JPH06281923A - 液晶表示装置 - Google Patents

液晶表示装置

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JPH06281923A
JPH06281923A JP5090659A JP9065993A JPH06281923A JP H06281923 A JPH06281923 A JP H06281923A JP 5090659 A JP5090659 A JP 5090659A JP 9065993 A JP9065993 A JP 9065993A JP H06281923 A JPH06281923 A JP H06281923A
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liquid crystal
light
crystal display
shielding film
display device
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JP5090659A
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Masabumi Kunii
正文 国井
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 オンチップ型ブラックマスクの遮光性及び電
気絶縁性を改善する。 【構成】 アクティブマトリクス型の液晶表示装置は主
基板1と対向基板2とを互いに離間配置し両者の間に液
晶層3を保持したフラットパネル構造を有する。主基板
1にはマトリクス状に配列された画素電極4と、これを
駆動する薄膜トランジスタ5と、ブラックマスクとなる
遮光膜6とを備えている。対向基板2はその内表面に対
向電極7を備えている。かかる構造において、遮光膜6
は硼素がドープされた非晶質シリコンを主成分としてお
り、遮光性及び電気絶縁性に優れている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はアクティブマトリクス型
の液晶表示装置に関する。より詳しくは、基板上に形成
されるブラックマスクの材質,構造及び製法に関する。
【0002】
【従来の技術】アクティブマトリクス型の液晶表示装置
は、一般に主基板と対向基板と両者の間に保持される液
晶層とから構成されている。主基板にはマトリクス状に
配列された画素電極と、各画素電極を駆動するスイッチ
ング素子とが集積的に形成されている。スイッチング素
子は例えば薄膜トランジスタ(TFT)等から構成され
ている。さらに、各TFTに接続するゲートラインや信
号ラインも形成されている。加えて、所望により画素容
量を補助する付加容量素子も形成されている場合があ
る。一方、対向基板には対向電極やカラーフィルタ膜が
形成されている。液晶層としては例えばツイストネマテ
ィック液晶材料が用いられる。
【0003】表示コントラストを改善する為、主基板の
表面にブラックマスクがパタニング形成されている場合
がある。従来、ブラックマスクは金属膜からなり表示画
素部に窓を開けたパタン形状を有している。この金属遮
光膜を主基板の最下層もしくは最上層に形成して表示画
素部以外の遮光を行なっている。即ち、マトリクス状画
素電極間のスペース、TFT、ゲートライン、信号ライ
ン、付加容量素子等が形成された非表示領域に入射する
光を遮断する一方、表示領域に入射する光のみを透過さ
せる事により、表示コントラストを改善している。特
に、主基板側に直接遮光膜を形成した所謂オンチップブ
ラックマスクは、対向基板側に金属遮光膜を形成した場
合に比べ種々の利点を有している。例えば、遮光膜が主
基板に接している為画素部の開口率を大きくとれる。
又、TFTパタンと遮光膜パタンの相対的な位置ずれが
殆どない為画素部を微細化しても高開口率を保持でき
る。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
