WO2020261766A1 - 発光装置及びその製造方法 - Google Patents

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Definitions

  • the light emitting device according to any one of the above [1] to [3], wherein the contact angle is 60 ° or less.
  • the sealing member is methylphenyl silicone having a thixotropy index of 5 or more and 7 or less in the state before curing, phenyl silicone having a thixotropy index of 3 or more and 6 or less in the state before curing, or phenyl silicone before curing.
  • the light emitting device according to the above [4] which comprises an organically modified silicone having a thixotropy index of 2 or more and 5 or less in a state.
  • the sealing member 17 is a drop-molded product formed by curing the dropped resin, and is formed without using a dam. Further, the sealing member 17 has a lens shape having a curved surface having a convex surface, and functions as a lens that spreads the light distribution of the light emitted from the light emitting element 13.
  • the sealing member 17 has a methylphenyl silicone having a thixotropy index (TI value) of 5 or more in the pre-cured state, a phenyl silicone having a thixotropy index of 3 or more in the pre-cured state, or a thixotropy index in the pre-cured state. It consists of 2 or more organically modified silicones.
  • the above-mentioned desired butt-wing-like wide light distribution characteristic is that the light emission has a peak between 0 and ⁇ 90 °, and the light emission intensity at the peak when the light distribution angle is 0 °.
  • the light emission characteristic is smaller than the intensity.
  • the light emission intensity when the light distribution angle is 0 ° is 90% or less of the maximum peak light emission intensity. ..
  • the light distribution angle is an in-plane angle perpendicular to the substrate 10 including the axial direction with respect to the axial direction of the light emitting device 1 (upward direction in FIG. 1).
  • the thixotropy index in the state before curing is 7 or less.
  • the thixotropy index in the state before curing is preferably 6 or less, and when it is made of organically modified silicone, the thixotropy index in the state before curing is preferably 5 or less.
  • liquid resin 170 that is the material of the sealing member 17
  • methylphenyl silicone having a thixotropy index of 5 or more, phenyl silicone having a thixotropy index of 3 or more, and organically modified silicone having a thixotropy index of 2 or more are used.
  • the gelation temperature of the silicone resin before curing is approximately 70 to 100 ° C. (in the example of FIG. 4, 80 ° C. is the gelation temperature) regardless of the type of silicone resin. As shown in FIG. 4, as the temperature approaches the gelation temperature from room temperature, the viscosity simply decreases, and when the gelation temperature is exceeded, cross-linking begins to occur and curing begins.
  • the viscosity of the silicone resin is low until the temperature reaches the gelation temperature, and it easily spreads on the substrate. Therefore, when the silicone resin at room temperature is dropped and heating is started on the substrate, it takes a long time for the temperature to reach the gelation temperature, and the amount of spread of the silicone resin on the substrate becomes large.
  • the time from when the resin 170 is supplied onto the substrate 10 until the gelation temperature is reached can be shortened, and the amount of spread of the resin 170 on the substrate 10 can be reduced.
  • the contact angle ⁇ of the sealing member 17 with the light reflecting film 16 can be easily set to 40 ° or more.
  • the temperature of the resin 170 immediately before being supplied onto the substrate 10 is preferably 40 ° C. or higher, more preferably 50 ° C. or higher.
  • the temperature of the resin 170 immediately before being supplied onto the substrate 10 is set so as not to exceed the gelation temperature before dropping. It is preferably 70 ° C. or lower. Further, when a margin from the gelation temperature is required in order to improve productivity, the temperature of the resin 170 immediately before being supplied onto the substrate 10 is preferably 10 ° C. or more lower than the gelation temperature, preferably 60 ° C. The following is preferable.
  • a light-shielding portion or the like is provided on the upper surface of the sealing member. It may be arranged.
  • the light-shielding part can be easily provided by printing or the like, and when the light-shielding part is made of a material that absorbs the light of a light emitting element such as a black material, stray light due to diffused reflection or the like can be suppressed, which is used in applications of light emitting devices. It will be easier to use.
  • a light emitting device having a batwing-shaped light distribution characteristic, wherein the sealing member of a light emitting element which is a drop-molded product has a shape suitable for obtaining a batwing-shaped orientation characteristic, and a method for manufacturing the same. To do.

