KR100750609B1 - 청색 인광체를 갖는 플라즈마 화상 스크린, 발광 스크린, 및 인광체 조제물 - Google Patents

청색 인광체를 갖는 플라즈마 화상 스크린, 발광 스크린, 및 인광체 조제물 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 청색의 Eu2+-활성화된 인광체(phosphor)와 UV-C 광 방출 인광체(UV-C light emitting phosphor)를 포함하는 발광층(luminescent layer)이 제공되는 플라즈마 화상 스크린(plasma picture screen)에 관한 것이다. UV-C 광 방출 인광체와 Eu2+-활성화된 인광체의 혼합 또는 UV-C 광 방출 인광체에 의한 Eu2+-활성화된 인광체의 코팅(coating) 또는 UV-C 광 방출 인광체의 도포층(covering layer)에 의한 Eu2+-활성화된 인광체 기저층(base layer)의 코팅은, VUV 범위에서 Eu2+-활성화된 인광체의 광분해를 상당히 감소시킨다.

Description

청색 인광체를 갖는 플라즈마 화상 스크린, 발광 스크린, 및 인광체 조제물{PLASMA PICTURE SCREEN WITH BLUE PHOSPHOR, LUMINESCENT SCREEN, AND PHOSPHOR PREPARATION}
도 1은, AC 플라즈마 화상 스크린에서 단일 플라즈마 셀(cell)의 구조와 작동 원리를 도시하는 도면.
도 2는 BaMgAl10O17:Eu 및 BaMgAl10O17:Eu와 10 중량%의 LaPO 4:Pr의 인광체 혼합물에 의해 방출되는 상대적인 발광 세기(luminous intensity)를 도시하는 도면.
<도면 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1: 전면 플레이트(front plate) 2: 후면 플레이트(back plate)
3: 유리 플레이트 4: 유전층
5: 보호층 6,7: 방전 전극
8: 플라즈마 영역 9: 인광체 층
10: 어드레스 전극(address electrode) 11: 방사선
본 발명은, 청색의 Eu2+-활성화된 인광체(a blue, Eu2+- activated phosphor)를 포함하는 인광체 층(phosphor layer)이 제공된 플라즈마 화상 스크린(plasma picture screen)에 관한 것이고, 또한 발광 스크린 및 인광체 조제물(phosphor preparation)에 관한 것이다.
플라즈마 화상 스크린은 고해상도, 대형 스크린 직경을 갖는 색 화상(color picture)을 나타낼 수 있고, 컴팩트한 구조를 갖는다. 플라즈마 화상 스크린은 기체로 충진되고 격자로 배열된 전극을 갖는, 밀봉하여 닫혀 있는 유리 셀(glass cell)을 포함한다. 전압을 가하면 자외선 범위(145 내지 185nm)에서 광(light)을 생성하는 기체 방전(gas discharge)을 일으킨다. 이 광은 인광체에 의해 가시광선으로 전환되고 유리 셀의 전면 플레이트를 통해 시청자에게 방출된다.
UV에 의해 여기될 때 특히 효과적인 인광체가 플라즈마 화상 스크린에 사용된다. 예를 들어, 흔히 사용되는 청색-방출 인광체는, 2가 상태의 Eu2+에 의해 활성화되는 BaMgAl10O17:Eu(BAM)과 (Ba,Sr,Ca)5(PO4)3Cl:Eu(SCAP)이다. 그러나, Eu2+-활성화된 인광체는, 진공 UV 광(100 내지 200nm)으로 조사(irradiation)할 때 발광 효율의 상당한 감소를 나타내는 반면, 긴 파장의 UV 광(200 내지 400nm)으로 조사할 때는 적은 에이징(ageing)만이 관찰된다.
VUV 광에 의해 여기될 때 Eu2+-활성화된 인광체의 광분해는, 활성체 Eu2+가 Eu3+로 산화됨으로써 일어난다. 인광체 입자에 Eu3+가 존재함으로써, Eu3+ 이온은 여 기자(exciton)를 포획하고 방사선을 방출하지 않으면서 기저 상태(base state)로 돌아오기 때문에, 발광 효율이 감소한다.
