ディスプレイデバイス
例えばオイルの層の分裂又はオイルの層の移動に基づいており、且つ少なくとも２つの異なる状態を有するディスプレイデバイスであって、壁（１３）の高さが、ピクセルの幅と、充填針（１５）の先端におけるオイル界面の一般的な曲率とに比較して大きくはなく、ピクセルに針を挿入することなくピクセルに充填される、ディスプレイデバイス。充填針をピクセルに入れる必要がないため、比較的大きな注入針からのオイル（５）によってピクセルを充填することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、互いに混ざり合わない少なくとも１つの第１の流体及び第２の流体を備えている光学要素を製造する方法であって、デバイスが、第２の流体に対する濡れ性の低い表面領域を備えている１つの支持板を少なくとも有する、方法に関する。
【０００２】
詳細には、本発明は、第１の透明な支持板と第２の支持板との間の空間内に、互いに混ざり合わない少なくとも１つの第１の流体及び第２の流体を有する画素（ピクセル）を備えているディスプレイデバイスを製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
光学スイッチは、シャッター用途、ダイアフラムのほか、例えばディスプレイ用途における切替可能なカラーフィルタに使用することができる。流体が（着色）オイルであり、第２の流体が水である場合、（界面張力により）水の層とオイルの層とを含んでいる２層系が形成される。しかしながら、水と、第１の支持板における電極との間に電圧を印加すると、静電気力に起因してオイルの層が脇に移動するか又は分裂する。すると水の一部がオイルの層に瞬時に侵入し、画素が部分的に透明になる。
【０００４】
この原理に基づくディスプレイデバイスは、ＰＣＴ出願の国際公開第０３／００１９６号パンフレット（ＰＨ−ＮＬ０２．０１２９）に記載されている。
【０００５】
この出願に記載されている実施形態のほとんどにおいては、画素は、画成された空間（例：実質的に閉じた空間）に対応しており、第２の状態において、他方の流体が第１の支持板に実質的に完全に隣接する。この出願に記載されている１つの実施形態においては、画素は、その壁が画素の厚さ全体には延びてないものとして記載されている。
【０００６】
これらのディスプレイデバイスの性能、特に、１つのディスプレイデバイス内でのグレーレベルの制御は、ディスプレイデバイスにおけるいくつかの画素（ピクセル）にオイルを高い再現性にて充填することに極めて大きく依存する。このことは、大量生産によって、多数のディスプレイデバイスを高い再現性にて製造するうえでも極めて重要である。
【０００７】
ピクセルごとの個々の画素に、オイルの幾何学形状及び表面特性が均一になるようにオイルが正確に充填されているときには、非常に良好なグレーレベル制御を得ることができる。このような充填は、相応の多量のオイルを含んでいる大きな画素の場合、オイルを水の層に注入することによって行うことができるが、画素のサイズが減少するにつれて、極めて小さな画素寸法における充填は、不可能ではないにせよ難しくなる。これとは別に、ピクセルごとの充填は、非常に時間がかかる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の目的の１つは、上述した問題を少なくともある程度克服することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この目的のため、本発明による方法は、
− 濡れ性の低い表面領域を画成するステップと、
− 少なくとも濡れ性の低い表面領域に第１の流体の層を設けるステップと、
− 前記第１の流体の層の上側から第２の流体を導入するステップと、
− 更なる透明な支持板と支持板との間の空間を閉じるステップと、
を含んでいる。
【００１０】
本発明は、以下の洞察、すなわち、オイルは画素の壁に接触しうるが、オイルを導入した後、例えばオイルを注入する針が通過した後、濡れ性の低い表面にオイルが選択的に移動する、という洞察に基づいている。この理由は、おそらくは、画素の壁（又はピクセル間の面）が水によって濡れた状態を維持しようとする傾向にあるためである。
【００１１】
本発明においては、ピクセルごとの手法を使用することなく、第１の流体に注入することによって、例えば、第１の流体の上に第２の流体を拡散させる（ｓｐｒｅａｄ）ことによって、第２の流体を導入することが可能である。
