３に記載の照明装置では、放熱部材に対して発光素子を固定するために接着剤が用いられ、その接着剤が発光素子と放熱部材との間から流出するのを防止するために流れ止め手段が設けられている。そのため、請求項３に記載の照明装置によれば、発光素子と放熱部材との間から流出した接着剤が発光素子給電用電極に到達してしまうのを回避することができる。

請求項１に記載の照明装置では、接続部材としてフレキシブル基板が用いられている。更に、フレキシブル基板を外部電極の側にガイドするための長穴がフレキシブル基板に形成されている。そのため、請求項１に記載の照明装置によれば、フレキシブル基板の長穴内で摺動可能な突起を設けることにより、フレキシブル基板に熱応力がかかるのを抑制しつつ、フレキシブル基板を外部電極の側にガイドすることができる。

以下、本発明の照明装置の第１の実施形態について説明する。図１は第１の実施形態の照明装置の断面図である。図２はレンズ１０を取り外した状態における図１に示した第１の実施形態の照明装置の平面図である。詳細には、図２はレンズ１０を取り外した状態における第１の実施形態の照明装置を図１の上側から見た図である。

図１および図２において、１は例えばＬＥＤチップのような発光素子を示しており、２は発光素子１上に塗布された蛍光体を示している。３は発光素子１および蛍光体２を支持するための基体を示している。３ａ，３ｂは基体３上に配置された発光素子１に給電するために基体３の下面に形成された発光素子給電用電極を示している。第１の実施形態の照明装置では、発光素子１、蛍光体２および基体３によって、例えばＬＥＤパッケージのようなパッケージが構成されている。また、第１の実施形態の照明装置では、発光素子給電用電極３ａが発光素子１のアノード電極（図示せず）に電気的に接続され、発光素子給電用電極３ｂが発光素子１のカソード電極（図示せず）に電気的に接続されている。更に、第１の実施形態の照明装置では、熱伝導率の比較的高い材料によって基体３が形成されている。

また、図１および図２において、４は基体３を支持するための基板を示しており、５は基板４に対して基体３を固定するための接着剤を示している。第１の実施形態の照明装置では、例えばＡｌ、ＡＤＣ（Ａｌｕｍｉｎｉｕｍ Ｄｉｅ−Ｃａｓｔ）などのような熱伝導率の比較的高い材料によって基板４が形成され、熱伝導率が比較的高い材料によって接着剤が構成されている。

更に、図１および図２において、６，７は発光素子１に給電するための外部電極を示している。第１の実施形態の照明装置では、外部電極６，７が発光素子１に対して移動可能に構成されているか、あるいは、発光素子１が発熱しても外部電極６，７が昇温しない程度に外部電極６，７が発光素子１から比較的離れた位置に配置されている。

また、図１および図２において、８は発光素子給電用電極３ａと外部電極６とを接続する接続部材としてのフレキシブル基板を示している。８ａ，８ｂはフレキシブル基板８に形成された端子を示しており、８ｃは端子８ａを介して基体３の発光素子給電用電極３ａに接続されたフレキシブル基板８を外部電極６の側にガイドするための長穴を示している。４ｃは長穴８ｃと摺動可能に嵌合するために基板４の上面に配置された突起を示している。第１の実施形態の照明装置では、フレキシブル基板８が端子８ｂを介して外部電極６に接続されている。

第１の実施形態の照明装置では、フレキシブル基板８の端子８ａが半田（図示せず）を介して発光素子給電用電極３ａに接続され、フレキシブル基板８の端子８ｂが半田（図示せず）を介して外部電極６に接続されているが、第２の実施形態の照明装置では、代わりに、コネクタ（図示せず）によってフレキシブル基板８の端子８ａと発光素子給電用電極３ａとを接続し、コネクタ（図示せず）によってフレキシブル基板８の端子８ｂと外部電極６とを接続することも可能である。

更に、図１および図２において、９は発光素子給電用電極３ｂと外部電極７とを接続する接続部材としてのフレキシブル基板を示している。９ａ，９ｂはフレキシブル基板９に形成された端子を示しており、９ｃは端子９ａを介して基体３の発光素子給電用電極３ｂに接続されたフレキシブル基板９を外部電極７の側にガイドするための長穴を示している。４ｄは長穴９ｃと摺動可能に嵌合するために基板４の上面に配置された突起を示している。第１の実施形態の照明装置では、フレキシブル基板９が端子９ｂを介して外部電極７に接続されている。

