KR20090045083A - 냉음극 형광 램프 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 냉음극 형광 램프는, 기밀로 밀봉된 내부 공간에 적어도 비활성 가스 및 수은 가스가 채워지고, 내벽면 상에 형광층이 형성된 유리관 (도면에 도시되지 않음); 및 제 1 단부에 형성된 저면부 (8) 및 제 2 단부에 형성된 개구 (10) 를 각각 포함하는 한 쌍의 실린더형 전극 (7) 으로서, 상기 한 쌍의 실린더형 전극은 그 개구들이 서로 대향하여 위치되도록 배치된, 상기 한 쌍의 실린더형 전극 (7) 을 포함한다. 몰리브덴 또는 몰리브덴 합금이 각각의 실린더형 전극 (7) 을 위한 기본 재료로서 사용되며, 실린더형 전극 (7) 의 벽 부재는 두께가 0.23 mm 이상이고 0.36 mm 이하이다.

실린더형 전극, 리드, 몰리브덴, 냉음극 형광 램프

Description

냉음극 형광 램프{COLD CATHODE FLUORESCENT LAMP}

본 발명은 냉음극 형광 램프에 관한 것이다.

본원은 2007년 10월 30일 출원된 일본 특허 출원 제 2007-281854 호에 기초하고, 상기 특허 출원으로부터 우선권의 이익을 주장하며, 상기 특허 출원은 본원에 참조로서 그 전체가 통합된다.

열음극 형광 램프와 비교하여, 냉음극 형광 램프는 간단한 전극 구조를 가지고, 램프의 사이즈의 축소를 용이하게 하고, 조명 동안 가열에 대한 필요성을 제거하고, 감소된 전력 소비를 요구하며, 가능한 필라멘트의 파손을 방지하여 형광 램프가 더 오래 지속하도록 허용하는 것을 특징으로 한다. 따라서, 최근에, 냉음극 형광 램프는 예컨대 텔레비전 및 모니터와 같은 액정 디스플레이 디바이스들에 대한 백라이트로 자주 사용되어 왔다. 냉음극 형광 램프는, 아르곤과 같은 비활성 가스 및 수은 가스로 채워진 유리관을 일반적으로 포함하고, 유리관의 내부 대향 단부들에, 서로 대향하여 배치된 한 쌍의 전극을 포함하고, 그 전극들의 각각에는 리드가 접속되어 있다.

일반적으로, 전극들은 니켈 (Ni) 또는 니켈 합금으로 형성된다. 다음 재 료들은 다음 성분비: 99.7 wt%의 니켈, 0.1 wt%의 망간, 0.1 wt%의 철, 및 0.1 wt%의 임의의 다른 불순물 (탄소, 실리콘, 구리, 유황 등) 로 전극들을 위해 통상적으로 사용된다.

전극들의 각각은, 제 1 단부에 저면부를 가지고, 제 2 단부에 개구를 갖는 실린더의 공간으로 형성되며; 전극은 컵 형상을 갖는다. 전극의 실린더형 형상은, 발광에 기여하지 않는 음극 강하 전압의 감소를 가능하게 하는 공동 효과 (hollow effect) 를 발휘하도록 역할한다. 따라서, 실린더형 전극은, 바형 및 판형 전극들보다, 발광 효율에서 더 현저한 개선 및 전력 소비에서 더 큰 감소를 가능하게 한다.

실리더형 전극들은 그 개구들이 서로 대향하여 위치되도록 유리관의 각각의 내부 단부들의 약간 내측에 배치된다. 리드들을 통해 실린더형 전극들 간에 전압이 인가될 때, 실리더형 전극들 중 하나에 의해 전자들이 방출되고, 수은 원자들에 충돌하여 자외선을 발생시킨다. 자외선은, 유리관의 내면 상에 형성된 형광층에 의해 가시 광선으로 변환된다. 가시 광선은 유리관의 내부로부터 외부로 발광된다.

