JPWO2005050300A1 - 液晶表示装置 - Google Patents
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Abstract
Description
この問題を解決するため、液晶セルの設計自体を改良する手法が検討され、その一つに、インプレーンスイッチングモードの液晶表示装置が考案された(例えば、特許文献1)。この方式によると、他のモードの液晶表示装置と比較した場合、視野角は向上する。しかしながら、この方式においては、液晶セル中の液晶分子に起因した視野角の悪化現象は比較的解消されているものの、観察角度によっては偏光板の配置がクロスニコル配置からずれ、これが要因で光漏れが発生して視野角が低下する現象が起きる。加えて、前記液晶セル中の液晶分子に起因した視野角の狭さについても未だ改善の余地がある。このために、インプレーンスイッチングモードの液晶表示装置に光学補償手段を加えて、画面のコントラストの低下を防止する試みがなされている。
例えば、インプレーンスイッチングモードの液晶表示装置に、液晶セルと少なくとも一方の偏光板との間に光学補償シートが配置され、該光学補償シートが光学的に負の一軸性を有し、かつその光軸が該シート面に対して平行である液晶表示装置が提案されている(特許文献2)。
また、別のインプレーンスイッチングモードの液晶表示装置として、第1偏光板、光学補償フィルム、第1基板、液晶層、第2基板、第2偏光板をこの順序で配置し、偏光板の一方が液晶層の黒表示時に液晶遅相軸に対して平行な透過軸を有し、光学補償フィルムが有するフィルム遅相軸と偏光板の一方が有する透過軸とが形成する角度が0〜2°又は88〜90°である液晶表示装置が提案されている(特許文献3)。
しかし、これらの手段によっても、どの方向から見ても均質で高いコントラストを有する液晶表示装置を得るにはまだ不十分でありさらなる改善が求められている。
すなわち、本発明は、
(1)それぞれの吸収軸がたがいに略垂直の位置関係にある出射側偏光子及び入射側偏光子から構成される一対の偏光子の間に、少なくとも光学異方体及び液晶セルを有するインプレーンスイッチングモードの液晶表示装置であって、波長550nmの光で測定した前記光学異方体の面内の遅相軸方向の屈折率をnx、面内の遅相軸と面内で直交する方向の屈折率をny、厚さ方向の屈折率をnzとしたとき、nz>nx>nyであり、光学異方体の面内の遅相軸が近傍に配置されている方の偏光子の吸収軸と略平行又は略垂直の位置関係にあることを特徴とする液晶表示装置、
(2)出射側偏光子の吸収軸が電圧無印加状態の液晶セルの、液晶の面内の遅相軸と平行の位置関係にあり、光学異方体が、液晶セルと出射側偏光子との間に配置されてなる請求項1記載の液晶表示装置、
(3)光学異方体の面内の遅相軸が、電圧無印加状態の液晶セルの液晶の面内の遅相軸と略垂直の位置関係にある(1)又は(2)記載の液晶表示装置、
(4)光学異方体が、固有複屈折値が負である材料を含む層からなることを特徴とする(1)〜(3)のいずれか1項に記載の液晶表示装置、
(5)光学異方体が、層の少なくとも片面に透明な樹脂を積層してなる(1)〜(4)のいずれか1項に記載の液晶表示装置、
(6)透明な樹脂が、脂環式構造を有する重合体樹脂である(5)記載の液晶表示装置、
(7)光学異方体の残留揮発成分含有量が、0.1重量%以下である(1)〜(6)のいずれか1項に記載の液晶表示装置、及び、
(8)前記液晶表示装置の視認側偏光子の保護フィルムが、エアロゲルから構成される屈折率が1.36以下の低屈折率層を有する(1)〜(7)のいずれか1項に記載の液晶表示装置、
を提供するものである。
さらに本発明の好ましい態様として、
(9)それぞれの透過軸が互いに略垂直の位置関係にある一対の偏光子の間に、少なくとも光学異方体及び液晶セルを有する液晶表示装置であって、光学異方体が固有複屈折率値が負である材料層からなり、光学異方体の面内の遅相軸が近接する偏光子の透過軸と略平行又は略垂直の位置関係にあることを特徴とする液晶表示装置、
