JPS63116128A - 光学変調装置 - Google Patents

光学変調装置

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JPS63116128A
JPS63116128A JP61262460A JP26246086A JPS63116128A JP S63116128 A JPS63116128 A JP S63116128A JP 61262460 A JP61262460 A JP 61262460A JP 26246086 A JP26246086 A JP 26246086A JP S63116128 A JPS63116128 A JP S63116128A
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義浩 鬼束
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の分野〕 本発明は、強誘電性液晶素子の様な電界方向に応じてコ
ントラストを識別することができる光学変調素子の駆動
法に関する。
〔従来技術〕
強誘電性液晶分子の屈折率異方性を利用して偏光素子と
の組み合わせにより透過光線を制御する型の表示素子が
クラーク(C1ark)およびラガーウオル(Lage
rwall )により提案されている(特開昭56−1
07216号公報、米国特許第4367924号明細書
等)。この強誘電性液晶は、一般に特定の温度域におい
て、カイラルスメクチックC相(SmC*)またはH相
(SmH’)を有し、この状態において、加えられる電
界に応答して第1の光学的安定状態と第2の光学的安定
状態のいずれかを取り、且つ電界の印加のないときはそ
の状態を維持する性質、すなわち、双安定性を有し、ま
た電界の変化に対する応答も速やかであり、高速ならび
に記憶型の表示素子としての広い利用が期待されている
前述した強誘電性液晶素子は、例えば英国公開明細書第
2141279号公報に開示された駆動法によって、画
像情報の書込みがなされている。前述の公開公報によれ
ば、強誘電性液晶素子に組込まれた走査線を順次選択し
、第1位相で選択された走査線上の全又は所定数の画素
に該画素の光学状態が一方の光学状態(例えば、“光透
過状態(白)”とする)となる一方極性電圧を印加し、
第2位相で選択された走査線上の全又は所定数の画素の
うち、選択された画素に、該画素の光学状態が他方の光
学状態(例えば、“光遮断状態(黒)”とする)となる
他方極性の電圧を印加することによって線順次走査書込
みが行われる。
〔発明が解決しようとする問題点〕
一般に、強誘電性液晶素子は、クラークらが発表した様
な双安定状態を形成することが難かしく、単安定状態を
形成する傾向が強い。このため、強誘電性液晶素子を用
いた表示パネルに前述の駆動法により静止画像を形成し
た後、電圧を解除することによって静止画像を表示する
場合では、この静止画像が消失してしまう問題点があっ
た。
そこで、前述の問題点を解決するためには、走査線に順
次走査信号を順次印加する所定期間(例えば、1フィー
ルド又は1フレーム)を周期的に逐次繰返すことによっ
て線順次書込みを行う駆動方式(リフレッシュ駆動方式
という)の適用が可能である。つまり、強誘電性液晶パ
ネルに静止画像を書込むに当って、静止画像を生じる情
報信号を逐次周期的に繰返し印加することによって、安
定な静止画像を表示することができる。
しかしながら、この様なリフレッシュ駆動方式で、前述
した第1位相(1ラインクリヤ位相)と第2位相(書込
み位相)での駆動電圧を強誘電性液晶パネルに印加する
と一方極性の実効的なバイアス電圧が液晶材料に印加さ
れ、このために液晶材料に劣化を生じさせたり、表示パ
ネルとしてのスイッチング特性を悪化させていた。又、
このバイアス電圧を小さくした場合では、駆動回路に不
必要に高い電圧が必要となり、駆動回路のコストが高く
なる問題点があった。
従って、本発明は、前述の問題点を解決した光学変調素
子、特に強誘電性液晶素子の様な電界方向に応じてコン
トラストを識別することができる光学変調素子の新規な
