JP6111666B2 - 透明導電性フィルムおよび製造方法 - Google Patents
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Description
そこで、本発明は、導電層としての透明導電体層のパターン形状が目立たず、視認性が良好な、多層構造の透明導電性フィルムおよびその製造方法を提供することを課題とする。
なお、「パターン化」とは、エッチング法、レーザーアブレーション法、スクリーン印刷等により、透明導電体層に所定の形状を形成することをいう。パターン化により透明導電性フィルムは、透明導電体層を有する部分(パターン部:P)と、透明導電体層を有しない部分(非パターン部:NP)を備える。
図1を参照して、本発明の第1の実施の形態に係る透明導電性フィルム10について説明する。なお、図1は多層に構成された透明導電性フィルム10の層構成を説明するものであり、各層の厚みは誇張されている。透明導電性フィルム10は、基材としての透明プラスチック基材11と、ハードコート層12と、必要に応じて透明誘電体層13と、透明導電体層14を備える。図1に示すように、透明プラスチック基材11の一方の面(図1では透明プラスチック基材11の上側)には、ハードコート層12が積層される。ハードコート層12上にはさらに必要に応じて透明誘電体層13が積層される。透明誘電体層13上にはさらに透明導電体層14が積層される。このように、透明導電性フィルム10は多層に構成される。
透明プラスチック基材11とは、フィルム状の高分子樹脂で形成された透明な基材11をいう。透明プラスチック基材11には、フィルム状の高分子樹脂として透明性を有する各種のプラスチックフィルムを用いることができる。透明性を有するプラスチックフィルムの材料としては、例えば、ポリエステル系樹脂、アセテート系樹脂、ポリエーテルスルホン系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリイミド系樹脂、ポリオレフィン系樹脂、(メタ)アクリル系樹脂、ポリ塩化ビニル系樹脂、ポリ塩化ビニリデン系樹脂、ポリスチレン系樹脂、ポリビニルアルコール系樹脂、ポリアリレート系樹脂、ポリフェニレンサルファイド系樹脂、ノルボルネン系樹脂等の樹脂が挙げられる。具体的には、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエチレンナフタレート、トリアセチルセルロース、ポリエーテルスルホン、ポリカーボネート、ポリアリレート、ポリエーテルエーテルケトン等が好ましい。なお、ポリエチレンテレフタレートおよびポリエチレンナフタレートは、機械的強度、寸法安定性、耐熱性、耐薬品性、光学特性等、およびフィルム表面の平滑性やハンドリング性に優れているためより好ましい。ポリカーボネートは、透明性、耐衝撃性、耐熱性、寸法安定性、燃焼性に優れているためより好ましい。価格・入手の容易さをも考慮すると、ポリエチレンテレフタレートが特に好ましい。
ハードコート層12は、透明プラスチック基材11上に硬化性樹脂を積層し、得られた塗膜を硬化させることで形成される。硬化性樹脂の積層には、溶媒に溶解させた樹脂を均一にコーティングするウェットコーティング法を用いることが好ましい。ウェットコーティング法としては、グラビアコート法やダイコート法等を用いることができる。グラビアコート法は、表面に凸凹の彫刻加工が施されたグラビアロールを塗布液に浸し、グラビアロール表面の凸凹部に付着した塗布液をドクターブレードで掻き落とし凹部に液を貯めることで正確に計量し、基材に転移させる方式である。グラビアコート法により、低粘度の液を薄くコーティングすることができる。ダイコート法は、ダイと呼ばれる塗布用ヘッドから液を加圧して押出しながらコーティングする方式である。ダイコート法により、高精度なコーティングが可能となる。さらに、塗布時に液が外気にさらされないため、乾きによる塗布液の濃度変化などが起こりにくい。その他のウェットコーティング法としては、スピンコート法、バーコート法、リバースコート法、ロールコート法、スリットコート法、ディッピング法、スプレーコート法、キスコート法、リバースキスコート法、エアーナイフコート法、カーテンコート法、ロットコート法などを挙げることができる。積層する方法は、これらの方法から必要とする膜厚に応じて適宜選択することができる。さらに、ウェットコーティング法を用いることにより、毎分数十メートルのライン速度(例えば約20m/分)で積層できるため、大量に製造でき、生産効率を上げることができる。
