EP0133492A2 - Gasentladungsanzeigevorrichtung mit einem Abstandsrahmen und Verfahren zur Herstellung dieses Rahmens - Google Patents

Gasentladungsanzeigevorrichtung mit einem Abstandsrahmen und Verfahren zur Herstellung dieses Rahmens Download PDF

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EP0133492A2
EP0133492A2 EP84108495A EP84108495A EP0133492A2 EP 0133492 A2 EP0133492 A2 EP 0133492A2 EP 84108495 A EP84108495 A EP 84108495A EP 84108495 A EP84108495 A EP 84108495A EP 0133492 A2 EP0133492 A2 EP 0133492A2
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acceleration
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gas discharge
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J17/00—Gas-filled discharge tubes with solid cathode
    • H01J17/38—Cold-cathode tubes
    • H01J17/48—Cold-cathode tubes with more than one cathode or anode, e.g. sequence-discharge tube, counting tube, dekatron
    • H01J17/49—Display panels, e.g. with crossed electrodes, e.g. making use of direct current
    • H01J17/498—Display panels, e.g. with crossed electrodes, e.g. making use of direct current with a gas discharge space and a post acceleration space for electrons

Definitions

  • the invention relates to a display device according to the preamble of claim 1.
  • a display device according to the preamble of claim 1.
  • Such a plasma panel is described in DE-OS 29 52 528.
  • a gas discharge supplies electrons which are sent through selected holes in a control matrix into a post-acceleration room, where they absorb energies of a few kV and finally generate light spots on a phosphor layer.
  • the post-acceleration path is plasma-free, despite the high voltage present, for the following reason: for each gas, the ignition voltage V z depends on the product of the gas pressure p and the electrode distance d, such that V z initially drops steeply with increasing p ⁇ d, then a minimum passes through and then gradually increases again (“Paschen's Law"). This means that for a given gas with certain voltage and pressure values, discharge is prevented if the operating point is far enough in the left branch of the ignition curve, i.e. d has sufficiently small values.
  • the post-acceleration chamber is nowhere near as resistant to high voltages as the ignition voltage curve actually suggests.
  • the voltage is ramped up, flashovers are observed in the frame area, which spread relatively quickly and can cause considerable damage to the conductor structures.
  • the invention has for its object to form the spacer frame in a panel of the type mentioned in such a way that it insulates even better.
  • This object is achieved in that the frame has a rough surface at least on its inside.
  • “Rauh” means a shape deviation of at least fourth order (DIN 4760).
  • the proposed solution is based on the following observation:
  • a frame designed according to the invention is free of such burrs. Instead, its endangered surface has a specific microstructure that - obviously - results in a long effective insulation section, but does not contain any formations that could trigger a breakthrough. This Behavior has complex causes that cannot yet be completely overlooked; The fact is, however, that a conventional frame allows much higher voltages after the matting proposed here.
  • the surface to be treated is preferably roughened by a blasting technique, for example by bombardment with A1 2 0 3 or glass beads. It is advisable to proceed in two steps and to work first with pearls of larger diameter and then with smaller pearls. A blasted surface is clean; it no longer needs to be freed of residues that are known to have a significant impact on the rollover strength.
