KR100524236B1 - 휘도가 균일한 액정표시장치용 도광판 및 그의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

도광판은 액정표시장치에서 표면 발광체 역할을 하며, 사다리꼴 프리즘으로 형성된 투명한 도광판 본체(11), 입사면 역할을 하는 저면쪽으로 광을 방출하는 라인광원(3) 및 입사면과 상면 사이에 연장하는 요철 확산면(2a)에 대향하고 출광면(2b)에 대향하는 반사시트(5)를 포함하며, 미소돌기(16)가 요철 확산면(2a)상에 형성되어 요철 확산면과 반사시트와의 사이에 그들간의 직접적인 접촉없이 공기층(7)이 형성됨으로써, 입사광이 공기층을 통해 전달될 수 있다.

Description

휘도가 균일한 액정표시장치용 도광판 및 그의 제조방법{OPTICAL GUIDE PLATE FOR LIQUID CRYSTAL DISPLAY UNIFORM IN BRIGHTNESS AND PROCESS FOR FABRICATION THEREOF}
본 발명은 액정표시장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 도광판을 구비한 액정표시장치 및 그의 제조방법에 관한 것이다.
도광판은 조광기기 또는 백 라이트와 같은 광원과 함께 액정표시장치에 포함된다. 광원은 광을 방출하고, 도광판은 광을 픽셀 어레이로 향하게 한다. 도광판은 광원이 표면 발광체 역할을 하게 한다.
전형적인 도광판은 확산면, 출광면, 및 입사면을 갖는다. 확산면은 출광면에 대향하고, 입사면은 확산면과 출광면 간에 연장된다. 광원은 입사면에 부착되고, 광은 입사면에 입사된다. 대부분의 광은 도광판과 공기 사이의 계면에서 그들 사이의 광학적 밀도차로 인해 반사를 계속하면서 도광판내에서 계속 진행된다. 광이 진행되는 동안, 광은 난반사수단에 의해 불규칙하게 반사된다. 광성분이 임계각 이하의 입사각으로 난반사수단에 입사되면, 그 광성분이 출광면으로부터 출사된다. 난반사수단은 백색 잉크와 같은 확산 재료로 이루어진 백색 인쇄층에 의해 구현된다. 아니면, 확산면은 오톨도톨하게 되도록 요철화되거나 또는 거칠게 된다.
사용자는 제조자에게 표면 발광체를 얇게 만들도록 요구한다. 이러한 사용자의 요구에 요철면이 적합하다. 요철면을 갖는 종래 기술의 도광판은 일본 특개평 2-176629 에 공개되어 있다.
도 1 은 상기 일본 특개평에 개시된 종래 기술의 도광판을 도시한다. 종래 기술의 도광판은, 도광판 본체 (1), 라인광원 (3), 곡면거울 (4) 및 반사시트 (5) 를 포함한다. 도광판 본체 (1) 는, 확산면 (2a), 출광면 (2b), 및 그들 사이의 측면을 갖는다. 확산면 (2a) 은, 출광면 (2b) 에 대해 경사져 있으며, 그들 사이의 거리는 측면으로부터 다른 쪽 측면쪽으로 감소된다. 측면이 입사면 역할을 하고, 라인광원 (3) 이 측면에 대향하고 있다. 곡면거울 (4) 이 도광판 본체 (1) 에 부착되어 곡면거울과 측면으로 한정된 공간내에 라인광원 (3) 을 둘러싸고 있다. 확산면 (2a) 은 요철화되어 있고, 반사시트 (5) 가 요철 확산면 (2a) 에 부착되어 있다. 공기가 요철 확산면 (2a) 과 반사시트 (5) 와의 사이에 구속되어 있다.
라인광원 (3) 에 에너지지가 가해지면, 라인광원 (3) 은 광을 방출하고, 광은 측면에 입사된다. 입사광은 종래 기술의 도광판에서 진행된다. 도광판 본체 (1) 로부터 방출된 광은 반사시트 (5) 쪽으로 향하며, 반사시트에서 반사된다. 광은 확산면 (2a) 에서 일부 반사된다. 따라서, 광은 공기와 도광판 본체 (1) 간의 계면에서 반사 및 굴절을 반복하면서 입사면에 대향하는 측면쪽으로 향한다. 광은 확산면 (2a) 에서 일부 반사되어 출광면 (2b) 으로부터 방출된다.
