CN101051444B - 发光二极管的驱动装置以及使用其的液晶显示器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种发光二极管以及使用其的液晶显示器。该LED驱动装置包括多个LED组，其中LED彼此串联连接；多个恒定电压提供单元，用于将驱动恒定电流所需的恒定电压提供到多个LED组中每个并且输出该恒定电压，其中输出电压等于或者低于输入电压；以及脉冲宽度调制信号提供单元，用于将脉冲宽度调制信号提供到各恒定电压提供单元。

Description

发光二极管的驱动装置以及使用其的液晶显示器 
技术领域
本发明涉及一种用作平板显示器的背光的发光二极管的驱动装置以及使用其的液晶显示器。 
背景技术
在近来信息取向的社会中，显示器件起着重要的作用并且一些显示器件已经广泛应用于各种工业领域。 
通常，显示器件是一种用于通过视觉感知将各种信息传递给人类的设备。即，显示器件为一种用于将由一些电子器具输出的电学信息信号转换为可以通过人类的视觉感知识别的光学信息信号并且执行人类和电子设备之间连接的功能。 
在显示器件中，将通过发光现象显示光学信息信号的显示器件称为光发射显示器件并且将由于反射、散射、干涉现象等通过光学调制显示光学信息信号的显示器件称为光接收显示器件。 
光发射显示器件称为有源显示器件并且例如包括阴极射线管(CRT)、等离子显示板(PDP)、有机电致发光显示器(OELD)和发光二极管(LED)。 
光接收显示器件称为无源显示器件并且例如包括液晶显示器(LCD)和电泳成像显示器(EPID)。 
近来，由于半导体技术的快速发展，要求许多电子器件的电压和功率降低以及电子器具在尺寸、厚度、重量方面的降低。因此，已经研发了诸如液晶显示器、等离子显示板和有机电致发光显示器的平板显示器，并且在各种平板显示器中，能够容易实现尺寸减小、重量降低和厚度减小并且具有低功耗和低驱动电压的液晶显示器已经成为亮点。 
液晶显示器为一种通过在透明绝缘基板的上基板和下基板之间形成具有介电各向异性的液晶层、通过调节形成在液晶层中的电场强度而改变液晶材料的分子排列、并且因而调节透过作为显示平面的上基板的光量而显示期望图像 的显示器件。 
由于液晶显示器为本身不发光的光接收显示器件，该液晶显示器需要位于用于显示图像的液晶面板后方的背光，以均匀维持整个屏幕的亮度。 
作为背光的光源，已经使用冷阴极荧光灯(CCFL)和外电极荧光灯(EEFL)等。然而，近来，与CCFL和EEFL相比，可以半持久使用并且具有良好节能效应的发光二极管已经成为下一代光源的亮点。 
到目前为止，对于诸如移动电话的小尺寸液晶显示器件，已经广泛将发光二极管用作背光光源。然而，近来，随着发光二极管亮度的提高，对于中等和大尺寸液晶显示器件，将发光二极管用作背光光源并且已经逐渐获得广泛使用。 
下面描述用于现有液晶显示器的背光的发光二极管及其驱动电路。 
图1示出了现有技术中用于液晶显示器的背光的发光二极管的驱动电路图。 
为了驱动彼此串联连接的多个发光二极管D1到D9，现有技术中发光二极管的驱动电路1将输入电压提高到预定电平并且输出该电压。例如，如果将18-48V的输入电压传输到发光二极管的驱动电路1，该发光二极管的驱动电路1将该输入电压提高并且根据发光二极管D1到D9的数量而输出200-380V作为输出电压。 
然而，现有技术中用于液晶显示器的背光的LED驱动电路在组成图1所示的单元电路时需要许多基本部件，从而使电路结构复杂。具体地说，由于许多发光二极管连接到单元电路，需要将输入电压提高到高电压电平。 
进而，由于应该将输入电压提高到高电压电平，需要单独的过电压保护(OVP)以满足安全规范，从而存在能量转换效率恶化的问题。 
发明内容
本发明的目的在于提供一种发光二极管的驱动装置，使用等于或者低于输入电压的输出电压作为用于驱动发光二极管的驱动装置中的发光二极管的驱动电压，该发光二极管可以用作诸如液晶显示器的平板显示器的背光，从而可以简化发光二极管的驱动装置的电路结构并且用低电压和低电流元件实施，从而节约发光二极管的驱动装置的成本。 