オンチップブラックマスク構造では、遮光膜が金属材料
で構成されている為、画素電極、TFT、ゲートライ
ン、信号ライン、付加容量素子等との間に電気絶縁性を
とる必要がある。仮に、短絡欠陥が発生すると、巨大な
負荷容量が生じたり金属遮光膜を介した電流リークが多
発する。特に、信号ラインと金属遮光膜との間の短絡欠
陥は発生確率が高く致命的な問題となっている。パネル
全体に渡って金属遮光膜に対する電気絶縁性を保つ為に
は、層間絶縁膜を多重に積層しなければならず製造プロ
セスの煩雑化を招いていた。又、多層化しても完全な電
気絶縁性が保証できるわけではなく、画素の点欠陥、線
欠陥、コントラスト低下等により歩留りの悪化を招いて
いた。
【0005】この問題に対処する為、遮光膜材料として
金属に代え絶縁物を採用する構造も提案されている。例
えば、有機ブラックと称される、顔料系の色素を高分子
樹脂中に分散させた絶縁材料が用いられている。しかし
ながら、有機ブラックはフォトリソグラフィ及びエッチ
ングによるパタニングが困難であり、又微細加工も難し
い為半導体プロセスとの適合性が悪いという欠点があ
る。
【0006】
【課題を解決するための手段】上述した従来の技術の課
題に鑑み、本発明は微細加工が容易で半導体プロセスと
の適合性が高い絶縁性遮光膜構造を提供し、アクティブ
マトリクス型高解像度液晶表示装置の開口率及びコント
ラストを高める事を目的とする。かかる目的を達成する
為に以下の手段を講じた。即ち、本発明にかかる液晶表
示装置は、マトリクス状に配列された画素電極と、各画
素電極を駆動するスイッチング素子と、ブラックマスク
となる遮光膜とを備えた一方の基板と、対向電極を備え
前記一方の基板に対向配置された他方の基板と、両基板
の間に保持された液晶層とを有する構造において、前記
遮光膜は硼素がドープされた非晶質シリコンを主成分と
する事を特徴とする。この遮光膜は単層構造でも良い
が、場合によっては硼素がドープされた非晶質シリコン
からなる遮光絶縁層と、誘電体絶縁層とを含む多層構造
とする事ができる。この場合、誘電体絶縁層はSi
O2 ,SiNx ,SiOxNy 又はSiCx からなる。
さらに、場合によっては遮光膜と、画素電極及びスイッ
チング素子との間に平坦化膜を介在させても良い。
【0007】かかる構造を有する液晶表示装置は以下の
方法により製造する事ができる。即ち、一方の基板にマ
トリクス状の画素電極及びスイッチング素子を形成する
工程と、化学気相成長法により硼素を含む非晶質シリコ
ンを該一方の基板に堆積する成膜工程と、該非晶質シリ
コンをパタニングしてブラックマスクとなる遮光膜を形
成する工程と、予め対向電極の形成された他方の基板を
該一方の基板に接合し両基板の間に液晶層を封入する工
程とにより製造可能である。この場合、前記成膜工程
は、反応ガス種を切り換え先に酸素、窒素又は炭素と結
合したシリコン化合物からなる誘電体絶縁層を堆積し、
続いて硼素を含む非晶質シリコンからなる遮光絶縁層を
堆積して多層構造の遮光膜を形成する様にしても良い。
前記成膜工程は例えばプラズマ化学気相成長法により硼
素を含む非晶質シリコンを堆積する事ができる。あるい
は、減圧化学気相成長法により比較的低い成膜温度で硼
素を含む非晶質シリコンを堆積しても良い。
【0008】
【作用】非晶質シリコンに硼素を高濃度でドープした薄
膜は良好な遮光性と電気絶縁性を同時に兼ね備えてい
る。これをアクティブマトリクス型液晶表示装置の遮光
膜として適用した場合、スイッチング素子等の電気的特
性に干渉する事がなく、半導体プロセスに対して適合性
の高い遮光膜となる。非晶質シリコンに硼素を高濃度に
ドープした遮光膜は単層構造でも良いが、誘電体絶縁層
を含む多層構造とする事により電気絶縁性がさらに完全
なものとなる。又、この誘電体絶縁層を透明材料から構
成する事により多層膜界面で全反射を起させ遮光性をよ
り完全なものとする事ができる。非晶質シリコンに硼素
を高濃度にドープした薄膜は、例えばプラズマ化学気相
成長法や減圧化学気相成長法により成膜でき前述した様
に半導体プロセスとの適合性が高い。又、化学気相成長
