KR100490048B1 - 액정 표시 장치 제조용 인라인 시스템 및 이를 이용하는 액정 표시 장치의 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

액정 표시 장치용 인라인 시스템은 액정 셀 영역을 가지는 제1 기판 위에 봉인재를 도포하는 봉인재 도포 장치, 봉인재가 도포되어 있는 제1 기판 위에 액정을 떨어뜨리는 액정 드롭(drop) 장치, 액정이 떨어져 있는 제1 기판과 제1 기판의 대향 기판인 제2 기판을 부착시키는 어셈블리 장치, 서로 부착되어 있는 제1 기판과 제2 기판 사이의 봉인재를 경화시켜 제1 및 제2 기판을 결합시키는 봉인재 경화 장치, 절단선을 따라 레이저를 조사하여 제1 및 제2 기판에 마찰이 전달되지 않도록 하면서 제1 기판 및 제2 기판을 절단하여 액정 셀 영역을 단위로 제1 및 제2 기판을 분리하는 기판 절단 장치를 포함한다.

Description

(정정) 액정 표시 장치 제조용 인라인 시스템 및 이를 이용하는 액정 표시 장치의 제조 방법{IN-LINE SYSTEM FOR MANUFACTURING LIQUID CRYSTAL DISPLAY AND METHOD OF MANUFACTURING LIQUID CRYSTAL DISPLAY USING THE SAME}
본 발명은 액정 표시 장치용 인라인 시스템 및 이를 이용한 액정 표시 장치의 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로 액정 표시 장치의 제조 공정은 유리 기판 상에 배선 패턴 및 스위칭 소자(액티브 매트릭스형인 경우) 등을 형성하는 어레이 기판 제조 공정과, 배향 처리, 스페이서의 배치 및 대향하는 유리 기판 사이에 액정을 봉입하는 액정 셀(cell) 공정과, 드라이버 IC의 부착 및 백 라이트(back light) 장착 등을 행하는 모듈 공정으로 분류된다.
이들 공정 중에서 어레이 기판 공정은 한 장의 모패널(mother glass)에 단위 액정 표시 장치가 되는 수 개의 액정 셀 영역을 동시에 형성하고 액정 셀 공정에서 단위 액정 셀 단위로 절단 분리된다.
이러한 액정 표시 장치의 제조 공정에서 액정 셀 공정은 액정을 주입하는 방법에 따라 진공 주입법과 드롭(drop) 주입법 등으로 구분된다.
진공 주입법에 의한 액정 셀 공정은, 우선 두 기판에 액정의 액정 분자를 배향하기 위한 배향막을 도포하고 배향 처리를 실시한 다음, 그 중 한 기판에 일정한 셀갭을 유지하기 위한 스페이서를 산포하고, 액정 주입구를 가지는 봉인재를 둘레에 인쇄한다. 이어, 두 기판을 정렬한 다음 열 압착(hot press) 공정을 통하여 두 기판을 열 경화성 봉인재로 접합한다. 다음, 접합한 기판을 액정 주입을 위해 패널 단위로 스크라이빙(scribing) 공정을 통하여 홈을 형성하고 기판에 충격을 가하여 절단 분리하고, 액정과 접합된 각 패널을 진공조에 넣고 봉인재로 형성된 액정 주입구를 액정에 잠기도록 하여 셀 내부로 액정을 주입한 다음 주입된 액정이 흘러나오지 않도록 액정 주입구를 봉입한다.
드롭 주입법에 의한 액정 셀 공정은, 두 기판에 배향막 도포 및 배향 처리를 실시하고, 두 기판 중 어느 하나에 스페이서를 산포한다. 이어, 두 기판 중 하나의 기판 둘레에 폐곡선 모양으로 봉인재를 형성한 후, 기판 상부에 액정을 떨어뜨린다. 이어, 두 기판을 정렬하여 접합한 다음, 봉인재를 경화시킨다.
