KR100864321B1 - 프리즘 계곡부위에 무정형의 돌기형상을 가지는 광확산체를포함하는 디퓨져 프리즘 시트 및 이를 이용한액정표시장치 - Google Patents

프리즘 계곡부위에 무정형의 돌기형상을 가지는 광확산체를포함하는 디퓨져 프리즘 시트 및 이를 이용한액정표시장치 Download PDF

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Abstract

광굴절 기능과 광확산 기능을 동시에 가질 수 있는 디퓨져 프리즘 시트가 제공된다. 본 발명에 따른 디퓨져 프리즘 시트는 투명 재질의 베이스 필름; 베이스 필름의 일면에 형성되며, 소정의 단면 형상을 가진 복수개의 단위 프리즘들이 일방향으로 배열되어 있는 광굴절부; 및 광굴절부의 단위 프리즘의 계곡 부위에 무정형 다면체의 돌기형상을 가지는 광확산체가 형성되어 있는 것을 특징으로 한다. 또한, 본 발명의 디퓨져 프리즘 시트를 이용한 액정표시장치 백라이트 유닛도 제공된다.
확산, 굴절, 프리즘 시트, 렌즈, 확산부위, 무정형 다면체의 돌기형상

Description

프리즘 계곡부위에 무정형의 돌기형상을 가지는 광확산체를 포함하는 디퓨져 프리즘 시트 및 이를 이용한 액정표시장치 {Diffuser prism sheet comprising amorphous light diffuser on the valley of prism and LCD back light unit thereby}
도 1은 종래의 액정표시장치의 백라이트 유닛을 나타내는 분해사시도이다.
도 2a는 본 발명의 실시예에 따른 디퓨져 프리즘 시트를 모식적으로 나타낸 사시도이다.
도 2b는 본 발명의 실시예에 따른 디퓨져 프리즘 시트에 대한 실제 제작모델의 전자현미경 사진이다.
도 3a는 도 2a의 "A" 부분에 대한 확대 사시도이다.
도 3b는 도 2b의 전자현미경 사진에 대한 확대 사진이다.
도 4a는 비교예에 의해 제작된 샘플에 대한 실험 사진을 나타낸다.
도 4b는 실험예에 의해 제작된 샘플에 대한 실험 사진을 나타낸다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
200: 프리즘 210: 광굴절부
211: 단위 프리즘 220: 광확산체
본 발명은 디퓨져 프리즘 시트 및 이를 이용한 액정표시장치 백라이트 유닛에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 종래의 액정표시장치용 백라이트 유닛에 사용되는 프리즘 시트의 프리즘 계곡부위에 광확산체를 포함하는 광확산체를 형성함으로써 도광판에서 출사되는 빛을 일정방향으로 굴절시키는 기능과 빛을 확산시키는 기능을 동시에 가질 수 있는 디퓨져 프리즘 시트 및 이를 이용한 액정표시장치 백라이트 유닛에 관한 것이다.
일반적으로 액정표시장치(Liquid crystal display device)는 액체와 고체 중간상태의 물질인 액정이 전극으로 형성된 두장의 유리기판 사이에 주입되어 전계를 가하여 숫자나 영상을 표시하는 기기를 말한다.
이러한 액정표시장치는 자체발광소자가 아니므로 빛을 발생시키는 광원(light source)으로서 백라이트 유닛(back light unit)을 구비하여야 하며, 이러한 백라이트 유닛에서 발생한 빛을 액정이 일정하게 배열되어 있는 패널부에서 빛의 투과량을 조절하면서 영상 등을 표시하게 된다.
도 1은 종래의 액정표시장치의 백라이트 유닛을 나타내는 분해사시도이다.
도 1에 도시된 바와 같이 종래의 LCD 백라이트유닛은 광원(105), 도광 판(110), 반사판(115), 확산시트(120), 프리즘 시트(125) 및 보호시트(130)를 포함한다.
광원(105)은 액정표시장치에 있어서 최초로 빛을 발산하는 부분으로서 사용될 수 있는 광원(105)은 여러 종류가 있으나 일반적으로 액정표시장치에 사용되는 광원은 전력소모가 적고 매우 밝은 백색광을 발산시키는 CCFL(Cold Cathode Fluorescence Lamp; 냉음극 형광램프)를 사용한다.
도광판(Light guide plate; 110)은 LCD 패널(100) 하부 및 광원(105)의 일측면에 형성되며 광원(105)에서 발생한 점광(spot light)을 면광(plane light)으로 변환시켜 전면에 빛을 투사시켜주는 역할을 한다.
