KR102319464B1 - 터치 장치 및 이를 포함하는 표시 장치 - Google Patents

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Abstract

터치 장치 및 이를 포함하는 표시 장치에 관한 것이다.
터치 장치는, 제1 및 제2기판 사이에 배치되며, 상기 제1 및 제2기판에 각각 배치되는 제1 및 제2전극, 상기 제1 및 제2전극 사이에 배치되는 절연층 및 스페이서를 포함하는 압력 센서부를 포함하고, 상기 압력 센서부를 통해 상기 제2기판에 가해지는 압력 세기에 대응하는 터치 신호를 출력하는 터치 패널, 그리고 상기 터치 신호로부터 각 노드에서의 터치 데이터를 획득하고, 상기 각 노드에서의 이전 터치 데이터와 상기 터치 데이터로부터 상기 각 노드에서의 터치 데이터 변화량을 획득하고, 상기 터치 데이터 변화량을 토대로 상기 각 노드에서의 상기 터치 데이터를 보정하며, 보정된 상기

Description

터치 장치 및 이를 포함하는 표시 장치{TOUCH DEVICE AND DISPLAY INCLUDING THE SAME}
본 발명은 터치 장치 및 이를 포함하는 표시 장치에 관한 것이다.
터치 패널(Touch Panel)이 통합되거나 결합되는 표시 패널(display panel)은 이동 전화기, 태블릿 컴퓨터, 랩탑 컴퓨터, 데스크탑 컴퓨터 등과 같은 터치-가능 전자 기기에 상호 작용 시스템(interaction system)을 제공한다. 이러한 터치-가능 전자 기기에서는, 표시 패널 상에 그래픽이 표시되고 사용자는 화면을 터치하여(예를 들어 능동 스타일러스, 수동 스타일러스, 또는 손가락과 같은 신체의 일부를 사용하여) 전자 기기와 상호 작용함으로써, 직관적인 사용자 인터페이스가 제공될 수 있다.
최근 차세대 표시 장치로 휘거나 구부릴 수 있는 플렉서블(flexible) 표시 장치에 대한 연구 개발이 활발하다. 플렉서블 표시 장치는 플렉서블 기판 상에 형성되는 복수의 화소를 포함한다. 플렉서블 표시 장치에 사용되는 플렉서블 기판은 가볍고 충격에 강할 뿐만 아니라 휘거나 구부러질 수 있는 플라스틱 등의 소재로 형성된다. 플렉서블 표시 장치의 화소를 형성하는 표시 소자로는, 유기 발광 표시(organic light emitting diode display) 소자, 액정 표시(liquid crystal display) 소자, 및 전기 영동 표시(electrophoretic display, EPD) 소자 등이 있다.
플렉서블 표시 장치는 접거나 구부리는 등 다양한 형태로 변형이 가능하여 휴대성을 극대화할 수 있으며, 다양한 분야에 활용될 수 있다.
플렉서블 표시 장치에 터치 패널이 결합되는 경우, 터치 패널 역시 플렉서블한 특성이 요구된다. 이에 따라, 플렉서블 표시 장치의 배면에 압력 센서를 배치하여, 플렉서블 표시 장치의 표시면에 가해지는 압력으로부터 터치 위치를 검출하는 터치 패널이 제안되었다.
한편, 플렉서블 표시 장치와 결합되는 터치 패널의 경우 플렉서블한 특성을 만족시키기 위해 탄성 재질의 스페이서를 포함한다. 이에 따라, 작은 터치 압력에도 민감하게 반응하여 터치 반응성이 향상되는 효과가 있으나, 터치 릴리즈 이후에도 스페이서가 천천히 복원되는 특성이 있다. 이러한 특성은, 터치 패널에서 터치 릴리즈 상태를 터치 상태로 오인식하는 오류를 발생시킬 수 있으며, 다음 터치 입력이 가능하기까지의 시간을 지연시키는 문제가 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 터치 오인식을 방지하고 터치 반응 시간을 향상시키는 터치 장치 및 이를 포함하는 표시 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 터치 장치는, 제1 및 제2기판 사이에 배치되며, 상기 제1 및 제2기판에 각각 배치되는 제1 및 제2전극, 상기 제1 및 제2전극 사이에 배치되는 절연층 및 스페이서를 포함하는 압력 센서부를 포함하고, 상기 압력 센서부를 통해 상기 제2기판에 가해지는 압력 세기에 대응하는 터치 신호를 출력하는 터치 패널, 그리고 상기 터치 신호로부터 각 노드에서의 터치 데이터를 획득하고, 상기 각 노드에서의 이전 터치 데이터와 상기 터치 데이터로부터 상기 각 노드에서의 터치 데이터 변화량을 획득하고, 상기 터치 데이터 변화량을 토대로 상기 각 노드에서의 상기 터치 데이터를 보정하며, 보정된 상기 터치 데이터를 토대로 터치 좌표를 획득하는 터치 제어기를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치는, 상기 터치 장치를 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 터치 장치에서의 터치 오인식을 방지하고 터치 반응 시간을 향상시키는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 터치 장치를 개략적으로 도시한 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 터치 패널의 개략적인 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 터치 장치에서의 터치 검출 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 장치에서의 터치 검출 방법을 도시한 흐름도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 플렉서블 표시 장치의 개략적인 단면도이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 여러 실시예들에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예들에 한정되지 않는다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.
