KR20150037025A - 플렉서블 기판을 포함하는 유기 발광 소자 및 이의 제조방법 - Google Patents
플렉서블 기판을 포함하는 유기 발광 소자 및 이의 제조방법 Download PDFInfo
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Abstract
본 출원은 플렉서블 유기 발광 소자 및 이의 제조방법에 관한 것이다. 본 출원에 따른 플렉서블 유기 발광 소자는, 플라스틱 기판; 상기 플라스틱 기판 상에 구비된 평탄층; 및 상기 평탄층 상에 구비된 유기 발광 소자를 포함한다.
Description
본 출원은 플렉서블 기판을 포함하는 유기 발광 소자 및 이의의 제조방법에 관한 것이다.
유기 발광 소자는 두 개의 반대 전극과 그 사이에 존재하는 다층의 반도체적 성질을 갖는 유기물의 박막들로 구성되어 있다. 이와 같은 구성의 유기 발광 소자는 유기 물질을 이용하여 전기 에너지를 빛 에너지로 전환시켜주는 현상, 즉 유기 발광 현상을 이용한다. 구체적으로, 양극과 음극 사이에 유기물층을 위치시킨 구조에 있어서 두 전극 사이에 전압을 걸어주게 되면 양극에서는 정공이, 음극에서는 전자가 유기물층에 주입되게 된다. 주입된 정공과 전자가 만났을 때 엑시톤(exciton)이 형성되고, 이 엑시톤이 다시 바닥 상태로 떨어질 때 빛이 나게 된다.
상기와 같은 유기 발광 소자에서는 유기물층에서 생성된 빛이 광 투과성 전극을 통하여 방출하게 되며, 유기 발광 소자는 통상 전면 발광(top emission), 후면 발광(bottom emisstion) 및 양면 발광형으로 분류할 수 있다. 전면 또는 후면 발광형의 경우는 두 개의 전극 중 하나가 광 투과성 전극이어야 하며, 양면 발광형의 경우는 두 개의 전극이 모두 광 투과성 전극이어야 한다.
상기와 같은 유기 발광 소자에 대해서는 다층 구조를 사용하는 경우 저전압에서 구동할 수 있다는 코닥사의 발표 이래 많은 연구가 집중되어 왔으며, 최근에는 유기 발광 소자를 이용한 천연색 디스플레이가 휴대용 전화기에 부착되어 상용화되고 있다.
또한, 최근의 유기 발광 소자는 기존의 형광 물질을 이용하는 대신 인광 물질의 이용에 대한 연구가 진행되면서 효율의 향상이 급격히 이루어지고 있으며, 가까운 미래에는 기존의 조명을 대체할 수 있다는 예상도 나오고 있다.
유기 발광 소자가 조명으로 이용되기 위해서는 기존의 천연색 디스플레이와는 달리 고휘도에서 소자를 구동하여야 하며, 기존의 조명과 같이 일정한 휘도를 유지하여야 한다. 유기 발광 소자의 휘도를 충분히 향상시키기 위해서는 넓은 면적에서 발광이 이루어져야 하고, 이와 같이 넓은 면적에서 발광이 이루어지게 하기 위해서는 높은 구동 전류를 이용해야 한다. 또한, 넓은 면적에서 일정한 휘도를 유지하기 위해서는 상기와 같은 높은 전류가 넓은 면적의 소자에 균일하게 주입되어야 한다.
당 기술분야에서는 제조공정을 단순화하여 공정비용을 절감할 수 있고, 플렉서블한 특성을 가지는 기판을 포함하는 유기 발광 소자에 대한 연구가 필요하다.
이에 본 출원은,
플라스틱 기판;
상기 플라스틱 기판 상에 구비된 평탄층; 및
상기 평탄층 상에 구비된 유기 발광 소자
를 포함하는 플렉서블(flexible) 유기 발광 소자.
또한, 본 출원은,
a) 플라스틱 기판 상에 평탄층을 형성하는 단계; 및
b) 상기 평탄층 상에 유기 발광 소자를 형성하는 단계
를 포함하는 플렉서블(flexible) 유기 발광 소자의 제조방법을 제공한다.
