JP2000347021A - カラーフィルタおよびその製造方法 - Google Patents

カラーフィルタおよびその製造方法

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JP2000347021A
JP2000347021A JP11159202A JP15920299A JP2000347021A JP 2000347021 A JP2000347021 A JP 2000347021A JP 11159202 A JP11159202 A JP 11159202A JP 15920299 A JP15920299 A JP 15920299A JP 2000347021 A JP2000347021 A JP 2000347021A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 液晶層の厚み設定用としての柱状凸部を備
え、表示品質に優れたカラー液晶表示装置の製造を可能
とするカラーフィルタと、このカラーフィルタの製造方
法を提供する。 【解決手段】 少なくとも着色層を覆うように熱硬化性
樹脂を用いて形成された透明保護層と、この透明保護層
よりも突出するように基板上の複数の所定部位に感光性
樹脂を用いて形成された柱状凸部とを備えるカラーフィ
ルタとし、このようなカラーフィルタは、基板上に所定
のパターンで複数色からなる着色層を形成した後、少な
くとも着色層を覆うように基板上に形成した熱硬化性樹
脂層にプリベークを施して透明保護層を形成し、その
後、透明保護層を覆うように基板上に形成した感光性樹
脂層を、柱状凸部の形成パターンに相当する開口部を備
えたフォトマスクを介し露光、現像して、基板上の複数
の所定部位に柱状凸部を形成し、その後、ポストベーク
を施すことにより製造する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明はカラーフィルタおよ
びその製造方法に係り、特に表示品質に優れたカラー液
晶表示装置の製造が可能なカラーフィルタとその製造方
法に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、フラットディスプレイとして、カ
ラーの液晶表示装置が注目されている。カラー液晶表示
装置の一例として、ブラックマトリックス、複数の色
(通常、赤(R)、緑(G)、青(B)の3原色)から
なる着色層、透明導電層(共通電極)および配向層を備
えたカラーフィルタと、薄膜トランジスタ(TFT素
子)、画素電極および配向層を備えたTFTアレイ基板
とを所定の間隙をもたせて向かい合わせ、この間隙部に
液晶材料を注入して液晶層としたものがある。このよう
なカラー液晶表示装置では、間隙部が液晶層の厚みその
ものであり、カラー液晶表示装置に要求される高速応答
性、高コントラスト比、広視野角等の良好な表示性能を
可能とするためには、液晶層の厚み、すなわち、カラー
フィルタとTFTアレイ基板の間隙距離を厳密に一定に
保持する必要がある。
【0003】従来、カラー液晶表示装置における液晶層
の厚みを決定する方法として、カラーフィルタとTFT
アレイ基板とを貼り合わせる時に、ガラスビーズやプラ
スチックビーズをスペーサーとして使用する方法があ
る。すなわち、カラーフィルタとTFTアレイ基板とを
貼り合わせる前に、所定の直径で粒径の揃ったガラスビ
ーズやプラスチックビーズをスペーサーとしてカラーフ
ィルタおよびTFTアレイのいずれか一方に散在させ、
その後、両基板の貼り合わせを行い、ガラスビーズやプ
ラスチックビーズの直径をもって両基板の間隙部の大き
さ、つまり、液晶層の厚みが決定される。
【0004】しかし、上述のようなカラーフィルタとT
FTアレイ基板との間隙部を形成する方法では、カラー
液晶表示装置の動作の上で次のような問題点が生じる。
【0005】まず、ガラスビーズやプラスチックビーズ
をスペーサーとして用いる場合、基板面上に散在させる
