(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
透光性材料の表面に複数の単位レンズが、裏面に光拡散層がそれぞれ形成されてなるレンズシートと、透光性基材の表面に面内での光透過率が変化する光透過率調整機能を持たせてなり、前記レンズシートの光拡散層側の面に、これと重ねて配置されてなり、前記光拡散層は、透光性バインダー中に平均直径が１〜１０μｍの透光性微粒子が分散されると共に、該透光性微粒子が光透過率調整シート側の表面に微小丘状突起として突出してなることを特徴とする光学シート。
【請求項２】
透光性材料の表面に複数の単位レンズが、裏面に光拡散層がそれぞれ形成されてなるレンズシートの前記光拡散層側の面に、面内での光透過率が変化する光透過率調整機能を有する光透過率調整層を形成してなり、前記光拡散層は、透光性バインダー中に平均直径が１〜１０μｍの透光性微粒子が分散されると共に、該透光性微粒子が光透過率調整層側の表面に微小丘状突起として突出してなることを特徴とする光学シート。
【請求項３】
少なくとも導光体、光源、及び、請求項１又は２の光学シートを含んで構成され、前記導光体はその一側端面から入射した光を、一方の表面である光放出面から出光するように構成され、前記光源は前記導光体の前記一側端面に光を出射するように配置され、前記光学シートは、前記光透過率調整機能を有する側を、前記導光体の光放出面に向けて配置されたことを特徴とする面光源装置。
【請求項４】
少なくとも光源、反射板、及び、請求項１又は２の光学シートを含んで構成され、前記光源は前記光学シートの光透過率調整機能を有する側に配置され、前記反射板は、前記光源を間に、前記光学シートと反対側に該光源からの光を光学シート方向に反射するように配置されたことを特徴とする面光源装置。
【請求項５】
背面からの照明光により画像を照射して表示する透過型表示体と、この透過型表示体の裏面側に配置された背面光源としての請求項３又は４の面光源装置と、を有してなる透過型表示装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、透過型の液晶表示装置、広告板等の透光性表示体を背面から照明する際に、より均一な面発光状態を得るための光学シート、この光学シートを用いた面光源装置及び透過型表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
透過型表示装置、例えばパソコンのディスプレイとして用いられる透過型液晶表示装置においては、近年、その低消費電力化、軽量化、高輝度化が一層要求され、この要求に答えるための手段の１つとして、光源からの光を無駄なく有効に利用するようにした面光源装置が提案されている。
【０００３】
例えば、特開平５−１２７１５９号公報、実開平３−６９１８４号公報に開示されるように、面光源からの光を特定の方向（多くの場合、出光面の法線方向）に集光するようにしたレンズシート等がある。
【０００４】
このようなレンズシートとしては、例えば図１０（Ａ）に示されるように、三角柱形状のプリズムを単位レンズ１として、これを各単位レンズ１の稜線１Ａの方向が互いに平行になるように一次元方向に多数配列したレンズシート２がある。
【０００５】
又、図１０（Ｂ）に示されるように、断面形状が凸レンズである蒲鉾状の単位レンズ３を、各単位レンズ３の稜線方向が互いに平行になるように一次元方向に多数配列してなるレンズシート４がある。
【０００６】
更に、図１０（Ｃ）に示されるように、断面形状が波型である単位レンズ５を、各単位レンズ５の稜線が互いに平行になるように一次元方向に多数配列してなるレンズシート６がある。
【０００７】
上記のようなレンズシートを用いた面光源装置としては、図１１に示されるようなエッジライト型面光源装置７と、図１２に示されるような直下型面光源装置８とがある。
【０００８】
