TW201732399A - 用於液晶配向層的洗淨組成物、使用其製備液晶配向層的方法以及包含液晶配向層的液晶顯示裝置 - Google Patents
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Abstract
本發明是有關於一種用於液晶配向層的洗淨組成物、一種使用其製備液晶配向層的方法以及一種包括藉由所述製備方法製備的液晶配向層的液晶顯示裝置。更具體而言,本發明是有關於一種用於液晶配向層的洗淨組成物以及一種製備液晶配向層的方法,其中藉由在紫外線配向製程之後的洗淨製程中使用包含特定溶劑的洗淨組成物,所述用於液晶配向層的洗淨組成物能夠解決液晶配向層的非均勻性問題並有效地移除聚合物表面上的離子副產物以增大液晶配向層的各向異性。
Description
本申請案主張於2016年3月3日在韓國智慧財產局提出申請的韓國專利申請案第10-2016-0025873號的優先權及權利,所述韓國專利申請案全文倂入本案供參考。
本發明是有關於一種用於液晶配向層的洗淨組成物、一種包括使用其進行的洗淨方法的製備液晶配向層的方法以及一種包括藉由所述製備方法製備的液晶配向層的液晶顯示裝置,其中用於液晶配向層的洗淨組成物能夠在製備利用液晶配向劑形成的液晶配向層的製程中增大液晶配向層的各向異性並能夠抑制在其處理過程中發生的非均勻性問題。
在液晶顯示裝置中,液晶配向層發揮沿預定方向對液晶進行配向的作用。具體而言,液晶配向層充當指揮液晶分子進行排列的指示器(director),使得當液晶在電場(electric field)的作用下移動以形成影像時,液晶配向層使得液晶能夠沿適當方向配向。大體而言,為了在液晶顯示裝置中獲得均勻的亮度(brightness)及高對比率(contrast ratio,CR),有必要對液晶進行均勻地配向。
摩擦(rubbing)方法已被用作對液晶進行配向的傳統方法,所述摩擦方法包括將例如聚醯亞胺等聚合物層施加至例如玻璃等基板上,並以例如耐綸或聚酯等纖維沿預定方向摩擦所述聚合物層的表面。然而,所述摩擦方法在纖維與聚合物層進行摩擦時可導致產生細粉塵或靜電放電(electrostatic discharge,ESD),此在製備液晶面板時會導致嚴重的問題。
為解決所述摩擦方法因摩擦力而產生的問題,近來已使用紫外線配向(UV alignment)製程。紫外線配向製程是一種光配向方法,在所述方法中,藉由光輻射在聚合物層上誘發各向異性(anisotropy),並利用所述各向異性對液晶進行配向。紫外線配向製程可因改善了配向均勻性及預傾角特性(約0度)而改善對比率及視角。
同時,紫外線配向製程可替代摩擦製程作為非接觸性配向製程,但需要額外的洗淨製程。
在傳統紫外線配向製程後的常用洗淨製程中,主要使用水或低級醇(例如,乙醇或異丙醇(isopropanol,IPA))作為洗淨劑。然而,當執行以水、乙醇或異丙醇作為洗淨劑的所述處理時,存在液晶配向層不均勻等問題,從而大大削弱液晶配向層的特性。
因此,有必要開發一種新的洗淨劑以及一種使用所述洗淨劑的洗淨方法,所述新的洗淨劑能夠在紫外線配向製程之後防止液晶配向層的特性劣化,特別是能夠解決液晶配向層的非均勻性問題。
[技術問題]
本發明旨在提供一種用於液晶配向層的洗淨組成物、以及一種使用其製備液晶配向層的方法,所述製備方法包括液晶配向層的洗淨方法,所述洗淨方法具有以下優點:經由洗淨聚合物表面而增大藉由紫外光配向方法獲得的液晶配向層的各向異性,並抑制在其處理過程中發生的非均勻性。
本發明亦旨在提供一種液晶顯示裝置,所述液晶顯示裝置包括藉由如上所述製備方法而製備的液晶配向層。
本發明的示例性實施例提供一種用於液晶配向層的洗淨組成物,所述用於液晶配向層的洗淨組成物包含:四氫糠醇(tetrahydrofurfuryl alcohol)或2-羥基異丁酸甲酯(methyl 2-hydroxyisobutyrate),其中所述用於液晶配向層的洗淨組成物用於洗淨包含聚醯亞胺或聚醯亞胺前驅物的經紫外線配向的液晶配向層。
所述洗淨組成物可更包含選自由以下組成的群組中的至少一種化合物:黏度為10厘泊或小於10厘泊且沸點為至少150℃或大於150℃的烷二醇系(alkylene glycol-based)化合物及黏度為5厘泊或小於5厘泊且沸點為至少100℃或大於100℃的極性溶劑。
所述洗淨組成物可包含:a)100重量%的四氫糠醇或2-羥基異丁酸甲酯,或b)1重量%至99重量%的化合物a);以及0.1重量%至99重量%的選自由烷二醇系化合物及極性溶劑組成的群組中的至少一種化合物。
洗淨組成物可更包含:1重量%至70重量%的去離子水。
本發明的另一實施例提供一種製備液晶配向層的方法,所述製備方法包括:在基板上藉由塗佈並燒製液晶配向劑而形成聚醯亞胺層,液晶配向劑含有選自由聚醯亞胺及聚醯亞胺前驅物組成的群組中的至少一種聚合物; 藉由向上面形成有聚醯亞胺層的基板上輻照偏振輻射(polarized radiation)而執行紫外線配向製程; 使用洗淨組成物來洗淨在其中已完成紫外線配向製程的基板上的聚合物表面;以及 對經洗淨的基板進行乾燥, 其中洗淨組成物包含四氫糠醇或2-羥基異丁酸甲酯,且 在洗淨中,包含聚醯亞胺層的紫外線分解產物的離子副產物藉由洗淨組成物而被洗滌並自聚醯亞胺層的聚合物表面移除。