が挙げられる。
さらに、固有複屈折値が負である材料からなる層は、その両側に、接着性樹脂層を介して他の材料からなる層を積層した積層体とする構成が好ましい。これにより、強度が低く単独では延伸が困難な固有複屈折値が負である材料からなる層であっても、複屈折が発現しやすい温度で、延伸が可能となり、破断することなく、生産性よく、層全面に渡って均質な位相差を有する光学異方体を得ることができる。
本発明において、揮発性成分は、光学異方体に微量含まれる分子量200以下の物質であり、例えば、残留単量体や溶媒などが挙げられる。揮発性成分の含有量は、光学異方体に含まれる分子量200以下の物質の合計として、光学異方体をガスクロマトグラフィーにより分析することにより定量することができる。
遅相軸のバラツキは、遅相軸を数点測定したときの測定値の算術平均値に対する各測定値のバラツキとする。
偏光子の保護フィルムとしては、適宜な透明フィルムを用いることができる。中でも、透明性や機械的強度、熱安定性や水分遮蔽性等に優れるポリマーからなるフィルム等が好ましく用いられる。そのポリマーの例としては、脂環式構造を有する重合体、ポリオレフィン重合体、ポリカーボネート重合体、ポリエチレンテレフタレートの如きポリエステル重合体、ポリ塩化ビニル重合体、ポリスチレン重合体、ポリアクリロニトリル重合体、ポリスルフォン重合体、ポリエーテルスルフォン重合体、ポリアリレート重合体、トリアセチルセルロースの如きアセテート重合体、(メタ)アクリル酸エステル−ビニル芳香族化合物共重合体等を挙げることができる。特に、透明性、軽量性の観点から、トリアセチルセルロース、ポリエチレンテレフタレート、脂環式構造を有する重合体樹脂が好ましく、寸法安定性、膜厚制御性の観点からポリエチレンテレフタレート、脂環式構造を有する重合体樹脂がさらに好ましい。さらに、本発明に用いる光学異方体は、偏光子の保護フィルムを兼ねることができ、液晶表示装置の薄型化が可能である。
接着剤又は粘着剤としては、例えば、アクリル系、シリコーン系、ポリエステル系、ポリウレタン系、ポリエーテル系、ゴム系等が挙げられる。これらの中でも、耐熱性や透明性等の観点から、アクリル系のものが好ましい。
積層方法としては、公知の方法が挙げられ、例えば、光学異方体及び偏光子をそれぞれ所望の大きさに切り出して積層する方法;長尺状の光学異方体及び長尺状の偏光子をロールトゥーロール法で積層する方法;が挙げられる。
ノルボルネン系重合体としては、具体的にはノルボルネン系モノマーの開環重合体、ノルボルネン系モノマーと開環共重合可能なその他のモノマーとの開環共重合体、及びそれらの水素添加物、ノルボルネン系モノマーの付加重合体、ノルボルネン系モノマーと共重合可能なその他のモノマーとの付加型共重合体などが挙げられる。これらの中でも、透明性の観点から、ノルボルネン系モノマーの開環(共)重合体水素添加物が最も好ましい。
上記の脂環式構造を有する重合体樹脂は、例えば特開2002−321302号公報などに開示されている公知の重合体から選ばれる。
例えば、有機系シリコーン系、メラミン系、エポキシ系、アクリル系、ウレタンアクリレート系等の有機ハードコート材料;二酸化ケイ素等の無機系ハードコート材料;等が挙げられる。なかでも、接着力が良好であり、生産性に優れる観点から、ウレタンアクリレート系、多官能アクリレート系ハードコート材料の使用が好ましい。
本発明においては、使用するハードコート層の屈折率が、1.5以上であることが好ましく、1.53以上であることがさらに好ましく、1.55以上であることが特に好ましい。前記ハードコート層の屈折率が前記範囲であることにより、広帯域における反射防止性能に優れ、ハードコート層の上に積層する低屈折率層の設計が容易となり、耐擦傷性に優れる光学積層フィルムを得ることができる。
無機酸化物粒子を添加することにより、耐擦傷性に優れ、屈折率が1.55以上のハードコート層を容易に形成することが可能となる。
これらの中でも、五酸化アンチモンは、屈折率が高く、導電性と透明性のバランスに優れるので、屈折率を調節するための成分として適している。