또한, 본 출원은 상기 플렉서블 유기 발광 소자를 포함하는 디스플레이 장치를 제공한다.
또한, 본 출원은 상기 플렉서블 유기 발광 소자를 포함하는 조명 장치를 제공한다.
본 출원에 따르면, 제조공정을 단순화하여 공정비용을 절감할 수 있고, 플렉서블한 특성을 가지는 기판을 포함하는 유기 발광 소자를 제공할 수 있다.
또한, 본 출원에 따르면, 플라스틱 기판 상에 평탄층을 포함함으로써, 플라스틱 기판의 거칠기를 개선할 수 있다. 이에 따라, 상기 플라스틱 기판의 거칠기에 따른 유기 발광 소자에 다크 스팟(dark spot)의 불량을 개선할 수 있다.
도 1은 본 출원의 일구체예에 따른 플렉서블 유기 발광 소자를 개략적으로 나타낸 도이다.
도 2는 본 출원의 일구체예에 따른 플렉서블 유기 발광 소자의 제조방법을 개략적으로 나타낸 도이다.
도 2는 본 출원의 일구체예에 따른 플렉서블 유기 발광 소자의 제조방법을 개략적으로 나타낸 도이다.
이하 본 출원에 대해서 자세히 설명한다.
최근 디스플레이 분야에서 제품의 경량화 및 소형화가 중요시 되고 있으나 현재 사용되고 있는 유리 기판의 경우 무겁고 잘 깨지며 연속공정이 어렵다는 단점이 있기 때문에 유리 기판을 대체하여 가볍고 유연하며 연속공정이 가능한 장점을 갖는 플라스틱 기판을 핸드폰, 노트북, PDA 등에 적용하기 위한 연구가 활발히 진행되고 있다.
따라서, 당 기술분야에서는 제조공정을 단순화하여 공정비용을 절감할 수 있고, 플렉서블한 특성을 가지는 기판을 포함하는 유기 발광 소자에 대한 연구가 필요하다.
본 출원의 일 실시상태에 따른 플렉서블(flexible) 유기 발광 소자는, 플라스틱 기판; 상기 플라스틱 기판 상에 구비된 평탄층; 및 상기 평탄층 상에 구비된 유기 발광 소자를 포함한다.
본 출원에 있어서, 상기 플라스틱 기판은 PET(polyethylene terephthalate), 폴리에스테르(polyester), PC(Polycarbonate), PI(polyimide), PEN(polyethylene naphthalate), PEEK(polyether ether ketone), PAR(polyarylate), PCO(polycyclicolefin), 폴리노보넨(polynorbornene), PES(polyethersulphone) 및 COP(cycloolefin polymer)로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있으나, 이에만 한정되는 것은 아니다.
일반적으로, 상기 플라스틱 기판은 그 표면에 자체적으로 거칠기(roughness)를 가지고 있다. 이러한 플라스틱 기판의 표면 거칠기는 유기 발광 소자 제조 후 다크 스팟(dark spot)를 발생하는 원인이 되므로, 본 출원에서는 상기 평탄층을 통하여 이를 개선하고자 하였다.
본 출원에 있어서, 상기 플라스틱 기판 및 평탄층은 동일한 재료를 포함할 수 있을 뿐만 아니라, 서로 상이한 재료를 포함할 수도 있다.
보다 구체적으로, 상기 평탄층은 PET(polyethylene terephthalate), 폴리에스테르(polyester), PC(Polycarbonate), PI(polyimide), PEN(polyethylene naphthalate), PEEK(polyether ether ketone), PAR(polyarylate), PCO(polycyclicolefin), 폴리노보넨(polynorbornene), PES(polyethersulphone) 및 COP(cycloolefin polymer)로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있으나, 이에만 한정되는 것은 아니다.
상기 평탄층은 플라스틱 필름을 플라스틱 기판 상에 라미네이션 하여 형성할 수 있다. 또한, 상기 평탄층은 졸-겔(sol-gel) 또는 증착공정에 의하여 형성할 수 있다. 상기 증착공정은 화학기상증착, 물리기상증착 등을 들 수 있으나, 이에만 한정되는 것은 아니다.