  • the rough frame surface is also provided with a conductive material, in such an amount that no continuous layer is formed.
  • a conductive material such as Cu.
  • Such an assignment is achieved when the surface is blasted with spheres that are already coated with the relevant material, such as Cu.
  • the relevant material such as Cu.
  • the fact that such a coating promotes short-circuit strength is probably due to the fact that it linearises the potential gradient along the frame surface in the manner of an extremely high-impedance surface resistance and thus prevents local increases in field strength.
  • the display shown contains a vacuum-tight, gas-filled envelope with a trough-like rear part 1 and a front plate 2 extending parallel to the trough bottom.
  • the inside of the envelope is divided by a control plate 3 parallel to the front plate into a rear gas discharge space 4 and a front post-acceleration space 5.
  • the control disk 3 carries row conductors 6 on its rear side and column conductors 7 running on its front side perpendicular to the row conductors. All conductors can be controlled individually; together they form a tax matrix.
  • each matrix element is the control disc and control structure formed in the matrix conductors is provided with a passage opening 8.
  • the control disk 3 is spaced from the front plate 2 by a spacer frame 12, which is connected on both sides in a vacuum-tight manner to the control disk or the front plate by a glass solder seam 13, 14.
  • the connection between the control disc and the tub is made via a glass solder seam 15.
  • the frame projects inward beyond the two glass solder seams 13, 14 and has a rounded profile with a rough surface there.
  • This frame can be produced rationally as follows: First, cut out a window from an approximately 1.1 mm thick soft glass pane with a diamond cutting disc. Then the inside of the frame thus obtained is rounded off with a blasting technique, matted and coated with Cu. For this purpose, the frame is first blasted with up to 120 ⁇ m thick Al 2 O 3 beads and then lapped with a beam of up to 60 ⁇ m thick glass beads. The glass beads are covered with Cu. Then you rinse the treated surface; a special cleaning process is not necessary.
  • Figures 2 and 3 give an impression of the structure of the rough frame surface. They have emerged from scanning electron microscope images on an Au-metallized surface and show the surface in a magnification of 400 or 2000 times. From these figures it can be estimated that the roughness depth of this shallow mountain range is on average between 10 ⁇ m and 15 ⁇ m and reaches a maximum of 40 ⁇ m (DIN 4768, sheet 1).
  • the invention is not limited to the exemplary embodiment shown. In the present context, it is only important to make the post-acceleration path short-circuit proof.
  • the gas discharge could also be generated in a different form - for example as a stationary transverse plasma - and / or the electrodes could be organized differently, for example to have the same conductors function as plasma cathodes and row conductors or to work with a deflection in the high-voltage room. That being said, other frame materials and / or other matting methods are also possible; Certain ceramics and special etching techniques would be conceivable. Otherwise, the person skilled in the art is at liberty to roughen the surfaces of these additional bodies in the same way in cases in which further spacing elements are provided in addition to the spacing frame. 13 claims 3 figures