密度が適正で、かつ、基板面上に均一に分散されていな
ければ、カラー液晶表示装置の全面に亘って大きさが均
一な間隙部は形成されない。一般に、スペーサーの散在
量(密度)を増した場合、間隙部の厚みのばらつき偏差
は少なくなるが、散在量(密度)が多くなると表示画素
部上に存在するスペーサーの数も増し、表示画素部では
このスペーサーが液晶材料の異物となる。そして、スペ
ーサーの存在によって、配向膜で規制された液晶分子の
配向に乱れが生じたり、スペーサー周辺の液晶だけは電
圧のON、OFFによる配向制御が不能になる等の支障
がみられ、コントラスト比等の表示性能が低下するとい
う問題があった。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】このような問題を解消
するために、間隙(液晶層の厚み)を決定するための柱
状凸部を備えたカラーフィルタが提案されている(特開
平4−318816号等)。このカラーフィルタは、着
色層を形成し、この着色層を覆うように光硬化性樹脂を
用いて透明保護層を形成した後に、感光性樹脂を用いて
フォトリソグラフィー工程によりブラックマトリックス
上の所定箇所に柱状凸部を形成するものである。この柱
状凸部は、スペーサーとして機能するので、従来のビー
ズ状のスペーサーの散布が不要となり、また、柱状凸部
が画素表示部に存在しないため液晶分子の配向に乱れを
生じさせても表示性能に悪影響が及ばないことになる。
【0007】上記の光硬化性樹脂を用いた透明保護層の
形成では、光硬化性樹脂を塗布した後、全面露光、ある
いは、面付けに対応したパターン露光を行い、現像後に
加熱処理が行われる。この加熱処理は、その後の柱状凸
部形成のフォトリソグラフィー工程における現像によっ
て、透明保護層の表面が粗くなり機能が低下するのを防
止するためである。
【0008】しかし、透明保護層の形成において、上記
のように光硬化性樹脂の露光・現像工程に加えて、加熱
処理工程が必要であり、柱状凸部形成時に同時に透明保
護層の現像・加熱処理を行っても露光工程が必要なた
め、工程が煩雑であるという問題がある。また、製造工
程中に、透明保護層形成のための露光装置と、柱状凸部
形成のための露光装置とが必要であるため、製造ライン
が長くなり、スループット向上にも限界があった。
【0009】本発明は、上記のような事情に鑑みてなさ
れたものであり、液晶層の厚み設定用としての柱状凸部
を備え、表示品質に優れたカラー液晶表示装置の製造を
可能とするカラーフィルタと、このカラーフィルタの製
造方法を提供することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために、本発明のカラーフィルタは、基板と、該基板
上に所定のパターンで形成された複数色からなる着色層
と、少なくとも前記着色層を覆うように形成された透明
保護層と、前記基板上の複数の所定部位に形成され前記
透明保護層よりも突出した柱状凸部とを備え、前記透明
保護層は熱硬化性樹脂を用いて形成されたものであり、
前記柱状凸部は感光性樹脂を用いて形成されたものであ
るような構成とした。
【0011】本発明のカラーフィルタの製造方法は、基
板上に所定のパターンで複数色からなる着色層を形成し
た後、少なくとも前記着色層を覆うように前記基板上に
熱硬化性樹脂層を形成し、該熱硬化性樹脂層にプリベー
クを施して透明保護層を形成し、その後、該透明保護層
を覆うように前記基板上に感光性樹脂層を形成し、柱状
凸部の形成パターンに相当する開口部を備えたフォトマ
スクを介して前記感光性樹脂層を露光、現像して、前記
基板上の複数の所定部位に柱状凸部を形成し、その後、
ポストベークを施すような構成とした。
【0012】このような本発明では、熱硬化性樹脂層に
プリベークを施して形成した透明保護層は、柱状凸部形
成時の現像液に対して安定で表面が粗くなることはな
く、カラーフィルタ表面を平坦化するとともに、着色層
に含有される成分の液晶層への溶出を防止し、また、透
