JPH08259895A - 熱硬化性組成物、その製造方法およびカラーフィルタ - Google Patents
熱硬化性組成物、その製造方法およびカラーフィルタInfo
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Abstract
物である。 A:オルガノシルセスキオキサンオリゴマー B:多価カルボン酸 C:分子内に少なくとも1個以上の1級アミノ基あるい
は2級アミノ基を有するケイ素化合物 【効果】本発明の熱硬化性組成物は、塗布性、保存安定
性に優れており、塗布後の被膜は耐熱性、透明性を兼ね
備え、接着性、靭性に優れている。
Description
ト、層間絶縁膜、パッシベ−ション膜等の電子材料用途
に適した熱硬化性組成物に関するものであるが、特に液
晶素子における透明基板やカラ−フィルタ−などの保護
膜を形成するのに好適な熱硬化性組成物に関するもので
ある。
タ−を組み合わせたカラ−液晶表示素子が、多々提案さ
れている。一般的なカラ−フィルタ−の構成としてはガ
ラス等の透明基板上に画素を形成させた上に、保護膜層
を設け、次いでITO透明電極を配するものであるが、
この保護膜層には下層を構成する画素、ガラスさらには
ブラックマトリックス成分として使用されるクロム等と
の接着性、上層を構成するITOとの接着性、液晶セル
を構成するためのエポキシ封止剤との接着性、画素不純
物成分との遮断性、平滑性、耐光性、耐湿熱性、耐溶剤
性、耐薬品性、強靭性および透明性、液晶セルを構成す
る際の後工程に要求される熱処理への耐熱性等の幅広い
特性が要求される。ガラス基板への保護膜としても同様
の特性が要求され、このような保護膜を形成せしめる熱
硬化性組成物として、特に耐熱性の見地からシロキサン
ポリマ前駆体やシリコ−ンポリイミド前駆体等の提案が
行なわれている。シロキサンポリマ前駆体のひとつであ
るポリアルキルシルセスキオキサン前駆体としては、例
えば特開昭63−241076号、特開平3−1266
12号、特開平3−188179号公報等に示されるご
とく広く知られており、また特開昭61−103927
号公報および特開昭63−291922号公報にはシリ
コ−ンポリイミド前駆体の製造方法が開示されている。
さらに特開昭63−291924号公報には特にカラ−
フィルタ−の保護膜形成を主たる目的としたシロキサン
ポリマ前駆体とシリコ−ンポリイミド前駆体からなる硬
化性組成物の提案が行なわれている。特開昭63−29
1924号公報において提案される硬化性組成物は総合
的に優れたカラ−フィルタ−保護膜を与えるものである
が、塗液組成物としての塗布性や上下層構成成分との接
着性、カラ−フィルタ−保護膜形成用塗液組成物として
の保存性等に問題点が残り、その改良が望まれていた。
素子における透明基板やカラ−フィルタ−などの保護膜
を形成するのに好適な熱硬化性組成物に関するものであ
り、特に塗布性が良好で接着性の改良された保護膜を与
え、また保存安定性に優れた熱硬化性組成物を提供する
ものである。
少なくとも下記のA、B、C成分を含有することを特徴
とする熱硬化性組成物により達成される。
ー B:多価カルボン酸 C:分子内に少なくとも1個以上の1級アミノ基あるい
は2級アミノ基を有するケイ素化合物
被膜を与えるシロキサンポリマ前駆体、特にオルガノシ
ルセスキオキサンオリゴマーに注目し、この被膜の問題
点である靭性と接着性を改良するために耐熱性有機構造
を被膜中に導入することを意図して、鋭意検討した結
果、上記の構成で容易にこれら問題点を回避できること
を見出だし本発明に到達したものである。
ルガノシルセスキオキサンオリゴマーは特に限定される
ものでは無く公知のオルガノシルセスキオキサンオリゴ
マーが広く使用できるが、下記一般式で示されるオルガ
ノトリアルコキシシランを [RSi(OR´)3 ] (1) (ただし、R、R´は同一もしくは異なっていてもよ