洗淨組成物可更包含選自由以下組成的群組中的至少一種化合物:黏度為10厘泊或小於10厘泊且沸點為至少150℃或大於150℃的烷二醇系化合物及黏度為5厘泊或小於5厘泊且沸點為至少100℃或大於100℃的極性溶劑。
較佳地,所述洗淨組成物可包含:a)100重量%的選自由四氫糠醇或2-羥基異丁酸甲酯組成的群組中的化合物,或b)0.1重量%至99重量%的所述化合物a);以及1重量%至99重量%的選自由烷二醇系化合物及極性溶劑組成的群組中的至少一種化合物。
此外,洗淨組成物可更包含:1重量%至70重量%的去離子水。
用於洗淨組成物中的烷二醇系化合物可為選自由以下組成的群組中的至少一者:二乙二醇第三丁醚、二乙二醇單甲醚、二乙二醇單乙醚、二乙二醇單丁醚、二丙二醇單甲醚、二丙二醇單乙醚、乙二醇單甲醚、乙二醇單丁醚、乙二醇單乙醚、丙二醇單甲醚及丙二醇單甲醚乙酸酯(propyleneglycol monomethyl ether acetate)。用於洗淨組成物中的極性溶劑可為選自由以下組成的群組中的至少一者:乳酸乙酯、乳酸丁酯、羥基酸酯、N-甲基吡咯啶酮、N-乙基吡咯啶酮、N-甲基甲醯胺、1,3-二甲基-2-咪唑啶酮、二甲亞碸、二甲基乙醯胺、二甲基甲醯胺及環丁碸(tetramethylenesulfone)。
此外,形成聚醯亞胺層的步驟可包括軟烘製程或硬烘製程。
此外,聚醯亞胺前驅物可包括由以下化學式1表示的重複單元以及由以下化學式2表示的重複單元。 [化學式1][化學式2](在化學式1及化學式2中,X1
及X2
各自獨立為衍生自C4至C20烴的四價有機基團、或其中至少一個H經鹵素取代或至少一個-CH2
-由-O-、-S-、-CO-或-SO-置換以使得氧原子不直接相連的四價有機基團,R1
至R4
各自獨立為氫或C1至C10烷基,R5
至R7
各自獨立為鹵素、氰基、C2至C10烯基、C1至C10烷基、C1至C10烷氧基或C1至C10氟烷基,L1
為-O-、-O-CH2
-O-、-O-CH2
CH2
-O-或-O-CH2
CH2
CH2
-O-,p、q及r各自獨立為0至4的整數,且n為1或2的整數)。
聚醯亞胺前驅物可具有1,000克/莫耳至200,000克/莫耳的重量平均分子量。
此外,在執行紫外線配向製程時,可以紫外光或波長為150奈米至450奈米的可見光輻照上面形成有聚醯亞胺層的基板,並可沿垂直方向或傾斜方向向配向層輻照線性偏振光。
本發明的又一實施例提供一種液晶顯示裝置,液晶顯示裝置包括藉由如上所述製備方法而製備的液晶配向層。 [有益效果]
在製備液晶配向層的製程中的紫外線配向之後所包括的洗淨製程中,可使用包含例如四氫糠醇等特定溶劑的洗淨組成物來輕易地移除液晶配向層的聚合物表面上的離子雜質。因此,根據本發明,可增加液晶配向層的各向異性,可抑制在處理過程中發生的非均勻性,且可有效移除存留於配向層上的雜質。此外,本發明可提供包括液晶配向層的液晶顯示裝置,液晶配向層不僅能夠表現出高穩定性及可靠性而且可表現出優異的配向穩定性及電性特性,並且能夠保持藉由紫外線配向製程而改善對比率及視角的效果。
以下更詳細地闡述本發明。在本說明書及申請專利範圍中使用的用語及用詞不應被解釋為僅限於典型含義或詞典定義,而應基於規則被解釋為具有與本發明的技術範圍相關的含義及概念,根據所述規則,發明者可適當地定義用語的概念以便以最佳方式闡述其自己的發明。
本文中使用的用語「包括」指明具體特性、區、整數、步驟、操作、元件及/或組件,但不排除其他具體特性、區、整數、步驟、操作、元件及/或組件的存在或添加。
本發明的示例性實施例提供一種用於液晶配向層的洗淨組成物,用於液晶配向層的洗淨組成物包含:四氫糠醇或2-羥基異丁酸甲酯,其中用於液晶配向層的洗淨組成物是用於洗淨包含聚醯亞胺或聚醯亞胺前驅物的經紫外線配向的液晶配向層。
本發明的另一示例性實施例提供一種製備液晶配向層的方法,所述製備方法包括:在基板上藉由塗佈並燒製液晶配向劑而形成聚醯亞胺層,液晶配向劑含有選自由聚醯亞胺及聚醯亞胺前驅物組成的群組中的至少一種聚合物;藉由向上面形成有聚醯亞胺層的基板上輻照偏振輻射而執行紫外線配向製程;使用洗淨組成物來洗淨在其中已完成紫外線配向製程的基板上的聚合物表面;以及對經洗淨的基板進行乾燥,其中洗淨組成物包含四氫糠醇或2-羥基異丁酸甲酯,且在洗淨中,包含聚醯亞胺層的紫外線分解產物的離子副產物藉由洗淨組成物而被洗滌並自聚醯亞胺層的聚合物表面移除。
以下,將更詳細地闡述根據本發明的用於液晶配向層的洗淨組成物以及使用其製備液晶配向層的方法。
在本發明中,在製備液晶配向層的製程中的紫外線配向製程之後,使用具有特定結構的溶劑作為洗淨組成物以便解決在傳統液晶配向的洗淨製程中發生的非均勻性問題。
亦即,在本發明中證實液晶配向層的各向異性藉由以下方式得以增大:以偏振輻射輻照聚醯亞胺層,然後使用包含特定溶劑的洗淨劑來執行洗淨處理,其中聚醯亞胺層是藉由塗佈並燒製聚醯亞胺或聚醯亞胺前驅物而獲得。此外,相較於使用水、乙醇或異丙醇作為傳統洗淨劑的處理情形,在本發明中液晶配向層的非均勻性問題可得以解決,因此可保持液晶配向層的特性。此外,本發明的具體配向層洗淨組成物是用於在完成配向之後洗淨存在於聚合物表面上的雜質,而非如先前技術般用於洗淨無機層表面。亦即,所有傳統洗淨劑皆是用於洗淨配向層的無機層。然而,本發明的洗淨組成物的特徵在於:不同於在洗淨半導體裝置時常用的傳統洗淨組成物,本發明的洗淨組成物用於洗淨配向層的聚合物表面。
