KR101933141B1 - 광학시트, 백라이트 유닛, 및 이를 포함하는 디스플레이 장치 - Google Patents

광학시트, 백라이트 유닛, 및 이를 포함하는 디스플레이 장치 Download PDF

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Abstract

실시 예는 베이스층, 상기 베이스층의 일면에 배치된 제1확산층, 및 상기 베이스층의 타면에 배치된 제2확산층을 포함하고, 상기 제1확산층 또는 제2확산층은 소정 파장대의 광을 흡수하는 광흡수제를 포함하는 광학시트 및 이를 포함하는 디스플레이 장치를 개시한다.

Description

광학시트, 백라이트 유닛, 및 이를 포함하는 디스플레이 장치{OPTICAL SHEET, BACKLIGHT UNIT AND DISPLAY DEVICE INCLUDING THE SAME}
실시 예는 입사된 광의 색좌표를 변환하는 광학시트에 관한 것이다.
액정표시장치는 노트북(notebook), 퍼스널 컴퓨터(personal computer), 이동 단말, 또는 TV 등에 사용되는 디스플레이 장치로서 액정표시장치의 수요 확대에 따라 그 특성도 해마다 개선되고 있다.
비발광소자인 액정표시장치는 광원으로써 백라이트 유닛(back light unit)을 구비한다. 백라이트는 광원과 복수의 광학시트를 포함한다. 이러한 광학시트는 입사되는 광을 집광하거나 확산시켜 액정패널에 균일한 광을 공급한다.
일반적으로 백라이트 유닛에서 제공되는 광은 상대적으로 노란색을 띄는(yellowish) 백색광을 제공한다. 그러나, 이러한 백색광은 색온도가 낮아 광효율이 저하되므로 이를 보상하기 위해 색온도가 높은 LED를 사용하여야 하는 문제가 있다.
실시 예는 입사한 광의 색좌표를 변환하여 색온도를 높일 수 있는 광학시트를 제공한다.
본 발명에서 해결하고자 하는 과제는 상술한 내용에 한정되지 않으며, 본 발명의 구체적인 실시형태를 설명하는 과정에서 보다 쉽게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 광학시트는, 베이스층; 상기 베이스층의 일면에 배치된 제1확산층; 및 상기 베이스층의 타면에 배치된 제2확산층을 포함하고, 상기 제1확산층 또는 제2확산층은 소정 파장대의 광을 흡수하는 광흡수제를 포함한다.
상기 광학시트는 입사한 광의 색좌표를 변환할 수 있다.
상기 변환된 색좌표의 y좌표 변화량(△y)은 -0.010 내지 -0.0030일 수 있다.
상기 광학시트를 출사한 광의 휘도는 상기 광학시트에 입사한 광의 휘도 100%를 기준으로 96% 내지 100%를 만족할 수 있다.
상기 광흡수제는 580nm 내지 650nm의 파장대에서 흡수피크를 가질 수 있다.
상기 광흡수제는 0.0005wt% 내지 0.006wt%로 포함될 수 있다.
상기 광흡수제는 0.0005wt% 내지 0.0015wt%로 포함될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 디스플레이 장치는, 전술한 광학시트 중 어느 하나를 구비한 백라이트 유닛; 및 상기 광학시트에 의해 색좌표가 변환된 광을 이용하여 영상을 생성하는 디스플레이 패널을 포함한다.
실시 예에 따르면, 백라이트 유닛에서 제공하는 광의 색좌표를 변환하여 색온도를 높일 수 있다. 따라서, 휘도가 낮은 LED 등급을 사용할 수 있으므로 제조 원가를 절감할 수 있다.
본 발명의 다양하면서도 유익한 장점과 효과는 상술한 내용에 한정되지 않으며, 본 발명의 구체적인 실시형태를 설명하는 과정에서 보다 쉽게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 확산시트의 개념도이고,
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 확산시트에 의해 색좌표가 변화하는 상태를 설명하기 위한 도면이고,
도 3은 광흡수제의 함량에 따른 투과도 변화를 측정한 그래프이고,
도 4는 광흡수제의 함량에 따른 휘도 및 색좌표 변화를 측정한 그래프이고,
도 5는 다른 실시 예에 따른 확산시트의 개념도이고,
도 6은 확산시트의 상부 확산층와 하부 확산층의 표면 거칠기를 달리하여 휘도를 측정한 그래프이고,
도 7은 확산시트의 상부 확산층과 하부 확산층의 다이 농도를 다르게 제어하여 휘도를 측정한 그래프이고,
도 8은 확산시트의 상부 확산층과 하부 확산층의 두께를 다르게 제어하여 휘도를 측정한 그래프이고,
도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 디스플레이 장치의 개념도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제2, 제1 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제2 구성요소는 제1 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제1 구성요소도 제2 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 확산시트의 개념도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 확산시트에 의해 색좌표가 변화하는 상태를 설명하기 위한 도면이다.
