KR102274084B1 - 터치 스크린 기판 제조방법 - Google Patents

터치 스크린 기판 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 터치 스크린 기판 제조방법에 관한 것으로서, 기판의 적어도 일면에 전극층을 형성하는 단계; 및 상기 전극층의 표면을 아노다이징하여 흑화층을 형성하는 단계;를 포함하여, 흑화효과를 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 제조 공정이 간단하고, 터치 스크린 기판을 박막화 할 수 있는 것을 특징으로 한다.

Description

터치 스크린 기판 제조방법 {METHOD FOR MANUFACTURING TOUCH SCREEN SUBSTRATE}
본 발명은 터치 스크린 기판 제조방법에 관한 것이다.
최근, 멀티미디어(Multi Media)를 키워드로 한 고도정보화시대에 발 맞추어 여러 요소 기술이 속속 등장하고 있다. 특히, 표시장치로서 평판 표시장치(Flat Panel Display; FPD)를 사용하고 있으며, 평판 표시장치 위에 터치 스크린 기판(Touch Screen Panel; TSP)을 조합하여 조작 및 입력장치로서 사용하고 있다.
터치 스크린 기판의 원리는 용도에 따라 광학식, 초음파식, 정전용량식 및 저항막 방식이 있는데, 역 및 도서관 등의 공공시설에서 난폭하게 사용해도 파손되지 않는 방식, 자동차의 네비게이션 시스템에서 진동과 외부 광에 강한 방식 및 휴대 단말기에 얇고 가벼운 정전용량방식 방식이 사용되고 있다.
박막형을 요구하는 액정표시장치에도 정전용량방식의 터치 스크린 기판이 가장 많이 사용되고 있으며, 일반적인 터치 스크린 기판은 기판, 씨드층, 흑화층 및 전도층으로 형성되어 있다.
이러한 흑화층은 Cu, Zn, Ni, Co, Ti, Mn, Fe, Cr, Nb, Ru, Cd, Ge 또는 Sn 으로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상의 금속을 포함하는, 금속산화물, 금속황화물 또는 유기금속화합물로부터 선택되는 것으로 이루어지고 있으나, 반사방지 효과가 미미하며, 시인성 및 모아레 현상이 발생되는 문제점이 있다.
이에 따라 대한민국공개특허공보 제10-2012-0138294호 (2012.12.26. 공개)에는 베이스 부재; 상기 베이스 부재에 금속으로 형성된 투명전극; 및 상기 투명전극에 형성된 광택감소층; 을 포함하는 것을 특징으로 하는 터치패널이 개시되어 있다.
이와 같이 종래기술은 Al 금속 패턴 표면을 산화처리 하여 흑화층으로 이용하는 기술을 개시하고 있으나, Al 아노다이징 방식을 통해 흑화층으로 이용하지는 못하고 있다.
대한민국공개특허 제10-2012-0138294호
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 전극층의 표면을 아노다이징하여 흑화층을 형성함으로써, 흑화 효과를 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 제조 공정이 간단하고 터치스크린 기판을 박막화 할 수 있는 터치스크린 기판 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 스크린 기판 제조방법은 기판의 적어도 일면에 전극층을 형성하는 단계; 및 상기 전극층의 표면을 아노다이징하여 흑화층을 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 전극층은 알루미늄(Al), 철(Fe), 코발트(Co), 니켈(Ni), 구리(Cu), 아연(Zn), 루테늄(Ru), 팔라듐(Pd), 은(Ag), 주석(Sn), 백금(Pt), 금(Au) 및 이들의 조합에서 선택된 1종일 수 있다.
바람직하게는, 상기 흑화층은 반사율이 1 내지 20%일 수 있다.
보다 바람직하게는, 상기 흑화층은 반사율이 1 내지 10%일 수 있다.
바람직하게는, 상기 흑화층은 두께가 10nm 내지 1,000nm일 수 있다.
보다 바람직하게는, 상기 흑화층은 두께가 10nm 내지 100nm일 수 있다.
상기 전극층은 두께가 0.1 내지 1㎛일 수 있다.
상기 기판은 폴리스티렌(PS), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리부틸렌테레프탈레이트(PBT), 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN), 폴리이미드(PI), 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 액정 폴리머(LCP), 불소화 에틸렌 프로필렌(FEP), 퍼플루오르알콕시(PFA), 에틸렌-테트라플르오르에틸렌 공중합체(ETFE), 폴리비닐리텐 플루오라이드(PVDF), 에틸렌-클로로트리플루오로에틸렌 공중합체(ECTFE), 폴리클로로트리플루오로에틸렌(PCTFE) 및 이들의 조합에서 선택된 1종일 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따른 터치 스크린 기판은 상기와 같은 제조방법에 의해 제조되는 것을 특징으로 한다.