종래 기술의 도광판에서의 문제점은, 출광면 (2b) 상의 휘도가 입사면에 대향하는 측면쪽으로 점진적으로 감소된다는 것이다. 또다른 문제점은 출광면 (2b) 의 휘도가 균일하지 않다는 것이다.
따라서, 본 발명의 목적은, 입사면과 대향면 간의 거리에 걸쳐 휘도가 일정한 출광면을 갖고, 따라서 휘도가 균일한 도광판을 제공하는 것이다.
또한 본 발명의 목적은 도광판을 제조하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명자는 종래 기술에서의 문제점을 심사숙고하여 도광판 본체 (1) 와 반사시트 (5) 간으로부터 공기가 국소적으로 배출된다는 것을 발견하였다. 균일하지 않은 휘도 및 휘도의 감소는 다음과 같은 공기의 국소적인 배출에 의한 것이었다. 확산면 (2a) 의 표면 조도(roughness)는 1 내지 5 미크론이었고, 도광판 본체 (1) 는 확산면 (2a) 과 접촉하는 반사시트 (5) 를 국소적으로 유지하려고 했다. 공기가 확산면 (2a) 의 일부분과 반사 시트 (5) 사이에서 배출되었다. 확산면 (2a)의 상기 일부분에서 전반사가 일어나고, 이 확산면의 일부분이 공기를 통한 광학적 전파를 방해하였다. 확산면 (2a) 과 반사시트 (5) 사이의 계면에 걸쳐 공기가 일정하다면, 도광판 본체 (1) 와 공기 간의 광학적 밀도차로 인해 모든 광이 도광판 본체 (1) 내부로 다시 도입되는 것은 아니다. 따라서, 입사면으로부터 멀어지는 방향으로 광량이 감소되었고, 휘도는 광의 부족 때문에 감소되었다. 반면에, 전반사에 의해 출력 광량이 국소적으로 증가되어, 출광면 (2b) 상에서의 휘도를 비균일하게 만들었다.
이러한 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 반사시트를 확산면으로부터 이격시킬 만큼 충분히 큰 미소돌기를 형성할 것을 제안한다.
본 발명의 일 양태에 따르면, 투명 재료로 형성된 도광판 본체, 입사면, 광성분을 산란시키는 요철 확산면, 광성분을 방출하는 출광면, 요철 확산면 위에 형성되고 요철보다 넓은 요철 확산면으로부터 이격된 피크를 갖는 미소돌기, 요철 확산면과 반사시트와의 사이에 공기층을 형성하도록 미소돌기의 피크에 의해 지지되는 반사시트, 및 광성분을 도광판 본체에 전달하는 입사면에 대향하는 광원을 포함하는 액정표시장치에 사용되는 도광판이 제공된다.
본 발명의 또다른 양태에 따르면, 입사면, 요철 확산면, 출광면, 및 요철 확산면 위에 형성되고 요철보다 넓은 요철 확산면으로부터 이격된 피크를 갖는 미소돌기를 갖는 투명 도광판 본체를 형성하는 단계, 및 반사시트가 피크에 의해 지지되고 광원이 입사면에 대향하는 방식으로 반사시트 및 광원을 투명 도광판 본체와 조립하는 단계를 포함하는 도광판을 제조하는 방법이 제공된다.
제 1 실시예
도 2 에서, 본 발명을 실현하는 도광판은, 도광판 본체 (11), 라인광원 (3), 오목 거울 (4) 및 반사시트 (5) 를 포함한다. 도광판 본체 (11) 는 아크릴 수지로 형성되고, 투명하며 따라서 광투과율이 높다. 도광판 본체 (11) 는 2개의 주면 (2a/2b; major surface) 및 2개의 주면 간에 연장되는 2개의 측면을 갖는다. 주면 (2a) 은 다른 주면 (2b) 에 대하여 기울어져 있고, 주면 (2a/2b) 및 측면은 사다리꼴 단면으로 한정된다. 주면 (2a/2b) 간의 거리 또는 두께는 오른쪽으로 3 밀리미터에서 1 밀리미터로 감소된다.