く、それぞれ水素、アルキル基、アリ−ル基、アリル基
またはフルオロアルキル基である。)加水分解・縮合ま
たは縮合せしめて得られるオリゴマーが好ましく使用さ
れる。原料成分のオルガノトリアルコキシシランの具体
例としては、メチルトリメトキシシラン、メチルトリエ
トキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリ
エトキシシラン、フェニルトリメトキシシラン、フェニ
ルトリエトキシシラン、フェニルトリメトキシシラン、
トリフルオロメチルメトキシシラン、トリフルオロエチ
ルトリメトキシシラン、γ−メタアクリルオキシプロピ
ルトリメトキシシラン、γ−メタアクリルオキシプロピ
ルトリエトキシシラン等を挙げることができるがこれら
に限定されるものでは無い。またテトラメトキシシラ
ン、テトラエトキシシラン、ジメチルジエトキシシラ
ン、ジメチルジメトキシシラン、ジフェニルジメトキシ
シランのようなテトラアルコキシシランあるいはジアル
コキシシランを併用することも可能である。
化合物の少なくとも一部として、フェニルトリエトキシ
シラン、フェニルトリメトキシシランのようなフェニル
トリアルコキシシランおよびメチルトリエトキシシラ
ン、メチルトリメトキシシランのようなメチルトリアル
コキシシランを併用することが、接着性と保存安定性の
良好な熱硬化性組成物溶液を得るために有用であり、か
つ本組成物から得られる被膜の靭性を向上することがで
きる。
価カルボン酸としては公知の多価カルボン酸が広く使用
できるが、具体的にはピロメリット酸、3,3´,4,
4´−ベンゾフェノンテトラカルボン酸、3,3´,
4,4´−ビフェニルテトラカルボン酸、3,3´,
4,4´−ジフェニルエ−テルテトラカルボン酸、1,
2,3,4−シクロブタンテトラカルボン酸、1,2,
3,4−ブタンテトラカルボン酸、トリメリット酸、フ
マール酸、マレイン酸、もしくはこれらの混合物等を挙
げることができ、特に芳香族テトラカルボン酸、脂肪族
テトラカルボン酸、芳香族トリカルボン酸、マレイン酸
あるいはフマール酸から選ばれた少なくとも一つである
ことが望ましい。これら多価カルボン酸は、酸無水物の
状態で使用され、熱硬化性組成物の調製工程で加水分解
あるいは部分エステル化を受けたものであっても良い。
分として混合添加されても良いが、オルガノシルセスキ
オキサンオリゴマー合成における原料オルガノトリアル
コキシシランの加水分解あるいは加水分解・縮合の触媒
として使用されることが好ましく、このような使用方法
を採用することは、塗布性や保存安定性の優れた熱硬化
性組成物溶液を得るために有用である。
子内に少なくとも1個以上の1級アミノ基あるいは2級
アミノ基を有するケイ素化合物としては、下記一般式
(2)で表わされるアミノアルキルアルコキシシラン、
アミノアリールアルコキシシラン(両者をあわせて「ア
ミノオルガノアルコキシシラン」という)、これらの加
水分解物および/または加水分解縮合物が好ましく使用
され、 [R1 n Si(OR2 )]4-n ] (2) (ただし、R1 は有機基を示し、 それぞれ同一でも異
なっていてもよく、少なくとも一つの有機基はアミノア
ルキル基、N−アルキル−アミノアルキル基、アミノア
リール基またはN−アルキル−アミノアリール基であ
り、その他はアルキル基、アリ−ル基、アリル基、フル
オロアルキル基から選ばれる有機基である。R2 は同一
でも異なっていてもよく、それぞれ水素、アルキル基、
アリ−ル基、アリル基、フルオロアルキル基から選ばれ
る基である。またn は1〜3の整数である)。
シシラン、γ−アミノプロピルメチルジエトキシシラ
ン、N−β(アミノエチル)γ−アミノプロピルメチル
ジメトキシシラン、N−β(アミノエチル)γ−アミノ
プロピルトリメトキシシラン、γ−アミノプロピルトリ
メトキシシラン、γ−アミノプロピルメチルジメトキシ
シラン、2−アミノエチルアミノメチルトリメチルシラ