駆動法を提供することにある。
〔問題点を解決するための手段及び作用〕本発明は、走
査線とデータ線との交差部で形成した画素をマトリクス
状に配列し、該画素に印加した電圧の電界方向に応じて
該画素が第1の光学状態と第2の光学状態を生じる光学
変調素子の駆動法において、走査線を順次選択し、選択
された走査線上の全又は所定数の画素に、該画素の光学
状態が一方の光学状態となる一方極性の電圧vRを印加
する第1位相と、選択された走査線上の全又は所定数の
画素に、該画素の第1の光学状態を他方の光学状態に反
転させる他方極性の電圧v3と該画素の第1の光学状態
を変えない他方極性の電圧vftとを選択的に印加する
第2位相とを有し、前記選択された走査線上の画素に印
加される単一極性電圧の最小印加時間を△tとし、且つ
前記画素の一方又は他方の光学状態から他方又は一方の
光学状態への反転が飽和した時の電圧を飽和閾値Vsa
tとした時、前記電圧VRの印加時間が最小印加時間△
tを越えた時間を有しているとともに、第2位相で前記
電圧vhを印加する画素に、第1位相の時に印加する電
圧VRの最大振巾vilが絶対値で前記最小印加時間△
tを基準にした飽和閾値Vsatを越えない振巾を有し
ている点、特に所定期間(例えば1フレーム又は1フィ
ールド)での線順次書込みを周期的に逐次繰返すリフレ
ッシュ駆動方式を適用した点に特徴゛を有する光学変調
素子の駆動法である。
〔実施例〕
第1図と第2図は、本発明で用いた駆動法の波形図であ
る。又、第3図は、本発明で用いたマトリクス電極を配
置した強誘電性液晶パネル31の平面図である。第3図
のパネル31には、走査線32とデータ線33とが互い
に交差して配線され、その交差部の走査線32とデータ
線33との間には強誘電性液晶が配置されている。又、
第3図中、34は走査回路、35は走査側駆動電圧発生
回路、36は信号側駆動電圧発生回路、37はラインメ
モリー、38はシフトレジスタを表わしている。
第1図(A)中の88は選択された走査線に印加する選
択走査波形を、SNは選択されていない非選択走査波形
を、■、は選択されたデータ線に印加する選択情報波形
(黒)を、INは選択されていないデータ線に印加する
非選択情報信号(白)を表わしている。又、図中(Is
  Ss)と(IN  S、)は選択された走査線上の
画素に印加する電圧波形で、電圧(Is  Ss)が印
加された画素は黒の表示状態をとり、電圧(r、 −S
S )が印加された画素は白の表示状態をとる。
第1図(B)は第1図(A)に示す駆動波形で第3図に
示す表示を行ったときの時系列波形である。
第1図に示す駆動例では、選択された走査線上の画素に
印加される単一極性電圧の最小印加時間△tが書込み位
相t2の時間に相当し、1ラインクリヤ1.位相の時間
が2Δtに設定されている。この際、本発明では、1ラ
インクリヤ位相t1の好ましい時間を2△t〜10△t
に設定することが可能であるが、特に図示する如(1ラ
インクリヤ位相 tlの時間を2△tに設定するのが適
している。又、第1図に示す駆動例ではlラインクリヤ
位相t、で画素(1,−Sg )に印加される電圧VR
の最大振巾VA (= l  Vsl )と最小印加時
間△tを基準にした飽和閾値Vsatとの間でVj、 
< IVsat lの関係を有しており、好ましくは最
小印加時間△tを基準にした反転閾値Vthとの間でV
ム≦1Vth1、特iニーIVsatl ≦Vil≦1
Vthl (7)関係を有している。さらに、第1図に
示す駆動例では、電圧V6の最大振巾l vs 2 +
VI lとv5.の最大振巾が絶対値で最小印加時間△
tを基準にした飽和閾値Vsat以上に設定され、又電
圧vAの最大振巾l VR lが絶対値で最小印加時間
△tを基準にした反転閾値Vthを越えない値に設定さ
れる。
第1図に示す駆動例では選択された走査線に印加する走
査選択信号は、■3.と一■、2の電圧に設定した交流
電圧(正極性と負極性は、選択されない走に設定されて
いるが本発明ではlvs+l≧1Vs21とすることが
できる。従って、本発明では、1ラインクリヤ位相T1
で画素(Is  Ss)に印加される電圧V貢の最大振
