KR20040017718A - 액정 표시 장치용 백라이트 - Google Patents

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KR20040017718A
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Abstract

본 발명은 액정 표시 장치용 백라이트의 구조에 관한 것이다.
최근 액정표시장치에 있어서 고휘도 특성을 요하고 있다. 이때 고휘도를 구현하기 위해서는 고휘도 백라이트를 사용하게 되는데, 고휘도의 백라이트에서는 사용 램프의 개수가 증가하거나, 적용 전류의 증가, 또는 직하형 백라이트를 사용하게 된다. 상기와 같은 고휘도 백라이트 구조에서는 기존 백라이트에 비해 열이 더욱 심각하게 발생하게 되고, 이렇게 발생하는 열은 액정표시소자의 화질에 영향을 주게 되어 사용에 제한이 따르게 된다.
본 발명에 따른 액정 표시 장치용 백라이트는 방열의 기능을 하고 있는 하판 플레이트에 있어 열전도성이 있는 재질의 사용 및 표면적을 넓게함으로써 또는 표면적을 넓게한 방열판을 부착함으로써 방열 효율을 높여 액정표시소자의 화질 저하를 개선하였다.

Description

액정 표시 장치용 백라이트{Backlight for liquid crystal display device}
본 발명은 액정 표시 장치용 광원에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 액정 표시 장치용 백라이트의 구조에 관한 것이다.
최근 정보화 사회로 시대가 급발전함에 따라 박형화, 경량화, 저 소비전력화 등의 우수한 특성을 가지는 평판 표시 장치(flat panel display)의 필요성이 대두되었는데, 이 중 액정 표시 장치(liquid crystal display)가 해상도, 컬러표시, 화질 등에서 우수하여 노트북이나 데스크탑 모니터에 활발하게 적용되고 있다.
일반적으로 액정 표시 장치는 전계 생성 전극이 각각 형성되어 있는 두 기판을 두 전극이 형성되어 있는 면이 마주 대하도록 배치하고 두 기판 사이에 액정 물질을 주입한 다음, 두 전극에 전압을 인가하여 생성되는 전기장에 의해 액정 분자를 움직이게 함으로써, 이에 따라 달라지는 빛의 투과율에 의해 화상을 표현하는 장치이다.
그런데, 액정 표시 장치는 스스로 빛을 내지 못하고 단지 빛의 투과율을 조절하는 것으로 별도의 광원이 필요하다.
따라서, 액정 패널 뒷면에 백라이트(backlight)를 배치하고 백라이트로부터나오는 빛을 액정 패널에 입사시켜, 액정의 배열에 따라 빛의 양을 조절함으로써 화상을 표시한다.
이러한 백라이트는 광원을 액정패널 밑면에 두어 기판 전면을 직접 조광하는 직하방식과 액정 패널 일측면 또는 양측면에 광원을 두어 도광판 및 반사판 등에 의해 광선을 반사하여 확산하는 에지(edge)방식으로 나누어진다. 직하방식은 램프에서 출사된 빛이 바로 액정패널 정면으로 출사되기 때문에 도광판이 필요 없는 반면, 에지 방식은 측면 램프에서 출사된 빛을 백라이트 정면으로 출사시키는 도광판이 필요하다. 일반적으로 노트북 컴퓨터나 LCD모니터에 사용되는 백라이트에는 휘도 얼룩짐이 적고, 박막형이고, 저소비 전력 소비가 가능한 에지 방식을 채택하고 있다. 직하방식의 백라이트 또한 광 이용율이 높고, 취급이 간단하며, 표시면의 크기에 제한이 없기 때문에 대화면의 액정 표시 장치에 널리 사용되고 있다.
이하, 첨부한 도면을 참고하여 직하형 백라이트에 대해 설명한다.
도 1은 고휘도를 휘한 직하형 백라이트 구조에 대한 단면도이다.
