TWI381022B - 用於製備濾色器之色素分散組成物以及使用其所製成之供用於彩色成像裝置的濾色器 - Google Patents

用於製備濾色器之色素分散組成物以及使用其所製成之供用於彩色成像裝置的濾色器 Download PDF

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Description

用於製備濾色器之色素分散組成物以及使用其所製成之供用於彩色成像裝置的濾色器 相關申請案的交叉引述
本非臨時申請案基於35 USC第119節、主張於2006年12月14日提申之韓國專利申請案案號10－2006－0128028的優先權，其藉此以其之整體被併入以作為參考資料。
發明領域
本發明係關於一種對於製備一種濾色器有用的著色組成物以及使用其所製成的供用於一彩色成像裝置之一濾色器。
 發明背景
一般而言，彩色成像裝置，如：互補金屬氧化物半導體(complementary metal oxide semiconductors)(CMOSs)和電荷耦合元件(CCDs)，包括光偵測器和被安裝於光偵測器上的濾色器。濾色器係被提供以3種互補的原色之濾波器節，亦即，紅、綠和藍色，以分離色彩。
近年來，對於被安裝於成像裝置，如：CMOS和CCD上的濾色器之需求已經增加，以在沒有影響其他顏色的傳輸區的情況下達成成像裝置之理想的光線分離(如，以便於在一綠色傳輸區內沒有藍色傳輸區存在)。
為符合此需求，一種藍色色素和一種紫色色素的一混合物目前係被使用。然而，色素混合物因600－700 nm的一傳輸區之增加而更糟，其係對應於可見光的紅色區。另外，隨著色素混合物中之紫色色素的比例增加，藍色傳輸區內的透射度降低。
已經藉由允許更短波長的光線透射經過藍色區與更長的波長之光線透射經過綠色區而盡力要達成更清楚的色彩分離，以及尤其介於藍色和綠色區之間較好的色彩分離。然而，電子材料慣用的色素組成物之色彩分離特性不是令人滿意的。
色素已經廣泛地被使用於各種的應用中，包括塗料、印刷墨水、彩色顯示器，和類似物。於此等應用中，色素通常被分散於適合的媒介內，如有機溶劑。
為了達到色素分散組成物之高透射度，色素粒子必須具有低於一預定的界限之小的原始粒子大小以及必須具有球形形狀。不能預期具有在色素的預定的尺寸界限之上的原始粒子大小的色素在分散之後會具有相同的透射度。
 發明概要
本發明提供一種包含纖細且球形的色素粒子之色素分散組成物，其能達成良好的色彩分離和高透射度。本發明進一步提供一種利用該色素分散組成物製成的濾色器。本發明的色素分散組成物於被安裝於一種彩色成像裝置，如CMOS或CCD，上的一種濾色器的製備可以是有用的。
於製備一種濾色器有用的本發明之色素分散組成物係包含一種色素、一種黏結樹脂、一種分散劑和一種溶劑，其中色素是由化學式1表示的一藍色蒽醌色素：
其中各X分別地是一個氫或氯原子。
於本發明的一個實施例中，色素能以一種水溶性無機鹽和一濕潤劑予以預處理。
於本發明的一個另外的實施例中，預處理的色素能具有大約50至大約100 nm的一平均粒子直徑(D50)。
於本發明的另一個實施例中，水溶性無機鹽可以是氯化鈉或氯化鉀。
於本發明的另一個實施例中，濕潤劑能選自於以下所構成的群組：烷二醇單烷醚(alkylene glycol monoalkyl ethers)，舉例而言：乙二醇單乙醚、丙二醇單甲醚、二乙二醇單甲醚，和乙二醇單乙醚；醇，舉例而言：乙醇、異丙醇、丁醇、己醇、環己醇、乙二醇、二乙二醇、聚乙二醇和甘油聚乙二醇(glycerin polyethylene glycol)；以及其等之混合物。