예를 들어, Ce3+ 또는 Pb2+와 같이 보다 광에 안정한 활성체를 갖는 인광체의 사용으로 이러한 문제를 제거할 수 있다. 그러나, 이러한 인광체는 VUV에 의해 여기될 때, Eu2+-활성화된 인광체보다 더 작은 색 채도와 실질적으로 더 작은 발광 효율을 나타낸다.
본 발명은, 발명의 목적을 위해 향상된 청색 방출 인광체가 제공된 플라즈마 화상 스크린을 제공한다.
이러한 목적은, Eu2+-활성화된 인광체와 UV-C 광 방출 인광체를 포함하는 발광층이 제공되는 플라즈마 화상 스크린에 의해 이루어진다.
Eu2+-활성화된 인광체와 UV-C 광 방출 인광체의 조합은, 파장이 200nm 미만인 VUV 광에 의해 Eu2+-활성화된 인광체가 광분해되는 것을 방지한다.
UV-C 광 방출 인광체는 LaPO4:Pr, YPO4:Pr, YBO3:Pr, Y2SiO 5:Pr, LuBO3:Pr, 및 YPO4:Bi를 포함하는 그룹으로부터 선택되는 것이 바람직하다.
이러한 UV 인광체는, VUV 광에 의해 특히 효과적인 방법으로 Eu2+-활성화된 인광체의 광분해를 방지한다.
또한, Eu2+-활성화된 인광체는 BaMgAl10O17:Eu와 (Ba,Sr,Ca)5(PO 4)3Cl:Eu를 포함하는 그룹으로부터 선택되는 것이 바람직하다.
이러한 청색-방출 인광체는, UV 광을 청색광으로 효과적으로 전환시킬 뿐만 아니라 높은 색 채도를 나타내고, 플라즈마 화상 스크린을 제조하는 동안 열적 하중을 견딜 수 있기 때문에, 플라즈마 화상 스크린에 사용하는데 특히 적합하다.
바람직한 실시예는, 발광층이 Eu2+-활성화된 인광체 입자와 UV-C 광 방출 인광체 입자의 혼합물을 포함하는 것을 특징으로 한다.
이러한 실시예에서 UV-C 광 방출 인광체 입자의 비례량은, 1과 50 중량% 사이에 있는 것이 바람직하다.
이러한 실시예는, UV-C 광 방출 인광체가 발광층의 제조에 사용되는 인광체 현탁액(suspension)에 간단히 첨가될 수 있기 때문에, 간단한 방법으로 실시될 수 있다.
보다 바람직한 실시예는, Eu2+-활성화된 인광체 입자들이 UV-C 광 방출 인광체 층으로 코팅되는 것을 특징으로 한다.
다른 바람직한 실시예는, 발광층이 Eu2+-활성화된 인광체를 포함하는 기저층과 UV-C 광 방출 인광체를 포함하는 도포층(covering layer)을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명은, Eu2+-활성화된 인광체와 UV-C 광 방출 인광체를 포함하는 발광층이 제공되는 발광 스크린에 관한 것이다.
이러한 발광 스크린은, 예를 들어 제논 방전 램프(xenon discharge lamp)와 같이 플라즈마 방출 VUV 광으로도 작동되는 장치에서 사용될 수 있다.
본 발명은 또한 Eu2+-활성화된 인광체와 UV-C 광 방출 인광체를 포함하는 인광체 조제물(phosphor preparation)에 관한 것이다.
이러한 인광체 조제물은, 예를 들어 제논 방전 램프와 같이 플라즈마 방출 VUV 광으로 작동되는 장치에서 발광 물질로 사용될 수 있다.
본 발명은, 이제 아래에 있는 2개의 도면과 3개의 실시예를 참조로 해서 보다 상세히 설명될 것이다.