【００１２】
このようにして、ディスプレイのいくつかの画素の第１の流体に第２の流体を同時に導入することができる。
【００１３】
絶対的に必要ではないが、濡れ性の低い表面領域は、壁に設けられている濡れ性の高い表面によって隔てられていることが好ましい。
【００１４】
本発明の上記及びその他の態様は、以下に説明する実施形態に関連して明らかに解明されるであろう。
【００１５】
図は概略的であり、正しい縮尺では描かれていない。対応する要素は、基本的には同じ参照数字によって表してある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
図１は、ディスプレイデバイス１の一部の概略的な断面図であり、本発明によるディスプレイデバイスが基づいている原理を示している。２枚の透明な基板すなわち支持板３，４の間には、第１の流体５及び第２の流体６が含まれており、これらの流体は互いに混ざり合わない。第１の流体５は、例えば、ヘキサデカンなどのアルカンであり、或いは本例におけるように（シリコン）オイルである。第２の流体は、導電性又は極性の流体であり、例えば、水或いは塩の溶液（例：水及びエチルアルコールの混合物を溶媒としたＫＣｌ溶液）である。
【００１７】
第１の状態において、外部電圧が印加されていないとき（図１ａ）、流体５，６は、例えばガラス或いはプラスチックの第１の透明な支持板３及び第２の透明な支持板４に隣接している。第１の支持板３には、透明電極７（例：酸化インジウム（スズ））と、濡れ性のより低い（疎水性の）中間層８（本例においては非晶質フルオロポリマー（ＡＦ１６００））とが設けられている。
【００１８】
配線２０，２１を介して電圧が印加されると（電圧源９）、層５が脇へ動く、或いは小さな液滴に分かれる（図１ｂ）。これは、湾曲面の形成に起因して、静電エネルギの得が表面エネルギの損よりも大きくなるときに起こる。極めて重要な面として、電気的スイッチング手段（電圧源９）によって、支持板３を覆っている連続的な膜５の状態と壁２に隣接している膜の状態とによって可逆的なスイッチングが達成されることが判明した。
【００１９】
図２は、本発明によるディスプレイデバイスの実施形態を示しており、画素の壁１３は、画素の厚さ全体には延びていない。そのような壁は、オフセット印刷、又はこの技術分野において公知であるその他の印刷手法によって得ることができる。オイル膜５は非常に安定的であると考えられ、この安定性は、画素のサイズが小さくなるにつれて更に高まる。従って、スイッチングの間、オイルは各領域内に閉じ込められたままである。その他の参照数字は、図１における参照数字と同じ意味である。
【００２０】
本例における層１３は、厚さが約２０μｍ以下であり、第１の流体に対して濡れ性のより高い（疎水性）下側部分１３ｂと、第１の流体に対して濡れ性のより低い（親水性）上側部分１３ａとから成る（図３を参照）。このようにして、画素の壁の下側部分がオイルによって濡れていることによって、均質な光学的オフ状態が確保される。画素が駆動されるとき、上側部分が第１の流体に対して濡れ性がより低い（親水性である）ため、オイルの移動の可逆性も維持される。
【００２１】
導入部で述べたように、そのようなエレクトロウェッティングディスプレイの画素の性能、特にグレーレベルの制御は、ディスプレイの画素にオイルを高い再現性にて充填することに極めて大きく依存する。大きな画素に充填するために使用されている方法では、例えば、マイクロマニピュレータによって駆動される注入器１５（矢印１６の方向に水の層６を貫いて挿入される）を使用して、必要な量の着色オイルを画素に加える（図４ａ）。垂れ下がったオイル滴５’が疎水性のフルオロポリマー層８に触れると、オイル滴が広がって膜（厚さは本例においては１０μオーダー）を形成する（図４ｂ）。
【００２２】
膜の最小厚さは、画素のサイズと、オイル及び水の界面張力の両方に依存する。この方法を使用する場合、注入器（又は充填針）１５を画素領域のそれぞれに挿入しなければならず、従って、製造する画素の寸法より針の寸法が小さくなければならない。しかしながら、小さな画素の場合、それに応じて針の寸法を低減することができず（図５）、隣り合う画素のオイル滴５’が互いに混ざる可能性が生じる。更に、画素レベルでの充填は、かなり時間がかかる。
【００２３】