도 1을 참고하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 광학시트(12)는, 베이스층(121), 베이스층(121)의 일면에 배치된 제1확산층(122), 및 베이스층(121)의 타면에 배치된 제2확산층(123)을 포함한다. 본 실시 예에서 설명하는 광학시트(12)는 확산시트일 수 있다.
베이스층(121)은 다양한 종류의 고분자 필름일 수 있다. 일 예로, 베이스층(121)은 광투과성 폴리에틸렌테레프탈레이트 필름, 폴리카보네이트 필름, 폴리프로필렌 필름. 폴리에틸렌 필름 중 어느 하나일 수 있다. 베이스층(121)의 두께는 10㎛ 내지 100㎛일 수 있으나 반드시 이에 한정하지 않는다.
제1확산층(122)은 베이스층(121)의 일면에 배치될 수 있다. 제1확산층(122)은 제1수지층(122a)과 제1수지층(122a)에 분산된 광흡수제(P)를 포함한다. 필요에 따라 확산을 유도하는 입자(비드입자 등)를 더 포함할 수 있다. 제1확산층(122)의 두께는 약 5㎛ 내지 10㎛일 수 있으나 이에 한정하지 않는다.
제1수지층(122a)은 고분자 수지를 베이스층(121)에 도포한 후 경화시켜 제작할 수 있다. 고분자 수지는 아크릴 수지(Acrylic resin), 우레탄 수지(Urethane resin), 폴리에틸렌 수지(Polyethylene resin), 폴리프로필렌 수지(Polypropylene resin), 폴리스티렌 수지(Polystyrene resin), 폴리아미드 수지(Polyamide resin) 등에서 선택된 어느 하나 이상일 수 있으나 반드시 이에 한정하지 않는다.
제1확산층(122)은 렌즈 패턴, 반원 기둥 패턴과 같이 입사된 광을 확산시키는 형상의 확산패턴을 가질 수 있다. 이러한 확산패턴은 규칙 또는 불규칙하게 형성될 수 있다. 확산패턴의 형상에 대해서는 제한이 없다. 또는 이러한 확산패턴 없이 비드입자 등을 이용하여 확산 기능을 부여할 수도 있다.
제2확산층(123)은 베이스층(121)의 타면에 배치된다. 제2확산층(122)은 제2수지층(123a) 및 광흡수제(P)를 포함할 수 있다. 제2확산층(123)의 구성은 제1확산층(122)과 동일할 수 있다.
제1확산층(122) 또는 제2확산층(123)은 광흡수제(P)를 포함한다. 광흡수제(P)는 소정의 파장대의 광을 흡수한다. 광흡수제(P)는 580nm 내지 650nm의 파장대에서 흡수피크를 가질 수 있다. 광흡수제(P)는 제1확산층(122) 또는 제2확산층(123) 중 어느 하나 이상의 층에 분산될 수도 있다.
광흡수제(P)가 제1확산층(122)과 제2확산층(123)에 각각 분산된 경우에는 어느 하나의 층에만 광흡수제(P)가 분산된 경우에 비해 광흡수율이 증가할 수 있다. 광흡수제(P)는 소정의 파장대의 광을 흡수하는 다이(Dye) 또는 입자(Pigment)일 수 있다.
도 2를 참고하면, 본 발명에 따른 광학시트(12)로부터 출사되는 광(이하 출사광, L2)의 색좌표는 광학시트(12)로 입사되는 광(이하 입사광, L1)의 색좌표와 상이할 수 있다. 색좌표의 변환에 의해 출사광(L2)의 색온도는 입사광(L1)보다 높아질 수 있다.