주면 (2a) 은 요철로 만들어지며, 확산면 역할을 한다. 주면 (2a) 의 표면 조도, 즉 가장 깊은 밸리 (valley) 로부터 마스터 평면 까지의 깊이는 1 미크론 내지 5 미크론이다. 요철은 라인 광원 (3) 에 가까운 좌측으로 저밀도이고, 라인 광원 (3) 으로부터 멀어지는 방향으로 밀도가 높아진다. 환언하면, 요철의 밀도가 입사면으로부터 다른 측면쪽으로 증가되고 있다.
많은 반구형 미소돌기 (16) 가 주면 (2a) 에 형성되어 있고, 제곱 센티미터당 50 내지 100 개이다. 반구형 미소돌기 (16) 의 높이는 10 내지 20 미크론이다. 다른 주면 (2b) 은 출광면 역할을 하며, 넓은 측면은 입사면 역할을 한다.
다른 주면 (2b) 은 출광면 역할을 하며, 다른 유리 기판과 함께 액정을 한정하는 (도시되지 않은) 유리 기판과 중첩되어 있다.라인 광원 (3) 은 넓은 측면을 따라 연장되고, 측면으로부터 이격되어 있다. 소형 형광 램프 또는 필라멘트 램프가 도광판용으로 활용가능하다. 오목 거울 (4) 은 도광판 (1) 에 부착되고, 입사면과 오목 거울 (4) 간에 내부 공간이 한정된다. 라인 광원 (3) 이 광을 방출하고, 이 광은 공간내에 한정된다. 오목 거울 (4) 에 의해 광이 입사면쪽으로 향하게 되어, 모든 광이 입사면에 입사된다.
삭제
반사 시트 (5) 는 다수의 반구형 미소돌기 (16) 에 의해 지지되고, 미소돌기 (16) 에 의해 요철면 (2a) 과 어떠한 직접적인 접촉없이 요철면 (2a) 으로부터 확실히 이격된다. 따라서, 공기층 (7) 이 전체 요철면 (2a) 과 반사시트 (5) 와의 사이에 개재된다. 광이 반사시트 (5) 에서 반사되고, 다시 도광판 본체 (1) 내부로 부분적으로 도입된다.
도광판은 광을 출광면 (2b) 쪽으로 유도한다. 도 3 은 전형적인 광로를 통해 광원 (3) 으로부터 전달되는 광성분 (A, B, C) 을 도시한다. 광성분 (A, B, C) 은 다음과 같이 행동한다.
광성분 (A) 은 출광면 (2b) 으로 직접 진행한다. 소량의 광성분 (A) 만이 출광면 (2b) 으로부터 방출되고, 대부분의 광성분 (A) 은 출광면 (2b) 에서 내부로 반사되며, 확산면 (2a) 쪽으로 향한다. 광성분 (A) 은 확산면 (2a) 의 요철에서 난반사되어 산란되고, 광 하부성분 (sub-component) 이 출광면 (2b) 쪽으로 진행한다. 그러나, 광성분 (A) 의 일부는 확산면 (2a) 을 통과할 수도 있다. 상기 광성분 (A) 의 일부가 반사시트 (5) 까지 진행되고, 거기에서 반사된다. 이 반사광의 행동은 이후 상세히 설명된다.
광성분 (B, C) 은 확산면 (2a) 쪽으로 향하고, 확산면 (2a) 을 통과한다. 광성분 (B/C) 은 확산면 (2a) 에서 부분적으로 산란될 수도 있다. 광성분 (B, C) 은 반사시트 (5) 까지 진행하고, 반사시트 (5) 에서 반사된다.