본 출원에 있어서, 상기 유기 발광 소자는, 상기 평탄층 상에 애노드, 유기물층 및 캐소드가 순차적으로 구비되고, 상기 평탄층의 굴절율은 애노드의 굴절율보다 높은 값을 가질 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 평탄층의 굴절율은 1.7 이상일 수 있으나, 이에만 한정되는 것은 아니다.
상기 평탄층 상의 거칠기 값은 5nm 이하일 수 있고, 1nm 이하일 수 있으나, 이에만 한정되는 것은 아니다.
본 출원에 있어서, 상기 유기 발광 소자는 애노드, 1층 이상의 유기물층 및 캐소드를 포함할 수 있다.
상기 애노드는 마그네슘, 칼슘, 나트륨, 칼륨, 타이타늄, 인듐, 이트륨, 리튬, 가돌리늄, 알루미늄, 백금, 금, 텅스텐, 탄탈륨, 구리, 은, 주석 및 납 중에서 선택된 1종 이상으로 형성될 수 있다.
또한, 애노드는 투명 전도성 산화물로 형성될 수도 있다. 여기서, 상기 투명 전도성 산화물은 인듐(In), 주석(Sn), 아연(Zn), 갈륨(Ga), 세륨(Ce), 카드뮴(Cd), 마그네슘(Mg), 베릴륨(Be), 은(Ag), 몰리브덴(Mo), 바나듐(V), 구리(Cu), 이리듐(Ir), 로듐(Rh), 루세늄(Ru), 텅스텐(W), 코발트(Co), 니켈(Ni), 망간(Mn), 알루미늄(Al), 및 란탄(La) 중에서 선택된 적어도 하나의 산화물일 수 있다.
상기 애노드는 스퍼터링(Sputtering)법, 전자-빔 증착법(E-beam evaporation), 열 증착법(Thermal evaporation), 레이저 분자 빔 증착법(Laser Molecular Beam Epitaxy, L-MBE), 및 펄스 레이저 증착법(Pulsed Laser Deposition, PLD) 중에서 선택된 어느 하나의 물리 기상 증착법(Physical Vapor Deposition, PVD); 열 화학 기상 증착법(Thermal Chemical Vapor Deposition), 플라즈마 화학 기상 증착법(Plasma-Enhanced Chemical Vapor Deposition, PECVD), 광 화학 기상 증착법(Light Chemical Vapor Deposition), 레이저 화학 기상 증착법(Laser Chemical Vapor Deposition), 금속-유기 화학 기상 증착법(Metal-Organic Chemical Vapor Deposition, MOCVD), 및 수소화물 기상 증착법(Hydride Vapor Phase Epitaxy, HVPE) 중에서 선택된 어느 하나의 화학 기상 증착법(Chemical Vapor Deposition); 또는 원자층 증착법(Atomic Layer Deposition, ALD)을 이용하여 형성할 수 있다
상기 애노드의 저항 개선을 위하여 보조전극을 추가로 포함할 수 있다. 상기 보조전극은 전도성 실란트(sealant) 및 금속으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 증착 공정 또는 프린팅 공정을 이용하여 형성할 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 보조전극은 Cr, Mo, Al, Cu, 이들의 합금 등을 포함할 수 있으나, 이에만 한정되는 것은 아니다.
상기 보조전극 상에 절연층을 추가로 포함할 수 있다. 상기 절연층은 당 기술분야에 알려진 재료 및 방법을 이용하여 형성될 수 있다. 보다 구체적으로, 일반적인 포토 레지스트 물질; 폴리이미드; 폴리아크릴; 실리콘 나이트라이드; 실리콘 옥사이드; 알루미늄 옥사이드; 알루미늄 나이트라이드; 알카리 금속 산화물; 알카리토금속 산화물 등을 이용하여 형성될 수 있으나, 이에만 한정되는 것은 아니다. 상기 절연층의 두께는 10nm ~ 10㎛일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 유기물층의 구체적인 물질, 형성방법은 특별히 제한되는 것은 아니고, 당 기술분야에 널리 알려진 물질 및 형성방법을 이용할 수 있다.