반사판(reflector plate; 115)은 도광판(110)의 후면에 형성되며 광원(105)으로부터 나오는 빛을 전면의 LCD 패널(100) 방향으로 반사시키는 역할을 한다.
확산시트(Diffuser sheet; 120)는 도광판(110)의 상면에 형성되며 도광판(110)을 통해 나온 빛을 균일(uniform)하게 해주는 역할을 한다.
프리즘 시트(prism sheet; 125)는 확산시트(120)를 지나면서 수평 및 수직 양방향으로 확산이 일어나 휘도(brightness)가 급격히 떨어지게 되는 빛을 굴절, 집광시켜 휘도를 높이기 위해서 사용하는 것으로, 통상적으로 서로 수직되는 방향으로 배열된 두장의 프리즘 시트가 사용된다.
보호시트(protector sheet; 130)는 프리즘 시트(125) 상면에 위치하며 프리즘 시트(125)의 흠집을 방지하고, 수직 및 수평 방향을 두 층으로 형성된 프리즘 시트(125) 사용시 발생하는 모아레 현상(Moire effect)을 방지하기 위하여 사용된 다.
종래의 액정표시장치 백라이트 유닛은 상기와 같은 구성요소를 포함하는 구조로 되어 있는데, 본 발명은 이러한 구성요소들 중 프리즘 시트(125)에 대하여 다른 기술적 사상을 부가하는 발명이다.
프리즘 시트(125)는 일반적으로 투명재질의 필름의 일면에 복수개의 단위프리즘들이 일정한 방향성을 가지고 조밀하게 배열되어 있는 형태로 되어 있다.
이러한 프리즘 시트(125)는 도광판(110)에서 출사되어 확산시트(120)를 거쳐 확산(diffusion)된 빛이 일정한 방향성을 가지도록 굴절시켜주는 기능을 하는 부재이다.
일반적으로 빛은 투과 및 반사의 폭이 좁으면 투과 및 반사되는 영역에서는 빛이 상대적으로 밝게 보이고, 투과 및 반사되는 폭이 넓으면 앞의 것에 비해 범위는 넓은 대신 빛은 상대적으로 어둡게 보이는 경향이 있다.
최근 액정표시장치는 17인치 19인치 모니터에서 40인치 이상의 대형 패널 위주로 기술의 발달이 전환되고 있는데, 이러한 대형 패널에서 중요시되는 기술이 백라이트에서 나오는 빛의 세기가 일정수준 이상이되, 전면적에 걸쳐서 균일하게 분포시키는 것이다.
다만, 이러한 빛의 밝기는 일반적으로 임계치(critical value), 즉 일정 밝기 이상이면 더 이상 밝을 필요가 없는 값이 존재하는데, 특히 최근 광원기술의 발달로 인하여 광원에서 나오는 빛의 세기가 커짐에 따라 일정수준 이상의 빛의 세기를 확보하기는 비교적 용이해졌으나, 이러한 빛을 효율적으로 확산시켜 대형 패널 전면적에 걸쳐 균일하게(uniformly) 확산시키는 기술에 대해서는 많은 연구가 필요하다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 종래의 프리즘 시트에 있어서 빛을 굴절시켜 방향성을 가지도록 하는 기능 이외에 빛을 효과적으로 확산시킬 수 있는 확산기능이 부가된 디퓨져 프리즘 시트를 제공하는데에 있다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 상기의 디퓨져 프리즘 시트를 이용한 액정표시장치 백라이트 유닛을 제공하는데에 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기의 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 디퓨져 프리즘 시트는 투명 재질의 베이스 필름; 베이스 필름의 일면에 형성되며, 소정의 단면 형상을 가진 복수개의 단위 프리즘들이 일방향으로 배열되어 있는 광굴절부; 및 광굴절부의 단위 프리즘의 계곡 부위에 무정형 다면체의 돌기형상을 가지는 광확산체가 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.
상기의 다른 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 액정표 시장치용 백라이트 유닛은 도광판; 도광판의 측면 또는 배면에 배치되는 광원: 및 도광판에서 빛이 출사되는 면에 형성되며, 광굴절기능과 광확산기능을 동시에 가지는 본 발명의 디퓨져 프리즘 시트를 포함한다.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 첨부 도면들에 포함되어 있다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.
또한, 도면에서 발명을 구성하는 구성요소들의 크기는 명세서의 명확성을 위하여 과장되어 기술된 것이며, 어떤 구성요소가 다른 구성요소의 "내부에 존재하거나, 연결되어 설치된다"고 기재된 경우, 상기 어떤 구성요소가 상기 다른 구성요소와 접하여 설치될 수도 있고, 그 소정의 이격거리를 두고 설치될 수도 있으며, 이격거리를 두고 설치되는 경우엔 상기 어떤 구성요소를 상기 다른 구성요소에 고정 내지 연결시키기 위한 제3의 수단에 대한 설명이 생략될 수도 있다.
