JP6155767B2 - パターン位相差フィルムの製造方法及びパターン位相差フィルムの露光装置 - Google Patents

Description

本発明は、パッシブ方式による３次元画像表示装置に係るパターン位相差フィルムに関するものである。

近年、パッシブ方式により３次元画像を表示する画像表示装置が提供されている。ここで図７は、液晶表示パネルを使用したパッシブ方式の画像表示装置を示す概略図である。パッシブ方式の画像表示装置は、垂直方向又は水平方向（この図７の例では、垂直方向）に連続する液晶表示パネルの画素を、順次交互に、右目用及び左目用に割り当て、それぞれ右目用及び左目用の画像データで駆動し、これにより右目用の画像と左目用の画像とを同時に表示する。また液晶表示パネルのパネル面（視聴者側面）にパターン位相差フィルムを配置し、右目用の画素及び左目用の画素からの直線偏光による出射光を、右目用及び左目用で方向の異なる円偏光に変換する。これによりパッシブ方式では、対応する偏光フィルタを備えてなる眼鏡を装着して、右目用の画像と左目用の画像とをそれぞれ選択的に視聴者の右目及び左目に提供し、３次元画像を表示する。

このためパターン位相差フィルムは、液晶表示パネルにおける画素の設定に対応して、遅相軸方向（屈折率が最大となる方向）が直交する２種類の帯状領域が順次交互に形成される。これによりパッシブ方式では、対応する偏光フィルタを備えてなる眼鏡を装着して、右目用の画像と左目用の画像とをそれぞれ選択的に視聴者の右目及び左目に提供する。なおここでこの隣接する帯状領域の遅相軸方向は、通常、水平方向に対して、＋４５度と−４５度、又は０度と＋９０度の組み合わせが採用される。なおこの図７の例では、通常の画像表示装置における呼称に習って画面の長辺方向を水平方向として示す。

このパッシブ方式は、応答速度の遅い画像表示装置でも適用することができ、さらにパターン位相差フィルムと円偏光メガネとを用いた簡易な構成で３次元表示することができる。なおパッシブ方式の画像表示装置では、図７の例による垂直方向に代えて、水平方向に連続する画素を順次交互に右目用及び左目用に振り分ける方法も採用される。

このパッシブ方式に係るパターン位相差フィルムは、画素の割り当てに対応して透過光に位相差を与えるパターン状の位相差層が必要である。このパターン位相差フィルムに関して、特許文献１には、配向規制力を制御した光配向層をガラス基板上に形成し、この光配向層により液晶の配列をパターンニングして位相差層を作成する方法が開示されている。また特許文献２には、レーザーの照射によりロール版の周側面に微細な凹凸形状を形成し、この凹凸形状を転写してパターン状に配向規制力を制御した光配向層を作製する方法が開示されている。

このようなパターン位相差フィルムは、画像表示パネルにおける画素の設定に対応した帯状領域を精度良く作成することが必要である。具体的に、この帯状領域の境界幅が大きくなったり、ばらついたりすると、光漏れやピッチズレを生じる。なおピッチズレとは、画像表示パネルにおける画素の並びに対して、パターン位相差フィルムにおける領域の並びがずれる現象である。これら光漏れ、ピッチズレが著しくなると、画像表示装置では、クロストーク、色ずれ等の弊害が発生することになる。なおクロストークは、視聴者の右目及び左目にそれぞれ選択的に供給すべき画像表示パネルの出射光が、これとは逆に左目及び右目に漏れ込む現象である。３次元画像表示では、クロストークが激しくなると著しく立体感が損なわれることになる。

特開２００５−４９８６５号公報 特開２０１０−１５２２９６号公報

本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであり、パッシブ方式の画像表示装置に適用されるパターン位相差フィルムに関して、画像表示パネルの画素の設定に対応する帯状領域を高い精度により作成することを目的とする。

本発明者は、上記課題を解決するために鋭意研究を重ね、光配向膜の作製に供する露光用のマスクについて、マスクと露光対象との間隔を小さくすると共に、マスクに設けられたスリットの長さを制限するとの着想に至り、本発明を完成するに至った。