於本發明的另一個實施例中，黏結樹脂能選自於以下所構成的群組：聚丙烯酸樹脂，舉例而言，聚乙基丙烯酸甲酯，聚苯甲基丙烯酸甲酯、聚乙基己基丙烯酸甲酯和甘油丙烯酸甲酯(glycerol methacrylate)，以及其等之共聚物。
於本發明的另一個實施例中，分散劑能選自於以下所構成的群組：聚羧酸酯、未飽合的聚醯胺、聚羧酸，聚羧酸的烷基胺鹽、聚丙烯酸分散劑、聚乙醯亞胺分散劑、聚胺甲酸酯分散劑，以及其等之混合物。
於本發明的另一個實施例中，組成物能包含以重量計大約100份的色素，以重量計大約1至大約50份的黏合劑樹脂，以重量計大約10至大約80份的分散劑，以及以重量計大約10至大約1,000份的溶劑。
設若需要的話，於本發明的另一個實施例中，組成物能進一步包含一著色劑衍生物，其中一萘、蒽醌、酞菁(phthalocyanine)、二酮吡咯并吡咯(diketopyrrolopyrrole)或偶氮色素或染料係以至少一種選自於以下的取代基所取代：磺酸胺、磺酸鈉、四級磷酸胺、烷基胺以及三氮衍生物。
於本發明的另一個實施例中，著色劑衍生物能以重量計以大約1至大約20份的一量存在，以重量計100份的色素為基準。
於本發明的再另一個實施例中，色素分散組成物能具有大約75至大約95%的一透射度。
依據本發明的另一個態樣，有提供一種利用色素分散組成物製成的用於一彩色成像裝置之濾色器。
圖式簡單說明
從下面結合附圖的詳細說明，將更清楚地瞭解本發明以上的和其他的目的、特徵以及其他的優點，其中：第1圖是比較於實施例1中製備的一種色素分散組成物之一透射度光譜與於比較實施例1中製備的一種色素分散組成物之透射光譜的分析結果之圖。
 較佳實施例之詳細說明
本發明現在將於下面的本發明的詳細說明中更完整地予以說明，其中一些，但不是本發明的全部的實施例被說明。實際上，本發明可以以許多不同的形式予以實施，以及不應被解釋成侷限於本文中提出的實施例；而是，這些實施例被提供，藉此本揭示將滿足可適用的法律要件。
本發明的色素分散組成物包括一由化學式1表示的藍色蒽醒色素：
其中各X分別地是一個氫或氯原子。
色素可以是C.I.色素藍60(可得自於汽巴精化(Ciba Specialty Chemicals))、C.I.色素藍64(可得自於汽巴精化)，或是其等之一混合物。
設若需要的話，色素可以以一水溶性無機鹽和一濕潤劑予以預處理以改善色素分散組成物的透射度。
能進行預處理以降低原始色素的粒子大小，亦即，以使得原始粒子大小成為纖細的。
色素能藉由下面的程序予以預處理：(1)色素能使用一水溶性無機鹽和一濕潤劑予以揉捏；(2)該被揉捏的混合物可以接受濕式粉碎；以及(3)該濕式粉碎的混合物能被過濾且以水予以清洗。
能在色素的揉捏期間添加的水溶性無機鹽之實例包括氯化鈉和氯化鉀，以及其等之混合物。
在色素的揉捏期間被添加以組合以水溶性無機鹽的濕潤劑能作用為一致地硬化色素和無機鹽。此等濕潤劑之實例包括但不限於：烷二醇單烷醚(alkylene glycol monoalkyl ethers)，舉例而言：乙二醇單乙醚、丙二醇單甲醚、二乙二醇單甲醚，和乙二醇單乙醚；以及醇，舉例而言：乙醇、異丙醇、丁醇、己醇、環己醇、乙二醇、二乙二醇、聚乙二醇和甘油聚乙二醇。此等濕潤劑可以被單獨或是如其等之二或多種的一混合物予以使用。
藉由揉捏予以預處理的蒽醌色素之平均粒子直徑係藉由穿透式電子顯微鏡(TEM)予以測量。
當藉由穿透式電子顯微鏡(TEM)決定時，作為蒽醌色素之具有長度多於大約200 nm之一針形的C.I.色素藍60的形狀能改變成具有大約30至大約100 nm的一直徑之一球形。