도 1에 도시한 바와 같이, 직하형 방식 백라이트에서는 선형의 광원인 램프(20)와 상기 램프(20)의 지지를 위한 램프 수용홈(22)이 도면에는 나타내지 않았지만 하판 플레이트 장변 양측단의 램프 서포터에 포함되어 구비된다. 상기 램프(20) 사이의 공간에 상부의 여러 시트들의 자체 무게나 고온에 의한 처짐 현상을 방지하기 위하여 다수의 지지대(25)가 구비된다. 상기 지지대(25)의 상부에는 원하는 시야각 확보를 위해 확산 시트(18)과 프리즘 시트(14), 디비이에프(Dual Brightness Enhancement Film 이하 DBEF로 표기) 시트(12)와 가이드 패널(10)이 순차적으로 배치되어 있다. 상기 램프(20)의 하부에는 빛의 누출을 막기 위한 반사판(26)과 외부 틀의 역할과 방열의 역할을 하는 하판 플레이트(Plate)(28)가 순차적으로 배치되어 있다.
여기서, 백라이트를 이루는 각각의 구성 요소에 대해 더욱 자세히 설명한다.
광원을 발생하는 램프(20)는 고전압을 인가 받아 가시광선을 발생시키는 광원으로 냉음극램프(Cold Cathode Fluorescent Lamp) 또는 열음극램프(Hot Cathode Fluorescent Lamp) 두 종류가 있으며, 일정한 전압을 외부에서 공급받아 음극에서 전자를 방출, 형광체를 조사하여 가시광선을 만들어 낸다. 더욱이, 최근에는 방전관 내부에 전극을 설치하지 않는 구조인 외부전극형광램프(External Electrode Fluorescent Lamp)를 직하형 백라이트의 광원으로 사용함으로써 면광원을 쉽게 제작할 수 있고, 전극 손상에 의한 램프 손상을 방지하며, 액정 표시 장치의 고휘도 특성을 확보할 수 있게 되었다.
상기 램프(20) 사이에는 시트를 지지할 수 있도록 여러 개의 지지대(25)가 형성되어 있다. 이는 램프(20) 바로 위의 있는 확산 시트(18)가 자체의 무게로 인하여 또는 램프(20) 턴온(Turn On)시 발생되는 열로 인하여 발생하는 시트의 처짐현상을 방지하기 위함이다.
상기 지지대(25) 상부에 위치하는 확산 시트(18)는 폴리에스테르(PET) 기재에 아크릴계 수지로 구형의 형상을 형성시켜 램프(20)로부터 조사된 광원을 균일하게 확산, 집광시켜 휘도를 균일하게 하는 역할을 한다.
상기 확산 시트(18) 상부에 있는 프리즘 시트(14)는 주로 폴리에스테르(PET)기재에 아크릴계 수지로 프리즘 형상을 규칙적으로 형성시켜 집광하는 역할을 한다.
DBEF 시트(12)는 프리즘 시트의 한 종류로써 얇은 필름을 적층시킨 구조로 된 폴라라이저(Polarizer)이며, 투과하지 않는 광을 반사하여 리사이클(Recycle)함으로써 휘도를 상승시킨다.
램프(20)의 하부에 위치하는 반사판(26)은 주로 폴리에스테르 기재에 램프(20)의 하측으로 나온 빛을 다시 상측으로 반사시키는 역할을 한다.
최상부의 가이드 패널(10)은 액정 패널의 장착이 가능하도록 하며, 외장 틀의 역할을 한다.
하판 플레이트(28)는 광원인 램프(20)를 고정시키고, 가이드 패널(10)과 같이 백라이트의 외장 틀의 역할과 램프(20)로부터 나오는 열을 외부 방출하는 방열의 역할을 한다.
도 2는 일반적인 하판 플레이트(28)를 보이고 있다. 일반적인 하판 플레이트(28)는 표면이 매끈한 평면구조를 하고 있으며, 하판 플레이트(28)의 재질은 알루미늄 합금으로써 180W/m.K 내지 200W/m.K의 열전도성을 가지고 있다.