透明誘電体層13の材料としては、NaF、BaF2、LiF、MgF2、CaF2、SiO2などの無機物が挙げられる。これらのなかでも、SiO2であることが好ましい。SiO2は耐酸性が高いため、透明導電体層14を酸溶液等によりエッチングしてパターン化する場合に、ハードコート層12の劣化を防ぐことができる。
透明導電体層14の材料としては、酸化亜鉛、酸化錫、酸化アルミニウム、酸化チタン、酸化インジウム、酸化インジウム錫(ITO)、酸化インジウム亜鉛(IZO)、ガリウム添加酸化亜鉛、フッ素添加酸化錫、アンチモン添加酸化錫、アルミニウム添加酸化亜鉛(AZO)、シリコーン添加酸化亜鉛、銀、銅、カーボンなどが挙げられる。
透明導電体層14に酸化インジウム錫、酸化インジウム亜鉛、ガリウム添加酸化亜鉛、アルミニウム添加酸化亜鉛からなる群から選ばれた少なくとも1種の金属酸化物を使用する場合には、パターン化した後、導電性を向上させるために、100〜150℃の範囲内でアニール処理を施して結晶化を向上させることができる。透明導電体層14の結晶性が高いほど導電性が良好となる。そのため、透明プラスチック基材11は150℃以上の耐熱性を有することが好ましい。
図3を参照して、本発明の第2の実施の形態に係る透明導電性フィルム20について説明する。透明導電性フィルム20は、図1に示す透明プラスチック基材11のハードコート層12側とは反対側の面に、さらにハードコート層12’を備える。これにより、透明プラスチック基材11はハードコート層12と12’に挟まれた構成となるので、透明プラスチック基材11がカールするのをより抑制することができる。
ハードコート層12’の材料、膜厚、屈折率、含有する無機酸化物は、それぞれハードコート層12と同一であってもよく、または異なってもよい。さらに、無機酸化物を含有しなくてもよい。例えば、材料と含有物をハードコート層12と同一にし、膜厚をハードコート層12よりも厚くすると、成膜し易く作業性を向上させることができる。
図4を参照して、本発明の第3の実施の形態に係る透明導電性フィルム30について説明する。透明導電性フィルム30は、図1に示す透明プラスチック基材11のハードコート層12側とは反対側の面に、さらにハードコート層12’、必要に応じて透明誘電体層13’、透明導電体層14’を備える。図4に示すように、ハードコート層12’は透明プラスチック基材11の他方の面(図4では透明プラスチック基材11の下側)に積層される。ハードコート層12’の下にはさらに必要に応じて透明誘電体層13’が積層される。透明誘電体層13’の下にはさらに透明導電体層14’が積層される。このように、透明プラスチック基材11の両面に対称となるように各層が構成される。
透明プラスチック基材11の両側に形成された透明導電体層14および14’の各パターンは、同一でもよいが、異なる形状であることがより好ましい。例えば、透明導電体層14には、図2(a)に示すパターンを形成する。透明導電体層14’には、図2(b)に示すパターンを、(a)のパターンと重なりがでないように形成する。このとき、(a)と(b)のパターンは、電気的接続の方向が交差(直交を含む)するように形成される。このように、透明導電体層14と14’のパターンを組んで構成することにより、投影型静電容量方式のタッチパネルに好適となるため、好ましい。
なお、透明誘電体層13と透明誘電体層13’は、必要に応じて両層を備えてもよく、どちらか1層のみを備えてもよく、備えなくてもよい。また、透明誘電体層13’の材料、膜厚、屈折率は、それぞれ透明誘電体層13と同一であってもよく、または異なってもよい。さらに、透明導電体層14’の材料、膜厚、屈折率は、それぞれ透明導電体層14と同一であってもよく、または異なってもよい。
また、各層の構成は、透明導電性フィルム10、20、30に限定されるものではなく、他の構成としてもよい。