を実施する際反応ガス種を適宜切り換える事により前述
した誘電体絶縁層と遮光絶縁層の多層構造を一連の処理
により容易に作成する事ができる。
【0009】
【実施例】以下図面を参照して本発明の好適な実施例を
詳細に説明する。図1は本発明にかかるアクティブマト
リクス型液晶表示装置の実施例を示す模式的な部分断面
図である。本装置はガラス又は石英等の絶縁材料からな
る一方の基板(主基板)1と、これに対向配置されたガ
ラス等からなる他方の基板(対向基板)2と、両基板
1,2の間に保持された液晶層3とからなるフラットパ
ネル構造を有する。主基板1の表面にはマトリクス状に
配列された画素電極(1個のみ図示)4と、各画素電極
を駆動するスイッチング素子とが形成されている。本例
では、このスイッチング素子は薄膜トランジスタ(TF
T)5からなる。又画素電極4はITO等の透明導電膜
をパタニングしたものである。さらに、ブラックマスク
となる遮光膜6もパタニング形成されている。この遮光
膜6は硼素(B)がドープされた非晶質シリコンからな
り、良好な電気絶縁性及び遮光性を有している。一方、
対向基板2の内表面には透明導電膜からなる対向電極7
が形成されている。対向電極7と画素電極4の間に画素
が規定される。
【0010】引き続き図1を参照して本液晶表示装置の
製造方法を説明する。先ず、主基板1の上に多結晶シリ
コン膜8を成膜した後島状にパタニングして素子領域と
する。この多結晶シリコン膜8の表面を熱酸化してゲー
ト絶縁膜9を形成した後、これに重ねて多結晶シリコン
を堆積する。この多結晶シリコンを所定の形状にパタニ
ングしてゲート電極Gを形成する。この際、同時にゲー
トライン(図示せず)もパタニング形成する。次に、P
SG等からなる第一層間絶縁膜10を成膜する。この第
一層間絶縁膜10に、TFT5のソース領域Sに連通す
るコンタクトホールを開口した後、アルミニウム等の導
電性薄膜をスパッタリング等により成膜する。この導電
性薄膜を所定の形状にパタニングし信号ライン11を形
成する。次に、PSG等からなる第二層間絶縁膜12を
成膜した後、TFT5のドレイン領域Dに連通するコン
タクトホールを開口する。次に、ITO等の透明導電膜
をスパッタリング等により成膜し所定の形状にパタニン
グして画素電極4とする。最後に、プラズマ化学気相成
長法等により硼素を多量に含有する非晶質シリコンを堆
積し、非画素部をマスクする様にパタニングして遮光膜
6を得る。この後、全面に対向電極7が予め形成された
対向基板2を主基板1に接合し、両基板間に液晶層3を
封入して液晶表示装置を完成する。なお、両基板1,2
の内表面は予め配向処理が施され液晶層は例えばツイス
トネマティック配向される。
【0011】図2は主基板のパタン形状を示す平面図で
あり、遮光膜が形成される前の状態を表わしている。画
素電極4(1個のみ図示)の各行間には各画素の行を選
択するゲートライン13が配置されており、TFT5の
ゲート電極Gと一体化している。画素電極4の各列間に
は画像信号を供給する為の信号ライン11が配置されて
いる。TFT5のドレイン領域Dが画素電極4に接続さ
れる一方、ソース領域Sが信号ライン11に接続され
る。又、ドレイン領域Dの延長部と、ゲート絶縁膜を介
して対向する容量ライン14との間で付加容量又は蓄積
容量Csが形成される。なお、ゲート電極G、ゲートラ
イン13、容量ライン14は同時に形成され、例えば不
純物をドープした多結晶シリコン膜からなる。
【0012】図3は、同じく主基板のパタン形状を示す
平面図であるが、遮光膜を形成した後の状態を表わして
いる。遮光膜6はハッチングで示す様に所定の形状にパ
タニングされておりブラックマスクを構成する。即ち、
個々の画素電極4に整合して窓15が形成されており、
画素部に光が透過できる様にしている。なお、下層の画
素電極4との間にアライメントマージンを確保する為、
画素電極4の周辺部は若干遮光膜6によって覆われてい
る。又、TFT5、付加容量Cs、信号ライン11、ゲ
ートライン13、容量ライン14等を含む非画素部は全