第１の実施形態の照明装置では、フレキシブル基板９の端子９ａが半田（図示せず）を介して発光素子給電用電極３ｂに接続され、フレキシブル基板９の端子９ｂが半田（図示せず）を介して外部電極７に接続されているが、第３の実施形態の照明装置では、代わりに、コネクタ（図示せず）によってフレキシブル基板９の端子９ａと発光素子給電用電極３ｂとを接続し、コネクタ（図示せず）によってフレキシブル基板９の端子９ｂと外部電極７とを接続することも可能である。

また、図１および図２において、１１は蛍光体２、基体３および基板４の上面とレンズ１０の下面との間に配置された空間を示している。４ａは接着剤５が基体３と基板４との間から外部電極６の側（図１の左側）に流出するのを防止する流れ止め手段としての樋部を示している。４ｂは接着剤５が基体３と基板４との間から外部電極７の側（図１の右側）に流出するのを防止する流れ止め手段としての樋部を示している。

図３は図１に示した樋部４ａ，４ｂの拡大図である。第１の実施形態の照明装置では、図１および図３に示すように、仮に、接着剤５が基体３と基板４との間から外部電極６の側（図１および図３の左側）に流出したとしても、その流出した接着剤５が樋部４ａによって堰き止められ、発光素子給電用電極３ａおよび端子８ａには到達できないように、樋部４ａが構成されている。また、仮に、接着剤５が基体３と基板４との間から外部電極７の側（図１および図３の右側）に流出したとしても、その流出した接着剤５が樋部４ｂによって堰き止められ、発光素子給電用電極３ｂおよび端子９ａには到達できないように、樋部４ｂが構成されている。

更に、第１の実施形態の照明装置では、図１および図２に示すように、発光素子給電用電極３ａと外部電極６とを接続するフレキシブル基板８、および、発光素子給電用電極３ｂと外部電極７とを接続するフレキシブル基板９が、樹脂によって封止されるのではなく、空間１１内に配置されている。そのため、第１の実施形態の照明装置によれば、フレキシブル基板８，９が樹脂によって封止されている場合よりも、フレキシブル基板８，９にかかる熱応力を低減することができる。

また、第１の実施形態の照明装置では、上述したように、外部電極６が発光素子１に対して移動可能に構成されるか、あるいは、発光素子１が発熱しても外部電極６が昇温しない程度に外部電極６が発光素子１から比較的離れた位置に配置されている。換言すれば、フレキシブル基板８の２つの端子８ａ，８ｂのうち、発光素子給電用電極３ａに接続される端子８ａが固定端になり、外部電極６に接続される端子８ｂが自由端になるように、フレキシブル基板８が拘束されている。換言すれば、フレキシブル基板８が実質的に片持ち梁構造になるように拘束されている。

そのため、第１の実施形態の照明装置によれば、発光素子給電用電極３ａに接続される端子８ａおよび外部電極６に接続される端子８ｂが共に固定端になっている場合よりも、つまり、フレキシブル基板８が実質的に固定梁構造になるように拘束されている場合よりも、詳細には、外部電極６が発光素子１に対して相対的に固定されており、かつ、発光素子１が発熱した時に外部電極６が昇温する程度に外部電極６が発光素子１から比較的近くに配置されている場合よりも、フレキシブル基板８にかかる熱応力を低減することができる。

すなわち、第１の実施形態の照明装置では、フレキシブル基板８の端子８ａのみが拘束され、その他の部分が拘束されない構造になっている。そのため、第１の実施形態の照明装置によれば、発光素子１の発熱に伴ってフレキシブル基板８が昇温した場合であっても、フレキシブル基板８に熱応力がかかることなく、フレキシブル基板８が自由に熱膨張することができる。換言すれば、第１の実施形態の照明装置によれば、フレキシブル基板８にかかる熱応力を低減することにより、半田が剥離してしまうおそれを低減し、信頼性を向上させることができる。

更に、第１の実施形態の照明装置では、上述したように、外部電極７が発光素子１に対して移動可能に構成されるか、あるいは、発光素子１が発熱しても外部電極７が昇温しない程度に外部電極７が発光素子１から比較的離れた位置に配置されている。換言すれば、フレキシブル基板９の２つの端子９ａ，９ｂのうち、発光素子給電用電極３ｂに接続される端子９ａが固定端になり、外部電極７に接続される端子９ｂが自由端になるように、フレキシブル基板９が拘束されている。換言すれば、フレキシブル基板９が実質的に片持ち梁構造になるように拘束されている。

