KR101287793B1 - 반투과형 액정패널 및 그의 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 데이터라인 상부를 덮도록 배치된 불투명 공통전극을 이용하여 정면 시야각의 빛샘을 차단함으로써 블랙매트릭스를 채용하지 않도록 하는 반투과형 액정패널을 제공하는 것으로, 외부 광을 반사시키는 반사부와 백라이트 유닛으로부터의 광을 투과시키는 투과부를 갖으며, 상기 투과부에는, 기판이 배치되고, 상기 기판 상부에 데이터라인이 배치되고, 상기 데이터라인 상부에 다수의 반사 공통전극들이 상기 데이터라인을 덮도록 배치되는 것을 특징으로 한다.
액정표시장치, 액정패널, 반투과, 반사공통전극

Description

반투과형 액정패널 및 그의 제조 방법{Transflective type liquid crystal panel and fabrication method thereof}
도 1은 일반적인 액정표시장치에 구비된 액정패널의 사시도.
도 2는 종래의 반투과 IPS 모드의 액정패널에 형성된 각 픽셀의 단면도.
도 3은 본 발명이 적용되는 반투과 IPS 모드의 액정패널에 형성된 각 픽셀의 단면도.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 반투과 IPS 모드의 액정패널에 형성된 각 픽셀의 투과부의 단면도.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
210-1, 310-1: 하부기판 210-2, 310-2: 상부기판
220-1, 320-1: 하부 편광판 220-2, 320-2: 상부 편광판
230, 380-1, 380-2: 컬러필터 240, 380-3: 평탄화층
250-1, 250-2, 360: 유기막 260-1, 260-2: 반사판
270-1, 270-2, 270-3, 330-1, 330-2: 공통전극
280-1, 280-2, 280-3, 390-1, 390-2: 화소전극
290, 370: 보호막
400: 백라이트 유닛
본 발명은 반투과 IPS 모드로 구동되는 액정패널을 구비한 액정표시장치의 에 관한 것으로, 특히 불투명한 재질로 이루어진 공통전극을 데이터라인 상부에 형성시켜 정면 시야각의 빛샘을 차단할 수 있는 반투과형 액정패널 및 그의 제조 방법에 관한 것이다.
액정표시장치는 전계를 이용하여 유전 이방성을 갖는 액정의 광투과율을 조절함으로써 화상을 표시하게 된다. 이를 위하여, 액정표시장치는 액정셀 매트릭스를 통해 화상을 표시하는 액정패널과 그를 구동하는 구동 회로를 구비한다.
도 1을 참조하면, 액정패널은 액정(24)을 사이에 두고 접합된 칼라필터 기판(10)과 박막트랜지스터 기판(20)으로 구성된다.
칼라필터 기판(10)은 상부 유리기판(2) 상에 순차적으로 형성된 블랙 매트릭스(4)와 칼라필터(6) 및 공통전극(8)을 구비한다. 블랙 매트릭스(4)는 상부 유리기판(2)에 매트릭스 형태로 형성된다. 이러한 블랙 매트릭스(4)는 상부 유리기판(2)의 영역을 칼라필터(6)가 형성되어질 다수의 셀영역들로 나누고, 인접한 셀들간의 광 간섭 및 외부광 반사를 방지한다.
칼라필터(6)는 블랙 매트릭스(4)에 의해 구분된 셀영역에 레드(R), 그린(G), 블루(B)로 구분되게 형성되어 레드 광, 그린 광, 블루 광을 각각 투과시킨다. 공통 전극(8)은 칼라필터(6) 위에 전면 도포된 투명 도전층으로 액정(24) 구동시 기준이 되는 공통전압(Vcom)을 공급한다. 그리고, 칼라 필터(6)의 평탄화를 위하여 칼라필터(6)와 공통전극(8) 사이에는 오버코트층(Overcoat Layer)(미도시)이 추가로 형성되기도 한다.