巾v4は、書込み位相t2で印加される電圧Vムの最大
振巾1v11の2倍以上又は3倍以上、好ましくは2倍
又は3倍に設定され、又1ラインクリヤ位相t1で画素
(Is  Ss)に印加される電圧■3の最大振巾VW
は、書込み位相t2で印加される電圧v轟の最大振巾l
 Vs 2 +V 2 lと等しいか又はそれ以上の振
巾に設定することができる。又、本発明では、電圧v轟
の最大振巾を電圧VAの最大振巾の2倍以上、又は3倍
以上、好ましくは2倍又は3倍に設定することができる
本発明の好ましい具体例では、前述した第1図に示す駆
動波形で走査線毎に順次書込むステップ(このステップ
の期間を1フレーム又はlフィールドとする)を周期的
に逐次繰返すことによって、静止画又は動画を表示する
ことができる。
本発明の駆動法では1ラインクリヤ位相t、で画素(I
N −ss )に印加される電圧VRは、その電圧印加
時間を最小印加時間△tを越えた時間(第1図及び第2
図では2Δt)とした時に強誘電性液晶の飽和閾値Vs
atを越える様に設定されている。第6図は、飽和閾値
Vsat及び反転閾値Vthの電圧印加時間依存性を示
す特性図である。第6図中の61は、反転閾値Vthの
特性曲線で、62は飽和閾値Vsatの特性曲線を明ら
かにしている。
尚、本明細書に記載の「反転閾値Vth Jは、一方の
光学状態下にある画素に他方の光学状態を生じる電圧を
印加した時、画素の光学率(透過率又は遮光率)が印加
電圧の上昇に応じて急激な変化を開始した時の電圧であ
って、第4図中に電圧Vthによって表わされる。又、
「飽和閾値Vsat Jは、前述の印加電圧の上昇に応
じた光学率の変化が飽和した時の電圧であつて、第4図
中の電圧Vsatによって表わされる。第5図は、印加
電圧の上昇に応じた画素内の強誘電性液晶の配向状態を
模式的に示したもので、第5図(a)は第4図中の電圧
a、第5図(b)は第4図中の電圧b1第5図(C)は
第4図中の電圧C1第5図(d)は第4図中の電圧d1
第5図(e)は第4図中の飽和閾値電圧Vsatにそれ
ぞれ対応している。第5図(a)〜(e)によれば、印
加電圧の上昇に応じて白のドメイン52に部分的に生じ
ている黒のドメイン51の面積が増大することが明らか
にされている。
第2図は、本発明の別の駆動例を表わしている。
第2図に示す駆動例では、選択された走査線に印加する
走査選択信号&は、■、と一■、の電圧に設定した交流
電圧(正極性と負極性は、選択されない走査線の電位を
基準にした)で、その振巾を等しくした電圧を用いてお
り、データ線から印加する電圧V+(V+)との間テI
Vsl = 21V+l (’)値になる様にそれぞれ
の振巾を設定している。
又、第2図に示す駆動法では、lラインクリヤ位相t1
で画素(I、 −Ss ’)に印加される電圧vRは、
その電圧印加時間を最小印加時間△tの2倍の時間に設
定した時に強誘電性液晶の飽和閾値Vsatを越える様
に設定されているが、こめ電圧もでは波高値−Vsと−
Vs+V+=  V+が異なっており、且つそれぞれの
波高値は最小印加時間△tを基準にした飽和閾値Vsa
tより小さく設定されている。このため、第2図に示す
駆動例では、画素に印加される一方極性の実効的なバイ
アス成分を低い値に抑えることができ、さらに走査選択
信号&で用いた電圧vs(vi)を小さい電圧とするこ
とが可能であるため、走査側駆動回路の耐圧依存性を低
下させることができる。
ところで、例えばテレビ画像のように逐一変化するよう
な画像を表示する場合には、下達する強誘電性液晶素子
の如く記憶型の素子であっても、前述したリフレッシュ
駆動を行う必要がある。リフレッシュ駆動の場合には、
液晶材料の劣化や素子特性の悪化等を考慮すると、極力
実効的バイアス電圧ガ小さいことが望ましい。
本発明者等の実験によれば、リフレッシュ駆動の場合で
はlラインクリヤ位相t1で印加される電圧vll(画
素(1,−Ss )に印加される電圧VR)と書込み位
相t2で印加される電圧VWが必ずしも最小印加時間△
tを基準にした飽和閾値Vsat以上である必要がない
ことが見い出された。即ち、リフレッシュ駆動において