（１） 長尺による透明フィルム材を搬送しながら順次処理してパターン位相差フィルムを作製するパターン位相差フィルムの製造方法において、
前記透明フィルム材に、光配向材料膜を作製する光配向材料膜作製工程と、
マスクを用いた前記光配向材料膜の露光処理により、光配向の手法を適用して配向膜を作製する露光工程と、
前記配向膜の上に、右目用の透過光に対応する位相差を与える右目用の領域と、左目用の透過光に対応する位相差を与える左目用の領域とによる位相差層を作製する位相差層作製工程とを備え、
前記露光工程は、
搬送用のロールにより前記透明フィルム材を搬送しながら、前記搬送用のロールに対抗するように保持した前記マスクを使用して露光処理し、
前記マスクには、
前記光配向材料膜の露光に供するスリットであって、前記透明フィルム材の搬送方向に延長するスリットが、延長方向と直交する方向に繰り返し形成され、
前記マスクと前記搬送用のロールとの間隔が１００μｍ以上、３００μｍ以下であり、
前記スリットの長さが５ｍｍ以上、５０ｍｍ以下であり、
前記搬送用のロールの直径が、１００ｍｍ以上、５００ｍｍ以下であるようにする。

（１）によれば、スロットの中央においても、スロットの上下端にあっても、スロットの透過光が大きく広がらないうちに露光に供することができ、これにより境界幅のばらつきを低減すると共に、境界幅が大きくならないようにすることができ、その結果、画像表示パネルの画素の設定に対応する帯状領域を高い精度により作成することができる。

（２） （１）において、
前記露光工程は、
線膨張係数が０〜１２．４×１０^-6／℃以下の材料による枠体により前記マスクを保持する。

（２）によれば、露光により温度上昇した場合でも、枠体の熱膨張によるマスクの反り等を防止しして、マスクと露光対象との間隔が変化しないようにすることができ、その結果、一段と精度を向上することができる。

（３）光配向材料膜が作成された長尺による透明フィルム材を搬送しながら露光処理してパターン位相差フィルムの生産に使用されるパターン位相差フィルムの露光装置において、
搬送用のロールにより前記透明フィルム材を搬送しながら、前記搬送用のロールに対抗するように保持したマスクを使用して露光処理し、
前記マスクには、
前記光配向材料膜の露光に供するスリットであって、前記透明フィルム材の搬送方向に延長するスリットが、延長方向と直交する方向に繰り返し形成され、
前記マスクと前記搬送用のロールとの間隔が１００μｍ以上、３００μｍ以下であり、
前記スリットの長さが５ｍｍ以上、５０ｍｍ以下であり、
前記搬送用のロールの直径が、１００ｍｍ以上、５００ｍｍ以下である。

（３）によれば、スロットの中央においても、スロットの上下端にあっても、スロットの透過光が大きく広がらないうちに露光に供することができ、これにより境界幅のばらつきを低減すると共に、境界幅が大きくならないようにすることができ、その結果、画像表示パネルの画素の設定に対応する帯状領域を高い精度により作成することができる。

（４） （３）において、線膨張係数が０〜１２．４×１０^-6／℃以下の材料による枠体により前記マスクを保持する。

（４）によれば、露光により温度上昇した場合でも、枠体の熱膨張によるマスクの反り等を防止しして、マスクと露光対象との間隔が変化しないようにすることができ、その結果、一段と精度を向上することができる。

パッシブ方式の画像表示装置に適用されるパターン位相差フィルムに関して、画像表示パネルの画素の設定に対応する帯状領域を高い精度により作成することができ、光漏れやピッチズレを十分に低減することができる。

パッシブ方式による画像表示装置におけるスジの確認結果を示す図である。 図１のパターン位相差フィルムの製造工程を示すフローチャートである。 図２の露光工程の説明に供する図である。 図２の露光工程に使用するマスクを示す図である。 露光工程の説明に供する図である。 パターン位相差フィルムの境界の説明に供する図である。 パッシブ方式による３次元画像表示の説明に供する図である。