預處理的色素能具有大約50至大約100 nm的一平均粒子直徑(D50)。設若預處理的色素之平均粒子直徑少於大約50 nm，一個利用色素分散組成物形成的圖案化光罩的耐久性(如，對熱和光之抗性)可能惡化。設若預處理的色素之平均粒子直徑係高於大約100 nm，問題可以能發生在利用色素分散組成物之一纖細的圖案形成的期間。
本發明的色素分散組成物使用一種黏結樹脂。黏結樹脂能是一種具有一個酸基團之聚合物，以及其之實例包括，但不限於：聚丙烯酸樹脂，如：聚乙基丙烯酸甲酯、聚苯甲基丙烯酸甲酯、聚乙基己基丙烯酸甲酯、甘油丙烯酸甲酯，以及其等之共聚物。此等黏結樹脂可以被單獨或是如其等之二或多種的一混合物予以使用。
黏結樹脂能以重量計以大約1至大約50份的一量存在於本發明的色素分散組成物內，以重量計100份的色素為基準。以重量計低於大約1份的一量之黏結樹脂的使用可能使得確保色素的有效分散和分散安定性成為困難的。其間，以重量計大於約50份的一量之黏結樹脂的使用能造成最終產物的黏性顯著的增加，導致最終產物之惡化的光學、物理和化學品質。
能被使用於本發明中的分散劑之代表性實例包括但不限於：聚羧酸酯、未飽合的聚醯胺、聚羧酸、聚羧酸的烷基胺鹽、聚丙烯酸分散劑、聚乙醯亞胺分散劑，以及聚胺甲酸酯分散劑。此等分散劑可以被單獨或是如其等之二或多種的一混合物予以使用。
分散劑能以重量計以大約10至大約80份的一量存在於本發明的色素分散組成物內，以重量計100份的色素為基準。
以重量計小於大約10份的一量之分散劑的使用可能使得確保色素的有效分散成為困難的。其間，以重量計超過約80份的一量之分散劑的使用能造成最終產物的黏性顯著的增加，導致最終產物之惡化的光學、物理和化學品質。
於本發明中有用的分散劑之實例包括但不限於：以下列商標販售的分散劑產品：Disperse BYK 161、Disperse BYK 163、Disperse BYK 164、Disperse BYK 2000和Disperse BYK 2001，其等之全部可得自於BYK；EFKA 4046和EFKA 4047，其等之全部可得自於EFKA；以及可得自於Lubrizol之Solsperse 24000。
本發明的色素分散組成物使用任何已知的溶劑，沒有任何的特定限制。設若需要的話，二或多種已知的溶劑的一混合物可以被使用。此等溶劑之實例包括但不限於：醇，如：甲醇和乙醇；醚，例如：二氯乙醚、正丁基醚、二異戊醚、甲苯基醚和四氫呋喃；乙二醇醚，例如：乙二醇單甲醚和乙二醇單乙醚；溶纖劑乙酸酯(cellosolve acetate)，如：甲基溶纖劑乙酸酯(methyl cellosolve acetate)、乙基溶纖劑乙酸酯和二乙基溶纖劑乙酸酯；卡必醇(carbitol)例如：甲基乙基卡必醇(methyl ethyl carbitol)、二乙基卡必醇(diethyl carbitol)、二乙二醇單甲醚、二乙二醇單乙醚、二乙二醇二甲醚、二乙二醇甲乙醚和二乙二醇二乙醚；丙二醇烷基醚醋酸酯(propylene glycol alkyl ether acetates)，如：丙二醇單甲醚醋酸酯和丙二醇丙醚醋酸酯；芳(香)烴，例如甲苯和二甲苯；酮，例如：甲基乙基酮、環己酮、4－羥基－4－甲基－2－戊酮、甲基－正丙基酮、甲基－正丁基酮、甲基－n－戊基酮和2－庚酮；飽合的脂肪族的單羧酸烷基酯，如：乙酸乙酯、乙酸正丁酯和乙酸異丁酯；乳酸酯，例如乳酸甲酯和乳酸乙酯；氧乙酸烷基酯(alkyl oxyacetate)，例如：氧乙酸甲酯、氧乙酸乙酯和氧乙酸丁酯；烷氧乙酸烷基酯(alkyl alkoxyacetate)，例如：甲氧乙酸甲酯、甲氧乙酸乙酯、甲氧乙酸丁酯、乙氧乙酸甲酯和乙氧乙酸乙酯；3－氧丙酸烷基酯(alkyl 3－oxypropionates)，例如3－氧丙酸甲酯和3－氧丙酸乙酯；3－烷氧丙酸烷基酯(alkyl 