냉음극 형광 램프가 점등될 때, 유리관 내부의 수은 또는 비활성 가스의 이온들은 실린더형 전극의 표면에 충돌하여, 실린더형 전극의 표면 상에 존재하는 니켈 원자들을 나오게 한다. 따라서, 니켈 원자들이 나오게 되고, 이 현상은 스퍼터링 (sputtering) 이라 호칭된다. 니켈 원자들의 스퍼터링은 실린더형 전극이 소모되도록 한다. 동시에, 니켈 원자들의 스퍼터링은, 수은 가스를 흡수하 여 수은 아말감 (amalgam) 이 되도록 한다. 이는, 수은 가스의 유효량을 감소시킨다. 따라서, 스퍼터링은 냉음극 형광 램프의 실린더형 전극들 뿐만 아니라, 수은 가스도 소모되도록 한다. 따라서, 스퍼터링은 냉음극 형광 램프의 감소된 작동 수명의 주 요인이다.

실린더형 전극들을 포함하는 냉음극 형광 램프에서, 실린더형 전극들의 각각의 내부 표면적의 증가는, 냉음극 형광 램프의 조명 동안 실린더형 전극의 전류 밀도의 감소를 가능하게 한다. 따라서, 실린더형 전극에 대한 줄 열 (Joule heat) 등의 부하가 감소되어, 실린더형 전극이 더 오래 지속하도록 허용한다. 또한, 실린더형 전극의 내부 표면적의 증가는, 실린더형 전극 상에 공동 효과가 더 효과적으로 발휘되도록 허용한다. 따라서, 냉음극 형광 램프의 발광 효율은 개선될 수 있다. 따라서, 실린더형 전극의 내부 표면적을 증가시키기 위해, 실린더형 전극의 벽 부재는 얇게 형성된다. 통상적으로, 실린더형 전극의 벽 부재는 0.15 mm 이하의 두께이도록 형성된다. 통상적으로, 냉음극 형광 램프의 조명 동안 가능한 스퍼터링에 의해 소모되리라 여겨지는 실린더형 전극의 저면부는 0.2 mm 이하이도록 형성된다.

실린더형 전극을 위한 재료로서 니켈의 사용은, 낮은 비용의 이점을 가지고, 코바 (kovar) 에 대한 용접에 적합하고, 리드들을 위해 사용될 수 있는 통상의 재료이며, 니켈이 실린더로 용이하게 형상화되도록 허용하는, 압연 (rolling) 및 인발 (drawing) 에 있어서의 높은 처리 능력을 가지고 있다. 또한, 니켈로 이루어진 실린더형 전극은, 6 내지 7 mA의 관 전류에서 사용될 때, 충분한 스퍼터링 저 항을 제공한다.

그러나, 최근의 액정 디스플레이 디바이스들의 더 큰 사이즈의 스크린들 및 증가된 휘도에서, 실린더형 전극은 7 mA 보다 더 높은 관 전류에서 더 자주 사용되어 왔다. 따라서, 그러한 높은 전류에서 적절하게 동작하는 전극들이 요구된다. 냉음극 형광 램프가 7 mA 보다 더 높은 관 전류에서 사용되는 경우에, 니켈로 이루어진 실린더형 전극은 불충분한 스퍼터링 저항을 제공하여, 실린더형 전극들 및 수은 가스가 빠르게 소모되도록 한다. 따라서, 냉음극 형광 램프가 높은 전류에서 사용되는 경우에, 니켈로 이루어진 실린더형 전극은 불리하게 냉음극 형광 램프가 더 짧은 기간 동안 지속하도록 할 수도 있다.

따라서, 최근에, 냉음극 형광 램프가 더 오래 지속하도록 허용하기 위해, 스퍼터링 저항이 훌륭한 전극들을 채용하는 기술들이 검토되고 있다. 구체적으로, 니켈보다 더 높은 융점을 가지며 더 높은 스퍼터링 저항을 제공하는 몰리브덴 (Mo) 또는 니오브 (Nb) 를 사용하는 실린더형 전극들이 시험되어 왔다.

몰리브덴 또는 니오브로 이루어진 실린더형 전극들을 갖는 냉음극 형광 램프에 대한 관련 기술들은 일본 특허 공개 공보 제 2002-358922 호 및 제 2003-187740 호에 개시된다.