입사광(L1)이 상대적으로 노란색을 띄는(Yellowish) 백색광인 경우 상대적으로 색온도가 낮을 수 있다. 그러나, 본 발명의 일 실시 예에 따른 광학시트(12)를 통과하면서 580nm 내지 650nm의 파장대의 광이 흡수되어 색좌표가 변화하고 색온도가 높아질 수 있다. 즉 출사광(L2)은 상대적으로 청색을 띄는(Bluish) 백색광으로 변환되어 색온도가 높아질 수 있다.
도 3은 광흡수제의 함량에 따른 투과도 변화를 측정한 그래프이고, 도 4는 광흡수제의 함량에 따른 휘도 및 색좌표 변화를 측정한 그래프이다.
도 3을 참고하면, 광학시트에 광흡수제가 없는 경우(Base polymer), 가시광 파장대 전영역은 투과율이 90%를 초과함을 알 수 있다. 그러나, 580nm 내지 650nm 파장대의 투과도가 상대적으로 높아 출사광은 상대적으로 노란색을 띄게 된다. 그러나, 광흡수제에 의해 580nm 내지 650nm 파장대의 광이 흡수되어 투과율이 감소하면 출사광은 상대적으로 청색을 띄게 되어 광효율이 높아질 수 있다. 따라서, 랭크가 낮은 LED를 광원으로 사용할 수 있다.
약 580nm 내지 600nm 파장대의 광 투과율을 억제하는 경우 효과적으로 CIE 색좌표상 y좌표를 시프트시킬 수 있어 원하는 색온도로 조절할 수 있다. y색좌표 변화량(△y)은 입사광의 y색좌표를 기준으로 -0.010 내지 -0.003이 바람직하다. 이 경우 노란색을 띄는 백색광을 청색을 띄는 백색광으로 변환할 수 있다.
도 3을 참고하면, 광흡수제의 함량(wt%)이 높아질수록 약 580nm 파장대의 투과도가 감소하는 것을 알 수 있다. 또한 도 4에서와 같이 광흡수제의 함량(wt%)이 0.0007wt%이하인 경우에는 약 580nm 파장대의 흡수율이 작기 때문에 y색좌표 변화량(△y)이 -0. 003 내지 -0.010을 만족하지 못하는 문제가 있다.
흡수피크의 반치폭(FWHM)은 60nm이하인 것이 바람직하다. 반치폭이 60nm를 초과하는 경우 인접한 파장대의 투과도가 같이 감소하여 전체적인 색좌표와 휘도의 손실이 커지는 문제가 있다. 즉, 노란색에 해당하는 파장대만을 효과적으로 제거하기 위하여 광흡수제(P)의 흡수곡선 반치폭은 60nm이하로 조절할 수 있다.
도 4를 참고하면, 광흡수제의 함량이 높아질수록 출사광의 휘도는 낮아짐을 알 수 있다. 출사광의 휘도는 입사광의 휘도 100%를 기준으로 95% 내지 100%로 제어되는 것이 바람직하다. 따라서, 광흡수제(P)는 0.0007 wt%내지 0.002 wt%인 것이 바람직하다. 색좌표의 변환 및 휘도를 모두 고려하면 광흡수제(P)의 함량은 흡수층을 구성하는 고분자 수지의 중량 대비 0.0007 wt% 내지 0.002 wt%가 바람직하다.
도 5는 다른 실시 예에 따른 확산시트의 개념도이고, 도 6은 확산시트의 상부 확산층와 하부 확산층의 표면 거칠기를 달리하여 휘도를 측정한 그래프이고, 도 7은 확산시트의 상부 확산층과 하부 확산층의 흡수제 농도를 다르게 제어하여 휘도를 측정한 그래프이고, 도 8은 확산시트의 상부 확산층과 하부 확산층의 두께를 다르게 제어하여 휘도를 측정한 그래프이다.
도 5를 참고하면, 실시 예에 따른 확산시트는 제1확산층(122)과 제2확산층(123)의 표면 거칠기가 서로 상이할 수 있다. 여기서 표면 거칠기는 제1확산층(122)과 제2확산층(123)의 표면에 형성된 산과 골의 평균값으로 정의할 수 있다.
또한, 제1확산층(122)과 제2확산층(123)에 분산된 광흡수제의 농도는 서로 상이할 수 있으며, 제1확산층(122)의 두께와 제2확산층(123)의 두께도 서로 상이할 수 있다. 이하에서는 도면을 기준으로 광원에서 출사된 광(L1)이 입사하는 제2확산층(123)을 하부층으로 정의하고 제1확산층(122)을 상부층으로 정의한다.
