KR20070046239A - 액정표시패널 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 평탄화막의 단차를 이용하여 칼럼스페이서와 박막 트랜지스터 기판의 마찰력을 감소시켜 빛샘등의 부작용을 감소시킬 수 있는 액정표시패널 및 그 제조방법에 관한 것이다.

본 발명의 실시 예에 따른 액정표시패널은 블랙 매트릭스, 상기 블랙 매트릭스에 의해 구분된 화소영역 상에 형성되는 컬러필터, 제1 두께와 상기 제1 두께보다 얇은 제2 두께로 상기 블랙 매트릭스와 상기 컬러필터 상에 형성되는 평탄화막을 가지는 상부기판과; 상기 제1 두께의 평탄화막 상에 형성되는 제1 칼럼스페이서와; 상기 제2 두께의 평탄화막 상에 형성되는 제2 칼럼스페이서를 구비하는 것을 특징으로 한다.

Description

액정표시패널 및 그 제조방법{Liquid Crystal Display Pannel and Method of Fabricating the same}

도 1은 종래 액정표시패널을 나타내는 사시도이다.

도 2는 종래 컬러필터 기판과 박막 트랜지스터 기판 간의 셀 갭을 유지하는 칼럼스페이서를 나타내는 단면도이다.

도 3은 액정표시패널에 발생되는 터치불량을 설명하기 위한 도면이다.

도 4는 본 발명에 따른 액정표시패널의 일부분에 대한 평면도이다.

도 5는 도 4를 Ⅱ-Ⅱ'선을 따라 절단하여 나타낸 단면도이다.

도 6은 도 4를 Ⅳ-Ⅳ'선을 따라 절단하여 나타낸 단면도이다.

도 7a 내지 도 7e는 본 발명의 일 실시예에 따른 컬러필터 기판의 제조방법을 설명하기 위한 단면도이다.

본 발명은 평탄화막의 단차를 이용하여 칼럼스페이서와 박막 트랜지스터 기 판의 마찰력을 감소시켜 빛샘등의 부작용을 감소시킬 수 있는 액정표시패널 및 그 제조방법에 관한 것이다.

액정 표시 장치는 전계를 이용하여 액정의 광투과율을 조절함으로써 화상을 표시하게 된다. 이러한 액정 표시 장치는 액정을 구동시키는 전계의 방향에 따라 수직 전계형과 수평 전계형으로 대별된다.

수직 전계형 액정 표시 장치는 상부기판 상에 형성된 공통전극과 하부기판 상에 형성된 화소전극이 서로 대향되게 배치되어 이들 사이에 형성되는 수직 전계에 의해 TN(Twisted Nemastic) 모드의 액정을 구동하게 된다. 이러한 수직 전계형 액정 표시 장치는 개구율이 큰 장점을 가지는 반면 시야각이 90도 정도로 좁은 단점을 가진다.

수평 전계형 액정 표시 장치는 하부 기판에 나란하게 배치된 화소 전극과 공통 전극 간의 수평 전계에 의해 인 플레인 스위치(In Plane Switch; IPS) 모드의 액정을 구동하게 된다. 이러한 수평 전계형 액정 표시 장치는 시야각이 160도 정도로 넓은 장점을 가진다. 이하, 수평 전계형 액정 표시 장치에 대하여 상세히 살펴보기로 한다.

수평 전계형 액정표시패널은 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 서로 대향 하여 합착된 박막 트랜지스터 기판(60) 및 컬러 필터 기판(50)과, 두 기판(50,60)과 칼럼스페이서(13)에 의해 마련된 액정공간에 채워진 액정(40)을 구비한다.

컬러 필터 기판(50)은 상부기판(11) 상에 형성된 컬러 구현을 위한 컬러필터(34) 및 빛샘 방지를 위한 블랙 매트릭스(32)와, 컬러 필터(34) 및 블랙 매트릭스 (32)가 형성된 상부기판(11)을 평탄화하기 위한 평탄화막(36)으로 구성된다.