エアロゲルは、マトリックス中に微小な空孔が分散した透明性多孔質体である。気泡の大きさは大部分が200nm以下であり、空孔の含有率は通常10体積%以上60体積%以下、好ましくは20体積%以上40体積%以下である。
微小な空孔が分散したエアロゲルの具体例としては、シリカエアロゲル、中空粒子がマトリックス中に分散された多孔質体が挙げられる。
バインダー樹脂としては中空微粒子の分散性、多孔質体の透明性、多孔質体の強度等の条件に適合する樹脂等から選択して用いることができ、例えば従来から用いられているポリエステル樹脂、アクリル樹脂、ウレタン樹脂、塩化ビニル樹脂、エポキシ樹脂、メラミン樹脂、フッ素樹脂、シリコン樹脂、ブチラール樹脂、フェノール樹脂、酢酸ビニル樹脂、紫外線硬化樹脂、電子線硬化樹脂、エマルジョン樹脂、水溶性樹脂、親水性樹脂、これら樹脂の混合物、さらにはこれら樹脂の共重合体や変性体などの塗料用樹脂、又はアルコキシシラン等の加水分解性有機珪素化合物・およびその加水分解物等が挙げられる。
これらの中でも微粒子の分散性、多孔質体の強度からアクリル樹脂、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、シリコン樹脂、アルコキシシラン等の加水分解性有機珪素化合物およびその加水分解物が好ましい。
(a)式(1):SiX4で表される化合物。
(b)前記式(1)で表される化合物の少なくとも1種の部分加水分解生成物。
(c)前記式(1)で表される化合物の少なくとも1種の完全加水分解生成物。
また、入射角20°の波長430nm〜700nmにおける反射率の最大値が好ましくは、1.5%以下であり、さらに好ましくは1.4%以下である。また、入射角20°の波長550nmにおける反射率が、好ましくは、波長550nmで0.9%以下、さらに好ましくは0.8%以下である。
各反射率が上記の範囲にあることにより、外部光の映りこみ及びギラツキがなく、視認性に優れる偏光板とすることができる。
反射率は、分光光度計[紫外可視近赤外分光光度計V−550、日本分光社製]を用い、入射角5°及び20°にて波長550nmでの反射率、波長430nm〜700nmにおける反射率の最大値を求めた。
スチールウール試験前後の反射率の変動は、測定前後の面内の異なる任意の場所5箇所で5回測定し、それらの算術平均値から算出した。
上記スチールウール試験においては、前記視認側の偏光子の保護フィルムの試験前後の反射率の変動が10%以下であることが好ましく、8%以下がより好ましい。反射率の変動が10%を超えると、画面のぼやけ、ギラツキが発生することがある。
スチールウール試験前後の反射率の変動は下記式で求めた。Rbはスチールウール試験前の反射率、Raはスチールウール試験後の反射率を表す。
ΔR=(Rb−Ra)/Rb×100(%) (1.1)
Fig.3は、本発明の液晶表示装置の第一の態様(以下、配置I−1とする)の説明図である。配置I−1においては、出射側偏光子の吸収軸が電圧無印加状態の液晶セルの、液晶の面内の遅相軸と平行の位置関係にあり、光学異方体の面内の遅相軸が、出射側偏光子の吸収軸と垂直の位置関係にあることが好ましい。光学異方体、液晶セル及び2枚の偏光子がこの位置関係をとることにより、極角0〜80°において、コントラストの最小値を30以上とすることができる。
Fig.4は、本発明の液晶表示装置の第二の態様(以下、配置I−2とする)の説明図である。配置I−2においては、出射側偏光子の吸収軸が電圧無印加状態の液晶セルの、液晶の面内の遅相軸と平行の位置関係にあり、光学異方体の面内の遅相軸が、出射側偏光子の吸収軸と平行の位置関係にあることが好ましい。光学異方体、液晶セル及び2枚の偏光子がこの位置関係をとることにより、極角0〜80゜において、コントラストの最小値を30以上とすることができる。
本発明において、面内レターデーションRe、厚さ方向レターデーションRthは以下の式(2)、(3)で求められる。なお、式中nx、ny及びnzは屈折率(−)、dは厚さ(nm)を表す。
式(2):Re=(nx−ny)×d
