JP5646837B2 - 光源装置、および面状照明装置 - Google Patents

Description

本発明は、サイドライト方式の面状照明装置に適した光源装置、およびその光源装置を用いたサイドライト方式の面状照明装置に関する。

液晶表示パネルの照明手段として、光源を導光板の側面（入光端面）に配置してなる所謂サイドライト方式の面状照明装置が、薄型化に有利であることから、携帯電話等の小型携帯情報機器の分野を中心に広く採用されている。そして、導光板の入光端面に配置される光源としては、小型化や低消費電力化などに優れたＬＥＤ（Light Emitting Diode；発光ダイオード）が多用されている。

導光板の入光端面に配置されるＬＥＤとして、本出願人は、図５（ａ）に示すように、長矩形状の基板７１上に実装されたＬＥＤチップ（不図示）を覆う透光性樹脂７２に、出射方向前方に半円筒状に突出する突出部７３が形成されたＬＥＤを提案し実用化している。突出部７３の曲面形状を最適化するとともに、板状の導光板７５の入光端面７５ａに突出部７３と相補的な形状をなす切り欠き部７５ｂを形成することにより、導光板７５の出射平面７５ｃから面状に出射される照明光の輝度および均一性の向上が達成されている（特許文献１参照）。

特開２００６−２２８５８８号公報

しかしながら、近時の面状照明装置には、液晶表示パネルの更なる高精細度化に対応して、より一層の高輝度化が要求されている。そこで、本発明者は、特許文献１に開示するＬＥＤについて、高輝度化の観点から詳細に再検討したところ、ＬＥＤの短手方向（厚さ方向）に平行に配置される一対の反射板７６，７６（図５（ｂ）参照）による光の吸収損失が無視することができないレベルの大きさであることが分かった。すなわち、一対の反射板７６，７６による光の吸収損失を低減することにより、ＬＥＤの更なる高出射効率化、ひいては面状照明装置の更なる高輝度化を達成できる余地が残されていることが分かった。

本発明は、上記状況に鑑みてなされたものであり、光の出射効率に優れた光源装置、およびこの光源装置と導光板とを組み合わせることより照明光の輝度に優れたサイドライト方式の面状照明装置を提供することを目的とするものである。

そこで、上記課題を解決するために、本発明に係る光源装置は、発光素子チップと、前記発光素子チップが実装されるリードフレームと、互いに対向して光軸に直交する方向に延びる二対の側面を有する直方体状の基部を含み、前記発光素子チップを覆う樹脂封止体と、前記基部の前記二対の側面のうち長手方向に延びる一対の側面をそれぞれ覆う一対の反射壁、および、該一対の反射壁の長手方向の両端同士をそれぞれ連結し、前記基部の短手方向に延びる一対の側面を覆う一対の連結部からなる枠状部を有するリフレクタと、を備え、前記リードフレームの一部が、前記樹脂封止体の外部に露出され、前記樹脂封止体の長手方向に延びる前記一対の側面と前記リフレクタの前記一対の反射壁との間に、光軸方向に対して一定でそれぞれ同一寸法の隙間が形成されていることを特徴とする。
この場合、前記隙間が、０．１ｍｍ以上であるのが好ましい。
また、この場合、前記隙間が、前記リードフレームの前記発光素子チップが実装される搭載部よりも前方に形成されていてもよいし、前記一対の側面の全域に形成されていてもよい。
また、樹脂封止体の短手方向に延びる一対の側面（基部の左側短側面および基部の右側短側面）とリフレクタの一対の連結部（枠状部の左側端側壁および枠状部の右側端側壁）とがそれぞれ接合されることにより、樹脂封止体とリフレクタとが一体化されていることを特徴とする。

かかる本発明によれば、互いに対向して光軸と直交する方向に延びる一対の側面を有する基部を含む樹脂封止体（略直方体状の基部を含む樹脂封止体）により発光素子チップが覆われている。そして、基部の一対の側面と、一対の側面をそれぞれ覆うリフレクタの一対の反射壁と、の間に隙間が形成されている。これにより、光源装置から出射される光量が大きくなり、出射効率に優れた光源装置を実現することができる。これは、各側面と各反射壁との間にそれぞれ隙間を形成することにより、発光素子チップから発光された光が各側面で反射する際の各反射壁による光の吸収が抑制されるからである。また、各側面を通過した光のうち、反射壁で反射される光の割合が少なくなるからである。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記基部の光が出射する側の面である前方面に、前方に突出する突き出し部が形成されている。