(실시예)
도 1에서, 플라즈마 셀은, 전면 플레이트(front plate)(1)와 후면 플레이트(back plate)(2)의 평면 평행 배열(planar parallel arrangement)을 갖는 AC 플라즈마 화상 스크린을 포함한다. 전면 플레이트(1)는 유리 플레이트(3)를 포함하고, 이 위에 있는 유전층(4)을 포함하며 유전층(4) 위에 보호층(5)이 제공된다. 보호층(5)은 MgO로 제조되는 것이 바람직하고 유전층(4)은 예를 들어 PbO를 함유하는 유리로 제조되는 것이 바람직하다. 평행하고, 선형 형태(strip-shaped)인 방전 전극(discharge electrode)(6,7)이 유리 플레이트(3) 위에 형성되어, 유전층(4)에 의해 도포된다. 예를 들어 방전 전극(6,7)은 금속이나 ITO로 제조된 다. 후면 플레이트(2)는 유리로 제조되고, 예를 들어 Ag로 제조된 평행하고 선형 형태인 어드레스 전극(address electrode)(10)은, 방전 전극(6,7)에 수직이 되도록 후면 플레이트(2)에 제공된다. 이러한 어드레스 전극(10)은, 적색, 녹색, 또는 청색의 3가지 기본색 중 하나인 인광체 층(9)으로 덮여있다. 각각의 인광체 층(9)은 바람직하게는 유전 물질로 제조된 장벽(barrier)에 의해 분리된다.
바람직하게는, 예를 들어 He, Ne, Xe, 또는 Kr의 희유 기체 혼합물인 기체는 플라즈마 셀에 존재하고, 또한 각각 하나가 음극이면 다른 하나는 양극인 방전 전극(6,7) 사이에 존재한다. 표면 방전이 시작된 후에, 이것에 의해 전하(charge)는 플라즈마 영역(8)의 방전 전극(6,7) 사이에 존재하는 방전 경로를 따라 흐를 수 있고, 플라즈마는 상기 플라즈마 영역(8)에서 형성되는데, 바람직하게는 플라즈마 영역(8)에 의해 UV 영역 또는 VUV 영역에서 방사선(11)이 생성된다. 이 방사선(11)은 인광체 층(9)을 여기시켜 발광(phosphorescence)을 발하도록 하고, 삼원색 중의 하나인 가시광(13)을 방출하는데, 이 광은 전면 플레이트(1)를 통해 외부로 방출되고 이에 따라 화상 스크린에 발광 화소(luminous pixel)를 형성한다.
사용된 청색의 인광체는, 예를 들어 BaMgAl10O17:Eu 또는 (Ba,Sr,Ca)5(PO4)3Cl:Eu와 같은 Eu2+-활성화된 인광체이다. 청색 발광 인광체 층은 청색 인광체 외에, 예를 들어 LaPO4:Pr, YPO4:Pr, YBO3:Pr, Y2SiO 5:Pr, LuBO3:Pr, 또는 YPO4:Bi과 같은 UV-C 광 방출 인광체를 또한 포함한다.
활성체 Eu2+는, Eu2+-활성화된 인광체가 파장이 200nm 이상인 UV 광으로 조사될 때 직접 여기된다. 전기적으로 여기된 Eu2+ 양이온은, 450nm 파장의 광자(photon)를 방출하면서 양이온의 바닥 상태로 복귀한다.
파장이 200nm 미만인 UV 광으로 Eu2+-활성화된 인광체를 여기시키는 것이, 호스트 격자(host lattice)의 여기를 일으킨다. 이러한 것이 엑시톤[전자-홀 쌍(electron-hole pairs)]의 형성을 초래한다. 형성된 홀은 Eu2+ 양이온에 의해 포획되고(trapped), 이에 의해 Eu3+ 양이온이 형성된다. 남아있는 전자는 한편 Eu3+ 양이온에 의해 포획될 수 있고, 이에 의해 활성화된 Eu2+ 양이온이 형성되어, Eu2+ 양이온은 450nm 파장의 광자를 방출하면서 바닥 상태(ground state)로 다시 복귀한다. 그러나 대안적으로, 전자는, 인광체의 결정 격자에서 음이온 공극(anion void) 또는 색 중심(color center)이라고도 불리는 결점(defect)에 의해 포획될 수 있다. 이러한 경우에 문제는, Eu3+ 양이온이 대량으로 남아있다는 것으로, Eu3+ 양이온은 Eu2+ 양이온의 발광을 방해한다.