하지만, 드롭 주입법을 적용하는 액정 셀의 제조 공정에서는 기판을 액정 셀의 단위로 분리하는 공저에서 액정 셀의 내부에 액정 물질이 채워진 상태이므로 스크라이빙 공정을 이용하여 셀 단위로 기판을 절단할 때, 특히 기판에 가해진 충격으로 인하여 액정의 특성 열화 또는 배향막의 배향력 파괴되어 표시 특성이 저하될 우려가 크다. 이를 최소화하기 위해 홈을 형성하는 스크라이빙 공정에서 기판을 완전히 분리할 수 있으나, 절단용 날이 기판에 침투하는 깊이가 깊고 이를 위해 기판에 가해지는 압력이 높아야 하므로 절단시 기판에 전달되는 응력이 증가하게 되어 액정 셀이 변형되어 표시 특성을 저하시킬 가능성이 오히려 증가하게 되어 공정 수율을 감소시키게 된다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 인라인 시스템 또는 자동화 공정으로 진행되는 액정 표시 장치의 제조 공정에서 셀 단위로 기판을 분리할 때 표시 특성이 저하되는 것을 방지하여 공정 수율을 향상시키는 것이다.
이러한 문제를 해결하기 위해, 기판으로부터의 비접촉으로 기판에 미세한 금을 형성 및 전파시킬 수 있도록 레이저를 조사하는 기판 절단 장치를 포함하는 인라인 시스템 또는 자동화 공정으로 액정 표시 장치를 제조한다.
본 발명에 따르면, 액정 표시 장치용 인라인 시스템은 액정 셀 영역을 가지는 액정 표시 장치용 제1 기판과 제2 기판 중의 적어도 어느 한 기판 위에 스페이서를 산포하는 스페이서 산포 장치, 제1 기판 위에 봉인재를 도포하는 봉인재 도포 장치, 봉인재가 도포되어 있는 제1 기판 위에 액정을 떨어뜨리는 액정 주입 장치, 액정이 떨어져 있는 제1 기판과 제1 기판의 대향 기판인 제2 기판을 부착시키는 어셈블리 장치, 서로 부착되어 있는 제1 기판과 제2 기판 사이의 봉인재를 경화시켜 제1 및 제2 기판을 결합시키는 봉인재 경화 장치, 절단선을 따라 레이저를 조사하여 액정 셀 영역을 단위로 제1 및 제2 기판을 분리하기 위한 기판 절단 장치를 포함한다.
이때, 기판 절단 장치는, 절단선을 따라 제1 및 제2 기판을 예열하는 레이저 장치, 레이저 장치의 위치를 고정하거나 이송하는 레이저 이송 장치, 레이저 이송 장치에 장착되어 있으며, 절단선을 따라 예열된 제1 및 제2 기판을 냉각하는 냉각제 산포 장치를 포함할 수 있으며, 기판 절단 장치는, 제1 및 제2 기판을 고정하고나 회전시키거나 이송하는 기판 이송 장치를 더 포함할 수 있다.
여기서, 스페이서 산포 장치, 봉인재 도포 장치, 액정 주입 장치, 어셈블리 장치, 봉인재 경화 장치 및 기판 절단 장치는 인라인으로 설계되는 것이 바람직하다.
이러한 본 발명에 따른 장치를 이용한 제1 기판과 제2 기판 사이의 액정 셀 영역에 액정이 주입되어 있는 액정 표시 장치를 제조하는 방법에 있어서는, 우선 제1 기판과 제2 기판 중의 적어도 어느 한 기판 위에 스페이서를 산포한다. 이어, 제1 기판 위에 봉인재를 도포하고, 제1 기판 위에 액정을 떨어뜨린 후, 제1 기판과 상기 제2 기판을 부착한다. 이어, 부착된 제1 및 제2 기판 사이의 봉인재를 경화시키고, 절단선을 따라 제1 기판과 제2 기판에 레이저를 이용하여 액정 셀 영역을 단위로 제1 기판과 제2 기판을 절단한다.
이때, 기판 절단 단계에서는, 절단선을 따라 레이저를 조사하여 제1 기판과 제2 기판을 절단선을 따라 예열한 후, 절단선을 따라 냉각제를 산포하여 제1 기판과 제2 기판을 절단선을 따라 냉각하여 금을 형성한다. 이어, 절단선을 따라 금을 전파하여 기판을 절단한다.