前記エッジライト型面光源装置７は、透明なアクリル樹脂等の板材からなる導光体９の一側端面９Ａに線状の光源１０を配置し、該一側端面９Ａから導光体９内に入射した光源１０からの光を、導光体９の表面に施した光拡散作用により、光の進行方向を導光体９内を全反射する条件から外して、導光体９の出光面９Ｂから出射させるようにしている。
【０００９】
前記レンズシート２、４、又は６は通常、前記導光体９の出光面９Ｂに沿って配置される。
【００１０】
上記のようなエッジライト型面光源装置７においては、導光体９における出光面９Ｂ内の輝度分布をより均一化させるために、例えば特開平４−６２５１９号公報に開示されるように、導光体９の表面に施す光拡散作用を調整するようにしている。
【００１１】
又、前記直下型面光源装置８は、光源１１からの光を、これを取り囲むようにして配置された反射板１２により出光面１３方向に反射させるようにしたものであり、このとき、例えば特公昭５９−８８０９号公報に開示されるように、出光面１３内の輝度分布をより均一化させるために、光透過率調整機能を持たせた光学シート１４を用いることがある。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
前記のような面光源装置を、前述のように、低消費電力化、軽量化、高輝度化の要求に応え、且つ大型化を図ろうとすると、できるだけ装置の厚さを薄く維持したまま、発光面積を大きくしなければならないが、このようにすると、光源からの光を出光面の隅々までむらなく配分することが困難になり、結果として、面内の輝度均一性が悪化してしまうという問題点がある。
【００１３】
これに対して、光透過率調整シートを面光源装置の出光面に配置することが考えられるが、出光面にレンズシートを用いた面光源装置の場合は、レンズシートと光透過率調整シートとの間で光学的距離が微妙に変化することに由来する干渉縞が発生してしまうという問題点がある。
【００１４】
この発明は、上記従来の問題点に鑑みてなされたものであって、干渉縞の発生を抑制すると共に、レンズシートと光透過率調整シートを組合せて、高輝度、薄型、且つ、面内の輝度均一性に優れた光学シート、及びこの光学シートを利用した面光源装置、透過型表示装置を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
この発明は、透光性材料の表面に複数の単位レンズが、裏面に光拡散層がそれぞれ形成されてなるレンズシートと、透光性基材の表面に面内での光透過率が変化する光透過率調整機能を持たせてなり、前記レンズシートの光拡散層側の面に、これと重ねて配置されてなり、前記光拡散層は、透光性バインダー中に平均直径が１〜１０μｍの透光性微粒子が分散されると共に、該透光性微粒子が光透過率調整シート側の表面に微小丘状突起として突出してなることを特徴とする光学シートにより、上記目的を達成するものである。
【００１６】
又、他の発明は、光性材料の表面に複数の単位レンズが、裏面に光拡散層がそれぞれ形成されてなるレンズシートの前記光拡散層側の面に、面内での光透過率が変化する光透過率調整機能を有する光透過率調整層を形成してなり、前記光拡散層は、透光性バインダー中に平均直径が１〜１０μｍの透光性微粒子が分散されると共に、該透光性微粒子が光透過率調整層側の表面に微小丘状突起として突出してなることを特徴とする光学シートにより、上記目的を達成するものである。
【００１７】
面光源装置に関する発明は、少なくとも導光体、光源、及び、請求項１又は２の光学シートを含んで構成され、前記導光体はその一側端面から入射した光を、一方の表面である光放出面から出光するように構成され、前記光源は前記導光体の前記一側端面に光を出射するように配置され、前記光学シートは、前記光透過率調整機能を有する側を、前記導光体の光放出面に向けて配置されたことを特徴とする面光源装置により、上記目的を達成するものである。
【００１８】
又、他の面光源装置に関する発明は、少なくとも光源、反射板、及び、請求項１又は２の光学シートを含んで構成され、前記光源は前記光学シートの光透過率調整機能を有する側に配置され、前記反射板は、前記光源を間に、前記光学シートと反対側に該光源からの光を光学シート方向に反射するように配置されたことを特徴とする面光源装置により、上記目的を達成するものである。