明保護層形成においてフォトリソグラフィー工程は不要
となり、一方、柱状凸部は液晶層の厚み設定用スペーサ
として必要な高さをもつとともに高精度の高さ設定が可
能である。
【0013】
【発明の実施の形態】以下、本発明の最良の実施形態に
ついて図面を参照して説明する。
【0014】カラーフィルタ 図1は本発明のカラーフィルタの実施形態の一例を示す
部分平面図であり、図2はA−A線における縦断面図で
ある。図1および図2において、本発明のカラーフィル
タ1は、基板2と、この基板2上に形成されたブラック
マトリックス3および着色層5を備え、ブラックマトリ
ックス3および着色層5を覆うように透明保護層6が形
成されており、さらに、ブラックマトリックス3の所定
の複数の箇所(図1では5箇所)には柱状凸部7が上記
の透明保護層6上に形成されている。
【0015】上記のカラーフィルタ1を構成する基板2
としては、石英ガラス、パイレックスガラス、合成石英
板等の可撓性のない透明なリジット材、あるいは透明樹
脂フィルム、光学用樹脂板等の可撓性を有する透明なフ
レキシブル材を用いることができる。この中で特にコー
ニング社製7059ガラスは、熱膨脹率の小さい素材で
あり寸法安定性および高温加熱処理における作業性に優
れ、また、ガラス中にアルカリ成分を含まない無アルカ
リガラスであるため、アクティブマトリックス方式によ
るカラー液晶表示装置用のカラーフィルタに適してい
る。
【0016】また、カラーフィルタ1を構成するブラッ
クマトリックス3は、着色層5からなる表示画素部の間
および着色層5の形成領域の外側に設けられている。こ
のようなブラックマトリックス3は、スパッタリング
法、真空蒸着法等により厚み1000〜2000Å程度
のクロム等の金属薄膜を形成し、この薄膜をパターニン
グして形成したもの、カーボン微粒子等の遮光性粒子を
含有させたポリイミド樹脂、アクリル樹脂、エポキシ樹
脂等の樹脂層を形成し、この樹脂層をパターニングして
形成したもの、カーボン微粒子、金属酸化物等の遮光性
粒子を含有させた感光性樹脂層を形成し、この感光性樹
脂層をパターニングして形成したもの等、いずれであっ
てもよい。
【0017】着色層5は、赤色パターン5R、緑色パタ
ーン5Gおよび青色パターン5Bが所望のパターン形状
で配列されており、所望の着色材を含有した感光性樹脂
を使用した顔料分散法により形成することができ、さら
に、印刷法、電着法、転写法等の公知の方法により形成
することができる。また、着色層5を、例えば、赤色パ
ターン5Rが最も薄く、緑色パターン5G、青色パター
ン5Bの順に厚くすることにより、着色層5の各色ごと
に最適な液晶層厚みを設定するようにしてもよい。
【0018】透明保護層6はカラーフィルタ1の表面を
平坦化するとともに、着色層5に含有される成分の液晶
層への溶出を防止するために設けられたものである。こ
の透明保護層6は、熱硬化性樹脂を用いて形成されたも
のである。使用する熱硬化性樹脂としては、アクリル系
樹脂、エポキシ系樹脂、ビニルエーテル系樹脂、ポリイ
ミド系樹脂、フェノール樹脂、ポリエステル樹脂、メラ
ミン樹脂、尿素樹脂等を挙げることができる。
【0019】透明保護層6の厚みは、使用される材料の
光透過率、カラーフィルタ1の表面状態等考慮して設定
することができ、例えば、0.1〜2.0μmの範囲で
設定することができる。このような透明保護層6は、カ
ラーフィルタ1をTFTアレイ基板と貼り合わせたとき
に液晶層と接するような着色層5を少なくとも覆うよう
に形成される。
【0020】柱状凸部7は、カラーフィルタ1をTFT
アレイ基板と貼り合わせたときにスペーサーとして作用
するものである。この柱状凸部7は、上記の透明保護層
6よりも2〜10μm程度の範囲で突出するように一定
の高さをもつものであり、突出量はカラー液晶表示装置
の液晶層に要求される厚み等から適宜設定することがで
きる。また、柱状凸部7の太さは、5〜50μm程度の
範囲で適宜設定することができ、柱状凸部7の形成密度