〔第１実施形態〕
図１は、本発明の第１実施形態に係るパターン位相差フィルムを示す図である。この第１実施形態に係る画像表示装置は、垂直方向（図１においては左右方向）に連続する液晶表示パネルの画素が、順次交互に、右目用の映像を表示する右目用画素、左目用の映像を表示する左目用画素に振り分けられて、それぞれ右目用及び左目用の画像データで駆動される。これにより画像表示装置は、右目用の映像を表示する帯状の領域と、左目用の映像を表示する帯状の領域とに表示画面が交互に区分され、右目用の映像と左目用の映像とを同時に表示する。この画像表示装置は、この液晶表示パネルのパネル面に、この図１に示すパターン位相差フィルム１が配置され、このパターン位相差フィルム１により右目用及び左目用の画素からの出射光にそれぞれ対応する位相差を与える。これによりこの画像表示装置は、パッシブ方式により所望の立体画像を表示する。

パターン位相差フィルム１は、例えばトリアセチルセルロース等の透明フィルム材による基材２に配向膜３、位相差層４が順次作製される。パターン位相差フィルム１は、位相差層４が液晶材料により形成され、この液晶材料の配向を配向膜３の配向規制力によりパターンニングする。なおこの液晶分子の配向を図１では細長い楕円により示す。このパターンニングにより、パターン位相差フィルム１は、液晶表示パネルにおける画素の割り当てに対応して、一定の幅により、右目用の領域Ａと、左目用の領域Ｂとが順次交互に帯状に形成され、右目用及び左目用の画素からの出射光にそれぞれ対応する位相差を与える。

パターン位相差フィルム１は、光配向材料による光配向材料膜が作製された後、いわゆる光配向の手法によりこの光配向材料膜に直線偏光による紫外線を照射して配向膜３が形成される。ここでこの光配向材料膜に照射する紫外線は、その偏光の方向が右目用の領域Ａと左目用の領域Ｂとで９０度異なるように設定され、これにより位相差層４に設けられる液晶材料に関して、右目用の領域Ａ及び左目用の領域Ｂとで対応する向きに液晶分子を配向させ、透過光に対応する位相差を与える。

図２は、このパターン位相差フィルム１の製造工程を示すフローチャートである。パターン位相差フィルム１の製造工程は、ロールに巻き取った長尺フィルムにより基材２が提供され、この基材２をロールより送り出して光配向材料膜が順次作製される（ステップＳＰ１−ＳＰ２）。ここで光配向材料膜は、各種の製造方法を適用することができるものの、この実施の形態では、光配向材料をベンゼン等の溶媒に分散させた成膜用液体をダイにより塗布した後、乾燥して作製される。なお光配向材料は、光配向の手法を適用可能な各種の材料を適用することができるものの、この実施形態では、一旦配向した後には、紫外線の照射によって配向が変化しない、例えば光２量化型の材料を使用する。なおこの光２量化型の材料については、「M.Schadt, K.Schmitt, V. Kozinkov and V. Chigrinov : Jpn. J. Appl.Phys.,
31, 2155 (1992)」、「M. Schadt, H. Seiberle and A.
Schuster : Nature, 381, 212 (1996)」等に開示されており、例えば「ROP-103」の商品名により既に市販されている。

続いてこの製造工程は、露光工程により紫外線を照射して光配向膜が作製される（ステップＳＰ３）。続いてこの製造工程は、位相差層作製工程において、ダイ等により液晶材料を塗布した後、紫外線の照射によりこの液晶材料を硬化させ、位相差層４が作製される（ステップＳＰ４）。続いてこの製造工程は、必要に応じて反射防止膜の作製処理等を実行した後、切断工程において、所望の大きさに切り出してパターン位相差フィルム１が作製される（ステップＳＰ５−ＳＰ６）。

図３は、この露光工程の詳細を示す図である。この製造工程は、右目用の領域Ａ又は左目用の領域Ｂに対応する部位を遮光したマスク１６を介して、直線偏光による紫外線（偏光紫外線）を照射することにより、遮光されていない側の、左目用の領域Ｂ又は右目用の領域Ａについて、光配向材料膜を所望の方向に配向させる（図３（Ａ））。これによりこの製造工程は、１回目の露光処理を実行する。続いてこの製造工程は、１回目の露光処理とは偏光方向が９０度異なる直線偏光により紫外線を全面に照射し、１回目の露光処理で未露光の、右目用の領域Ａ又は左目用の領域Ｂについて、光配向材料膜を所望の方向に配向させる（図３（Ｂ））。これによりこの製造工程では、２回の露光処理により、右目用の領域Ａと左目用の領域Ｂとを順次露光処理して配向膜３を作製する。