本發明的製備液晶配向層的方法包括:在基板上藉由塗佈並燒製液晶配向劑而形成聚醯亞胺、對上面形成有聚醯亞胺層的基板進行紫外線配向製程、洗淨製程以及乾燥製程(熱烘(thermal baking))。此外,可在完成乾燥製程之後執行胞元積層(cell laminating)製程。
因藉由紫外線配向製程所達成的配向而在聚醯亞胺層的表面上形成液晶配向層。由於在配向層的表面上存在紫外線分解產物,因此執行使用洗淨劑的洗淨製程以自配向層的聚合物表面移除雜質。
此外,液晶配向層的洗淨機制如圖1所示。如圖1所示,在向聚醯亞胺層輻照紫外光時,在配向層的表面上產生離子副產物,此導致交流及直流影像殘留(image sticking)問題。因此,有必要洗淨紫外線分解產物。
因此,在本發明中,使用包含特定洗淨組分的洗淨組成物來有效地洗淨紫外線分解產物。本發明的此種洗淨組成物的特徵在於其包含選自由四氫糠醇及2-羥基異丁酸甲酯組成的群組中的一種化合物作為主要組分。
該等材料彼此表現出相同程度的洗淨效果,且更佳地是包含四氫糠醇。當藉由在預定時間(例如,1分鐘至3分鐘)之後將溫度升高至25℃至80℃而執行洗淨製程時,四氫糠醇可提高洗淨效果。
具體而言,在本發明中使用的由以下化學式1表示的四氫糠醇(以下稱為THFA)在其結構中同時具有親水基及疏水基兩者,從而表現出與水的良好親和性以及與溶劑的良好混溶性。此外,由於不與胺類及水反應,因此四氫糠醇具有良好的溶液穩定性。 [化學式1]
因此,可使用THFA作為洗淨組成物,從而相較於先前技術而在本發明中防止液晶配向層(即,光配向層)的性質劣化。因此,在本發明中,可利用聚醯亞胺或其前驅物在基板上形成液晶配向層,然後可使用特定溶劑作為洗淨組成物,且因此可輕易地移除存留於液晶配向層的聚合物表面上的副產物。藉由使用洗淨組成物,本發明可輕易地移除液晶配向層的表面上的離子雜質,可解決影像殘留(image sticking,IS),且可保持配向層的優異的均勻度。
此外,作為本發明的洗淨組成物,可在總組成物中單獨使用a)選自由四氫糠醇及2-羥基異丁酸甲酯組成的群組中的化合物,但亦可使用更包含b)額外溶劑的混合物形式。
所述額外溶劑可更包含選自由黏度為10厘泊或小於10厘泊且沸點為至少150℃或大於150℃的烷二醇系化合物及黏度為5厘泊或小於5厘泊且沸點為至少100℃或大於100℃的極性溶劑組成的群組中的至少一者。
作為較佳實例,本發明的洗淨組成物可選擇性地包含以下混合物的組合:THFA與烷二醇系化合物的混合物;THFA與極性溶劑的混合物;THFA與去離子水的混合物;THFA、烷二醇系化合物與極性溶劑的混合物;THFA、烷二醇系化合物與去離子水的混合物;或THFA、烷二醇系化合物、極性溶劑與去離子水的混合物。
此外,根據較佳示例性實施例的洗淨組成物可包含按所述組成物的總重量計100重量%的選自由四氫糠醇及2-羥基異丁酸甲酯組成的群組中的化合物。
此外,所述洗淨組成物可包含按所述組成物的總重量計a)100重量%的選自由四氫糠醇及2-羥基異丁酸甲酯組成的群組中的化合物,或b)0.1重量%至99重量%的化合物a);以及1重量%至99重量%的選自由烷二醇系化合物及極性溶劑組成的群組中的至少一種化合物。此處,考量到聚合物表面上的洗淨效果,在混合物b)中,組分a)中50%的四氫糠醇可為較佳的。更佳地,洗淨組成物可包含按組成物的總重量計a)100重量%的四氫糠醇或2-羥基異丁酸甲酯,或b)1重量%至99重量%的化合物a);以及0.1重量%至99重量%的選自由烷二醇系化合物及極性溶劑組成的群組中的至少一種化合物。
洗淨組成物可更包含:1重量%至70重量%的去離子水。
本發明的洗淨組成物可包含按組成物的總重量計a)20重量%至80重量%的四氫糠醇;以及b)20重量%至80重量%的選自由烷二醇系化合物及極性溶劑組成的群組中的至少一者。
根據另一較佳示例性實施例,所述洗淨組成物可包含按組成物的總重量計a)20重量%至70重量%的四氫糠醇;b)20重量%至70重量%的選自由烷二醇系化合物及極性溶劑組成的群組中的至少一者;以及c)10重量%至60重量%的去離子水。
所述烷二醇系化合物可為選自由以下組成的群組中的至少一者:二乙二醇第三丁醚、二乙二醇單甲醚、二乙二醇單乙醚、二乙二醇單丁醚、二丙二醇單甲醚、二丙二醇單乙醚、乙二醇單甲醚、乙二醇單丁醚、乙二醇單乙醚、丙二醇單甲醚及丙二醇單甲醚乙酸酯。
此外,所述極性溶劑可為選自由以下組成的群組中的至少一者:乳酸乙酯、乳酸丁酯、羥基酸酯、N-甲基吡咯啶酮、N-乙基吡咯啶酮、N-甲基甲醯胺、1,3-二甲基-2-咪唑啶酮、二甲亞碸、二甲基乙醯胺、二甲基甲醯胺及環丁碸。
此外,在本發明中使用的去離子水可藉由通用離子交換樹脂方法而獲得。
此處,在本發明中,如圖1所示,若有必要,則可在紫外線配向之前更包括聚醯亞胺層的洗淨製程,且不對所述製程進行限制,但可藉由此項技術中眾所習知的方法來執行所述製程。
此外,在本發明中,可藉由將上面形成有液晶配向層的基板浸沒於上述洗淨組成物中達預定時間或藉由將洗淨組成物噴塗至基板上來執行所述洗淨製程。具體而言,可藉由將上面形成有塗層的基板在約25℃的溫度下浸沒約1分鐘至10分鐘來執行洗淨製程。
可在約25℃至30℃的溫度下執行浸沒製程達約3分鐘至30分鐘,且可在此製程中確認洗淨力。此外,為了確認蝕刻及可靠性,可在約25℃至30℃的溫度下執行浸沒製程達約10小時至24小時。