図5を参照して、本発明の第4の実施の形態に係る画像表示装置40について説明する。画像表示装置40は、機械的処理により映し出された像を表示する画像パネル41と、シールド層42と、本発明に係る透明導電性フィルム30を有するタッチパネル43と、保護層44とを備える。図5に示すように、液晶ディスプレイ等の画像パネル41上にシールド層42が積層され、さらにパターン化された透明導電体層14(図4参照)が上側になるようにタッチパネル43が載置される。さらに、タッチパネル43上にはタッチパネル43を保護する保護層44が載置される。なお、本発明の透明導電性フィルムを用いた画像表示装置は、画像表示装置40に限定されるものではなく、他の構成の表示装置であってもよい。例えば、本発明の透明導電性フィルム10および20を用いてもよい。さらに、複数の透明導電性フィルム10、または複数の透明導電性フィルム20を、それぞれ積層して用いてもよい。例えば、透明導電性フィルム10を、透明導電体層14を上にした状態で2枚重ねにして用いてもよい。その場合、上方に位置した透明導電体層14には、図2(a)に示すパターンを形成してもよい。さらに、下方に位置した透明導電体層14には、図2(b)に示すパターンを、(a)のパターンと重なりがでないように形成してもよい。このとき、(a)と(b)のパターンを、電気的接続の方向が交差(直交を含む)するように形成することが好ましい。このように、2枚の透明導電性フィルム10を重ね、2層の透明導電体層14のパターンを組んで構成してもよい。
さらに、タッチパネルには、位置検出の方式により、光学式、超音波式、電磁誘導式、静電容量式、抵抗膜式などがある。本発明の透明導電性フィルムは、いずれの方式のタッチパネルでも使用することができる。中でも、透明導電体層に施されたパターン形状が目立たないため、静電容量式のタッチパネルに好適である。
図6を参照して、本発明の第5の実施の形態に係る透明導電性フィルムの製造方法について説明する。まず、フィルム状の高分子樹脂で形成された透明な基材11の一方の面にウェットコーティング法によりハードコート層12を積層する(S01)。次に、ハードコート層12の基材11側とは反対側の面に必要に応じて透明誘電体層13を積層する(S02)。次に、透明誘電体層13のハードコート層12側とは反対側の面に透明導電体層14を積層する(S03)。最後に、透明導電体層14をパターン化する(S04)。基材11には、2〜250μmの膜厚を有するフィルムを用いる。なお、本製造方法は、硬化性樹脂に無機酸化物を含有させる工程をさらに備える。そのため、ハードコート層12は、無機酸化物を含有した硬化性樹脂で、1.40〜1.90の屈折率および0.5〜6μmの膜厚を有するように形成される。透明誘電体層13は、無機物で、1.30〜1.50の屈折率および10〜50nmの膜厚を有するように形成される。透明導電体層14は、酸化亜鉛、酸化錫、酸化アルミニウム、酸化チタン、酸化インジウム、酸化インジウム錫(ITO)、酸化インジウム亜鉛(IZO)、ガリウム添加酸化亜鉛、フッ素添加酸化錫、アンチモン添加酸化錫、アルミニウム添加酸化亜鉛(AZO)、シリコーン添加酸化亜鉛などの無機酸化物、銀および銅などの金属、カーボンからなる群から選ばれた少なくとも1種で、10nm〜2μmの膜厚を有するように形成される。その後、所定の形状にパターン化される。なお、本製造方法は、ハードコート層をウェットコーティング法により積層するため、毎分数十メートルのライン速度(例えば約20m/分)で積層でき、生産効率を上げることができる。さらに、ハードコート層は、無機酸化物を含有した硬化性樹脂で形成されるため、含有させる無機酸化物の種類や量を調整することでハードコート層の屈折率を容易に調整することができる。
本発明における特性の測定方法および効果の評価方法は次のとおりである。
JIS−K7361に準拠し、日本電色工業(株)製NDH−5000を用いて、全光線透過率を測定した。
JIS−Z8729に準拠し、日本電色工業(株)製SD5000を用いて、パターン部と非パターン部の透過光のL*、a*、b*値を測定し、色差ΔE*を算出した。色差ΔE*は、パターン部と非パターン部のL*、a*、b*値の差、ΔL*、Δa*、Δb*を自乗して足し合わせ、その平方根をとることで算出した(ΔE≧0)。このΔE*の値が小さいほどパターン部が見えにくくなる。