몰리브덴을 사용하여 실린더형 전극을 형성하기 위해, 먼저, 몰리브덴 재료가 얇은 판으로 형성될 필요가 있다. 이를 달성하기 위해, 제분된 몰리브덴 재료를 고형화하고 형상화하여 획득되는 소결 (sinter) 된 콤팩트 (compact) 가 압연 된다. 그 후, 그 재료는 실린더로 인발되고 형상화된다. 또한, 니켈의 결정 구조는 면심 입방 격자이어서, 니켈은 상온에서 용이하게 압연될 수 있다. 그러나, 몰리브덴의 결정 구조는 체심 입방 격자이어서, 몰리브덴은 상온에서 압연되기 어렵다. 압연을 위하여, 몰리브덴 소결된 콤팩트는 가열될 필요가 있다.

따라서, 예컨대, 소결된 콤팩트 내의 결정들이 임의의 결정 입자 경계에서 약하게 결합된 경우, 또는 압연 동안의 온도가 충분히 높지 않은 경우에, 압연 또는 인발 동안 전극 재료의 표면 상에 미세한 크랙들이 형성될 수도 있다. 유리관 내부의 수은 또는 비활성 가스의 이온들은, 표면 상에 크랙들이 형성된 실린더형 전극에 대하여, 표면 상에 크랙들이 없는 실린더형 전극에 비해 현저히 더 큰 면적에 걸쳐 충돌한다. 따라서, 전자의 전극은, 냉음극 형광 램프의 조명 동안 가능한 스퍼터링에 의해 크게 소모될 수도 있다. 결국, 압연 또는 인발 동안 전극 재료의 표면 상에 형성된 미세한 크랙들은 냉음극 형광 램프가 더 짧은 기간 동안 지속하도록 할 수도 있다.

본 발명의 목적은 높은 전류에서 사용될 때에도 가능한 스퍼터링에 의해 영향을 받지 않으리라 여겨지는 냉음극 형광 램프를 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은, 기밀 (hermetically) 로 밀봉된 내부 공간에 적어도 비활성 가스 및 수은 가스가 채워지고, 내벽면 상에 형광층이 형성된 유리관; 제 1 단부에 형성된 저면부 및 제 2 단부에 형성된 개구를 각각 포함하는, 내부 공간에 위치된 한 쌍의 실린더형 전극으로서, 상기 한 쌍의 실린더형 전극은 그 개구들이 서로 대향하여 위치되도록 배치된, 상기 한 쌍의 실린더형 전극; 및 상기 저면부의 외면에 접합된 제 1 단부 및 상기 유리관의 외부로 인출된 제 2 단부를 포함하는 리드를 포함하는 냉음극 형광 램프를 제공하며, 몰리브덴 또는 몰리브덴 합금이 각각의 실린더형 전극을 위한 기본 재료로서 사용되며, 상기 실린더형 전극을 형성하는 벽 부재는 두께가 0.23 mm 이상이고 0.36 mm 이하이다.

본 발명의 냉음극 형광 램프에 따르면, 가능한 스퍼터링에 의해 실린더형 전극이 소모되는 것이 억제될 수 있다. 따라서, 본 발명에 따라 제공되는 냉음극 형광 램프는 높은 관 전류에서 사용될 때에도 가능한 스퍼터링에 취약하지 않다.

본 발명의 상기 및 다른 목적들, 특징들, 및 이점은 본 발명의 예들을 예시하는 첨부 도면을 참조하여 다음 설명으로부터 명백하게 될 것이다.

이제, 일 예시적인 실시형태가 도면들을 참조하여 설명될 것이다.

도 1은 본 예시적인 실시형태에 따른 냉음극 형광 램프의 종단면도이다.

냉음극 형광 램프 (1) 는, 기밀로 밀봉된 유리관 (2), 유리관 (2) 의 대향하는 단부들을 밀봉하는 비드 글래스 (bead glass) (3), 유리관 (2) 내부의 방전을 야기하는 전극 유닛들 (6) 의 쌍을 포함한다.

냉음극 형광 램프 (1) 의 유리관 (2) 은 붕규산염 유리로 형성되고, 유리관 (2) 의 대향하는 단부들은 비드 글래스 (3) 를 이용하여 기밀로 밀봉된다. 유리관 (2) 을 위한 재료는 납 유리 (lead glass), 소다 유리 (soda glass), 또는 저 연 유리 (low-lead glass) 일 수도 있다.