同時,除在洗淨製程中使用特定洗淨組成物以外,可藉由本發明所屬領域中已知的各種方法來執行本發明中的製備液晶配向層的方法。
作為非限制性實例,可藉由在基板上塗佈並燒製稍後將予以闡述的液晶配向劑、然後向基板輻照光來形成液晶配向層。此處,燒製與光輻照可同時執行,且亦可省略光輻照。
亦即,聚醯亞胺的形成可如上所述藉由在基板上塗佈並燒製含有選自由聚醯亞胺及聚醯亞胺前驅物組成的群組中的至少一種聚合物的液晶配向劑來執行。
此外,在形成聚醯亞胺層時的燒製包括軟烘製程或硬烘製程。然而,本發明的燒製製程在很大程度上不受限制,乃因可使用所有通用方法。此外,若有必要,則可執行軟烘製程與硬烘製程兩者。
具體而言,將上述液晶配向劑塗佈於上面將形成液晶配向層的基板上。可使用在本發明所屬技術領域中使用的所有各種基板來作為基板。可採用在本發明所屬技術領域中已知的所有各種方法來作為塗佈方法。作為非限制性實例,可藉由例如網版印刷、平版印刷、柔版印刷、噴墨印刷等方法來塗佈液晶配向劑。
然後,對先前製備的塗層進行燒製。可藉由例如熱板、熱空氣循環爐、紅外線爐等加熱手段而在約50℃至300℃下執行燒製。此外,當執行軟烘製程時,可在約70℃內的溫度下執行所述製程達100秒至5分鐘。當執行硬烘製程時,可在約230℃內的溫度下執行所述製程達1000秒。
經由燒製製程,液晶配向劑中所包含的聚合物中由化學式1及化學式3表示的重複單元可被醯亞胺化。所述聚合物可包括由化學式2表示的預先被醯亞胺化的重複單元,從而相較於先前技術表現出顯著提高的醯亞胺轉化率。
在燒製製程之後,可根據所需的配向方向以光輻照以上製備的經燒製的層,以提供液晶配向性質。亦即,由於將偏振輻射輻照至利用聚醯亞胺或其前驅物而獲得的液晶配向層,因此配向層各向異性地作出反應以達成光配向。因此,輻照偏振輻射可藉由向液晶配向層輻照紫外光線或波長為150奈米至450奈米的可見光線、或沿垂直方向或傾斜方向向配向層輻照線性偏振光而執行。在以紫外光線進行輻照時的曝光量可為約0.25焦耳/平方公分(J/cm2
)至1焦耳/平方公分。
在完成洗淨製程之後對經洗淨的基板進行的乾燥可藉由在約230℃的溫度下進行1000秒的離心乾燥(spin drying)或烘箱乾燥(oven drying)來執行,但該等條件並非僅限於此。
此外,胞元積層製程可包括虛設胞元積層製程及IPC胞元積層製程,且所述方法不受限制。
同時,在本發明中,聚醯亞胺層的形成可藉由在基板上塗佈及燒製含有選自由聚醯亞胺及聚醯亞胺前驅物組成的群組中的至少一種聚合物的液晶配向劑來執行。
可經由本發明所屬技術領域中已知的各種方法來提供液晶配向劑的組成物。
作為非限制性實例,可藉由將上述聚合物溶解或分散於有機溶劑中來提供液晶配向劑。
有機溶劑的具體實例可包括N,N-二甲基甲醯胺、N,N-二甲基乙醯胺、N-甲基-2-吡咯啶酮、N-甲基己內醯胺、2-吡咯啶酮、N-乙基吡咯啶酮、N-乙烯基吡咯啶酮、二甲亞碸、四甲基脲、吡啶、二甲基碸、六甲基亞碸、γ-丁內酯、3-甲氧基-N,N-二甲基丙醯胺、3-乙氧基-N,N-二甲基丙醯胺、3-丁氧基-N,N-二甲基丙醯胺、1,3-二甲基-咪唑啶酮、乙基戊基酮、甲基壬基酮、甲基乙基酮、甲基異戊基酮、甲基異丙基酮、環己酮、碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、二甘醇二甲醚、4-羥基-4-甲基-2-戊酮等。該些實例可單獨使用或組合使用。
此外,除聚醯亞胺系聚合物及有機溶劑以外,液晶配向劑可更包含其他組分。作為非限制性實例,在塗佈液晶配向劑時,可更包含一種能夠改善層厚度及表面平滑度的均勻性、改善液晶配向層與基板之間的黏著性質、改變液晶配向層的介電常數或導電率或增大液晶配向層的稠度的添加劑。所述添加劑的實例可包括各種溶劑、表面活性劑、矽烷系化合物、介電質、交聯化合物等。
此外,對用於獲得液晶配向劑的聚醯亞胺或其前驅物的聚合物結構無特別限制,且可使用任意結構,只要其能夠形成此項技術中眾所習知的聚醯亞胺系聚合物層即可。
舉例而言,可使用具有官能基的芳香族二胺化合物、具有官能基的芳香族四羧酸酐等。此外,可藉由包括聚醯胺酸的重複單元而製備聚醯亞胺層。
此外,較佳地,本發明中的聚醯亞胺前驅物可包含由以下化學式1表示的重複單元以及由以下化學式2表示的重複單元。
此外,聚醯亞胺可為其中聚醯亞胺前驅物的重複單元中的至少一部分被醯亞胺化的聚合物。
較佳地,所述聚醯亞胺前驅物可包含含量為50莫耳%至95莫耳%的由化學式1表示的重複單元以及含量為5莫耳%至50莫耳%的由化學式2表示的重複單元。 [化學式1][化學式2](在化學式1及化學式2中,X1
及X2
各自獨立為衍生自C4至C20烴的四價有機基團、或其中至少一個H經鹵素取代或至少一個-CH2
-由-O-、-S-、-CO-或-SO-置換以使得氧原子不直接相連的四價有機基團,R1
至R4
各自獨立為氫或C1至C4烷基,R5
至R7
各自獨立為鹵素、氰基、C2至C10烯基、C1至C10烷基、C1至C10烷氧基或C1至C10氟烷基,L1
為-O-、-O-CH2
-O-、-O-CH2
CH2
-O-或-O-CH2
CH2
CH2
-O-,p、q及r各自獨立為0至4的整數,且n為1或2的整數)。
為參考起見,以下用語可定義如下,除非在本說明書中另有說明。