도 2a는 본 발명의 실시예에 따른 디퓨져 프리즘 시트를 모식적으로 나타낸 사시도이고, 도 2b는 본 발명의 실시예에 따른 디퓨져 프리즘 시트에 대한 실제 제 작모델의 전자현미경 사진이다.
도 3a는 도 2a의 "A" 부분에 대한 확대 사시도이고, 도 3b는 도 2b의 전자현미경 사진에 대한 확대 사진이다.
도 2a와 도 3a에 도시된 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 디퓨져 프리즘 시트(20)는 베이스 필름(200), 광굴절부(210), 및 광확산체(220)를 포함한다.
베이스 필름(200)은 디퓨져 프리즘 시트의 베이스층으로서, 일반적으로 투명재질, 예컨대 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리카보네이트 등과 같은 투명 합성수지, 유리, 기타 금속 박막과 같은 재질로 되어 있다.
베이스 필름(200)의 두께는 특별히 한정하지는 않으나, 마이크로미터(㎛) 단위의 것이 주로 사용된다.
광굴절부(210)는 베이스 필름(200)을 통과한 빛을 굴절(refraction) 시켜 일정한 방향성(orientation)을 가지도록 해주기 위한 부재로서, 베이스 필름(200)의 일면에 형성된다.
광굴절부(210)로서 본 발명에서는 프리즘(prism)형상을 제시한다.
즉, 베이스 필름(200)의 일면에는 베이스 필름(200)에서 출사되는 빛을 일정 방향으로 굴절시켜 주기 위한 복수개의 단위프리즘(211)으로 구성되어 있는 광굴절부(210)가 형성되어 있다.
도 2a와 도 3a에서는 단위프리즘(211)으로서 단면의 형상이 삼각형이고, 전체 모양이 삼각기둥 모양의 단위프리즘으로 구성되어 있는 광굴절부(211)를 도시하고 있는데, 이러한 광굴절부(210)를 구성하는 단위 프리즘(211)의 단면 형상은 상 기의 삼각형에 한정되지 않고, 반원모양(반실린더모양 또는 렌티큘러 형상이라고도 함), 사다리꼴형과 같이 빛을 굴절시킬 수 있는 광학적 평면을 적어도 2개 이상 가지는 투명한 물체로서 상기 광학적 평면 중 적어도 한 쌍의 면은 평행이 아닌 빛을 굴절시킬 수 있는 형상이라면 모두 본원발명에 적용이 가능하다.
다만, 본 발명의 디퓨저 프리즘 시트(20)를 구체적으로 적용함에 있어 어떠한 단면 형상을 가지는 단위 프리즘(211)을 배치할 것인가는 실제로 응용되는 디바이스의 특성, 필요로 하는 시야각(sight angle), 기타 화면크기 등에 따라 결정되는 사항이다.
광굴절부(210)를 구성하는 복수개의 단위프리즘(211)들은 일방향으로 배열되어 있으며, 서로 이격거리 없이 밀착되게 형성되어 있는 것이 바람직하나, 빛의 굴절성 보다는 직진성을 요하는 경우에는 단위프리즘(211) 사이에 이격평면을 둘 수도 있다. 즉, 단위프리즘(211)을 서로 조밀하게 배치하지 않고 일정한 이격거리를 두고 배치할 수도 있다.
상기 단위 프리즘(211)의 높이(동일한 높이를 정의하기는 불가능 하므로 평균높이로 해석함)는 5~500㎛인 것이 바람직하고, 상기 단위프리즘의 높이는 단위프리즘의 피치의 1/2 내지 2/3 범위인 것이 바람직하다. 또한, 상기 단위 프리즘(211)을 단면 형상이 삼각형인 경우 꼭지각(θ)은 30~120°인 것이 바람직하다.
광확산체(도 3a의 220 참조)는 광굴절부(210)의 하단부위, 즉 서로 이웃하는 단위프리즘(211) 사이에 형성되는 계곡(valley) 부위의 하단에 무정형 다면체의 불규칙한 돌기형상이 분포되어 있다.
광확산체(220)는 단위프리즘(211)의 하단부위에 불규칙한 복수개의 돌기모양 요철들이 서로 밀착되거나, 부분적으로 일정거리를 가지면서 광굴절부(210)의 표면을 덮고 있다.