Abstract

基板10と、基板10上に実装された、DBR膜14付き発光素子13と、基板10の表面上に設けられた光反射膜16と、底面の縁が光反射膜16の上面に接するように基板10上に設けられた、発光素子13を封止するレンズ形状の滴下成形物である封止部材17と、を備え、封止部材17の光反射膜16の上面との接触角θが40°以上である、発光装置1を提供する。

Description

発光装置及びその製造方法
 本発明は、発光装置及びその製造方法に関する。
 従来、液晶テレビに使用されるバックライトや一般照明器具などを薄型化することのできる広い配向特性を有する発光装置が知られている(例えば、特許文献1参照)。
 複数の光源が並べられる照明装置においては、広い配光特性を有する発光装置を光源として用いることにより、発光面と光源との距離を小さくしても、発光面の明るさの均一性を保つことができる。このため、照明装置を薄くすることができる。
 特許文献1に記載の発光装置においては、発光素子の直上輝度を低減する誘電体多層膜を発光素子の上に設け、レンズ形状の封止部材で発光素子を封止することにより、広角側に発光強度のピークを有するバットウィング状の配光特性を実現している。特許文献1に記載のレンズ形状の封止部材は、圧縮成形、射出成形、滴下成形などにより形成される。
特開2017-73549号公報
 レンズ形状の封止部材の形成方法においては、発光装置の生産性の観点から、形成速度に優れる滴下成形(ポッティング)が優れている。しかしながら、滴下成形は、他の方法と比較して樹脂の形状の制御が難しく、滴下成形により封止部材を形成した場合、所望の配光特性を得ることが難しい。
 本発明の目的は、バットウィング状の配光特性を有する発光装置であって、滴下成形物である発光素子の封止部材がバットウィング状の配向特性を得るために適した形状を有する発光装置及びその製造方法を提供することにある。
 本発明の一態様は、上記目的を達成するために、下記[1]~[5]の発光装置、及び[6]~[10]の発光装置の製造方法を提供する。
[1]基板と、前記基板上に実装された、DBR膜付き発光素子と、前記基板の表面上に設けられた光反射膜と、底面の縁が前記光反射膜の上面に接するように前記基板上に設けられた、前記発光素子を封止するレンズ形状の滴下成形物である封止部材と、を備え、前記封止部材の前記光反射膜の上面との接触角が40°以上である、発光装置。
[2]前記光反射膜が、メチルシリコーン又はフッ化シランからなり、前記封止部材が、硬化前の状態におけるチクソトロピー指数が5以上であるメチルフェニルシリコーン、硬化前の状態におけるチクソトロピー指数が3以上であるフェニルシリコーン、又は硬化前の状態におけるチクソトロピー指数が2以上である有機変性シリコーンからなる、上記[1]に記載の発光装置。
[3]配光角と発光強度の関係において、配光角が0°のときの発光強度が、最大のピーク発光強度の90%以下である、上記[1]又は[2]に記載の発光装置。
[4]前記接触角が60°以下である、上記[1]~[3]のいずれか1項に記載の発光装置。
[5]前記封止部材が、硬化前の状態におけるチクソトロピー指数が5以上、7以下であるメチルフェニルシリコーン、硬化前の状態におけるチクソトロピー指数が3以上、6以下であるフェニルシリコーン、又は硬化前の状態におけるチクソトロピー指数が2以上、5以下である有機変性シリコーンからなる、上記[4]に記載の発光装置。
[6]DBR膜付き発光素子が実装され、表面上に光反射膜が設けられた基板を用意する工程と、前記基板上に液状の樹脂を滴下し、硬化させることにより、底面の縁が前記光反射膜に接する、前記発光素子を封止するレンズ形状の封止部材を形成する工程を含み、前記液状の樹脂が、チクソトロピー指数が5以上のメチルフェニルシリコーン、チクソトロピー指数が3以上のフェニルシリコーン、チクソトロピー指数が2以上の有機変性シリコーンである、発光装置の製造方法。
[7]前記液状の樹脂が、前記基板上に滴下される直前までに、前記液状の樹脂のゲル化温度よりも低い温度に加熱され、前記液状の樹脂が前記基板上に滴下されてから、硬化するまでの間の前記基板の温度が、前記液状の樹脂のゲル化温度以上である、上記[6]に記載の発光装置の製造方法。