図６は、エレクトロウェッティングディスプレイにおいて画素に充填するための、本発明による方法を示しており、この方法においては、オイル滴５’の直径が画素領域より大きくてもよい。注入器（又は充填針）１５は、例えば矢印１７によって示したように横方向の動きによってディスプレイ基板を横切り、その一方で、液体５’が液体６（水）を通じて連続的に充填される。この場合、オイル５は画素の壁に接触するが、疎水性のフルオロポリマー面に選択的に移動することが観察された。この理由は、おそらくは、濡れ性のより高い画素の壁が水に濡れている状態を維持しようとするためである。従って、画素に針を挿入することなく、画素に充填することができる（図６）。もはや充填針を画素に入れる必要がないため、比較的大きな注入針からのオイルによって画素を充填することができる。充填針を基板から一定の高さに維持することも有効であり、さらに、この手順を自動化することによって充填の均質性が向上する。
【００２４】
本発明は、上述した例に限定されない。針を使用する代わりに、図６の右側に示したように、オイル滴５’を噴霧することも可能である。この方法では、隣り合う画素列に異なる着色オイルを充填することもできる。ピクセルは、物理的な壁を使用する代わりに、基板を化学的に処理することによって隔てることができる。
【００２５】
本発明は、新規の特徴すべてと、特徴の組合せすべてを含んでいる。請求項における参照数字は、請求項の保護範囲を制限するものではない。動詞「備えている」及びその活用形の使用は、請求項に記載されている以外の要素が存在することを除外するものではない。要素の前の冠詞「ａ」又は「ａｎ」の使用は、そのような要素が複数存在することを除外するものではない。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】ディスプレイデバイスの一部の概略的な断面図であり、本発明のディスプレイデバイスが基づいている原理を示している。
【図２】本発明に係るディスプレイデバイスの一部の概略的な断面図である。
【図３】本発明に係るディスプレイデバイスの一部の更なる概略的な断面図である。
【図４】ディスプレイデバイスの一部の概略的な断面図であり、現在の製造方法を示している。
【図５】ディスプレイデバイスの一部の概略的な断面図であり、現在の製造方法におけるいくつかの制約を示している。
【図６】本発明による製造方法を示すための概略的な断面図である。
【図１ａ】
【図１ｂ】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、互いに混ざり合わない少なくとも１つの第１の流体及び第２の流体を備えている光学要素を製造する方法であって、デバイスが、第２の流体に対する濡れ性の低い表面領域を備えている１つの支持板を少なくとも有する、方法に関する。
【０００２】
詳細には、本発明は、第１の透明な支持板と第２の支持板との間の空間内に、互いに混ざり合わない少なくとも１つの第１の流体及び第２の流体を有する画素（ピクセル）を備えているディスプレイデバイスを製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
光学スイッチは、シャッター用途、ダイアフラムのほか、例えばディスプレイ用途における切替可能なカラーフィルタに使用することができる。流体が（着色）オイルであり、第２の流体が水である場合、（界面張力により）水の層とオイルの層とを含んでいる２層系が形成される。しかしながら、水と、第１の支持板における電極との間に電圧を印加すると、静電気力に起因してオイルの層が脇に移動するか又は分裂する。すると水の一部がオイルの層に瞬時に侵入し、画素が部分的に透明になる。
【０００４】
この原理に基づくディスプレイデバイスは、ＰＣＴ出願の国際公開第０３／００１９６号パンフレット（ＰＨ−ＮＬ０２．０１２９）に記載されている。
【０００５】
この出願に記載されている実施形態のほとんどにおいては、画素は、画成された空間（例：実質的に閉じた空間）に対応しており、第２の状態において、他方の流体が第１の支持板に実質的に完全に隣接する。この出願に記載されている１つの実施形態においては、画素は、その壁が画素の厚さ全体には延びてないものとして記載されている。
【０００６】
これらのディスプレイデバイスの性能、特に、１つのディスプレイデバイス内でのグレーレベルの制御は、ディスプレイデバイスにおけるいくつかの画素（ピクセル）にオイルを高い再現性にて充填することに極めて大きく依存する。このことは、大量生産によって、多数のディスプレイデバイスを高い再現性にて製造するうえでも極めて重要である。
【０００７】
