CN101329481B - 液晶显示面板及其制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种液晶显示面板及其制作方法，其包括第一基板、第二基板、设在第一与第二基板之间的液晶层、设在第一基板表面的图案化黑色矩阵层、设在第一基板表面的图案化第一彩色滤光层、以及多个第一球状间隙子与多个第二球状间隙子，其中图案化第一彩色滤光层的凸起部分覆盖了部分图案化黑色矩阵层。第一球状间隙子设在图案化黑色矩阵层的表面，第二球状间隙子设在图案化第一彩色滤光层的凸起部分表面，且第二球状间隙子的底面与第一球状间隙子的底面位于液晶显示面板内的不同平面。本发明可改善液晶填充量的容许范围。

Description

液晶显示面板及其制作方法

技术领域

本发明涉及一种液晶显示面板及其制作方法，尤其涉及一种包含混合球状间隙子结构(hybrid ball spacer structure)的液晶显示面板及其制作方法。

背景技术

随着液晶显示技术的发展愈臻成熟，液晶显示装置已普遍应用于各种信息产品中，例如笔记本电脑、个人数字助理、手机等便携式信息产品上，甚至已逐渐取代传统阴极射线管显示器。液晶显示装置的主要元件包括液晶显示面板，其包括两个透明基板与设在透明基板间的液晶层，并通过框胶与间隙子来维持透明基板间的间隙。现行常用的液晶填充技术以液晶滴注法(onedrop fill；ODF)为主，其中液晶显示面板的液晶填充量的容许范围(liquidcrystal margin)会直接影响ODF工艺的合格率与产量，若液晶填充量容许范围过小，则会导致ODF工艺合格率太低而无法量产。一般而言，影响液晶填充量容许范围的主要因素之一包括透明基板间的间隙子的图案设计。以传统光致抗蚀剂间隙子为例，其由单一光刻工艺所制作而成，各光致抗蚀剂光致抗蚀剂间隙子皆具有相同的高度。然而，由于光致抗蚀剂间隙子的材料缺乏弹性，因此若设计光致抗蚀剂间隙子的图案分布密度较大时，则液晶显示面板虽然可具有良好的局部耐压性，但却会具有较差的弹性，影响工艺容许范围。反之，若光致抗蚀剂间隙子的图案设计较为疏松，则液晶显示面板会有较大的弹性与较差的局部耐压性。

为了改善上述缺点，业界还研发在两个透明基板之间设置高度不同的光致抗蚀剂间隙子。请参考图1，图1为公知液晶显示面板的剖面示意图。公知液晶显示面板10包括透明基板12和14、液晶层16与多个光致抗蚀剂间隙子18a和18b。由于光致抗蚀剂间隙子18a的高度大于光致抗蚀剂间隙子18b的高度，因此可以改善液晶填充量的容许范围。然而，制作具有不同高度的光致抗蚀剂间隙子18a和18b需要两道光刻工艺，必须耗费较多工艺时间与成本。

请参考图2，图2为另一种公知液晶显示面板的剖面示意图。液晶显示面板20包括透明基板22和24、液晶层26及光致抗蚀剂间隙子28，其中光致抗蚀剂间隙子28皆具有相同高度。然而，为了提供如同图1所示液晶显示面板10中光致抗蚀剂间隙子18a和18b高度不同的功能，液晶显示面板20还包括金属矩阵层30设在部分光致抗蚀剂间隙子28与透明基板22之间，以增加液晶填充量的容许范围。虽然液晶显示面板20仅需一道光刻工艺即可形成光致抗蚀剂间隙子28，但仍需要额外的工艺来形成金属矩阵层30，因此液晶显示面板20仍有工艺繁复的缺点。

此外，传统光致抗蚀剂间隙子还有材料成本较高的缺点，因此如何以较少的成本与简单的工艺制作出具有不同高度的间隙子或透明基板间的间隔物，以改善液晶填充量的容许范围，仍为液晶显示面板业界亟需研究的课题之一。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种包括球状间隙子(或称间隙球)的液晶显示面板及其制作方法，其中球状间隙子位于本发明液晶显示面板中的不同平面上，以提供液晶显示面板的两个基板间具有不同支撑高度的功能，进而改善液晶填充量的容许范围与ODF合格率。