C4至C20烴可為C4至C20烷烴、C4至C20烯烴、C4至C20炔烴、C4至C20環烷烴、C4至C20環烯烴、C6至C20芳烴,抑或其中的至少一個環烴可為共用二個或更多個原子的稠環、抑或其中的至少一個烴可為化學鍵合烴。C4至C20烴的具體實例可包括正丁烷、環丁烷、1-甲基環丁烷、1,3-二甲基環丁烷、1,2,3,4-四甲基環丁烷、環戊烷、環己烷、環庚烷、環辛烷、環己烯、1-甲基-3-乙基環己烯、聯環己烷、苯、聯苯、二苯基甲烷、2,2-二苯基丙烷、1-乙基-1,2,3,4-四氫化萘或1,6-二苯基己烷等。
C1至C10烷基可為直鏈烷基、支鏈烷基或環烷基。具體而言,C1至C10烷基可為C1至C10直鏈烷基;C1至C5直鏈烷基;C3至C10支鏈烷基或環烷基;或C3至C6支鏈烷基或環烷基。更具體而言,C1至C10烷基的實例可包括甲基、乙基、正丙基、異丙基、正丁基、異丁基、第三丁基、正戊基、異戊基、新戊基、環己基等。
C1至C10烷氧基可為直鏈烷氧基、支鏈烷氧基或環烷氧基。具體而言,C1至C10烷氧基可為C1至C10直鏈烷氧基、C1至C5直鏈烷氧基、C3至C10支鏈烷氧基或環烷氧基、或C3至C6支鏈烷氧基或環烷氧基。更具體而言,C1至C10烷氧基的實例可包括甲氧基、乙氧基、正丙氧基、異丙氧基、正丁氧基、異丁氧基、第三丁氧基、正戊氧基、異戊氧基、新戊氧基、環己氧基等。
C1至C10氟烷基可藉由以氟取代C1至C10烷基的至少一個氫而獲得。
C2至C10烯基可為直鏈烯基、支鏈烯基或環烯基。具體而言,C2至C10烯基可為C2至C10直鏈烯基、C2至C5直鏈烯基、C3至C10支鏈烯基、C3至C6支鏈烯基、C5至C10環烯基、或C6至C8環烯基。更具體而言,C2至C10烯基的實例可包括乙烯基、丙烯基、丁烯基、戊烯基、環己烯基等。
鹵素可為氟(F)、氯(Cl)、溴(Br)或碘(I)。
衍生自任意化合物的多價有機基團意指其中鍵接至所述化合物的多個氫原子被移除形式的殘基。作為實例,衍生自環丁烷的四價有機基團意指其中鍵接至環丁烷的任意四個氫原子被移除形式的殘基。
在本說明書中,化學式中的意指其中對應位點的氫被移除形式的殘基。舉例而言,意指其中鍵接至環丁烷的1號碳、2號碳、3號碳及4號碳的四個氫原子被移除形式的任意一個殘基,亦即衍生自環丁烷的四價有機基團。
此外,本說明書中的聚醯亞胺前驅物亦可意指能夠在適當條件下提供聚醯亞胺的聚醯胺酸或聚醯胺酸酯。
更具體而言,由化學式1表示的重複單元可為藉由使直鏈二胺與四羧酸或其酸酐反應而產生的重複單元。根據一示例性實施例的聚醯亞胺前驅物可包括如化學式1中所示的衍生自直鏈二胺的重複單元,從而提供具有顯著改良的液晶配向性質及可靠性的液晶配向層。
此外,由化學式1表示的重複單元可包括衍生自直鏈二胺的二價有機基團。因此,在由化學式1表示的重複單元中的兩個胺基基團可分別鍵接在苯的位置1及位置4處(例如,化學式1-1)、或苯的位置1及位置3處(例如,化學式1-2)、或聯苯的位置3及位置3'處(例如,化學式1-3)、或聯苯的位置4及位置4'處(例如,化學式1-4)、或聯苯的位置3及位置4'處(例如,化學式1-5)。由化學式1表示的重複單元的具體實例可具有與由以下化學式1-1至化學式1-5表示的重複單元相同的結構。 [化學式1-1][化學式1-2][化學式1-3][化學式1-4][化學式1-5]
在化學式1-1至化學式1-5中,X1
、R1
、R2
、R5
及p與化學式1中所定義者相同。
當由化學式1表示的重複單元是由化學式1-1及化學式1-4表示的至少一個重複單元時,有可能提供一種能夠實現更穩定的液晶配向性質的聚醯亞胺前驅物。
同時,由化學式2表示的重複單元即使藉由具有小的曝光量的光輻照亦可向自根據示例性實施例的聚醯亞胺前驅物製備的聚醯亞胺提供液晶配向性質。因此,可實現由化學式1表示的重複單元所達成的配向穩定性及可靠性,而不存在不期望的副反應。亦即,藉由由化學式1及化學式2表示的重複單元,有可能提供一種具有光配向層的優異的一般物理性質同時例如經由摩擦配向層而實現優異配向穩定性的液晶配向層。
為了實現光配向層的優異的一般物理性質同時實現此優異的配向穩定性及可靠性,根據示例性實施例的聚醯亞胺前驅物可包括相對於總重複單元而言50莫耳%至95莫耳%的由化學式1表示的重複單元、以及5莫耳%至50莫耳%的由化學式2表示的重複單元。
根據一示例性實施例的聚醯亞胺前驅物可自本發明所屬技術領域中已知的四羧酸或其酸酐來製備。因此,在由化學式1及化學式2表示的重複單元中,X1
及X2
可為如上所述的各種四價有機基團。
作為實例,X1
及X2
可各自獨立為在以下化學式3中闡述的四價有機基團。 [化學式3]
在化學式3中, R8
至R11
各自獨立為氫或C1至C6烷基,且 L2
為-O-、-S-、-CO-、-SO-、-C(CF3
)2
-或-COO-CH2
CH2
-OCO-。
X1
及X2
的至少一部分可為由化學式3中的以下化學式3-1表示的四價有機基團。 [化學式3-1]
在化學式3-1中,R8
至R11
與在化學式3中所定義者相同。
如上所述,由化學式1表示的重複單元(其中X1
為由化學式3-1表示的四價有機基團)或由化學式2表示的重複單元(其中X2
為由化學式3-1表示的四價有機基團)可藉由光輻照而輕易地分解,以輕易地實現優異的液晶配向性質。為了更有效地確保此效果,由化學式1表示的重複單元(其中X1
為由化學式3-1表示的四價有機基團)及由化學式2表示的重複單元(其中X2