式(3):Rth=[(nx+ny)/2−nz]×d
本発明の液晶表示装置においては、バックライトとして、冷陰極管、水銀平面ランプ、発光ダイオード、エレクトロルミネッセンスなどを用いることができる。
なお、実施例及び比較例において、偏光子と偏光子保護フィルムの積層体である偏光板[(株)サンリッツ、HLC2−5618]を用いた。液晶セルとして、厚さ2.74μm、誘電異方性が正、波長550nmの複屈折率Δn=0.09884、プレチルト角0°のインプレーンスイッチングモードの液晶セルを用いた。
また、実施例及び比較例において、測定及び評価は下記の方法により行った。
(1)厚さ
光学積層体をエポキシ樹脂に包埋したのち、ミクロトーム[大和光機工業(株)、RUB−2100]を用いて0.05μm厚にスライスし、透過型電子顕微鏡を用いて断面を観察し、各層ごとに測定する。
(2)ガラス転移温度
JIS K 7121に準拠して、示差走査熱量分析法(DSC)により測定する。
(3)光学異方体の屈折率(nx、ny、nz)、レターデーション(面内レターデーションRe、厚さ方向のレターデーションRth)、面内レターデーションのバラツキ及び面内の遅相軸のバラツキ
光学異方体の屈折率は、まず、自動複屈折計[王子計測機器(株)、KOBRA−21]を用いて、波長550nmの光での異方体の面内遅相軸の方向を測定する。そして、異方体の該遅相軸方向の屈折率をnx、遅相軸方向に面内で垂直な方向の屈折率をny、異方体の厚さ方向の屈折率をnzとする。さらに、光学異方体が多層体である場合、nx、ny、nzは、各層の屈折率(nxi、nyi、nzi)を測定した後に、以下の式にて算出する。ここで、光学異方体の各層において、光学異方体の該遅相軸と平行な方向の屈折率をnxi、該遅相軸と面内で垂直な方向の屈折率をnyi、厚さ方向の屈折率をnziとする。
nx=[Σ(nxi×di)]/(Σdi);ny=[Σ(nyi×di)]/(Σdi);nz=[Σ(nzi1×di)]/(Σdi)
(但し、Σは総和を表し、異方体の各層をi層(i=1、2、・・)として、各層の厚さをdi1、di2、・・とする。)
レターデーションRe及びRthは、上記自動複屈折計を用いて、波長550nmの光での値を測定する。
面内レターデーションのバラツキは、異方体の全面に渡って面内レターデーションを任意に30点測定して、その測定値の算術平均値を面内レターデーション値とする。そして、前記測定値の内、最大値と最小値との差を面内レターデーションのバラツキとする。また、面内の遅相軸のバラツキは、光学異方体の幅方向に10mm間隔で遅相軸を測定して、その測定値の算術平均値を求め、その平均値からの測定値のバラツキとする。
(4)残留揮発成分含有量
光学異方体200mgを切り出し、表面に吸着していた水分や有機物を完全に除去した内径4mmのガラスチューブの試料容器に入れる。次に、その容器を温度100℃で60分間加熱し、容器から出てきた気体を連続的に捕集する。そして、捕集した気体を熱脱着ガスクロマトグラフィー質量分析計(TDS−GC−MS)で分析し、その中で分子量200以下の成分の合計量を残留揮発成分含有量とする。
(5)ハードコート層及び低屈折率層の屈折率
高速分光エリプソメーター[J.A.Woollam社製、M−2000U]を用いて、測定波長245〜1000nm、入射角55°、60°及び65°で測定し、その測定値を元に算出した値を屈折率とする。
(6)反射率
分光光度計[日本分光社製:「紫外可視近赤外分光光度計 V−570」]を用い、入射角5°にて反射スペクトルを測定し、波長550nmにおける反射率と、波長430〜700nmにおける反射率の最大値を求める。
(7)液晶表示装置の視野角特性
光学異方体を、インプレーンスイッチング(IPS)モードの液晶表示装置に配置して、目視により正面方向からと極角80°以内の斜め方向からの表示特性を観察する。
(8)輝度ムラ
インプレーンスイッチング(IPS)モードの液晶表示装置に光学異方体を配置し、ディスプレイの背景を黒表示にし、暗室内で目視により、正面方向、極角40°の上下左右の斜め方向からの輝度ムラ(白抜け)がないか確認する。