この場合、前記突き出し部が、長軸方向が前記基部の長手方向と一致する楕円半球状に形成されているのが好ましい。

かかる発明によれば、光源装置の出射効率をより一層向上させることができる。

また、本発明の好ましい実施の形態においては、前記一対の反射壁に、前記突き出し部を覆う張り出し部がそれぞれ形成されている。

また、本発明に係る面状照明装置は、前記光源装置と、前記光源装置から出射される光を入光する入光端面、および前記入光端面から入光した光を面状に出射させる出射平面を有する導光板、を備え、前記導光板の前記入光端面に、前記一対の反射壁の前記張り出し部の外形形状に倣う断面形状の切り欠き部が、前記導光板の厚さ方向に沿って形成されている。

かかる発明によれば、光源装置を構成するリフレクタの一対の反射壁に、突出部を覆う張り出し部が形成されているとともに、導光板の入光端面に、張り出し部の外形形状に倣う断面形状の切り欠き部が形成されている。このため、導光板の切り欠き部にリフレクタの張り出し部を嵌め合わせるように、導光板の入光端面に光源装置を配置させることができる。これにより、光源装置から出射される光が効率的に導光板内に導かれる。この結果、より高輝度な面状照明装置を実現することができる。

本発明の実施形態に係る光源装置の全体構成を示す斜視図である。 同光源装置の分解斜視図である。 同光源装置の縦断面図である。 同光源装置における樹脂封止体と反射壁との間の「隙間」と「出射効率」との関係を示すグラフである。 従来の光源装置を使用した面状照明装置の要部構成を示す斜視図であり、（ａ）は分解図、（ｂ）は結合図である。

以下、本発明の実施形態に係る光源装置１０を図１ないし図３を参照して説明する。

光源装置１０は、発光素子チップとしてのＬＥＤチップ１１と、ＬＥＤチップ１１が実装されるリードフレーム２１と、ＬＥＤチップ１１を覆う樹脂封止体３１と、樹脂封止体３１の周囲を覆うリフレクタ４１と、を備えている。

ＬＥＤチップ１１は、青色光（波長４１０ｎｍから４８０ｎｍ）を発光する小片の青色ＬＥＤチップである。ＬＥＤチップ１１は、表面である発光面１１ａに一対の電極パッドを有し、裏面である実装面がリードフレーム２１に固定されている。以下では、ＬＥＤチップ１１の実装面が発光面１１ａを向く方向を「前方」と称し、発光面１１ａが実装面を向く方向を「後方」と称する。また、前後方向（発光面１１ａに直交する方向）を光軸と称する。

次に、リードフレーム２１は、加工性や光反射性、熱伝導性などに優れ、ワイヤボンディングが可能な材料（本実施形態では、銀メッキされた銅板、以下では、銀メッキ銅板という）を用いて形成されている。リードフレーム２１は、長矩形状の搭載部２２と、搭載部２２の一方の長辺（図示の例では下辺）に連接して後方に延びる矩形状の連結部２３と、連結部２３の後辺に連接し両外側に延びる長矩形状の放熱部２４と、搭載部２２の長手方向両側に搭載部２２から分離して配置される断面Ｌ字状の一対の電極端子部２５，２５と、を備えている。

搭載部２２は、ＬＥＤチップ１１が固定配置される部分であり、本実施形態では、搭載部２２の中央部に接着剤を用いてＬＥＤチップ１１が固定されている。

連結部２３および放熱部２４は、ＬＥＤチップ１１から発生するジュール熱を外部に放熱させるための部分である。ヒートシンク（不図示）に放熱部２４を接触させることにより、効率的に外部に放熱させることができる。

一対の電極端子部２５，２５は、搭載部２２と同一平面上に中心線を一致させて配置され樹脂封止体３１で覆われる第１端子部２５ａと、第１端子部２５ａに直交し後方に向かって延びることにより後端側が外部に露出する矩形状の第２端子部２５ｂと、から構成されている。第１端子部２５ａは、搭載部２２の短手方向に対応する方向（図示上下方向）の寸法が、本実施形態では、搭載部２２の同方向の寸法より幾分短めに設定されている。これは、一対の電極端子部２５，２５とリフレクタ４１との絶縁を確保するためである。