[8]前記基板上に供給される直前の前記液状の樹脂の温度が40℃以上、かつ70℃以下である、上記[7]に記載の発光装置の製造方法。
[9]前記液状の樹脂が前記基板上に滴下されてから、硬化するまでの間の前記基板の温度が、150℃以下である、上記[7]又は[8]に記載の発光装置の製造方法。
[10]前記液状の樹脂が、チクソトロピー指数が5以上、7以下であるメチルフェニルシリコーン、チクソトロピー指数が3以上、6以下であるフェニルシリコーン、又はチクソトロピー指数が2以上、5以下である有機変性シリコーンである、上記[6]~[9]のいずれか1項に記載の発光装置の製造方法。
 本発明によれば、バットウィング状の配光特性を有する発光装置であって、滴下成形物である発光素子の封止部材がバットウィング状の配向特性を得るために適した形状を有する発光装置及びその製造方法を提供することができる。
図1は、本発明の第1の実施の形態に係る発光装置の垂直断面図である。 図2は、バットウィング状の広い配光特性の一例を示すグラフである。 図3Aは、本発明の第1の実施の形態に係る発光装置の製造工程の流れを示す垂直断面図である。 図3Bは、本発明の第1の実施の形態に係る発光装置の製造工程の流れを示す垂直断面図である。 図3Cは、本発明の第1の実施の形態に係る発光装置の製造工程の流れを示す垂直断面図である。 図3Dは、本発明の第1の実施の形態に係る発光装置の製造工程の流れを示す垂直断面図である。 図4は、熱硬化性のシリコーン樹脂の硬化前の状態における温度と粘度の関係を模式的に示すグラフである。
〔実施の形態〕
(発光装置の構成)
 図1は、本発明の第1の実施の形態に係る発光装置1の垂直断面図である。発光装置1は、基板と10と、基板10上に実装された、DBR膜14付き発光素子13と、基板10の表面上に設けられた光反射膜16と、底面の縁が光反射膜16に接するように基板10上に設けられた、発光素子13を封止するレンズ形状の封止部材17とを備える。
 基板10は、板状の基材11と、基材11の表面上に形成された配線12とを有する。発光素子13は、AuSnや半田などからなる導電性の接合部材15により配線12に接続されている。
 発光素子13は、例えば、チップ基板と、チップ基板上に設けられた発光層を含む結晶層とを有する発光ダイオード(LED)であり、例えば、チップサイズが100~200μmのミニLEDと呼ばれるLEDである。発光素子13の基板10への実装形態は特に限定されないが、ワイヤーなどの接合部材を要せず、高速での封止を阻害しないため、フェイスアップ実装よりも、図1に示されるようなフリップチップ実装が好ましい。なお、発光素子13は、レーザーダイオード(LD)等のLED以外の発光素子であってもよい。
 DBR膜14は、発光素子13の基板10と反対側(図1における上側)に設けられている。DBR膜14は、例えば、SiO2、TiO2等の誘電体の多層膜からなる。発光素子13から発せられてDBR膜14を介して取り出された光は、広角側に発光強度のピークを有する。
 光反射膜16は、発光素子13から発せられて基板10側へ向かう光を反射するための部材であり、光反射膜16を用いることにより発光装置1の明るさを向上させることができる。光反射膜16は、メチルシリコーン又はフッ化シランからなる。
 封止部材17は、滴下した樹脂を硬化させることにより形成される滴下成形物であり、ダムを用いずに形成される。また、封止部材17は、表面が凸状の曲面であるレンズ形状を有し、発光素子13から発せられた光の配光を広げるレンズとして機能する。封止部材17は、硬化前の状態におけるチクソトロピー指数(TI値)が5以上であるメチルフェニルシリコーン、硬化前の状態におけるチクソトロピー指数が3以上であるフェニルシリコーン、又は硬化前の状態におけるチクソトロピー指数が2以上である有機変性シリコーンからなる。
 ここで、本実施の形態に係るチクソトロピー指数として、回転速度に応じ樹脂の粘度値が下がることを踏まえ、回転速度が50rpmであるときの粘度ηaに対する回転速度が20rpmであるときの粘度ηbの比の値ηb/ηaで表されるγ(γ>1)を用いた。なお、封止部材17の材料として挙げたメチルフェニルシリコーン、フェニルシリコーン、有機変性シリコーンについては、回転速度が60rpmであるときの粘度をηa、回転速度が30rpmであるときの粘度をηbとした場合であっても同様のγ値が得られる。これらのγ値は、JIS Z 8803(2011)に記載の方法により測定されるものである。