は、液晶層の厚みムラ、開口率、柱状凸部7の形状、材
質等を考慮して適宜設定することができるが、例えば、
着色層5を構成する赤色パターン5R、緑色パターン5
Gおよび青色パターン5Bの1組に1個の割合で必要十
分なスペーサー機能を発現する。このような柱状凸部7
の形状は、図示例では円柱形状となっているが、これに
限定されるものではなく、角柱形状、截頭錐体形状等で
あってもよい。
【0021】柱状凸部7は、感光性樹脂を用いて形成さ
れたものである。感光性樹脂としては、公知のネガ型お
よびポジ型の感光性樹脂のなかから、柱状凸部7として
要求される機械的強度等を考慮して選定することができ
る。
【0022】上記の透明保護層6と柱状凸部7を備える
本発明のカラーフィルタ1に配向層を設けて配向処理
(ラビング)した後、TFTアレイ基板と貼り合わせた
場合、柱状凸部7がカラーフィルタ1とTFTアレイ基
板との間に間隙を形成し、両基板の間隙精度は極めて高
いものとなる。尚、本発明のカラーフィルタは、ブラッ
クマトリックス3を備えず、非画素部分に相当する位置
に上述の柱状凸部7を形成したもの等であってもよい。
【0023】カラーフィルタの製造方法 次に、本発明のカラーフィルタ製造方法の実施形態の一
例について、図1および図2に示されたカラーフィルタ
1を例に、図3および図4を参照しながら説明する。
【0024】本発明のカラーフィルタの製造方法では、
まず、基板2上にブラックマトリックス3を形成し、次
いで、基板2上の赤色パターン形成領域に赤色パターン
5R、緑色パターン形成領域に緑色パターン5G、さら
に、青色パターン形成領域に青色パターン5Bを形成し
て着色層5とする(図3(A))。
【0025】ブラックマトリックス3の形成は、例え
ば、以下のように行うことができる。まず、スパッタリ
ング法、真空蒸着法等により形成したクロム等の金属薄
膜、カーボン微粒子等の遮光性粒子を含有した樹脂層等
からなる遮光層を基板2上に形成し、この遮光層上に公
知のポジ型あるいはネガ型の感光性レジストを用いて感
光性レジスト層を形成する。次いで、感光性レジスト層
をブラックマトリックス用のフォトマスクを介して露
光、現像し、露出した遮光層をエッチングした後、残存
する感光性レジスト層を除去することによって、ブラッ
クマトリックス3を形成する。
【0026】また、上記の着色層5の形成は、例えば、
以下のように行うことができる。まず、ブラックマトリ
ックス3を覆うように基板2上に赤色着色材を含有した
赤色感光性樹脂層を形成し、所定のフォトマスクを介し
て上記の赤色感光性樹脂層を露光して現像を行うことに
より、基板2上の赤色パターン形成領域に赤色パターン
5Rを形成する。以下、同様に、基板2上の緑色パター
ン形成領域に緑色パターン5Gを形成し、さらに、基板
2上の青色パターン形成領域に青色パターン5Bを形成
する。
【0027】次に、ブラックマトリックス3および着色
層5を覆うように透明保護層6を形成する(図3
(B))。この透明保護層6の形成は、上述のようなア
クリル系樹脂、エポキシ系樹脂、ビニルエーテル系樹
脂、ポリイミド系樹脂、フェノール樹脂、ポリエステル
樹脂、メラミン樹脂、尿素樹脂等の熱硬化性樹脂を、粘
度の最適化を行った上で、スピンコータ、ロールコータ
等の公知の手段によりブラックマトリックス3および着
色層5を覆うように塗布し、プリベーク処理を施し硬化
させることにより形成することができる。このように、
透明保護層6の形成にはフォトリソグラフィー工程は不
要であり、かつ、形成された透明保護層6は、後述する
柱状凸部形成のフォトリソグラフィー工程にて用いる現
像液に対して安定で表面が粗くなることはない。したが
って、透明保護層6は、カラーフィルタ表面を平坦化す
るとともに着色層に含有される成分の液晶層への溶出を
防止することができる。
【0028】次いで、透明保護層6を覆うようにネガ型
の感光性樹脂層8を形成する(図3(C))。この感光
性樹脂層8の形成は、公知のネガ型の感光性樹脂組成物