백라이트에 있어서 램프에 의해 발생하는 열의 효율적인 처리가 액정 표시 소자의 품질에 영향을 주고 있다. 액정 표시 소자의 고휘도를 구현하기 위해서는 전술한 직하형 백라이트를 사용하게 된다. 상기와 같은 고휘도 백라이트 구조에서는 사용되는 램프 개수의 증가로 에지 방식의 백라이트에 비해 열이 더욱 심각하게 발생하게 된다. 이렇게 발생하는 열은 액정표시소자의 화질에 영향을 주게 되어 사용에 제한이 따르게 된다. 백라이트에서 발생하는 열은 잔상과 필름의 얼룩 등을 발생시키며, 액정의 성질 변화에 영향을 주고 백라이트 자체에도 휘도 감소의 원인을 제공한다.
백라이트를 사용함에 있어서 전술한 문제를 일으키는 열을 효율적으로 방출하는 것이 중요한 과제로써 자리잡고 있으나, 종래의 백라이트 내부 구조로서는 효율적인 방열에 어려움이 있다.
본 발명은 상기 전술한 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 발생하는 열을 보다 효율적으로 외부로 방열하는 구조를 가지는 백라이트를 제조하는 것을 목적으로 한다.
도 1 은 종래의 액정 표시 장치용 직하형 백라이트 단면도.
도 2 는 일반적인 백라이트에 구성되는 하판 플레이트 사시도.
도 3 은 본 발명의 제 1실시예에 따른 액정 표시 장치용 직하형 백라이트 단면도.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 제 1실시예에 따른 하판 플레이트의 사시도.
도 4c 는 도 4b를 I-I'를 따라 절단한 단면도.
도 5a 및 도 5b는 제 1 실시예에 따른 다른 형태의 단면도.
도 6 는 본 발명의 제 2실시예에 따른 도광판 이하의 직하형 백라이트 단면도.
도 7a 및 7b 는 본 발명의 제 2실시예에 따는 방열판을 부착한 하판 플레이트의 사시도.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
20,120 : 램프 22,122 : 램프 수용홈
125 : 지지대 26,126 : 반사판
28,128,130,140 : 하판 플레이트 150,155 : 방열판
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 액정 표시 장치용 백라이트는 선형의 램프와; 상기 램프 하부에 배치되어 있으며 상기 램프로부터 하부로 출사된 빛을 상 방향으로 반사시키는 반사판과; 상기 반사판의 하부에 위치하고 있으며, 상기 램프를 지지할 수 있도록 램프 서포터 및 램프 수용홈을 구비하고, 상기 반사판과 부착하는 면 이면의 표면적을 평면보다 크게 한 하판 플레이트를 포함한다.
여기서, 상기 하판 플레이트는 열전도도가 상온에서 200W/m.K 이상인 재질로 제작되며, 하면은 요철형태로 이루어지거나, 또는 상면은 오목하게 패인 형태의 일련의 패턴을 가지며, 하면은 굴곡 또는 각을 이루며, 내부가 비어있고 양끝이 뚫어진 반원통형, 사각기둥 또는 삼각기둥 형태로 볼록한 형태의 패턴을 가지는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 다른 액정 표시 장치용 백라이트는 선형의 램프와; 상기 램프 하부에 배치되어 있으며 상기 램프로부터 하부로 출사된 빛을 상 방향으로 반사시키는 반사판과; 상기 반사판의 하부에 위치하며 상기 램프를 지지할 수 있도록 램프 서포터 및 램프 수용홈을 구비한 하판 플레이트와; 상기 하판 플레이트 하부에 위치하며, 상기 하판 플레이트와 부착하는 면 이면의 표면적을 평면보다 크게 한 방열판을 포함하여 구성된다.
이때, 상기 방열판은 열전도도가 상온에서 200W/m.K이상인 재질로 제작되며, 하면은 요철 형태로 이루어지거나, 또는 상면은 오목하게 패인 일련의 패턴을 가지며, 하면은 굴곡 또는 각을 이루며, 내부가 비어있고, 양끝이 뚫어진 반원통형, 사각기둥 또는 삼각기둥 형태로 볼록한 형태의 패턴을 가지는 것을 특징으로 한다.
효과적으로 내부열을 공기중으로 방출하기 위해서는 기본적으로 방열체를 이루는 재질의 열전도도가 커야하며, 공기와 접촉하는 부분의 표면적이 커야한다.