【００１９】
更に、透過型表示装置に関する発明は、背面からの照明光により画像を照射して表示する透過型表示体と、この透過型表示体の裏面側に配置された背面光源としての請求項３又は４の面光源装置と、を有してなる透過型表示装置により、上記目的を達成するものである。
【００２０】
この発明においては、裏面側に光拡散層が設けられたレンズシートと光透過率調整シートを組合せて光学シートを構成して、干渉縞の発生を抑制しつつ、高輝度、薄型で、且つ、面内の輝度均一性が向上される。
【００２１】
特に、光拡散面をレンズシートにおける単位レンズと反対側の面に直接設けることによって、レンズシートと光透過率調整シートの間で発生する干渉縞を抑制している。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態の例を図面を参照して詳細に説明する。
【００２３】
図１に示されるように、本発明の実施の形態の第１例に係る光学シート２０は、レンズシート２２とその裏面側に沿って配置された光透過率調整シート２４とから構成されている。
【００２４】
前記レンズシート２２は、透光性材料から形成し、その表面（図１において上側）には、三角柱形状のプリズムからなる単位レンズ２６を多数個（各単位レンズ２６の稜線２６Ａが互いに平行になるように一次元方向に配列されている。又、レンズシート２２の裏面側には、光拡散層２８が形成されている。
【００２５】
前記光透過率調整シート２４は、透光性基材からなり、その表面に、面内での光透過率が変化する光透過率調整機能を持たせて（詳細後述）構成されている。
【００２６】
前記レンズシート２２を形成する透光性材料は、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート等のポリエステル樹脂、ポリメチルメタクリレート等のアクリル樹脂、ポリカーボネイト樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリメチルペンテン樹脂等の熱可塑性樹脂、あるいは、ポリエステルアクリレート、ウレタンアクリレート、エポキシアクリレート等のオリゴマー及び／又はアクリレート系等のモノマー等からなる電離放射線硬化性樹脂を紫外線又は電子線等の電離放射線で硬化させた樹脂であって、透光性のよい樹脂から選択される。
【００２７】
このような樹脂は、通常屈折率が１．４〜１．６程度である。なお、樹脂以外にも透光性のよいガラス、セラミクス等であってもよい。
【００２８】
次に、前記レンズシート２２の裏面に直接形成されている光拡散層２８について説明する。
【００２９】
この光拡散層２８は、図２に拡大して示されるように、レンズシート２２の裏面に、透光性微粒子２８Ａを透光性バインダー２８に分散させた塗料を、吹付塗装やロールコート等で塗工して、塗膜の表面に微粒子の凹凸を現出させる方法等によって形成する。
【００３０】
ここで、前記透光性微粒子２８Ａとしては、直径が１〜１０μｍのポリメタクリル酸メチル（アクリル）系ビーズ、ポリメタクリル酸ブチル系ビーズ、ポリカーボネート系ビーズ、ポリウレタン系ビーズ、炭酸カルシウム系ビーズ、シリカ系ビーズ等を用いる。
【００３１】
上記のように、透光性ビーズ２８Ａの直径を１μｍ以上としたのは、直径をこれより小さくすると、可視光の波長に接近し過ぎて色がついて見えてしまい、又、直径の小さな透光性ビーズを量産すること、及び、これをバインダー中に分散することが困難だからである。
【００３２】
又、透光性ビーズの直径を１０μｍ以下としたのは、直径がこれより大きいと、面光源からの光を特定の方向（多くの場合、出光面の法線方向）に集光する作用が極端に低下してしまうからである。
【００３３】
なお、透光性ビーズ２８Ａを製造する際に、その直径には必ずばらつきが発生するので、前記透光性ビーズ２８Ａの直径とは、１μｍ以上の透光性ビーズの直径の平均値を言う。