、各フレーム又は各フィールド毎に同一位相の走査選択
信号が繰り返し印加される場合には、電圧VR(画素(
1,−Ss )に印加される電圧vll)とv轟が最小
印加時間△tを基準にした反転閾値Vth以上であれば
十分であることが判明した。
従って、本発明ではリフレッシュ駆動の場合では、走査
選択信号Ssの電圧VR又はvslが絶対値で最小印加
時間△tを基準にした反転閾値Vth以下であってもよ
いことになる。この際、l vs l又はl  VS□
1は、最大振巾VAに相当している。特に、本発明では
、前述した様に vム≧二l Vsat l (Vsatは最小印加時間
△tを基準にした飽和閾値である)に設定するのが好ま
しい。
尚、第4図〜第6図に示す図面は、液晶材料としてエス
テル系の混合液晶であるチッソ社製のrcs1014J
(商品名)を用いた1μmギャップの液晶セルである。
又、液晶セル内には配向制御膜としてラビング処理した
ポリビニルアルコール膜が使用された。
この液晶材料の相転移は以下のとおりであった。
SmC*;カイラルスメクチックC相 SmA  ;スメクチックA相 Ch;コレステリック相 Iso  H等方相 又、第1図及び第2図に示す駆動例で用いた電圧トシテ
ハ、VJ = 15 V 、  vi =  10 V
 、 l±VR1=5V。
1±■51=lOvであったが、この電圧を使用したり
フレッシュ駆動及びメリメモリー駆動(1フレ一ム期間
で書込み後、印加電圧を解除したメモリー状態とした)
で、良好な静止画の表示が得られた。
本発明の駆動法で用いる光学変調物質としては、少なく
とも2つの安定状態をもつもの、特に加えられる電界に
応じて第1の光学的安定状態と第2の光学的安定状態と
のいずれかを取る、すなわち電界に対する双安定状態を
有する物質、特にこのような性質を有する液晶、が用い
られる。
本発明の駆動法で用いることができる双安定性を有する
液晶としては、強誘電性を有するカイラルスメクチック
液晶が最も好ましく、そのうちカイラルスメクチックC
相(SmC*)、又H相(SmH*)の液晶が適してい
る。この強誘電性液晶については、“ル・ジュルナール
・ド・フィシツク・ルーチル” (’Le  Jour
nal  dephysiove  1etter″)
36巻(L−69)、1975年の「フェロエレクトリ
ック・リキッド・クリスタルスJ (rFerroel
ectricLiquid  Crystals J)
 ;“アプライド・フィジックス・レターズ″(“Ap
plied  Physics  Letters”)
36巻(11号) 1980年の「サブミクロン・セカ
ンド・バイスティプル・エレクトロオプティック・スイ
ツチング・イン・リキッド・クリスタルJ (r Su
bmicr。
5econd  B15table  Electro
optic  Switchingin  Liqui
d  Crystals’) ; ”固体物理16 (
141)1981 r液晶」等に記載されており、本発
明ではこれらに開示された強誘電性液晶を用いることが
できる。
より具体的には、本発明法に用いられる強誘電性液晶化
合物の例としては、デシロキシベンジリデン−P′−ア
ミノ−2−メチルブチルシンナメー)−(DOBAMB
C)、ヘキシルオキシベンジリデン−P’−アミノ−2
−クロロプロピルシンナメート(HOBACPC)およ
び4−o−(2−メチル)−ブチルレゾルシリダン−4
′−オクチルアニリン(MBRA8)等が挙げられる。
これらの材料を用いて、素子を構成する場合、液晶化合
物が、SmC*相又はSmH*相となるような温度状態
に保持する為、必要に応じて素子をヒーターが埋め込ま
れた銅ブロック等により支持することができる。
又、本発明では前述のSmC*、 SmH*の他にカイ
ラルスメクチックF相、■相、J相、G相やに相で現わ
れる強誘電性液晶を用いることも可能である。
第7図は、強誘電性液晶セルの例を模式的に描いたもの
である。71aと71bは、In2O3,5n02やI
TO(インジウム−ティン−オキサイド)等の透明電極
がコートされた基板(ガラス板)であり、その間に液晶
分子層72がガラス面に垂直になるよう配向したSmC