상기 유기물층은 다양한 고분자 소재를 사용하여 증착법이 아닌 용매 공정(solvent process), 예컨대 스핀 코팅, 딥 코팅, 닥터 블레이딩, 스크린 프린팅, 잉크젯 프린팅 또는 열 전사법 등의 방법에 의하여 더 적은 수의 층으로 제조할 수 있다.
상기 유기물층은 발광층을 포함하고, 정공 주입층, 정공 수송층, 전자 수송층 및 전자 주입층 중에서 선택된 하나 이상을 포함하는 적층 구조일 수 있다.
상기 정공 주입층을 형성할 수 있는 물질로는 통상 유기물층으로 정공 주입이 원활할 수 있도록 일함수가 큰 물질이 바람직하다. 상기 정공 주입 물질의 구체적인 예로는 바나듐, 크롬, 구리, 아연, 금과 같은 금속 또는 이들의 합금; 아연 산화물, 인듐 산화물, 인듐 주석 산화물(ITO), 인듐 아연 산화물(IZO)과 같은 금속 산화물; ZnO : Al 또는 SnO2 : Sb와 같은 금속과 산화물의 조합; 폴리(3-메틸티오펜), 폴리[3,4-(에틸렌-1,2-디옥시)티오펜](PEDT), 폴리피롤 및 폴리아닐린과 같은 전도성 고분자 등이 있으나, 이들에만 한정되는 것은 아니다.
상기 전자 주입층을 형성할 수 있는 물질로는 통상 유기물층으로 전자 주입이 용이하도록 일함수가 작은 물질인 것이 바람직하다. 상기 전자 주입 물질의 구체적인 예로는 마그네슘, 칼슘, 나트륨, 칼륨, 티타늄, 인듐, 이트륨, 리튬, 가돌리늄, 알루미늄, 은, 주석 및 납과 같은 금속 또는 이들의 합금; LiF/Al 또는 LiO2/Al과 같은 다층 구조 물질 등이 있고, 정공 주입 전극 물질과 동일한 물질을 사용할 수도 있으나, 이들에만 한정되는 것은 아니다.
상기 발광층을 형성할 수 있는 물질로는 정공 수송층과 전자 수송층으로부터 정공과 전자를 각각 수송받아 결합시킴으로써 가시광선 영역의 빛을 낼 수 있는 물질로서, 형광이나 인광에 대한 양자 효율이 좋은 물질이 바람직하다. 구체적인 예로는 8-히드록시-퀴놀린 알루미늄 착물(Alq3); 카르바졸 계열 화합물; 이량체화 스티릴(dimerized styryl) 화합물; BAlq; 10-히드록시벤조 퀴놀린-금속 화합물; 벤족사졸, 벤즈티아졸 및 벤즈이미다졸 계열의 화합물; 폴리(p-페닐렌비닐렌)(PPV) 계열의 고분자; 스피로(spiro) 화합물; 폴리플루오렌, 루브렌; 인광 호스트 CBP[[4,4'-bis(9-carbazolyl)biphenyl]; 등이 있으나, 이들에만 한정되는 것은 아니다.
또한, 상기 발광 물질은 형광 또는 인광 특성을 향상시키기 위해 인광 도판트 또는 형광 도판트를 추가로 포함할 수 있다. 상기 인광 도판트의 구체적인 예로는 ir(ppy)(3)(fac tris(2-phenylpyridine) iridium) 또는 F2Irpic[iridium(Ⅲ)bis(4,6-di-fluorophenyl-pyridinato-N,C2) picolinate] 등이 있다. 형광 도판트로는 당 기술분야에 알려진 것들을 사용할 수 있다.
상기 전자 수송층을 형성할 수 있는 물질로는 전자 주입층으로부터 전자를 잘 주입 받아 발광층으로 옮겨줄 수 있는 물질로서, 전자에 대한 이동성이 큰 물질이 적합하다. 구체적인 예로는 8-히드록시퀴놀린의 Al 착물; Alq3를 포함한 착물; 유기 라디칼 화합물; 히드록시플라본-금속 착물 등이 있으나, 이들에만 한정되는 것은 아니다.