本发明的另一目的在于提供一种发光二极管的驱动装置和使用其的液晶显示器，其由于不需要将输入电压提高到高电压而在不需要单独保护电路的情况下安全操作电路。 
本发明的再一目的是提供一种发光二极管的驱动装置以及使用其的液晶显示器，如果发光二极管用作背光，其能够按照原样使用荧光灯的输入电源，从而可以增加其实际使用程度和生产效率。 
本发明的目的并不局限于上述这些，并且本领域的普通技术人员可以通过下面的描述理解其它目的。 
在一方面，一种用于照射液晶面板的发光二极管的驱动装置包括：多个发光二极管组，每组中的发光二极管彼此串联连接；多个恒定电压提供单元，用于接收输入电压并输出驱动恒定电流所需的恒定电压到所述多个发光二极管组中的每一个，该恒定电压等于或者低于该输入电压；以及脉冲宽度调制信号提供单元，用于将脉冲宽度调制信号提供到所述多个恒定电压提供单元，以调节所述多个发光二极管组中的每一个的激活时间，其中每个恒定电压提供单元包括：开关控制信号提供单元，用于提供开关控制信号；开关元件，用于根据由开关控制信号提供单元提供的开关控制信号而导通并且根据开关元件的导通时间而调节能量的存储量；能量存储单元，用于存储经由开关元件提供的能量，其中所述能量存储单元连接在第三节点与第四节点之间；二极管，用于将存储在能量存储单元中的能量传输到多个发光二极管组中每个，其中所述二极管具有连接到第一节点的阴极和连接到第三节点的阳极；电流感应电阻，连接在第一节点与第二节点之间，以通过提供到多个发光二极管组每个的输出电压而感测传输到各发光二极管的电流；电流调节单元，连接到第一节点、第二节点和第七节点，以调节由电流感应电阻感测的电流；电容，连接在第一节点与第四节点之间，以降低提供到发光二极管组的输出电压的纹波电压；第一电阻，连接在第六节点与地电压源之间，以调节来自开关控制信号提供单元的能量调节电流的幅值；第二电阻，连接在第七节点与地电压源之间，以调节来自电流调节单元的反馈电压的幅值；其中所述开关控制信号提供单元通过第五节点将开关控制信号提供到开关元件的控制端，通过第六节点将能量调节电流传输到开关元件，以及通过第七节点接收来自所述电流调节单元的反馈电压。 
按照另一方面，一种液晶显示器包括液晶面板以及位于液晶面板的后方、 用于照射该液晶面板的发光二极管的驱动装置，其中该发光二极管的驱动装置包括：多个发光二极管组，每组中的发光二极管彼此串联连接；多个恒定电压提供单元，用于接收输入电压并输出驱动恒定电流所需的恒定电压到所述多个发光二极管组的每一个，该恒定电压等于或者低于该输入电压；以及脉冲宽度调制信号提供单元，用于将脉冲宽度调制信号提供到所述多个恒定电压提供单元，以调节所述多个发光二极管组中的每一个的激活时间，其中每个恒定电压提供单元包括：开关控制信号提供单元，用于提供开关控制信号；开关元件，用于根据由开关控制信号提供单元提供的开关控制信号而导通并且根据开关元件的导通时间而调节能量的存储量；能量存储单元，用于存储经由开关元件提供的能量，其中所述能量存储单元连接在第三节点与第四节点之间；二极管，用于将存储在能量存储单元中的能量传输到多个发光二极管组中每个，其中所述二极管具有连接到第一节点的阴极和连接到第三节点的阳极；电流感应电阻，连接在第一节点与第二节点之间，以通过提供到多个发光二极管组每个的输出电压而感测传输到各发光二极管的电流；电流调节单元，连接到第一节点、第二节点和第七节点，以调节由电流感应电阻感测的电流；电容，连接在第一节点与第四节点之间，以降低提供到发光二极管组的输出电压的纹波电压；第一电阻，连接在第六节点与地电压源之间，以调节来自开关控制信号提供单元的能量调节电流的幅值；第二电阻，连接在第七节点与地电压源之间，以调节来自电流调节单元的反馈电压的幅值；其中所述开关控制信号提供单元通过第五节点将开关控制信号提供到开关元件的控制端，通过第六节点将能量调节电流传输到开关元件，以及通过第七节点接收来自所述电流调节单元的反馈电压。 
本发明的进一步特征将通过下面包括附图的说明书和权利要求书变得明显。 