(9)傷つき性
偏光板のハードコート層及び低屈折率が積層されている方の面にスチールウール#0000をあて、スチールウールに荷重0.05MPaをかけた状態で10往復させ、10往復させたあとの偏光板の表面状態を目視で観察する。
ノルボルネン系重合体[日本ゼオン(株)、ゼオノア1020、ガラス転移温度105℃]からなる[1]層、スチレン−無水マレイン酸共重合体[ノヴァケミカルジャパン(株)、ダイラークD332.ガラス転移温度130℃、オリゴマー含有量3重量%]からなる[2]層及び変性したエチレン−酢酸ビニル共重合体[三菱化学(株)、モディックAP A543、ビカット軟化点80℃]からなる[3]層を有し、[1]層(15μm)−[3]層(5μm)−[2]層(110μm)−[3]層(5μm)−[1]層(15μm)の構成の長尺の未延伸積層体を共押出成形により得た。前記長尺の未延伸積層体を、テンターにより延伸温度136℃、延伸倍率1.3倍で縦一軸延伸した後、さらに、延伸温度138℃、延伸倍率1.2倍で横一軸延伸して、遅相軸がフィルム幅方向にある光学異方体フィルムを得た。
得られた光学異方体フィルムは、屈折率nx1.5823、ny1.5800、nz1.5837であり、面内レターデーションReは230nm、厚さ方向レターデーションRthは−255nmであり、厚さ100μm、面内の遅相軸のバラツキは±0.05°であり、残留揮発成分含有量は0.01重量%以下であった。
5酸化アンチモンの変性アルコールゾル[固形分濃度30%、触媒化成社製]100重量部に、紫外線硬化型ウレタンアクリレート[商品名:紫光UV7000B、日本合成化学社製]10重量部、光重合開始剤[商品名:イルガキュアー184、チバガイギー社製]0.4重量部を混合し、紫外線硬化型のハードコート剤を得た。
テトラエトキシシラン208重量部にメタノール356重量部を加え、さらに水18重量部および、0.01Nの塩酸18重量部を混合し、これを、ディスパーを用いてよく混合した。この混合液を25℃恒温漕中で2時間攪拌して、重量平均分子量850の4官能シリコーンレジンを得た。次にこの4官能シリコーンレジンに、中空シリカ微粒子成分として中空シリカイソプロパノール(IPA)分散ゾル[固形分20質量%、平均1次粒子径約35nm、外殻厚さ約8nm、触媒化成工業製]を用い、中空シリカ微粒子/4官能シリコーンレジン(縮合化合物換算)が固形分基準で質量比が85/25となるように添加し、その後、全固形分が10質量%になるようにメタノールで希釈して、低屈折率層用塗布液を得た。
長尺の偏光板[サンリッツ社製、HLC2−5618]の片面に、高周波発振機[コロナジェネレーターHV05−2、Tamtec社製]を用いて、3秒間コロナ放電処理を行い、表面張力が0.072N/mになるように表面改質した。この表面改質面に、製造例Iで得られたハードコート剤を硬化後のハードコート層の膜厚が5μmになるように、ダイコーターを用いて連続的に塗布した。次いで、これを80℃で5分間乾燥させた後、紫外線照射(積算光量300mJ/cm2)を行うことにより、ハードコート剤を硬化させ、長尺のハードコート層積層偏光板(C’)を得た。硬化後のハードコート層の膜厚は5μm、屈折率は1.62、表面粗さは0.2μmであった。
長尺のハードコート層積層偏光板(C’)の上に低屈折率層を構成する材料として製造例IIで得られた低屈折率層用塗布液をワイヤーバーコーターにより塗工し、空気中で120℃、5分間熱処理を行うことにより、厚さ100nmの低屈折率層が形成された長尺の低屈折率層−ハードコート層積層偏光板(C)を得た。この低屈折率層の屈折率は1.34であった。
製造例1で得られた長尺の光学異方体フィルムから切り出した縦40cm/横30cmの小版フィルム(光学異方体フィルムの長手方向が小版フィルムの縦方向と一致するようにした)の縦方向と製造例IVで得られた長尺の低屈折率層−ハードコート層積層偏光板(C)から切り出した縦40cm/横30cmの小版フィルムの長手方向とを平行にして積層し、光学素子(a’7)を得た。このとき、光学異方体フィルムの遅相軸と偏光板の吸収軸とのなす角は90°であった。そして、光学素子(a’7)から切り出したものを出射側偏光板(A’7)とした。