そのため、第１の実施形態の照明装置によれば、発光素子給電用電極３ｂに接続される端子９ａおよび外部電極７に接続される端子９ｂが共に固定端になっている場合よりも、つまり、フレキシブル基板９が実質的に固定梁構造になるように拘束されている場合よりも、詳細には、外部電極７が発光素子１に対して相対的に固定されており、かつ、発光素子１が発熱した時に外部電極７が昇温する程度に外部電極７が発光素子１から比較的近くに配置されている場合よりも、フレキシブル基板９にかかる熱応力を低減することができる。

すなわち、第１の実施形態の照明装置では、フレキシブル基板９の端子９ａのみが拘束され、その他の部分が拘束されない構造になっている。そのため、第１の実施形態の照明装置によれば、発光素子１の発熱に伴ってフレキシブル基板９が昇温した場合であっても、フレキシブル基板９に熱応力がかかることなく、フレキシブル基板９が自由に熱膨張することができる。換言すれば、第１の実施形態の照明装置によれば、フレキシブル基板９にかかる熱応力を低減することにより、半田が剥離してしまうおそれを低減し、信頼性を向上させることができる。

また、第１の実施形態の照明装置では、図１に示すように、発光素子給電用電極３ａ，３ｂよりも発光素子１に近い位置に、発光素子１が発生した熱を放熱する放熱部材としての基板４が配置されている。詳細には、発光素子１が発生した熱が、基体３および接着剤５を介して基板４に熱伝導され、基板４の下面から放熱される。そのため、第１の実施形態の照明装置によれば、発光素子１が発生した熱を放熱する放熱部材としての基板４が発光素子給電用電極３ａ，３ｂよりも発光素子１から遠い位置に配置されている場合よりも、フレキシブル基板８，９にかかる熱応力を低減することができる。

以下、本発明の照明装置の第４の実施形態について説明する。第４の実施形態の照明装置は、後述する点を除き、上述した第１の実施形態の照明装置とほぼ同様に構成されている。従って、第４の実施形態の照明装置によれば、後述する点を除き、上述した第１の実施形態の照明装置とほぼ同様の効果を奏することができる。

図４は第４の実施形態の照明装置の断面図である。図５はレンズ１０を取り外した状態における図４に示した第４の実施形態の照明装置の平面図である。詳細には、図５はレンズ１０を取り外した状態における第４の実施形態の照明装置を図４の上側から見た図である。

第１の実施形態の照明装置では、図１に示すように、発光素子給電用電極３ａ，３ｂが基体３の下面に形成されているが、第４の実施形態の照明装置では、図４に示すように、発光素子給電用電極３ａ，３ｂが基体３の上面に形成されている。

更に、第１の実施形態の照明装置では、図１に示すように、基板４が凸状に構成されているが、第４の実施形態の照明装置では、図４に示すように、基板４が凹状に構成されている。詳細には、第４の実施形態の照明装置では、図４および図５に示すように、基板４の凹部４ｅ内に基体３が位置決めされるように、基板４が構成されている。

また、第４の実施形態の照明装置では、第１の実施形態の照明装置と同様に、外部電極６，７が発光素子１に対して移動可能に構成されているか、あるいは、発光素子１が発熱しても外部電極６，７が昇温しない程度に外部電極６，７が発光素子１から比較的離れた位置に配置されている。

第４の実施形態の照明装置では、フレキシブル基板８の端子８ａが半田（図示せず）を介して発光素子給電用電極３ａに接続され、フレキシブル基板８の端子８ｂが半田（図示せず）を介して外部電極６に接続されているが、第５の実施形態の照明装置では、代わりに、コネクタ（図示せず）によってフレキシブル基板８の端子８ａと発光素子給電用電極３ａとを接続し、コネクタ（図示せず）によってフレキシブル基板８の端子８ｂと外部電極６とを接続することも可能である。

また、第４の実施形態の照明装置では、フレキシブル基板９の端子９ａが半田（図示せず）を介して発光素子給電用電極３ｂに接続され、フレキシブル基板９の端子９ｂが半田（図示せず）を介して外部電極７に接続されているが、第６の実施形態の照明装置では、代わりに、コネクタ（図示せず）によってフレキシブル基板９の端子９ａと発光素子給電用電極３ｂとを接続し、コネクタ（図示せず）によってフレキシブル基板９の端子９ｂと外部電極７とを接続することも可能である。