附图说明
下面参照附图详细描述本发明的实施，其中相同的附图标记表示相同的部件。 
图1所示为现有技术中用于液晶显示器的背光的LED的驱动电路图； 
图2所示为按照本发明实施方式的液晶显示器的驱动电路示意图； 
图3所示为按照本发明实施方式的发光二极管的驱动装置的详细结构图； 
图4所示为在图3所示的发光二极管的驱动装置中恒定电压提供单元的详细结构的电路图；以及 
图5所示为按照本发明实施方式的发光二极管的驱动装置的脉冲宽度调制信号图。 
具体实施方式
通过下面的详细描述以及所附的附图，本发明的这些和其它目的以及实现这些目的的方法将变得很明显。在整个说明书中，使用相同的附图标记表示相同的部件。 
下面参照附图详细描述按照本发明实施方式的发光二极管的驱动装置以及使用其的液晶显示器(LCD)。 
图2所示为按照本发明实施方式的液晶显示器件的驱动电路的示意性方框图。 
如图2所示，按照本发明实施方式的LCD包括用于显示图像的液晶面板10、用于驱动液晶显示面板10的数据线(D1，……，Dm)的数据驱动器20、用于驱动液晶显示面板10的栅线(G1，……，Gn)的栅驱动器30、用于向数据驱动器20和栅驱动器30施加多个控制信号的时序控制器40以及用于向液晶面板10提供光的LED的驱动装置50。 
时序控制器40接收来自外部的灰度级数据信号R、G、B数据、水平同步信号Hsync、垂直同步信号Vsync、数据施加区域信号DE以及主时钟MCLK并且向各数据驱动器20和栅驱动器30提供必要的控制信号DCS和GCS。 
进而，时序控制器40通过调整由外部输入的数字视频信号R、G、B数据而产生转换后的数字视频信号R’、G’和B’并且然后将该转换后的数字视频信号R’、G’和B’施加到数据驱动器20侧。 
数据施加区域信号DE为标记数据输出区的信号，而主时钟MCLK为基准时钟信号并且由微处理器输入的。 
数据驱动器20响应由时序控制器40输入的数据控制信号DCS而产生与由时序控制器40输入的转换后的数字视频信号R’、G’和B’相对应的模拟灰度级电压。 
之后，当响应于栅控制信号GCS将由栅关断电压Voff关断的栅线(G1，……，Gn)通过施加到栅线(G1，……，Gn)的栅导通电压Von而导通时，将在数据驱动器20中产生的模拟灰度级电压施加到液晶面板10的数据线(D1，……，Dm)。 
LED的驱动装置5050包括位于液晶面板10后方的多个LED组，用于向液晶面板10照射光并且接收由外部微处理器产生的光源控制信号(Sb)以控制多个LED组的发光。 
通过独立于由时序控制器40输出的控制信号DCS和GCS的主时钟MCLK而产生控制LED的驱动装置50的光源控制信号Sb。 
下面描述LED的驱动装置50的结构。 
图3示出了按照本发明实施方式的发光二极管的驱动装置的详细结构图。 
如图3所示，按照本发明实施方式的LED的驱动装置包括多个LED组G10、G20和G30、多个恒定电压提供单元100、200和300以及脉冲宽度调制信号提供单元400。 
在各LED组G10、G20和G30中，多个(n个)LED D11到D13彼此串联连接。 
将LED组G10、G20和G30划分为各背光区域并且最终发射白光以向液晶面板10照射光。 
如图3所示，在连接到各LED组G10、G20和G30的LED D11至D13中，由于每一组相对小数目(n)的LED D11至D13连接起来，因此与现有技术相比，可以将等于或者低于输入电压的输出电压用作驱动电压。 
多个恒定电压提供单元100、200和300提供驱动各LED组G10、G20和G30的恒定电流所需的恒定电压。 
即，第一恒定电压单元100、200和300输出提供到各LED组G10、G20和G30的恒定电压，以等于或者低于输入到恒定电压提供单元100、200和300的输入电压。 
脉冲宽度调制信号提供单元400向多个恒定电压提供单元100、200和300提供脉冲宽度调制(PWM)信号。 
脉冲宽度调制信号为用于控制LED组G10、G20和G30的驱动电压的控制信号并且可以通过调节方波的宽度而控制LED组G10、G20和G30的亮度。 