반사된 광성분 (A/B/C) 은 반사 및 굴절을 반복하여 공기층 (7) 을 통해 입사면으로부터 멀어지는 방향으로 진행한다. 광성분 (A/B/C) 이 확산면 (2a) 에서 반사될 때, 광성분 (A/B/C) 중 일부는 확산면 (2a) 을 통과하며, 출광면 (2b) 쪽으로 진행한다. 광성분 (A/B/C) 중 일부가 임계각 미만의 입사각으로 출광면 (2b) 에 입사되면, 광성분 (A/B/C) 중 일부는 출광면 (2b) 으로부터 방출된다. 모든 반사된 광성분 (A/B/C) 은, 반사시트 (5) 와 확산면 (2a) 간의 어떠한 직접적인 접촉의 개재없이 공기층 (7) 을 통해 전달된다. 그 결과, 휘도가 출광면 (2b) 에 걸쳐 균일하고, 출광면 (2b) 은 균일한 휘도를 얻는다. 휘도 감소 및 국소적인 높은 휘도는 발생하지 않는다.
도광판은 다음과 같이 제조된다. 우선, 사출성형금형(injection molding die unit)이 준비된다. 사출성형금형내에 도광판 본체 (110 의 구성과 동일한 공간이 한정된다. 사출성형금형은 반구형 미세 리세스로 형성된 내부 요철면을 갖는다. 이 내부면은 도광판 본체 (11) 의 주면 (2a) 에 대응한다.
반구형 미세 리세스를 갖는 내부 요철면은 다음과 같이 제조된다. 내부면은 표준 기술을 사용하여 요철화된다. (도시되지 않은) 호닝 머신(honing machine)이 사출성형금형의 내부 요철면에 대향되고, 60 메시의 글래스 비드가 내부면에 충돌된다. 이 60 메시 글래스 비드가 내부 요철면에 반구형 미세 리세스를 형성한다.
이후, 용융된 아크릴 수지가 사출성형금형내에 주입되어, 상기 공간으로 확산된다. 용융된 아크릴 수지가 응고되어 도광판 본체 (11) 가 형성된다. 사출성형금형의 내부 요철면으로부터 도광판 본체 (11) 의 주면 (2a) 으로 요철이 전사되며, 반구형 미세 리세스에 의해 주면 (2a) 이 등각으로 돌출되어 반구형 미소돌기 (16) 가 형성된다.
마지막으로, 반사시트 (5) 는 공기층 (7) 을 형성하는 방식으로 도광판 본체 (1) 에 부착된다. 즉, 반구형 미소돌기 (16) 가 반사시트 (5) 와 요철 확산면 (2a) 간에 어떠한 직접적인 접촉도 없이 반사시트 (5) 를 지지한다. 라인 광원 (3) 및 오목 거울 (4) 은 도광판 본체 (11) 와 조립된다. 라인 광원/오목 거울 (3/4) 및 도광판 본체 (11) 간의 조립 작업은 반사시트 (5) 와 도광판 본체 (11) 의 조립 작업에 앞서 실행될 수도 있다.
상기한 설명에서 알 수 있듯이, 반구형 미소돌기는 요철 확산면 (2a) 으로부터 돌출되어, 반사시트 (5) 가 요철 확산면 (2a) 과 직접적으로 접촉하지 못하게 한다. 공기층 (7) 은 요철 확산면 (2a) 과 반사시트 (5) 간에 확실히 형성되고, 공기층 (7) 은 전체 출광면 (2b) 아래에 연장된다. 입사광이 도광판 본체 (11) 에 걸쳐 균일하게 확산되고, 휘도가 균일하게 된다.
제 2 실시예
도 4 에서, 본 발명을 실현하는 또다른 도광판은 도광판 본체 (21) 를 포함한다. 제 2 실시예를 실현하는 도광판의 다른 부분은 제 1 실시예의 부분과 유사하며, 상세한 설명없이 제 1 실시예의 상응하는 부분을 지정하는 참조 부호로 언급된다.
도광판 본체 (21) 는 예를 들어, 아크릴 수지와 같은 투명 재료로 형성되고, 미소돌기 (26) 는 요철 확산면 (2a) 에 형성된다. 미소돌기 (26) 는 원형뿔 형상으로 형성된다. 미소돌기 (26) 는 반구형 미소돌기 (16) 만큼 높을 수도 있고, 동일한 밀도 범위내에 있다. 도광판은 제 1 실시예의 모든 장점을 달성한다.