이때 무정형 다면체의 돌기형상인 광확산체(220)의 크기(여기서 크기는 길이가 가장긴 부분의 길이를 의미한다.)는 광굴절부위의 크기보다는 작아야 하는데, 구체적으로 광확산체(220)의 장반경/프리즘피치(P)의 크기 비가 0.01 ~ 0.9이고, 광확산부위의 높이/광굴절부위의 높이 비가 0.1~0.9 인 것이 좋다.
광확산체(220)는 베이스 필름(200)과 광굴절부(210)를 통과한 빛을 광굴절부(210)의 표면에서 미량(이때 미량의 의미는 굴절된 광의 휘도감소율을 5~10% 내외로 유지하면서 최대한 주위로 확산시켜 준다는 의미) 확산시켜 주기 위하여 형성되는 것이다.
광확산체(220)는 광굴절부(210)를 이루는 단위프리즘(211)의 높이(h)의 절반 높이 이하의 상기 단위프리즘(211) 사이의 계곡면에 적어도 50% 이상 분포되어 있는 것이 바람직하다.
일반적으로, 광굴절부(210)는 일정두께를 가진 투명 필름에 음각 프리즘 형상을 가지는 몰드(mold)를 압착(pressing) 함으로써, 투명 필름의 표면에 상기 음각 프리즘에 대응되는 양각 프리즘 형상이 형성되도록 하는 기술에 의해 제조되는데, 이때 투명 필름의 상부면은 프리즘 형상을 가지는 광굴절부(210)가 되고, 하부면은 베이스 필름이 된다.
따라서, 앞서 제시한 바와 같이 이러한 프리즘 시트의 제조공정에 있어서 광 굴절부(210)와 광확산체(220)를 동시에 형성하기 위해서는 상기 몰드의 음각 프리즘 형상부의 표면에 요철을 형성하여 주고, 이러한 몰드를 이용하여 압착공정을 진행하면 앞서 제시한 바와 같은 광굴절부(210)와 광확산체(220)가 일체형으로 되어 있는 프리즘 시트의 제작이 가능해 진다.
상기와 같은 제조방법에 의해 제조되는 디퓨져 프리즘 시트를 실제로 제작한 후, 표면에 대한 전자현미경 사진을 촬영한 것이, 도 2b와 도 3b인데, 이들 도면을 살펴보면 일정 두께의 필름 위에 프리즘 형상의 광굴절부가 형성되어 있고, 광확산체는 광굴절부위 하단, 즉 서로 이웃하는 단위프리즘 사이의 계곡부위에 무정형 다면체의 돌기형상으로 되어있다.
상기에서 설명한 디퓨져 프리즘 시트(20)는 도광판에서 빛이 출사되는 면에 적층되어져 사용되는데, 디퓨져 필름의 사용에 의해 종래에 별도로 사용되던 확산시트(diffeser)를 생략할 수도 있다.
다만, 본 발명의 디퓨져 프리즘 시트(20)는 액정표시장치의 도광판에서 광원(light source)이 도광판의 측면에 배치되는 에지형(edge type), 광원이 도광판의 아랫부분에 배치되는 직하형을 불문하고 모두 사용 가능하며, 광원의 종류도 CCFL, LED 등을 불문하고 모두 사용될 수 있다.
이하에서는 본 발명의 실시예들에 따른 디퓨져 프리즘 시트를 사용하여 도광판을 제작할 경우 큰 휘도 감소 없이 헤이즈값(haze: 빛이 퍼지는 정도를 의미함), 투과도가 우수하다는 것을 구체적인 실험예들을 들어 설명한다. 다만, 여기에 기재되지 않은 내용은 이 기술 분야에서 숙련된 자이면 충분히 기술적으로 유추할 수 있는 것이므로 그 설명을 생략한다.
<실시예>
꼭지각이 90°이고 50㎛ 내외의 높이 또는 피치(pitch)값을 가지는 삼각형상의 단면을 갖는 광굴절부와, 광굴절부위의 하단에 불규칙적인 무정형 다면체의 돌기형상으로 형성된 광확산체가 형성된 샘플을 제작하였다. 돌기의 지름은 프리즘 피치의 10~80% 크기를 가지며, 광확산 부위가 형성된 높이는 프리즘 높이의 하단 기준 80%이다.
<비교예>
꼭지각이 90°이고 50㎛ 내외의 높이 또는 피치(pitch) 값을 가지는 광굴절부만을 형성하여 샘플을 제작하였다.