Landscapes

  • Gas-Filled Discharge Tubes (AREA)
  • Manufacture Of Electron Tubes, Discharge Lamp Vessels, Lead-In Wires, And The Like (AREA)

Abstract

Um bei einem Plasmapanel mit getrennter Elektronenerzeugung und -nachbeschleunigung den Abstandsrahmen (12) auf der Nachbeschleunigungsstrecke hochspannungsfester zu machen, wird vorgeschlagen, die Rahmeninnenseite aufzurauhen. Vorzugsweise wird hierzu der Rahmen gestrahlt. Dabei empfiehlt es sich, die für den Strahlprozeß zu verwendenden Kugeln vorher mit einem elektrisch leitenden Material zu versehen, so daß der mattierte Rahmenbereich einen extrem hochohmigen Oberflächenwiderstand erhält. Beste Ergebnisse erzielt man, wenn man zunächst mit bis zu 120µm großen Al2O3-Perlen anschließend mit Cu-beschichteten, höchstens 60µm dicken Glasperlen strahlt. Eine derartige Rahmenbehandlung läßt Spannungserhöhungen um mehr als den Faktor 3 zu. Hauptanwendungsgebiet: Hochinformative Flachbildschirme, insbesondere Datensicht- und Fernsehgeräte.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf eine Anzeigevorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ein solches Plasmapanel wird in der DE-OS 29 52 528 beschrieben.
  • Bei dem bekannten Display liefert eine Gasentladung Elektronen, die durch ausgewählte Löcher einer Steuermatrix in einen Nachbeschleunigungeraum geschickt werden, dort Energien von einigen kV aufnehmen und schließlich auf einer Phosphorschicht Lichtpunkte erzeugen. Die Nachbeschleunigungsstrecke ist trotz der anliegenden Hochspannung plasmafrei, und zwar aus folgendem Grund: Bei jedem Gas hängt die Zündspannung Vz vom Produkt aus Gasdruck p und Elektrodenabstand d ab, derart, daß Vz mit zunehmendem p · d zunächst steil abfällt, dann ein Minimum durchläuft und anschließend wieder allmählich ansteigt ("Paschengesetz"). Das bedeutet, daß bei einem vorgegebenen Gas mit bestimmten Spannungs- und Druckwerten eine Entladung verhindert wird, wenn der Arbeitspunkt weit genug im linken Ast der Zündkurve liegt, also d hinreichend kleine Werte hat.
  • In der Praxis ist der Nachbeschleunigungsraum jedoch bei weitem nicht so hochspannungsfest, wie dies die Zündspannungskurve eigentlich erwarten läßt. Beim Hochfahren der Spannung beobachtet man im Rahmenbereich Überschläge, die sich relativ rasch ausbreiten und an den Leiterstrukturen erhebliche Schäden verursachen können.
  • Man hat deshalb schon relativ früh versucht, das Isolationsvermögen des Abstandsrahmens zu verbessern. So wird in der DE-OS 26 15 681 empfohlen, dem Rahmen ein Profil Les 1 Lk/27.7.1983 mit äquidistanten Nuten zu geben. Darauf aufbauend ist in der eingangs zitierten Offenlegungsschrift vorgesehen, den Rahmen gegenüber seinen vor- und rückseitig aufgebrachten Abdichtnähten zur Zellenmitte hin vortreten zu zu lassen und seine Innenseite frei von Abdichtmaterial zu halten. Mit diesen Rahmenvarianten, die einen relativ langen Isolationsweg gemeinsam haben, kann man unter üblichen Bedingungen (Gasfüllung: He, p: 2,5mbar, d: 1,7mm) eine Nachbeschleunigungsspannung von immerhin 4kV anlegen. Dieser Wert ermöglicht allerdings nicht in jedem Fall ausreichende Kontrast- und Helligkeitswerte. Wenn höchste Informationsmengen, etwa farbige videosignale, zu verarbeiten sind, sollten die Elektronen eine Aufprallenergie von mindestens 6kV haben.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde bei einem Panel der eingangs genannten Art den Abstandsrahmen so auszubilden, daß er noch besser isoliert. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Rahmen zumindest auf seiner Innenseite eine rauhe Oberfläche hat. "Rauh" bedeutet dabei eine Gestaltsabweichung mindestens vierter Ordnung (DIN 4760).