이러한 음이온 공극은, Eu2+-활성화된 BAM 또는 SCAP인 경우에 인광체의 전도 밴드(conduction band)보다 약 5eV 밑에 존재한다. 이러한 음이온 공극에 존재하는 전자는 동일한 양의 에너지 공급에 의해 다시 자유롭게 될 수 있다. 다음으로, 방 출된 전자는 Eu3+ 양이온에 의해 다시 포획되거나 또는 음이온 공극에 의해 한번 더 포획될 수 있다. 그러나, 음이온 공극에 의해 포획되는 경우에, 전자는 신선한 에너지 공급에 의해 다시 방출될 수 있다.
음이온 공극으로부터 전자를 방출하는데 필요한 에너지는, 200 내지 300nm의 UV-C 방사선의 에너지 범위에 해당된다. UV-C 광 방출 인광체와 Eu2+-활성화된 인광체의 조합은, 음이온 공극에 포획되었던 전자를 다시 방출하는데 필요한 에너지를 즉시 공급한다. 즉, 전자는 재활용될 수 있다.
청색 인광체는, Eu2+-활성화된 인광체 입자와 UV-C 광 방출 인광체 입자의 혼합물을 포함하거나 또는 UV-C 광 방출 인광체의 코팅, 또는 Eu2+-활성화된 인광체의 기저층(base layer) 및 UV-C 광 방출 인광체의 도포층을 갖는 Eu2+-활성화된 인광체를 포함할 수 있다.
이러한 적합한 발광층을 제조하는 방법은, 예를 들어 정전기적 증착(electrostatic deposition) 또는 정전기적으로 유지되는 더스팅(electrostatically supported dusting)과 같은 건식 코팅 방법(dry coating method), 및 예를 들어 채널(channel)을 따라 이동하는 노즐, 또는 액상(liquid phase)으로부터의 침강(sedimentation)에 의해 현탁액(suspension)이 제공되는 디스펜서 방법(dispenser method)인 실크 스크린 프린팅(silk-screen printing)과 같은 습식 코팅(wet coating) 방법 모두이다.
습식 코팅 방법의 경우에, Eu2+-활성화된 인광체는 물, 가능한 한 분산제(dispersing agent)와 함께 사용되는 유기 용매, 계면활성제, 및 거품 방지제(anti-foaming agent), 또는 결합제 조제물(binder preparation)에서 분산되어야 한다. 플라즈마 화상 스크린에 대한 적절한 결합제 조제물은, 분해, 부스러짐(brittling), 또는 변색(discoloration)이 일어나지 않고 250℃의 작업 온도를 견딜 수 있는 무기 결합제이거나, 또는 산화에 의해 그 결과로 제거될 수 있는 유기 결합제이다.
발광층이 Eu2+-활성화된 인광체와 UV-C 광 방출 인광체의 혼합물을 포함한다면, 현탁액은 2개의 인광체로 간단히 제조된다. UV-C 광 방출 인광체의 비례량은, Eu2+-활성화된 인광체의 양에 대해 1과 50 중량% 사이에 존재하는 것이 바람직하다.
한편, 인광체가 UV-C 광 방출 인광체로 코팅된 Eu2+-활성화된 인광체를 포함한다면, 코팅된 인광체가 먼저 제조된다. 이러한 목적으로, Eu2+-활성화된 인광체는 증류수에 현탁되고, 이어서 입자 크기가 100과 1000nm 사이인 UV-C 광 방출 인광체의 입자들이 첨가된다. Eu2+-활성화된 인광체 용액의 pH 값이 조절되어, Eu2+-활성화된 인광체와 UV-C 광 방출 인광체는 다음 현탁액에서 서로 반대되는 표면 전하를 가질 것이다. 현탁액은 몇 시간 더 교반되고 다음으로 코팅된 인광체는 여과되고 건조된다. 다음으로 후면 플레이트(2)의 코팅을 위한 코팅된 인광체의 현탁액은, 상술된 바와 같이 제조된다.
만일 발광층이 Eu2+-활성화된 인광체의 기저층과 UV-C 광 방출 인광체의 도포층을 포함한다면, Eu2+-활성화된 인광체의 현탁액이 후면 플레이트(2)에 처음 제공되고 건조된다. 다음으로 UV-C 광 방출 인광체 현탁액의 도포층이 이러한 기저층에 제공되고 건조된다.