ン、2−アミノエチルアミノメチルトリメトキシシラ
ン、3−アミノプロピルジメチルエトキシシラン、2−
(2−アミノエチルチオエチル)トリエトキシシラン
等、あるいはこれらの加水分解物および/または加水分
解縮合物が使用できるが、これらの化合物に限定される
ものでは無い。
級アミノ基あるいは2級アミノ基を有するケイ素化合物
は、A成分のオルガノシルセスキオキサンオリゴマーと
B成分の多価カルボン酸からなる溶液に添加混合して、
好ましくは添加混合・反応せしめて熱硬化性組成物とす
るものである。分子内に少なくとも1個以上の1級アミ
ノ基あるいは2級アミノ基を有するケイ素化合物の構造
としてはオルガノシルセスキオキサンオリゴマー成分の
一部との共縮合物となるものであることが好ましい。
基あるいは2級アミノ基を有するケイ素化合物の使用量
としては該化合物のアミノ基が多価カルボン酸のカルボ
キシ基と当量、あるいは多価カルボン酸のカルボキシ基
がオルソ位のごとく隣接する際には1/2当量であるこ
とが好ましい。
は、特に限定されるものではないが好ましくは、有機溶
剤中で多価カルボン酸を触媒としてオルガノトリアルコ
キシシラン類を加水分解あるいは加水分解・縮合させた
後、アミノオルガノアルコキシシランを添加・混合、あ
るいは添加・混合・加熱反応せしめて得られるものであ
る。ここでアミノオルガノアルコキシシランの添加時期
としてはオルガノトリアルコキシシラン類の加水分解
前、加水分解中、加水分解・縮合中であっても良く、い
ずれの方法においても本発明の熱硬化性組成物が得られ
るものである。
水分解・縮合条件としては多価カルボン酸あるいは多価
カルボン酸無水物の加水分解物の存在下に、必要量の水
を加えて0〜130℃の条件で撹拌してやることにより
容易に行なうことができる。加水分解に使用する水の量
は原料成分のオルガノトリアルコキシシランおよびオル
ガノアミノアルコキシシランのアルコキシ基に対して1
/2当量以上であることが好ましいが、特に使用量を限
定するものでは無く、1/2当量よりも少い量の水が使
用された場合はアルコキシ基の残存するポリオルガノシ
ロキサンが得られるものである。また必要に応じて生成
したアルコ−ルあるいは水を常圧あるいは減圧下で留去
せしめても良い。
の構造としては側鎖あるいは末端にアミノ基を有するシ
ロキサンオリゴマーとオルガノシルセスキオキサンオリ
ゴマーの混合物および/またはこれらの共縮合物と多価
カルボン酸の塩構造を有するものであるが、このような
構造に限定されるものでは無い。
してはアルキルトリアルコキシシランあるいはアリール
トリアルコキシシランのごときオルガノトリアルコキシ
シラン、多価カルボン酸ないしその無水物および分子内
に1個以上の第1級アミノ基ないし第2級アミノ基と1
個以上のアルコキシ基を有するケイ素化合物を有機溶剤
中で加水分解・縮合して得られる組成物である。
る有機溶剤は特に限定されるものではないが、塗布性の
良好なコ−テイング用組成物を得るために好ましく使用
される溶剤主成分としては分子内に少なくとも一個の水
酸基と少なくとも一個のエーテル結合を有する沸点10
0〜300℃の液体が挙げられる。このような有機溶剤
成分としては、例えば3−メチル−3−メトキシブタノ
−ル、プロピレングリコ−ル−モノ−メチルエ−テル、
ジプロピレングリコ−ル−モノ−メチルエ−テル、トリ
プロピレングリコ−ル−モノ−メチルエ−テル、プロピ
レングリコ−ル−モノ−3級−ブチルエ−テル、エチル
セロソルブ、ブチルセロソルブ、メチルカルビト−ル、
エチルカルビト−ル等が挙げられるがこれらに限定され
るものではない。また特に本発明の熱硬化性組成物の調
製においてはN−メチルピロリドン、γブチロラクト
ン、N,N−ジメチルアセトアミド等の極性溶剤を併用
しても良い。
改良するために公知の界面活性剤、その他の添加剤を使
用することができる。
定性に優れ、基板塗布後、通常、加熱により硬化するも