상기한 바와 같이 본 발명에 따른 터치 스크린 기판 제조방법은 전극층의 표면을 아노다이징하여 흑화층을 형성함으로써, 흑화 효과를 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 제조 공정이 간단하고 터치스크린 기판을 박막화 할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 의한 터치 스크린 기판 제조방법을 나타낸 순서도이다.
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.
본 발명의 실시예에 따른 터치 스크린 기판 제조방법에 대하여 설명한다.
도 1은 본 발명에 의한 터치 스크린 기판 제조방법을 나타낸 순서도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 터치 스크린 기판 제조방법은 기판의 적어도 일면에 전극층을 형성하는 단계; 및 상기 전극층의 표면을 아노다이징하여 흑화층을 형성하는 단계;를 포함한다.
먼저, 기판의 적어도 일면에 전극층을 형성하는 단계는 탈지, 세정 등의 전처리 공정을 거친 기판 상에 전극층을 형성할 수 있다. 이때, 전극층은 통상의 진공증착법을 이용할 수 있으며, 진공증착법에는 화학적 방법을 이용한 CVD(chemical vapor deposition)과 물리적 방법을 이용한 PVD(physical vapor deposition)가 있다. PVD에는 스퍼터링, 이온 플레이팅, 열증착, 이빔증착, 레이저증착 등이 있다.
화학적 방법을 이용한 CVD는 기판에 증착하고자 하는 물질을 고체 상태가 아닌 기체 상태인 가스로 주입하고 반응챔버 내의 기판위에서 고온 분해 또는 고온 화학반응을 통해 증착시키는 방법이다. 이 방법은 접착력이 우수하고 복잡한 형태의 기판에 균일하게 증착시킬 수 있으며, 고순도 물질의 증착이 용이하다. 그리고 특정한 형태의 기판에 원하는 부위를 선택하여 국부적인 증착도 가능하다는 장점이 있다. 하지만, 원활한 반응을 위해서는 500? 이상의 고온이 필요하게 되므로 기판이나 금속의 물성에 문제가 생길 수 있다.
진공증착은 물질을 용해 증발시켜 피처리물에 퇴적시키는 방식으로서, 증착 물질의 증발 방식에는 저항 가열, 전자빔 가열, 이온빔 가열, 레이저 가열, 고주파 유도 가열 등이 있으며, 저항 가열 및 전자빔 가열의 방식이 주로 잘 사용되고 있다. 진공증착은 고속성막의 면에서는 가장 우수한 방법이지만 밀착력이 너무 낮다는 문제점이 있다.
스퍼터링은 금속판에 아르곤 등의 비활성 원소를 부딪쳐서 금속 분자를 튀어나오게 하여 기재의 표면에 박막을 성막하는 기술이라 할 수 있다. 스퍼터링은 진공증착 보다는 박막의 밀착성이 우수한 기술이지만 가장 성막속도가 낮은 기술로 고속성막을 형성하기에 문제가 있다.
이온 플레이팅은 진공챔버 내에 아르곤 등의 가스를 주입하여 진공 상태에서 플라즈마를 일으켜, 증착물질과 가스를 이온화하여 증착될 물체에 높은 에너지를 가지고 증착하게 하는 방법이다. 증발된 입자가 고에너지를 가지고 증착되므로 증착 도금 속도도 크고 밀착도 우수하다. 일반적으로 이온플레이팅에 의해 형성된 막은 종래의 진공증착이나 습식도금에 비하여 밀착력이 50 내지 100배 뛰어나며, 방전에 의한 활성화 효과로 균일한 화합물 막을 쉽게 얻을 수 있다.
본 발명에서 기판은 터치 스크린 기판 분야에서 통상적으로 사용되는 것이면 어느 것이든 사용가능하다. 대표적으로, 폴리스티렌(PS), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리부틸렌테레프탈레이트(PBT), 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN), 폴리이미드(PI), 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 액정 폴리머(LCP), 불소화 에틸렌 프로필렌(FEP), 퍼플루오르알콕시(PFA), 에틸렌-테트라플르오로에틸렌 공중합체(ETFE), 폴리비닐리텐 플루오라이드(PVDF), 에틸렌-클로로트리플루오로에틸렌 공중합체(ECTFE), 폴리클로로트리플루오로에틸렌(PCTFE) 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 1종이 가능하다. 이중 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 와 폴리이미드(PI)는 절연성, 내열성 및 내굴곡성이 우수하며, 유연하고, 치수변형이 적고 열에 강한 물성을 갖기 때문에 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 또는 폴리이미드(PI)를 사용하는 것이 바람직하다.