四端子法により、三菱化学アナリテック(株)製MCP−T610を用いて、ITO膜の表面抵抗(Ω/□)を測定した。
透明プラスチック基材11の膜厚は、ニコン製マイクロゲージ式厚み計MF−501にて測定した。その他の層の厚みについては、日立製作所製の走査型電子顕微鏡SU70により断面観察して測定した。
各層の屈折率は、アタゴ社製のアッベ屈折率計を用いて測定した。
黒い板の上に、透明導電性フィルムのサンプルを透明導電体層側が上になるように置き、目視によりパターン部と非パターン部(パターン開口部)の判別ができるか否かを下記基準で評価した。
○:パターン部と非パターン部(パターン開口部)の判別が困難。
△:パターン部と非パターン部(パターン開口部)とをわずかに判別できる。
×:パターン部と非パターン部(パターン開口部)とをはっきりと判別できる。
(ハードコート層塗布液(a1)の調製)
アクリル系紫外線硬化性樹脂(DIC(株)製:ユニディック 17−824−9)100重量部、コロイダルジルコニア(日産化学(株)製:ナノユース OZ−S30K)63重量部とメチルイソブチルケトン460重量部を混合してハードコート層塗布液(a1)を調製した。
アクリル系紫外線硬化性樹脂(DIC(株)製:ユニディック 17−824−9)100重量部、コロイダルジルコニア(日産化学(株)製:ナノユース OZ−S30K)150重量部とメチルイソブチルケトン420重量部を混合してハードコート層塗布液(a2)を調製した。
アクリル系紫外線硬化性樹脂(DIC(株)製:ユニディック17−824−9)100重量部、メチルイソブチルケトン 150重量部を混合してハードコート層塗布液(a3)を調製した。塗布液(a3)は、コロイダルジルコニアを含まない。
(ハードコート層(A1)の形成)
膜厚125μmのポリエチレンテレフタレートフィルム(以下、PETフィルムという)からなる透明プラスチック基材の一方の面に、UV硬化後に膜厚が0.8μmになるように、ハードコート層塗布液(a1)を塗布し、ハードコート層(A1)を形成した。
ハードコート層(A1)が形成されたPETフィルムの、ハードコート層(A1)が形成された面とは反対側の面に、UV硬化後に膜厚1.2μmになるように、ハードコート層塗布液(a1)を、バーコーターを用いて塗布した。以後は、ハードコート層(A1)の形成と同様の方法で形成した。
(ハードコート層(A2)の形成)
ハードコート層塗布液(a1)をハードコート層塗布液(a2)に変えた以外は、実施例1のハードコート層(A1)と同様の操作を行って、ハードコート層(A2)を形成した。ハードコート層(A2)の膜厚は0.9μmであった。
ハードコート層塗布液(a1)をハードコート層塗布液(a2)に変えた以外は、実施例1のハードコート層(B1)と同様の操作を行って、ハードコート層(B2)を形成した。ハードコート層(B2)の膜厚は1.4μmであった。
(ハードコート層(A3)の形成)
ハードコート層塗布液(a1)で用いたアクリル系紫外線硬化性樹脂をアクリレート系紫外線硬化性樹脂(ペルノックス(株)製:ペルトロンXJC−0563−FL)に変えた以外は、実施例1のハードコート層(A1)と同様の操作を行って、ハードコート層(A3)を形成した。ハードコート層(A3)の膜厚は0.8μmであった。
ハードコート層塗布液(a1)で用いたアクリル系紫外線硬化性樹脂をアクリレート系紫外線硬化性樹脂(ペルノックス(株)製:ペルトロンXJC−0563−FL)に変えた以外は、実施例1のハードコート層(B1)と同様の操作を行って、ハードコート層(B3)を形成した。ハードコート層(B3)の膜厚は1.3μmであった。
(ハードコート層(A4)の形成)
ハードコート層塗布液(a1)で用いたアクリル系紫外線硬化性樹脂をアクリレート系紫外線硬化性樹脂(東洋インキ製造(株)製:リオデュラスTYT80−01)に変えた以外は、実施例1のハードコート層(A1)と同様の操作を行って、ハードコート層(A4)を形成した。ハードコート層(A4)の膜厚は0.8μmであった。