を、粘度の最適化を行った上で、スピンコータ、ロール
コータ等の公知の手段により透明保護層6を覆うように
塗布、乾燥して形成することができる。感光性樹脂層8
の厚みは、柱状凸部7に要求される高さに応じて適宜設
定することができる。
【0029】次に、感光性樹脂層8を柱状凸部形成用の
フォトマスクMを介して露光する(図4(A))。使用
するフォトマスクMは、柱状凸部7形成のための所定の
位置に開口部を備えている。次いで、現像液により感光
性樹脂層8の現像が行われる。この現像によって、柱状
凸部形成部位の感光性樹脂層8は溶解されずに柱状凸部
7として残り、本発明のカラーフィルタ1が得られる
(図4(B))。尚、上述の実施形態では、着色層5は
顔料分散法により形成されるが、本発明はこれに限定さ
れるものではない。例えば、印刷法、転写法等を用いる
ことができ、また、基板2上に予め透明導電膜を形成し
て電着法を用いることもできる。
【0030】
【実施例】次に、実施例を示して本発明を更に詳細に説
明する。
【0031】(実施例)カラーフィルタ用の基板とし
て、300mm×400mm、厚さ1.1mmのガラス
基板(コーニング社製7059ガラス)を準備した。こ
の基板を定法にしたがって洗浄した後、基板の片側全面
にスパッタリング法により金属クロムからなる遮光層
(厚さ0.1μm)を成膜した。次いで、この遮光層に
対して、通常のフォトリソグラフィー法によって感光性
レジスト塗布、マスク露光、現像、エッチング、レジス
ト層剥離を行ってブラックマトリックスを形成した。
【0032】次に、ブラックマトリックスが形成された
基板全面に、赤色パターン用の感光性着色材料(富士フ
ィルムオーリン(株)製カラーモザイクCR−700
1)をスピンコート法により塗布して赤色感光性樹脂層
を形成し、プレベーク(95℃、5分間)を行った。そ
の後、所定の着色パターン用フォトマスクを用いて赤色
感光性樹脂層をアライメント露光し、現像液(富士フィ
ルムオーリン(株)製カラーモザイク用現像液CDの希
釈液)にて現像を行い、次いで、ポストベーク(200
℃、30分間)を行って、ブラックマトリックスパター
ンに対して所定の位置に赤色パターン(厚み1.5μ
m)を形成した。
【0033】同様に、緑色パターン用の感光性着色材料
(富士フィルムオーリン(株)製カラーモザイクCG−
7001)を用いて、ブラックマトリックスパターンに
対して所定の位置に緑色パターン(厚み1.5μm)を
形成した。さらに、青色パターン用の感光性着色材料
(富士フィルムオーリン(株)製カラーモザイクCB−
7001)を用いて、ブラックマトリックスパターンに
対して所定の位置に青色パターン(厚み1.5μm)を
形成した。
【0034】次に、着色層が形成された基板上に熱硬化
性樹脂材料(JSR(株)製オプトマーSS6699
G)をスピンコート法により塗布して熱硬化性樹脂層を
形成し、この熱硬化性樹脂層に対して、120℃、5分
間のプリベーク処理を施して、厚み1.5μmの透明保
護層を形成した。
【0035】次に、上記の透明保護層上に、ネガ型の下
記組成の透明感光性樹脂材料をプロピレングリコールモ
ノメチルエーテルアセテートにて粘度調整した塗布液を
スピンコート法により塗布し乾燥して、厚み5.5μm
の透明感光性樹脂層を形成した。
【0036】 透明感光性樹脂材料の組成 ・バインダー樹脂 … 150重量部 ベンジルメタクリレート・メタクリル酸共重合体 (モル比73/27) ・モノマー … 80重量部 ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート ・重合開始剤 … 25重量部 チバスペシャリティケミカル(株)製 イルガキュア369
【0037】次いで、超高圧水銀灯を露光光源とするプ
ロキシミティ露光機にて、柱状凸部の形成位置に所定形
状の開口部を設けたフォトマスクを介して400mJ/
cm 2 の露光量で露光を行った。
【0038】次に、基板を現像液(水酸化カリウム0.