이때 기판의 두께는 용도에 따라 상이하며 특별히 한정되는 것은 아니지만 10 내지 150㎛가 바람직하고, 25 내지 50㎛가 더욱 바람직하다. 이때 기판의 두께가 10㎛미만인 경우에는 도체회로를 지지하거나 취급이 어려우며, 반대로 기판의 두께가 150㎛를 초과하는 경우 유연성이 떨어진다.
전극층은 전기 전도를 위한 층으로, 기판의 일면에 위치할 수 있다
이때, 전극층은 알루미늄(Al), 철(Fe), 코발트(Co), 니켈(Ni), 구리(Cu), 아연(Zn), 루테늄(Ru), 팔라듐(Pd), 은(Ag), 주석(Sn), 백금(Pt), 금(Au) 및 이들의 조합에서 선택된 1종이 가능하다. 이 중 알루미늄(Al)은 전기전도성 및 에칭 용해성이 우수하기 때문에, 알루미늄(Al)을 사용하는 것이 바람직하다.
이때 전극층은 금속박의 형태로 접착층 상에 형성되거나 건식 도금 등의 방법에 의해 직접 형성될 수 있다.
이때, 전극층은 두께가 0.01 내지 1㎛일 수 있다. 전극층의 두께가 0.01㎛ 미만일 경우에는 제조 공정시 어려움이 있고, 전극층의 두께가 1㎛을 초과할 경우에는 터치 스크린 기판의 두께가 두꺼워지며, 전극층의 패턴이 붕괴하는 문제점이 발생할 수 있다.
다음으로, 상기 전극층의 표면을 아노다이징하여 흑화층을 형성하는 단계를 수행한다.
흑화는 통상적으로 회로의 시인성을 낮추고 화면의 시인성은 높일 목적으로 산, 알칼리 등을 사용하여 금속층의 표면을 조화(광확산) 또는 흑색화(광흡수)하여 빛의 난반사가 없으며 빛의 흡수도를 높기기 위한 방법으로 사용되고 있다.
본 발명에서 흑화층은 전극층의 표면을 아노다이징하여 형성할 수 있다. 여기서, 아노다이징은 양극산화법으로 금속 표면 처리 방법으로서 양극과 음극 중 양극 처리하는 방법을 말하는 것으로, 일예로 전극층을 알루미늄을 사용할 경우에는 알루미늄을 양극으로 통전하면, 양극에서 발생하는 산소에 의하여 알루미늄 면이 산화되어 산화 알루미늄 피막이 생기는 특성을 이용한 도금 방법이다.
먼저 알루미늄 또는 이의 합금으로 이루어진 전극층을 제1 전해액 내에서 1차 양극 산화 공정을 수행하여 제1 양극 산화 피막을 형성한다. 양극 산화 공정은 알루미늄 재질의 전극층을 양극으로 하고, 이를 제1 전해액 용액에 침지한 후 전압을 인가하여 양극화가 발생하도록 하는 것이다. 이때, 인가된 전압에 의해 전극층의 표면에서 부터 전기적으로 산화되어 상기 전극층의 표면이 제1 양극 산화 피막인 알루미늄 산화막(Al2O3)로 전환된다.
이때, 1차 양극 산화 공정에 사용되는 제1 전해액은 15 내지 18 중량%의 황산 수용액을 사용하는 것이 바람직하다. 또한 1차 양극 산화 공정시 전압은 0.1∼100V, 바람직하기로 10∼40V로 인가한다. 만약 상기 전압이 상기 범위 미만이면 충분한 양극 산화가 이루어지지 않거나 장시간 동안 양극 산화 공정을 수행하여야 하고, 반대로 상기 범위를 초과하면 급작스런 산화로 인해 형성된 양극 산화 피막의 미세 기공의 정렬도가 크게 저하되고 미세 기공의 크기 분포 또한 넓어지는 문제가 발생한다.