ピクセルごとの個々の画素に、オイルの幾何学形状及び表面特性が均一になるようにオイルが正確に充填されているときには、非常に良好なグレーレベル制御を得ることができる。このような充填は、相応の多量のオイルを含んでいる大きな画素の場合、オイルを水の層に注入することによって行うことができるが、画素のサイズが減少するにつれて、極めて小さな画素寸法における充填は、不可能ではないにせよ難しくなる。これとは別に、ピクセルごとの充填は、非常に時間がかかる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の目的の１つは、上述した問題を少なくともある程度克服することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この目的のため、本発明による方法は、
− 濡れ性の低い表面領域を画成するステップと、
− 少なくとも濡れ性の低い表面領域に第１の流体の層を設けるステップと、
− 前記第１の流体の層の上側から第２の流体を導入するステップと、
− 更なる透明な支持板と支持板との間の空間を閉じるステップと、
を含んでいる。
【００１０】
本発明は、以下の洞察、すなわち、オイルは画素の壁に接触しうるが、オイルを導入した後、例えばオイルを注入する針が通過した後、濡れ性の低い表面にオイルが選択的に移動する、という洞察に基づいている。この理由は、おそらくは、画素の壁（又はピクセル間の面）が水によって濡れた状態を維持しようとする傾向にあるためである。
【００１１】
本発明においては、ピクセルごとの手法を使用することなく、第１の流体に注入することによって、例えば、第１の流体の上に第２の流体を拡散させる（ｓｐｒｅａｄ）ことによって、第２の流体を導入することが可能である。
【００１２】
このようにして、ディスプレイのいくつかの画素の第１の流体に第２の流体を同時に導入することができる。
【００１３】
絶対的に必要ではないが、濡れ性の低い表面領域は、壁に設けられている濡れ性の高い表面によって隔てられていることが好ましい。
【００１４】
本発明の上記及びその他の態様は、以下に説明する実施形態に関連して明らかに解明されるであろう。
【００１５】
図は概略的であり、正しい縮尺では描かれていない。対応する要素は、基本的には同じ参照数字によって表してある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
図１は、ディスプレイデバイス１の一部の概略的な断面図であり、本発明によるディスプレイデバイスが基づいている原理を示している。２枚の透明な基板すなわち支持板３，４の間には、第１の流体５及び第２の流体６が含まれており、これらの流体は互いに混ざり合わない。第１の流体５は、例えば、ヘキサデカンなどのアルカンであり、或いは本例におけるように（シリコン）オイルである。第２の流体は、導電性又は極性の流体であり、例えば、水或いは塩の溶液（例：水及びエチルアルコールの混合物を溶媒としたＫＣｌ溶液）である。
【００１７】
第１の状態において、外部電圧が印加されていないとき（図１ａ）、流体５，６は、例えばガラス或いはプラスチックの第１の透明な支持板３及び第２の透明な支持板４に隣接している。第１の支持板３には、透明電極７（例：酸化インジウム（スズ））と、濡れ性のより低い（疎水性の）中間層８（本例においては非晶質フルオロポリマー（ＡＦ１６００））とが設けられている。
【００１８】
配線２０，２１を介して電圧が印加されると（電圧源９）、層５が脇へ動く、或いは小さな液滴に分かれる（図１ｂ）。これは、湾曲面の形成に起因して、静電エネルギの得が表面エネルギの損よりも大きくなるときに起こる。極めて重要な面として、電気的スイッチング手段（電圧源９）によって、支持板３を覆っている連続的な膜５の状態と壁２に隣接している膜の状態とによって可逆的なスイッチングが達成されることが判明した。
【００１９】
図２は、本発明によるディスプレイデバイスの実施形態を示しており、画素の壁１３は、画素の厚さ全体には延びていない。そのような壁は、オフセット印刷、又はこの技術分野において公知であるその他の印刷手法によって得ることができる。オイル膜５は非常に安定的であると考えられ、この安定性は、画素のサイズが小さくなるにつれて更に高まる。従って、スイッチングの間、オイルは各領域内に閉じ込められたままである。その他の参照数字は、図１における参照数字と同じ意味である。
【００２０】