 封止部材17の光反射膜16の上面との接触角θは、封止部材17の材料及びその硬化前の状態におけるチクソトロピー性、並びに封止部材17の縁が接触する光反射膜16の材料に依存する。光反射膜16と封止部材17が上記の材料からなる場合、接触角θを40°以上にすることが容易になる。40°以上である場合、DBR膜14付き発光素子13と組み合わせることにより、所望のバットウィング状の広い配光特性が得ることができる。
 ここで、上記の所望のバットウィング状の広い配光特性とは、0~±90°の配光角の間にピークを有し、配光角が0°のときの発光強度がピークの発光強度よりも小さい発光特性であり、例えば、配光角と発光強度の関係において、配光角が0°のときの発光強度が、最大のピーク発光強度の90%以下である配光特性をいう。配光角は、発光装置1の軸方向(図1における上方向)を基準とした、軸方向を含む基板10に垂直な面内の角度である。
 発光装置1は、バットウィング状の広い配光特性を有するため、例えば、液晶テレビなどに用いられる直下型バックライトに好適である。発光装置1を光源に用いることにより、発光面との距離を小さくしても、発光面の明るさの均一性を保つことができるため、照明装置を薄型化することができる。
 図2は、バットウィング状の広い配光特性の一例を示すグラフである。図2に示される例では、配光角が0°のときの発光強度Iaが、最大のピーク発光強度Ibのおよそ76%となっている。
 一方で、滴下法により形成される封止部材17の光反射膜16の上面との接触角θが大きくなるようなチクソトロピー性を有する樹脂から封止部材17が形成される場合、封止部材17の上端に突起(ツノ)が生じて配光角が0°の軸上に集光し、バットウィング状の配光特性が得られない場合がある。このため、接触角θは、60°以下であることが好ましい。
 そして、接触角θを60°以下としつつ、滴下時に上端に突起が生じないようにするためには、封止部材17がメチルフェニルシリコーンからなる場合はその硬化前の状態におけるチクソトロピー指数が7以下であり、フェニルシリコーンからなる場合はその硬化前の状態におけるチクソトロピー指数が6以下であり、有機変性シリコーンからなる場合はその硬化前の状態におけるチクソトロピー指数が5以下であることが好ましい、
 封止部材17は、光を散乱させるためのSiO2等からなるフィラーや、蛍光体の粒子を含んでもよい。封止部材17の材料の硬化前の状態におけるチクソトロピー性の制御は、例えば、封止部材17に含まれるフィラーの濃度の調節により行うことができる。
(発光装置の製造方法)
 以下、発光装置1の製造方法の一例について説明する。
 図3A~図3Dは、発光装置1の製造工程の流れを示す垂直断面図である。
 まず、図3Aに示されるように、基板10上に光反射膜16を形成する。光反射膜16は、スクリーン印刷などにより形成される。
 次に、図3Bに示されるように、基板10上に発光素子13を実装する。なお、光反射膜16の形成に支障がない場合は、光反射膜16を形成する前に発光素子13を実装してもよい。
 次に、図3C、図3Dに示されるように、封止部材17を形成する。封止部材17の材料である液状の樹脂170を滴下装置のノズル20から基板10上に滴下し、これを硬化させることにより、封止部材17が形成される。封止部材17の底面の縁は、光反射膜16の上面に接する。
 封止部材17の材料である液状の樹脂170として、チクソトロピー指数が5以上のメチルフェニルシリコーン、チクソトロピー指数が3以上のフェニルシリコーン、チクソトロピー指数が2以上の有機変性シリコーンが用いられる。
 ここで、液状の樹脂170を硬化させるために、樹脂170の滴下後に基板10を炉内に搬送して加熱するなどの従来の方法を用いてもよいが、以下に説明するような、樹脂170の硬化を促進する方法を用いることにより、硬化前の樹脂170の基板10上での広がりを抑え、封止部材17の光反射膜16の上面との接触角θを大きくすることが容易になる。
 図4は、熱硬化性のシリコーン樹脂の硬化前の状態における温度と粘度の関係を模式的に示すグラフである。