【００３４】
前記透光性ビーズ２８Ａを分散させるべき透光性バインダー２８Ｂとしては、アクリル、ポリスチレン、ポリエステル、ビニル重合体等があり、特にポリエステル系樹脂、アクリル系樹脂等の透明なものを用いて好都合であるが、透光性ビーズ２８Ａの屈折率とバインダー樹脂の屈折率との比が０．９〜１．１の範囲であることが好ましく、又、透光性ビーズ２８Ａのバインダー２８Ｂ中への分散濃度はバインダー樹脂分の２〜１５％が好ましい。
【００３５】
上記屈折率の比を０．９〜１．１としたのは、屈折率比がこの範囲外であると、光が透光性ビーズとそれと接触するバインダー樹脂のコーティング層との界面で屈折してしまい、コーティング層自体の光拡散作用が増大し、前述のような、レンズシートを使用する目的である面光源からの光を特定の方向に集光する輝度向上作用が著しく低下してしまうからである。
【００３６】
又、バインダー樹脂及び透光性ビーズ２８Ａからなるコーティング層の厚さは、１〜２０μｍとするのが好ましい。
【００３７】
コーティング層の厚さが１μｍ未満になると、透光性ビーズ２８Ａを完全に透光性基材２３に固定することが困難となり、又２０μｍ以上となると、光線透過率が低下し、レンズシートを使用する目的である面光源からの光を特定の方向に集光して輝度向上を図る作用が著しく低下してしまう。
【００３８】
なお、レンズシート２２の総厚は通常２０〜１０００μｍ程度である。
【００３９】
次に、前記光透過率調整シート２４の構成について説明する。
【００４０】
この光透過率調整シート２４は、透光性基材の表面に光透過率調整機能を付与したものであり、該透光性基材としては、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート等のポリエステル樹脂、ポリメチルメタクリレート等のアクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリメチルペンテン樹脂等の熱過塑性樹脂、あるいは、ポリエステルアクリレート、ウレタンアクリレート、エポキシアクリレート等のオリゴマー及び／又はアクリレート系等のモノマー等からなる電離放射線硬化性樹脂を紫外線又は電子線等の電離放射線で硬化させた樹脂等であって、透光性のよい樹脂から選択される。このような樹脂は、通常屈折率が１．４〜１．６程度である。又、上記のような樹脂以外にも透光性があればガラス、セラミクス等でもよい。
【００４１】
上記のような透光性基材の表面に面内での光透過率が変化する光透過率調整機能を付与する手段としては、例えば特公昭５９−８８０９号公報、特開昭５５−１５１２６号公報、実開昭５９−２２４９３号公報等に開示されるような、透明部材に反射分布特性を有する反射面を形成させて、光透過率を調整できるようにする。
【００４２】
この場合、反射分布特性は、一般的に、光源からの距離が小さくなるに従って反射率が大きくなるようにする。
【００４３】
上記図１に示される光学シート２０は、レンズシート２２とは別体に光透過率調整シート２４を設けたものであるが、本発明はこれに限定されるものでなく、レンズシートの裏面に直接光透過率調整手段を設けるようにしてもよい。
【００４４】
例えば、図３に示されるような光学シート３０において、前述の光透過率調整シート２４の表面に施したような光透過率調整手段により直接レンズシート３２の裏面に光透過率調整層３４を形成してもよい。
【００４５】
この場合、表面反射によるロスがなくなり、好ましい。なお、光透過率調整層３４は、レンズシート３２に設けられている光拡散層２８の外側あるいは内側の両方又は一方に設けてもよい。
【００４６】
上記図１及び図３に示される光学シート２０、３０におけるレンズシート２２及び３２は、それぞれ三角柱プリズム形状の単位レンズ２６を備えたものであるが、本発明はこれに限定されるものでなく、図４（Ａ）に示されるような円筒レンズ状の単位レンズ２６Ａを備えたレンズシート２２Ａを含む光学シート２０Ａ、図４（Ｂ）に示されるような断面波型の単位レンズ２６Ｂを備えたレンズシート２２Ｂを含む光学シート２０Ｂであってもよい。