本发明提供一种液晶显示面板，其包括：第一基板、第二基板、至少一个图案化黑色矩阵层、图案化第一彩色滤光层、多个第一球状间隙子、多个第二球状间隙子，以及液晶层；其中，第一基板具有第一表面，第二基板平行设在第一基板的一侧且相对于该第一表面，液晶层系设在第一基板与第二基板间，至少一个图案化黑色矩阵层设在该第一表面，图案化第一彩色滤光层设在该第一表面，其中图案化第一彩色滤光层包括覆盖部分图案化黑色矩阵层的凸起部分，且第二基板平行设在第一基板的一侧且相对于第一表面，第一球状间隙子设在图案化黑色矩阵层的表面，第二球状间隙子设在图案化第一彩色滤光层的凸起部分表面，且第二球状间隙子的底面与第一球状间隙子的底面位于液晶显示面板内的不同平面。

在所述的液晶显示面板中，所述多个第一球状间隙子的顶面与第一表面相距第一高度，所述多个第二球状间隙子的顶面与第一表面相距第二高度，且第二高度不同于第一高度。

在所述的液晶显示面板中，第一高度与第二高度具有高度差，且高度差约等于图案化第一彩色滤光层的厚度。

在所述的液晶显示面板中，所述多个第二球状间隙子具有间隙子高度，高度差约为该间隙子高度的5％至50％。

在所述的液晶显示面板中，还包括多个呈矩阵排列的次像素区域。

在所述的液晶显示面板中，图案化黑色矩阵层包括：多个黑色矩阵图案，分别设置在所述多个次像素区域的交界处。

在所述的液晶显示面板中，还包括：图案化第二彩色滤光层，设在部分所述多个次像素区域内且位于相邻的所述多个黑色矩阵图案之间。

在所述的液晶显示面板中，图案化第一彩色滤光层的凸起部分覆盖部分所述多个黑色矩阵图案。

在所述的液晶显示面板中，还包括图案化第三彩色滤光层，设在第一表面，且图案化第三彩色滤光层包括凸起部分覆盖部分图案化黑色矩阵层。

在所述的液晶显示面板中，部分所述多个第二球状间隙子还包括设在图案化第三彩色滤光层的凸起部分表面。

在所述的液晶显示面板中，还包括透明导电层，设在图案化第一彩色滤光层、图案化黑色矩阵层与所述多个球状间隙子之间。

在所述的液晶显示面板中，图案化黑色矩阵层包括金属或非金属材料。

本发明还提供一种制作液晶显示面板的方法，其中液晶显示面板包括多个第一次像素区域与多个第二次像素区域。首先提供第一基板，然后在第一基板的第一表面形成图案化黑色矩阵层，其包括多个黑色矩阵图案，分别设在相邻的第一与第二次像素区域的交界处。接着在第一表面形成第一彩色滤光层，再图案化第一彩色滤光层，以使图案化的第一彩色滤光层同时设在第一次像素区域内并覆盖第一次像素区域一侧的黑色矩阵图案表面。然后在第一表面形成第二彩色滤光层，图案化第二彩色滤光层，以使图案化的第二彩色滤光层设在第二次像素区域内。在第一表面上设置多个间隙子，设在黑色矩阵图案的表面与黑色矩阵图案上方的第一彩色滤光层表面。接着提供第二基板，使第二基板相对第一基板设置并覆盖第一表面，并在第一基板与第二基板之间设置液晶材料。

