KR20080090890A - 롤 프린팅 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 인쇄롤; 및 상기 인쇄롤을 회전시키면서 전후방향을 따라 이동시키는 리니어 모터를 포함하는 롤 프린팅 장치를 제공한다.

이와 같이, 롤 프린팅 방식에 의해 미세 패턴을 형성하는 본 발명에 따른 롤 프린팅 장치에 있어서, 코팅과 전사를 위한 인쇄롤의 구동을 위한 모터로서 리니어 모터를 사용함에 따라, 기존 모터로부터 오는 진동을 최소화할 수 있으며, 진동에 의한 얼룩이 없는 깨끗한 패턴을 제공할 수 있다.

롤 프린팅 장치, 인쇄롤, 리니어 모터

Description

롤 프린팅 장치{ROLL PRINTING APPARATUS}

도 1은 본 발명에 따른 롤 프린팅 장치의 정면도,

도 2는 도 1에 따른 롤 프린팅 장치를 기준으로 좌측 또는 우측 측면도,

도 3는 도 1에 따른 롤 프린팅 장치의 상부 평면도,

도 4는 도 3의 블랑킷 홀더의 분해 사시도,

도 5 및 도 6은 본 발명에 따른 다른 형태의 롤 드럼 및 가이드 레일을 도시한 도면,

도 7은 도 5 및 도 6에 도시된 롤 드럼 및 가이드 레일의 확대 사시도,

도 8은 도 7에 도시된 가이드 레일의 확대도,

도 9는 도 1에 따른 롤 프린팅 장치의 롤 드럼과 지지링의 결합도,

도 10 내지 도 13은 본 발명에 따른 롤 프린팅 장치의 패턴 전사 과정을 나타낸 도면,

도 14는 본 발명에 따른 다색 롤 프린팅 장치의 측면도이다.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

1 : 코터

2 : 인쇄롤

3 : 리니어 모터

4 : 가이드 레일

4a : 가이드 레일의 요철부

5 : 블랑킷

6-1 : 클리쉐 스테이지

6-2 : 기판 스테이지

7-1 : 클리쉐 스테이지

7-2 : 기판 스테이지

8 : 롤 드럼

8a : 롤 드럼의 요철부

9 : 베어링

10 : 베어링 지그

11 : 블랑킷 홀더

12 : 블랑킷 홀더 캡

13 : 잉크

20 : 지지링

본 발명은, 롤 프린팅 방식에 의해 미세 패턴을 형성하고자 하는 경우에 사용되는 롤 프린팅 장치에 있어서, 인쇄롤을 구동시키는 모터에 의한 진동을 최소화 하여 진동에 의한 얼룩이 없는 깨끗한 패턴을 얻을 수 있는 롤 프린팅 장치에 관한 것이다.

일반적으로 반도체 회로소자 및 LCD, PDP 등의 디스플레이 장치에 사용되는 미세패턴은 포토레지스트(Photoresist)를 이용한 포토리소그래피(Photolithography)에 의해 형성되는데, 대체로 코팅, 노광, 현상, 세정, 경화의 단계를 거쳐 제조된다. 그러나, 포토리소그래피(Photolithography)는 원하는 패턴을 정밀하게 얻을 수 있는 장점이 있음에도 불구하고, 많은 단계의 공정을 거쳐야 한다는 것과 포토레지스트의 효과를 극대화하기 위해 많은 종류의 재료들이 사용된다는 점, 그리고 코팅 등의 공정에서 많은 양의 포토레지스트가 소모된다는 단점이 있다. 최근에는 이러한 포토리소그래피의 단점을 극복하기 위해 롤 프린팅 방식에 의해 미세패턴을 얻는 기술이 제안되어 연구개발 되고 있다.

패턴 형성을 위한 롤 프린팅 장비는 옵셋 인쇄, 반전 옵셋 인쇄, roll-to-roll 인쇄 등의 방식에 다양하게 적용 가능하며, 컬러 필터의 구성 요소인 R, G, B의 컬러 및 BM 패턴 뿐만 아니라 TFT, PDP의 전극 형성용 패턴과 격벽 재료의 패턴 전사 등 광범위하게 적용 가능하다. 롤 프린팅 장비는 대체로 코터, 롤, 롤 구동 장치, 클리쉐 또는 기판 스테이지와 스테이지 얼라인을 위한 구동 장치를 가장 기본적인 구성 요소로 하며, 이에 더하여 클리쉐 및/또는 배관 세정장치, 블랑킷에 흡수된 용제를 흡수하여 블랑킷을 건조시키기 위한 건조 장치 및 각종 센서 장치 등을 부가로 구비할 수 있다.