05重量%水溶液)に60秒間浸漬して現像を行い、洗
浄後、クリーンオーブン中でポストベーク(200℃、
30分間)を行った。これにより、露光された箇所に
は、透明保護層上に高さ5.0μmの透明な円柱形状の
柱状凸部が形成され、図1および図2に示されるような
構造のカラーフィルタ(実施例)を得た。
【0039】(比較例1)まず、実施例と同様にして、
ブラックマトリックスおよび着色層を形成した。次に、
着色層が形成された基板上にネガ型の透明感光性樹脂材
料(JSR(株)製NN550)をスピンコート法によ
り塗布し、プロキシミティ露光機を用いて300mJ/
cm2 の露光量で露光を行った。その後、さらに、20
0℃、30分間の加熱処理を施して、厚み1.5μmの
透明保護層を形成した。
【0040】次いで、この透明保護層上に、実施例と同
様にして柱状凸部を形成し、カラーフィルタ(比較例
1)を得た。
【0041】(比較例2)透明保護層の形成工程で加熱
処理を施さない他は、比較例1と同様にしてカラーフィ
ルタ(比較例2)を得た。
【0042】上述の実施例、比較例1、2において作製
した各カラーフィルタの透明保護層上に、スパッタリン
グ法により酸化インジウムスズ(ITO)からなる透明
導電層(厚み0.15μm)を形成し、更に、ポリイミ
ド配向層を設けて配向処理(ラビング)した後、エポキ
シ樹脂系シール剤を用いてTFTアレイ基板と貼り合わ
せ、TN型液晶をカラーフィルタとTFTアレイ基板と
の間の間隙部に封入した。
【0043】実施例および比較例1のカラーフィルタを
用いて作製した液晶表示装置は、表示面全体に均一な間
隙が保持されており、また、カラーフィルタ表面が平坦
で、かつ、着色層の含有成分が液晶層へ溶出することが
ないので、色ムラ等を生じることなく良好な表示品質が
得られた。
【0044】一方、比較例2のカラーフィルタを用いて
作製した液晶表示装置は、透明保護層の表面平滑性が悪
く、良好な表示品質が得られなかった。
【0045】
【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば透
明保護層は熱硬化性樹脂層にプリベークを施して形成さ
れるので、フォトリソグラフィー工程は不要であり、か
つ、形成された透明保護層は柱状凸部形成時の現像液に
対して安定で表面が粗くなることはないので、カラーフ
ィルタ表面を平坦化するとともに着色層に含有される成
分の液晶層への溶出を防止する。また、感光性樹脂層を
露光・現像して形成された複数の柱状凸部は、液晶層の
厚み設定用スペーサとして必要な高さをもつとともに、
その高さを優れた精度で設定することができる。さら
に、上記の透明保護層と柱状凸部の形成では、フォトリ
ソグラフィー工程が柱状凸部形成のための1回となるの
で、製造ラインが短くなり、スループットが向上すると
いう効果が奏される。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のカラーフィルタの実施形態の一例を示
す部分平面図である。
【図2】図1に示された本発明のカラーフィルタのA−
A線における縦断面図である。
【図3】本発明のカラーフィルタの製造方法の一例を説
明するための工程図である。
【図4】本発明のカラーフィルタの製造方法の一例を説
明するための工程図である。
【符号の説明】
1…カラーフィルタ 2…基板 3…ブラックマトリックス 5…着色層 6…透明保護層 7…柱状凸部 8…感光性樹脂層

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 基板と、該基板上に所定のパターンで形
    成された複数色からなる着色層と、少なくとも前記着色
    層を覆うように形成された透明保護層と、前記基板上の
    複数の所定部位に形成され前記透明保護層よりも突出し
    た柱状凸部とを備え、前記透明保護層は熱硬化性樹脂を
    用いて形成されたものであり、前記柱状凸部は感光性樹
    脂を用いて形成されたものであることを特徴とするカラ
    ーフィルタ。
  2. 【請求項2】 基板上に所定のパターンで複数色からな
    る着色層を形成した後、少なくとも前記着色層を覆うよ
    うに前記基板上に熱硬化性樹脂層を形成し、該熱硬化性
    樹脂層にプリベークを施して透明保護層を形成し、その
    後、該透明保護層を覆うように前記基板上に感光性樹脂
    層を形成し、柱状凸部の形成パターンに相当する開口部
    を備えたフォトマスクを介して前記感光性樹脂層を露
    光、現像して、前記基板上の複数の所定部位に柱状凸部
    を形成し、その後、ポストベークを施すことを特徴とす
    るカラーフィルタの製造方法。
JP15920299A 1999-06-07 1999-06-07 カラーフィルタの製造方法 Expired - Fee Related JP4810713B2 (ja)

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