박막 트랜지스터 기판(60)은 하부 기판(1) 상에 교차되게 형성된 게이트 라인(2) 및 데이터 라인(4)과, 그 교차부마다 형성된 박막 트랜지스터(30)와, 그 교차 구조로 마련된 화소 영역에 수평 전계를 이루도록 형성된 화소 전극(22) 및 공통 전극(24)과, 공통 전극(24)과 접속된 공통 라인(26)을 구비한다.

게이트 라인(2)은 박막 트랜지스터(30)의 게이트 전극에 게이트 신호를 공급한다. 데이터 라인(4)은 박막 트랜지스터(30)의 드레인 전극을 통해 화소전극(22)에 화소 신호를 공급한다. 게이트 라인(2)과 데이터 라인(4)은 교차구조로 형성되어 화소 영역을 정의한다. 공통라인(26)은 화소 영역을 사이에 두고 게이트 라인(2)과 나란하게 형성되며 액정 구동을 위한 기준전압을 공통전극(24)에 공급한다.

박막 트랜지스터(30)는 게이트 라인(2)의 게이트 신호에 응답하여 데이터 라인(4)의 화소 신호가 화소 전극(22)에 충전되어 유지되게 한다.

이러한 박막 트랜지스터(30)를 통해 화소 신호가 공급된 화소 전극(22)과 공통 라인(26)을 통해 기준 전압이 공급된 공통 전극(24) 사이에는 수평 전계가 형성된다.

칼럼스페이서(13)는 블랙 매트릭스(32)와 중첩되는 게이트라인(2) 또는 데이터라인(4) 위에 형성된다. 컬러필터 기판(50)과 박막 트랜지스터 기판(60)은 칼럼스페이서(13)에 의해서 그 셀 갭이 유지되며, 칼럼스페이서(13)에 의해 유지되는 셀 갭에는 액정(40)이 주입된다

이러한 수평 전계형 액정표시패널에는 박막 트랜지스터 기판(60)과 컬러 필 터 기판(50) 사이에 수평전계가 형성되고, 이에 의해 액정 분자들이 유전 이방성을 근거로 회전하게 된다. 액정 분자들의 회전 정도에 따라 화소 영역을 투과하는 광 투과율이 달라지게 됨으로써 화상을 구현하게 된다.

그런데, 평탄화막(36)이 컬러필터(34)상에 균일한 두께로 형성되면 도 2에 도시된 바와 같이 평탄화막(36) 상에 형성되는 모든 칼럼스페이서들(13)이 셀 갭을 유지하기 위해 박막 트랜지스터 기판(60)과 밀착된다.

모든 칼럼스페이서들(13)이 박막 트랜지스터 기판(60)과 밀착됨은 상호간의 접촉 면적의 증가로 이어지게 되고 이로 인해 터치시 마찰력이 증가하게 된다. 마찰력의 증가는 결과적으로 빛샘 등의 부작용을 낳게 된다.

또한, 칼럼스페이서(13)에 의해 유지되는 액정표시패널의 특정 부분에 외부로부터 압력이 가해지게 되면 액정(40)은 도 3에 도시된 바와 같이 그 배열이 변화게 된다. 이 때, 액정(40) 배열이 변화되는 액정표시패널의 특정 부분은 변형된 배열의 액정(40)에 의해 표시하고자 하는 화상이 구현할 수 없게 되며, 이와 같은 외부 압력에 의한 액정(40)의 배열 변형은 액정표시패널에 터치 불량을 발생시킨다.

따라서, 본 발명의 목적은 평탄화막의 단차를 이용하여 칼럼스페이서와 박막 트랜지스터 기판의 마찰력을 감소시켜 빛샘등과 같은 부작용을 방지할 수 있는 액정표시패널 및 그 제조방법을 제공함에 있다.

상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시 예에 따른 액정표시패널은 블랙 매트릭스, 상기 블랙 매트릭스에 의해 구분된 화소영역 상에 형성되는 컬러필터, 제1 두께와 상기 제1 두께보다 얇은 제2 두께로 상기 블랙 매트릭스와 상기 컬러필터 상에 형성되는 평탄화막을 가지는 상부기판과; 상기 제1 두께의 평탄화막 상에 형성되는 제1 칼럼스페이서와; 상기 제2 두께의 평탄화막 상에 형성되는 제2 칼럼스페이서를 구비하는 것을 특징으로 한다.