열전도도란 열량이 단위시간 내에서 물질의 단위 두께당 단위면적을 통하여 흐르며 열량이 온도에 있어서 단위차이가 있는 열전도력이다.
상술한 바와 같은 이유로 백라이트의 내에서 발생하는 열을 효율적 방출하기 위해서는 백라이트의 최하층에 위치하며, 방열의 역할을 하고 있는 하판 플레이트 자체를 열전도도가 높은 재질로 제작하고, 상기 하판 플레이트의 하면 즉 공기와 접촉하는 면의 표면적을 확장시키거나, 하판 플레이트에 별도의 방열판을 부착함으로써 방열효율을 증대시킬 수 있다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 백라이트의 구조에 대하여 상세히 설명한다.
제 1실시예
본 발명의 제 1 실시예는 백라이트의 내부 구조 중 최하층을 이루는 하판 플레이트의 재질 및 표면적을 변형하여 효율적인 방열특성을 가지는 백라이트를 제공하는 것을 특징으로 한다.
도 3은 본발명의 실시예에 의한 백라이트 단면도이다.
선형의 램프(120)와 상기 램프(120)로부터 하 방향으로 출사된 빛을 상부로 돌려보내기 위한 반사판(126)과 상기 반사판(126) 하부에 본 발명에 의한 하판 플레이트(130)가 배치되어 있다. 상기 하판 플레이트(130)에는 도면에는 나타나지 않았지만, 램프(120)를 지지하기 위하여 장변 양측에 램프 서포터와 램프 수용홈(122)이 구비된다. 여러 개의 램프(120) 사이에는 상부의 적층된 여러 시트들의 처짐 현상을 방지하기 위한 지지대(125)가 위치한다. 상기 지지대(125)의 상부에는 확산시트(118), 프리즘 시트(114), DBEF 시트(112) 및 가이드 패널(110)이 순차적으로 적층되어 배치된다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 제 1실시예에 따른 하판 플레이트(130,140)의 제1 및 제2 형상을 도시한 부분 사시도이다.
하판 플레이트(130)의 반사판(126)과 부착되는 면은 평면이고, 그 이면 즉공기와 접촉하는 면은 요철 처리하여, 표면적을 증대시켜 공기와 보다 많은 접촉을 유도함으로써 효율적으로 방열되도록 하였다. 평면으로 이루어진 종래의 하판 플레이트(28)의 부착면 이면의 표면적을 1이라 할 때 본 발명에 따른 하판 플레이트(130)의 부착면 이면의 표면적은 1 내지 2의 사이의 값을 갖게된다. 그러므로, 본 발명에 의한 하판 플레이트(130)의 방열 효율은 종래의 하판 플레이트(28)에 비하여 증대된다.
도 4b 및 4c를 참조하면, 하판 플레이트(140)의 공기와 접촉하는 면 즉 반사판과 부착되는 면의 이면은 속이 비어 있고, 양 끝이 뚫어진 반원통형 형태의 패턴이 볼록하게 나와있는 형상을 하고 있다. 이때 반사판(126)과의 부착하게 되는 면은 오목하게 패인 형태의 패턴을 가지는 형상이 된다.
도 4c는 도 4b의 Ⅰ-I'를 자른 단면도이다.
상기 하판 플레이트(140)는 반원통형 패턴의 양 옆이 뚫려있어 반사판이 직접 공기에 노출되어 방열을 하는 구조로 되어 있다. 상기 하판 플레이트(140)에 있어서 반사판(126)과의 부착면 이면의 표면적도 넓어지고, 상기 하판 플레이트(140)와 램프 사이에 있는 반사판(126)이 직접 공기와 접촉하여 열을 방출할 수 있는 구조이므로 방열효과를 더욱 증대시킬 수 있다.
상기와 같은 구조로 된 하판 플레이트(140)를 제조함에 있어서 공기와 접촉하는 면의 볼록한 패턴을 내부가 비어있고, 양 끝이 뚫려있는 사각기둥 또는 삼각기둥 형태로 형성하여도 전술한 반원통형 패턴일 경우와 동일한 효과를 얻을 수 있다.