一対の第１端子部２５ａ，２５ａは、それぞれワイヤボンディングが施され、一対のボンディングワイヤ２６，２６を介して、ＬＥＤチップ１１の発光面１１ａに形成された一対の電極パッドと電気的に接続されている。一方、一対の第２端子部２５ｂ，２５ｂは、樹脂封止体３１から露出する部分において図示しない回路基板に電気的に接続されている。この構成により、外部に配置されている図示しない制御回路部（不図示）からの電気信号を、一対の電極端子部２５，２５およびボンディングワイヤ２６，２６を介して、ＬＥＤチップ１１に供給することができる。

次に、樹脂封止体３１は、透光性材料（本実施形態では、シリコーン樹脂）から形成され、透光性材料には、ＬＥＤチップ１１が発光する青色光を受けて黄色成分の光を発光する黄色蛍光体が分散されている。すなわち、ＬＥＤチップ１１が発光する青色光に黄色蛍光体が発光する黄色光を混色させることによって所定の白色光が得られるように、樹脂封止体３１が形成されている。

また、樹脂封止体３１は、直方体状の基部３２、および基部３２から前方に突き出す突き出し部３３から構成されている。

基部３２は、ＬＥＤチップ１１、リードフレーム２１の搭載部２２、およびリードフレーム２１の各電極端子部２５の一部を一体に覆うように、リードフレーム２１の搭載部２２の長手方向に沿って横長に形成されている。基部３２は、その外周側面として、図示上側の面であり光軸と直交する方向に延びる長矩形状の上側長側面３２ａと、上側長側面３２ａと平行に対向する下側長側面３２ｂと、上側長側面３２ａおよび下側長側面３２ｂの両端同士をそれぞれ連結し上側長側面３２ａ（下側長側面３２ｂ）と比較して周方向の長さの短い左側短側面３２ｃおよび右側短側面３２ｄと、を有している。また、基部３２は、４つの側面３２ａ〜３２ｄにより区画される面のうち前方側の面であり光が出射する側の面である前方面３２ｅと、前方面３２ｅと対向する面である後方面３２ｆと、を有している。そして、前方面３２ｅと後方面３２ｆとの中間部分に、ＬＥＤチップ１１、リードフレーム２１の搭載部２２、および各電極端子部２５の第１端子部２５ａが配置される。なお、上側長側面３２ａおよび下側長側面３２ｂが、本発明における「一対の側面」に相当する。

また、基部３２は、その長手方向の寸法が、一対の電極端子部２５，２５の外側端面間の距離よりも幾分長めに形成されている。これは、一対の電極端子部２５，２５とリフレクタ４１との絶縁を確保するためである。

突き出し部３３は、基部３２の前方面３２ｅの長手方向中央部に形成され、基部３２の短手方向および長手方向のいずれに対しても円弧状であり、長軸方向が基部３２の長手方向と一致する楕円半球状に形成されている。突き出し部３３の短手方向の寸法は、基部３２の同方向の寸法と同一である。

次に、リフレクタ４１は、本実施形態では、銀メッキ銅板を用いて構成され、樹脂封止体３１の基部３２の各外周側面をそれぞれ平行に覆う枠状部４２と、樹脂封止体３１の突き出し部３３の短手方向両側を平行に覆う張り出し部４３（上側張り出し部４３ａ，下側張り出し部４３ｂ）と、から構成されている。

枠状部４２は、樹脂封止体３１の基部３２の上側長側面３２ａ、下側長側面３２ｂ、左側短側面３２ｃ、および右側短側面３２ｄをそれぞれ覆う上側長側壁４２ａ、下側長側壁４２ｂ、左側短側壁４２ｃ、および右側短側壁４２ｄから構成されている。このうち、上側長側壁４２ａおよび下側長側壁４２ｂが、本発明における「一対の反射壁」に相当する。