적색 및 녹색 방출 인광체는 유사한 방식으로 이어서 제조된다.
인광체 층(9)이 제공된 후에, 후면 플레이트(2)는, 예를 들어 플라즈마 화상 스크린의 제조를 위한 전면 플레이트(1)와 희유 기체 혼합물과 같은 추가적인 성분들과 함께 사용된다.
대체로, 이러한 발광층은, 예를 들어 매트릭스 배열을 갖거나 또는 갖지 않는 AC 플라즈마 화상 스크린 또는 DC 플라즈마 화상 스크린과 같은 모든 타입의 플라즈마 화상 스크린에 대해 사용될 수 있다.
또한, 이러한 발광층은 제논 방전 램프의 발광 스크린에서 사용되거나 또는 VUV 광 방출 플라즈마와 작동되는 일부 다른 장치에서 사용될 수 있다.
도 2는, BaMgAl10O17:Eu 및 BaMgAl10O17:Eu와 10 중량%의 LaPO 4:Pr의 인광체 혼합물에 대한 제논 방전의 경우에, 시간의 함수로 상대적인 발광 세기를 도시한다. 그래프(14)는 여기에서 BaMgAl10O17:Eu의 인광체 층에 대한 상대적인 발광 세기를 도시한다. 그래프(15)는 10 중량%의 LaPO4:Pr을 갖는 BaMgAl10O17:Eu의 인광체 층에 대 한 상대적인 발광 세기를 도시한다. 시간에 대한 발광 세기의 감소는 10 중량%의 LaPO4:Pr을 갖는 BaMgAl10O17:Eu의 인광체 층에서 확실히 더 적게 나타난다.
본 발명의 실시예는, 본 발명이 어떻게 수행될 수 있는지의 예들을 나타내면서 아래에서 보다 상세히 설명된다.
실시예 1
20g의 BaMgAl10O17:Eu와 2g의 LaPO4:Pr의 현탁액이 우선 제조되고, 여기에 유기 결합제와 분산제와 같은 첨가제들이 첨가되었다. 현탁액은 실크 스크린 프린팅에 의해 후면 플레이트(2)에 제공되고 건조되었다. 이러한 공정 단계는 녹색과 적색의 방출 색을 갖는 다른 2개의 인광체 타입에 대해서 연달아 실행되었다.
인광체 층(9)에 남아있는 모든 첨가제들은, 산소를 포함하는 대기 중 400 내지 600℃에서 후면 플레이트(2)를 열 처리함으로써 제거되었다. 그 다음에 이러한 후면 플레이트(2)는 플라즈마 화상 스크린을 제조하기 위해 사용되었다.
시간에 따른 상대적인 발광 세기를 측정하기 위해서, 현탁액의 일부가 원통형 램프에서 발광 스크린을 제조하기 위해 사용되었다. 원통형 램프는 이어서 200mbar 제논 기체로 충진되고 봉인된다. Al 조각 전극(Al strip electrode)이 사용된 후, 램프는 유전 장벽 방전 램프(dielectric barrier discharge lamp)를 위한 표준 회로(standard circuit)에 의해 작동되었다. 작동 시간의 함수로서 상대적인 발광 세기가 도 2에 도시되어 있다. 그래프(14)는 여기에서 BaMgAl10O17:Eu를 갖는 발광층에 해당하고, 그래프(15)는 BaMgAl10O17:Eu와 10 중량%의 LaPO4:Pr을 갖는 발 광층에 해당한다.
실시예 2
90g의 BaMgAl10O17:Eu(d50=5㎛)가 50ml의 증류수에 부유되었고, 용액의 pH 값은 pH=7.5로 조절되었다. 다음으로 10g의 LaPO4:Pr(d50=0.6㎛)가 첨가되고 현탁액은 2시간 동안 교반되었다. LaPO4:Pr로 코팅된 BAM 인광체는 여과되고 80℃에서 건조되었다.
코팅된 인광체의 현탁액이 이어서 제조되고, 여기에 유기 결합제와 분산제와 같은 첨가제들이 첨가되었다. 현탁액이 실크 스크린 프린팅에 의해 후면 플레이트(2)에 제공되고 건조되었다. 이러한 공정 단계는 녹색과 적색의 방출 색을 갖는 다른 2개의 인광체 타입에 대해서 연달아 실행되었다.