롤 프린팅 방식에 의해 형성되는 패턴의 정밀도 및 패턴 전사효율은 코터로 부터 롤 혹은 롤의 블랑킷으로의 코팅 상태, 코팅후 클리쉐 혹은 기판으로의 전사되기 전까지의 용제의 휘발 정도와 대기시간, 전사되는 동안의 스테이지와 롤 혹은 블랑킷 간 간격에 의해 형성되는 인압 등의 공정 조건에 크게 의존한다. 특히, 롤 프린팅 공정의 첫 단계인 롤 혹은 블랑킷으로의 코팅시 코팅 상태에 의해 전체 패턴의 uniformity 뿐만 아니라 여러 가지 형태의 얼룩 형성 여부가 결정된다. 이를 조절하기 위해 코터에 장착된 펌프의 종류와 펌핑압 및 속도, 코팅물의 점도 및 유변학적 특성과 표면 특성 등의 조절, 코터 노즐과 롤 또는 블랑킷 표면간의 간격 조절 등을 통해 어느 정도 개선이 가능하지만, 근본적으로는 롤의 구동을 위해 이용되는 구동 모터로부터 오는 진동과 롤 자체의 표면 uniformity가 가장 중요한 근본적인 요인이 될 수 있다. 또한, 롤에 블랑킷을 장착하는 경우에 있어서는 블랑킷 홀더 부위에서의 무게 차에 의한 무게 중심의 불균형에 의해 회전이 원활하게 이루어지지 않는 단점이 발생하며, 특히 장비의 크기가 커질수록 롤 자체의 중량에 의해 롤의 휨이 발생하며 코터로부터 롤 혹은 롤의 블랑킷으로의 코팅 시 코팅 표면의 uniformity가 떨어지고 구동 모터 및 회전 진동에 의한 다양한 형태의 얼룩이 발생하게 된다.

롤 프린팅 장비에 있어서 코팅 및 패턴 전사를 위한 롤의 회전에는 대체로 서보 모터(SERVO MOTOR)를 이용하여 구동되는데, 서보 모터의 경우 일반적인 분당 회전수(RPM)는 최소 수백 RPM 이상이다. 따라서, 이렇게 RPM이 높은 경우에는 코터에서 롤로의 코팅 뿐만 아니라 클리쉐 혹은 기판으로의 패턴 전사 공정의 조절이 용이하지가 않게 된다. 이러한 문제점을 해결하기 위해서 용량이 큰 서보 모터를 사용하여야 하는데, 이의 경우 모터의 크기와 중량이 너무 커지기 때문에 패턴 전사용 롤 프린팅 장비에는 적합하지 않다. 또 다른 방법으로는 서보 모터에 1/10~1/500의 감속비를 갖는 기어 감속기, 웜 감속기 등의 감속기를 장착하여 실제 롤로 전해지는 회전수를 줄이는 방법을 적용할 수 있으나, 이의 경우에는 감속기로부터 오는 진동으로 인해 코팅 시 얼룩이 생기는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명의 목적은, 롤 프린팅 방식에 의해 미세 패턴을 형성하고자 하는 경우에 사용되는 롤 프린팅 장치에 있어서, 코팅과 전사를 위한 인쇄롤을 리니어 모터(LINEAR MOTOR)를 사용하여 구동시킴으로써, 모터 진동을 최소화하여 진동에 의한 얼룩이 없는 깨끗한 패턴을 얻을 수 있는 롤 프린팅 장치를 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 하나의 실시 상태는 인쇄롤; 및 상기 인쇄롤을 회전시키면서 전후방향을 따라 이동시키는 리니어 모터를 포함하는 롤 프린팅 장치를 제공한다.