상기 제1 및 제2 칼럼스페이서는 상기 블랙 매트릭스와 중첩되는 것을 특징으로 한다.

이웃하는 상기 제1 칼럼스페이서들 사이에는 적어도 3개 이상의 상기 제2 칼럼스페이서가 위치되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 실시 예에 따른 액정표시패널의 제조방법은 상부 기판상에 블랙 매트릭스를 형성하는 단계와; 상기 블랙 매트릭스에 의해 구분된 화소영역 상에 컬러필터를 형성한는 단계와; 상기 블랙 매트릭스와 상기 컬러필터 상에 제1 두께와 상기 제1 두께보다 얇은 제2 두께로 평탄화막을 형성하는 단계와; 상기 제1 두께의 평탄화막 상에 제1 칼럼스페이서를 형성하고, 상기 제2 두께의 평탄화막 상에 제2 칼럼스페이서를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 평탄화막을 형성하는 단계는, 상기 상부기판 상에 감광성 유기재료를 균일한 두께로 형성하는 단계와; 상기 제2 컬럼스페이서가 형성될 영역에 위치되는 반투과부와 상기 반투과부 이외의 영역에 위치되는 차단부를 가지는 마스크를 상기 감광성 유기재료 상에 정렬하는 단계와; 상기 마스크를 통해 상기 감광성 유기재료를 노광한 후에 현상공정을 거쳐 상기 반투과부를 통해 노광된 감광성 유기재료의 두께를 낮추는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 평탄화막을 형성하는 단계는, 상기 상부기판 상에 감광성 유기재료를 균일한 두께로 형성하는 단계와; 상기 제1 컬럼스페이서가 형성될 영역에 위치되는 차단부와 상기 차단부 이외의 영역에 위치되는 반투과부를 가지는 마스크를 상기 감광성 유기재료 상에 정렬하는 단계와; 상기 마스크를 통해 상기 감광성 유기재료를 노광한 후에 현상공정을 거쳐 상기 반투과부를 통해 노광된 감광성 유기재료의 두께를 낮추는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 제1 및 제2 칼럼스페이서를 형성하는 단계는, 상기 제1 및 제2 칼럼스페이서를 상기 블랙 매트릭스와 중첩되도록 형성하는 것을 특징으로 한다.

상기 제1 및 제2 칼럼스페이서를 형성하는 단계는, 이웃하는 상기 제1 칼럼스페이서들 사이에는 적어도 3개 이상의 상기 제2 칼럼스페이서를 형성하는 것을 특징으로 한다.

상기 목적 외에 본 발명의 다른 목적 및 이점들은 첨부 도면을 참조한 본 발명 바람직한 실시 예에 대한 설명을 통하여 명백하게 드러나게 될 것이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예들을 도 4 내지 도 7을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.

도 4는 본 발명에 따른 액정표시패널을 나타내는 평면도이며, 도 5는 도 4를 Ⅱ-Ⅱ'선을 따라 절단하여 나타낸 단면도이며, 도 6은 도 4를 Ⅳ-Ⅳ'선을 따라 절단하여 나타낸 단면도이다.

도 4 내지 도 6을 참조하면, 본 발명에 따른 액정표시패널의 칼라필터 기판은 상부기판(111) 위에 게이트라인(102) 또는 데이터라인(미도시)과 대응되는 위치에 형성되어 셀 영역을 구획하는 블랙 매트릭스(132)와, 블랙 매트릭스(132)에 의해 구획된 셀 영역에 칼라 화상의 구현을 위한 칼라필터(134)와, 컬러필터 기판(150)을 평탄화하기 위한 평탄화막(136)과, 액정표시패널의 셀 갭을 유지하는 패턴 스페이서(113)를 구비한다.

또한, 액정표시패널의 박막 트랜지스터 기판(160)은 하부기판(101) 위에 게이트 절연막(106)을 사이에 두고 데이터라인(미도시)과 교차하는 게이트라인(102)과, 데이터라인과 게이트라인(102)의 교차부마다 형성되는 박막 트랜지스터30)와, 데이터라인과 게이트라인(102)의 교차구조로 마련된 셀 영역에 형성된 화소전극(122), 화소전극과 수평전계를 형성하는 공통전극(미도시)을 구비한다.