3－alkoxypropionates)，例如：3－甲氧丙酸甲酯、3－甲氧丙酸乙酯、3－乙氧丙酸乙酯和3－乙氧丙酸甲酯；2－氧丙酸烷基酯(alkyl 2－oxypropionates)，例如：2－氧丙酸甲酯、2－氧丙酸乙酯和2－氧丙酸丙酯；2－烷氧丙酸烷基酯，例如：2－甲氧丙酸甲酯、2－甲氧丙酸乙酯、2－乙氧丙酸乙酯和2－乙氧丙酸甲酯；2－氧－2－甲基丙酸酯，例如：2－氧－2－甲基丙酸甲酯和2－氧－2－甲基丙酸乙酯；烷基2－烷氧基－2－甲基丙酸烷基酯之烷基單氧單羧酸酯，例如：2－甲氧－2－甲基丙酸甲酯和2－乙氧－2－甲基丙酸乙酯；酯，例如：2－羥基丙酸乙酯、2－羥基－2－甲基丙酸乙酯、羥基乙酸乙酯和2－羥基－3－甲基丁酸甲酯；酮酸酯，例如：丙酮酸乙酯；以及酮酸酯，例如：丙酮酸乙酯。於本發明中有用的額外的溶劑能包括，但不限於：N－甲基甲醯胺、N,N－二甲基甲醯胺、N－甲基甲醯苯胺、N－甲基乙醯胺、N,N－二甲基乙醯胺、N－甲基吡咯酮、二甲亞碸、苯甲基乙醚、二己基醚、丙酮基丙酮、異佛爾酮(isophorone)、己酸、辛酸(caprilic acid)、1－辛醇、1－壬醇、苯甲基醇、乙酸苯甲基酯、苯甲酸乙酯、草酸二乙酯、順丁烯二酸二乙酯、γ－丁酸內酯、碳酸乙酯、碳酸丙酯和苯基溶纖劑乙酸酯(phenyl cellosolve acetate)。
乙二醇醚能提供所欲的相容性和反應性。於本發明中有用的乙二醇醚包括但不限於：乙二醇單乙醚；乙二醇烷基醚醋酸酯(ethylene glycol alkyl ether acetates)，如：乙基溶纖劑乙酸酯；酯，例如2－羥基丙酸乙酯；二乙二醇，例如二乙二醇單甲醚；以及丙二醇烷基醚醋酸酯(propylene glycol alkylether acetate)，例如：丙二醇單甲醚醋酸酯和丙二醇丙醚醋酸酯(propylene glycol propyl ether acetate)。
溶劑係以以重量計大約10至大約1,000份的一量予以使用，舉例而言，以重量計大約20至大約500份，以重量計100份的色素為基準。以重量計低於大約10份的一量之溶劑的使用可能造成色素分散組成物的黏性過度的增加。其間，以重量計大於大約1,000份的一量之溶劑的使用可能造成組成物的黏性之降低，導致對於最終產物的物理和光學性質之負面影響。
設若需要的話，除色素之外，本發明的色素分散組成物可以進一步包含一著色劑衍生物。本文中使用的著色劑衍生物係提及一種化合物，其中至少一個取代基係被引入至一色素或染料中。於著色劑衍生物內使用的色素可以是以上提及的色素的一個。著色劑衍生物可以是一者，其中萘、蒽醌、酞菁、二酮吡咯并吡咯或偶氮色素或染料係被至少一種選自於以下的取代基所取代：磺酸胺、磺酸鈉、四級磷酸胺、烷基胺以及三氮衍生物。
於本發明的組成物中之著色劑衍生物的含量能落在以重量計大約1至大約20份的範圍內，以重量計100份的色素為基準。
本發明的色素分散組成物能具有落在大約75%至大約95%的範圍內之透射度。只有當一種濾色器於紅、綠和藍區中展現高透射度時，能實現視覺上有區別的色彩。舉例而言，經過一種使用具有低於75%的一透射度之組成物製成的濾色器，無法有充分量的光線能達到一藍色區。在光線經過一種使用一具有高於95%的一透射度之組成物製成的濾色器傳輸之後，色彩干涉可能發生於藍、綠和紅色區內。
於下文中，本發明將更詳盡地有關下面的實施例和比較實施例予以解釋。然而，此等實施例係為了闡釋的目的而提供以及不打算限制本發明的範疇。
實施例
置備實施例1製備一種具有下面的組成物之混合物：