또한, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다.
도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 그리고 도면에서, 설명의 편의를 위해, 일부 층 및 영역의 두께를 과장되게 나타내었다. 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 또는 "상에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다.
또한, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서 전체에서, "~상에"라 함은 대상 부분의 위 또는 아래에 위치함을 의미하는 것이며, 반드시 중력 방향을 기준으로 상 측에 위치하는 것을 의미하는 것은 아니다.
이하, 필요한 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들에 따른 표시 장치에 대하여 상세하게 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 터치 장치를 개략적으로 도시한 블록도이다. 도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 터치 패널의 개략적인 단면도이다. 도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 터치 패널에서의 터치 검출 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 1을 참고하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 터치 장치(100)는, 터치 패널(101), 터치 제어기(102), 메모리(103) 등을 포함할 수 있다.
터치 패널(101)은 사용자의 터치를 검출하고, 터치 제어기(102)로 출력되는 터치 신호를 생성한다. 즉, 터치 패널(101)은 신체의 일부(예를 들어, 손가락), 스타일러스 등과 같은 임의의 유형의 포인팅 도구(pointing implement)를 사용한 사용자의 터치를 검출한다. 본 발명의 실시 예에서, "포인팅 도구"는 디바이스(능동형 스타일러스 또는 수동형 스트일러스) 및 신체의 일부(손가락 또는 머리)을 포함하여 터치 패널(101)에 의해 검출될 수 있는 물체를 칭한다.
도 2를 참고하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 터치 패널(101)은, 소정 간격 이격 배치되는 제1 및 제2기판(201, 202)과, 제1 및 제2기판(201, 202) 사이에 배치되는 압력 센서부(210)를 포함할 수 있다. 또한, 압력 센서부(210)는 제1 및 제2기판(201, 202) 사이에 개재되는 제1 및 제2 전극(211, 212), 절연층(213), 스페이서(214) 등을 포함할 수 있다. 압력 센서부(210)는 사용자의 터치에 의해 터치 패널(101)의 각 노드에 가해진 압력에 대응하는 전기 신호를 출력한다. 아래에서는, 설명의 편의를 위해 압력 센서부(210)로부터 출력되는 전기 신호를 '터치 신호'라 명명하여 사용한다.
제1 및 제2기판(201, 202) 중 어느 하나의 기판은 사용자의 터치 압력에 의해 변형 가능한 플렉서블(flexible) 기판으로 구현된다. 예를 들어, 제2기판(202)은 사용자의 터치 입력에 의해 변형 가능한 플렉서블 기판일 수 있다.
제1 및 제2기판(201, 202) 중 플렉서블 기판이 아닌 나머지 기판은 플렉서블 기판에 비해 강성(剛性, rigidity)이 커서 외력이 가해져도 플렉서블 기판에 비해 상대적으로 변형이 작은 리지드(rigid) 기판일 수 있다. 예를 들어, 제1기판(201)이 제2기판(202)에 비해 상대적으로 강성인 리지드 기판일 수 있다.
제1 및 제2기판(201, 202)의 서로 대향하는 면에는, 복수의 제1전극(211) 및 복수의 제2전극(212)이 각각 배치된다. 복수의 제1 및 제2전극(211, 212)은 서로 교차하도록 형성되며, 복수의 제1전극(211)과 복수의 제2전극(211, 212)의 교차점에 의해 터치 패널(101)에서의 각 노드가 정의된다.
제1 및 제2전극(211, 212)은 소정 간격 이격되어 배치되며, 제1 및 제2전극(211, 212) 사이에는 절연층(213)이 배치된다.