*相の液晶が封入されている。太線で示した線73が液
晶分子を表わしており、この液晶分子73は、その分子
に直交した方向に双極子モーメント(P土)74を有し
ている。基板71aと71b上の電極間に一定の閾値以
上の電圧を印加すると、液晶分子73のらせん構造がほ
どけ、双極子モーメント(P土)74はすべて電界、方
向に向くよう、液晶分子73の配向方向を変えることが
できる。液晶分子73は細長い形状を有しており、その
長軸方向と短軸方向で屈折率異方性を示し、従って例え
ばガラス面の上下に互いにクロスニコルの位置関係に配
置した偏光子を置けば、電圧印加極性によって光学特性
が変わる液晶光学変調素子となることは、容易に理解さ
れる。さらに液晶セルの厚さを充分に薄くした場合(例
えば1μ)には、第8図に示すように電界を印加してい
ない状態でも液晶分子のらせん構造は、はどけ、その双
極子モーメントPa又はpbは上向き(84a)又は下
向き(84b)のどちらかの状態をとる。このようなセ
ルに第8図に示す如く一定の閾値以上の極性の異る電界
Ea又はEbを所定時間付与すると、双極子モーメント
は電界Ea又はEbの電界ベクトルに対して上向き84
a又は、下向き84bと向きを変え、それに応じて液晶
分子は第1の安定状態83aかあるいは第2の安定状態
83bの何れか一方に配向する。
このような強誘電性液晶を光学変調素子として用いるこ
との利点は2つある。第1に、応答速度が極めて速いこ
と、第2に液晶分子の配向が双安定状態を有することで
ある。第2の点を例えば第8図によって説明すると、電
界Eaを印加すると液晶分子は第1の安定状態83aに
配向するが、この状態は電界を切っても安定である。又
、逆向きの電界Ebを印加すると、液晶分子は第2の安
定状態83bに配向して、その分子の向きを変えるが、
やはり電界を切ってもこの状態に留っている。又、与え
る電界Eaが一定の閾値を越えない限り、それぞれの配
向状態にやはり維持されている。このような応答速度の
速さと、双安定性が有効に実現されるには、セルとして
は出来るだけ薄い方が好ましく、−般的には0.5μ〜
20μ、特に1μ〜5μが適している。
発明の詳細 な説明したように、本発明によれば前述したクロストー
クのない駆動が可能になるとともに、バイアス電圧を減
少させ、リフレッシュ動作に適した駆動を行うことがで
きる。
【図面の簡単な説明】
第1図(A)及び第2図(A)は本発明で用いた駆動波
形の波形図で、第1図(B)及び第2図(B)はそれを
用いた時の時系列駆動波形図である。第3図は、本発明
で用いた強誘電性液晶装置の平面図である。第4図は画
素に電圧を印加した時の透過光量特性を表わした特性図
で、第5図はその時のドメイン状態を模式的に表わし°
た説明図で、第6図は強誘電性液晶画素の反転闇値と飽
和閾値に対する印加電圧と印加時間依存性を表わした特
性図である。 第7図と第8図は、本発明で用いた強誘電性液晶素子を
模式的に表わした斜視図である。 第1図(A) SN   O− 第z区LA) SN  、O− 第4図 tp刀口tJi(v) 光量/電几のグラフ 第6図 v(VOLt) 第7図 第8区

Claims (19)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)走査線とデータ線との交差部で形成した画素をマ
    トリクス状に配列し、該画素に印加した電圧の電界方向
    に応じて該画素が第1の光学状態と第2の光学状態を生
    じる光学変調素子の駆動法において、走査線を順次選択
    し、選択された走査線上の全又は所定数の画素に、該画
    素の光学状態が一方の光学状態となる一方極性の電圧V
    _Rを印加する第1位相と、選択された走査線上の全又
    は所定数の画素に、該画素の第1の光学状態を他方の光
    学状態に反転させる他方極性の電圧V^2^_Bと該画
    素の第1の光学状態を変えない他方極性の電圧V^1_
    Bとを選択的に印加する第2位相とを有し、前記選択さ
    れた走査線上の画素に印加される単一極性電圧の最小印