のであり、硬化膜は耐熱性、透明性を兼ね備え、接着
性、靭性に優れ、さらには電気的性質も良好なので、液
晶表示素子に用いられる透明基板やカラーフィルタの保
護膜形成用材料として有用であるが、半導体固体素子の
絶縁膜、パッシベーション膜、バッファ膜、半導体集積
回路または多層プリント配線板の層間絶縁膜、光導波路
形成用材料、位相シフター用材料、さらには各種電子部
品の保護膜としても用いることができる。
いる場合には、ガラスなどの透明基板の上の着色層およ
び必要に応じて該着色層の間隙に設けられた遮光層の上
に、本発明の熱硬化性組成物を塗布、硬化させて透明保
護膜とする。
明する。
フェニルトリメトキシシラン59.4g(0.3モ
ル)、3,3´,4,4´−ベンゾフェノンテトラカル
ボン酸2無水物4.83g(0.015モル)を3−メ
チル−3−メトキシブタノ−ル200gに溶解し、30
℃で撹拌しながら、34.2gの蒸留水を加え、1時間
加熱撹拌し、加水分解・縮合を行なった。
て2時間後にバス温135℃として2時間、加熱攪拌
し、生成したアルコ−ルと水61.5gを留去させ、
3,3´,4,4´−ベンゾフェノンテトラカルボン酸
を含有するオルガノシルセスキオキサンオリゴマー溶液
とした。この溶液を80℃まで冷却して、γ−アミノプ
ロピルメチルジエトキシシラン5.76g(0.03モ
ル)と3−メチル−3−メトキシブタノ−ル57.3g
の混合液を添加して、同温度で2時間加熱、攪拌し、室
温に冷却し、有機構造変性のオルガノシルセスキオキサ
ンオリゴマー溶液を得た。このように得られた溶液の固
形分濃度を300℃、30分加熱の溶剤除去法で測定す
ると21.5重量%であり、粘度は21センチポイズ
(25℃)であった。
キサンオリゴマー溶液を、孔径0.2μのフィルタ−で
濾過しコ−テイング塗液を調製した。この塗液を1mm
厚みの無アルカリガラス板上にスピンコ−タで塗布し、
100℃熱風乾燥機中で5分間プレキュアした後290
℃で1時間のキュアを行ない1.5μmの塗膜を形成さ
せた。この塗膜は塗布ムラや欠点がなく、400〜80
0nmの可視領域で98%以上の光透過性を示し、鉛筆
引っ掻き硬度は3Hを示した。ガラス板への接着性をテ
−プ剥離によるゴバン目試験(JIS K−5400)
で評価したが、剥離は全く見られなかった。これらの特
性は220℃のギヤオ−ブン中で200時間加熱処理し
ても低下することがなく、また120℃、2気圧、10
0%RH、96時間の湿熱処理を行なっても低下しなか
った。
用エポキシ樹脂を1mm幅8μm厚みに塗布・キュアさ
せて剥離力を測定したところ、2Kg/cm以上の実用
強度を示し、この接着性は120℃、2気圧、100%
RH、24時間の湿熱処理を行なっても低下しなかっ
た。
℃)で30日間放置した後、同様の塗布と評価を行い、
同様特性の塗膜が得られることを確認した。
わりに、該ガラス板上に蒸着クロムのブラックマトリッ
クスとポリイミドをバインダ−成分とする顔料分散タイ
プのRGB画素を形成させたカラ−フィルタ−を使用し
て、このカラ−フィルタ−上に同様の塗布とプレキュア
・キュアを行なったところ、その特性は無アルカリガラ
ス板上被膜とほぼ同様であった。
ボン酸2無水物4.83g(0.015モル)を使用し
ないで、同様の実験を行なったが、得られた溶液はゲル
状物を含有し、孔径0.2μのフィルタ−での濾過がで
きなかった。またこの有機構造変性のオルガノシルセス
キオキサンオリゴマー溶液を室温で1週間放置しておい
たところゲル化固体化していた。
シラン5.76g(0.03モル)を使用しないで、同
様の実験を行なった。得られた溶液を使用して無アルカ
リガラス基板上で同様の塗布と評価を行なったところ、
120℃、2気圧、100%RH、24時間の湿熱処理
後のゴバン目試験(JIS K−5400)で100%
の塗膜剥離が生じた。
ェニルトリメトキシシラン198g(1.0モル)、