상기 캐소드는 Al, Ag, Ca, Mg, Au, Mo, Ir, Cr, Ti, Pd, 이들의 합금 등을 1종 이상 포함할 수 있으나, 이에만 한정되는 것은 아니다.
본 출원의 일구체예에 따른 플렉서블 유기 발광 소자를 하기 도 1에 개략적으로 나타내었다.
본 출원에 따른 플렉서블 유기 발광 소자는 광추출 구조를 추가로 포함할 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 평탄층과 유기 발광 소자 사이에 광추출층을 추가로 포함할 수 있다. 또한, 상기 플라스틱 기판 하부에 광추출층을 추가로 포함할 수 있다.
상기 광추출층은 광산란을 유도하여, 유기 발광 소자의 광추출 효율을 향상시킬 수 있는 구조라면 특별히 제한하지 않는다. 보다 구체적으로, 상기 광추출층은 바인더 내에 산란입자가 분산된 구조일 수 있다.
또한, 상기 광추출층은 기재 위에 스핀 코팅, 바 코팅, 슬릿 코팅 등의 방법에 의하여 직접 형성되거나, 필름 형태로 제작하여 부착하는 방식에 의하여 형성될 수 있다.
또한, 상기 광추출층 상에 평탄층을 추가로 포함할 수 있다.
또한, 본 출원의 일 실시상태에 따른 플렉서블 유기 발광 소자의 제조방법은, a) 플라스틱 기판 상에 평탄층을 형성하는 단계; 및 b) 상기 평탄층 상에 유기 발광 소자를 형성하는 단계를 포함한다.
본 출원에 따른 플렉서블 유기 발광 소자의 제조방법에 있어서, 상기 플라스틱 기판, 평탄층, 유기 발광 소자 등의 내용은 전술한 바와 동일하므로, 이의 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
본 출원의 일구체예에 따른 플렉서블 유기 발광 소자의 제조방법을 하기 도 2에 개략적으로 나타내었다.
본 출원에 있어서, 상기 유기 발광 소자를 형성하는 단계 이후, 상기 유기 발광 소자를 인캡슐레이션하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 상기 인캡슐레이션은 산소, 수분 등의 이물질이 유기 발광 소자에 침투하는 것을 방지하기 위한 것으로서, 당 기술분야에 알려진 재료, 방법 등을 이용하여 수행할 수 있다.
상기 인캡슐레이션 공정은 유기 발광 소자의 외측을 덮은 밀봉부를 형성함으로써 수행될 수 있다.
상기 밀봉부는 유기 발광 소자의 외측을 덮으면서 유기 발광 소자를 밀봉할 수 있다면, 그 재료는 특별히 한정되는 것은 아니다. 예컨대, 유기 발광 소자의 외측을 봉지 필름으로 압착하거나, 금속 또는 금속 산화물을 증착하여 밀봉부를 형성하거나, 수지 조성물을 코팅 및 경화하여 밀봉부를 형성할 수 있다.
또한, 상기 수지 조성물에 수분 반응성 필러(filler)를 가진 점착제를 사용해서 압착하여 밀봉부를 형성할 수 있다.
또한, 상기 밀봉부는 원자층 증착법으로 금속 또는 금속 산화물을 증착하여 형성할 수 있다. 여기서, 형성되는 금속층 또는 금속 산화물층은 2층 이상의 구조일 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 플렉서블 유기 발광 소자를 포함하는 디스플레이 장치를 제공한다. 디스플레이 장치에서 상기 유기 발광 소자는 화소 또는 백라이트 역할을 할 수 있다. 그 외 디스플레이 장치의 구성은 당 기술분야에 알려져 있는 것들이 적용될 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 플렉서블 유기 발광 소자를 포함하는 조명 장치를 제공한다. 조명 장치에서 상기 유기 발광 소자는 발광부의 역할을 수행한다. 그 외 조명 장치에 필요한 구성들은 당 기술분야에 알려져 있는 것들이 적용될 수 있다.
전술한 바와 같이, 본 출원에 따르면, 제조공정을 단순화하여 공정비용을 절감할 수 있고, 플렉서블한 특성을 가지는 기판을 포함하는 유기 발광 소자를 제공할 수 있다.