다만, 상기 실험예와 비교예에서 사용된 베이스 필름의 종류 및 투명도, 헤이즈값은, 두께 등 물리적인 값은 모두 동일한 조건에서 비교실험을 수행하였다.
상기와 같이 제작된 실험예와 비교예 샘플을 이용하여 표면휘도, 헤이즈값, 투과도를 측정하였다.
도 4a는 비교예에 의해 제작된 샘플에 대한 실험 사진을 나타내고, 도 4b는 상기 실험예에 의해 제작된 샘플에 대한 실험 사진을 나타낸다.
표 1은 비교예와 실험예에 의해 제작된 샘플에 대한 휘도, 헤이즈값, 투과도 값을 나타낸 것이다.
Figure 112007044139866-pat00001
도 4a을 참조하면, 비교예에 의해 제작된 샘플의 경우는 중앙휘도는 밝으나 빛이 확산이 잘 이루어지지 않고 있음을 알 수 있고, 구체적으로 표 1을 참조하면, 비교예에 의해 제작된 샘플의 경우 중앙 휘도 값은 6,550 cd/m2, 헤이즈는 87.52%, 투과도(transmittance)는 6.17%를 나타내었다.
도 4b를 참조하면, 실시예에 의해 제작된 샘플의 경우 중앙휘도는 비교예에 의해 제작된 샘플과 비교하여 비록 감소하기는 하였으나, 거의 동등한 수준의 값을 유지하면서도 빛의 확산이 비교예에 의해 제작된 샘플에 비하여 확연하게 잘 이루어지고 있음을 알 수 있고, 구체적으로 표 1을 참조하면, 실시예에 의해 제작된 샘플의 경우 중앙 휘도 값은 6,378 cd/m2, 헤이즈는 89.51%, 투과도는 25.06%를 나타내었다.
즉, 본 발명의 실시예에 의한 디퓨져 프리즘 시트를 사용하게 되면, 중앙휘도 값은 2~3% 미만의 감소율에도 불구하고, 빛의 확산정도나 투과도는 매우 우수함을 알 수 있다.
이상 첨부된 도면 및 표를 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 제조될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
본 발명의 실시예에 따른 디퓨져 프리즘 시트에 의하면 광굴절 기능과 광확산 기능을 가진 프리즘 시트의 제작이 가능해져 휘도값이 우수하면서 동시에 빛의 확산, 및 투과능력이 우수한 액정표시장치 백라이트 유닛용 도광판의 제작이 가능해지며, 더 나아가 종래에 사용되던 확산시트를 생략하는 것이 가능해져 제조원가의 감소 및 도광판 두께의 감소를 가져올 수 있게 된다.

Claims (11)

  1. 투명 재질의 베이스 필름;
    상기 베이스 필름의 일면에 형성되며, 소정의 단면 형상을 가진 복수개의 단위 프리즘들이 일방향으로 배열되어 있는 광굴절부; 및
    상기 광굴절부의 서로 이웃하는 단위 프리즘의 계곡 부위에 무정형 다면체의 돌기형상을 가지는 광확산체가 형성되어 있는 프리즘 시트.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 광확산체는 광굴절부와 일체로 형성되고, 상기 광확산체는 프리즘 높이의 절반 이하 높이의 계곡면에 50% 이상이 불규칙하게 분포되어 있는 것을 특징으로 하는 프리즘 시트.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 베이스 필름은 유리, 투명 합성수지, 금속판 중 선택되는 하나인 것을 특징으로 하는 프리즘 시트.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 단위 프리즘의 단면 형상은 삼각형, 반원형, 사다리꼴 중 하나인 것을 특징으로 하는 프리즘 시트.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수개의 단위 프리즘들은 서로 이격거리 없이 연속으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 프리즘 시트.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수개의 단위 프리즘들 사이에 일정한 간격으로 이격평면이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 프리즘 시트.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 단위프리즘의 높이는 단위프리즘의 피치의 1/2 내지 3/2 범위인 것을 특징으로 하는 프리즘 시트.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 단위 프리즘의 단면은 삼각형 형상이고, 상기 단위 프리즘의 꼭지각은 30 내지 120° 범위인 것을 특징으로 하는 프리즘 시트.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 무정형의 돌기형상인 광확산체의 크기는 프리즘피치의 0.01 내지 0.9 배 크기인 것을 특징으로 하는 프리즘 시트.
  10. 도광판의 빛이 출사되는 면에 배치되며, 광굴절기능과 광확산기능을 동시에 가지는 상기 제 1 항의 프리즘 시트를 포함하는 액정표시장치 백라이트 유닛.
  11. 제 10 항의 백라이트 유닛을 포함하는 액정표시장치.
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