상기 인쇄롤은 전해연마(electrolytic polishing) 처리된 스테인리스 스틸(stainless steel)로 제조될 수 있다. 예로는 SUS304, SUS305, SUS316 등의 표준 재질을 전해연마 처리한 것을 사용하여 인쇄롤을 제조할 수 있다. 필요에 따라 부식 방지를 위해 표면에 니켈 등의 도금 처리한 것을 사용하여 인쇄롤을 제조할 수 있다.

여기서, 상기 인쇄롤의 양 단부영역의 단면형상은 각각 깔대기 단면형상을 갖는 것이 바람직하다. 이에 의해 인쇄롤의 진동을 더욱 최소화할 수 있다.

상기 인쇄롤은 상기 인쇄롤에 코팅물을 도포하는 코터와 함께 전후방향을 따라 이동 가능하다. 상기 코터는 상기 인쇄롤과 이격간격을 두고 배치되어 상기 인쇄롤과 함께 이동가능하게 설치되는 것이 바람직하다.

상기 리니어 모터는 상기 인쇄롤에 비접촉 상태로 연결될 수 있다.

상기 리니어 모터와 상기 인쇄롤의 양 단부영역 사이에는 상기 인쇄롤과 상기 리니어 모터를 연결하는 연결수단이 구비되어 있는 것이 바람직하다.

상기 연결수단은 상기 인쇄롤이 상기 리니어 모터에 의해 전후방향을 따라 이동할 수 있도록 상기 인쇄롤을 회전 가능하게 지지하는 베어링 및 상기 베어링이 수용되며 상기 리니어 모터와 연결된 베어링 지그를 갖는 것이 바람직하다.

상기 리니어 모터에는 상기 베어링 지그와의 결합을 위한 결합부가 형성되어 있을 수 있다.

여기서, 상기 결합부와 상기 베어링 지그는 자석으로 구비되며, 상기 베어링 지그는 상기 결합부 내에 자기력에 의해 비접촉 상태에서 수용되어 있는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 롤 프린팅 장치는, 상기 인쇄롤의 양 단부영역에 결합되어 상기 인쇄롤과 일체로 회전하면서 상기 리니어 모터에 의한 상기 인쇄롤의 직선운동을 회전운동으로 전환시키는 롤 드럼을 포함할 수 있다.

상기 롤 드럼의 하측에는 상기 롤 드럼의 이동을 안내하는 가이드 레일이 구 비할 수 있다. 상기 리니어 모터에 의해 상기 인쇄롤이 전후 방향으로 직선운동을 하는 동안 상기 인쇄롤의 양 단부영역에 결합된 상기 롤 드럼이 상기 가이드 레일 위에서 상기 가이드 레일 위를 굴러감으로써 동시에 상기 인쇄롤을 회전시킬 수 있게 된다.

본 발명에 따른 롤 프린팅 장치가 대형화되는 경우 큰 크기의 인쇄롤을 사용하게 되고 이에 따라 인쇄롤의 하중 또한 더 커지게 되는데, 이 경우, 상기 롤 드럼과 상기 가이드 레일은 상기 인쇄롤의 하중을 견디게 하는 지지대의 역할도 수행할 수 있다.

상기 롤 드럼의 외주면에는 지지링이 결합되어 있는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 롤 프린팅 장치에 있어서, 스테이지 위에 있는 클리쉐 혹은 기판과 인쇄 롤에 감겨 있는 블랑킷 표면 위에 코팅된 잉크와의 직접 접촉에 의해 패턴을 전사하게 된다. 그러므로, 인쇄롤이 스테이지 위의 클리쉐 혹은 기판 위를 회전하면서 지나가는 동안의 이동거리와 인쇄롤과 일체로 결합되어 있는 롤 드럼이 가이드 레일 위를 회전하면서 지나가는 동안의 이동거리가 같아야만 한다. 만약, 두 이동 거리에서 차이가 발생하게 되면 클리쉐 혹은 기판 위에서 인쇄 롤은 미끄러지게 되고 패턴 전사의 불량을 일으키게 된다. 따라서 블랑킷이 감겨 있는 인쇄롤의 전체 반경이 롤 드럼의 반경과 정확히 일치해야만 인쇄롤과 롤 드럼의 1회전 동안의 이동 거리가 서로 같게 되어 상기와 같은 클리쉐 혹은 기판 위에서의 인쇄 롤의 미끄러짐에 의한 패턴 전사 불량을 방지할 수 있다. 그러나, 롤 드럼과 인쇄 롤을 아무리 정밀하게 가공한다 하더라도 인쇄 롤에 감겨지는 블랑킷의 두께가 항 상 일정하지 않으면 블랑킷이 감겨진 인쇄 롤과 롤 드럼의 반경이 같지 않게 되고, 이로 인해 1회전 동안의 각각의 이동거리에서 차이가 발생할 수 있다.