1차 양극 산화 공정의 온도는 -5 내지 100℃, 바람직하기로 25 내지 50℃에서 수행한다. 만약 온도가 상기 범위 미만이면 양극 산화 속도가 떨어지는 문제가 발생하고, 반대로 상기 범위를 초과하면 전해액의 농도가 달라져 불균일한 양극 산화 피막이 형성되는 문제가 발생한다.
또한, 본 1차 양극 산화 공정은 0.5 내지 5시간, 바람직하기로 1 내지 2시간 동안 수행한다. 만약 시간이 상기 범위 미만이면 시간이 짧아 충분한 양극 산화를 이룰 수 없고, 반대로 상기 범위를 초과하면 과도한 양극 산화로 인해 양극 산화 피막 하부의 알루미늄 재질의 두께가 과도하게 줄어 들어 제품 적용에 문제가 발생한다.
이때, 제1 양극 산화 피막이 형성된 전극층을 제2 전해액내에서 2차 양극 산화 공정을 추가적으로 더 수행하여 제2 양극 산화 피막을 형성 할 수 있다. 제2 양극 산화 공정을 더 수행함으로써, 알루미늄 재질로 이루어진 전극층의 내플라즈마성과 내열균열성을 향상시킬 수 있으며, 낮은 기공도로 인해 화학물질 또는 가스의 유입에 의한 부식을 억제하여 전극층의 내부식성을 향상시킬 수 있다.
흑화층의 반사율은 1 내지 20%인 것이 바람직하고, 1 내지 10%인 것이 보다 바람직하다. 복합층의 반사율이 20%를 초과할 경우에는 금속 특유의 광택 및 높은 반사율로 인한 스파클링(sparkling) 및 스타버스트 현상이 나타나는 문제점이 있다.
또한, 흑화층은 두께가 10 내지 1,000nm 수 있으며, 10 내지 100nm인 것이 보다 바람직하다. 흑화층의 두께가 상기 범위 미만일 경우에는 반사 방지 효과와 접착 효과가 미미할 수 있으며, 반대로 흑화층의 두께가 상기 범위를 초과할 경우에는 터치 스크린 기판을 박막화가 어려운 문제점이 있다.
이와 같이, 본 발명은 아노다이징을 통하여 전극층의 표면을 흑화처리 할 경우에는 내마모성, 내식성이 우수하며, 산화피막에 크랙이 형성되는 것을 억제할 수 있다.
이러한 터치 스크린 기판 제조방법에 의해 제조된 터치 스크린 기판은 터치 스크린 패널에 다양하게 적용이 가능하며, 터치 스크린 패널은 OLED 디스플레이 패널(OLED Display Panel), 액정 디스플레이(Liquid Crystal Display, LCD) 및 음극선관(Cathode-Ray Tube, CRT), PDP와 같은 디스플레이 장치에 적용될 수 있다. 보다 상세하게 터치 스크린 패널은 휴대폰, PDA(personal digital assistance), 네비게이션 장치, 디지털 카메라, PMP(portable multimedia player), 노트북 컴퓨터 등의 휴대용 전자기기뿐만 아니라, TV, 냉장고, 전자레인지, 에어컨, 리모컨 등의 가전 기기, 개인용 컴퓨터, 자동차, 산업용 장비, 의료용 장비 등 디스플레이 화면을 갖춘 모든 형태의 전자기기에 적용 가능하다.
이하 본 발명을 하기 실시예를 통하여 좀 더 상세하게 설명하기로 하나, 이는 본 발명의 이해를 돕기 위하여 제시된 것일 뿐, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
<실시예 1>
폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 기판상에 0.5㎛ 두께의 알루미늄을 스퍼터링하여 전극층을 형성하였으며, 이때 전극층은 공지의 방법으로 탈지, 수세, 에칭 및 전해 탈지를 수행하여 전처리를 하였다.
15% 농도의 황산 수용액에 담근 후 이를 양극으로 하여 0.2A/㎠의 전류를 28℃에서 60분간 공급하여 70nm 두께의 흑화층(제1양극 산화 피막)을 형성하였다.
<실시예 2>
흑화층의 두께를 800nm로 형성한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 터치 스크린 기판을 제조하였다.
<비교예 1>
흑화층을 AlN 스퍼터링 방법을 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 터치 스크린 기판을 제조하였다.
<비교예 2>
흑화층을 1nm 두께로 제조한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 터치 스크린 기판을 제조하였다.
<실험예>
상기 실시예 1, 2 및 비교예 1, 2에 따른 분석은 하기 표 1 및 표 2에 나타내었다.