本例における層１３は、厚さが約２０μｍ以下であり、第１の流体に対して濡れ性のより高い（疎水性）下側部分１３ｂと、第１の流体に対して濡れ性のより低い（親水性）上側部分１３ａとから成る（図３を参照）。このようにして、画素の壁の下側部分がオイルによって濡れていることによって、均質な光学的オフ状態が確保される。画素が駆動されるとき、上側部分が第１の流体に対して濡れ性がより低い（親水性である）ため、オイルの移動の可逆性も維持される。
【００２１】
導入部で述べたように、そのようなエレクトロウェッティングディスプレイの画素の性能、特にグレーレベルの制御は、ディスプレイの画素にオイルを高い再現性にて充填することに極めて大きく依存する。大きな画素に充填するために使用されている方法では、例えば、マイクロマニピュレータによって駆動される注入器１５（矢印１６の方向に水の層６を貫いて挿入される）を使用して、必要な量の着色オイルを画素に加える（図４ａ）。垂れ下がったオイル滴５’が疎水性のフルオロポリマー層８に触れると、オイル滴が広がって膜（厚さは本例においては１０μオーダー）を形成する（図４ｂ）。
【００２２】
膜の最小厚さは、画素のサイズと、オイル及び水の界面張力の両方に依存する。この方法を使用する場合、注入器（又は充填針）１５を画素領域のそれぞれに挿入しなければならず、従って、製造する画素の寸法より針の寸法が小さくなければならない。しかしながら、小さな画素の場合、それに応じて針の寸法を低減することができず（図５）、隣り合う画素のオイル滴５’が互いに混ざる可能性が生じる。更に、画素レベルでの充填は、かなり時間がかかる。
【００２３】
図６は、エレクトロウェッティングディスプレイにおいて画素に充填するための、本発明による方法を示しており、この方法においては、オイル滴５’の直径が画素領域より大きくてもよい。注入器（又は充填針）１５は、例えば矢印１７によって示したように横方向の動きによってディスプレイ基板を横切り、その一方で、液体５’が液体６（水）を通じて連続的に充填される。この場合、オイル５は画素の壁に接触するが、疎水性のフルオロポリマー面に選択的に移動することが観察された。この理由は、おそらくは、濡れ性のより高い画素の壁が水に濡れている状態を維持しようとするためである。従って、画素に針を挿入することなく、画素に充填することができる（図６）。もはや充填針を画素に入れる必要がないため、比較的大きな注入針からのオイルによって画素を充填することができる。充填針を基板から一定の高さに維持することも有効であり、さらに、この手順を自動化することによって充填の均質性が向上する。
【００２４】
本発明は、上述した例に限定されない。針を使用する代わりに、図６の右側に示したように、オイル滴５’を噴霧することも可能である。この方法では、隣り合う画素列に異なる着色オイルを充填することもできる。ピクセルは、物理的な壁を使用する代わりに、基板を化学的に処理することによって隔てることができる。
【００２５】
本発明は、新規の特徴すべてと、特徴の組合せすべてを含んでいる。請求項における参照数字は、請求項の保護範囲を制限するものではない。動詞「備えている」及びその活用形の使用は、請求項に記載されている以外の要素が存在することを除外するものではない。要素の前の冠詞「ａ」又は「ａｎ」の使用は、そのような要素が複数存在することを除外するものではない。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】ディスプレイデバイスの一部の概略的な断面図であり、本発明のディスプレイデバイスが基づいている原理を示している。
【図２】本発明に係るディスプレイデバイスの一部の概略的な断面図である。
【図３】本発明に係るディスプレイデバイスの一部の更なる概略的な断面図である。
【図４】ディスプレイデバイスの一部の概略的な断面図であり、現在の製造方法を示している。
【図５】ディスプレイデバイスの一部の概略的な断面図であり、現在の製造方法におけるいくつかの制約を示している。
【図６】本発明による製造方法を示すための概略的な断面図である。
【図１ａ】
【図１ｂ】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに混ざり合わない少なくとも１つの第１の流体（６）及び第２の流体（５）を備えている光学要素を製造する方法で、デバイスが、前記第２の流体に対する濡れ性の低い表面領域を備えている１つの支持板を少なくとも有する、前記方法であって、