박막트랜지스터 기판(20)은 하부 유리기판(12)에서 게이트라인(14)과 데이터라인(16)의 교차로 정의된 셀영역마다 형성된 박막트랜지스터(18)와 화소 전극(22)을 구비한다. 박막트랜지스터(18)는 게이트라인(12)으로부터의 게이트 신호에 응답하여 데이터라인(16)으로부터의 데이터 신호를 화소 전극(22)으로 공급한다. 투명 도전층으로 형성된 화소 전극(22)은 박막 트랜지스터(18)로부터의 데이터 신호를 공급하여 액정(24)이 구동되게 한다.
유전 이방성을 갖는 액정(24)은 화소 전극(22)의 데이터 신호와 공통 전극(8)의 공통 전압(Vcom)에 의해 형성된 전계에 따라 회전하여 광 투과율을 조절함으로써 계조가 구현되게 한다.
그리고, 액정패널은 컬러 필터 기판(10)과 박막 트랜지스터 기판(20)과의 셀갭을 일정하게 유지하기 위한 스페이서(미도시)를 추가로 구비한다. 스페이서로는 볼 스페이서 또는 칼럼 스페이서가 이용된다.
이러한 액정패널의 칼라필터 기판(10) 및 박막트랜지스터 기판(20)은 다수의 마스크 공정을 이용하여 형성된다. 하나의 마스크 공정은 박막 증착(코팅) 공정, 세정 공정, 포토리소그래피 공정(이하, 포토 공정), 식각 공정, 포토레지스트 박리 공정, 검사 공정 등과 같은 다수의 공정을 포함한다. 특히, 박막 트랜지스터 기판은 반도체 공정을 포함함과 아울러 다수의 마스크 공정을 필요로 함에 따라 제조 공정이 복잡하여 액정 패널 제조 단가 상승의 중요 원인이 되고 있다.
나아가, 액정패널은 백라이트 유닛(Back light unit)으로부터 입사된 광을 이용하여 화상을 표시하는 투과형과, 자연광과 같은 외부광을 반사시켜 화상을 표시하는 반사형과, 투과형 및 반사형의 장점을 이용한 반투과형으로 대별된다.
투과형은 백라이트 유닛의 전력 소모가 크고, 반사형은 외부광에 의존함에 따라 어두운 환경에서는 화상을 표시할 수 없는 문제점이 있다. 반면에, 반투과형은 외부광이 충분하면 반사모드로, 불충분하면 백라이트 유닛을 이용한 투과모드로 동작하게 되므로 투과형 보다 소비 전력을 줄일 수 있으면서 반사형과 달리 외부광 제약을 받지 않게 된다.
이에 따라, 수평전계에(액정패널 면에 대해 수평 방향) 의해 구동되는 인 플레인 스위칭(In Plane Switching; 이하, IPS라 함) 모드의 액정패널을 반투과형으로 구현하고 있으며, 이러한 반투과 IPS 모드의 액정패널에 형성된 각 픽셀의 구조를 도 2를 참조하여 설명한다.
도 2는 종래의 반투과 IPS 모드의 액정패널에 형성된 각 픽셀의 단면도로서, 각 픽셀의 반사부와 투과부 중 투과부의 단면을 나타낸 것이다.
도 2를 참조하면, 종래의 반투과 IPS 모드의 액정패널에 형성된 각 픽셀의 투과부(100)에는, 하부 기판(110-1) 및 상부 기판(110-2)이 서로 대향되게 이격되어 상하로 배치되고, 하부 편광판(120-1)이 하부 기판(110-1)의 하부에 부착됨과 아울러 상부 편광판(120-2)이 상부 기판(110-2)의 상부에 부착된다.
투과부(100)에는, 공통전극들(130-1 내지 130-4)이 하부 기판(110-1) 상부에 이격되어 형성되고, 게이트 절연막(140)이 하부 기판(110-1) 상부에 공통전극들(130-1 내지 130-4)을 덮도록 형성된다.
투과부(100)에는, 게이트 절연막(140) 상부의 중앙 부분에 데이터라인(150)이 형성되고, 게이트 절연막(140)의 상부에 보호막(160)이 데이터라인(150)을 덮도록 형성된다.