為由化學式3-1表示的四價有機基團)的總和可被控制為相對於總重複單元為60莫耳%至100莫耳%。
根據一示例性實施例的聚醯亞胺前驅物可為聚醯胺酸或聚醯胺酯。當聚醯亞胺前驅物為聚醯胺酸時,在由化學式1及化學式2表示的重複單元中,R1
至R4
可為氫,而當聚醯亞胺前驅物為聚醯胺酸酯時,R1
至R4
的至少一部分可為C1至C10烷基。
同時,在由化學式1及化學式2表示的重複單元中,衍生自二胺的伸苯基可經R5
、R6
或R7
取代。此外,氫可鍵接至所述伸苯基中未經R5
、R6
或R7
取代的碳。在由化學式1表示的多個重複單元中的每個R5
可彼此相同或不同,且類似地,在由化學式2表示的所述多個重複單元中的每個R6
及R7
可彼此相同或不同。
根據示例性實施例的聚醯亞胺前驅物可根據所需物理性質而被製備為具有適當的聚合度。作為實例,聚醯亞胺前驅物可被製備為具有1,000克/莫耳至200,000克/莫耳的重量平均分子量。在此範圍內有可能提供一種表現出良好的一般物理性質的液晶配向層。
同時,根據本發明的又一示例性實施例,提供一種包括藉由如上所述的製備方法而製備的液晶配向層的液晶顯示裝置。
亦即,根據上述方法,在洗淨上面形成有液晶配向層的基板之後,本發明可製備包含液晶配向劑的液晶配向層,且可應用液晶配向層來製備液晶顯示裝置。
上述片語「包含液晶配向劑的液晶配向層」意指液晶配向層包含液晶配向劑本身或液晶配向層包含經由液晶配向劑的化學反應而獲得的產物。
可藉由已知方法將液晶配向層引入至液晶胞元中,且類似地,可藉由已知方法將液晶胞元引入至液晶顯示裝置中。由於使用了表現出優異洗淨力的上述洗淨方法,因此液晶配向層可實現優異的穩定性以及優異的物理性質。因此,提供能夠表現出高可靠性的液晶顯示裝置。
此外,除藉由上述方法提供的液晶配向層以外,在本發明中闡述的液晶顯示裝置可藉由此項技術中眾所習知的方法來製備,且因此對其不再予以贅述。
以下,藉由本發明的具體實例來更詳細地闡述本發明的作用及效果。然而,僅以舉例方式提供該等實例,且因此不應將該等實例解釋為限制本發明的範圍。< 比較例 1 至比較例 12 及實例 1 至實例 34>
製備液晶配向劑及液晶胞元
(1)製備液晶配向劑
將聚醯亞胺聚合物(分子量:23000至27000)溶解於混合溶劑中以具有5重量%比率的固體,所述混合溶劑含有重量比為8:2的N-甲基吡咯啶酮(NMP)與正丁氧基乙醇。然後,經由孔徑為0.2微米且由聚(四茀乙烯)材料製成的過濾器對所獲得的溶液進行加壓過濾,以製備液晶配向劑。
(2)製備液晶胞元
藉由以下方法利用以上製備的液晶配向劑來製備液晶胞元。
藉由旋塗方法以液晶配向劑分別對其中梳形共面轉換(in-plane switching,IPS)模式氧化銦錫(ITO)電極圖案形成於大小為2.5公分×2.7公分的矩形玻璃基板上的基板(下部板)與上面不具有電極圖案的玻璃基板(上部板)進行塗佈,其中所述共面轉換模式氧化銦錫電極圖案具有60奈米的厚度、3微米的電極寬度以及6微米的電極間間隙。
隨後,將塗佈有液晶配向劑的基板放置於約70℃的熱板上並進行乾燥達1000秒,然後使基板在約230℃的烘箱中經受硬烘達1000秒,以獲得厚度為0.1微米的聚醯亞胺塗層。
為了對由此獲得的塗層進行配向,利用具有線性偏振器的曝光器以0.25焦耳/平方公分至1焦耳/平方公分的曝光量向上部板及下部板的每一塗層輻照254奈米的紫外光線。
然後,藉由混合表1至表7中的各組分而製備比較例1至比較例12及實例1至實例34的洗淨組成物。接著,將上面形成有塗層的基板浸沒於實例及比較例的處於25℃的溫度下的每一洗淨組成物中達約5分鐘,且因此執行基板的洗淨製程。
在完成所述洗淨製程時,將基板在230℃的烘箱中乾燥達1000秒。
然後,將充滿大小為3微米的球狀間隔件(ball spacer)的密封劑塗佈於基板的上部板的除液晶注入孔以外的邊緣。接下來,對形成於上部板上的配向層及形成於下部板上的配向層進行排列使得在所述配向層彼此面對時配向方向彼此平行,然後對上部板及下部板進行積層,並使密封劑固化以製備空胞元。隨後,將液晶注入至所述空胞元中以製備共面轉換模式液晶胞元。實驗例
<液晶配向層的特性評估>
藉由以下方法來量測利用在實例及比較例中使用的洗淨組成物而洗淨的液晶配向層的各向異性、層均勻性、黑色位準、及交流殘留影像變異(AC residual image variation)。此外,所述量測的結果示出於表1至表6中。
(1)各向異性評估
藉由AxoStep方法來評估液晶配向層的各向異性。
(評估標準) 1:洗淨之後的各向異性值減小了10%以上 2:洗淨之後的各向異性值減小了10%以內 3:各向異性值與洗淨之前相同 4:洗淨之後的各向異性值增大了10%以內 5:洗淨之後的各向異性值增大了10%以上
(2)層均勻性評估
藉由原子力顯微鏡(AFM)方法來評估液晶配向層的層均勻性。
(評估標準) 1:洗淨之後的表面粗糙度值增大了10%以上 2:洗淨之後的表面粗糙度值增大了10%以內 3:表面粗糙度值與洗淨之前相同 4:洗淨之後的表面粗糙度值減小了10%以內 5:洗淨之後的表面粗糙度值減小了10%以上
(3)黑色位準評估
藉由PR-880方法來評估液晶配向層的黑色位準。
(評估標準) 1:洗淨之後的黑色位準增大了10%以上 2:洗淨之後的黑色位準增大了10%以內 3:黑色位準與洗淨之前相同 4:洗淨之後的黑色位準減小了10%以內 5:洗淨之後的黑色位準減小了10%以上