도 5a 및 5b는 상기의 사각기둥 및 삼각기둥 형태로 형성한 하판 플레이트를 도 4c의 방식대로 자른 단면을 보이고 있다.
하판 플레이트(130,140)를 이루는 재질은 열전도성이 상온에서 200W/m.K 이상인 금속 예를들면, 구리합금 또는 알루미늄 함량을 높인 알루미늄 합금을 사용함으로써 방열효율을 증대시킬 수 있다. 종래 기술에서는 일반적으로 열전도도가 180 W/m.K 내지 200W/m.K인 알루미늄 합금를 사용하여 제작하기에 하판 플레이트의 재질 변경만으로도 종래기술 대비 100%내지 115%정도의 방열효과를 얻을 수 있다.
제 2 실시예
제 2실시예는 하판 플레이트 하부에 방열판을 부착함으로써 방열 효율을 증대시키고 있다.
도 6는 본 발명에 의한 백라이트의 램프(120)을 포함하여 그 하부의 내부구조를 나타낸 단면도이다.
선형의 램프(120)와 상기 램프(120)로부터 하 방향으로 출사된 빛을 상부로 돌려보내기 위한 반사판(126)과 상기 반사판(126) 하부에 하판 플레이트(128)와 방열판(150)이 순차적으로 위치한다. 상기 하판 플레이트(130)에는 도면에 나타나지 않았지만, 장변 양측에 램프를 지지하기 위한 램프 서포터가 구비되고, 상기 램프 서포서에는 램프 수용홈(122)이 포함된다. 또한, 여러개의 램프(120) 사이에는 상부의 적층된 여러 시트들의 처짐 현상을 방지하기 위한 지지대(125)가 위치한다.
상기 방열판(150)은 상온에서 열전도도가 200W/m.K이상인 재질 예를 들면,구리(390W/m.K) 및 구리합금 또는 알루미늄(220W/m.K)으로 제작된다.
도 7a와 도 7b를 참조하면 더욱이 방열효과을 증대하기 위하여 하판 플레이트(128)과 상기 방열판(150,155)의 부착면을 공기와 최대한 많이 접촉할 수 있도록 상기면을 요철 처리(도 7a) 또는 내부가 비어있는 반원통형 패턴 처리(도 7b) 하였다. 상기 방열판(150,155)의 하판 플레이트(128)와 부착하는 면의 이면을 요철 또는 내부가 비어있는 반원통형 패턴 처리함으로써 표면적이 일반 평면대비 대비 1배 내지 2배 커짐에 따라 방열 효율 역시 높아지게 된다.
도 7b를 참조하면 하판 플레이트(128)와 부착하는 면의 이면이 내부가 비어있고, 양 옆이 뚫어진 반원통형 패턴 형태로 이루어진 방열판(155)의 경우 하판 플레이트(128)와의 부착면에 빈 공간이 생기게 된다. 이때 상기의 빈 공간에서는 하판 플레이트(128)가 직접 공기와 접촉하며 방열을 하게 된다. 이 경우 하판 플레이트(128)와 일반적인 평면 방열판과의 부착면 면적을 A라고 하고, 상기의 반원통형 패턴 형태를 가지는 방열판(155)의 하판 플레이트(128)와의 부착면 면적을 B라 하면
0.2A ≤B ≤A
를 만족하도록 상기 방열판(155)의 부착면은 구성된다. 하판 플레이트(128)와 부착하는 방열판(155)의 부착면 넓이 B가 평면 방열판과 하판 플레이트(128)의 부착면의 넓이인 A의 0.2배보다 작은 값을 가지게 되면 하판 플레이트(128)와 공기의 접촉면은 커지지만, 하판 플레이트(128)와 방열판(155)의 접촉면적이 너무 적어 백라이트에서 발생하는 열을 충분하게 방열판(155)으로 전달하지 못하게 되므로 방열효율은 평판 방열판을 부착한 경우 보다 더 낮아지게 된다. 그러므로 내부가 비어있고, 양 옆이 뚫어진 반원통형 패턴을 가지는 방열판(155)의 부착면 넓이는 0.2A 이상이 되도록 구성되어야 한다.