투과부(100)에는, 보호막(160)의 상부에 화소전극들(170-1 내지 170-4)이 이격되어 형성되고, 상부 기판(110-2)의 하단부에 제 1 및 제 2 컬러필터(180-1, 18-2)가 형성된다.
투과부(100)에는, 상부 기판(110-2)의 하단부에 블랙매트릭스(180-3)가 데이터라인(150)과 대향되게 형성되고, 제 1 및 제 2 컬러필터(180-1, 180-2)의 하단에 평탄화층(Overcoat layer)(190)이 형성된다.
이와 같은 구조를 갖는 종래의 반투과 IPS 모드의 액정패널을 구비한 액정표시장치는 각 픽셀서의 투과부에 많은 구성 요소들이 형성되어 개구율이 감소되고, 이로 인해 비교적 낮은 광 투과율을 갖는다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 불투명한 재질로 이루어진 공통전극을 데이터라인 상부에 형성시켜 정면 시야각의 빛샘을 차단할 수 있는 반투과형 액정패널 및 그의 제조 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 데이터라인 상부를 덮도록 배치된 불투명 공통전극을 이용하여 정면 시야각의 빛샘을 차단함으로써, 블랙매트릭스를 채용하지 않도록 하는 반투과형 액정패널 및 그의 제조 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 또다른 목적은 블랙매트릭스를 사용하지 않고 불투명 공통전극으로 빛샘을 차단함으로써, 개구율을 향상시켜 광 투과율을 높일 수 있는 반투과형 액정패널 및 그의 제조 방법을 제공하는 데 있다.
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 반투과형 액정패널은, 외부 광을 반사시키는 반사부와 백라이트 유닛으로부터의 광을 투과시키는 투과부를 갖으며, 상기 투과부에는, 기판이 배치되고, 상기 기판 상부에 데이터라인이 배치되고, 상기 데이터라인 상부에 다수의 반사 공통전극들이 상기 데이터라인을 덮도록 배치되는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 외부 광을 반사시키는 반사부와 백라이트 유닛으로부터의 광을 투과시키는 투과부를 갖는 액정패널의 제조 방법에 있어서, 상기 투과부에 기판을 마련하는 단계; 상기 투과부에 마련된 기판 상부에 데이터라인을 형성하는 단계; 및 상기 데이터라인 상부에 다수의 반사 공통전극들을 상기 데이터라인을 덮도록 형성하는 단계를 포함한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.
도 3은 본 발명이 적용되는 반투과 IPS 모드의 액정패널에 형성된 각 픽셀의 단면도이다.
도 4를 참조하면, 반투과 IPS 모드의 액정패널에 형성된 각 픽셀(200)은, 서로 대향하여 합착된 하부기판(210-1) 및 상부기판(210-2)과, 하부기판(210-1)의 하단부에 대응되게 부착된 하부 편광판(220-1)과, 상부기판(210-2)의 상단부에 대응되게 부착된 상부 편광판(220-2)을 구비한다.
하부 편광판(220-1)과 상부 편광판(220-2)은 동일한 투과축을 갖도록 형성되거나, 투과축이 서로 직각을 이루도록 형성될 수 있다.
그리고, 하부기판(210-1)과 상부기판(210-2) 사이에 존재하는 셀에는 액정층들(미도시)이 배치되며, 이 액정층들의 배향 방향은 동일한 러빙 공정을 통해 형성되기 때문에 액정층들의 액정들은 동일한 배향 방향을 갖는다. 특히, 액정층들의 배향 방향은 하부 편광판(210-1)의 투과축과 일치되게 형성되거나 하부 편광판(210-1)의 투과축과 수직되게 형성될 수 있다.
반투과 IPS 모드의 액정패널(200)은, 상부 편광판(220-2)의 하단부에 대응되게 형성된 컬러필터(230)와, 컬러필터(230)의 하단부에 대응되게 형성된 평탄화 층(Overcoat layer)(240)을 구비한다. 평탄화층(240)은 컬러필터(230)의 하단을 평탄화시켜 주기 위해 형성된다.