또한, 본 출원에 따르면, 플라스틱 기판 상에 평탄층을 포함함으로써, 플라스틱 기판의 거칠기를 개선할 수 있다. 이에 따라, 상기 플라스틱 기판의 거칠기에 따른 유기 발광 소자에 다크 스팟(dark spot)의 불량을 개선할 수 있다.
Claims (15)
- 플라스틱 기판;
상기 플라스틱 기판 상에 구비된 평탄층; 및
상기 평탄층 상에 구비된 유기 발광 소자
를 포함하는 플렉서블(flexible) 유기 발광 소자. - 청구항 1에 있어서, 상기 플라스틱 기판은 PET(polyethylene terephthalate), 폴리에스테르(polyester), PC(Polycarbonate), PI(polyimide), PEN(polyethylene naphthalate), PEEK(polyether ether ketone), PAR(polyarylate), PCO(polycylicolefin), 폴리노보넨(polynorbornene), PES(polyethersulphone) 및 COP(cycloolefin polymer)로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 플렉서블 유기 발광 소자.
- 청구항 1에 있어서, 상기 플라스틱 기판 및 평탄층은 동일한 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는 플렉서블 유기 발광 소자.
- 청구항 1에 있어서, 상기 평탄층은 PET(polyethylene terephthalate), 폴리에스테르(polyester), PC(Polycarbonate), PI(polyimide), PEN(polyethylene naphthalate), PEEK(polyether ether ketone), PAR(polyarylate), PCO(polycylicolefin), 폴리노보넨(polynorbornene), PES(polyethersulphone) 및 COP(cycloolefin polymer)로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 플렉서블 유기 발광 소자.
- 청구항 1에 있어서, 상기 유기 발광 소자는, 상기 평탄층 상에 애노드, 유기물층 및 캐소드가 순차적으로 구비되고,
상기 평탄층의 굴절율은 애노드의 굴절율보다 높은 값을 가지는 것을 특징으로 하는 플렉서블 유기 발광 소자. - 청구항 1에 있어서, 상기 평탄층의 굴절율은 1.7 이상인 것을 특징으로 하는 플렉서블 유기 발광 소자.
- 청구항 1에 있어서, 상기 평탄층 상의 거칠기 값은 5nm 이하인 것을 특징으로 하는 플렉서블 유기 발광 소자.
- 청구항 1에 있어서, 상기 평탄층과 유기 발광 소자 사이에 광추출층을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 플렉서블 유기 발광 소자.
- 청구항 1에 있어서, 상기 플라스틱 기판 하부에 광추출층을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 플렉서블 유기 발광 소자.
- a) 플라스틱 기판 상에 평탄층을 형성하는 단계; 및
b) 상기 평탄층 상에 유기 발광 소자를 형성하는 단계
를 포함하는 플렉서블(flexible) 유기 발광 소자의 제조방법. - 청구항 10에 있어서, 상기 플라스틱 기판은 PET(polyethylene terephthalate), 폴리에스테르(polyester), PC(Polycarbonate), PI(polyimide), PEN(polyethylene naphthalate), PEEK(polyether ether ketone), PAR(polyarylate), PCO(polycylicolefin), 폴리노보넨(polynorbornene), PES(polyethersulphone) 및 COP(cycloolefin polymer)로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 플렉서블 유기 발광 소자의 제조방법.
- 청구항 10에 있어서, 상기 평탄층은 플라스틱 필름을 플라스틱 기판 상에 라미네이션 하여 형성하는 것을 특징으로 하는 플렉서블 유기 발광 소자의 제조방법.
- 청구항 10에 있어서, 상기 평탄층은 졸-겔(sol-gel) 또는 증착공정에 의하여 형성하는 것을 특징으로 하는 플렉서블 유기 발광 소자의 제조방법.
- 청구항 1 내지 9 중 어느 한 항의 플렉서블 유기 발광 소자를 포함하는 디스플레이 장치.
- 청구항 1 내지 9 중 어느 한 항의 플렉서블 유기 발광 소자를 포함하는 조명 장치.
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