混合物於一揉捏器內被揉捏歷時12小時。被揉捏的混合物係於一種混合器內予以添加以重量計5份的水以及被攪拌歷時1小時以獲得一淤漿。淤漿被過濾、以水清洗，以及在40℃的真空烘箱內予以乾燥歷時1天以製備C.I.色素藍60的乾燥粉末。
置備實施例2除了使用C.I.色素藍64作為一種色素代替C.I.色素藍60之外，置備實施例1的程序被重複以製備C.I.色素藍64的乾燥粉末。
實施例1製備一種具有下面的組成物之混合物：
混合物係使用一球磨(bead mill)予以分散歷時3小時以製備一種色素分散組成物。
實施例2除了使用置備實施例2中製備的乾燥色素粉末之外，一種色素分散組成物係如同於實施例1中相同的方式予以製備。
比較實施例1除了使用一酞菁色素(EF－CFX,Dainippon Ink & Chemicals)代替藍色蒽醌色素之外，一種色素分散組成物係如同於實施例1或2中相同的方式予以製備。
測試實施例1：色素的平均原始粒子直徑之測量使用穿透式電子顯微鏡(TEM)以測量於實施例中1和2以及比較實施例1使用的色素之平均原始粒子直徑。結果被顯示於表1中。
表1中顯示的數據顯示出在揉捏之後色素的粒子直徑，於實施例1和2中使用的該等，係比在揉捏之前的色素粒子直徑，比較實施例1中使用的，纖細得多以及於實施例1和2中使用的色素粒子的形狀變成球形形狀，其在分散方面是有利的以及導致高透射度。
測試實施例2：色素分散組成物的粒子大小和黏性之測量使用一粒子大小分析儀(LB 500,Horiba Instruments,Inc.)以及一黏度計(DVⅢ Ultra,Brookfield)測量於實施例1和2以及比較實施例1中製備的色素分散組成物之粒子大小和黏性。結果係被顯示於表2中。
如能由表2的結果看見的，縱然於本發明的色素分散組成物中使用的色素之粒子直徑比於比較實施例1中製備的色素分散組成物內中之使用的色素之粒子直徑小得多，介於本發明的色素分散組成物和比較實施例1中製備的色素分散組成物之間的黏性沒有顯著差異。此等結果表示本發明的色素分散組成物顯示高的分散安定性。
測試實施例3：透射光譜之分析於各別的玻璃基材上旋轉塗覆1 μm的厚度之實施例1和比較實施例1中製備的色素分散組成物以獲得樣本。使用一透射度儀測量樣本的透射度，以及結果被顯示於第1圖中。
觀察到使用藍色蒽醌色素之色素分散組成物的最大的透射度(Tmax)比使用酞菁色素之色素分散組成物的最大的透射度位移至更短的波長區大約25 nm。此觀察顯示於實施例1中1製備的色素分散組成物比起比較實施例1中製備的色素分散組成物顯示出較好的色彩分離。
如同以上的說明一樣明顯的，於製備一種如本發明之濾色器的色素分散組成物中，纖細且球形色素粒子的使用能提供良好的色彩分離以及高透射度。另外，本發明的色素分散組成物能被使用以製備一種具有良好的色彩分離和高透射度之濾色器。
受益於前述的說明出現的教示，本發明所屬的技藝中具有技術的一個人會想到本發明的許多修飾與其他的實施例。因此，可以瞭解本發明不被限制於揭示的特定的實施例以及修飾和其他的實施例係意欲被包括於附隨的申請專利範圍之範疇內。縱然於本文中使用特定的術語，其等僅僅以通稱的和描寫性的意思被使用以及不為了限制的目的，本發明的範疇係於申請專利範圍之內被定義。
第1圖是比較於實施例1中製備的一種色素分散組成物之一透射度光譜與於比較實施例1中製備的一種色素分散組成物之透射光譜的分析結果之圖。

Claims (19)

  1. 一種用於生產一濾色器之色素分散組成物，該組成物包含：一種色素，一種黏結樹脂，一種分散劑，以及一種溶劑，其中該色素是一由化學式1表示的藍色蒽醌色素： 其中各X分別地是一個氫或氯原子。
  2. 如申請專利範圍第1項之組成物，其中該色素係以一水溶性無機鹽和一濕潤劑予以預處理。