절연층(213) 내에는 제1 및 제2전극(211, 212) 사이의 간격을 유지하는 복수의 스페이서(214)가 배치된다. 스페이서(214)는 탄성 재질로 마련될 수 있다.
전술한 구조의 압력 센서부(210)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 사용자의 손가락(3)에 의해 소정 영역이 터치되면, 터치에 의해 가해지는 압력으로 인해 제2기판(202)이 눌려져 변형된다. 제2기판(202)의 변형은 제2전극(212)과, 이와 교차하는 영역(노드)에 위치한 제1전극(211) 간의 간격을 변화시키고, 이로 인해 대응하는 터치 영역에서 제1 및 제2전극(211, 212)에 의해 정의되는 정전 용량이 변화한다. 터치 영역에서의 정전 용량의 변화는, 감지 전극인 제2전극(212)(또는 제1전극(211))에서 터치 제어기(102)로 출력되는 전기 신호(터치 신호)를 변화시키며, 터치 제어기(102)는 이를 인식하여 최종적으로 터치 위치를 감지할 수 있다.
다시, 도 1을 보면, 터치 제어기(102)는 터치 패널(101)을 구동하기 위한 구동 신호를 터치 패널(101)로 출력한다. 즉, 제1 및 제2전극(211, 212)을 구동하기 위한 전압을 터치 패널(101)로 출력한다.
터치 제어기(102)는 터치 패널(101)로부터 터치 신호가 출력되면, 이를 분석하여 터치 좌표를 포함하는 터치 이벤트를 출력한다.
이하, 도 4를 참고하여 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 제어기(102)에서 터치 좌표를 검출하는 방법에 대해 설명하기로 한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 장치에서의 터치 검출 방법을 도시한 흐름도이다.
도 4를 참고하면, 터치 제어기(102)는 터치 패널(101)로부터 터치 신호를 수신하고, 이로부터 터치 데이터를 획득한다(S100).
상기 S100 단계에서, 터치 패널(101)에서 출력되는 터치 신호는, 터치 패널(101)의 각 노드에 가해지는 압력의 세기에 대응하는 전기 신호이다. 또한, 터치 데이터는, 터치 패널(101)로부터 현재 프레임(또는 현재 터치 검출 시점)에 수신한 터치 신호와, 기 설정된 베이스라인(baseline) 신호 간의 신호세기 차이 값에 대응한다. 여기서, 베이스라인은 터치가 발생하지 않은 상태에서의 터치 패널(101)의 터치 신호에 대응한다.
터치 제어기(102)는 터치 패널(101)의 터치 신호로부터 터치 데이터가 획득되면, 이를 메모리(103)에 저장한다.
다음으로, 터치 제어기(102)는 터치 데이터를 분석하여 터치 신호에 포함된 노이즈를 검출한다(S101).
터치 신호에 포함된 노이즈는 터치 장치(100)의 충전에 따라 터치 패널(101)로 유입되는 전원 노이즈, 외부 광원에 의해 터치 패널(101)로 유입되는 노이즈 등의 환경 노이즈로서, 사용자의 터치 영역보다 광범위한 영역에 걸쳐 나타난다.
따라서, 상기 S101 단계에서, 터치 제어기(102)는 터치 데이터가 기 설정된 값 이상인 노드를 검출하여, 검출된 노드의 수가 소정 개수 이상이면 터치 패널(101)에 노이즈가 유입된 상태로 판단한다. 또한, 터치 제어기(102)는 터치 패널(101)로 노이즈가 유입된 상태로 판단되면, 터치 데이터로부터 터치 패널(101)로 유입된 노이즈를 산출한다. 예를 들어, 터치 제어기(102)는 터치 데이터의 평균값을 노이즈로 산출할 수 있다. 또한, 예를 들어, 터치 제어기(102)는 기 설정된 값 이상의 터치 데이터가 검출된 영역에서의 평균 터치 데이터를 노이즈로 산출할 수도 있다. 또한, 예를 들어, 터치 제어기(102)는 터치 데이터의 최고값을 노이즈로 산출할 수도 있다.
다음으로, 터치 제어기(102)는 상기 S101 단계를 통해 산출된 노이즈를 기 설정된 노이즈 임계값과 비교한다(S102).
상기 S102 단계를 통해 노이즈가 노이즈 임계값 이상으로 판단되면, 터치 제어기(102)는 산출된 노이즈(노드별 평균 노이즈 또는 최고 노이즈)를 토대로 후술하는 S105 단계에서 사용되는 보정 파라메터를 갱신한다(S103). 보정 파라메터를 갱신하는 방법에 대해서는 후술하는 S105 단계의 설명 시 상세히 설명하기로 한다.