1) 반사율 측정
상기 실시예 1, 2 및 비교예 1, 2의 반사율을 측정하였다. 이때, 반사율은 가시광선 영역(500nm) 파장의 반사율을 측정하였으며, 각각의 반사율은 분광기에 의해 관찰하였다. 반사율 측정 결과는 하기 표 1에 나타내었다.
가시광선 파장(500nm)
실시예 1 8%
실시예 2 12%
비교예 1 23%
비교예 2 27%
표 1에서 보는 바와 같이, 본 발명에 따라 전극층의 표면을 아노다이징하여 두께가 70nm 흑화층을 형성한 실시예 1 및 두께가 800nm 흑화층을 형성한 실시예 2의 경우, 평균 반사율이 대략 10%로 반사방지효과가 매우 우수함을 알 수 있다.
그러나, 흑화층을 AlN 스퍼터링 방법으로 형성한 비교예 1의 경우에는 반사율이 23% 였으며, 흑화층의 두께가 1nm 인 비교예 2의 경우에는 반사율이 27%인 것을 알 수 있다. 따라서, 비교예 1 및 2는 평균 반사율이 25%로 반사방지효과가 미미한 것을 알 수 있다.
2) 내열균열성 측정
기판의 내열균열성을 측정하기 위해 500 ℃로 가열 후 상온의 물에 냉각시키는 과정을 10번 수행한 후 주사전자현미경으로 표면을 측정하여 균열 정도를 확인하였고, 얻어진 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
균열
실시예 1 미발생
실시예 2 미발생
비교예 1 발생
비교예 2 발생
3) 내화학성 측정
기판의 내화학성을 측정하기 위해 HCl 10% 용액(25℃)에 침적한 후 시간에 따른 부식정도를 측정하였으며, 얻어진 결과를 하기 표 3에 나타내었다.
균열
실시예 1 미발생
실시예 2 미발생
비교예 1 발생
비교예 2 발생
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 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.

Claims (9)

  1. 기판의 적어도 일면에, 알루미늄 또는 이의 합금으로 이루어진 전극층을 형성하는 단계; 및
    상기 전극층의 표면을 아노다이징하여 흑화층을 형성하는 단계;를 포함하고,
    상기 흑화층을 형성하는 단계는, 상기 전극층에 대해 제1양극 산화 공정을 수행하는 단계를 포함하고,
    상기 제1양극 산화 공정을 수행하는 단계는,
    상기 전극층을 15 내지 18 중량%의 황산 수용액에 침지하는 단계; 및
    상기 전극층에 10 내지 40V의 전압을 인가함으로써 제1양극 산화 피막을 형성하는 단계를 포함하고,
    상기 제1양극 산화 공정을 수행하는 단계는, 25 내지 50℃에서 1 내지 2시간 동안 수행되는 것을 특징으로 하는 터치 스크린 기판 제조방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 전극층은 알루미늄(Al), 철(Fe), 코발트(Co), 니켈(Ni), 구리(Cu), 아연(Zn), 루테늄(Ru), 팔라듐(Pd), 은(Ag), 주석(Sn), 백금(Pt), 금(Au) 및 이들의 조합에서 선택된 1종인 것을 특징으로 하는 터치 스크린 기판 제조방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 흑화층은 반사율이 1 내지 20%인 것을 특징으로 하는 터치 스크린 기판 제조방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 흑화층은 반사율이 1 내지 10%인 것을 특징으로 하는 터치 스크린 기판 제조방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 흑화층은 두께가 10 내지 1000nm인 것을 특징으로 하는 터치 스크린 기판 제조방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 흑화층은 두께가 10 내지 100nm인 것을 특징으로 하는 터치 스크린 기판 제조방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 전극층은 두께가 0.1 내지 1㎛인 것을 특징으로 하는 터치 스크린 기판 제조방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 기판은 폴리스티렌(PS), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리부틸렌테레프탈레이트(PBT), 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN), 폴리이미드(PI), 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 액정 폴리머(LCP), 불소화 에틸렌 프로필렌(FEP), 퍼플루오르알콕시(PFA), 에틸렌-테트라플르오르에틸렌 공중합체(ETFE), 폴리비닐리텐 플루오라이드(PVDF), 에틸렌-클로로트리플루오로에틸렌 공중합체(ECTFE), 폴리클로로트리플루오로에틸렌(PCTFE) 및 이들의 조합에서 선택된 1종인 것을 특징으로 하는 터치 스크린 기판 제조방법.
  9. 삭제
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