박막 트랜지스터는 게이트라인(102)의 게이트신호에 응답하여 데이터라인의 화소신호를 화소전극(222)에 공급한다. 이를 위하여, 박막 트랜지스터는 게이트라인(102)에 접속된 게이트전극(232)과, 데이터라인에 접속되는 소스전극(234)과, 화소전극(222)에 접속된 드레인전극(236)과, 게이트전극(232)과 중첩되고 소스전극(234)과 드레인전극(236) 사이에 채널을 형성하는 활성층(238)을 구비한다. 이러한 활성층(238) 위에는 소스전극(234) 및 드레인전극(236)의 오믹 접촉을 위한 오믹 접촉층(240)이 형성된다.

본 발명의 실시 예에 따른 액정표시패널의 평탄화막(136)은 도 5와 도 6에 도시된 바와 같이 단차를 가지고 형성된다. 셀 갭을 유지하기 위한 칼럼스페이서(113)는 도 5에 도시된 바와 같이 블랙 매트릭스(132)와 중첩되는 게이트라인(102) 또는 데이터라인(미도시) 위에 형성된다. 제1 두께를 갖는 평탄화막(136A) 상에는 제1 칼럼스페이서(113A)가 형성되어 박막 트랜지스터 기판(160)과 밀착되고, 상기 제1 두께보다 얇은 제2 두께를 갖는 평탄화막(136B) 상에는 제2 칼럼스페이서(113B)가 형성되어 박막 트랜지스터 기판(160)과 소정 간격 이격된다.

여기서, 제1 칼럼스페이서(113A)는 수개의 서브픽셀마다 한개씩 형성되는데, 바람직하게는 9개의 서브픽셀마다 1개의 비율로 형성된다. 제2 칼럼스페이서(113B)도 마찬가지로 수개의 서브픽셀마다 한개씩 형성되는데, 바람직하게는 3개의 서브픽셀마다 1개의 비율로 형성된다. 결과적으로 제1 및 제2 칼럼스페이서(113A,113B)는 같은 서브픽셀에 중첩되어 형성되지 않으며, 이웃하는 제1 칼럼스페이서들(113A) 사이에는 적어도 3개이상의 제2 칼럼스페이서들(113B)이 형성된다.

이와 같이, 단차를 가지는 평탄화막(136)이 형성됨으로써 컬러필터 기판(150)과 박막 트랜지스터 기판(160)의 합착 시 제1 칼럼스페이서(113A)의 경우에는 박막 트랜지스터 기판(160)과 밀착되어 셀 갭을 유지 시키는 역할을 한다. 또한, 제2 칼럼스페이서(113B)의 경우에는 박막 트랜지스터 기판(160)과 소정간격 이격됨으로써 액정표시패널에 외력이 가해졌을 때 추가로 셀 갭을 유지 시키는 역할을 하고, 아울러 액정배열의 변형을 방지하고 박막 트랜지스터 기판(160)과의 마찰을 최소화하여 마찰력 증가로 인한 빛샘등의 부작용을 줄인다.

이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 컬러필터 기판의 제조방법을 도 7a 내지 7e를 참조하여 설명하면 다음과 같다.

먼저, 상부기판(111)에 불투명 금속이 증착된 후 마스크(미도시)를 이용한 포토리쏘그래피 공정과 식각 공정에 의해 불투명 물질이 패터닝 됨으로써 도 7a에 도시된 바와 같이 블랙 매트릭스(132)가 형성된다.

블랙 매트릭스(132)가 형성된 상부기판(111) 상에 감광성 적색수지(R)가 전면 도포된다. 이 적색수지(R)가 도포된 상부기판(111) 상에 노광영역(P1)과 차단영역(P2)을 갖는 마스크(200)가 정렬된다. 이어서, 마스크(200)를 이용한 포토리쏘그래피 공정과 식각 공정에 의해 노광영역(P1)을 통해 노광된 적색수지(R)는 제거되고, 차단영역(P2)을 통해 노광되지 않은 적색수지(R)가 남게 되어 도 7b에 도시된 바와 같이 적색 컬러필터(134R)가 형성된다.