형광층 (도면에 도시되지 않음) 은 유리관 (2) 의 내벽면 (4) 의 전체 길이에 걸쳐 제공된다. 형광층을 형성하는 형광체는 예컨대, 할로포스페이트계 형광체 (halophosphate phosphor) 또는 희토류 형광체, 또는 적어도 2개의 타입의 형광체의 혼합물일 수도 있다. 형광체의 타입은 냉음극 형광 램프의 목적 또는 애플리케이션에 따라 선택될 수도 있다.

내벽면 (4) 에 의해 둘러싸인 유리관 (2) 의 내부 공간 (5) 은, 아르곤, 크세논, 또는 네온과 같은 소정량의 비활성 가스와 소정량의 수은으로 채워진다. 내부 공간 (5) 의 내부 압력은 대기압의 약 수십배 만큼 감소된다. 따라서, 유리관 (2) 에 채워진 수은은 가스로 존재한다.

전극 유닛들 (6) 의 쌍이 유리관 (2) 의 대향하는 단부들에 제공된다. 각각의 전극 유닛 (6) 은 실린더형 전극 (7), 및 실린더형 전극 (7) 의 저면부 (8) 에 접합된 리드 (9) 를 포함한다. 전극 유닛들 (6) 의 실린더형 전극들 (7) 은 실린더형 전극들 (7) 의 개구들 (10) 이 서로 대향하여 위치되도록 유리관 (2) 의 내부 공간 (5) 의 각각의 단부들의 약간 내측에 배치된다. 각각의 리드 (9) 는, 실린더형 전극 (7) 의 저면부 (8) 에 접합된 제 1 단부, 및 비드 글래스 (3) 를 통해 유리관 (2) 의 외부로 인출된 제 2 단부를 포함한다. 코바와 같은 도전성 재료가 리드 (9) 를 위해 사용된다.

도 2는 본 예시적인 실시형태에 따른 냉음극 형광 램프의 전극 유닛의 투시도이다.

실린더형 전극 (7) 은, 개구 (10) 로서 개방된 제 1 종단부 및 저면부 (8) 에 의해 폐쇄된 제 2 종단부를 갖는 실린더부 (11) 를 포함한다. 리드 (9) 는 실린더형 전극 (7) 의 저면부 (8) 의 외면에 용접된 단부면 (12) 을 포함한다.

도 3은 본 예시적인 실시형태에 따른 냉음극 형광 램프의 실린더형 전극의 종단면도이다.

실린더형 전극 (7) 은, 제분된 몰리브덴, 또는 주로 몰리브덴으로 구성된 제분된 몰리브덴 합금을 소결된 콤팩트로 고형화 및 형상화하고, 그 소결된 콤팩트를 얇은 판으로 압연한 후, 그 얇은 판을 인발함으로써 실린더의 형상으로 형성된다.

실린더형 전극 (7) 은, 저면부 (8) 의 벽 부재의 두께 (B) 가 0.30 mm이고, 실린더부 (11) 의 벽 부재의 두께 (A), 외경 (C), 및 종 길이 (D) 가 각각 0.28 mm, 2.1 mm, 및 50 mm이도록 형성된다. 종래의 냉음극 형광 램프의 실린더형 전극의 벽 부재의 두께는 통상적으로 0.2 mm 이하이지만, 냉음극 형광 램프 (1) 의 실린더형 전극 (7) 의 벽 부재는 종래의 냉음극 형광 램프의 실린더형 전극의 벽 부재보다 더 두껍게 형성된다. 이는, 압연 또는 인발 동안 몰리브덴의 소결된 콤팩트 내의 결정 입자 경계에 놓이는 가능한 하중을 감소시키기 위한 것이다. 따라서, 압연에 의해 형성된 0.2 mm 이하의 두께를 갖는 실린더형 전극과 비교하여, 실린더형 전극 (7) 은 압연 또는 인발 동안 전극 재료의 표면 상에 미세한 크랙들이 형성되는 것이 방지되게 할 수 있다.