在所述的方法中，所述多个间隙子包括球状间隙子。

在所述的方法中，其中在第一表面上设置所述多个间隙子的步骤包括进行喷墨工艺或印刷工艺。

在所述的方法中，还包括对图案化的该第一彩色滤光层进行研磨工艺。

在所述的方法中，还包括在设置所述多个间隙子之前，先在该第一表面形成透明导电层，覆盖图案化的该第一与第二彩色滤光层与该图案化黑色矩阵层。

在所述的方法中，形成第一与第二彩色滤光层的步骤分别包括旋转涂布工艺或刮刀涂布工艺。

在所述的方法中，针对第一彩色滤光层进行图案化的步骤包括光刻工艺与显影工艺。

在所述的方法中，光刻工艺利用光掩模所完成，且光掩模具有第一彩色滤光层图案，对应于所述多个第一次像素区域与所述多个第一次像素区域的一侧的所述多个黑色矩阵图案。

在所述的方法中，第一与第二彩色滤光层分别包括色阻材料。

在所述的方法中，图案化黑色矩阵层包括金属材料或非金属材料。

在所述的方法中，设在该第一彩色滤光层表面的所述多个间隙子与设在该图案化黑色矩阵层表面的所述多个间隙子具有高度差，且该高度差约等于该第一彩色滤光层的厚度。

在所述的方法中，设在第一彩色滤光层表面的所述多个间隙子与设在图案化黑色矩阵层表面的所述多个间隙子具有高度差，且所述多个间隙子具有间隙子高度，而高度差约为所述多个间隙子高度的5％至50％。

在所述的方法中，针对该第二彩色滤光层进行图案化的步骤包括暴露出至少一个相邻的该图案化黑色矩阵层。

由于本发明分别在图案化的彩色滤光层与黑色矩阵层上方设置球状间隙子，因此可以使球状间隙子在液晶显示面板内位于不同的平面，进而提供基板间不同的支撑高度，以改善液晶填充量的容许范围。此外，本发明制作液晶显示面板的方法仅需通过改变彩色滤光层图案的设计便可改变间隙子的支撑高度，并采用成本较低廉且具弹性的球状间隙子，因此能有效减少材料与工艺成本。

附图说明

图1与图2为公知液晶显示面板的剖面示意图。

图3至图8为本发明制作液晶显示面板方法的第一实施例的剖面示意图。

图9为本发明液晶显示面板的第二实施例的剖面示意图。

其中，附图标记说明如下：

10、20、100液晶显示面板

12、14、22、24透明基板

16、26、96液晶层                  18a、18b、28光致抗蚀剂间隙子

30金属矩阵层                      50第一基板

52第一表面                        54第一次像素区域

56第二次像素区域                  58第三次像素区域

60图案化黑色矩阵层                62黑色矩阵图案

64次像素区域交界处                66第一彩色滤光层

68、82光掩模                      70第一彩色滤光层图案

72光刻工艺                        74图案化第一彩色滤光层

76、98凸起部分                    78图案化第二彩色滤光层

80图案化第三彩色滤光层

84第三彩色滤光层图案

86透明导电层                      88第一球状间隙子

90、90’第二球状间隙子

92第二基板                        94第二表面

具体实施方式

请参考图3至图8，图3至图8为本发明制作液晶显示面板方法的第一实施例的剖面示意图。图3为本发明液晶显示面板100的第一基板50的部分放大示意图。根据本发明的制作方法，首先提供第一基板50，其包括多个第一次像素区域54、多个第二次像素区域56以及多个第三次像素区域58，互相相邻设置而成矩阵排列。第一次像素区域54、第二次像素区域56及第三次像素区域58分别代表可提供不同或相同颜色光线的次像素。接着，在第一基板50的第一表面52上形成图案化黑色矩阵层60，其包括多个黑色矩阵图案62，黑色矩阵图案62分别设在相邻的第一、第二及第三次像素区域54、56、58的交界处64，交界处的位置并不限于本发明图式所示，可依据实际情况做调整。图案化黑色矩阵层60可包括金属材料(例如铬)或非金属材料(例如树脂)。然后，在第一基板50的第一表面52上形成第一彩色滤光层66，例如包括红色滤光材料或色阻(color resist)材料，其中形成第一彩色滤光层66的方法可包括旋转涂布工艺或刮刀涂布工艺，但不以此为限，且第一彩色滤光层66最好具有感光性质。随后进行图案化工艺以移除部分第一彩色滤光层66。图案化第一彩色滤光层66的方法可利用光掩模68来进行光刻工艺72，或其他方式例如激光工艺，但不以此为限，其中光掩模68包括了第一彩色滤光层图案70，大致上对应于第一次像素区域54及其任意一侧的黑色矩阵图案62。以图3为例，光掩模68的第一彩色滤光层图案70的位置对应于第一次像素区域54以及设在第一次像素区域54和第二次像素区域56之间的黑色矩阵层图案62，也就是第一彩色滤光层图案70暴露出其所对应的第一次像素区域54以及设在第一次像素区域54和第二次像素区域56之间的黑色矩阵层图案62。