이런 경우 블랑킷의 두께 편차만큼의 두께를 갖는 박막의 지지링을 상기 롤 드럼의 외주면에 끼워주면 해결될 수 있다.

상기 롤 드럼과 상기 가이드 레일의 각 외표면에는 상호 연속적으로 맞물리는 요철부가 형성되어 있을 수 있다.

상기 요철부는 톱니바퀴 형상을 갖는 것이 바람직하며, 상기 요철부가 상기 가이드 레일의 길이방향에 대해 수직하는 직선을 기준으로 0 내지 45도의 각도를 가지고 사선방향으로 형성되는 경우 롤 드럼의 미끌림 및 롤의 진동을 최소화할 수 있어 바람직하다.(도 7 및 도 8참조)

상기 롤 드럼과 상기 가이드 레일의 각 외표면에 요철부가 마련되어 있지 않은 경우, 혹 상기 롤 드럼이 상기 가이드 레일 위를 굴러가는 동안 상기 롤 드럼의 미끄러짐이 발생하여 코팅 및 패턴 전사의 불량이 발생할 수 있는 우려가 있는데, 상기 롤 드럼과 상기 가이드 레일의 각 외표면에 요철부가 형성되어 있으면, 이를 해결할 수 있다. 즉, 상기 롤 드럼이 상기 가이드 레일 위를 미끄러짐 없이 원활하게 굴러가는 것이 가능하게 된다.

한편, 본 발명에 따른 롤 프린팅 장치는 컬러 필터 제조에 사용될 수 있다. 예컨대, 본 발명에 따른 롤 프린팅 장치는 컬러 필터 기판 상에 R(Red) 컬러 패턴 , G(Green) 컬러 패턴 , B(Blue) 컬러 패턴, 및 블랙 매트릭스 패턴을 동시에 전사시킬 때 사용될 수 있다.(도 14 참조)

이하에서는 첨부도면을 참조하여 본 발명에 대해 상세히 설명한다.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 인쇄롤(2)의 중앙영역은 거의 원통형상을 가지며, 양 단부영역은 각각 깔대기 단면형상을 갖는다.

인쇄롤(2)은 리니어 모터(3)에 의해 회전하면서 전후방향을 따라 이동가능하다.

인쇄롤(2)의 상측에는 코팅물의 도포를 위한 코터(1)가 설치되어 있으며, 여기서, 코터(1)는 인쇄롤(2)과 함께 일체로 전후방향을 따라 이동가능하다.

인쇄롤(2)의 말단부는 베어링 지그(10)를 통해 베어링(9)과 연결되어 있다. 여기서, 베어링 지그(10)의 말단부는 리니어 모터(3)의 결합부(3a)에 장착되며, 결합부(3a)는 전자석으로 형성된다.

도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 인쇄롤(2)의 중앙영역에는 블랑킷(5)이 감겨지게 되고, 블랑킷(5)은 블랑킷 홀더(11)에 의해 인쇄롤(2)에 고정될 수 있으며, 블랑킷 홀더(11)는 블랑킷 홀더 캡(12)에 의해 커버될 수 있다.

블랑킷 홀더(11)는 인쇄롤(2)에 감겨진 블랑킷(5)의 양단부를 인쇄롤(2)에 고정하는 역할을 하며, 블랑킷 홀더(11)에 스크루가 체결됨으로써, 그 위치가 고정된다.

블랑킷 홀더 캡(12)은 인쇄롤(2)의 상부영역에 결합되어 블랑킷(5)을 고정하는 블랑킷 홀더(11)가 외부로 보이지 않도록 커버하는 역할을 한다. 더불어 인쇄롤(2)이 원활하게 회전할 수 있도록 무게중심을 맞추는 역할을 한다.