외경 및 길이가 실린더형 전극 (7) 의 외경 및 길이와 동일하고, 저면부의 벽 부재의 두께 및 실린더부의 벽 부재의 두께가 각각 0.2 mm 및 0.18 mm이도록, 실린더형 전극 (7) 에 대한 처리 방법과 유사한 처리 방법에 의해 형성된 실린더형 전극을 사용하는 냉음극 형광 램프에서, 조명 동안, 상당한 스퍼터링이 발생하였다. 대조적으로, 실린더형 전극 (7) 을 사용하는 냉음극 형광 램프 (1) 는 조명 동안 스퍼터링을 현저히 억제하였다. 이러한 효과는, 실린더형 전극의 제조에서 압연 또는 인발 동안 전극 재료의 표면 상에 가능한 미세한 크랙들이 발생하는 것을 현저히 억제하기 위해 실린더형 전극의 벽 부재의 두께를 증가시킨 결과로서 발생되었다.

실린더형 전극의 표면 상의 크래킹 (cracking) 의 양은 실린더형 전극의 벽 부재의 두께의 특정한 값, 0.23 mm에 의존하여 변하였고; 두께가 0.23 mm 보다 더 작았을 때 그 양이 빠르게 증가하였으며, 두께가 0.23 mm 보다 더 컸을 때 급속하게 감소하였다. 또한, 0.23 mm 보다 더 작은 두께의 벽 부재를 갖는 실린더형 전극을 사용하는 냉음극 형광 램프에서, 조명 동안, 상당한 스퍼터링이 발생하였다. 그러나, 두께가 0.23 mm 이상이었던 벽 부재를 갖는 실린더형 전극을 사용하는 냉음극 형광 램프는 조명 동안 가능한 스퍼터링을 억제하였다. 따라서, 실린더형 전극의 벽 부재의 두께를 0.23 mm 이상으로 설정하는 것은, 실린더형 전극의 제조에서 압연 또는 인발 동안 전극 재료의 표면 상에 가능한 미세한 크랙들이 발생하는 것을 방지할 수 있게 한다.

실린더형 전극의 벽 부재의 두께를 0.28 mm 이상으로 설정하는 것은, 압연 또는 인발 동안 전극 재료의 표면 상에 가능한 미세한 크랙들이 발생하는 것을 더 방지할 수 있게 하였다. 또한, 냉음극 형광 램프의 조명 동안 가능한 스퍼터링 이 더 억제된다.

상술된 바와 같이, 본 예시적인 실시형태의 냉음극 형광 램프에 따르면, 가능한 스퍼터링에 의해 실린더형 전극이 소모되는 것이 억제될 수 있다. 따라서, 본 예시적인 실시형태에 따라 제공되는 냉음극 형광 램프는 높은 관 전류에서 사용될 때에도 가능한 스퍼터링에 취약하지 않다.

3.8 mm 내지 11.2 mm의 종 길이를 갖는 실린더형 전극에 대하여, 종 방향으로 저면부의 외면에서 그 외면으로부터 2.8 mm 떨어진 위치까지 연장하는 실린더형 전극의 부분은 가능한 스퍼터링에 취약하고 조기에 소모된다. 따라서, 실린더형 전극의 이 부분의 소모는 불리하게 냉음극 형광 램프의 작동 수명이 다하게 할 수도 있다. 이러한 문제는, 그 부분의 큰 소모에도 불구하고 올바르게 기능하도록, 벽 부재의 두께를 더 증가시킴으로써 해소될 수 있다.

3.8 mm 내지 11.2 mm의 종 길이를 갖는 실린더형 전극에 대하여, 종 방향으로 저면부의 외면에서 그 외면으로부터 2.8 mm 떨어진 위치까지 연장하는 실린더형 전극의 부분의 벽 부재가 0.28 mm의 두께보다 더 작을 때, 그 부분은 가능한 스퍼터링에 의해 다른 부분들보다 조기에 소모된다. 따라서, 실린더형 전극의 이러한 부분의 소모는 불리하게 냉음극 형광 램프의 작동 수명이 다하게 할 수도 있다. 한편, 이러한 부분의 벽 부재의 두께를 0.28 mm 이상으로 설정하는 것은, 가능한 스퍼터링에 의한 실린더형 전극의 이러한 부분의 소모가 냉음극 형광 램프의 작동 수명이 다하게 할 가능성을 크게 감소시킨다. 따라서, 3.8 mm 내지 11.2 mm의 종 길이를 갖는 실린더형 전극에 대하여, 종 방향으로 저면부의 외면으로부터 연장하는 실린더형 전극의 부분의 벽 부재의 두께를 0.28 mm 이상으로 설정하는 것은, 냉음극 형광 램프가 더 오래 지속하도록 허용한다.