ハードコート層塗布液(a1)で用いたアクリル系紫外線硬化性樹脂をアクリレート系紫外線硬化性樹脂(東洋インキ製造(株)製:リオデュラスTYT80−01)に変えた以外は、実施例1のハードコート層(B1)と同様の操作を行って、ハードコート層(B4)を形成した。ハードコート層(B4)の膜厚は1.5μmであった。
(ハードコート層(B5)の形成)
実施例1においてハードコート層(A1)を設けなかったこと以外は、実施例1と同様の操作を行って、ハードコート層(B5)を形成した。ハードコート層(B5)の膜厚は、1.5μmであった。
(ハードコート層(A6)の形成)
ハードコート層塗布液(a1)をハードコート層塗布液(a3)に変えた以外は、実施例1のハードコート層(A1)と同様の操作を行って、ハードコート層(A6)を形成した。ハードコート層(A6)の膜厚は0.8μmであった。
ハードコート層塗布液(a1)をハードコート層塗布液(a3)に変えた以外は、実施例1のハードコート層(B1)と同様の操作を行って、ハードコート層(B6)を形成した。ハードコート層(B6)の膜厚は1.3μmであった。
(SiO2/透明誘電体層の形成)
実施例1〜4および比較例1〜2の透明誘電体層は、ハードコート層(A1)〜(A6)上に、Siターゲット材料を用い、アルゴンおよび酸素の混合ガス雰囲気下で反応性スパッタリング法により形成した。膜厚30nm、屈折率1.45のSiO2の薄膜を得た。
次いで、透明誘電体層上に、酸化インジウム98質量%、酸化錫2質量%のターゲットを用い、スパッタリング法により透明導電体層を形成した。膜厚30nmのITO膜を得た。次いで、ITO膜上に所定のパターン化されたフォトレジスト膜を形成した後、塩酸溶液に浸漬し、ITO膜のエッチングを行い、パターンの形成を行った。ITO膜のパターン化後、このITO膜を150℃、90分間の条件で加熱処理をして、ITO膜部分を結晶化し、実施例1〜4、比較例1〜2の透明導電性フィルムを得た。
実施例5および比較例3は、実施例4および比較例2において透明誘電体層(SiO2)を有さず、透明導電体層を銀で形成したものである。
(銀/透明導電体層の形成)
実施例4および比較例2のハードコート層(A4)および(A6)上に、銀ナノ粒子を含有する塗布液(Silver Nanparticle Ink,シグマ−アルドリッチ ジャパン製)を、バーコーターを用いて塗布した。得られた塗膜を120℃で60秒間乾燥し、透明導電体層を形成した。
実施例6および比較例4は、実施例4および比較例2において透明誘電体層(SiO2)を有さず、透明導電体層をカーボンで形成したものである。
(カーボン/透明導電体層の形成)
実施例4および比較例2のハードコート層(A4)および(A6)上に、カーボンナノ粒子を含有する塗布液(EP TDL−2MIBK,三菱マテリア化成(株))を、バーコーターを用いて塗布した。得られた塗膜を120℃で60秒間乾燥し、透明導電体層を形成した。
11、11’ 基材、透明プラスチック基材
12、12’ ハードコート層
13、13’ 透明誘電体層
14、14’ 透明導電体層
40 画像表示装置
41 画像パネル
42 シールド層
43 タッチパネル
44 保護層
Claims (9)
- フィルム状の高分子樹脂で形成された透明な基材と;
前記基材の一方の面に積層された第1のハードコート層と;
前記第1のハードコート層の前記基材側とは反対側の面に積層された第1の透明誘電体層と;
前記第1の透明誘電体層の前記第1のハードコート層側とは反対側の面に積層された第1の透明導電体層とを備え;
前記基材は、2〜250μmの膜厚を有し、
前記第1のハードコート層は、無機酸化物を含有した架橋構造を有する硬化性樹脂で形成され、1.55〜1.90の屈折率、および0.5〜1.5μmの膜厚を有し、
前記第1の透明誘電体層は、無機物で形成され、1.30〜1.50の屈折率および10〜50nmの膜厚を有し、
前記第1の透明導電体層は、無機酸化物、金属、カーボンからなる群から選ばれた少なくとも1種で形成され、パターン化されているとともに、10nm〜2μmの膜厚を有する、
透明導電性フィルム。 - 前記第1のハードコート層は、1.55〜1.65の屈折率を有し、