이러한 반투과 IPS 모드의 액정패널(200)은 하부기판(210-1)의 후면에 배치된 백라이트 유닛(400)으로부터 조사된 광을 투과시키는 투과부와 외부로부터 상부기판(210-2)을 통해 입사된 광을 반사시키는 제 1 및 제 2 반사부를 갖으며, 투과부는 제 1 및 제 2 반사부 사이에 형성된다. 여기서, 하부기판(210-1)과 상부기판(210-2)은 제 1 및 제 2 반사부와 투과부에 공통되게 배치된다.
반투과 IPS 모드의 액정패널(200)은 제 1 반사부에 형성된 유기막(250-1), 반사판(260-1), 공통전극(270-1) 및 화소전극(280-1)를 구비한다. 여기서, 유기막(250-1)은 하부기판(210-1)의 상단부에 형성되고, 반사판(260-1)은 유기막(250-1)의 상단부에 형성된다. 그리고, 공통전극(270-1)과 화소전극(280-1)은 일정 거리만큼 이격되어 유기막(250-1) 상부에 형성된다.
제 1 반사부 내에서 보호막(290) 상부에 나란하게 배치된 공통전극(270-1)과 화소전극(280-1)은 수평전계(액정패널 면에 대해 수평방향인 전계)를 발생시켜 제 1 반사부 내에 형성된 액정들(미도시)을 수평정렬시킨다.
반투과 IPS 모드의 액정패널(200)은 제 2 반사부에 형성된 유기막(250-2), 반사판(260-2), 공통전극(270-2) 및 화소전극(280-2)를 구비한다. 여기서, 유기막(250-2)은 하부기판(210-1)의 상단부에 형성되고, 반사판(260-2)은 유기막(250-2)의 상단부에 형성된다. 그리고, 공통전극(270-2)과 화소전극(280-2)은 일정 거리만큼 이격되어 유기막(250-2) 상부에 형성된다.
유기막들(250-1, 250-2)은 포토 아크릴 등과 같은 감광성 유기물질을 스핀 코팅 방법이나 스핀리스 코팅 방법 등으로 하부기판(210-1)의 상부에 코팅함으로써 형성되며, 특히 그 상단부가 엠보싱 처리되어 반사광을 정면 시야각 방향으로 모아주는 기능을 한다.
반사판들(260-1, 260-2)은 불투명한 재질로 이루어지고 그 상부가 엠보싱 처리되어 입사된 외부 광을 반사시켜 상부기판(210-2) 방향으로 반사시킨다.
제 2 반사부 내에서 보호막(290) 상부에 나란하게 배치된 공통전극(270-2)과 화소전극(280-2)은 수평전계를 발생시켜 제 2 반사부 내에 형성된 액정들(미도시)을 수평정렬시킨다.
반투과 IPS 모드의 액정패널(200)은 하부기판(210-1) 상부에 형성되고 제 1 및 제 2 반사부와 투과부에 공통되게 배치된 보호막(290)을 구비한다. 보호막(290)은 제 1 반사부에서 반사판(260-1)의 상단부에 형성되고 제 2 반사부에서 반사판(260-2)의 상단부에 형성된다. 그리고, 보호막(290)은 투과부에서 하부기판(210-1) 상에 형성된다.
반투과 IPS 모드의 액정패널(200)의 투과부에는 일정 거리만큼 이격된 공통전극(270-3)과 화소전극(280-3)이 보호막(290) 상단부에 형성된다.
투과부 내에서 보호막(290) 상부에 나란하게 배치된 공통전극(270-3)과 화소전극(280-3)은 수평전계를 발생시켜 투과영역 내에 형성된 액정들(미도시)을 수평정렬시킨다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 반투과 IPS 모드의 액정패널에 형성된 각 픽셀의 투과부의 단면도이다.
도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 반투과 IPS 모드의 액정패널에 형성된 각 픽셀의 투과부(300)는, 서로 대향하여 합착된 하부기판(310-1) 및 상부기판(310-2)과, 하부기판(310-1)의 하단부에 대응되게 부착된 하부 편광판(320-1)과, 상부기판(310-2)의 상단부에 대응되게 부착된 상부 편광판(320-2)을 구비한다.