(4)交流殘留影像變異評估
在60℃下施加電壓為12伏特的交流電達24小時之後,藉由PR-800方法來評估液晶配向層的交流殘留影像變異。
(評估標準) 1:其中洗淨之後的交流殘留影像變異的變化為100%以上的等級 2:其中洗淨之後的交流殘留影像變異的變化為30%以上的等級 3:交流殘留影像變異(20%變異)與洗淨之前相同 4:其中洗淨之後的交流殘留影像變異的變化為10%以內的等級 5:其中洗淨之後的交流殘留影像變異的變化為5%以內的等級 (表1)
注解) THFA(Tetrahydrofurfuryl alcohol):四氫糠醇 IPA(Isopropyl alcohol):異丙醇 MDG(Diethyleneglycol monomethyl ether (methyl carbitol)):二乙二醇單甲醚(甲基卡必醇) MG(Ethyleneglycol monomethyl ether):乙二醇單甲醚 EDG(Diethyleneglycol monoethyl ether (ethyl carbitol)):二乙二醇單乙醚(乙基卡必醇) EG(Ethyleneglycol monoethyl ether):乙二醇單乙醚 BDG(Diethyleneglycol monobutyl ether (butyl carbitol)):二乙二醇單丁醚(丁基卡必醇) BG(Ethyleneglycol monobutyl ether):乙二醇單丁醚 NMP(N-methyl pyrrolidone):N-甲基吡咯啶酮 NEP(N-ethyl pyrrolidone):N-乙基吡咯啶酮 HBM(Methyl, 2-hydroxyisobutyrate):2-羥基異丁酸甲酯 IP-EL(Isopropyl lactate):乳酸異丙酯 BL(Butyl lactate):乳酸丁酯 (表2)
(表3)
(表4)
(表5)
(表6)
(表7)
自表1至表7的結果確認本發明的實例1至實例34相較於比較例1至比較例12在各向異性、層均勻性、黑色位準及交流殘留影像變異方面通常表現出優異的結果。具體而言,如表1的結果所示,僅包含乳酸乙酯(EL)的比較例1的洗淨力低於包含本發明的特定溶劑(特別是THFA或2-羥基異丁酸甲酯)的實例的洗淨力,且因此液晶配向層的物理性質不佳。此外,單獨包含醇系溶劑、烷二醇系溶劑或極性溶劑的比較例2至比較例12的液晶配向層的物理性質通常低於實例的液晶配向層的物理性質。
(5)殘留直流電壓(residual DC voltage,RDC;residual DC)評估
量測實例1的液晶配向層在洗淨之前與洗淨之後的殘留直流電壓,且在圖2中示出其結果。
如圖2所示,殘留電壓特性藉由利用本發明的實例1的洗淨組成物而得以改良。
(6)量測分解產物的移除速度(分解速度愈快,洗淨力愈佳)
藉由傳統方法經由聚醯亞胺(薄於初始厚度)的移除速度而量測在比較例1及實例1至實例5中曝光之後分解產物的移除速度,且在表8及圖3中示出其結果。亦即,圖3示出在比較例1及實例1至實例5中曝光之後分解產物的移除速度的結果的掃描式電子顯微鏡影像,其中藉由量測厚度並相較於洗淨液晶配向層之前的初始厚度,經由聚醯亞胺的移除速度來示出曝光之後的分解產物的移除速度。 (表8)
自表8及圖3的結果確認本發明的實例1至實例5的分解速度快於包含乳酸乙酯的比較例1的分解速度,且因此實例1至實例5的洗淨力優異。
(7)殘留直流電壓量測
藉由傳統方法來量測比較例1及實例1至實例5的殘留直流電壓,且在以下表9中示出其結果。 (表9)
自表9確認本發明的實例1至實例5的殘留直流電壓值小於僅包含乳酸乙酯的比較例1的殘留直流電壓值,且因此實例1至5的洗淨力優異。
無
圖1示意性地示出在製備液晶配向層的方法中在紫外線配向之後的洗淨機制。 圖2示出液晶配向層在洗淨之前與洗淨之後的殘留直流電壓(RDC)結果的對比。 圖3示出在比較例1及實例1至實例5中,曝光之後的分解產物的移除速度的結果的掃描式電子顯微鏡(SEM)影像,其中藉由量測厚度並相較於洗淨液晶配向層之前的初始厚度,經由聚醯亞胺的移除速度來示出曝光之後的分解產物的移除速度。
Claims (19)
- 一種用於液晶配向層的洗淨組成物,包含: 四氫糠醇或2-羥基異丁酸甲酯, 其中所述用於液晶配向層的洗淨組成物用於洗淨包含聚醯亞胺或聚醯亞胺前驅物的經紫外線配向的液晶配向層。
- 如申請專利範圍第1項所述的用於液晶配向層的洗淨組成物,更包含: 選自由以下組成的群組中的至少一種化合物:黏度為10厘泊或小於10厘泊且沸點為至少150℃或大於150℃的烷二醇系化合物及黏度為5厘泊或小於5厘泊且沸點為至少100℃或大於100℃的極性溶劑。
- 如申請專利範圍第1項所述的用於液晶配向層的洗淨組成物,其中 所述洗淨組成物包含: a)100重量%的所述四氫糠醇或所述2-羥基異丁酸甲酯,或 b)1重量%至99重量%的所述化合物a)以及0.1重量%至99重量%的選自由烷二醇系化合物及極性溶劑組成的群組中的至少一種化合物。
- 如申請專利範圍第1項所述的用於液晶配向層的洗淨組成物,更包含: 1重量%至70重量%的去離子水。
- 如申請專利範圍第2項所述的用於液晶配向層的洗淨組成物,其中 所述烷二醇系化合物是選自由以下組成的群組中的至少一者:二乙二醇第三丁醚、二乙二醇單甲醚、二乙二醇單乙醚、二乙二醇單丁醚、二丙二醇單甲醚、二丙二醇單乙醚、乙二醇單甲醚、乙二醇單丁醚、乙二醇單乙醚、丙二醇單甲醚及丙二醇單甲醚乙酸酯。