  • Der Lösungsvorschlag geht von folgender Beobachtung aus: Die bisher verwendeten Abstandrahmen bestanden aus einer Glasscheibe, aus der auf mechanischem Wege ein.Fenster herausgetrennt worden war. Eine solche Behandlung hinterläßt an der Rahmeninnenseite stets Bruchkanten und Ausmuschelungen, von denen dann im Betrieb des Displays die störenden (Gleit- und Spitzen-)Entladungen ausgehen, und zwar auch dann, wenn man in den Rahmen wegverlängernde Vorsprünge eingearbeitet hatte. Ein erfindungsgemäß gestalteter Rahmen ist frei von solchen Graten. Seine gefährdete Oberfläche hat statt dessen eine spezifische Mikrostruktur, die - offensichtlich - eine lange wirksame Isolationsstrecke ergibt, dabei aber keine Formationen enthält, die einen Durchbruch auslösen könnten. Dieses Verhalten hat komplexe Ursachen, die sich derzeit noch nicht ganz übersehen lassen; Tatsache ist aber, daß ein üblicher Rahmen nach der hier vorgeschlagenen Mattierung ganz wesentlich höhere Spannungen zuläßt.
  • Vorzugsweise wird die zu behandelnde Oberfläche durch eine Strahltechnik, etwa durch einen Beschuß mit A1203-oder Glasperlen, aufgerauht. Dabei ist es zweckmäßig, in zwei Schritten vorzugehen und zunächst mit Perlen größeren Durchmessers und anschließend mit kleineren Perlen zu arbeiten. Eine gestrahlte Oberfläche ist sauber; sie braucht nicht mehr eigens von Rückständen, die bekanntlich die Überschlagsfestigkeit empfindlich beeinträchtigen können, befreit zu werden.
  • Beste Resultate erzielt man, wenn man die rauhe Rahmenoberfläche auch noch mit einem leitenden Material versieht, und zwar in einer solchen Menge, daß noch keine durchgehende Schicht entsteht. Eine solche Belegung kommt schon dann zustande, wenn man die Fläche mit Kugeln strahlt, die bereits mit dem betreffenden Material, etwa Cu, beschichtet sind. Daß ein solcher Belag die Kurzschlußfestigkeit fördert, ist vermutlich darauf zurückzuführen, daß er nach Art eines extrem hochohmigen Oberflächenwiderstandes.das Potentialgefälle längs der Rahmenfläche linearisiert und somit lokale Feldstärke- überhöhungen verhindert.
  • Vergleichsmessungen haben gezeigt, daß man durch die erfindungsgemäß vorgesehene Rahmenmattierung die Spannungsfestigkeit ohne weiteres um mehr als den Faktor 3 verbessern kann. Dieses erstaunliche Ergebnis eröffnet einen großen Optimierungsspielraum für eine Reihe wichtiger Parameter. So kann zunächst die Hochspannung auf einen besonders großen Wert eingestellt werden. In diesem Fall erreicht man die erforderlichen Darstellungsqualitäten mit minimalen Elektronenströmen, eine Betriebsweise, die die Leuchtstoffschicht schont und lange funktionstüchtig erhält. Daneben besteht auch noch die Möglichkeit, mit mäßig erhöhter Hochspannung und größerem Gasdruck zu arbeiten. Diese MaJBnahmenkombination ist durchaus attraktiv, weil nämlich ein Teil des Gases nach mehreren hundert Betriebsstunden aufgezehrt wird und deshalb der Anfangsdruck über dem eigentlichen Betriebswert liegen sollte. Im übrigen hat man bei der Wahl der Gaszusammensetzung und des Abstandes zwischen den Nachbeschleunigungselektroden relativ freie Hand.
  • Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand zusätzlicher Ansprüche.
  • Der Lösungsvorschlag soll nun anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels, unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung, näher erläutert werden. Von den Figuren der Zeichnung zeigen
    • Fig. 1 das Ausführungsbeispiel in einem schematischen Seitenschnitt,
    • Fig. 2 vom Abstandsrahmen dieses Ausführungsbeispiels die rauhe Oberfläche, in einer Vergrößerung, und