参照图4和图5详细描述按照本发明实施例的LED驱动装置的恒定电压提供单元和脉冲宽度调制信号。 
图4示出了在图3所示的液晶显示器的驱动装置中恒定电压提供单元的详细结构电路图。 
如图4所示，恒定电压提供单元100包括开关控制信号提供单元101、开关元件106、能量存储单元105和二极管102。 
恒定电压提供单元100通常使用降压(buck)类型电路。 
开关控制信号提供单元101将脉冲型开关控制信号S/W提供到开关元件106。 
开关控制信号S/W控制开关元件106的导通时间。 
开关元件106按照由开关控制信号提供单元101施加的开关控制信号S/W而导通并且可以控制对于导通时间的能量存储量。 
如图4所示，开关元件106可以包括金属氧化物场效应晶体管(MOS FET)或者双极晶体管(BJT)。 
能量存储单元105存储经由开关元件106提供的能量。可以使用电感线圈实施该能量存储单元105。具体地说，电感线圈具有大约1μH到100mH的值。 
二极管102执行将存储在能量存储单元105中的能量传输到LED组G10的功能。 
因此，在具有上述结构的恒定电压提供单元100中，如果经由开关控制信号提供单元101施加的开关控制信号S/W为“高”，则开关元件106导通，从而流入能量存储单元105的电流增加并且因而将能量存储到能量存储单元105中。 
之后，如果经由开关控制信号提供单元101施加的开关控制信号S/W为“低”，则开关元件106关断并且同时，将存储在能量存储单元105中的能量传输到LED组G10，从而流入能量存储单元105的电流降低。 
LED组G10的LED D11到D13可以多于两个并且少于三十二个。 
具体地说，组成LED组G10的LED D11到D13的数目(n)可以根据由恒定电压提供单元100提供的最大输出电压(Vout)的幅值确定。 
例如，如果传输到恒定电压提供单元100的输入电压(Vin)为48V并且驱动LED D11到D13每个所需的电压为3V，则恒定电压提供单元100能够提 供的最大输出电压(Vout)为48V，从而LED组G10的LED D11到D13的最大数目(n)为16。 
然而，考虑到按照本发明实施方式的LED驱动装置应该按照安全规范驱动，可以确定组成LED组G10的LED D11到D13的数目(n)，从而等于或者低于施加到恒定电压提供单元100的输入电压(Vin)的输出电压(Vout)在作为驱动电压所需的范围内。 
将开关控制信号提供单元101连接到第六节点N106以将能量调节电流(Isense)通过第六节点N106传输到开关元件106。当开关元件106导通时，能量调节电流(Isense)限制存储在能量存储单元105中的能量的上限值。因此，防止了由于过电流产生的元件损坏。 
当开关元件106导通时，如果存储在能量存储单元105中的能量的量大于现存的电流，则通过调节开关元件106的导通时间可以调节能量的量。 
可以通过调节连接到第六节点N106的电阻108的值而调节能量调节电流(Isense)的幅值并且电阻108可以调节以具有10mΩ到10Ω的值。 
进而，将开关控制信号提供单元101连接到第七节点N107以接收来自第七节点N107的反馈电压F/B。 
更详细地说，由于开关控制信号提供单元101在其内部具有固定的基准电压，开关控制信号提供单元101进行控制，从而在基准电压和由开关控制信号提供单元101施加到第七节点N107的反馈电压F/B之间存在差值时，通过调节开关元件106的导通时间而将固定输出电压(Vout)传输到LED组G10。 
可以通过调节连接到第七节点N107的电阻109的值而调节反馈电压F/B的幅值并且该电阻109可以调节以具有10Ω到100Ω的值。 
如图4所示，二极管102连接在第一节点N101和第三节点N103之间，能量存储单元105连接在第三节点N103和第四节点N104之间，并且开关元件106连接到第三节点N103、第五节点N105和第六节点N106。 