前記第1の透明導電体層は、無機酸化物で形成され、10〜30nmの膜厚を有する、
請求項1に記載の透明導電性フィルム。 - 前記基材の他方の面に積層された第2のハードコート層を備え;
前記第2のハードコート層は、硬化性樹脂で形成され、
前記第2のハードコート層の前記基材側とは反対側の面に積層された第2の透明誘電体層と;
前記第2の透明誘電体層の前記第2のハードコート層側とは反対側の面に積層された第2の透明導電体層とを備え;
前記第2のハードコート層は、1.55〜1.90の屈折率、および0.5〜1.5μmの膜厚を有し、
前記第2の透明誘電体層は、無機物で形成され、1.30〜1.50の屈折率および10〜50nmの膜厚を有し、
前記第2の透明導電体層は、無機酸化物、金属、カーボンからなる群から選ばれた少なくとも1種で形成され、パターン化されているとともに、10nm〜2μmの膜厚を有する、
請求項1または請求項2に記載の透明導電性フィルム。 - 前記第2のハードコート層は、前記第1のハードコート層と同一の、無機酸化物および硬化性樹脂で形成された、
請求項3に記載の透明導電性フィルム。 - 前記基材は、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、トリアセチルセルロース、およびポリカーボネートからなる群から選ばれた少なくとも1種で形成され、
前記第1のハードコート層を形成する硬化性樹脂は、紫外線硬化性樹脂であり、
前記第1の透明導電体層は、酸化インジウム錫、酸化インジウム亜鉛、ガリウム添加酸化亜鉛、アルミニウム添加酸化亜鉛、銀、銅、カーボンからなる群から選ばれた少なくとも1種で形成される、
請求項1〜請求項4のいずれか1項に記載の透明導電性フィルム。 - 請求項1〜請求項5のいずれか1項に記載の透明導電性フィルムを有するタッチパネルと;
前記透明導電性フィルムの第1のハードコート層と反対の側に設けられた、画像パネルとを備えた;
画像表示装置。 - フィルム状の高分子樹脂で形成された透明な基材の一方の面にウェットコーティング法により第1のハードコート層を積層する工程と;
前記第1のハードコート層の前記基材側とは反対側の面に第1の透明誘電体層を積層する工程と;
前記第1の透明誘電体層の前記第1のハードコート層側とは反対側の面に第1の透明導電体層を積層する工程と;
前記第1の透明導電体層をパターン化する工程とを備え;
前記基材は、2〜250μmの膜厚を有し、
前記第1のハードコート層は、無機酸化物を含有した架橋構造を有する硬化性樹脂で形成され、1.55〜1.90の屈折率、および0.5〜1.5μmの膜厚を有し、
前記第1の透明誘電体層は、無機物で形成され、1.30〜1.50の屈折率および10〜50nmの膜厚を有し、
前記第1の透明導電体層は、無機酸化物、金属、カーボンからなる群から選ばれた少なくとも1種で形成され、10nm〜2μmの膜厚を有する、
透明導電性フィルムの製造方法。 - 前記第1のハードコート層は、1.55〜1.65の屈折率を有し、
前記第1の透明導電体層は、無機酸化物で形成され、10〜30nmの膜厚を有する、
請求項7に記載の透明導電性フィルムの製造方法。 - 前記基材の他方の面に第2のハードコート層を積層する工程を備え;
前記第2のハードコート層は、硬化性樹脂で形成され、
前記第2のハードコート層の前記基材側とは反対側の面に第2の透明誘電体層を積層する工程と;
前記第2の透明誘電体層の前記第2のハードコート層側とは反対側の面に第2の透明導電体層を積層する工程と;
前記第2の透明導電体層をパターン化する工程とを備え;
前記第2のハードコート層は、1.55〜1.90の屈折率および0.5〜1.5μmの膜厚を有し、
前記第2の透明誘電体層は、無機物で形成され、1.30〜1.50の屈折率および10〜50nmの膜厚を有し、
前記第2の透明導電体層は、無機酸化物、金属、カーボンからなる群から選ばれた少なくとも1種で形成され、10nm〜2μmの膜厚を有する、
請求項7または請求項8に記載の透明導電性フィルムの製造方法。
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