인광체 층(9)에 남아있는 모든 첨가제들은, 산소를 포함하는 대기 중 200 내지 600℃에서 후면 플레이트(2)를 열 처리함으로써 제거되었다. 그 다음에 이러한 후면 플레이트(2)는 플라즈마 화상 스크린을 제조하기 위해 사용되었다.
실시예 3
BaMgAl10O17:Eu의 현탁액이 우선 제조되고, 여기에 유기 결합제와 분산제와 같은 첨가제들이 첨가되었다. 현탁액은 실크 스크린 프린팅에 의해 후면 플레이트(2)에 제공되고 건조되었다.
이어서, YBO4:Bi의 현탁액이 제조되고, 여기에 유기 결합제와 분산제와 같은 첨가제들이 첨가되었다. 이러한 현탁액은 실크 스크린 프린팅에 의해 이전에 BaMgAl10O17:Eu가 제공되었던 후면 플레이트(2)의 부분에 제공되고 건조되었다. 따라서, YBO4:Bi의 도포층이 BaMgAl10O17:Eu의 기저층에 존재했다.
게다가, 녹색과 적색의 방출색을 갖는 인광체 타입의 현탁액이 이어서 제조되고, 여기에 유기 결합제와 분산제와 같은 각각의 첨가제들이 첨가되었다. 이러한 현탁액은 실크 스크린 프린팅에 의해 후면 플레이트(2)에 제공되고 건조되었다.
인광체 층(9)에 남아있는 모든 첨가제들은, 산소를 포함하는 대기 중 400 내지 600℃에서 후면 플레이트(2)를 열 처리함으로써 제거되었다. 그 다음에 이러한 후면 플레이트(2)는 플라즈마 화상 스크린을 제조하기 위해 사용되었다.
상술한 바와 같이 본 발명은, Eu2+-활성화된 인광체와 UV-C 광 방출 인광체를 포함하는 발광층이 제공되는 플라즈마 화상 스크린에 의해 이루어지며, Eu2+-활성화된 인광체와 UV-C 광 방출 인광체의 조합은, 파장이 200nm 미만인 VUV 광에 의해 Eu2+-활성화된 인광체가 광분해되는 것을 방지하는 효과가 있다.

Claims (9)

  1. 플라즈마 영역에서 플라즈마 방전을 제공하는 수단, 및 또한 발광층(a luminescent layer)을 포함하는 플라즈마 화상 스크린(plasma picture screen)으로서, 상기 발광층은 Eu2+-활성화된 인광체(Eu2+-activated phosphor), 및 상기 플라즈마 영역과 상기 Eu2+-활성화된 인광체 사이에 UV-C 광 방출 인광체를 포함하는 층을 포함하는 것을 특징으로 하는, 플라즈마 화상 스크린.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 Eu2+-활성화된 인광체 입자는 상기 UV-C 광 방출 인광체의 층으로 코팅되는 것을 특징으로 하는, 플라즈마 화상 스크린.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 발광층은 상기 Eu2+-활성화된 인광체를 포함하는 기저층(base layer) 및 상기 UV-C 광 방출 인광체를 포함하는 도포층(covering layer)을 포함하는 것을 특징으로 하는, 플라즈마 화상 스크린.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 UV-C 인광체는 LaPO4:Pr, YPO4:Pr, YBO3:Pr, Y2SiO5:Pr, LuBO3:Pr, 및 YPO4:Bi를 포함하는 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는, 플라즈마 화상 스크린.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 Eu2+-활성화된 인광체는 BaMgAl10O17:Eu 및 (Ba,Sr,Ca)5(PO4)3Cl:Eu를 포함하는 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는, 플라즈마 화상 스크린.
  6. 작동 시에 플라즈마 영역에서 플라즈마 방전을 제공하는 수단, 및 또한 발광층을 포함하는 장치로서, 상기 발광층은 Eu2+-활성화된 인광체, 및 상기 플라즈마 영역과 상기 Eu2+-활성화된 인광체 사이에 UV-C 광 방출 인광체를 포함하는 층을 포함하는 것을 특징으로 하는, 장치.
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