그러면 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치용 인라인 시스템 및 이를 이용한 액정 표시 장치의 제조 방법에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다.
먼저, 도 1 내지 도 2b를 참고하여 본 발명의 실시예에 따라 제조한 액정 표시 장치용 기판의 개략적인 구조에 대해서 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 인라인 시스템을 이용하여 완성된 여러 개의 액정 셀을 가진 액정 표시 장치용 모패널의 구조를 도시한 평면도이고, 도 2a는 도 1의 IIa 부분을 확대하여 도시한 배치도이고, 도 2b는 도 2a의 IIb-IIb' 선에 대한 단면도이다.
도 1에 도시한 바와 같이, 모패널(10)에는 4 개의 액정 셀 영역(10a, 10b, 10c, 10d)이 형성되어 있고, 모패널(10)을 액정 셀 단위로 분리하기 위한 절단선(A, B)이 점선으로 표시되어 있다. 이때, 하나의 모패널에 형성되는 액정 셀 영역의 수는 모패널과 액정 셀의 크기에 따라 변동될 수 있다.
모패널(10)의 어레이 기판(12)측에는 매트릭스 상으로 배치된 복수의 화소 영역(26)이 형성되어 있고, 복수의 화소 영역(26)은 화상의 표시 영역(24)을 이룬다. 상세한 도시는 생략했지만, 각 화소 영역(26)에는 박막 트랜지스터(도시하지 않음)가 형성되어 있다. 이때, 박막 트랜지스터의 게이트 전극은 게이트 선(도시하지 않음)에 연결되어 있고, 드레인 전극은 데이터 선(도시하지 않음)에 연결되어 있다. 또한 박막 트랜지스터의 소스 전극은 화소 영역(26)내에 형성된 화소 전극(도시하지 않음)에 연결되어 있다. 복수의 데이터선 및 게이트선은 어레이 기판(12)의 외주 위에 형성된 단자부(14)를 통하여 구동회로(도시하지 않음)와 연결되어 있다.
칼라 필터 기판(16)은 어레이 기판(12) 보다 단자부(14) 영역만큼 작게 형성되고, 어레이 기판(12)에 대향하여 설치되어 있다. 칼라 필터 기판(16)에는 공통 전극(도시하지 않음)과 함께, R(빨강), G(초록), B(파랑)의 칼라 필터(도시하지 않음)가 형성되어 있다. 또한, 칼라 필터 기판(16)에는 차광 기능을 하는 블랙 매트릭스(20, 22)가 형성되어 있다. 표시부 블랙 매트릭스(20)는 표시 영역(24)내의 복수의 화소 영역(26)을 구획하여 화소 영역(26) 경계부에서의 빛이 새는 것을 방지하기 위하여 형성되고, 또한 박막 트랜지스터(도시하지 않음)를 차광하여 빛에 의한 누설 전류의 발생을 방지하기 위하여 사용된다. 또한, 테두리부 블랙 매트릭스(22)는 표시 영역(24) 외부의 불필요한 광을 차광하기 위해서 설치되어 있다.
어레이 기판(12)과 칼라 필터 기판(16)은 자외선 경화성(UV; ultraviolet) 봉인재(18)로 접합되어 있고, 두 기판(12, 16) 사이의 자외선 경화성 봉인재(18)로 둘러싸인 영역에는 액정(28)이 봉인되어 있다. 여기서, 자외선 경화성 봉인재(18)는 두 기판(12, 16) 사이에 채워져 있는 액정 (28)과의 비혼합성을 보장할 수 있는 봉인재(18)를 사용하여 미경화 상태의 봉인재(18)와 액정(28)이 접촉하여 오염되는 것을 막는다.
두 기판(12, 16)은 소정의 셀 갭(cell gap)으로 간격을 유지하고 있으며, 특정 크기의 스페이서(도시하지 않음)를 사용하여 셀 갭을 일정하고 균일하게 유지한다. 그러나, 기판 상에 액정(28)의 분포 밀도가 일정치 않으면 셀 갭이 일정치 않게 되어 액정 표시 장치의 화면 전체에 걸쳐 화면이 불 균일한 불량이 발생한다. 따라서, 액정(28)의 분포 밀도를 균일하게 해주어야 한다.