    加時間を△tとし、且つ前記画素の一方又は他方の光学
    状態から他方又は一方の光学状態への反転が飽和した時
    の電圧を飽和閾値Vsatとした時、前記電圧V_Rの
    印加時間が最小印加時間△tを越えた時間を有している
    とともに、第2位相で前記電圧V^1_Bを印加する画
    素に、第1位相の時に印加する電圧V_Rの最大振巾V
    ^1_Rが絶対値で前記最小印加時間△tを基準にした
    飽和閾値Vsatを越えない振巾を有することを特徴と
    する光学変調素子の駆動法。
  2. (2)走査線に走査信号を順次印加する所定期間を周期
    的に逐次繰返す特許請求の範囲第1項記載の駆動法。
  3. (3)第2位相で前記電圧V^1_Bを印加する画素に
    、第1位相の時に印加する電圧V_Rの最大振巾をV^
    1_Rとし、且つ第2位相で前記電圧V^2_Bを印加
    する画素に、第1位相の時に印加する電圧V_Rの最大
    振巾をV^2_Rとした時、V^1_R、V^2_Rと
    前記最小印加時間△tを基準にした飽和閾値Vsatと
    の間で V^1_R<|Vsat|≦V^2_R の関係を有している特許請求の範囲第1項記載の駆動法
  4. (4)一方の光学状態にある画素に、他方の光学状態を
    生じる電圧を前記最小印加時間△tで印加した時、画素
    の光学率が印加電圧の上昇に応じて急激な変化を開始す
    る時の電圧を反転閾値Vthとした時、かかる反転閾値
    Vthと前記最大振巾V^1_Rとの間で、 V^1_R≦|Vth| の関係を有している特許請求の範囲第1項記載の駆動法
  5. (5)前記V^1_R、Vthと前記最小印加時間△t
    を基準にした飽和閾値Vsatとの間で 1/3|Vsat|≦V^1_R≦|Vth|の関係を
    有している特許請求の範囲第4項記載の駆動法。
  6. (6)前記電圧V_Rの印加時間が2△t〜10△tで
    ある特許請求の範囲第1項記載の駆動法。
  7. (7)前記電圧V_Rの印加時間が2△tである特許請
    求の範囲第1項記載の駆動法。
  8. (8)前記V^1_Rが電圧V^1_Bの最大振巾の2
    倍以上の振巾である特許請求の範囲第3項記載の駆動法
  9. (9)前記V^1_Rが電圧V^1_Bの最大振巾の3
    倍以上の振巾である特許請求の範囲第3項記載の駆動法
  10. (10)前記V^2_Rが電圧C^2_Bの最大振巾よ
    り大きい振巾である特許請求の範囲第3項記載の駆動法
  11. (11)前記V^2_Rが電圧V^2_Bの最大振巾と
    等しい振巾である特許請求の範囲第3項記載の駆動法。
  12. (12)前記電圧V^2_Bの最大振巾が前記電圧V^
    1_Bの最大振巾の2倍以上の振巾である特許請求の範
    囲第1項記載の駆動法。
  13. (13)前記電圧V^2_Bの最大振巾が前記電圧V^
    1_Bの最大振巾の3倍以上の振巾である特許請求の範
    囲第1項記載の駆動法。
  14. (14)走査線とデータ線との交差部に、電圧の電界方
    向に応じて第1の安定状態と第2の安定状態を生じる光
    学変調物質が配置されている特許請求の範囲第1項記載
    の駆動法。
  15. (15)前記光学変調物質が強誘電性液晶である特許請
    求の範囲第14項記載の駆動法。
  16. (16)前記強誘電性液晶がカイラルスメクチツク液晶
    である特許請求の範囲第15項記載の駆動法。
  17. (17)前記カイラルスメクチツク液晶の膜厚がらせん
    構造を消失するのに十分に薄い膜厚に設定されている特
    許請求の範囲第16項記載の駆動法。
  18. (18)前記カイラルスメクチツク液晶がカイラルスメ
    クチツクC又はH液晶である特許請求の範囲第17項記
    載の駆動法。
  19. (19)前記所定周期が1フレーム又は1フィールドで
    ある特許請求の範囲第2項記載の駆動法。
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