请参考图4，在进行显影工艺以移除部分第一彩色滤光层66之后，在第一次像素区域54内形成图案化第一彩色滤光层74，图案化第一彩色滤光层74还包括凸起部分76，其覆盖了第一次像素区域54一侧的黑色矩阵图案62表面；详细而言，第一彩色滤光层74除了位于第一次像素区域54内的部分外，还包含凸起部分76，其位于第一次像素区域54与第二次像素区域56交界处64的黑色矩阵图案62上，且凸起部分76较图案化第一彩色滤光层74的其他部分高出厚度T，且厚度T约等于图案化黑色矩阵层60或黑色矩阵图案62的厚度t。

接着请参考图5，以类似于图案化第一彩色滤光层74的制作方法，依序在第一基板50的第一表面52形成图案化第二彩色滤光层78与图案化第三彩色滤光层80，不同的是图案化第二彩色滤光层78与图案化第三彩色滤光层80分别位于第二次像素区域56与第三次像素区域58内，并设在相邻的部分黑色矩阵图案62之间，且暴露出至少一个相邻的黑色矩阵图案62。举例而言，形成图案化第三彩色滤光层80的方法是在第一表面52上全面涂布第三彩色滤光层(图未示)，再利用光掩模82进行曝光光刻工艺，经显影工艺而移除部分第三彩色滤光层，便形成图案化第三彩色滤光层80。如图5所示，光掩模82包括第三彩色滤光层图案84，第三彩色滤光层图案84对应于第三次像素区域58，且没有对应任何黑色矩阵图案62。此外，图案化第二彩色滤光层78与图案化第三彩色滤光层80可分别包括如绿色滤光材料与蓝色滤光材料等色阻材料。

请参考图6，接着在第一表面52上形成透明导电层86，覆盖图案化第一彩色滤光层74、图案化第二彩色滤光层78、图案化第三彩色滤光层80及图案化黑色矩阵层60。举例而言，透明导电层86的材料包括氧化铟锡(indiumtin oxide；ITO)或氧化铟锌(indium zinc oxide；IZO)，以作为液晶显示面板100的共用电极。

然后如图7所示，利用喷墨(inkjet)工艺或印刷(printing)工艺，在第一表面52上形成多个第一球状间隙子88与多个第二球状间隙子90，使其分别设在部分黑色矩阵图案62与图案化第一彩色滤光层74的凸起部分76上方的透明导电层86表面，因此第一球状间隙子88的底面与第二球状间隙子90的底面位于本发明液晶显示面板100内的不同平面。若以第一表面52为基准，第一球状间隙子88的顶面与第一表面52相距第一高度H₁，而第二球状间隙子90的顶面与第一表面52相距第二高度H₂，则第二高度H₂明显大于第一高度H₁，两者的高度差ΔH约等于图案化第一彩色滤光层74(或凸起部分76)的厚度D。此外，若第二球状间隙子90的高度为L，则高度差ΔH最好约为间隙子高度L的5％至50％。因此，在制作本发明液晶显示面板时，可通过调整图案化第一彩色滤光层74的厚度D或图案化黑色矩阵层60的厚度t来改变第二球状间隙子90与第一球状间隙子88的高度差ΔH，进而提供液晶显示面板不同的间隙支撑高度并改善液晶填充量的容许范围。例如可在形成图案化第一彩色滤光层74之后，先进行研磨工艺而减少凸起部分76的厚度T，以缩小高度差ΔH。或者，也可通过改变图案化黑色矩阵层60的材料或厚度t来改变高度差ΔH相对于间隙子高度L的比例，例如以非金属材料(例如树脂)或金属材料(例如铬)，分别制作出具有较大或较小的厚度t。

请参考图8，在制作完第一基板50表面的元件后，还提供第二基板92，其中第二基板92的第二表面94上可设置多个电子元件，例如薄膜电晶体、资料线及扫瞄线(图未示)等。接着提供液晶层96设置在第一基板50与第二基板92之间。填充液晶层96的方法最好为ODF工艺，再利用框胶固定第二基板92与第一基板50的相对位置，使第二基板92平行设在第一基板50的一侧且相对于第一表面52，如此便完成本发明液晶显示面板100的制作。