 硬化前のシリコーン樹脂のゲル化温度は、シリコーン樹脂の種類によらず、およそ70~100℃である(図4の例では80℃をゲル化温度とする)。図4に示されるように、室温からゲル化温度に近づくにつれて、粘度が単純に低下し、ゲル化温度を超えると架橋が生じ始め、硬化が始まる。
 温度がゲル化温度に達するまではシリコーン樹脂の粘度は低く、基板上で広がりやすい。このため、室温のシリコーン樹脂を滴下して基板上で加熱を開始した場合、温度がゲル化温度に達するまでの時間が長く、基板上でのシリコーン樹脂の広がり量が大きくなる。
 そこで、シリコーン樹脂である樹脂170の温度を、基板10上に供給される直前までに、そのゲル化温度よりも低い温度に加熱する。そして、樹脂170が基板10上に滴下されてから、硬化するまでの間の基板10の温度を、樹脂170のゲル化温度以上に設定する。
 それによって、樹脂170が基板10上に供給されてからそのゲル化温度に達するまでの時間を短縮し、樹脂170の基板10上での広がり量を小さくすることができる。その結果、封止部材17の光反射膜16との接触角θを40°以上にしやすくなる。
 滴下前の樹脂170の加熱は、典型的には、滴下装置内で実施される。この場合、例えば、基板10上に供給される直前の樹脂170の温度は、滴下装置のシリンジ内の樹脂170の温度である。
 また、滴下装置のノズル20からの吐出性を向上させるため、基板10上に供給される直前の樹脂170の温度は、40℃以上であることが好ましく、50℃以上であることがより好ましい。
 基板10上に供給される直前の樹脂170の温度が40℃以上であれば、十分な吐出速度が得られ、例えば、毎秒50回以上、シリコーン樹脂を吐出することができる。すなわち、封止部材17が50個分のシリコーン樹脂を1秒間に吐出することができる。そして、基板10上に供給される直前の樹脂170の温度が50℃以上の場合は、樹脂170の粘度がほぼ下限値となり、より高い吐出速度が得られる。
 樹脂170の吐出速度を向上させることによる、封止部材17の形成速度の向上の効果は、多数の発光素子13が実装される発光装置1、例えば、数千個の発光素子13が実装される直下型バックライトなどの製造においては、非常に重要である。
 また、上述のように、シリコーン樹脂のゲル化温度は、およそ70~100℃であるため、滴下前にゲル化温度を超えないように、基板10上に供給される直前の樹脂170の温度は70℃以下であることが好ましい。さらに、生産性を向上させるためにゲル化温度からのマージンが求められる場合は、基板10上に供給される直前の樹脂170の温度は、ゲル化温度より10℃以上低いことが好ましく、60℃以下であることが好ましい。
 樹脂170が基板10上に滴下されてから、硬化するまでの間の基板10の温度は、高いほど樹脂170の硬化までの時間を短縮できるが、封止部材17及びその他の部材に損傷や変質などの悪影響が生じない範囲で設定されることが好ましい。例えば、ガラスエポキシからなる基材11の変色を抑えるため、150℃以下に設定されることが好ましい。
 樹脂170の1回あたりの吐出量、すなわち1個の封止部材17を形成するための吐出量は、体積で0.012mm3以上、1.527mm3以下であることが好ましい。また、樹脂170の1回あたりの吐出量は、重さでは、シリコーン樹脂の種類にもよるが、例えば、0.01325mg以上、1.89325mg以下であることが好ましい。なお、この場合の比重は1.09g/cm3以上、1.24g/cm3以下である。この吐出量の下限値は、発光素子13を十分に保護するために最低限必要な値として定められている。また、上限値は、隣接する封止部材17同士が干渉しないための値として定められている。
(実施の形態の効果)
 上記実施の形態によれば、封止部材17の光反射膜16との接触角θを大きくすることのできる光反射膜16と封止部材17の材料の組み合わせを採用し、DBR膜14付き発光素子13と組み合わせることにより、バットウィング状の広い配光特性が得ることができる。
 以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明は、上記実施の形態に限定されず、発明の主旨を逸脱しない範囲内において種々変形実施が可能である。