하부 편광판(320-1)과 상부 편광판(320-2)은 동일한 투과축을 갖도록 형성되거나, 투과축이 서로 직각을 이루도록 형성될 수 있다.
그리고, 하부기판(310-1)과 상부기판(310-2) 사이에 존재하는 셀에는 액정층들(미도시)이 배치되며, 이 액정층들의 배향 방향은 동일한 러빙 공정을 통해 형성되기 때문에 액정층들의 액정들은 동일한 배향 방향을 갖는다. 특히, 액정층들의 배향 방향은 하부 편광판(310-1)의 투과축과 일치되게 형성되거나 하부 편광판(310-1)의 투과축과 수직되게 형성될 수 있다.
본 발명에 따른 반투과 IPS 모드의 액정패널의 투과부(300)는, 하부 기판(310-1) 상부에 이격되어 형성된 공통전극들(330-1, 330-2)과, 하부 기판(310-1) 상부에 공통전극들(330-1, 330-2)을 덮도록 형성된 게이트 절연막(340)을 구비한다. 여기서, 게이트 절연막(340)은 실리콘 질화물(SiNx), 실리콘 산화물(SiOx) 등의 무기 절연물질이 PECVD 방법으로 증착되어 형성된다.
본 발명에 따른 반투과 IPS 모드의 액정패널의 투과부(300)는, 게이트 절연막(340) 상부의 중앙 부분에 형성된 데이터라인(350)과, 게이트 절연막(340) 상부에 데이터라인(350)을 덮도록 형성된 유기막(360)을 구비한다.
데이터라인(350)은 구리(Cu), 알루미늄(Al), 알루미늄합금(AlNd), 몰리브덴(Mo), 크롬(Cr), 티타늄(Ti), 탄탈륨(Ta), 몰리브덴-텅스텐(MoW) 등의 저저항 금속으로 형성될 수 있다.
유기막(360)은 포토 아크릴 등과 같은 감광성 유기물질을 스핀 코팅 방법이나 스핀리스 코팅 방법 등으로 게이트 절연막(340) 상부에 코팅함으로써 형성되어, 반사광을 정면 시야각 방향으로 모아주는 기능을 한다.
본 발명에 따른 반투과 IPS 모드의 액정패널의 투과부(300)는, 유기막(360) 상부에 이격되어 형성된 제 1 반사 공통전극(330-4)과 제 2 반사 공통전극들(330-3, 330-5)과, 유기막(360) 상부에 제 1 반사 공통전극(330-4)과 제 2 반사 공통전극들(330-3, 330-5)을 덮도록 형성된 보호막(370)을 구비한다. 여기서, 상기 제 1 반사 공통전극(330-4)은 데이터라인(350)과 중첩되고, 그 폭은 데이터라인(350)의 폭과 동일하게 형성되거나 데이터라인(350)의 폭보다 넓게 형성될 수 있다. 상기 제2 반사 공통전극들(330-3, 330-5)의 폭은 제 1 반사 공통전극(330-4)의 폭보다 좁게 형성된다.
상기 제 1 반사 공통전극(330-4)과 제 2 반사 공통전극들(330-3, 330-5)은 알루미늄(Al)이나 구리(Cu) 등과 같이 불투명하고 광 반사 기능을 갖는 금속으로 이루어져, 외부로부터 입사된 광을 상부 기판(310-2)으로 반사시킨다. 그리고, 상기 제1 반사 공통전극(330-4)은 데이터라인(350)를 완전히 덮도록 그 상부에 형성되어 정면 시야각에서의 빛샘을 차단한다.
이와 같이 상기 제 1 반사 공통전극(330-4)과 제 2 반사 공통전극들(330-3, 330-5)은 데이터라인(350) 상부에 형성되어 정면 시야각의 빛샘을 차단하기 때문에, 본 발명은 블랙매트릭스를 채용하지 하고, 이로 인해 개구율을 향상시켜 광 투과율을 높일 수 있다.