반면에, 상기 S102 단계를 통해 노이즈가 노이즈 임계값 미만인 것으로 판단되면, 상기 S103 단계는 생략된다.
한편, 전술한 바와 같이, 압력 센서부(210)의 스페이서(214)를 탄성 재질로 형성하는 경우, 작은 터치 압력에도 민감하게 반응하여, 터치 검출 감도가 향상되는 효과가 있다. 반면에, 스페이서(214)의 복원력이 감소하여, 터치 해제 후 스페이서(214)가 원래 모양으로 복원하기까지의 지연 시간이 증가하게 된다. 스페이서(214)의 복원 시간 지연은, 터치 제어기(102)에서의 터치 오인식을 발생시키며, 다음 터치 입력이 가능하기까지의 시간 또한 지연시킬 수 있다.
따라서, 터치 제어기(102)는 터치 좌표를 산출하기 이전에, 터치 데이터를 토대로 터치 패널(101)의 현재 상태가 터치 상태인지, 터치 릴리즈(release) 상태인지 아니면 복원 상태인지를 판단한다.
터치 패널(101)의 현재 상태를 판단하기 위해, 터치 제어기(102)는 각 노드 별로 단위 시간 당 터치 데이터의 변화량을 산출한다(S104).
터치 패널(101)의 스페이서(214)는, 외부 압력에 의해 형태가 변형되는 터치 상태와 터치 릴리즈 상태에 비해, 스스로의 복원력에 의해 형태가 변형되는 복원 중상태일 때 단위 시간당 형태 변형량이 상대적으로 작다. 이에 따라, 터치 패널(101)의 압력 센서부(210)에서 출력되는 터치 신호 또한 터치 상태와 터치 릴리즈 상태일때 큰 변화폭을 나타내다가, 이후 이어지는 복원 상태에서는 작은 변화폭을 나타낸다.
따라서, 터치 제어기(102)는 상기 S104 단계를 통해 각 노드별 터치 데이터의 변화량을 산출하여 터치 패널(101)의 각 노드에서의 현재 상태를 판단할 수 있다.
한편, 상기 S104 단계에서, 터치 제어기(102)는 터치 데이터의 변화량을 산출하기 위해, 메모리(103)로부터 이전 프레임(또는 이전 터치 검출 시점)에 저장된 노드 별 터치 데이터와, 현재 프레임(또는 현재 터치 검출 시점)에 저장된 노드 별 터치 데이터를 읽어온다. 그리고, 두 프레임에서의 노드 별 터치 데이터의 차이값으로부터 터치 데이터의 변화량을 산출한다.
다음으로, 터치 제어기(102)는 각 노드 별로 산출된 터치 데이터의 변화량을토대로 보정 파라메터를 획득하고, 이를 이용하여 상기 S100 단계에서 획득한 현재 프레임에서의 터치 데이터를 보정한다(S105).
상기 S105 단계에서, 터치 제어기(102)는 터치 데이터의 변화량이 소정 범위 이내인 노드를 검출하고, 검출된 노드에 대해서는 터치 릴리즈 이후의 복원 상태로 판단하여 보정 파라메터를 이용한 보정을 수행한다. 즉, 터치 데이터의 변화량이 소정 범위 이내인 노드에 대해서는, 보정 파라메터를 이용하여 터치 릴리즈 상태에 해당하는 데이터로 터치 데이터를 보정한다. 즉, 원래 상태로 복원 중인 것으로 판단되는 노드에 대해서는, 터치가 검출되지 않도록 보정 파라메터를 이용하여 터치 데이터를 보정한다.
한편, 터치 패널(101)에 노이즈가 유입된 상태에서는 노이즈에 의해 각 노드에서의 터치 신호가 영향을 받으므로, 터치 좌표의 정확한 검출을 위해서는 터치 데이터로부터 노이즈를 제거할 필요가 있다.
이에 따라, 터치 제어기(102)는 터치 패널(101)에 노이즈가 유입된 상태에서는 상기 S103 단계를 통해 갱신된 보정 파라메터를 이용하여 터치 데이터를 보정한다. 즉, 터치 제어기(102)는 상기 S103 단계를 통해 터치 패널(101)의 노드별 터치 데이터로부터 노이즈 만큼의 값을 가/감산하도록 보정 파라메터를 갱신하고, 이를 이용하여 각 노드에서의 터치 데이터를 보정한다.