또한, 모패널(10)을 액정 셀 영역(10a, 10b, 10c, 10d)을 단위로 기판(12, 16)을 절단선(A, B)을 따라 분리하더라도 절단시 기판에 전달되는 응력이 최소화하여 액정 셀의 변형을 방지하고 액정 물질(28)의 특성이 열화되지 않아 표시 특성이 저하되지 않아야 한다.
그러면, 절단시 표시 특성을 확보할 수 있도록 하는 장치가 구비된 인라인 시스템 및 이 시스템을 이용하여 액정 표시 장치를 제조하는 방법에 대해 도 3 내지 도 4를 참고하여 설명한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치를 제조하기 위한 인라인 시스템을 나타내는 블록도이고, 도 4는 기판 절단 장치를 이용하여 기판을 절단하는 방법을 도시한 도면이다.
도 3에 도시한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 셀 갭을 조절하기 위한 액정 표시 장치용 인라인 시스템은 모패널(10)의 두 기판(10, 16)중 하나의 기판이 분류되어 적재되어 있는 제1 로드 장치(100), 스페이서 산포 장치(200), 봉인재 도포 장치(300), 액정 주입 장치(400), 제1 예비 정렬 장치(500), 제2 로드 장치(600), 제2 예비 정렬 장치(700), 어셈블리 장치(800), 봉인재 경화 장치(900), 열처리 장치(1000), 기판 절단 장치(1100), 기판 언로드(unload) 장치(1200)를 포함한다. 이때, 제1 로드 장치(100), 스페이서 산포 장치(200), 봉인재 도포 장치(300), 액정 주입 장치(400), 제1 예비 정렬 장치(500), 어셈블리 장치(800), 봉인재 경화 장치(900), 열처리 장치(1000), 기판 절단 장치(1100), 언로드(unload) 장치(1200)는 인라인 공정 시간을 단위로 기판(12, 16)을 이송할 수 있는 인라인 이송 장치(도시하지 않음)를 통하여 차례로 연결되어 있으며, 제2 로드 장치(600), 제2 예비 정렬 장치(700)는 인라인 이송 장치(도시하지 않음)를 통하여 어셈블리 장치(800)에 연결되어 있다. 여기서, 기판 절단 장치(1100)에서 기판(12, 16)을 절단하는 시간이 인라인 공정 시간과 다른 경우에는 제조 공정을 인라인 공정으로 설계하기 위해 기판 절단 장치(1100)를 다수로 설치할 수도 있다.
제1 로드 장치(100)는 모패널(10)의 기판(12, 16) 중 하나의 기판, 즉 하부 기판(12)을 분류하여 적재한다. 스페이서 산포 장치(200)는 이송된 하부 기판(12)에 두 기판(12, 16)의 간격을 유지하기 위한 스페이서를 산포한다. 봉인재 도포 장치(300)는 이송된 하부 기판(12)에 폐곡선 모양으로 봉인재(18)를 도포한다. 액정 주입 장치(400)는 이송된 하부 기판(12)의 봉인재(18)에 의해 정의되는 액정 셀 영역(10a, 10b, 10c, 10d)에 액정 주입기(도시하지 않음)를 통하여 액정(28)을 떨어뜨린다. 이때, 액정 주입기는 부분적으로 액정(28)을 떨어뜨릴 수 있는 주사기 형태를 가지거나, 전면적으로 액정(28)을 떨어뜨릴 수 있는 노즐을 포함하는 분무기 형태를 가질 수 있다. 제1 예비 정렬 장치(500)는 봉인재(18) 및 액정(28)이 형성되어 있는 하부 기판(12)을 상부 기판(16)과 접착하기 전에 예비 정렬시킨다. 제2 로드 장치(600)는 모패널(10)의 기판(12, 16) 중 하나의 기판, 즉 상부 기판(16)을 분류하여 적재한다. 제2 예비 정렬 장치(700)는 상부 기판(16)을 하부 기판(12)과 접착하기 전에 예비 정렬시킨다. 어셈블리 장치(800)는 예비 정렬된 하부 기판(12)과 상부 기판(16)을 합착한다. 도면에는 표시하지 않았지만, 어셈블리 장치(800)에는 두 기판(12, 16)을 정렬하여 압력을 가하는 압축 플레이트가 각각 장착되어 있다. 봉인재 경화 장치(900)는 두 기판(12, 16) 사이를 접착하고 있는 봉인재(18)를 경화시킨다. 열처리 장치(1000)는 두 기판(12, 16) 사이에 주입되어 있는 액정(28)의 안정적인 배향을 위해 기판을 열처리한다. 기판 절단 장치(1100)는 절단기를 이용하여 기판(12, 16)에 형성된 절단선(A, B, 도 1 참조)을 따라 레이저를 조사하여 액정 셀 영역(10a, 10b, 10c, 10d)의 단위로 기판(12, 16)을 분리한다. 언로드(unload) 장치(1200)는 액정 셀 단위로 분리된 기판(12, 16)을 언로딩(unloading)한다.
