JP5927358B2 - ラビング及び光配向装置 - Google Patents

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Description

本発明は、ラビング及び光配向装置に関し、具体的には、機械的なラビングと光配向を同時に行える装置に関する。
液晶表示装置は、一般的に2枚のガラス(glass)基板との間に液晶層が設けられ、2枚のガラス基板の内面に、前記液晶層に電界をかけるための透明電極、前記電界をオン・オフするためのスイッチング素子、カラーを表示するためのカラーフィルター及び液晶分子を配向するための配向膜などが形成された構造を有する。2枚のガラス基板間に液晶材料が封入されて液晶表示素子が作製される。配向膜は、基板上に塗布されたポリイミド樹脂(PI)などの樹脂層からなり、配向膜が硬化した後、ラビング装置によるラビング処理によって液晶が一定方向に配向される。
通常のラビング装置は、ラビングローラーが、ガラス基板が固定されたテーブルの上部に回転可能にその両端が支持され、ラビング布(起毛布)が両面テープ等によりラビングローラーの表面に取り付けられる。該ラビングローラーの回転により、ガラス基板の配向層の表面に当接するラビング布が配向層を一定の方向に擦ることで、その方向に液晶材料が配向される。
このような機械的なラビングは、配向処理が容易で大量生産に適しており、安定する配向をすることができるというメリットを有する。
しかし、前記機械的なラビングは、配向膜へのラビング布の直接的な接触によって配向が行われるため、塵(particle)の発生による液晶セル(cell)の汚染、静電気の発生により、基板に設けられているTFT素子の破壊、ラビング後の追加の洗浄工程の必要、大面積適用時の配向の不均一性等という様々な問題点を誘発して、液晶表示装置の製造時の歩留まりを低下させる。
そこで、本発明は、上述した問題点を解決するために導き出されたものであって、その目的とするところは、ラビングローラーを用いた配向処理のメリットを生かしながらも、その欠点を補うため、光配向を行うことができるラビング及び光配向装置を提供することにある。
本発明の他の目的は、以下に述べられる実施形態に基づいてより明確になるだろう。
本発明の一側面によるラビング及び光配向装置は、液晶表示素子の基板が置かれるテーブル上に位置するガントリと、ガントリの内部に位置して、光配向のための光を生成するランプと、ガントリの外部に結合されてランプから発された光の特性を変更する光配向ケースと、を含み、ガントリは、ラビングローラーまたは光配向ケースと選択的に結合することができる。
本側面によるラビング及び光配向装置は、次のような実施形態を1つ又はそれ以上備えることができる。例えば、ガントリーは、水平フレームを備え、ランプは、水平フレームの内部に位置し、水平フレームは、支持体とを備え、支持体には、ラビングローラー及び光配向ケースが結合されることができる。
ラビングローラー及び光配向ケースは、支持体に対して同じ結合構造を備えることができる。そして、光配向ケースは、偏光素子及びコールドミラーを含むことができる。
本発明の他の側面によるラビング及び光配向装置は、液晶表示素子の基板が置かれるテーブル上に位置するガントリと、ガントリの外部に結合される光配向モジュールとを含み、光配向モジュールは、その内部に光配向のための光を生成するランプを備え、ガントリーは、光配向モジュール又はラビングローラーと選択的に結合することができる。
本側面によるラビング及び光配向装置は、次のような実施形態を一つ又はそれ以上備えることができる。例えば、ガントリーは、ラビングローラー及び光配向モジュールと結合する支持体を備え、ラビングローラー及び光配向モジュールは、支持体に対して同じ結合構造を備えることができる。そして、光配向モジュールは、偏光素子及びコールドミラーを備えることができる。
本発明の更に他の側面によるラビング及び光配向装置は、液晶表示素子の基板が置かれるテーブル上に位置するガントリーを含み、ガントリ内部には、光配向のためのランプと、偏光素子とが備えられており、ガントリは、ラビングローラーと結合・分離することができる。
本側面によるラビング及び光配向装置は、次のような実施形態を備えることができる。例えば、ガントリーは、ランプ及び偏光素子が位置する水平フレームを備え、水平フレームには、ラビングローラーが結合される支持体が備えられることができる。
本発明は、ラビングによる配向及び光配向を選択的又は同時に使用することができるので、液晶表示装置の製造歩留まりを向上させることができ、高精細の液晶表示装置の製造を可能にするラビング及び光配向装置を提供することができる。