3,3´,4,4´−ベンゾフェノンテトラカルボン酸
2無水物32.2g(0.1モル)をγ−ブチロラクト
ン140g、3−メチル−3−メトキシブタノ−ル42
1gに溶解し、30℃で撹拌しながら、118gの蒸留
水を加え、1時間加熱撹拌し、加水分解・縮合を行なっ
た。
て2時間後にバス温135℃として2時間、加熱攪拌
し、生成したアルコ−ルと水215gを留去させ、3,
3´,4,4´−ベンゾフェノンテトラカルボン酸を含
有するオルガノシルセスキオキサンオリゴマー溶液とし
た。この溶液を80℃まで冷却して、γ−アミノプロピ
ルメチルジエトキシシラン38.3g(0.2モル)を
γ−ブチロラクトン133g、3−メチル−3−メトキ
シブタノ−ル355gの混合液を添加して、同温度で2
時間加熱、攪拌し、室温に冷却した後、3−メチル−3
−メトキシブタノ−ル60gで稀釈して、有機構造変性
のオルガノシルセスキオキサンオリゴマー溶液を得た。
このように得られた溶液の固形分濃度を300℃、30
分加熱の溶剤除去法で測定すると19.1重量%であ
り、粘度は18センチポイズ(25℃)であった。
キサンオリゴマー溶液を、孔径0.2μのフィルタ−で
濾過しコ−テイング塗液を調製した。この塗液を1mm
厚みの無アルカリガラス板上にスピンコ−タで塗布し、
100℃熱風乾燥機中で5分間プレキュアした後290
℃で1時間のキュアを行ない1.5μmの塗膜を形成さ
せた。この塗膜は欠点がなく良好な平坦性(±0.05
μm以下)を有し、400〜800nmの可視領域で9
7%以上の光透過性を示し、鉛筆引っ掻き硬度は3Hを
示した。ガラス板への接着性をテ−プ剥離によるゴバン
目試験(JISK−5400)で評価したが、剥離は全
く見られなかった。これらの特性は220℃のギヤオ−
ブン中で200時間加熱処理しても低下することがな
く、また120℃、2気圧、100%RH、96時間の
湿熱処理を行なっても低下しなかった。
用エポキシ樹脂を1mm幅8μm厚みに塗布・キュアさ
せて剥離力を測定したところ、2Kg/cm以上の実用
強度を示し、この接着性は120℃、2気圧、100%
RH、24時間の湿熱処理を行なっても低下しなかっ
た。
℃)で30日間放置した後、同様の塗布と評価を行い、
同様特性の塗膜が得られることを確認した。
わりに、該ガラス板上に蒸着クロムのブラックマトリッ
クスとポリイミドをバインダ−成分とする顔料分散タイ
プのRGB画素を形成させたカラ−フィルタ−を使用し
て、このカラ−フィルタ−上に同様の塗布とプレキュア
・キュアを行なった。当初ブラックマトリックスと画素
の段差は1.5μmであったが該コ−テイング膜形成後
の段差は0.3μmとなった。その他の特性は無アルカ
リガラス板上被膜とほぼ同様であった。
ボン酸2無水物32.2g(0.1モル)の代わりにト
リメリット酸20.0g(0.1モル)を使用して、ほ
ぼ同様の結果を得た。
ボン酸2無水物32.2g(0.1モル)の代わりに無
水マレイン酸9.8g(0.1モル)を使用して、ほぼ
同様の結果を得た。
シラン38.3g(0.2モル)の代わりにN−β(ア
ミノエチル)γ−アミノプロピルメチルジエトキシシラ
ン46.9g(0.2モル)を使用して、ほぼ同様の結
果を得た。
Claims (14)
- 【請求項1】 少なくとも下記のA、B、C成分を含有
することを特徴とする熱硬化性組成物。 A:オルガノシルセスキオキサンオリゴマー B:多価カルボン酸 C:分子内に少なくとも1個以上の1級アミノ基または
2級アミノ基を有するケイ素化合物 - 【請求項2】 A成分のオルガノシルセスキオキサンオ
リゴマーが下記一般式(1)で表わされる化合物の加水
分解・縮合物または縮合物であることを特徴とする請求
項1記載の熱硬化性組成物。 [RSi(OR´)3 ] (1) (ただし、R、R´は同一もしくは異なっていてもよ
く、それぞれ水素、アルキル基、アリ−ル基、アリル基