보호막(370)은 산화실리콘(SiOx)이나 질화실리콘(SiNx) 등의 무기 절연물질 또는 아크릴계 유기화합물, BCB 또는 PFCB 등과 같은 유기절연물질 등으로 형성된다.
본 발명에 따른 반투과 IPS 모드의 액정패널의 투과부(300)는, 상부 편광판(320-2)의 하단부에 대응되게 형성된 제 1 및 제 2 컬러필터(380-1, 380-2)와, 제 1 및 제 2 컬러필터(380-1, 380-2)의 하단부에 대응되게 형성된 평탄화층(Overcoat layer)(380-3)을 구비한다. 평탄화층(380)은 제 1 및 제 2 컬러필터(370-1, 370-2)의 하단을 평탄화시켜 주기 위해 형성된다. 본 발명에서는 상기 제1 반사 공통전극(330-4)이 데이터라인(350)과 중첩되도록 형성되기 때문에 상기 제1 및 제 2 컬러필터(370-1, 370-2)가 서로 맞닿는 경계는 상기 제1 반사 공통전극(330-4) 및 데이터라인(350)과 중첩되고 블랙 매트릭스가 존재하지 않는다.
본 발명에 따른 반투과 IPS 모드의 액정패널의 투과부(300)에는, 화소전극들(390-1, 390-2)이 보호막(370) 상부에 형성된다. 여기서, 화소전극(390-1)은 상기 제 1 반사 공통전극(330-4)과 제 2 반사 공통전극들(330-3, 330-5) 사이에 형성된다.
공통전극들(330-1, 330-2)과 상기 제 1 반사 공통전극(330-4)과 제 2 반사 공통전극들(330-3, 330-5)에 공급되는 공통전압(Vcom)과 화소전극들(390-1, 390-2)에 공급되는 데이터전압의 전위차에 의해 수평전계가 발생되고, 이 수평전계는 액정들(미도시)을 수평정렬시킨다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은, 반투과 IPS 모드로 구동되는 액정패널에 불투명 공통전극을 데이터라인 상부에 형성시켜 정면 시야각의 빛샘을 차단함으로써, 블랙매트릭스를 채용하지 않도록 하고, 이로 인해 개구율을 향상시켜 광 투과율을 높일 수 있다.
본 발명의 기술사상은 상기 바람직한 실시예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며, 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술사상의 범위에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (10)

  1. 외부 광을 반사시키는 반사부와 백라이트 유닛으로부터의 광을 투과시키는 투과부를 갖으며,
    상기 투과부에는, 하부기판이 배치되고, 상기 하부기판 상에는 공통전극들이 배치되며, 상기 공통전극들 상부에는 게이트 절연막을 사이에 두고 데이터 라인이 배치되고, 상기 데이터 라인 상부에는 보호막을 사이에 두고 제1 및 제 2 반사 공통전극들과 화소전극들이 배치되며,
    상기 제1 반사 공통전극은 상기 데이터 라인과 중첩되고, 상기 화소전극은 보호막을 사이에 두고 상기 제1 및 제2 반사 공통전극 사이에 배치된 반투과형 액정패널.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 반사 공통전극의 폭은 상기 데이터 라인의 폭과 동일하거나 더 큰 것을 특징으로 하는 반투과형 액정패널.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 반사 공통전극들은 알루미늄이나 구리와 같은 불투명하고 광 반사 기능을 갖는 금속으로 형성되는 것을 특징으로 하는 반투과형 액정패널.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 하부기판과 대향하도록 배치된 상부기판을 더 포함하고, 상기 상부기판 상에는 제1 및 제 2 컬러필터가 배치되고, 상기 제1 및 제 2 컬러필터 상에는 평탄화층이 배치되며, 상기 제1 및 제 2 컬러필터 경계는 상기 데이터 라인 및 제 1 반사 공통전극과 중첩되는 것을 특징으로 하는 반투과형 액정패널.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 제1 반사 공통전극의 폭은 상기 제2 반사 공통전극의 폭보다 큰 것을 특징으로 하는 반투과형 액정패널.
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