图9为本发明液晶显示面板的第二实施例的剖面示意图，其中与前述实施例重复的元件以相同的元件符号来表示，且图9仅显示出部分第一基板50的放大剖面示意图。与前面第一实施例不同的是：第二图案化彩色滤光层78还包括凸起部分98，覆盖第二次像素区域56一侧的黑色矩阵图案62，且部分第二球状间隙子90’设在凸起部分98上方的透明导电层86表面，因此位于凸起部分76、98上方的第二球状间隙子90、90’皆具有相同的第二高度H₂。然而，在其他实施例中，也可依需要而设计使第二球状间隙子90、90’与第一表面52具有不同的距离，例如在形成图案化第一彩色滤光层74之后，进行研磨工艺而降低凸起部分76的厚度，使得分别设在凸起部分76与凸起部分98表面的第二球状间隙子90、90’设置在液晶显示面板100内的不同平面上且具有不同的第二高度H₂。

相较于公知技术中使用成本较高且不具弹性的光致抗蚀剂材料作为间隙子，本发明液晶显示面板以材料成本较低廉的球状间隙子来支撑第一与第二基板间的距离，且由于球状间隙子的材料具有较大的弹性，可以提供液晶显示面板良好的局部耐压性，因此能避免液晶显示面板因承受外力挤压而损坏的问题。此外，本发明制作液晶显示面板的方法利用喷墨工艺或印刷工艺搭配彩色滤光层的图案设计，即可制作出混合球状间隙子结构，能有效改善液晶填充量的容许范围以及因热涨冷缩引起的低温泡(low-temperaturebubble issue)等问题，可兼顾液晶显示面板的弹性与局部耐压性。再者，本发明制作混合球状间隙子结构的方法不需增加额外的彩色滤光层图案化工艺，更可省略公知技术中制作光致抗蚀剂间隙子的光刻工艺，并可通过调整黑色矩阵层厚度与研磨工艺来控制球状间隙子的高度差，因此能以简单且成本低廉的工艺制作出耐压强度良好的液晶显示面板。

虽然本发明已经以实施例揭示如上，然而其并非用以限定本发明，任何具有本发明所属技术领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种更动与润饰，并可思考其他不同的实施例，因此本发明的保护范围当视所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (20)

1.一种液晶显示面板，其包括：

第一基板，其具有第一表面，并具有呈矩阵排列的多个第一次像素区域、多个第二次像素区域以及多个第三次像素区域；

第二基板，平行设在该第一基板的一侧且相对于该第一表面；

液晶层，设在该第一基板与该第二基板之间；

至少一个图案化黑色矩阵层，设在该第一表面，且包括多个黑色矩阵图案，所述多个黑色矩阵图案分别设置在相邻的所述多个第一次像素区域、多个第二次像素区域以及多个第三次像素区域的交界处；

图案化第一彩色滤光层，设在该第一表面，该图案化第一彩色滤光层形成在所述第一次像素区域内，包括覆盖部分该图案化黑色矩阵层的凸起部分；

图案化第二彩色滤光层，设在该第一表面，该图案化第二彩色滤光层形成在所述第二次像素区域内；

图案化第三彩色滤光层，设在该第一表面，该图案化第三彩色滤光层形成在所述第三次像素区域内，且暴露出至少一个相邻的黑色矩阵图案；

透明导电层，形成在该第一表面上，覆盖该图案化第一彩色滤光层、该图案化第二彩色滤光层、该图案化第三彩色滤光层和该图案化黑色矩阵层；

多个第一球状间隙子，通过喷墨工艺或印刷工艺设在部分该图案化黑色矩阵层上方的透明导电层表面；以及

多个第二球状间隙子，通过喷墨工艺或印刷工艺设在该图案化第一彩色滤光层的该凸起部分上方的透明导电层表面，且所述多个第二球状间隙子的底面与所述多个第一球状间隙子的底面位于该液晶显示面板内的不同平面；

其中，所述多个黑色矩阵图案位于相邻不同的图案化第一彩色滤光层、图案化第二彩色滤光层和图案化第三彩色滤光层之间。

2.如权利要求1所述的液晶显示面板，其中所述多个第一球状间隙子的顶面与该第一表面相距第一高度，所述多个第二球状间隙子的顶面与该第一表面相距第二高度，且该第二高度不同于该第一高度。