【００４７】
又、光透過率調整層３４が直接形成されたレンズシートの場合、図５（Ａ）に示されるような円筒レンズ状の単位レンズ２６Ａを備えた光学シート３２Ａ、あるいは波型の単位レンズ２６Ｂを備えた光学シート３２Ｂであってもよい。
【００４８】
又、単位レンズは一次元方向に並列形成する場合のみならず、例えば図６に示されるように、半球状の単位レンズを二次元方向に配列してなるはえの目レンズにより、単位レンズ２６Ｃを形成してなるレンズシート３３を含むようにしてもよい。
【００４９】
更に、上記のような単位レンズの断面形状としては、三角柱形状、円筒レンズ形状、波型形状の他に、円状、カーオイド、ランキンの卵型、サイクロイド、サイン波状、又はインボリュート曲線等の連続で滑らかな曲線、あるいは多角形の一部又は全体を用いてもよい。又、二次元方向に配列する単位レンズとしては、半球状の他には、円錐レンズ、角錐レンズ等であってもよい。
【００５０】
ここで、前記レンズシートの製造方法は、図１に示されるような単層構成のレンズシート（光拡散層２８のコーティング前の中間シート）を得るには、例えば特開昭５６−１５７３１０号公報に開示されているような、熱過塑性樹脂の熱プレス法、射出成形法を用いたり、紫外線や熱による硬化性樹脂の注形成形によるものとする。
【００５１】
更に、複層構造の中間シート製造方法としては、例えば特開平５−１６９９０１５号公報に開示されているような、所望のレンズ配列の形状に対応する雌型を有するロール凹版に電離放射線硬化性樹脂液を充填し、これに上記のような透光性基材シートを重ねて、そのまま紫外線、電子線等の電離放射線を透明基材シート側から照射して（ロール凹版がガラス等の透明な場合はロール凹版側からも照射できる）、電離放射線硬化性樹脂液を硬化させ、その後、透明基材シートを硬化した樹脂と共にロール凹版から剥離することにより、硬化した電離放射線硬化性樹脂液が所望の雄型形状のレンズ配列となって透明基材シート上に形成される。
【００５２】
次に、図７に示されるような、本発明に係るエッジライト型の面光源装置４０について説明する。
【００５３】
このエッジライト型の面光源装置４０は、導光体４２、光源４４、及び、前記光学シート２０又は３０を含んで構成され、前記光源４４は導光体４２の一側端面４２Ａに沿う線状光源であって、その光が該一側端面４２Ａから導光体４２内に入射し、導光体４２の一方の表面である光放出面４２Ｂから出光するように構成され、前記光学シート２０又は３０は光放出面４２Ｂに沿って配置されている。
【００５４】
図の符号４２Ｃは光放出面４２Ｂと反対側の面及び一側端面４２Ａと反対側の側端面を被うようにして形成された光反射面を示す。
【００５５】
次に、図８に示される直下型の面光源装置４６について説明する。
【００５６】
この直下型の面光源装置４６は、光源４８、反射板５０及び前記光学シート２０又は３０とから構成されている。
【００５７】
前記光源４８は、前記光学シート２０又は３０の光透過率調整機能を有する側に配置され、前記反射板５０は前記光源４８を間に、前記光学シート２０又は３０と反対側に該光源４８からの光を光学シート２０又は３０方向に反射するように配置されている。
【００５８】
次に、図９に示される本発明に係る透過型表示装置５２について説明する。
【００５９】
この透過型表示装置５２は、背面からの照明光により画像を照明して表示する、例えば液晶表示パネルからなる透過型表示体５４と、この透過型表示体の裏面側に配置された背面光源としての前記エッジライト型面光源装置４０とを有して構成されている。背面光源として直下型面光源装置４６を用いてもよい。
【００６０】
なお、図７、図８、図９における光学シート２０又は３０は、当然、図４〜図６に示される光学シート２２Ａ、２２Ｂ、３２Ａ、３２Ｂ、３３（レンズシート）のいずれか、あるいは更に他の形状の光学シートであってもよい。
【００６１】
又、前記光源４４、４８は、蛍光灯等の線状光源が面方向に均一の輝度を得る上で好ましいが、白熱電球等の点光源であってもよい。