図４は、１回目の露光処理に供するマスクを示す平面図である。マスク１６は、長尺による基材２の幅により形成され、この基材２の搬送方向に延長する細長い矩形の形状によるスリットが一定の間隔で順次設けられる。これによりこの製造工程では、このスリットの下を基材２が搬送されている期間の間、光源からの光を基材２に照射し、１回目の露光処理を実行する。ここでマスク１６は、石英ガラス等による透明板状支持部材１６Ａの表面に、クロム等による遮光部１６Ｂを設けて作成される（図５参照）。

図５は、このマスク１６を使用した露光工程に使用される露光装置を示す図である。なおこの図５においては、露光に供する光を矢印により示す。この露光装置２０は、搬送用、露光用のロールであるバックアップロール２１に巻きつけて基材２を搬送する。この露光装置２０は、このバックアップロール２１に対向するように、マスクホルダ２２によりマスク１６が保持される。マスクホルダ２２は、透明板状支持部材１６Ａを保持することによりマスク１６を保持する枠体であり、この実施形態では線膨張係数の小さなマイクログラナイトにより構成される。このように線膨張係数の小さな材料によりマスクホルダ２２を構成することにより、この実施形態では、紫外線の照射によりマスク１６の温度が大きく変化した場合でも、マスク１６に反り等の変形が発生しないようにし、これによりマスク１６とバックアップロール２１表面との距離が変化しないようにする。なおマスクホルダ２２については、線膨張係数が０〜１２．４×１０^-6／℃以下の材料であれば種々の材料を適用することができ、例えばマイクログラナイトに代えて、インバー、スーパーインバー、コバルト、石英ガラス、セラミックスを適用しても良い。

マスク１６は、スリットの長手方向のほぼ中央部において、マスク１６の表面からの鉛直線が、バックアップロール２１の回転軸とほぼ交差するように配置される。これによりマスク１６は、このマスク１６の表面からの鉛直方向によりバックアップロール２１の表面までの距離を見た場合、スリットの中央部分で最もバックアップロール２１の表面までの距離が小さくなり、スリットの上下端で最もバックアップロール２１の表面までの距離が大きくなるように保持される。なおバックアップロール２１は、クーリングロールと呼ばれ、紫外線の照射による温度上昇を低減する冷却用のパイプ等が配置されている。

露光装置２０は、ランプユニット２３から射出される紫外線を、ミラーユニット２４、直線偏光板２５、ミラーユニット２６を介してマスク１６に導き、このマスク１６の透過光により露光処理する。ここでランプユニット２３は、このバックアップロール２１の回転軸に沿った方向に紫外線照射用のランプが並んで配置され、これによりバックアップロール２１の回転軸方向にほぼ均一な光量により露光用の紫外線を射出する。ミラーユニット２４は、バックアップロール２１の回転軸方向に沿って延長するミラー２４Ａにより、このランプユニット２３から出射される紫外線の光路をほぼ９０度折り曲げて出射し、直線偏光板２５は、この露光装置２０の露光処理に係る領域Ａ又は領域Ｂに対応する偏光面によりこのミラーユニット２４からの出射光を出射する。ミラーユニット２６は、ミラー２６Ａにより、直線偏光板２５から出射される紫外線の光路をほぼ９０度折り曲げてマスク１６に向けて出射する。ここでミラー２６Ａは、バックアップロール２１の回転軸方向が延長方向であるシリンドリカル凹面鏡であり、これによりバックアップロール２１の回転軸方向と直交する方向について、出射光の発散を低減して出射する。

ところでこのようにしてバックアップロール２１の回転軸方向に沿ってランプを並べたランプユニット２３からの出射光をミラー２６Ａ等を介してマスク１６に導く場合、理想的な平行光線により露光に供する光をマスク１６に導くことは困難であり、マスク１６の出射光にあっては、ある程度発散することになる。またさらにマスク１６におけるスリットの並び方向がランプユニット２３におけるランプの並び方向であることにより、マスク１６からの出射光は、ランプの並び方向であるこの回転軸に沿った方向で、透過光の発散の程度が変化することになる。