本発明の第1の実施形態に係るラビング及び光配向装置を例示する斜視図である。 図1に例示されたラビング及び光配向装置のガントリの図である。 図2に例示されたガントリに結合されるラビングローラーの斜視図である。 図2に例示されたガントリに結合される光配向ケースの斜視図である。 図2に例示されたガントリに図4に例示された光配向ケースが結合された状態の図である。 本発明の第2の実施形態に係るラビング及び光配向装置の光配向モジュールを例示する斜視図である。 本発明の第3の実施形態に係るラビング及び光配向装置のガントリを例示する図である。
本発明は、様々な変換を加えることができ、複数の実施例を有することができるので、特定の実施例を図面に例示し、詳細な説明において詳細に説明しようとする。しかしながら、これは、本発明を特定の実施形態について限定しようとするものではなく、本発明の思想及び技術範囲に含まれるあらゆる変換、均等物ないし代替物を含むものと理解されるべきである。本発明を説明するに当たり、関連する公知技術に対する具体的な説明が本発明の要旨を曖昧にすると判断される場合、その詳細な説明を省略する。
本出願で使用した用語は、単に特定の実施例を説明するために使用されたものであり、本発明を限定しようとする意図ではない。単数の表現は、文脈上明白に異なる意味でない限り、複数の表現を含む。本出願において、“含む”又は“持つ”などの用語は、明細書上に記載されている特徴、数字、段階、動作、構成要素、部品、又はこれらを組み合わせたものが存在することを指定しようとするだけであり、1つ又はそれ以上の他の特徴や数字、段階、動作、構成要素、部品、又はこれらを組み合わせたものの存在又は付加可能性を予め排除するわけではないと理解されるべきである。
水平および垂直と、メイン及び補助などの用語は、様々な構成要素を説明するために使用することができるが、前記構成要素は、前記用語によって限定されてはならない。前記用語は、一つの構成要素を他の構成要素から区別する目的のみで使用される。
以下、添付の図面を参照して、本発明に係る実施形態を詳細に説明することとし、添付の図面を参照して説明するにあたり、図面符号に関係なく、同一又は対応する構成要素は、同じ参照番号を付し、これに対する重複する説明は、省略する。
以下では、本発明の第1の実施形態に係るラビング及び光配向装置100に対して、図1〜図5を参照しながら説明する。
図1は、本発明の第1の実施形態に係るラビング及び光配向装置100の斜視図であり、図2は、図1に例示されたラビング及び光配向装置100のガントリー(gantry)120の図である。そして、図3は、ラビングローラ190の斜視図であり、図4は、光配向ケース220の斜視図である。
図1〜図2を参照すると、本発明の第1の実施形態に係るラビング及び光配向装置100は、ガントリー120にランプ210が備えられており、光配向を行うことができ、光配向時にガントリー120の外部に光配向ケース220(図4を参照)を結合して、所望の偏光方向などの光の特性を得ることができる。また、第1の実施形態に係るラビング及び光配向装置100は、ガントリー120の外部にラビング(rubbing)のためのラビングローラ190(図3を参照)を結合してラビングを行うことができる。したがって、本実施形態に係るラビング及び光配向装置100は、機械的なラビング及び光配向を選択的又は同時に行うことができるので、ラビング及び光配向の利点を生かして配向を行うことができるというメリットを有する。
第1の実施形態に係るラビング及び光配向装置100は、ガントリー120と、メインベース150と、補助ベース152と、ステージ駆動装置160と、ステージ170と、テーブル174と、を有する。そして、ラビングによる配向を行うために、ガントリー120の外部には、ラビングローラ190が選択的に結合され得る。また、光配向を行うために、ガントリー120の内部には、ランプ210及び反射鏡212が備えられており、ガントリー120の外部には、光配向ケース220が、ラビングローラ190に代わって、選択的に結合されることができる。
テーブル174に位置する液晶表示素子(図示せず)は、、ステージ駆動装置160による直線往復運動によってガントリー120の下部を通過する。この過程で、液晶表示素子に形成された配向膜(図示せず)は、ガントリー120に結合されたラビングローラ190によってラビング処理されるか、ガントリー120に備えられたランプ210及びガントリー120に結合された光配向ケース220によって、所望の方向の光配向が行われる。