また、枠状部４２の上側長側壁４２ａの内面と下側長側壁４２ｂの内面との距離Ｌ１（図３参照）は、樹脂封止体３１（基部３２）の短手方向の寸法Ｌ２より所定の値だけ大きく形成されている。これにより、枠状部４２の上側長側壁４２ａと樹脂封止体３１の上側長側面３２ａとの間、および枠状部４２の下側長側壁４２ｂと樹脂封止体３１の下側長側面３２ｂとの間には、それぞれ同一寸法の隙間Ｇが全域にわたって形成されている。隙間Ｇは、Ｇ＝（Ｌ１−Ｌ２）／２であり、基部３２の後方面３２ｆ側から前方面３２ｅ側にかけて一定である。

一方、枠状部４２の左側短側壁４２ｃの内面と右側短側壁４２ｄの内面との距離は、樹脂封止体３１の長手方向の寸法と同一である。これは、本実施形態では、リフレクタ４１が、枠状部４２の左側短側壁４２ｃおよび右側短側壁４２ｄを接合面として、樹脂封止体３１と一体化されているからである。

張り出し部４３は、平面視した場合に、樹脂封止体３１の突き出し部３３の全体を略覆う形状に形成されている。すなわち、一対の張り出し部４３ａ，４３ｂは、枠状部４２の上側長側壁４２ａおよび下側長側壁４２ｂの前方辺の中央部からそれぞれ前方に突き出すように形成されている。そして、その外形形状が、樹脂封止体３１の突き出し部３３の最大円弧形状（短手方向中央部における長手方向の円弧形状）と略一致している。

次に、以上のように構成される光源装置１０、および同光源装置１０と従来の導光板を組み合わせて構成される面状照明装置の作動について説明する。なお、従来の導光板の説明にあたっては、図５（ａ）（ｂ）を参照し、同一符号を付して説明する。

まず、被照明体（本実施形態では、液晶表示パネル）を駆動する制御回路部（不図示）からの電気信号が、リードフレーム２１の一対の電極端子部２５，２５およびボンディングワイヤ２６，２６を介してＬＥＤチップ１１に印加される。ＬＥＤチップ１１は、電気信号に基づいて青色光を発光する。ＬＥＤチップ１１が発光した青色光の一部が、樹脂封止体３１に混在している黄色蛍光体により黄色光に変換される。そして、青色光と黄色光とが混色することにより、白色光が生成される。

生成された白色光は、樹脂封止体３１の突き出し部３３から前方に出射され、導光板７５の入光端面に形成された切り欠き部７５ｂから導光板７５内に入射する。導光板７５内に入射した光は、導光板７５の内部を伝播しつつ、導光板７５の反射平面（出射平面７５ｃと対向する平面）に形成された光路変更手段により光路が変更され、導光板７５の出射平面７５ｃから出射される。導光板７５の出射平面７５ｃから出射された光は、必要に応じて拡散板および一対のプリズムシートを通過することにより、所定の視野角分布に調整された後、液晶表示パネルの背面に入射する。これにより、液晶表示パネルに表示される画像が、表面側の観察者に視認される。

次に、光源装置１０および同光源装置１０を用いる面状照明装置が奏する特有の作用効果について説明する。

光源装置１０は、樹脂封止体３１のうちＬＥＤチップ１１を覆う直方体状に形成された基部３２の短手方向の一対の長側面３２ａ，３２ｂと、一対の長側面３２ａ，３２ｂをそれぞれ覆うリフレクタ４１の一対の長側壁４２ａ，４２ｂとの間に、前後方向において大きさが一定の隙間Ｇがそれぞれ形成されている。これにより、ＬＥＤチップ１１が発光した光が一対の長側面３２ａ，３２ｂに入射して反射する際の一対の長側壁４２ａ，４２ｂによる光の吸収が抑制される。この結果、光源装置１０から出射される光量が大きくなり、出射効率に優れた光源装置１０を実現することができる。

また、光源装置１０は、突き出し部３３と突き出し部３３を覆うリフレクタ４１の張り出し部４３との間にも隙間が形成されている。これにより、ＬＥＤチップ１１が発光した光が突き出し部３３の表面に入射して反射する際の張り出し部４３による光の吸収が抑制され、光源装置１０から出射される光量が大きくなる。