  3. 如申請專利範圍第2項之組成物，其中該預處理的色素具有50至100 nm的一平均粒子直徑(D50)。
  4. 如申請專利範圍第2項之組成物，其中該預處理的色素具有一實質球形的粒子形狀。
  5. 如申請專利範圍第2項之組成物，其中該水溶性無機鹽是氯化鈉或氯化鉀。
  6. 如申請專利範圍第2項之組成物，其中該濕潤劑係選自於以下所構成的群組：烷二醇單烷醚(alkylene glycol monoalkyl ethers)；醇；以及其等之混合物。
  7. 如申請專利範圍第6項之組成物，其中該烷二醇單烷 醚係選自於以下所構成的群組：乙二醇單乙醚、丙二醇單甲醚、二乙二醇單甲醚，乙二醇單乙醚，與其等之混合物；以及該醇係選自於以下所構成的群組：乙醇、異丙醇、丁醇、己醇、環己醇、乙二醇、二乙二醇、聚乙二醇、甘油聚乙二醇(glycerin polyethylene glycol)，與其等之混合物。
  8. 如申請專利範圍第1項之組成物，其中該黏結樹脂包含一聚丙烯酸樹脂。
  9. 如申請專利範圍第8項之組成物，其中該聚丙烯酸樹脂包含一選自於以下所構成的群組之樹脂：聚乙基丙烯酸甲酯、聚苯甲基丙烯酸甲酯、聚乙基己基丙烯酸甲酯(polyethylhexyl methacrylate)、甘油丙烯酸甲酯(glycerol methacrylate)，以及其等之混合物與共聚物。
  10. 如申請專利範圍第1項之組成物，其中該分散劑係選自於以下所構成的群組：聚羧酸酯、未飽合的聚醯胺、聚羧酸、聚羧酸的烷基胺鹽、聚丙烯酸分散劑、聚乙醯亞胺分散劑、聚胺甲酸酯分散劑，以及其等之混合物。
  11. 如申請專利範圍第1項之組成物，其中該組成物包含以重量計100份的該色素，以重量計1至50份的該黏合劑樹脂，以重量計10至80份的該分散劑，以及以重量計10至1,000份的一種溶劑。
  12. 如申請專利範圍第1項之組成物，其進一步包含一含有以至少一種選自於以下構成的群組之取代基所取代的萘、蒽醌、酞菁(phthalocyanine)、二酮吡咯并吡咯(diketopyrrolopyrrole)或偶氮色素或是染料之著色劑衍生物：磺酸胺(amine sulfonate)、磺酸鈉、四級磷酸胺、烷基胺以及三氮衍生物。
  13. 如申請專利範圍第12項之組成物，其包含以重量計1 至20份的一量之該著色劑衍生物，以重量計100份的該色素為基準。
  14. 如申請專利範圍第1項之組成物，其中該組成物具有75至95%的一透射度。
  15. 如申請專利範圍第1項之組成物，其中該色素係以氯化鈉和聚乙二醇予以預處理的C.I.色素藍60或C.I.色素藍64。
  16. 如申請專利範圍第15項之組成物，其中該黏結樹脂係聚苯甲基丙烯酸甲酯樹脂以及該分散劑係一聚酯分散劑。
  17. 一種供用於一種彩色成像裝置之濾色器，其係使用一色素分散組成物予以生產，該色素分散組成物包含：一種色素，一種黏結樹脂，一種分散劑，以及一種溶劑，其中該色素係一由化學式1表示的藍色蒽醌色素： 其中各X分別地是一個氫或氯原子。
  18. 一種彩色成像裝置，其包含一種使用一色素分散組成物生產的濾色器，該色素分散組成物包含：一種色素，一種黏結樹脂，一種分散劑，以及 一種溶劑，其中該色素係一由化學式1表示的藍色蒽醌色素： 其中各X分別地是一個氫或氯原子。
  19. 如申請專利範圍第18項之彩色成像裝置，其中該彩色成像裝置係一互補金屬氧化物半導體(CMOS)或一電荷耦合元件(CCD)。
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