제 3 실시예
도 5 는 본 발명을 실현하는 또다른 도광판을 도시한다. 제 3 실시예를 실현하는 도광판은 도광판 본체 (31) 를 포함한다. 제 3 실시예를 실현하는 도광판의 다른 부분은 제 1 실시예의 부분과 유사하며, 상세한 설명없이 제 1 실시예의 상응하는 부분을 지정하는 참조 부호로 언급된다. 도광판은 제 1 실시예의 모든 장점을 달성한다.
도광판 본체 (31) 는 예를 들어, 아크릴 수지와 같은 투명 재료로 형성되고, 미소돌기 (36) 는 요철 확산면 (2a) 에 형성된다. 미소돌기 (36) 는 삼각형 프리즘 모양으로 형성되어 있다. 이 경우, 미소돌기 (36) 들은, 높이가 10 미크론, 폭이 30 미크론, 길이가 200 미크론이며, 200 미크론의 피치로 배열되어 있다.
상기한 설명에서 알 수 있듯이, 미소돌기에 의해 확산면 (2a) 과 반사시트 (5) 사이에 공기층 (7) 이 확실하게 형성되며, 공기층 (7) 에 의해 광이 입사면에 대향하는 측면을 향해 진행하게 된다. 이것에 의해 조도 및 휘도가 균일하게 된다.
본 발명의 특정 실시예가 도시되어 설명되었지만, 당업자에게는 본 발명의 사상 및 범위로부터 벗어나지 않고 다양한 수정 및 변경이 가능함은 명백할 것이다. 예를 들어, 미소돌기는 반구형, 원뿔 및 삼각 프리즘과 다른 적절한 구성을 가질 수도 있다. 도광판 본체도 다른 종류의 투명 재료로 형성될 수 있다.
반구형 미소돌기가 요철 확산면 (2a) 으로부터 돌출되어, 반사시트 (5) 가 요철 확산면 (2a) 과 직접적으로 접촉하지 못하게 한다. 이것에 의해 공기층 (7) 이 요철 확산면 (2a) 과 반사시트 (5) 사이에 확실하게 형성되게 된다. 따라서, 입사광이 도광판 본체 (11) 에 걸쳐 균일하게 확산되어, 휘도가 균일해진다.
도 1 은 일본 특개평 2-176629 에 공개된 종래기술의 도광판의 구조를 도시하는 단면도.
삭제
도 2 는 본 발명에 따른 도광판의 구조를 도시하는 단면도.
도 3 은 도광판에서의 반사를 도시하는 개략적인 도.
도 4 는 본 발명에 따른 다른 도광판의 구조를 도시하는 단면도.
도 5 는 본 발명에 따른 또다른 도광판의 구조를 도시하는 단면도.