ここで、樹脂封止体３１の基部３２の一対の長側面３２ａ，３２ｂとリフレクタ４１の一対の長側壁４２ａ，４２ｂとの隙間の合計２Ｇと出射効率との関係を解析した結果を図４に示す。隙間２Ｇを形成することにより、光源装置の出射効率が大きくなることが分かる。この結果は、一対の長側面３２ａ，３２ｂと一対の長側壁４２ａ，４２ｂとの間に隙間を形成することにより、光源装置１０から出射される光量が大きくなることを立証するものである。

なお、隙間Ｇを大きくするほど、僅かではあるが、出射効率が向上する傾向にある。出射効率が向上する理由は、以下のように考えられる。すなわち、一対の長側面３２ａ，３２ｂを通過し外部に漏れた光は、リフレクタ４１（一対の長側壁４２ａ，４２ｂおよび一対の張り出し部４３ａ，４３ｂ）で反射され樹脂封止体３１に戻される。ところが、隙間Ｇが大きいほど一対の長側面３２ａ，３２ｂを通過した光のうちリフレクタ４１に入射することなく前方に出射する光の割合が多くなる。また、樹脂封止体３１の一対の長側面３２ａ，３２ｂとリフレクタ４１の一対の長側壁４２ａ，４２ｂとの間での多重反射の回数が少なくなる。このため、隙間Ｇが大きいほどリフレクタ４１による光の吸収が低減され出射効率が向上すると考えられる。

また、光源装置１０は、樹脂封止体３１の突き出し部３３が楕円半球状に形成されている。これにより、出射効率をより一層大きくすることができる。本発明者は、従来の半円筒状（短手方向に対して外形形状が一定）の突き出し部を有する光源装置と比較して、楕円半球状の突き出し部を有する光源装置は、出射効率が７％向上することを確認している。

また、光源装置１０は、ＬＥＤチップ１１が実装されるリードフレーム２１の一部を外部に露出させることにより放熱部２４を形成している。放熱部２４をヒートシンク（不図示）に接触させることにより、ＬＥＤチップ１１から発生した熱をヒートシンクに放熱することができる。これにより、ＬＥＤチップ１１の温度上昇を抑制することができ、光源装置１０の出射効率をより一層向上させることができる。

このように、出射効率に優れた光源装置１０を従来の導光板７５と組み合わせることにより、照明光の輝度に優れたサイドライト方式の面状照明装置を実現することができる。特に、導光板７５の入光端面７５ａに形成された切り欠き部７５ｃにリフレクタ４１の張り出し部４３を嵌め合わせることにより、光源装置１０から出射される光を効率的に導光板７５に導くことができ、照明光の輝度をより一層向上させることができる。また、樹脂封止体３１とリフレクタ４１とが一体化されているので、面状照明装置の組立作業性が向上する。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、実施の形態については上記に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更および組み合わせが可能である。

例えば、上記実施形態では、樹脂封止体３１の上側長側面３２ａとリフレクタ４１の上側長側壁４２ａとの間、および樹脂封止体３１の下側長側面３２ｂとリフレクタ４１の下側長側壁４２ｂとの間の隙間Ｇの寸法を同一としたが、互いに異なっていてもよい。

また、上記実施形態では、樹脂封止体３１に突き出し部３３が形成されているが、光源装置１０の用途または要求される仕様によっては、突き出し部３３は必ずしも形成しなくてもよい。突き出し部３３を形成しない場合には、リフレクタ４１に張り出し部４３を形成しなくてもよい。

また、上記実施形態では、樹脂封止体３１の基部３２が直方体に形成されているが、例えば、短端面の形状を平面ではなく円弧面とし、全体として略直方体状に形成してもよい。

また、上記実施形態では、リードフレーム２１に放熱部２４が形成されているが、放熱性が重要視されない場合には、放熱部２４を必ずしも形成しなくてもよい。

また、上記実施形態では、樹脂封止体３１の一対の短側面３２ｃ，３２ｄとリフレクタ４１の一対の短側壁４２ｃ，４２ｄとは接合され両者の間には隙間が形成されていないが、これに限定されない。例えば、ＬＥＤチップ１１と一対の短側面３２ｃ，３２ｄ（一対の短側壁４２ｃ，４２ｄ）との距離が比較的短く、一対の短側面３２ｃ，３２ｄに光が入射する割合が高い場合には、一対の短側面３２ｃ，３２ｄと一対の短側壁４２ｃ，４２ｄとの間にも隙間を設けてもよい。