テーブル174上には、作業対象となる液晶表示素子が置かれる。テーブル174は、一定の高さを持つサポート172によって、ステージ170に対して上部に位置する。テーブル174上には、光配向時に照射される光の偏光の程度を測定するための偏光センサ(Polarized Angle Sensor;図示せず)が備えられることができる。
ステージ170は、ステージ駆動装置160の駆動力を受けて、ガイドレール164に沿ってガントリー120の下部を直線往復運動をする。ステージ170の下部には、ステージ駆動装置160の可動子に該当する駆動コイル(図示せず)が結合されることができる。
ステージ駆動装置160は、ステージ170を直線運動させるリニアモータ(linear motor)に該当する。ステージ駆動装置160は、マグネット(magnet)に該当する固定子162と、ステージ170の下部に結合された駆動コイル(図示せず)と、ステージ170の移動経路に該当するガイドレール164と、を含む。駆動コイルに電流が印加されると、固定子162に該当するマグネットとの電磁気的な相互作用によってステージ170を移動させる力が生成される。
ステージ駆動装置160にリニアモータの他、モータを用いたボールねじなどの様々な駆動源が使用され得ることは言うまでもない。
ステージ駆動装置160は、メインベース150上に位置する。そして、メインベース150の左右両側には、補助ベース152が各々備えられている。補助ベース152には、ガントリー120を駆動するためのガントリー回転手段142及びアップダウン手段140が備えられている。
ガントリー回転手段142は、、ガントリー120を時計回り又は反時計回りに一定の角度(例えば、0〜45度)に回転させる。つまり、ガントリー回転手段142は、ステージ170とラビングローラ190とがなす角度を変更できるようにするが、このために、TNモード(Twisted Nematic mode)又はIPSモード(In-Plane Switching mode)のラビング処理が可能なようにする。
アップダウン手段140は、テーブル174に対するガントリー120の水平フレーム122の高さを調整する役割をする。したがって、アップダウン手段140を調整することにより、テーブル174に置かれた液晶表示素子に対するラビングローラ190又は光配向ケース220の高さを調整することができるようになる。
ガントリー120の左右の垂直フレーム134には、チルト調整手段134が備えられている。チルト調整手段134は、ガントリー120の水平フレーム122のチルト角(tilt angle)を調整する役割をする。
ガントリー120には、ラビングのためのラビングローラ190又は光配向のための光配向ケース220が選択的に結合される。ガントリー120は、テーブル174上に一定の高さをもって位置する水平フレーム122と、水平フレーム122の左右端部から垂直に延びる垂直フレーム134とを含む。
直方体形状の水平フレーム122は、内部空間128を備え、その内部空間128には、光配向のためのランプ210と反射鏡212が備えられている。また、水平フレーム122の下部の左右両側には、ラビングローラ190又は光配向ケース220との結合のための支持体126が備えられている。そして、水平フレーム122の下面の一部は、ランプ210から発された光が透過できる光透過部124に該当する。
ランプ210は、光配向のための光を生成するもので、マイクロ波(microwave)によって紫外線(UV)を生成するランプに該当することができ、この場合、水平フレーム122の内部空間128は、マイクロ波に対する共振器に該当することができる。ランプ210から発された光は、光透過部124を通過した後、水平フレーム122の下部に結合される光配向ケース220の偏光素子224及びコールドミラー226を通過した後、テーブル174に置かれた液晶表示素子の基板の配向層(図示せず)に到達することになる。
光配向のためのランプ210は、マイクロUVランプの他にも、様々な種類のランプが使用され得るのは言うまでもない。
ランプ210は、液晶表示素子の基板の幅を全てカバーすることができる長さを持つ1つが形成されるか、又はその長さに比べて短い長さを有する多数個に形成されることができる。また、ランプ210は、水平フレーム122の内部に1列に配置されるか、又は相互平行に2列以上に配置されることができる。
ランプ210から発された光は、反射鏡212で反射された後、光透過部124に向かうことになる。反射鏡212は、ランプ210の集光効率を高めるためのもので、ランプ210の長さに比べてやや大きい長さを有する。また、反射鏡212は、その断面が放物線形状を有することができる。