これにより図６に示すように、パターン位相差フィルム１においては、右目用領域Ａと左目用領域Ｂとの間の境界３６の幅がばらつくことになる。ここでパターン位相差フィルム１は、クロスニコル配置による直線偏光板により挟持し、右目用領域Ａ、左目用領域Ｂを消光位に設定した場合、境界３６で光が透過する。これによりこの境界３６の幅がばらつき、さらには大きくなると、パターン位相差フィルムの精度が低下して光漏れやピッチズレを生じ、その結果、クロストーク等が著しくなる。

そこでこの実施形態では、マスク１６とバックアップロール２１との間隔を小さくし、これによりマスク１６から出射した光が大きく広がらないうちに露光に供するようにする。しかしながら単純にマスク１６とバックアップロール２１との間隔を小さくしただけでは、露光処理に供する基材２がマスク１６に接触する恐れもある。そこでこの実施形態では、基材２がマスク１６に接触しない範囲で、マスク１６とバックアップロール２１との間隔を小さくし、十分に生産性を確保した上で、境界幅の増大、ばらつきを低減する。

より具体的に、マスク１６とバックアップロール２１との間隔が１００μｍより小さいと、マスク１６に基材２が接触する恐れがある。またこの間隔が５００μｍ以上になると、と出射した光が大きく広がり、境界幅の増大、ばらつきが著しくなる。

また単に露光対象とマスクとの間隔を小さくしても、スリットの上下端では、バックアップロール２１の回転軸方向で露光に供する光の広がりが大きく異なることになる。しかしながら単純に、スリットの長さＨを短くしたのでは、露光に供する光量が不足することになる。これによりこの実施形態では、露光に供する光の光量を十分に確保可能な範囲で、スリットの長さＨ（図４参照）も制限し、これによりさらに一段と境界幅の増大、ばらつきを低減し、帯状領域の作製精度を向上させる。

より具体的に、スリットの長さＨが５０ｍｍより大きくなると、スリットの上下端で露光に供する光の広がりが大きくなり、その結果、境界幅の増大、ばらつきが著しくなる。しかしながらスリットの長さＨが５ｍｍより短くなると、露光に供する光量が不足することになる。

なおこれらのマスク１６とバックアップロール２１との間隔、スリットの長さＳにあっては、バックアップロール２１が直径１００ｍｍ以上、５００ｍｍ以下であることを前提としたものである。バックアップロールは、露光処理対象である基材への張力を一定値に安定に保って生産性を向上させる観点等より、直径１００ｍｍ以上、５００ｍｍ以下であることが必要である。

これらによりバックアップロール２１にあっては、直径１００ｍｍ以上、５００以下のものを適用して、マスク１６とバックアップロール２１との間隔を１００μｍ以上、３００μｍ以下に設定し、さらにマスクにおけるスリット長Ｈを５ｍｍ以上、５０ｍｍ以下に設定して、実用上十分に境界幅を小さくし、さらには境界幅のばらつきを小さくすることができる。

なお境界幅は、クロスニコル配置による直線偏光板によりパターン位相差フィルムを挟持して領域Ａ及び領域Ｂを消光位に設定した状態で、領域Ａ及びＢを横切るように走査して透過光量のピーク値を検出するようにして、透過光量がこのピーク値の５％程度の光量となる部位間の距離により検出した。

具体的にこの実施形態では、直径１００ｍｍのバックアップロール２１に対して、マスク１６とバックアップロール２１との間隔（スリットのほぼ中央部分）を２００μｍに設定し、スリットの長さＨを１０ｍｍに設定した。これにより実用上十分な精度によりパターン位相差フィルムを作製することができる。

またこのようにして境界幅の境界の計測に供したパターン位相差フィルムを液晶表示パネルに配置し、３次元画像表示時に見て取られるスジの強度を判定して実用に供するか否か判定した。ここでこの実施形態に係る条件により作製した場合、パターン位相差フィルム１においては、境界幅の平均値１６．７μｍであり、境界幅の相対標準偏差値（標準偏差／平均値）が８．０％であり、十分に実用に供することが判った。因みに、マスクホルダ２２の材質を、線膨張係数の大きな材料（ステンレス）に戻したところ、境界幅の平均値１７．５μｍとなり、境界幅の相対標準偏差値（標準偏差／平均値）が８．４％となり、この場合、厳しい判定によれば実用に供し得ないことが判った。