인쇄롤(2)의 양 단부영역에 결합되는 롤 드럼(8)은 인쇄롤(2)에 일체로 결합 되어 리니어 모터(3) 구동 시 인쇄롤(2)과 함께 전후방향으로 회전하면서 이동하게 된다.

롤 드럼(8)은 가이드 레일(4) 위를 굴러가면서 리니어 모터(3)에 의한 인쇄롤(2)의 직선운동을 회전운동으로 전환시키는 역할을 하게 되는 것이다. 또한, 롤 드럼(8)은 인쇄롤(2)의 무게를 지탱하는 역할을 한다.

롤 드럼(8)의 하측에는, 도 5 내지 도 8에 도시된 바와 같이, 롤 드럼(8)의 이동을 안내하는 가이드 레일(4)이 구비될 수 있다.

롤 드럼(8)과 가이드 레일(4)은 도 1에 도시된 바와 같이 각각의 외표면에 요철부가 형성되어 있지 않을 수도 있고, 도 5 내지 도 8에 도시된 바와 같이, 각각의 외표면에 요철부(8a,4a)가 형성될 수도 있다.

이에 롤 드럼(8)이 가이드 레일(4)를 따라 이동 시, 롤 드럼(8)의 요철부(8a)와 가이드 레일(4)의 요철부(4a)가 맞물림에 따라, 롤 드럼(8)이 가이드 레일(4) 위에서 미끄러짐을 방지할 수 있게 된다.

롤 드럼(8)의 외주면에는, 도 9에 도시된 바와 같이, 지지링(20)이 결합되어 있을 수 있다. 인쇄롤(2)에 감긴 블랑킷(5)의 두께 편차가 발생하는 경우 인쇄롤(2)의 이동거리와 롤 드럼(8)의 이동거리가 서로 달라지게 되는 것을 방지하는 역할을 한다.

이하에서는 본 발명에 따른 롤 프린팅 장치를 이용한 패턴 전사 과정을 도 10 ~ 도 13 및 도 14를 참조하여 설명하기로 한다.

도 10에 도시된 단계에서는 리니어 모터(3)가 직선 운동을 시작함에 따라 롤 드럼(8)이 가이드 레일(4) 위를 굴러가게 되며, 이때 베어링(9)에 의해 마찰은 최소화 된다.

동시에 코터(1)로부터 잉크(13)가 분사되어 인쇄롤(2)과 함께 블랑킷(5)에 잉크(13)가 코팅된다. 이때, 스테이지(6-1,6-2,7-1,7-2)는 아래로 내려온다.

도 11과 도 12에 도시된 단계는 블랑킷(5)에 코팅된 잉크(13)를 기판(7-2)으로 전사하는 단계로서, 클리쉐 스테이지(6-1, 7-1)와 기판 스테이지(6-2, 7-2)가 위로 올라오면서 동시에 리니어 모터(3)의 구동에 의해 도 10에 도시된 것처럼 인쇄롤(2)이 회전 및 이동함에 따라, 클리쉐에 의해 원하지 않는 패턴(13-1)을 먼저 뜯어낸 뒤, 기판에 원하는 패턴만을 전사(13-2)하게 된다. 이에 도 13에 도시된 바와 같이 패턴 전사가 완료된다.

도 10 내지 도 13에서와 같이 기판에 1색의 패턴을 형성할 수도 있고, 본 발명에 따른 롤 프린팅 장치는 도 14에 도시된 바와 같이 컬러 필터 기판 상에 R(Red) 컬러 패턴 , G(Green) 컬러 패턴 , B(Blue) 컬러 패턴, 및 블랙 매트릭스 패턴을 동시에 전사시키는 공정에 사용될 수도 있다.