水平フレーム122の下部に配置されている一対の支持体126は、ラビングローラ190又は光配向ケース220の両端部と結合して支持する役割をする。ラビングローラ190の両端部に形成された結合構造と光配向ケース220の両端部に形成された結合構造とは等しいため、支持体126は、ラビングローラ190又は光配向ケース220と容易に結合できるようになる。
水平フレーム122の内部には、ランプ210を冷却するための冷却装置(図示せず)が備えられることができる。
支持体126は、水平方向(矢印表示)に一定の距離だけ左右に移動が可能なため、テーブル174に置かれた液晶表示素子の基板に対するラビングローラ190又は光配向ケース220の位置を調整することができる。また、左右の支持体126のいずれかには、ラビングローラー190に回転力を提供するためのモータ(図示せず)が備えられることができる。
本実施形態に係るラビング及び光配向装置100は、ランプ210の発光のためのマイクロ波発生器180を含む。マイクロ波発生器180で生成されたマイクロ波は、導波管182を介してガントリー120の水平フレーム122の内部に転送された後、共振によってランプ210の発光を誘導する。マイクロ波発生器180は、ラビング及び光配向装置100から一定の距離だけ離れたところに位置することができる。
液晶表示素子の基板に対するラビング工程を行うために、図3に例示されたラビングローラ190がガントリー120の支持体126に結合する。ラビングローラ190は、円筒状の円筒部192と、円筒部192の両端部に結合されたロールフランジ194と、ロールフランジ194に結合されたスピンドル196と、を含む。
円筒部192の周囲には、配向膜を擦るためのラビング布(図示せず)が結合される。円筒部192の左右端部には、支持体126との結合のためのロールフランジ194が結合されており、ロールフランジ194の中央には、支持体126との結合のためのスピンドル196が結合される。ラビングローラ190の両端部の結合構造に該当するロールフランジ194及びスピンドル196は、光配向ケース220の両端部の結合構造と同一であってもよい。
ラビングローラ190を結合するために、左右支持体126との間の幅を拡大するように支持体126を水平移動した後、ラビングローラ190のロールフランジ194及びスピンドル196を支持体126に結合する。このように、ラビングローラ190をガントリー120に対して結合した後、アップダウン手段140によってラビングローラー190と液晶表示素子の基板との接触圧を調整し、ガントリー回転手段142によって液晶表示素子の基板とラビングローラ190とがなす角度を調整し、チルト調整手段144によってラビングローラー190のチルト角を調整する。
ラビングローラ190の液晶表示素子の基板に対する接触圧、角度およびチルト角を調整した後、ステージ駆動装置160が作動して、テーブル174が移動すると、ラビングローラー190は、液晶表示素子の基板の配向膜と接触しながら回転によってラビング工程を行うことになる。また、ラビング工程中にもラビングローラ190の液晶表示素子の基板に対する接触圧、角度およびチルト角は各々調節されることができる。
ラビング工程を行った後、光配向前に配向膜に対する前処理(pre-treatment)を実行して、配向処理効率を向上することができる。前処理は、ラビングローラ190によって1次配向処理された配向膜を熱風等により一定温度に加熱する工程に該当することができる。このような前処理工程は、その後、光照射による光配向の工程時に、配向膜の照射光の反応性を向上させることができ、小さな有効エネルギー(effective energy)でも効果的な配向処理を行えるようにする。
本実施形態に係るラビング及び光配向装置100は、1次のラビング工程及び前処理後、2次の光配向を行うことができるが、ラビングローラ190によるラビング工程又は光配向のいずれか一つのみを行ってもよいことは言うまでもない。
液晶表示素子の基板に対して光配向を行うために、ガントリー120にラビングローラ190を除去した後、光配向ケース220を結合する。光配向ケース220の左右両側には、スピンドル222及びロールフランジ223が備えられているが、これは、ラビングローラー190の左右側面に備えられたスピンドル196及びロールフランジ194と同じ構造を有する。したがって、ラビングローラー190を分離した後、何の困難もなく光配向ケース220を支持体126に結合することができるようになる。
光配向ケース220の内部には、偏光素子224及びコールドミラー226が備えられている。