て遮光膜6により被覆され、表示コントラストが改善で
きる。
【0013】次に、本発明の特徴的な要素である遮光膜
の成膜工程及びパタニング工程を詳細に説明する。本例
では遮光膜の成膜にプラズマ化学気相成長法(PCV
D)を採用している。原料ガス(反応ガス)にはSiH
4 /B2 H6 /H2 の混合気体を用い、B2 H6 とSi
H4 のガス流量比はB2 H6 /SiH4 =1%以上とな
る様に設定した。具体的にはH2 :B2 H6 :SiH4
=100:x:10で、x>1とする事により良好な遮
光膜が得られた。特に、B2 H6 /SiH4 =1〜5%
のガス流量比範囲が好ましい。仮に、このガス流量比が
1%以下の場合は、可視光領域での吸収係数が小さく遮
光性能が不十分である。又、5%以上になると遮光膜中
のストレスが大きくなり成膜後に剥離等が生じる惧れが
ある。PCVDの成膜温度は150〜250℃に設定
し、内部のガス圧力は0.2〜1.4Torrに設定し、プ
ラズマを発生させる為のRfパワーは63mW/cm2 とし
た。この条件のもとでは堆積レートが20〜35nm/mi
n となり、数十分間の処理で1μm以上の非晶質シリコ
ンが成膜できる。この非晶質シリコンは高濃度で硼素を
含有している。この様にして成膜した非晶質シリコン
(膜厚1μm)の可視光領域における透過率は波長40
0〜650nmに渡って0.1%以下に抑えられており、
良好な遮光膜が得られる。膜中の硼素は高温(600℃
以上)でアニールしない限り活性化せず、遮光膜の比抵
抗は1010Ω・cm以上と十分に高く電気絶縁性も良好で
ある。
【0014】次に、非晶質シリコン成膜後、レジストを
塗布しフォトリソグラフィでパタニングを行なう。この
レジストを介して非晶質シリコンのエッチングを行ない
ブラックマスクを形成する。例えば、CF4 /O2 の混
合ガスを用いてドライエッチングを行なう。CF4 =9
8%、O2 =2%の混合ガスを用いた場合エッチングレ
ートは約30nm/min であった。以上の説明から明らか
な様に、本発明にかかる遮光膜の成膜工程及びパタニン
グ工程はCVD、フォトリソグラフィ、ドライエッチン
グ等の技術を利用しており、半導体プロセスとの整合性
が高い。
【0015】一方、比較例として画素部のみに窓を開口
し基板一体となった金属遮光膜を形成したアクティブマ
トリクス型液晶表示装置を作成した。この比較例は、遮
光膜が導電性の金属材料を用いている事以外は、図1な
いし図3に示した実施例と同様の構成を有している。こ
の比較例では、金属遮光膜と信号ラインとの間のショー
ト不良が多発し、画素の点欠陥、線欠陥、コントラスト
低下等により良品は殆ど得られず歩留りは非常に低かっ
た。この事から、本発明にかかる硼素ドープの非晶質シ
リコンを遮光膜に利用する事で、画素欠陥の発生やコン
トラスト低下を抑制し歩留りが向上する事が理解され
る。
【0016】以上に説明した実施例では、硼素がドープ
された非晶質シリコンからなる遮光膜は単層構造を有し
ていた。しかしながら、本発明はこれに限られるもので
はなく、場合によっては多層構造の遮光膜としても良
い。例えば、成膜条件等により硼素がドープされた非晶
質シリコンの絶縁性能が若干不足する場合には、プラズ
マCVDの原料ガス種を切り換え、初めに誘電体絶縁層
を形成すれば良い。例えば、SiH4 /N2 Oの混合ガ
スを用いて下地にSiO2 からなる誘電体絶縁層を形成
し、続いて原料ガス種をSiH4 /B2 H6 /H2 に切
り換えて遮光絶縁層を形成すれば良い。この様にすれば
高い絶縁性能を確保しつつ遮光性の優れたブラックマス
クを作成できる。しかも、プラズマCVD法を用いれば
反応ガス種を切り換えるだけで容易に多層膜構造を作成
できる。従って、製造プロセスの煩雑化は避けられる。
又、誘電体絶縁層としてSiO2 等の透明材料を用いれ
ば、各層の膜厚を最適化する事により入射光に対して全
反射条件に近づける事ができ、遮光膜として極めて優れ
たものになる。なお、成膜方法はプラズマ化学気相成長
法に限られるわけではなく、例えば減圧化学気相成長法