    • Fig. 3 von der Fig. 2 einen - nochmals vergrößerten - Ausschnitt.
  • Das dargestellte Display enthält eine vakuumdichte, gasgefüllte Hülle mit einem wannenartigen Rückteil 1 und einer parallel zum Wannenboden erstreckten Frontplatte 2. Das Hülleninnere wird durch eine frontplattenparallele Steuerscheibe 3 in einen hinteren Gasentladungsraum 4 und einen vorderen Nachbeschleunigungsraum 5 unterteilt. Die Steuerscheibe 3 trägt auf ihrer Rückseite Zeilenleiter 6 und auf ihrer Vorderseite senkrecht zu den Zeilenleitern verlaufende Spaltenleiter 7. Alle Leiter sind einzeln ansteuerbar; sie bilden zusammen eine Steuermatrix. In jedem Matrixelement ist die aus der Steuerscheibe und den Matrixleitern gebildete Steuerstruktur mit einer Durchtrittsöffnung 8 versehen. Der Wannenboden trägt auf seiner Vorderseite mehrere zueinander parallele Plasmakathodenatreifen 9, und die Frontplatte 1 ist auf ihrer Rückseite mit dpaltenleiterparallelen Phosphorstreifen 10 sowie einer durchgehenden Nachbeschleunigunigsanode 11 versehen. Die Steuerscheibe 3 wird gegen die Frontplatte 2 durch einen Abstandsrahmen 12 distanziert, der beidseitig jeweils durch eine Glaslotnaht 13, 14 vakuumdicht mit der Steuerscheibe bzw. der Frontplatte verbunden ist. Die Verbindung zwischen der Steuerscheibe und der Wanne wird über eine Glaslotnaht 15 hergestellt.
  • Der Rahmen ragt nach innen über die beiden Glaslotnähte 13, 14 hinaus und hat dort ein abgerundetes Profil mit rauher Oberfläche. Dieser Rahmen läßt sich folgendermaßen rationell herstellen: Zunächst schneidet man aus einer ca. 1,1mm-dicken Weichglasscheibe mit einer Diament-Trennscheibe ein Fenster heraus. Dann wird bei dem so erhaltenen Rahmen die Innenseite mit einer Strahltechnik abgerundet, mattiert und mit Cu belegt. Hierzu wird der Rahmen zunächst einige Sekunden lang mit bis zu 120µm-dicken Al2O3-Perlen gestrahlt und anschließend mit einem Strahl aus bis zu 60µm dicken Glasperlen geläppt. Die Glasperlen sind dabei mit Cu überzogen. Anschließend spühlt man die behandelte Oberfläche; ein spezieller Reinigungsprozeß ist nicht erforderlich.
  • Einen Eindruck von der Struktur der rauhen Rahmenoberfläche vermitteln die Figuren 2 und 3. Sie sind aus Rasterelektronenmikroskopaufnahmen an einer Au-metallisierten Oberfläche hervorgegangen und zeigen die Fläche in einer 400- bzw. 2000-fachen Vergrößerung. Aus diesen Figuren läßt sich abschätzen, daß die Rauhtiefe dieses flachmuldigen Oberflächengebirges im Mittel zwischen 10µm und 15µm liegt und maximal 40um erreicht (DIN 4768, Blatt 1).
  • Alle übrigen Teile des Bildschirms sind an sich bekannt. Für weitere Herstellungs- und Betriebseinzelheiten wird auf Elektronik 14 (1982) 79 verwiesen.
  • Die Erfindung beschränkt sich nicht nur auf das dargestellte Ausführungsbeispiel. Im vorlegenden Zusammenhang kommt es nur darauf an, die Nachbeschleunigungsstrecke kurzschlußfest zu machen. Insofern könnte man die Gasentladung auch in anderer Form - beispielsweise als stationäres Querplasma - erzeugen und/oder die Elektroden anders organisieren, etwa die gleichen Leiter als Plasmakathoden und als Zeilenleiter fungieren zu lassen oder mit einer Nachablenkung im Hochspannungsraum arbeiten. Davon abgesehen kommen auch andere Rahmenmaterialien und/oder andere mattierungsmethoden in Frage; denkbar wären etwa bestimmte Keramiken und spezielle Ätztechniken. Im übrigen bleibt es dem Fachmann unbenommen, in Fällen, in denen neben dem Abstandsrahmen noch weitere Distanzelemente vorgesehen sind, die Oberflächen dieser zusätzlichen Körper in gleicher Weise aufzurauhen.
    13 Patentansprüche 3 Figuren