− 前記濡れ性の低い表面領域を画成するステップと、
− 少なくとも前記濡れ性の低い表面領域に前記第１の流体（６）の層を設けるステップと、
− 前記第１の流体の層の上側から前記第２の流体（５）を導入するステップと、
− 更なる透明な支持板（３）と前記支持板（４）との間の空間を閉じるステップと、
を含んでいる、方法。
【請求項２】
濡れ性の高い表面領域を有する領域が、前記濡れ性の低い表面領域を囲んでいる、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
濡れ性の高い表面（１３ａ）が壁（１３）に設けられている、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
ディスプレイデバイスを製造する請求項１に記載の方法であって、前記第２の流体が前記第１の流体を通じての注入によって導入される、方法。
【請求項５】
ディスプレイデバイスを製造する請求項１に記載の方法であって、前記第２の流体が、前記第１の流体の上に前記第２の流体を拡散させることによって導入される、方法。
【請求項６】
前記第２の流体が、ディスプレイのいくつかの画素の前記第１の流体に同時に導入される、請求項４又は５に記載の方法。
【請求項１】
互いに混ざり合わない少なくとも１つの第１の流体（６）及び第２の流体（５）を備えている光学要素を製造する方法で、デバイスが、前記第２の流体に対する濡れ性の低い表面領域を備えている１つの支持板を少なくとも有する、前記方法であって、
− 前記濡れ性の低い表面領域を画成するステップと、
− 少なくとも前記濡れ性の低い表面領域に前記第１の流体（６）の層を設けるステップと、
− 前記第１の流体の層の上側から前記第２の流体（５）を導入するステップと、
− 更なる透明な支持板（３）と前記支持板（４）との間の空間を閉じるステップと、
を含んでいる、方法。
【請求項２】
濡れ性の高い表面領域を有する領域が、前記濡れ性の低い表面領域を囲んでいる、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
濡れ性の高い表面（１３ａ）が壁（１３）に設けられている、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
ディスプレイデバイスを製造する請求項１に記載の方法であって、前記第２の流体が前記第１の流体を通じての注入によって導入される、方法。
【請求項５】
ディスプレイデバイスを製造する請求項１に記載の方法であって、前記第２の流体が、前記第１の流体の上に前記第２の流体を拡散させることによって導入される、方法。
【請求項６】
前記第２の流体が、ディスプレイのいくつかの画素の前記第１の流体に同時に導入される、請求項４又は５に記載の方法。
【図２】
【図３】
【図４ａ】
【図４ｂ】
【図５】
【図６】
【図３】
【図４ａ】
【図４ｂ】
【図５】
【図６】
【公表番号】特表２００７−５３２９４２（Ｐ２００７−５３２９４２Ａ）
【公表日】平成１９年１１月１５日（２００７．１１．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−５０６８７６（Ｐ２００７−５０６８７６）
【出願日】平成１７年３月２５日（２００５．３．２５）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＩＢ２００５／０５１０３５
【国際公開番号】ＷＯ２００５／０９８７９７
【国際公開日】平成１７年１０月２０日（２００５．１０．２０）
【出願人】（５０６２５５６６９）リクアヴィスタ ビー． ヴィー． (12)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成１９年１１月１５日（２００７．１１．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年３月２５日（２００５．３．２５）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＩＢ２００５／０５１０３５
【国際公開番号】ＷＯ２００５／０９８７９７
【国際公開日】平成１７年１０月２０日（２００５．１０．２０）
【出願人】（５０６２５５６６９）リクアヴィスタ ビー． ヴィー． (12)
【Ｆターム（参考）】
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