3.如权利要求2所述的液晶显示面板，其中该第一高度与该第二高度具有高度差，且该高度差约等于该图案化第一彩色滤光层的厚度。

4.如权利要求3所述的液晶显示面板，其中所述多个第二球状间隙子具有间隙子高度，该高度差为该间隙子高度的5％至50％。

5.如权利要求1所述的液晶显示面板，其中该图案化第一彩色滤光层的该凸起部分覆盖该图案化第一彩色滤光层与该图案化第二彩色滤光层之间的黑色矩阵图案。

6.如权利要求1所述的液晶显示面板，该图案化第二彩色滤光层具有覆盖部分该图案化黑色矩阵层的凸起部分。

7.如权利要求6所述的液晶显示面板，其中部分所述多个第二球状间隙子还设在该图案化第二彩色滤光层的该凸起部分上方的透明导电层表面。

8.如权利要求1所述的液晶显示面板，其中该图案化黑色矩阵层包括金属或非金属材料。

9.一种制作液晶显示面板的方法，该液晶显示面板包括多个第一次像素区域与多个第二次像素区域，该方法包括：

提供具有所述多个第一次像素区域与多个第二次像素区域的第一基板；

在该第一基板的第一表面形成图案化黑色矩阵层，该图案化黑色矩阵层包括多个黑色矩阵图案，分别设在相邻的该第一次像素区域与该第二次像素区域的交界处；

在该第一表面形成第一彩色滤光层；

图案化该第一彩色滤光层，以使图案化的该第一彩色滤光层同时设在所述多个第一次像素区域内、并覆盖所述多个第一次像素区域的一侧的所述多个黑色矩阵图案表面以形成一凸起部分；

在该第一表面形成第二彩色滤光层；

图案化该第二彩色滤光层，以使图案化的该第二彩色滤光层设在所述多个第二次像素区域内；

在该第一表面上形成透明导电层，以覆盖该第一彩色滤光层、该第二彩色滤光层和该图案化黑色矩阵层；

在该第一表面上设置多个间隙子，设在部分所述图案化黑色矩阵层上方的透明导电层表面与所述凸起部分上方的透明导电层表面；

提供第二基板，使该第二基板相对该第一基板设置并覆盖该第一表面；以及

在该第一基板与该第二基板之间设置液晶材料。

10.如权利要求9所述的方法，其中所述多个间隙子包括球状间隙子。

11.如权利要求9所述的方法，其中在该第一表面上设置所述多个间隙子的步骤包括：进行喷墨工艺或印刷工艺。

12.如权利要求9所述的方法，其还包括：对图案化的该第一彩色滤光层进行研磨工艺。

13.如权利要求9所述的方法，其中形成该第一彩色滤光层与该第二彩色滤光层的步骤分别包括旋转涂布工艺或刮刀涂布工艺。

14.如权利要求9所述的方法，其中针对该第一彩色滤光层进行图案化的步骤包括光刻工艺与显影工艺。

15.如权利要求14所述的方法，其中该光刻工艺利用光掩模所完成，且该光掩模具有第一彩色滤光层图案，对应于所述多个第一次像素区域与所述多个第一次像素区域的一侧的所述多个黑色矩阵图案。

16.如权利要求9所述的方法，其中该第一彩色滤光层与该第二彩色滤光层分别包括色阻材料。

17.如权利要求9所述的方法，其中该图案化黑色矩阵层包括金属材料或非金属材料。

18.如权利要求9所述的方法，其中设在该第一彩色滤光层的凸起部分上方的透明导电层表面的所述多个间隙子与设在该图案化黑色矩阵层上方的透明导电层表面的所述多个间隙子具有高度差，且该高度差约等于该第一彩色滤光层的厚度。

19.如权利要求9所述的方法，其中设在该第一彩色滤光层的凸起部分上方的透明导电层表面的所述多个间隙子与设在该图案化黑色矩阵层上方的透明导电层表面的所述多个间隙子具有高度差，且所述多个间隙子具有间隙子高度，而该高度差为所述多个间隙子高度的5％至50％。

20.如权利要求9所述的方法，其中针对该第二彩色滤光层进行图案化的步骤包括暴露出至少一个相邻的该图案化黑色矩阵层。

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