【００６２】
上記のような光学シート２０、３０においては、光透過率調整シート２４あるいは光透過率調整層３４によって、レンズシート内に入射する光が面方向に均一の輝度となるようにすることができ、これによって光学シート、エッジライト型面光源装置４０、直下型面光源装置４６あるいは透過型表示体５４の面積を大きくしても、その厚さ等を大幅に増大することなく、均一な輝度を得ることができる。
【００６３】
【実施例】
次に本発明の光学シートの実施例について説明する。
【００６４】
この実施例では、透光性基材として、透明な２軸延伸ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）フィルム（膜厚１２５μｍ）上に、透明な接着層を約１μｍになるように塗布し、この上に、単位レンズのパターンを形成させるエポキシアクリレートのプレポリマーを主成分とする紫外線硬化型樹脂を塗布して、樹脂塗膜を硬化（固化）、した後に型を離型することにより、ピッチ５０μｍで頂角８５°の二等辺三角形柱状の単位レンズが、各々の稜線が平行になるように隣接して配列されたレンズシートを用いた。
【００６５】
このレンズシートのレンズ形成面と反対側面に、次のような要領で微小丘状突起により光拡散層を形成した。
【００６６】
［組成］
透光性ビーズは平均粒径５μｍの架橋アクリル樹脂、バインダーはポリエステル樹脂をそれぞれ用いた。
【００６７】
［製造工程］
上記透光性ビーズを上記バインダー樹脂分の８％濃度で入れたインキを、ＭＥＫ：トルエン＝１：１の溶剤で稀釈し、粘度をザーンカップ粘度計＃３で２７秒とした。このインキを上記透光性基材の非レンズ面（裏面）にスリットリバースコーティング法により塗布し、その後、溶剤を乾燥させて光拡散層としての塗膜を固化させた。
【００６８】
この塗膜には、ＪＩＳＢ０６０１での１０点平均粗さＲｚ＝３μｍの微小丘状突起が平均間隔ｄ＝３０μｍで、ランダムな配列で形成されていた。
【００６９】
これとは別に、面内の輝度が高い部分ほど、単位面積当りの反射パターン面積が大きくなるように、光透過率調整機能を持たせたシートを透明な２軸延伸ＰＥＴフィルムを用いて作成した。
【００７０】
【発明の効果】
本発明は上記のように構成したので、レンズシートへの光透過率が面方向に均一となり、面方向に均一の輝度を得ることができるという優れた効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の例に係る光学シートの一部を示す斜視図
【図２】図１の光学シートの一部を構成するレンズシートを拡大して示す断面図
【図３】同光学シートの実施の形態の第２例の一部を示す斜視図
【図４】図１と同様の光学シートの実施の形態の第３例及び第４例を示す斜視図
【図５】図２と同様の光学シートの実施の形態の第５例及び第６例を示す斜視図
【図６】光学シートの実施の形態の第７例を示す斜視図
【図７】本発明に係る面光源装置の実施の形態の例を示す断面図
【図８】本発明に係る面光源装置の実施の形態の第２例をの一部示す斜視図
【図９】本発明に係る透過型表示装置の実施の形態の例を示す断面図
【図１０】従来のレンズシートの形状を示す斜視図
【図１１】従来の面光源装置を示す断面図
【図１２】従来の他の面光源装置を示す断面図
【符号の説明】
２０、２０Ａ、２０Ｂ、３０、３２Ａ、３２Ｂ…光学シート
２２、３２、３３…レンズシート
２４…光透過率調整シート
２６、２６Ａ、２６Ｂ、２６Ｃ…単位レンズ
２８…光拡散層
３４…光透過率調整層
４０…エッジライト形面光源装置
４２…導光体
４２Ａ…一側端面
４２Ｂ…光放出面
４４、４８…光源
４６…直下型面光源装置
５０…反射板
５２…透過型表示装置
５４…透過型表示体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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