またはフルオロアルキル基である。) - 【請求項3】 A成分のオルガノシルセスキオキサンオ
リゴマーがメチルトリアルコキシシランおよびフェニル
トリアルコキシシランの加水分解・縮合物または縮合物
であることを特徴とする請求項1記載の熱硬化性組成
物。 - 【請求項4】 A成分のオルガノシルセスキオキサンオ
リゴマーが多価カルボン酸を触媒としてオルガノトリア
ルコキシシランを加水分解・縮合せしめて得られるオル
ガノシルセスキオキサンオリゴマーであることを特徴と
する請求項1記載の熱硬化性組成物。 - 【請求項5】 B成分の多価カルボン酸が芳香族テトラ
カルボン酸、芳香族トリカルボン酸、脂肪族テトラカル
ボン酸、マレイン酸およびフマール酸からなる群から選
ばれた化合物であることを特徴とする請求項1記載の熱
硬化性組成物。 - 【請求項6】 C成分の分子内に少なくとも1個以上の
1級アミノ基あるいは2級アミノ基を有するケイ素化合
物が、下記一般式(2)で表わされるアミノアルキルア
ルコキシシラン、アミノアリールアルコキシシラン、こ
れらの加水分解物、または加水分解縮合物であることを
特徴とする請求項1記載の熱硬化性組成物。 [R1 n Si(OR2 )]4-n ] (2) (ただし、R1 は有機基を示し、それぞれ同一でも異な
っていてもよく、少なくとも一つの有機基はアミノアル
キル基、N−アルキル−アミノアルキル基、アミノアリ
ール基またはN−アルキル−アミノアリール基であり、
その他はアルキル基、アリ−ル基、アリル基、フルオロ
アルキル基から選ばれる有機基である。R2 は同一でも
異なっていてもよく、それぞれ水素、アルキル基、アリ
−ル基、アリル基、フルオロアルキル基から選ばれる基
である。またn は1〜3の整数である)。 - 【請求項7】 熱硬化性組成物が分子中に少なくとも1
個の水酸基および少なくとも1個のエ−テル結合を有す
る沸点100〜300℃の液体を溶剤成分として含むこ
とを特徴とする請求項1記載の熱硬化性組成物。 - 【請求項8】 請求項1記載の熱硬化性組成物からなる
カラーフィルタ保護膜用熱硬化性組成物 - 【請求項9】 請求項1記載の熱硬化性組成物からなる
半導体固体素子の絶縁膜、パッシベーション膜またはバ
ッファ膜用熱硬化性組成物。 - 【請求項10】 請求項1記載の熱硬化性組成物からな
る半導体集積回路または多層プリント配線板の層間絶縁
膜用熱硬化性組成物。 - 【請求項11】 請求項1記載の熱硬化性組成物からな
る光導波路形成用熱硬化性組成物。 - 【請求項12】 少なくとも、オルガノトリアルコキシ
シランを有機溶剤中で多価カルボン酸および/または多
価カルボン酸無水物の存在下に加水分解または加水分解
・縮合させた後、アミノアルキルアルコキシシランおよ
び/またはアミノアリーラウアルコキシシランを添加・
反応せしめることを特徴とする請求項1記載の熱硬化性
組成物の製造方法。 - 【請求項13】 有機溶剤中で、少なくともオルガノト
リアルコキシシラン、多価カルボン酸および/または多
価カルボン酸無水物、および分子内に1個以上の第1級
アミノ基および/または第2級アミノ基と1個以上のア
ルコキシ基を有するケイ素化合物を加水分解・縮合させ
ることを特徴とする請求項1記載の熱硬化性組成物の製
造方法。 - 【請求項14】 透明基板上に少なくとも着色層および
保護膜をこの順に設けたカラーフィルタにおいて、該保
護膜が請求項8記載のカラーフィルタ保護膜用熱硬化性
組成物を硬化してなることを特徴とするカラーフィル
タ。
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---|---|---|---|
JP6995695A JP3724004B2 (ja) | 1995-03-28 | 1995-03-28 | 熱硬化性組成物、その製造方法およびカラーフィルタ |
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