偏光素子224は、ランプ210から発された光を一定の方向に偏光するものであり、ワイヤグリッド(wire grid)に該当する。偏光素子224によって生成された偏光光は、光配向膜に到達して、光配向膜を偏光方向と垂直方向を持つように配置する。そして、偏光素子224は、その偏光方向を変更することができる。
コールドミラー226は、ランプ210から発された光の中で温度上昇を誘発する赤外線などをフィルタリングして、光配向ケース220及びテーブル174などの温度上昇を抑える役割をする。
光配向ケース220は、ラビングローラ190によるラビング工程の後に発生する異物(particle)を除去するクリーニング(cleaning)機能を備えることができる。また、光配向ケース220は、ラビング工程の後に発生する静電気を除去することができる装置を更に備えることもできる。
図5は、ガントリー120に光配向ケース220が結合された状態を例示する図である。図5を参照すると、光配向を行うためにラビングローラー190をガントリー120から除去した後、光配向ケース220を支持体126に結合する。光配向ケース220は、ガントリー120の下部に密着するように結合され得るが、これにより、ランプ210で発生したUV光が外部に流出されず、光配向ケース220にすべて入射できることになる。
そして、マイクロ波発生器180の作動により、マイクロ波を生成させてランプ210からUVが発光されるようにする。ランプ210から発されたUV光は、ガントリー120の光透過部124を透過して、光配向ケース220の偏光素子224及びコールドミラー226を各々透過した後、配向膜に到達して光配向を行う。
本実施形態に係るラビング及び光配向装置100は、一つのガントリー120を備えており、ラビングローラ190又は光配向ケース220を選択的に結合するものとして例示したが、他の実施形態に係るラビング及び光配向装置は、2つのガントリーを備えており、ラビングローラ190及び光配向ケース220を選択的に結合することができる。この場合、2つのガントリーの両方には、ラビングローラー190のみが結合されるか、又は光配向ケース220のみが結合されることができる。
以下では、図6を参照しながら、本発明の第2の実施形態に係るラビング及び光配向装置の光配向モジュール300に対して説明する。
図6は、本発明の第2の実施形態に係るラビング及び光配向装置の光配向モジュール300を例示する斜視図である。
図6を参照すると、本実施形態に係るラビング及び光配向装置は、光配向モジュール300を含むことを特徴とする。光配向モジュール300は、反射鏡324と、ランプ326と、偏光素子328と、コールドミラー332と、が備えられている。また、光配向モジュール300は、光配向のためにガントリーの外部に選択的に結合することができるが、この場合、ガントリーの内部には、ランプが備えられていない。したがって、本実施形態に係るラビング及び光配向装置は、第1の実施形態に係るラビング及び光配向装置100の構成と同じであり、但し、反射鏡324及びランプ326がガントリーの内部に位置しておらず、光配向モジュール300の内部に備えられているという点が異なっている。
光配向モジュール300は、ケース320と、反射鏡324と、ランプ326と、偏光素子328と、コールドミラー332と、を含む。光配向モジュール300は、光配向のためにガントリーに結合されることができる。
ケース320は、光配向モジュール300の外体を形成するものであり、その内部には、反射鏡324と、ランプ326と、偏光素子328と、コールドミラー332と、が位置する。ケース320は、マイクロ波に対する共振器構造を有し、マイクロ波発生器180で生成されたマイクロ波が伝達され、その内部で共振される。ケース320の内部で共振されるマイクロ波によって、ランプ326からUV光が誘導される。
ケース320の左右側面には、スピンドル322及びロールフランジ333が備えられている。スピンドル322及びロールフランジ333は、ラビングローラ190のスピンドル196及びロールフランジ194と同じ構造を有する。これにより、光配向モジュール300は、ラビングローラ190が結合する支持体126に容易に結合することができる。
ケース320の内部に備えられている反射鏡324、ランプ326、偏光素子328、及びコールドミラー332は、第1の実施形態に係るラビング及び光配向装置100の反射鏡212、ランプ210、偏光素子224、及びコールドミラー226と同じであるため、具体的な説明は、省略する。
本実施形態に係るラビング及び光配向装置は、ガントリに結合する光配向モジュール300がランプ326を備えているので、ガントリーの水平フレーム122の内部空間にマイクロ波発生器180及び冷却装置(図示せず)などを収納することができる。そして、光配向モジュール300のケース320は、マイクロ波の外部への流出を防止することができる構造(例えば、メッシュ(mesh)構造)を有することができる。また、光配向モジュール300は、ラビング工程を行った後に発生した異物(particle)を除去できる機能と、静電気を除去できる機能とを更に含むことができる。