开关控制信号提供单元101连接到第五节点N105、第六节点N106和第七节点N107，用于调节能量调节电流(Isense)的幅值的电阻108连接在第六节点N106和第八节点N108之间，并且用于调节反馈电压F/B的幅值的电阻109连接在第七节点N107和第八节点N108之间。LED组G10连接在第二节点N102和第四节点N104之间以接收由恒定电压提供单元100提供的输出电压 (Vout)。 
电容103连接在第一节点N101和第四节点N104之间并且执行降低提供到LED组G10的输出电压(Vout)的纹波电压的功能。具体地说，可以调节电容103的电容以具有大约1цF到100цF的值。 
电流感应电阻104连接在第一节点N101和第二节点N102之间。 
电流感应电阻104通过恒定电压提供单元100提供的输出电压(Vout)而感测传输到LED组G10的电流并且可以调节电流感应电阻104以具有大约10mΩ到100mΩ的值。 
进而，电流调节单元107连接到第一节点N101、第二节点N102和第七节点N107。调节电流调节单元107以使经由电流感应电阻104感测的电流具有固定电流值并且将该值传输到第七节点N107。 
即，电流调节单元107以1/2到1/100的比例降低经由电流感应电阻104感测的电流并且将该电流传输到第七节点N107，从而可以降低传输到开关控制信号提供单元101的反馈电压F/B的幅值。因此，可以有效降低能耗。 
使用运算放大器可以容易组成电流调节单元107。 
将输入电压(Vin)施加到第一节点N101，并且将地电压GND施加到第八节点N108，而且将脉冲宽度调制信号PWM 110施加到开关控制信号提供单元101。 
因此，恒定电压提供单元100通过将输入电压(Vin)降低到预定电压而提供低于或者等于该输入电压(Vin)的输出电压(Vout)。 
如图5所示，施加到开关控制信号提供单元101的脉冲宽度调制信号PWM110可以按照与占空比Ton1/T成比例地调节开关元件106的导通时间。 
尽管在上述说明中示例了第一恒定电压提供单元100，但是第二恒定电压提供单元200和第三恒定电压提供单元300与第一恒定电压提供单元100相同地构成。通过向第一到第三恒定电压提供单元100、200和300分别提供脉冲宽度调制信号PWM110、PWM210和PWM310，可以调节LED组G10、G20和G30的各个激活时间。 
图5示出了按照本发明实施方式的液晶显示器的驱动装置的脉冲宽度调制信号图。 
如图5所示，当第一脉冲宽度调制信号PWM110的占空比Ton1/T最短而第 三脉冲宽度调制信号PWM310的占空比Ton1/T最长时，按照第一脉冲宽度调制信号PWM110驱动的第一LED组G10的激活时间最短而按照第三脉冲宽度调制信号PWM310驱动的第三LED组G30的激活时间最长。 
脉冲宽度调制信号PWM110的占空比Ton1/T可以独立调节LED组G10、G20和G30每个的亮度。因此，当LED组用作LCD的背光时，可以局部调节其亮度。 
按照本发明，当LED用作诸如LCD的平板显示器的背光时，将LED划分为多个组，通过使用等于或低于用于驱动多个LED的驱动电压的输入电压而且驱动各组中的LED，不需要用于提高输入电压的电路，从而可以简化LED驱动装置的电路结构。 
进而，LED驱动装置的电路结构可以实施为低电压和低电流元件，从而可以降低成本。 
具体地说，当应用降压类型电路时，组成单元电路的部件数目(例如，连接到单元电路的LED数目)少于现有类型(升压类型)的数目并且当其输出处于无负载状态时，可以解决过载的危险，从而电路可以安全地工作。 
进而，由于不需要用于防止过载的附加保护电路，转换效率高。 
进而，即时LED用作背光，可以原样使用荧光灯的输入电源，从而不需要调节生产线。 
虽然上面描述了本发明，但是显然可以通过许多方式修改本发明。这种修改并不脱离本发明的实质和范围，并且对于本领域的普通技术人员来说很明显，所有这些修改都意欲包括在下面权利要求书的范围之内。 

Claims (6)