また、上記実施形態では、一対の長側面３２ａ，３２ｂの全域にわたって一対の反射壁４２ａ，４２ｂとの間に隙間Ｇが形成されているが、これに限定されない。例えば、一対の長側面３２ａ，３２ｂのうち、リードフレーム２１の搭載部２２よりも前方の比較的光が入射する割合が高い部分において、一対の反射壁４２ａ，４２ｂとの間に隙間が形成されていれば一定の効果が期待できる。また、一対の長側面３２ａ，３２ｂの長手方向に対しても、中央部寄りの部分（ＬＥＤチップ１１に近い部分）において、一対の反射壁４２ａ，４２ｂとの間に隙間が形成されていれば一定の効果が期待できる。

また、上記実施形態では、リードフレーム２１の一対の電極端子部２５，２５を断面Ｌ字状としたが、これに限定されない。例えば、複数の光源装置を直線状に配置させる場合には、各極端子部を隣接する光源装置に向かって延びる線状に形成し、隣接する電極端子部の端部同士を例えばコネクタで接続する構成としてもよい。

そして、本発明に係る光源装置は、その用途がサイドライト方式の面状照明装置に限定されるものではなく、一般照明を含む他の用途にも適用できるものである。

１０ 光源装置
１１ ＬＥＤチップ（発光素子チップ）
２１ リードフレーム
２２ 搭載部
２３ 連結部
２４ 放熱部
２５ 一対の電極端子部
２６ ボンディングワイヤ
３１ 樹脂封止体
３２ 基部
３２ａ 上側長側面（一対の側面）
３２ｂ 下側長側面（一対の側面）
３２ｃ 左側短側面
３２ｄ 右側短側面
３２ｅ 前方面
３２ｆ 後方面
３３ 突き出し部
４１ リフレクタ
４２ 枠状部
４２ａ 上側長側壁（一対の反射壁）
４２ｂ 下側長側壁（一対の反射壁）
４２ｃ 左側短側壁
４２ｄ 右側短側壁
４３ 張り出し部 （４３ａ 上側張り出し部、４３ｂ 下側張り出し部）

Claims (6)

1. 発光素子チップと、
   前記発光素子チップが実装されるリードフレームと、
   互いに対向して光軸に直交する方向に延びる二対の側面を有する直方体状の基部を含み、前記発光素子チップを覆う樹脂封止体と、
   前記基部の前記二対の側面のうち長手方向に延びる一対の側面をそれぞれ覆う一対の反射壁、および、該一対の反射壁の長手方向の両端同士をそれぞれ連結し、前記基部の短手方向に延びる一対の側面を覆う一対の連結部からなる枠状部を有するリフレクタと、を備え、
   前記リードフレームの一部が、前記樹脂封止体の外部に露出され、
   前記樹脂封止体の長手方向に延びる前記一対の側面と前記リフレクタの前記一対の反射壁との間に、光軸方向に対して一定でそれぞれ同一寸法の隙間が形成され、
   前記樹脂封止体の短手方向に延びる前記一対の側面と前記リフレクタの前記一対の連結部とがそれぞれ接合されることにより、前記樹脂封止体と前記リフレクタとが一体化され、
   前記基部の光が出射する側の面である前方面に、長軸方向が前記基部の長手方向と一致する楕円半球状の突き出し部が前方に突出するように形成されている光源装置。
2. 前記隙間が、０．１ｍｍ以上である請求項１に記載の光源装置。
3. 前記隙間が、前記リードフレームの前記発光素子チップが実装される搭載部よりも前方に形成されている請求項１または２に記載の光源装置。
4. 前記隙間が、前記一対の側面の全域に形成されている請求項１または２に記載の光源装置。
5. 前記一対の反射壁に、前記突き出し部を覆う張り出し部がそれぞれ形成されている請求項１から４のいずれか１項に記載の光源装置。
6. 請求項５項に記載の光源装置と、
   前記光源装置から出射される光を入光する入光端面、および前記入光端面から入光した光を面状に出射させる出射平面を有する導光板と、を備え、
   前記導光板の前記入光端面に、前記張り出し部の外形形状に倣う形状の切り欠き部が、前記導光板の厚さ方向に沿って形成されている面状照明装置。

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