다음으로, 터치 제어기(102)는 상기 S105 단계를 통해 터치 데이터가 보정됨에 따라, 이를 이용하여 터치 좌표를 산출한다(S106). 즉, 보정된 터치 데이터가 기 설정된 터치 임계값 이상인 노드를 검출하고, 검출된 노드들의 위치를 토대로 터치 좌표를 획득한다.
전술한 구조의 터치 장치(100)는 표시 장치의 표시 패널에 통합되거나 결합되어, 표시 장치에서의 사용자 인터페이스 장치로 동작할 수 있다.
도 5를 예로 들면, 터치 장치(100)의 터치 패널(101)은 플렉서블 표시 장치의 표시 패널(300)의 배면에 결합할 수 있다. 플렉서블 표시 장치의 표시 패널(300)은 하부 및 상부 기판(301, 302)과, 하부 및 상부 기판(301, 302) 사이에 배치되며 복수의 화소를 구성하는 복수의 발광소자(미도시)와 구동회로(미도시)가 포함된 소자층(303)을 포함한다.
일부 실시 예에서, 터치 패널(101)은 도 5에 도시된 바와 같이, 표시 패널(300)의 하부 기판(301)을 제2기판(202)으로 사용하여 구현될 수 있다. 이 경우, 표시 패널(300)의 하부 기판(301)과 터치 패널(101)의 제1기판(201) 사이에 압력 센서부(210)가 형성된다.
본 발명을 앞서 기재한 바에 따라 바람직한 실시예를 통해 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되지 않으며 다음에 기재하는 특허청구범위의 개념과 범위를 벗어나지 않는 한, 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것을 본 발명이 속하는 기술 분야에 종사하는 자들은 쉽게 이해할 것이다.

Claims (12)

  1. 제1 및 제2기판 사이에 배치되며, 상기 제1 및 제2기판에 각각 배치되는 제1 및 제2전극, 상기 제1 및 제2전극 사이에 배치되는 절연층 및 스페이서를 포함하는 압력 센서부를 포함하고, 상기 압력 센서부를 통해 상기 제2기판에 가해지는 압력 세기에 대응하는 터치 신호를 출력하는 터치 패널, 그리고
    상기 터치 신호로부터 각 노드에서의 터치 데이터를 획득하고, 상기 각 노드에서의 이전 터치 데이터와 상기 터치 데이터로부터 상기 각 노드에서의 터치 데이터 변화량을 획득하고, 상기 터치 데이터 변화량을 토대로 상기 각 노드에서의 상기 터치 데이터를 보정하며, 보정된 상기 터치 데이터를 토대로 터치 좌표를 획득하고, 상기 터치 데이터 변화량을 토대로 터치 릴리즈 후 상기 스페이서에 의해 복원 중인 상태로 인식된 노드에 대해, 상기 터치 데이터를 상기 터치 데이터 변화량에 따른 보정 파라메터로 보정하는 터치 제어기
    를 포함하는 터치 장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 터치 제어기는,
    상기 터치 데이터 변화량이 소정 범위 이내인 노드에 대해 상기 복원 중인 상태로 인지하는 터치 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 터치 제어기는,
    상기 복원 중인 상태로 인식된 노드에 대해, 터치 릴리즈 상태에 대응하는 상기 보정 파라메터를 이용하여 상기 터치 데이터를 보정하는 터치 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 터치 제어기는,
    상기 터치 신호와 기 설정된 베이스라인 신호 간의 신호세기 차이 값으로부터 상기 터치 데이터를 획득하는 터치 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 터치 제어기는,
    상기 터치 데이터가 기 설정된 값 이상인 노드가 소정 개수 이상이면, 상기 터치 데이터로부터 노이즈를 산출하는 터치 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 터치 제어기는,
    상기 노이즈가 기 설정된 임계값 이상이면, 상기 노이즈를 토대로 상기 보정 파라메터를 갱신하는 터치 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 스페이서는 탄성 재질인 터치 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제2기판은 플렉서블 기판인 터치 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제1기판은 상기 제2기판에 비해 강성인 리지드 기판인 터치 장치.
  11. 제1항, 제3항 내지 제10항 중 어느 한 항의 터치 장치를 포함하는 표시 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상부 기판 및 하부 기판, 그리고 상기 상부 기판 및 하부 기판 사이에 배치되며 복수의 화소를 구성하는 발광소자 및 구동 회로를 포함하는 표시 패널을 더 포함하며,
    상기 하부 기판이 상기 제2기판으로 사용되는 표시 장치.
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