여기서, 스페이서를 하부 기판(12)에 산포하는 대신에 상부 기판(16)에 산포하고자 하는 경우에는, 스페이서 산포 장치(200)를 제1 로드 장치(100)와 봉인재 도포 장치(300)의 사이에 위치시키는 대신에 제2 로드 장치(600)와 제2 예비 정렬 장치(700) 사이에 위치시켜 스페이서 산포 작업을 진행할 수 있다.
그러면 기판 절단 장치(1100)를 이용하여 기판을 절단하는 방법을 도 4를 참고로 하여 상세히 설명한다.
도 4에서 보는 바와 같이, 기판 절단 장치(1100)는 레이저를 조사하여 기판(12, 16)에 절단선(A, B)을 따라 레이저를 조사하여 기판(12, 16)을 예열하는 레이저 장치(1101), 레이저 장치(1101)의 후단에 장착되어 있으며 냉각제를 산포하여 절단선(A, B)을 따라 기판(12, 16)에 미세한 금이 발생되도록 하며, 금이 전파되도록 하는 냉각제 분사 장치(1103) 및 레이저 장치(1101)와 냉각제 분사 장치(1103)의 위치를 고정하거나 또는 이송하는 레이저 이송 장치(1102)를 포함하며, 봉인재(18)에 의해 결합되어 있는 두 기판(12, 16)으로 이루어진 모패널(10)의 위치를 고정하거나, 이송 및 회전시키는 기판 이송 장치를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치의 제조 방법 중, 기판 절단 공정에서, 레이저 장치(1101)는 기판(12, 16)에 접촉하지 않은 상태에서 절단선(A, B)을 따라 기판(12, 16)에 레이저 빔을 조사하여 소정의 온도로 기판(12, 16)을 예열한다. 이어, 냉각제 분사 장치(1103)는 레이저 장치(1101)의 후단에서 절단선(A, B)을 따라 예열된 기판(12, 16)에 냉각제를 산포하여 절단선(A, B)을 따라 가열된 기판(12, 16)을 급속히 냉각시킨다. 이때, 가열과 냉각으로 절단선(A, B)을 따라 기판(12, 16)에는 열 수축과 열 팽창이 일어나서 높은 열 응력이 발생하며 기판(12, 16)에는 절단선(A, B)을 따라 금이 생성되며, 이러한 금은 기판 절단 공정에서 레이저 조사 및 냉각제 산포가 진행되면서 절단선(A, B)을 따라 전파되어 모패널(10)은 완전하게 절단되어 액정 셀 영역(10a, 10b, 10c, 10d)은 서로 분리된다.