도면의 주요 부분에 대한 부호설명
1 : 도광판 2a : 요철 확산면
3 : 라인광원 4 : 곡면거울
5 : 반사시트 7 : 공기층
11 : 도광판 본체 16 : 미소돌기

Claims (16)

  1. 액정표시장치에 사용되는 도광판으로서,
    입사면, 광성분(A/B/C)을 산란시키는 요철확산면(2a) 및 상기 광성분(A/B/C)을 방출하는 출광면(2b)을 포함하며, 투명한 재료로 형성된 도광판 본체(11; 21; 31);
    상기 요철 확산면(2a)에 대향하는 반사시트(5)로서, 상기 요철 확산면과 상기 반사시트와의 사이에 공기층(7)을 형성하는 상기 반사시트(5); 및
    상기 광성분(A/B/C)을 상기 도광판 본체로 공급하는 상기 입사면에 대향하는 광원(3)을 구비하며,
    상기 요철 확산면(2a)상에 형성되며, 상기 반사시트와 상기 요철 확산면(2a)과의 사이에 어떠한 직접적인 접촉없이 상기 반사시트(5)를 지지하도록 요철보다 넓은, 상기 요철 확산면(2a)으로부터 이격된 피크를 갖는 미소돌기(16; 26; 36)를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 도광판.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 미소돌기(16; 26)의 높이는 10 미크론 내지 20 미크론이고,
    상기 미소돌기의 밀도는 제곱 센티미터 당 50 내지 100 개인 것을 것을 특징으로 하는 도광판.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 미소돌기(16)는 반구형 형상으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 도광판.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 미소돌기(26)는 원뿔 형상으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 도광판.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 미소돌기(36)는 삼각 프리즘 형상으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 도광판.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 미소돌기(36)들은, 높이가 10 미크론이고, 폭이 30 미크론이고, 길이가 200 미크론이며, 200 미크론의 피치로 배열되어 있는 것을 특징으로 하는 도광판.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 도광판은 상기 입사면에 대향하는 측면을 더 구비하며,
    상기 반사시트(5)가 상기 입사면과 상기 측면과의 사이에 상기 공기층(7)을 형성하도록, 상기 요철 확산면(2a) 및 상기 출광면(2b)이, 상기 입사면의 일방의 에지라인과 상기 측면의 일방의 에지라인 사이에 그리고 상기 입사면의 타방의 에지라인과 상기 측면의 타방의 에지라인 사이에 각각 연장되는 것을 특징으로 하는 도광판.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 광원은 상기 입사면에 대향하는 라인광원(3)으로 구현되는 것을 특징으로 하는 도광판.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 요철 확산면(2a)의 요철의 밀도는 상기 입사면으로부터 상기 측면쪽으로 증가되는 것을 특징으로 하는 도광판.
  10. 제 7 항에 있어서,
    상기 요철 확산면(2a)이 상기 출광면(2b)에 대해 경사지도록 상기 입사면은 상기 측면보다 넓은 것을 특징으로 하는 도광판.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 요철 확산면(2a)의 요철의 밀도는 상기 입사면으로부터 상기 측면쪽으로 증가되는 것을 특징으로 하는 도광판.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 광원을 둘러써서 상기 광성분을 상기 입사면쪽으로 반사시키도록 상기 도광체 본체에 부착된 곡면거울(4)을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 도광판.
  13. 도광판의 제조방법으로서,
    a) 입사면, 요철 확산면(2a) 및 출광면(2b)을 갖는 투명 도광판 본체(11; 21; 31)를 형성하는 단계; 및
    b) 반사시트(5)가 상기 요철 확산면에 대향하고 광원(3)이 상기 입사면에 대향하도록 상기 반사시트(5)와 상기 광원(3)을 상기 투명 도광판 본체(11; 21; 31)와 조립하는 단계를 구비하고,
    상기 투명 도광판 본체(11; 21; 31)는, 상기 요철 확산면(2a)상에 형성되고 요철보다 넓은 상기 요철 확산면(2a)으로부터 이격된 피크를 갖는 미소돌기 (16;26;36)를 더 구비하며,
    상기 요철 확산면과 상기 피크에 의해 지지되는 상기 반사시트(5)와의 사이에 공기층(7)이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 도광판의 제조방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 a) 단계는,
    a-1) 상기 투명 도광판 본체(11; 21; 31)의 구성에 대응하는 공간이 형성되고, 상기 공간을 부분적으로 한정하는 요철면을 갖는 몰딩 다이 유닛의 중간 생성물을 준비하는 하부 단계;
    a-2) 상기 미소돌기(16; 26; 36)에 대응하는 미소 리세스를 형성하도록 상기 요철면에 대하여 미소한 글래스 비드를 충돌시키는 하부 단계;
    a-3) 상기 공간을 충전하도록 융용물을 상기 공간 내부에 주입하는 하부 단계; 및
    a-4) 상기 용융물을 응고시켜 상기 투명 도광판 본체(11; 21; 31)를 형성하는 하부 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 도광판의 제조방법.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 용융물은 아크릴 수지인 것을 특징으로 하는 도광판의 제조방법.
  16. 제 14 항에 있어서,
    상기 미소한 글래스 비드는 60 메시에 대응하는 것을 특징으로 하는 도광판의 제조방법.
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