で非晶質シリコンを成膜しても良い。この場合、成膜温
度を例えば550℃以下に設定する事により良好な非晶
質シリコンが得られる。又、誘電体絶縁層材料としては
SiO2 に限られるわけではなく、窒化シリコン(Si
Nx )、酸窒化シリコン(SiOx Ny)、炭化シリコ
ン(SiCx )等の誘電体材料を用いても良い。あるい
は、これらの薄膜を複数種類積層したもの等でも良い。
SiNx を成膜する場合はSiH4 /H2 /NH3 の混
合ガスを用いてプラズマCVDを行なえば良い。SiC
xを成膜する場合には、上記のNH3 に代えてCH4 ガ
スを用いれば良い。
【0017】プラズマCVD法で成膜した非晶質シリコ
ンには異常成長と呼ばれる円錐状の突起が発生したり、
成膜時のガス分解に伴なって生成する微粒子が膜表面に
付着し易い。この様な異常成長や微粒子の付着がある
と、欠陥個所に沿って光抜けが発生し易い。この光抜け
を防ぐ為にはやはり前述の多層膜構造が有効である。な
ぜなら、異常成長や微粒子付着の発生率は非晶質シリコ
ンの膜厚が大きくなるにつれ増大する傾向にあり、多層
膜構造とする事により全反射条件に近づければ1層当た
りの膜厚を減らす事ができ、結果的に異常成長や微粒子
の発生を抑制する事ができるからである。
【0018】一般に、硼素を高濃度でドープした非晶質
シリコンの吸収係数は必ずしも可視光領域でフラットで
はなく、若干の波長分散を有し波長650nm以上の領域
では吸収係数がやや小さくなる。従って、この波長領域
での遮光性能が若干低下する。この遮光性能の低下を防
ぐ為には波長650nm以上で入射光が全反射条件を満た
す様にすれば良い。この特定波長領域における全反射条
件は、上述した様に遮光膜を多層構造とし且つ透明誘電
体絶縁層の厚みと屈折率、及び絶縁遮光層の膜厚を最適
化する事により容易に実現でき、可視光の全波長域に渡
って理想的な遮光膜が得られる。又、実際には波長65
0nm以上の領域でも吸収係数は僅かに低下するだけなの
で全反射条件に少しでも近づけるだけで十分な場合もあ
る。従って、必ずしも多層膜構造を採用する必要はな
く、場合によっては単層構造遮光膜の厚みを最適化する
だけで十分な遮光性能が得られる。
【0019】図4は、本発明にかかる液晶表示装置の他
の実施例を示す模式的な要部断面図である。図1に示し
た先の実施例と基本的に同一の構造を有しており、対応
する部分には対応する参照番号を付して理解を容易にし
ている。本実施例では、第二層間絶縁膜に代えて平坦化
層22を用いている。ここでは信号ライン11を形成し
た後、ポリイミド樹脂等の透明平坦化層22をコーティ
ングする。その後、平坦化層22にコンタクトホールを
開口しTFT5のドレイン領域Dを部分的に露出する。
次に画素電極4をパタニング形成した後遮光膜6を形成
する。遮光膜6の成膜にプラズマCVD法を用いた場合
には150〜350℃の比較的低温で非晶質シリコンを
堆積できるので、下地となる平坦化層22を変質させず
にブラックマスクを作成する事ができる。平坦化層22
を設ける事により画素部の開口率が増大し、主基板1上
の凹凸がなくなるのでリバースティルトドメイン等配向
不良の発生を抑制する事ができる。
【0020】なお、上述した実施例においては、何れも
主基板上にはカラーフィルタ膜は形成せず遮光膜のみを
形成しているが、本発明はこれに限られるものではな
い。例えば、主基板表面にカラーフィルタ膜を形成した
後、その上に重ねて画素電極をパタニング形成しても良
い。又、上述した実施例においてはTFTの素子領域や
ゲート電極及びゲートラインは多結晶シリコンからな
り、信号ラインはアルミニウム等からなるが、本発明は
これに限られるものではない。TFTの素子領域として
は例えばアモルファスシリコンを用いても良い。ゲート
電極及びゲートラインとしては、例えばシリサイド、ポ
リサイド、又は金属としてTa,Al,Cr等を用いて
も良い。信号ラインは、例えばTa,Cr,Mo,Ni
等を用いる事ができる。加えて、本発明はTFTとして
プレーナ型、正スタガ型又は逆スタガ型の何れを用いた