적색 컬러필터(134R)가 형성된 상부기판(111) 상에 녹색수지(G)가 전면 도포된다. 이 녹색수지(G)가 도포된 상부기판(111) 상에 노광영역(P1)과 차단영역(P2)을 갖는 마스크(300)가 정렬된다. 이어서, 마스크(300)를 이용한 포토리쏘그래피 공정과 식각공정에 의해 노광영역(P1)을 통해 노광된 녹색수지(G)는 제거되고, 차단영역(P2)을 통해 노광되지 않은 녹색수지(G)가 남게 되어 도 7c에 도시된 바와 같이 녹색 컬러필터(134G)가 형성된다.

도면에 도시되지는 않았지만, 청색 컬러필터도 상기 적색 및 녹색 컬러필터(134R,134G) 형성방법과 같은 방법을 통하여 형성된다.

이렇게, 적색, 녹색 및 청색 컬러필터(134R,134G,미도시)가 형성된 상부기판 (111) 상에 평탄화 물질이 전면 도포 되고, 반투과영역(P1')과 차단영역(P2)을 갖는 슬릿마스크(400)에 의해 평탄화막의 단차가 형성된다.

이러한 평탄화막의 단차 형성 방법을 자세히 설명하면 다음과 같다.

컬러필터(134)가 형성된 상부기판(111) 상에 감광성 유기물질이 균일한 두께로 전면 도포 되고, 제2 컬럼스페이서(113B)가 형성될 영역(도 4의 A영역)에서는 빛을 반투과시키고, 반투과영역 이외의 영역에서는 빛을 차단시키는 슬릿마스크(400)가 상기 감광성 유기물질 상에 정렬된다. 이어서, 슬릿마스크(400)를 이용한 포토리쏘그래피 공정과 식각공정에 의해 반투과영역(P1')을 통해 노광된 감광성 유기물질의 두께는 얇아지고, 차단영역(P2)을 통해 노광되지 않은 감광성 유기물질의 두께는 원상태를 유지하게 되어 도 7d에 도시된 바와 같이 단차를 가지는 평탄화막(136)이 형성된다.

한편, 이러한 단차를 가지는 평탄화막(136)을 형성하기 위하여 상기 방법 이외의 방법을 사용할 수도 있다.

즉, 컬러필터(134)가 형성된 상부기판(111) 상에 감광성 유기물질이 균일한 두께로 전면 도포 되고, 제1 컬럼스페이서(113A)가 형성될 영역(도 4의 B영역)에서는 빛을 차단시키고, 차단영역 이외의 영역에서는 빛을 반투과시키는 슬릿마스크(400)가 상기 감광성 유기물질 상에 정렬된다. 이어서, 슬릿마스크(400)를 이용한 포토리쏘그래피 공정과 식각공정에 의해 차단영역(P2)을 통해 노광되지 않은 감광성 유기물질의 두께는 원상태를 유지하게 되고, 반투과영역(P1')을 통해 노광된 감광성 유기물질의 두께는 얇아지게 되어 도 7d에 도시된 바와 같이 단차를 가지는 평탄화막이 형성된다.

단차를 가지는 평탄화막(136)이 형성되면, 도 7e에 도시된 바와 같이 제1 두께를 갖는 평탄화막(136A) 상에는 제1 칼럼스페이서(113A)가 형성되어 이후 공정에서 박막 트랜지스터 기판(160)과 밀착되고, 상기 제1 두께보다 얇은 제2 두께를 갖는 평탄화막(136B) 상에는 제2 칼럼스페이서(113B)가 형성되어 이후 공정에서 박막 트랜지스터 기판(160)과 소정 간격 이격된다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 액정표시패널 및 그 제조방법은 평탄화막 형성시 단차를 부여하여, 컬러필터기판과 박막 트랜지스터 기판의 합착 시 칼럼스페이서들 중 일부만 박막 트랜지스터 기판과 밀착되게 하고 나머지는 박막 트랜지스터 기판과 이격되도록 함으로써, 칼럼스페이서와 박막 트랜지스터 기판의 접촉면적을 줄일 수 있다. 이에 따라 칼럼스페이서와 박막 트랜지스터 기판간의 마찰력을 감소시켜 빛샘 등과 같은 액정표시패널의 부작용을 방지할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 액정표시패널 및 그 제조방법은 박막 트랜지스터 기판과 소정간격 이격되어 형성되는 칼럼스페이서에 의해 액정표시패널에 인가되는 외력에 대응하여 액정배열의 변형, 즉 터치불량을 방지할 수 있다.