Claims (13)

1. Gasentladungsanzeigevorrichtung mit folgendem Aufbau
1a) eine gasdichte Hülle mit zwei zueinander parallelen, in Betrachtungsrichtung hintereinander liegenden Wandplatten (Rückplatte, Frontplatte) ist mit einem Gas gefUllt,
b) in der Hülle befindet sich eine regelmäßig gelochte Steuerstruktur, die das Hülleninnere in einen hinteren und einen vorderen Raum (Gasentladungsraum, Nachbeschleunigungsraum) unterteilt und mehrere plattenparallel:erstreckte Elektrodenebenen umfaßt,
c) im Gasentladungsraum sind mindestens eine Kathode (Plasmakathode) und mindestens eine Anode (Plasmaanode) vorgesehen,
d) die Frontplatte trägt auf ihrer Rückseite.eine kathodolumineszente Schicht sowie eine elektrisch leitende Schicht (Nachbeschleunigungsanode),
e) in der vordersten Elektrodenebene der Steuerstruktur befindet sich mindestens ein Leiter (Nachbeschleunigungskathode), der gegen die Nachbeschleunigungsanode durch einen Abstandsrahmen distanziert ist; und folgender Betriebsweise
2a) zwischen jeder Plasmakathode und der ihr zugeordne- ten Plasmaanode brennt zumindest zeitweilig eine Gasentladung;
b) aus dieser Entladung werden Elektronen durch selektiv geöffnete Löcher der Steuerstruktur in den Nachbeschleunigungsraum gezogen und
c) im Nachbeschleunigungsraum, der entladungsfrei bleibt, auf mehrere kV beschleunigt;
dadurch gekennzeichnet, daß
1f) der Abstandsrahmen (12) zumindest auf seiner Innenseite eine rauhe Oberfläche hat.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die rauhe Oberfläche eine gemittelte Rauhtiefe Rz hat, für die gilt 1µm ≤ Rz ≤ 100µm, insbesondere 4µm ≤ Rz ≤ 40µm, und vorzugsweise flachmuldig ist.
3. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die rauhe Oberfläche eine meximale Rauhtiefe Rmax hat, für die gilt Rmax ≤ 250µm, insbesondere Rmax≤100µm.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, d a - durch gekennzeichnet, das die rauhe Oberfläche mit elektrisch voneinander isolierten Inseln aus einem elektrisch leitenden Material belegt ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Materialbelegung eine äquivalente Schichtdicke d hat, für die gilt d≤10-3µm, insbesondere d≤6·10-4µm.
6. Vorrichtung nach den Ansprüchen 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Materialbelegung eine Flächenmasse b hat, für die gilt b≤0,8µg · cm-2, insbesondere b≤ 0,5µg · cm-2.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, das das elektrisch leitende Material Kupfer ist.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, mit einem frei in den Nachbeschleunigungsraum hineinragenden Abstandsrahmen, dadurch gekennzeichnet, daß die Übergänge zwischen der Rahmeninnenseite und den beiden Stirnseiten des Rahmens (12) abgerundet sind und die Rahmenoberfläche auch in den abgerundeten Bereichen rauh ist.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstandsrahmen (12) aus Glas, insbesondere aus einem Weichglas mit einem thermischen Ausdehnungskoeffizienten α ≥ 85·10-7oK-1, besteht.
10. Verfahren zur Herstellung eines Abstandsrahmens einer Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Rahmeninnenseite durch eine Strahltechnik aufgerauht wird.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß man zunächst mit Kugeln eines Durchmessers D und anschließend mit Kugeln eines Durchmessers D' (D'< D) strahlt.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß D ≤ 120µm und D' ≤60µm ist.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die für die Strahltechnik verwendeten Kugeln mit einem elektrisch leitenden Material belegt werden.
EP84108495A 1983-08-03 1984-07-18 Gasentladungsanzeigevorrichtung mit einem Abstandsrahmen und Verfahren zur Herstellung dieses Rahmens Expired EP0133492B1 (de)

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Publication Number Publication Date
EP0133492A2 true EP0133492A2 (de) 1985-02-27
EP0133492A3 EP0133492A3 (en) 1985-04-10
EP0133492B1 EP0133492B1 (de) 1987-04-15

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EP (1) EP0133492B1 (de)
JP (1) JPS60100339A (de)
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