- 如申請專利範圍第2項所述的用於液晶配向層的洗淨組成物,其中 所述極性溶劑是選自由以下組成的群組中的至少一者:乳酸乙酯、乳酸丁酯、羥基酸酯、N-甲基吡咯啶酮、N-乙基吡咯啶酮、N-甲基甲醯胺、1,3-二甲基-2-咪唑啶酮、二甲亞碸、二甲基乙醯胺、二甲基甲醯胺及環丁碸。
- 如申請專利範圍第1項所述的用於液晶配向層的洗淨組成物,其中 所述液晶配向層是藉由一種包括以下步驟的方法獲得: 在基板上藉由塗佈並燒製液晶配向劑而形成聚醯亞胺層,所述液晶配向劑含有選自由聚醯亞胺及聚醯亞胺前驅物組成的群組中的至少一種聚合物;以及藉由向上面形成有所述聚醯亞胺層的所述基板上輻照偏振輻射而執行紫外線配向製程。
- 如申請專利範圍第7項所述的用於液晶配向層的洗淨組成物,其中 所述聚醯亞胺前驅物包括由以下化學式1表示的重複單元以及由以下化學式2表示的重複單元: [化學式1][化學式2]在化學式1及化學式2中, X1 及X2 各自獨立為衍生自C4至C20烴的四價有機基團、或其中至少一個H經鹵素取代或至少一個-CH2 -由-O-、-S-、-CO-或-SO-置換以使得氧原子不直接相連的四價有機基團, R1 至R4 各自獨立為氫或C1至C10烷基, R5 至R7 各自獨立為鹵素、氰基、C2至C10烯基、C1至C10烯基、C1至C10烷氧基或C1至C10氟烷基, L1 為-O-、-O-CH2 -O-、-O-CH2 CH2 -O-或-O-CH2 CH2 CH2 -O-, p、q及r各自獨立為0至4的整數,且 n為1或2的整數。
- 一種液晶配向層的製備方法,所述製備方法包括: 在基板上藉由塗佈並燒製液晶配向劑而形成聚醯亞胺層,所述液晶配向劑含有選自由聚醯亞胺及聚醯亞胺前驅物組成的群組中的至少一種聚合物; 藉由向上面形成有所述聚醯亞胺層的所述基板上輻照偏振輻射而執行紫外線配向製程; 使用洗淨組成物對在其中已完成所述紫外線配向製程的所述基板上的聚合物表面進行洗淨;以及 對經洗淨的所述基板進行乾燥, 其中所述洗淨組成物包含四氫糠醇或2-羥基異丁酸甲酯,且 在所述洗淨中,包含所述聚醯亞胺層的紫外線分解產物的離子副產物藉由所述洗淨組成物而被洗滌並自所述聚醯亞胺層的所述聚合物表面移除。
- 如申請專利範圍第9項所述的液晶配向層的製備方法,其中 所述洗淨組成物更包含選自由以下組成的群組中的至少一種化合物:黏度為10厘泊或小於10厘泊且沸點為至少150℃或大於150℃的烷二醇系化合物及黏度為5厘泊或小於5厘泊且沸點為至少100℃或大於100℃的極性溶劑。
- 如申請專利範圍第9項所述的液晶配向層的製備方法,其中 所述洗淨組成物包含: a)100重量%的所述四氫糠醇或所述2-羥基異丁酸甲酯,或 b)1重量%至99重量%的所述化合物a)以及0.1重量%至99重量%的選自由烷二醇系化合物及極性溶劑組成的群組中的至少一種化合物。
- 如申請專利範圍第9項所述的液晶配向層的製備方法,其中 所述洗淨組成物更包含1重量%至70重量%的去離子水。
- 如申請專利範圍第10項所述的液晶配向層的製備方法,其中 所述烷二醇系化合物是選自由以下組成的群組中的至少一者:二乙二醇第三丁醚、二乙二醇單甲醚、二乙二醇單乙醚、二乙二醇單丁醚、二丙二醇單甲醚、二丙二醇單乙醚、乙二醇單甲醚、乙二醇單丁醚、乙二醇單乙醚、丙二醇單甲醚及丙二醇單甲醚乙酸酯。
- 如申請專利範圍第10項所述的液晶配向層的製備方法,其中 所述極性溶劑是選自由以下組成的群組中的至少一者:乳酸乙酯、乳酸丁酯、羥基酸酯、N-甲基吡咯啶酮、N-乙基吡咯啶酮、N-甲基甲醯胺、1,3-二甲基-2-咪唑啶酮、二甲亞碸、二甲基乙醯胺、二甲基甲醯胺及環丁碸。
- 如申請專利範圍第9項所述的液晶配向層的製備方法,其中 形成所述聚醯亞胺層的步驟包括軟烘製程或硬烘製程。
- 如申請專利範圍第9項所述的液晶配向層的製備方法,其中 所述聚醯亞胺前驅物包括由以下化學式1表示的重複單元以及由以下化學式2表示的重複單元: [化學式1][化學式2]在化學式1及化學式2中, X1 及X2 各自獨立為衍生自C4至C20烴的四價有機基團、或其中至少一個H經鹵素取代或至少一個-CH2 -由-O-、-S-、-CO-或-SO-置換以使得氧原子不直接相連的四價有機基團, R1 至R4 各自獨立為氫或C1至C10烷基, R5 至R7 各自獨立為鹵素、氰基、C2至C10烯基、C1至C10烯基、C1至C10烷氧基、或C1至C10氟烷基, L1 為-O-、-O-CH2 -O-、-O-CH2 CH2 -O-或-O-CH2 CH2 CH2 -O-, p、q及r各自獨立為0至4的整數,且 n為1或2的整數。
- 如申請專利範圍第9項所述的液晶配向層的製備方法,其中 所述聚醯亞胺前驅物具有1,000克/莫耳至200,000克/莫耳的重量平均分子量。
- 如申請專利範圍第9項所述的液晶配向層的製備方法,其中: 在執行所述紫外線配向製程中,以紫外光或波長為150奈米至450奈米的可見光輻照上面形成有所述聚醯亞胺層的所述基板,並沿垂直方向或傾斜方向向所述配向層輻照線性偏振光。
- 一種液晶顯示裝置,包括藉由如申請專利範圍第9項所述的液晶配向層的製備方法而製備的所述液晶配向層。
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