アクティブマトリクス型液晶表示装置にも適用可能であ
る事は勿論である。
【0021】
【発明の効果】以上説明した様に、本発明によれば、オ
ンチップ型の遮光膜は硼素がドープされた非晶質シリコ
ンを主成分としており、良好な遮光性と電気絶縁性を同
時に兼ね備えている。これをアクティブマトリクス型液
晶表示装置のブラックマスクに適用した場合、アクティ
ブ素子等の電気特性に干渉する事なく、半導体プロセス
に対して適合性が高くなるという効果が得られる。又、
主基板側にオンチップで直接形成できるので、液晶表示
装置の高精細化及び高開口率化に多大な寄与がありその
効果は絶大である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明にかかる液晶表示装置の実施例を示す部
分断面図である。
【図2】図1に示した実施例の平面図である。
【図3】同じく図1に示した実施例の平面図である。
【図4】本発明にかかる液晶表示装置の他の実施例を示
す要部断面図である。
【符号の説明】
1 主基板 2 対向基板 3 液晶層 4 画素電極 5 薄膜トランジスタ 6 遮光膜 7 対向電極 8 多結晶シリコン膜 9 ゲート絶縁膜 10 第一層間絶縁膜 11 信号ライン 12 第二層間絶縁膜 13 ゲートライン 14 容量ライン 15 窓 22 平坦化膜

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 マトリクス状に配列された画素電極と、
    各画素電極を駆動するスイッチング素子と、ブラックマ
    スクとなる遮光膜とを備えた一方の基板と、対向電極を
    備え前記一方の基板に対向配置された他方の基板と、両
    基板の間に保持された液晶層とを有する液晶表示装置に
    おいて、 前記遮光膜は、硼素がドープされた非晶質シリコンを主
    成分とする事を特徴とする液晶表示装置。
  2. 【請求項2】 前記遮光膜は、硼素がドープされた非晶
    質シリコンからなる遮光絶縁層と、誘電体絶縁層とを含
    む多層構造を有する事を特徴とする請求項1記載の液晶
    表示装置。
  3. 【請求項3】 前記誘電体絶縁層は、SiO2 ,SiN
    x ,SiOx Ny 又はSiCx からなる事を特徴とする
    請求項2記載の液晶表示装置。
  4. 【請求項4】 前記遮光膜と、画素電極及びスイッチン
    グ素子との間に平坦化膜が介在している事を特徴とする
    請求項1記載の液晶表示装置。
  5. 【請求項5】 一方の基板にマトリクス状の画素電極及
    びスイッチング素子を形成する工程と、 化学気相成長法により硼素を含む非晶質シリコンを該一
    方の基板に堆積する成膜工程と、 該非晶質シリコンをパタニングしてブラックマスクとな
    る遮光膜を形成する工程と、 予め対向電極の形成された他方の基板を該一方の基板に
    接合し両基板の間に液晶層を封入する工程とを有する液
    晶表示装置の製造方法。
  6. 【請求項6】 前記成膜工程は、反応ガス種を切り換え
    先に酸素、窒素又は炭素と結合したシリコン化合物から
    なる誘電体絶縁層を堆積し、続いて硼素を含む非晶質シ
    リコンからなる遮光絶縁層を堆積して多層構造の遮光膜
    を形成する事を特徴とする請求項5記載の液晶表示装置
    の製造方法。
  7. 【請求項7】 前記成膜工程は、プラズマ化学気相成長
    法により硼素を含む非晶質シリコンを堆積する事を特徴
    とする請求項5記載の液晶表示装置の製造方法。
  8. 【請求項8】 前記成膜工程は、減圧化学気相成長法に
    より比較的低い成膜温度で硼素を含む非晶質シリコンを
    堆積する事を特徴とする請求項5記載の液晶表示装置の
    製造方法。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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