更に、第４の実施形態の照明装置では、図４および図５に示すように、接着剤５が基体３と基板４との間から外部電極６の側（図４および図５の左側）あるいは外部電極７の側（図４および図５の右側）に流出することが、基板４の凹部４によって防止されている。詳細には、第４の実施形態の照明装置では、接着剤５が基体３の上面の発光素子給電用電極３ａ，３ｂおよび端子８ａ９ａには到達できないように、基板４の凹部４ｅが形成されている。

更に、第４の実施形態の照明装置では、図４に示すように、発光素子給電用電極３ａ，３ｂよりも発光素子１に近い位置に、発光素子１が発生した熱を放熱する放熱部材としての基板４が配置されている。詳細には、発光素子１が発生した熱が、基体３および接着剤５を介して基板４に熱伝導され、基板４の下面から放熱される。そのため、第４の実施形態の照明装置によれば、発光素子１が発生した熱を放熱する放熱部材としての基板４が発光素子給電用電極３ａ，３ｂよりも発光素子１から遠い位置に配置されている場合よりも、フレキシブル基板８，９にかかる熱応力を低減することができる。

第７の実施形態では、上述した第１から第６の実施形態を適宜組合わせることも可能である。

本発明の照明装置は、例えば道路用照明、街路灯、室内用照明などに適用可能である。

第１の実施形態の照明装置の断面図である。 レンズ１０を取り外した状態における図１に示した第１の実施形態の照明装置の平面図である。 図１に示した樋部４ａ，４ｂの拡大図である。 第４の実施形態の照明装置の断面図である。 レンズ１０を取り外した状態における図４に示した第４の実施形態の照明装置の平面図である。

符号の説明

１ 発光素子
２ 蛍光体
３ 基体
３ａ，３ｂ 発光素子給電用電極
４ 基板
４ａ，４ｂ 樋部
４ｃ，４ｄ 突起
４ｅ 凹部
５ 接着剤
６，７ 外部電極
８ フレキシブル基板
８ａ，８ｂ 端子
８ｃ 長穴
９ フレキシブル基板
９ａ，９ｂ 端子
９ｃ 長穴
１０ レンズ
１１ 空間

Claims (3)

1. 発光素子（１）と、
   発光素子（１）を搭載する上面を有する基体（３）と、
   基体（３）を支持する上面を有する基板（４）と、
   発光素子（１）に給電するために基体（３）に形成された発光素子給電用電極（３ａ）と外部電極（６）とを接続するためのフレキシブル基板（８）と、
   レンズ（１０）とを具備し、
   基体（３）の下面を基板（４）の上面に接着固定し、
   フレキシブル基板（８）の２つの端子（８ａ，８ｂ）のうち、基体（３）の発光素子給電用電極（３ａ）に接続される一方の端子（８ａ）が固定端になり、外部電極（６）に接続される他方の端子（８ｂ）が自由端になるように、フレキシブル基板（８）を片持ち梁構造に拘束し、
   発光素子（１）、基体（３）および基板（４）の上面とレンズ（１０）の下面との間に空間（１１）を形成し、
   フレキシブル基板（８）を、樹脂によって封止することなく、空間（１１）内に配置し、
   フレキシブル基板（８）を外部電極（６）の側にガイドするための長穴（８ｃ）をフレキシブル基板（８）に形成し、
   フレキシブル基板（８）の長穴（８ｃ）と摺動可能に嵌合するための突起（４ｃ）を基板（４）の上面に形成し、
   フレキシブル基板（８）が弛みを有する状態で、フレキシブル基板（８）の一方の端子（８ａ）を基体（３）の発光素子給電用電極（３ａ）に接続すると共に、フレキシブル基板（８）の他方の端子（８ｂ）を外部電極（６）に接続し、かつ、フレキシブル基板（８）の長穴（８ｃ）と基板（４）の上面の突起（４ｃ）とを嵌合させたことを特徴とする照明装置。
2. 基体（３）のうち、発光素子給電用電極（３ａ）よりも発光素子（１）に近い位置で、基体（３）と、発光素子（１）が発生した熱を放熱するための基板（４）とを接続したことを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
3. 基板（４）に対して基体（３）を固定する接着剤が基体（３）と基板（４）との間から流出するのを防止するための流れ止め手段（４ａ，４ｅ）を設けたことを特徴とする請求項２に記載の照明装置。

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