이와 같이, 본 발명에 따르면, 인쇄롤(2)을 구동시키기 위한 모터로서 종래 서보 모터와 달리 리니어 모터를 사용함으로써 모터로부터 오는 진동을 근본적으로 제거할 수 있다. 이에 노즐(미도시)을 이용하여 인쇄롤(2) 혹은 블랑킷(5)을 코팅시키는 공정, 기판으로 코팅물로 전사시키는 공정을 진행하는 동안 진동에 의해 발생하는 얼룩 등의 불량 발생 요인을 제거할 수 있다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 롤 프린팅 방식에 의해 미세 패턴을 형성하고자 하는 경우에 사용되는 롤 프린팅 장치에 있어서, 코팅과 전사를 위한 인쇄롤을 리니어 모터(LINEAR MOTOR)를 사용하여 구동시킴으로써, 모터 진동을 최소화하여 진동에 의한 얼룩이 없는 깨끗한 패턴을 얻을 수 있는 롤 프린팅 장치가 제공된다.

Claims (15)

1. 인쇄롤; 및

   상기 인쇄롤을 회전시키면서 전후방향을 따라 이동시키는 리니어 모터

   를 포함하는 롤 프린팅 장치.
2. 청구항 1에 있어서, 상기 인쇄롤의 양 단부영역의 단면형상은 각각 깔대기 단면형상을 갖는 것인 롤 프린팅 장치.
3. 청구항 1에 있어서, 상기 리니어 모터는 상기 인쇄롤에 비접촉 상태로 연결되는 것인 롤 프린팅 장치.
4. 청구항 1에 있어서, 상기 인쇄롤의 양 단부영역과 상기 리니어 모터 사이에는 상기 인쇄롤과 상기 리니어 모터를 연결하는 연결수단을 더 포함하는 롤 프린팅 장치.
5. 청구항 4에 있어서, 상기 연결수단은 상기 인쇄롤을 회전가능하게 지지하는 베어링 및 상기 베어링이 수용되며 상기 리니어 모터와 연결된 베어링 지그를 갖는 것인 롤 프린팅 장치.
6. 청구항 5에 있어서, 상기 리니어 모터에는 상기 베어링 지그와의 결합을 위한 결합부가 형성되어 있는 것인 롤 프린팅 장치.
7. 청구항 6에 있어서, 상기 결합부와 상기 베어링 지그는 자석으로 구비되며, 상기 베어링 지그는 상기 결합부 내에 자기력에 의해 비접촉 상태에서 수용되어 있는 것인 롤 프린팅 장치.
8. 청구항 1에 있어서, 상기 인쇄롤과 일체로 회전되면서 전후방향을 따라 이동될 수 있도록 상기 인쇄롤의 양 단부영역에 결합되어, 상기 리니어 모터에 의한 상기 인쇄롤의 직선운동을 회전운동으로 전환시키는 롤 드럼을 더 포함하는 롤 프린팅 장치.
9. 청구항 8에 있어서, 상기 롤 드럼의 외주면에는 지지링이 결합되어 있는 것인 롤 프린팅 장치.
10. 청구항 8에 있어서, 상기 롤 드럼의 하측에 배치되어 상기 롤 드럼의 이동을 안내하는 가이드 레일을 더 포함하는 롤 프린팅 장치.
11. 청구항 10에 있어서, 상기 롤 드럼과 상기 가이드 레일의 각 외표면에는 상호 연속적으로 맞물리는 요철부가 형성되어 있는 것인 롤 프린팅 장치.
12. 청구항 11에 있어서, 상기 요철부는 상기 가이드 레일의 길이방향에 대해 수직하는 직선을 기준으로 0 내지 45도의 각도를 가지고 사선방향으로 형성된 것인 롤 프린팅 장치.
13. 청구항 1에 있어서, 상기 인쇄롤과 함께 전후방향을 따라 이동가능하도록 상기 인쇄롤과 이격간격을 두고 설치되어, 상기 인쇄롤에 코팅물을 도포하는 코터를 더 포함하는 롤 프린팅 장치.
14. 청구항 1 내지 청구항 13 중 어느 한 항에 따른 롤 프린팅 장치는 컬러 필터 제조에 사용되는 것인 롤 프린팅 장치.
15. 청구항 1 내지 청구항 13 중 어느 한 항에 따른 롤 프린팅 장치는 컬러 필터 기판 상에 R(Red) 컬러 패턴 , G(Green) 컬러 패턴 , B(Blue) 컬러 패턴, 및 블랙 매트릭스 패턴을 동시에 전사시키는 것인 롤 프린팅 장치.

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