Claims (8)

1. 블랙 매트릭스, 상기 블랙 매트릭스에 의해 구분된 화소영역 상에 형성되는 컬러필터, 제1 두께와 상기 제1 두께보다 얇은 제2 두께로 상기 블랙 매트릭스와 상기 컬러필터 상에 형성되는 평탄화막을 가지는 상부기판과;

   상기 제1 두께의 평탄화막 상에 형성되는 제1 칼럼스페이서와;

   상기 제2 두께의 평탄화막 상에 형성되는 제2 칼럼스페이서를 구비하는 것을 특징으로 하는 액정표시패널.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 제1 및 제2 칼럼스페이서는 상기 블랙 매트릭스와 중첩되는 것을 특징으로 하는 액정표시패널.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   이웃하는 상기 제1 칼럼스페이서들 사이에는 적어도 3개 이상의 상기 제2 칼럼스페이서가 위치되는 것을 특징으로 하는 액정표시패널.
4. 상부 기판상에 블랙 매트릭스를 형성하는 단계와;

   상기 블랙 매트릭스에 의해 구분된 화소영역 상에 컬러필터를 형성한는 단계와;

   상기 블랙 매트릭스와 상기 컬러필터 상에 제1 두께와 상기 제1 두께보다 얇은 제2 두께로 평탄화막을 형성하는 단계와;

   상기 제1 두께의 평탄화막 상에 제1 칼럼스페이서를 형성하고, 상기 제2 두께의 평탄화막 상에 제2 칼럼스페이서를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시패널의 제조방법.
5. 제 4 항에 있어서,

   상기 평탄화막을 형성하는 단계는,

   상기 상부기판 상에 감광성 유기재료를 균일한 두께로 형성하는 단계와;

   상기 제2 컬럼스페이서가 형성될 영역에 위치되는 반투과부와 상기 반투과부 이외의 영역에 위치되는 차단부를 가지는 마스크를 상기 감광성 유기재료 상에 정렬하는 단계와;

   상기 마스크를 통해 상기 감광성 유기재료를 노광한 후에 현상공정을 거쳐 상기 반투과부를 통해 노광된 감광성 유기재료의 두께를 낮추는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시패널의 제조방법.
6. 제 4 항에 있어서,

   상기 평탄화막을 형성하는 단계는,

   상기 상부기판 상에 감광성 유기재료를 균일한 두께로 형성하는 단계와;

   상기 제1 컬럼스페이서가 형성될 영역에 위치되는 차단부와 상기 차단부 이 외의 영역에 위치되는 반투과부를 가지는 마스크를 상기 감광성 유기재료 상에 정렬하는 단계와;

   상기 마스크를 통해 상기 감광성 유기재료를 노광한 후에 현상공정을 거쳐 상기 반투과부를 통해 노광된 감광성 유기재료의 두께를 낮추는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시패널의 제조방법.
7. 제 4 항에 있어서,

   상기 제1 및 제2 칼럼스페이서를 형성하는 단계는,

   상기 제1 및 제2 칼럼스페이서를 상기 블랙 매트릭스와 중첩되도록 형성하는 것을 특징으로 하는 액정표시패널의 제조방법.
8. 제 4 항 또는 제 7 항에 있어서,

   상기 제1 및 제2 칼럼스페이서를 형성하는 단계는,

   이웃하는 상기 제1 칼럼스페이서들 사이에는 적어도 3개 이상의 상기 제2 칼럼스페이서를 형성하는 것을 특징으로 하는 액정표시패널의 제조방법.

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