なお境界幅の相対標準偏差値が、８．２〜１３．６％の範囲については、画像表示パネルに配置する際の位置決め精度を各段的に向上させることにより、スジが判らないようにすることができるものの、このように位置決め精度を各段的に向上させる場合には、生産性が著しく低下し、これにより実用に供し得ないのである。また境界幅の相対標準偏差値が、1３．６％より大きくなると、位置決め精度を向上しても、スジの発生を避け得ず、これにより実用に供し得なくなる。これにより境界幅の相対標準偏差値は、８．２％より小さいことが望まれる。

これによりこの実施形態において、パターン位相差フィルム１は、境界幅の平均値１６．７μｍ、境界幅の相対標準偏差値（標準偏差／平均値）８．０％により作成されて、十分に高い精度により作成される。

〔他の実施形態〕
以上、本発明の実施に好適な具体的な構成を詳述したが、本発明は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、上述の実施形態の構成を種々に組み合わせたり、変更したりすることができる。

すなわち上述の実施形態では、マスクを使用した露光処理の後、全面を露光処理して光配光膜を作製する場合について述べたが、本発明はこれに限らず、これとは逆に全面を露光処理した後、マスクを使用して露光処理して光配光膜を作製する場合、さらにはマスクを使用した露光処理の繰り返しにより光配光膜を作製する場合等に広く適用することができる。

また上述の実施形態では、線膨張係数の小さな材料によりマスクホルダを作製する場合について述べたが、本発明はこれに限らず、実用上十分な特性を確保することができる場合には、通常の材料によるマスクホルダを適用してもよい。

１ パターン位相差フィルム
２ 基材
３ 配光膜
４ 位相差層
１６ マスク
２０ 露光装置
２１ バックアップロール
２２ マスクホルダ
２３ ランプユニット
２４、２６ ミラーユニット
２５ 直線偏光板

Claims (2)

1. 長尺による透明フィルム材を搬送しながら順次処理してパターン位相差フィルムを作製するパターン位相差フィルムの製造方法において、
   前記透明フィルム材に、光配向材料膜を作製する光配向材料膜作製工程と、
   マスクを用いた前記光配向材料膜の露光処理により、光配向の手法を適用して配向膜を作製する露光工程と、
   前記配向膜の上に、右目用の透過光に対応する位相差を与える右目用の領域と、左目用の透過光に対応する位相差を与える左目用の領域とによる位相差層を作製する位相差層作製工程とを備え、
   前記露光工程は、
   搬送用のロールにより前記透明フィルム材を搬送しながら、前記搬送用のロールに対抗するように保持した前記マスクを使用して露光処理し、
   前記マスクには、
   前記光配向材料膜の露光に供するスリットであって、前記透明フィルム材の搬送方向に延長するスリットが、延長方向と直交する方向に繰り返し形成され、
   前記マスクと前記搬送用のロールとの間隔が１００μｍ以上、３００μｍ以下であり、
   前記スリットの長さが５ｍｍ以上、５０ｍｍ以下であり、
   前記搬送用のロールの直径が、１００ｍｍ以上、５００ｍｍ以下であり、
   前記露光工程は、
   線膨張係数が０〜１２．４×１０ ^−６ ／℃以下のマイクログラナイトによる枠体により前記マスクを保持する
   パターン位相差フィルムの製造方法。
2. 光配向材料膜が作成された長尺による透明フィルム材を搬送しながら露光処理してパターン位相差フィルムの生産に使用されるパターン位相差フィルムの露光装置において、
   搬送用のロールにより前記透明フィルム材を搬送しながら、前記搬送用のロールに対抗するように保持したマスクを使用して露光処理し、
   前記マスクには、
   前記光配向材料膜の露光に供するスリットであって、前記透明フィルム材の搬送方向に延長するスリットが、延長方向と直交する方向に繰り返し形成され、
   前記マスクと前記搬送用のロールとの間隔が１００μｍ以上、３００μｍ以下であり、
   前記スリットの長さが５ｍｍ以上、５０ｍｍ以下であり、
   前記搬送用のロールの直径が、１００ｍｍ以上、５００ｍｍ以下であり、
   線膨張係数が０〜１２．４×１０ ^−６ ／℃以下のマイクログラナイトによる枠体により前記マスクを保持する
   パターン位相差フィルムの露光装置。
   

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