도 7b 에서와 같이 속이 빈 반원통 형태의 패턴이 하면에 형성되도록 제작된 방열판(155)은 제 1 실시예에서 전술한 도 5a 및 도 5b와 동일한 단면도를 갖도록 하는 내부가 비어있고, 양 옆이 뚫려있는 사각기둥 또는 삼각 기둥형태의 구조 패턴이 이루어지더라도 상기 반원통 형태의 패턴을 가진 방열판(155)과 동일한 효과를 얻을 수 있다.
본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 이상 다양한 변화와 변형이 가능하다.
본 발명에 따른 액정 표시 장치용 백라이트에서는 발생하는 열을 효율적으로 방출하기 위해 열전도성이 높은 재질의 하판 플레이트 및 상기 하판 플레이트의 공기와 접촉하는 면의 표면적을 넓게 함으로써, 또는 하판 플레이트 하면에 열전도성이 좋은 재질로 제작되고 공기와 접촉하는 면의 표면적을 크게 한 방열판을 부착함으로써 열로 인해 발생하는 백라이트 자체의 휘도 감소 및 액정표시소자의 잔상과 필름의 얼룩 등의 발생을 억제할 수 있다.

Claims (9)

  1. 선형의 램프와;
    상기 램프 하부에 배치되어 있으며 상기 램프로부터 하부로 출사된 빛을 상 방향으로 반사시키는 반사판;
    상기 반사판의 하부에 위치하고 있으며, 상기 램프를 지지할 수 있도록 램프 서포터 및 램프 지지홈을 구비하고 상기 반사판과 부착하는 면 이면의 표면적을 평면보다 크게 한 하판 플레이트;
    를 포함하는 액정표시장치용 백라이트.
  2. 선형의 램프와;
    상기 램프 하부에 배치되어 있으며 상기 램프로부터 하부로 출사된 빛을 상방향으로 반사시키는 반사판과;
    상기 반사판의 하부에 위치하며 상기 램프를 지지할 수 있도록 램프 서포터 및 램프 지지홈을 구비한 하판 플레이트와;
    상기 하판 플레이트 하부에 위치하며, 상기 하판 플레이트와 부착하는 면 이면의 표면적을 평면보다 크게 한 방열판;
    을 포함하는 액정표시장치용 백라이트.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 하판 플레이트는 상온에서 열전도도가 200W/m.K 이상인 재질로 이루어진 액정 표시 장치용 백라이트.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 하판 플레이트의 반사판과의 부착면은 평면이고, 그 이면은 요철 형태로 이루어진 액정 표시 장치용 백라이트.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 하판 플레이트의 반사판과의 부착면은 오목하게 패인 일련의 패턴을 가지며, 그 이면은 굴곡 또는 각을 이루며 내부가 비어있고, 양끝이 뚫어진 반원통형, 사각기둥 또는 삼각기둥 형태로 볼록한 형태의 패턴을 가지는 액정 표시 장치용 백라이트.
  6. 제 2 항에 있어서,
    상기 방열판은 열전도도가 상온에서 200W/m.K 이상인 재질로 이루어진 액정표시 장치용 백라이트.
  7. 제 2 항에 있어서,
    상기 방열판의 하판 플레이트와의 부착면은 평면이며, 그 이면은 요철 형태으로 이루어진 액정 표시 장치용 백라이트.
  8. 제 2항에 있어서,
    상기 방열판의 하판 플레이트와의 부착면은 오목하게 패인 일련의 패턴을 가지며, 하면은 굴곡 또는 각을 이루며 내부가 비어있고, 양끝이 뚫어진 반원통형, 사각기둥 또는 삼각기둥 형태로 볼록한 형태의 패턴을 가지는 액정 표시 장치용 백라이트.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 하판 플레이트와 직접 접촉하는 상기 방열판의 접촉면적을 B라 하고, 동일 크기의 일반적인 평면 방열판의 하판 플레이트와의 접촉면적을 A라 할 때
    0.2A ≤B ≤A
    를 만족하도록 상기 방열판의 부착면이 오목한 패턴을 가지도록 구성되는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치용 백라이트.
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