앞에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치의 제조 방법의 기판 절단 공정에서는 레이저를 조사하여 기판(12, 16)에 미세한 금을 형성하고 이를 전파시키는 방식으로 비접촉을 통하여 기판(12, 16)을 절단한다. 이렇게 하면, 기판 절단시 기판(12, 16)에 절단 장치가 기판(12, 16)에 침투하는 것을 방지하여 기판에 전단 응력이 발생하는 것을 방지할 수 있으며, 기판(12, 16)에 압력을 가하지 않고 기판(12, 16)에 금을 형성하고 금을 전파시켜 기판(12, 16)을 절단함으로써 액정 셀이 변형되거나 액정 물질과 배향막이 열화되는 것을 방지할 수 있어 액정 표시 장치의 표시 특성이 저하되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 스크라이빙 공정과 달리 절단 마진을 고려하지 않고 액정 셀 영역(10a, 10b, 10c, 10d)을 설계할 수 있어 액정 셀 영역(10a, 10b, 10c, 10d)을 크게 설계할 수 있다.
이와 같이, 본 발명에 따르면 인라인 또는 자동화 공정으로 이루어진 액정 표시 장치의 제조 공정에서 기판 절단 장치를 레이저를 이용함으로써 절단시 기판에 전달되는 마찰을 제거함으로써 액정 물질 또는 배향막이 열화되는 것을 방지함으로써 액정 표시 장치의 표시 특성이 저하되는 것을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치용 인라인 시스템을 이용하여 완성된 여러 개의 액정 셀 영역을 가진 액정 표시 장치용 모패널의 구조를 도시한 평면도이고,
도 2a는 도 1에서 IIa 부분을 확대하여 도시한 배치도이고,
도 2b는 도 2a의 IIb-IIb' 선에 대한 단면도이고,
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치를 제조하기 위한 액정 표시 장치용 인라인 시스템을 나타내는 블럭도이고,
도 4는 기판 절단 장치를 사용하여 기판을 절단하는 방법을 도시한 도면이다.

Claims (7)

  1. (정정) 하나 이상의 액정 셀 영역을 가지는 액정 표시 장치용 제1 기판과 제2 기판 중의 적어도 어느 한 기판 위에 스페이서를 형성하는 스페이서 형성 장치,
    상기 제1 기판 위에 봉인재를 도포하는 봉인재 도포 장치,
    상기 제1 기판 위에 액정을 떨어뜨려 상기 봉인재로 둘러싸인 영역에 액정 물질층을 형성하는 액정 형성 장치,
    상기 봉인재를 이용하여 상기 제1 기판과 상기 제1 기판의 대향 기판인 제2 기판을 부착시키는 어셈블리 장치,
    상기 봉인재를 경화시켜 상기 제1 기판과 상기 제2 기판을 결합시키는 봉인재 경화 장치,
    절단선을 따라 레이저를 조사하여 상기 액정 셀 영역을 단위로 상기 제1 및 제2 기판을 분리하기 위한 기판 절단 장치
    를 포함하는 액정 표시 장치 제조용 인라인 시스템
  2. (2회 정정) 제1항에서,
    상기 기판 절단 장치는,
    상기 절단선을 따라 상기 제1 기판 및 상기 제2 기판을 예열하는 레이저 장치,
    상기 레이저 장치를 지지하여 이송하는 레이저 이송 장치,
    상기 레이저 이송 장치에 장착되어 있으며, 상기 절단선을 따라 예열된 상기 제1 및 제2 기판을 냉각하는 냉각제 산포 장치를 포함하는 액정 표시 장치 제조용 인라인 시스템.
  3. (2회 정정) 제2항에서 ,
    상기 기판 절단 장치는,
    상기 제1 기판과 상기 제2 기판을 지지하여 이송하는 기판 이송 장치를 더 포함하는 액정 표시 장치 제조용 인라인 시스템.
  4. (2회 정정) 제1항에서,
    상기 스페이서 형성 장치, 상기 봉인재 도포 장치, 상기 액정 형성 장치, 상기 어셈블리 장치, 상기 봉인재 경화 장치 및 상기 기판 절단 장치는 인라인으로 설계되는 액정 표시 장치 제조용 인라인 시스템.
  5. (2회 정정) 제1항에서,
    상기 제1 기판과 상기 제2 기판을 부착시키기 전에 상기 제1 기판과 상기 제2 기판을 정렬하기 위한 제1 및 제2 예비 정렬 장치 및 상기 액정을 열처리하기 위한 열처리 장치를 더 포함하는 액정 표시 장치 제조용 인라인 시스템.
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