도 6을 참고하면, 실험예 1은 양면의 확산층의 표면 거칠기를 1.2㎛로 제어하고 휘도를 측정하였다. 실험예 2는 실험예 1과 표면 거칠기를 동일하게 제어하고 광흡수제를 첨가하였다. 실험예 2는 실험예 1에 비해 휘도가 약 5% 감소함을 알 수 있다. 즉, 동일한 조건에서 광흡수제를 첨가하면 휘도가 감소함을 알 수 있다.
그러나, 상부층의 표면 거칠기를 2.1㎛으로 하고 하부층의 표면 거칠기를 0.9㎛로 제어한 실험예3의 경우 휘도가 99.2%로 측정되었다. 즉, 광흡수제를 첨가하였음에도 실험예 2에 비해 휘도가 상승한 것을 알 수 있다.
이에 비해 하부층의 표면 거칠기를 2.1㎛로 하고 상부층의 표면 거칠기를 0.9㎛로 제어한 실험예 4의 경우에는 휘도 상승이 관찰되지 않았다.
또한, 상부층의 표면 거칠기를 1.2㎛으로 하고 하부층의 표면 거칠기를 0.9㎛로 제어한 실험예 5는 실험예 2보다 휘도가 상승한 것을 알 수 있다. 이에 반해, 상부층의 표면 거칠기를 0.9 ㎛으로 하고 하부층의 표면 거칠기를 1.2㎛로 제어한 실험예 6의 경우 휘도 상승폭이 상대적으로 작아짐을 알 수 있다.
이를 종합한 결과, 상부층의 표면 거칠기가 하부 표면 거칠기보다 더 거친 경우, 즉, 하부층의 표면이 상부층의 표면보다 매끄러운 경우에는 상대적으로 휘도가 우수한 것을 알 수 있다. 실험 결과, 제1확산층의 표면 거칠기(Ra)는 2.1 내지 2.7이고, 상기 제2확산층의 표면 거칠기(Ra)는 1.8 내지 2.3를 만족하는 경우 휘도 상승이 관찰되었다.
도 7을 참고하면, 광흡수제를 첨가하지 않은 실험예 7의 휘도 100%를 기준으로, 상부층과 하부층에 각각 0.002pt의 광흡수제가 분산된 실험예 8은 휘도가 96.8%로 측정되었다. 또한, 상부층에만 0.004pt의 광흡수제가 분산된 실험예 10은 휘도가 96.6%로 측정되었다.
실험예 8과 실험예 10은 휘도가 유사함을 알 수 있다. 이에 비해 하부층에만 광흡수제가 분산된 실험예 9의 경우 실험예 8 및 실험예 10에 비해 휘도가 높게 측정되었다.
또한, 실험예 8과 10에 비해 실험예 9의 경우 색좌표 변화 작음을 알 수 있다. 즉, 하부층에 광흡수제 첨가시 색좌표 개선 효과가 작음을 유추할 수 있다.
도 8을 참고하면, 두께가 56㎛로 제작된 실험예 12의 경우 실험예 11보다 휘도가 1.1% 감소하였고, 실험예 13의 경우 실험예 11에 비해 휘도가 1.8% 감소하였고, 실험예 14의 경우 실험예 11에 비해 휘도가 3.3%감소하였다. 따라서, 확산층의 두께가 커질수록 휘도가 점차 감소하는 것을 알 수 있다.
도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 디스플레이 장치의 개념도이다.
도 9를 참고하면, 본 발명의 실시 예에 따른 디스플레이 장치는, 백라이트 유닛(10)과, 디스플레이 패널(20)을 포함한다. 디스플레이 패널(20)은 백라이트 유닛(10)에서 제공되는 광의 투과량을 조절하여 화상을 구현한다. 디스플레이 패널(20)은 액정패널일 수 있다. 구체적으로 디스플레이 패널(20)은 TFT 기판(22)과, 컬러필터(14), 및 TFT 기판(22)과 컬러필터(24) 사이에 충진되는 액정(23)을 포함한다.
도시되지는 않았으나 디스플레이 패널(20)의 상, 하면에는 편광판이 더 배치될 수 있다. 따라서, 액정(23)에 인가되는 전압을 조절하여 액정의 배열 방향을 변형시킴으로써 광량을 조절할 수 있다.