1.一种用于照射液晶面板的发光二极管的驱动装置，包括：
多个发光二极管组，每组中的发光二极管彼此串联连接；
多个恒定电压提供单元，用于接收输入电压并输出驱动恒定电流所需的恒定电压到所述多个发光二极管组中的每一个，该恒定电压等于或者低于该输入电压；以及
脉冲宽度调制信号提供单元，用于将脉冲宽度调制信号提供到所述多个恒定电压提供单元，以调节所述多个发光二极管组中的每一个的激活时间，
其中每个所述恒定电压提供单元包括，
开关控制信号提供单元，用于提供开关控制信号；
开关元件，用于根据由开关控制信号提供单元提供的开关控制信号而导通并且根据开关元件的导通时间而调节能量的存储量；
能量存储单元，用于存储经由所述开关元件提供的能量，其中所述能量存储单元连接在第三节点与第四节点之间；
二极管，用于将存储在能量存储单元中的能量传输到多个发光二极管组中每个，其中所述二极管具有连接到第一节点的阴极和连接到第三节点的阳极；
电流感应电阻，连接在第一节点与第二节点之间，以通过提供到多个发光二极管组每个的输出电压而感测传输到各发光二极管的电流；
电流调节单元，连接到第一节点、第二节点和第七节点，以调节由电流感应电阻感测的电流；
电容，连接在第一节点与第四节点之间，以降低提供到发光二极管组的输出电压的纹波电压；
第一电阻，连接在第六节点与地电压源之间，以调节来自所述开关控制信号提供单元的能量调节电流的幅值；
第二电阻，连接在第七节点与地电压源之间，以调节来自所述电流调节单元的反馈电压的幅值；
其中所述开关控制信号提供单元通过第五节点将开关控制信号提供到开关元件的控制端，通过第六节点将能量调节电流传输到开关元件，以及通过第七节点接收来自所述电流调节单元的反馈电压。
2.根据权利要求1所述的驱动装置，其特征在于，所述开关元件包括金属氧化物半导体场效应晶体管。
3.根据权利要求1所述的驱动装置，其特征在于，所述开关元件包括双极晶体管。
4.根据权利要求1所述的驱动装置，其特征在于，所述能量存储单元包括电感线圈。
5.根据权利要求1所述的驱动装置，其特征在于，所述多个发光二极管组包括多于两个并且低于三十二个的发光二极管。
6.一种液晶显示器，包括：
液晶面板；以及
位于所述液晶面板的后方、用于照射该液晶面板的发光二极管的驱动装置，
其中该发光二极管的驱动装置包括：
多个发光二极管组，每组中的发光二极管彼此串联连接；
多个恒定电压提供单元，用于接收输入电压并输出驱动恒定电流所需的恒定电压到所述多个发光二极管组的每一个，该恒定电压等于或者低于所述输入电压；以及
脉冲宽度调制信号提供单元，用于将脉冲宽度调制信号提供到所述多个恒定电压提供单元，以调节所述多个发光二极管组中的每一个的激活时间，
其中每个所述恒定电压提供单元包括，
开关控制信号提供单元，用于提供开关控制信号；
开关元件，用于根据由开关控制信号提供单元提供的开关控制信号而导通并且根据开关元件的导通时间而调节能量的存储量；
能量存储单元，用于存储经由所述开关元件提供的能量，其中所述能量存储单元连接在第三节点与第四节点之间；
二极管，用于将存储在能量存储单元中的能量传输到多个发光二极管组中每个，其中所述二极管具有连接到第一节点的阴极和连接到第三节点的阳极；
电流感应电阻，连接在第一节点与第二节点之间，以通过提供到多个发光二极管组每个的输出电压而感测传输到各发光二极管的电流；
电流调节单元，连接到第一节点、第二节点和第七节点，以调节由电流感应电阻感测的电流；
电容，连接在第一节点与第四节点之间，以降低提供到发光二极管组的输出电压的纹波电压；
第一电阻，连接在第六节点与地电压源之间，以调节来自所述开关控制信号提供单元的能量调节电流的幅值；
第二电阻，连接在第七节点与地电压源之间，以调节来自所述电流调节单元的反馈电压的幅值；
其中所述开关控制信号提供单元通过第五节点将开关控制信号提供到开关元件的控制端，通过第六节点将能量调节电流传输到开关元件，以及通过第七节点接收来自所述电流调节单元的反馈电压。
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