상술된 바와 같이, 본 예시적인 실시형태에 따른 냉음극 형광 램프는, 가능한 스퍼터링에 취약한 실린더형 전극의 부분 때문에 그 작동 수명이 감소되는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 본 예시적인 실시형태에 따라 제공되는 냉음극 형광 램프는 높은 관 전류에서 사용될 때에도 가능한 스퍼터링에 취약하지 않다.

실린더형 전극의 벽 부재의 두께의 증가는, 실린더형 전극의 제조에서 압연 또는 인발 동안 전극 재료의 표면 상에 가능한 미세한 크랙들이 발생하는 것을 더 효과적으로 억제한다. 그러나, 과도한 두께의 증가는, 실린더형 전극의 제조와 연관된 인발 능력 (drawability) 을 저하하고, 따라서 실린더형 전극의 대량 생산성이 저하한다. 따라서, 실린더형 전극의 제조 비용도 증가된다.

구체적으로, 실린더형 전극의 벽 부재의 두께가 0.36 mm 이하일 때, 실린더형 전극은 대량 생산성에 거의 영향을 미치지 않는다. 그러나, 두께가 0.36 mm를 초과했을 때, 실린더형 전극의 제조와 연관된 인발 능력이 급속하게 저하되었고, 따라서 실린더형 전극의 대량 생산성을 급격하게 열화시킨다. 따라서, 실린더형 전극의 벽 부재의 두께를 0.36 mm 이하로 설정함으로써, 실린더형 전극의 제조 비용이 증가되는 것이 방지될 수 있다.

또한, 실린더형 전극의 벽 부재의 두께를 0.32 mm 이하로 설정함으로써, 실린더형 전극의 제조와 연관하여 충분한 인발 능력이 달성된다. 이는, 실린더형 전극의 대량 생산성이 실질적으로 영향을 받지 않았음을 나타낸다.

본 발명이 특정하게 도시되었고 본 발명의 예시적인 실시형태들을 참조하여 설명되었지만, 본 발명은 이들 실시형태들에 한정되지 않는다. 본 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 사상 및 범위로부터 벗어나지 않고, 형태 및 세부사항의 다양한 변경이 이루어질 수도 있음을 당업자는 이해할 것이다.

도 1은 일 예시적인 실시형태에 따른 냉음극 형광 램프의 종단면도.

도 2는 도 1에 도시된 냉음극 형광 램프의 전극 유닛의 투시도.

도 3은 도 2에 도시된 전극 유닛의 실린더형 전극의 종단면도.

※도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

7 : 실린더형 전극

8 : 저면부

10 : 개구

Claims (2)

1. 기밀로 (hermetically) 밀봉된 내부 공간에 적어도 비활성 가스 및 수은 가스가 채워지고, 내벽면 상에 형광층이 형성된 유리관;

   제 1 단부에 형성된 저면부 및 제 2 단부에 형성된 개구를 각각 포함하는 한 쌍의 실린더형 전극으로서, 상기 한 쌍의 실린더형 전극은 그 개구들이 서로 대향하여 위치되도록 배치된, 상기 한 쌍의 실린더형 전극; 및

   상기 저면부의 외면에 접합된 제 1 단부 및 상기 유리관의 외부로 인출된 제 2 단부를 포함하는 리드를 포함하고,

   몰리브덴 또는 몰리브덴 합금이 각각의 실린더형 전극을 위한 기본 재료로서 사용되며, 상기 실린더형 전극을 형성하는 벽 부재는 두께가 0.23 mm 이상이고 0.36 mm 이하인, 냉음극 형광 램프.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 실린더형 전극은 종 길이가 3.8 mm 이상이고 11.2 mm 이하이며,

   상기 실린더형 전극의 종 방향으로 상기 저면부의 외면에서 상기 외면으로부터 2.8 mm 떨어진 위치까지 연장하는, 상기 실린더형 전극의 부분에서, 상기 벽 부재는 두께가 0.28 mm 이상이고 0.36 mm 이하인, 냉음극 형광 램프.

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