백라이트 유닛(10)은 복수 개의 광원(16)과 광원(16)에서 출사된 광을 면광원으로 변환하는 도광판(11), 도광판(11)에서 출사된 광을 디스플레이 패널(20) 방향으로 반사하는 반사시트(15), 및 복수의 광학시트(12, 13, 14)를 포함한다. 복수의 광학시트는 확산시트(12)와 한 쌍의 프리즘 시트(13, 14)일 수 있다.
이때, 확산시트(12)와 반사시트(15)는 전술한 구성이 그대로 적용될 수 있다. 따라서, 광원(16)에서 출사된 광은 확산시트(12)와 반사시트(15)에 의해 색좌표가 변환되어 액정 패널에 제공될 수 있다. 따라서, 광원(16)을 상대적으로 낮은 LED 등급으로 대체할 수 있다.
10: 백라이트 유닛
12: 확산시트
121: 베이스층
122: 제1확산층
123: 제2확산층
15: 반사시트
151: 베이스층
152: 반사층
153: 코팅층
P: 광흡수제

Claims (16)

  1. 베이스층;
    상기 베이스층의 일면에 배치되어 광이 출사되는 제1확산층; 및
    상기 베이스층의 타면에 배치되어 광이 입사되는 제2확산층을 포함하고,
    상기 제1확산층 및 제2확산층 중 적어도 하나는 소정 파장대의 광을 흡수하는 광흡수제를 포함하고,
    상기 제1확산층의 표면 거칠기(Ra)는 상기 제2확산층의 표면 거칠기(Ra) 보다 크고,
    상기 제1확산층 및 상기 제2확산층에 포함된 광흡수제의 함량은 0.0007wt% 내지 0.002wt%이고,
    상기 광흡수제는 580nm 내지 650nm의 파장대에서 흡수피크를 갖고,
    상기 흡수피크의 반치폭은 60nm 이하인 광학시트.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 광학시트는 입사한 광의 색좌표를 변환하는 광학시트.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 변환된 색좌표의 y좌표 변화량(△y)은 -0.010 내지 -0.003인 광학시트.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 광학시트를 출사한 광의 휘도는 입사광의 휘도 100%를 기준으로 96% 내지 100%인 광학시트.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제1확산층의 표면 거칠기(Ra)는 2.1 내지 2.7이고, 상기 제2확산층의 표면 거칠기(Ra)는 1.8 내지 2.3인 광학시트.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제1확산층에 포함된 광흡수제의 함량은 상기 제2확산층에 포함된 광흡수제의 함량보다 높은 광학시트.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 제1확산층 및 제2확산층의 두께는 4 ~ 10㎛ 인 광학시트.
  11. 광원; 및
    상기 광원에서 출사된 제1광을 확산시키는 광학시트를 포함하고,
    상기 광학시트는,
    베이스층;
    상기 베이스층의 타면에 배치되어 상기 제1광이 입사되는 제2확산층; 및
    상기 베이스층의 일면에 배치되어 상기 제1광이 출사되는 제1확산층을 포함하고,
    상기 제1확산층 및 제2확산층 중 적어도 하나는 소정 파장대의 광을 흡수하는 광흡수제를 포함하고,
    상기 제1확산층의 표면 거칠기(Ra)는 상기 제2확산층의 표면 거칠기(Ra) 보다 크고,
    상기 제1확산층 및 상기 제2확산층에 포함된 광흡수제의 함량은 0.0007wt% 내지 0.002wt%이고,
    상기 광흡수제는 580nm 내지 650nm의 파장대에서 흡수피크를 갖고,
    상기 흡수피크의 반치폭은 60nm 이하인 백라이트 유닛.
  12. 삭제
  13. 제11항에 있어서,
    상기 제1확산층의 표면 거칠기(Ra)는 2.1 내지 2.7이고, 상기 제2확산층의 표면 거칠기(Ra)는 1.8 내지 2.3인 백라이트 유닛.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 제1확산층에 포함된 광흡수제의 함량은 상기 제2확산층에 포함된 광흡수제의 함량보다 높은 백라이트 유닛.
  15. 제11항에 있어서,
    상기 제1확산층 및 상기 제2확산층의 두께는 4~10㎛ 인 백라이트 유닛.
  16. 제11항, 및 제13항 내지 제15항 중 어느 한 항에 따른 백라이트 유닛; 및
    상기 광학시트에 의해 색좌표가 변환된 광을 이용하여 영상을 생성하는 디스플레이 패널을 포함하는 디스플레이 장치.
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