 例えば、上記実施の形態においては、封止部材については、そのレンズ形状にのみ言及したが、例えば、レンズ中心の発光素子の直上の明るさを抑えるため、封止部材の上面に遮光部などを配置してもよい。遮光部は、印刷などにより簡単に設けることができ、遮光部が黒色材料などの発光素子の光を吸収する材料からなる場合は、乱反射などによる迷光を抑えることができ、発光装置のアプリケーションでの使い勝手がよくなる。
 また、上記に記載した実施の形態及び実施例は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。また、実施の形態及び実施例の中で説明した特徴の組合せの全てが発明の課題を解決するための手段に必須であるとは限らない点に留意すべきである。
 バットウィング状の配光特性を有する発光装置であって、滴下成形物である発光素子の封止部材がバットウィング状の配向特性を得るために適した形状を有する発光装置及びその製造方法を提供する。
 1          発光装置
 10        基板
 13        発光素子
 14        DBR膜
 16        光反射膜
 17        封止部材
 170      樹脂

Claims (10)

  1.  基板と、
     前記基板上に実装された、DBR膜付き発光素子と、
     前記基板の表面上に設けられた光反射膜と、
     底面の縁が前記光反射膜の上面に接するように前記基板上に設けられた、前記発光素子を封止するレンズ形状の滴下成形物である封止部材と、
     を備え、
     前記封止部材の前記光反射膜の上面との接触角が40°以上である、
     発光装置。
  2.  前記光反射膜が、メチルシリコーン又はフッ化シランからなり、
     前記封止部材が、硬化前の状態におけるチクソトロピー指数が5以上であるメチルフェニルシリコーン、硬化前の状態におけるチクソトロピー指数が3以上であるフェニルシリコーン、又は硬化前の状態におけるチクソトロピー指数が2以上である有機変性シリコーンからなる、
     請求項1に記載の発光装置。
  3.  配光角と発光強度の関係において、配光角が0°のときの発光強度が、最大のピーク発光強度の90%以下である、
     請求項1又は2に記載の発光装置。
  4.  前記接触角が60°以下である、
     請求項1~3のいずれか1項に記載の発光装置。
  5.  前記封止部材が、硬化前の状態におけるチクソトロピー指数が5以上、7以下であるメチルフェニルシリコーン、硬化前の状態におけるチクソトロピー指数が3以上、6以下であるフェニルシリコーン、又は硬化前の状態におけるチクソトロピー指数が2以上、5以下である有機変性シリコーンからなる、
     請求項4に記載の発光装置。
  6.  DBR膜付き発光素子が実装され、表面上に光反射膜が設けられた基板を用意する工程と、
     前記基板上に液状の樹脂を滴下し、硬化させることにより、底面の縁が前記光反射膜に接する、前記発光素子を封止するレンズ形状の封止部材を形成する工程を含み、
     前記液状の樹脂が、チクソトロピー指数が5以上のメチルフェニルシリコーン、チクソトロピー指数が3以上のフェニルシリコーン、チクソトロピー指数が2以上の有機変性シリコーンである、
     発光装置の製造方法。
  7.  前記液状の樹脂が、前記基板上に滴下される直前までに、前記液状の樹脂のゲル化温度よりも低い温度に加熱され、
     前記液状の樹脂が前記基板上に滴下されてから、硬化するまでの間の前記基板の温度が、前記液状の樹脂のゲル化温度以上である、
     請求項6に記載の発光装置の製造方法。
  8.  前記基板上に供給される直前の前記液状の樹脂の温度が40℃以上、かつ70℃以下である、
     請求項7に記載の発光装置の製造方法。
  9.  前記液状の樹脂が前記基板上に滴下されてから、硬化するまでの間の前記基板の温度が、150℃以下である、
     請求項7又は8に記載の発光装置の製造方法。
  10.  前記液状の樹脂が、チクソトロピー指数が5以上、7以下であるメチルフェニルシリコーン、チクソトロピー指数が3以上、6以下であるフェニルシリコーン、又はチクソトロピー指数が2以上、5以下である有機変性シリコーンである、
     請求項6~9のいずれか1項に記載の発光装置の製造方法。
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