以下では、図7を参照しながら、本発明の第3の実施形態に係るラビング及び光配向装置について説明する。
図7は、本発明の第3の実施形態に係るラビング及び光配向装置のガントリー400を例示する図である。図7を参照すると、本実施形態に係るラビング及び光配向装置のガントリー400は、その水平フレーム420の内部にランプ430と、偏光素子436と、コールドミラー438とが備えられているという点に特徴がある。したがって、本実施形態に係るラビング及び光配向装置は、光配向のために、図4に例示された光配向ケース220を結合することなく、ガントリー400の外部に結合されたラビングローラ190のみを削除すればよい。
水平フレーム420は、内部空間424を有するが、内部空間424には、反射鏡432と、ランプ430と、偏光素子436と、コールドミラー438と、が位置する。そして、水平フレーム420は、ランプ430から発された光が透過できる光透過部422を備える。また、水平フレーム420の下面には、ラビングローラー190の結合のための一対の支持体426が備えられている。
支持体426には、ラビングのためのラビングローラ190のみが結合される。
本実施形態に係るラビング及び光配向装置のガントリー400の内部に備えられているランプ430と、反射鏡432と、偏光素子436と、コールドミラー438とは、第1の実施形態に係るラビング及び光配向装置のランプ210、反射鏡212、偏光素子224、及びコールドミラー226と同じであるため、具体的な説明は、省略する。
以上では、本発明の一実施形態を参照して説明したが、該当技術分野における通常の知識を有する者であれば、下記の特許請求の範囲に記載された本発明の思想及び領域から逸脱しない範囲内で、本発明を多様に修正及び変更させることができることを理解できるだろう。

Claims (9)

  1. 液晶表示素子の基板が置かれるテーブル上に位置するガントリーと;
    前記ガントリの内部に位置して、光配向のための光を生成するランプと;
    前記ガントリの外部に結合され、前記ランプから発された光の特性を変更する光配向ケースと、を含み、
    前記ガントリは、ラビングローラー又は前記光配向ケースと選択的に結合することができるラビング及び光配向装置。
  2. 前記ガントリーは、水平フレームを備え、前記ランプは、前記水平フレームの内部に位置し、
    前記水平フレームは、支持体を備え、前記支持体には、前記ラビングローラー及び光配向ケースが結合されていることを特徴とする請求項1に記載のラビング及び光配向装置。
  3. 前記ラビングローラー及び光配向ケースは、前記支持体に対して同じ結合構造を備えていることを特徴とする請求項2に記載のラビング及び光配向装置。
  4. 前記光配向ケースは、偏光素子及びコールドミラーを含むことを特徴とする請求項1に記載のラビング及び光配向装置。
  5. 液晶表示素子の基板が置かれるテーブル上に位置するガントリーと;
    前記ガントリの外部に結合される光配向モジュールと、を含み、
    前記光配向モジュールは、その内部に光配向のための光を生成するランプを備え、
    前記ガントリーは、前記光配向モジュール又はラビングローラーと選択的に結合することができるラビング及び光配向装置。
  6. 前記ガントリーは、前記ラビングローラー及び光配向モジュールと結合する支持体を備え、
    前記ラビングローラー及び光配向モジュールは、前記支持体に対して同じ結合構造を備えることを特徴とする請求項5に記載のラビング及び光配向装置。
  7. 前記光配向モジュールは、偏光素子及びコールドミラーを備えることを特徴とする請求項5に記載のラビング及び光配向装置。
  8. 液晶表示素子の基板が置かれるテーブル上に位置するガントリーを含み、
    前記ガントリ内部には、光配向のためのランプ及び偏光素子が備えられており、
    前記ガントリは、ラビングローラーと結合・分離することができるラビング及び光配向装置。
  9. 前記ガントリーは、前記ランプ及び偏光素子が位置する水平フレームを備え、
    前記水平フレームには、ラビングローラが結合される支持体が備えられていることを特徴とする請求項8に記載のラビング及び光配向装置。
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