さらに、市販のインプレーンスイッチング(IPS)モードの液晶表示装置の出射側偏光板を、それぞれ出射側偏光板(A’7)に置き換えた。この際、出射側偏光板(A’7)の吸収軸と液晶セルの電圧無印加時の面内の遅相軸とが平行となるように、Fig.3に示す構成を有する液晶表示裝置LCD−1を組み立てた。この時の配置構成は、液晶表示装置の視認側から見て、低屈折率層−ハードコート層、偏光板、製造例1で得られた光学異方体フィルム、液晶セル、偏光板の順序であった。
得られた液晶表示装置LCD−1の表示特性を目視で評価すると、画面を正面から見た場合も、全方位から極角80°以内の斜め方向から見た場合も、表示は良好かつ均質であった。また、輝度ムラは、正面方向から見ても、上下左右40°以内の斜め方向から見ても見られなかった。さらに、外景の映り込みも見られなかった。波長550nmにおける反射率は0.54%、波長430〜700nmにおける反射率の最大値は1.1%であった。傷つき性評価では傷は全く見られなかった。
市販のインプレーンスイッチング(IPS)モードの液晶表示装置の偏光板を、偏光板[サンリッツ社製、HLC2−5618]に置き換えた。この際、出射側偏光板の吸収軸と液晶セルの電圧無印加時の面内の遅相軸とが平行、入射側偏光板の吸収軸と液晶セルの電圧無印加時の面内の遅相軸とが垂直となるように、液晶表示装置LCD−2を組み立てた。この時の配置構成は、液晶表示装置の視認側から見て、偏光板、液晶セル、偏光板の順序であった。
得られた液晶表示装置LCD−2の表示特性を目視で評価すると、画面を正面から見た場合は表示は良好であったが、方位角45°の斜め方向から見た場合は、コントラストが低く、不良であった。さらに、外景の映り込みが見られた。波長550nmにおける反射率は3.52%、波長430〜700nmにおける反射率の最大値は3.56%であった。傷つき性評価では明らかに傷が認められた。
2 液晶セル
3 光学異方体
4 出射側偏光子
Claims (8)
- それぞれの吸収軸がたがいに略垂直の位置関係にある出射側偏光子及び入射側偏光子から構成される一対の偏光子の間に、少なくとも光学異方体及び液晶セルを有するインプレーンスイッチングモードの液晶表示装置であって、波長550nmの光で測定した前記光学異方体の面内の遅相軸方向の屈折率をnx、面内の遅相軸と面内で直交する方向の屈折率をny、厚さ方向の屈折率をnzとしたとき、nz>nx>nyであり、光学異方体の面内の遅相軸が近傍に配置されている方の偏光子の吸収軸と略平行又は略垂直の位置関係にあることを特徴とする液晶表示装置。
- 出射側偏光子の吸収軸が電圧無印加状態の液晶セルの、液晶の面内の遅相軸と平行の位置関係にあり、光学異方体が、液晶セルと出射側偏光子との間に配置されてなる請求項1記載の液晶表示装置。
- 光学異方体の面内の遅相軸が、電圧無印加状態の液晶セルの液晶の面内の遅相軸と略垂直の位置関係にある請求項1又は2記載の液晶表示装置。
- 光学異方体が、固有複屈折値が負である材料を含む層からなることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の液晶表示装置。
- 光学異方体が、層の少なくとも片面に透明な樹脂を積層してなる請求項1〜4のいずれか1項に記載の液晶表示装置。
- 透明な樹脂が、脂環式構造を有する重合体樹脂である請求項5記載の液晶表示装置。
- 光学異方体の残留揮発成分含有量が、0.1重量%以下である請求項1〜6のいずれか1項に記載の液晶表示装置。
- 前記液晶表示装置の視認側偏光子の保護フィルムが、エアロゲルから構成される屈折率が1.36以下の低屈折率層を有する請求項1〜7のいずれか1項に記載の液晶表示装置。
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