CN101901069B - 多点触摸屏及其驱动方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种多点触摸屏，其包括相对设置一第一基板和一第二基板，一设置在该第一基板内表面的第一透明导电层和一设置在该第二基板内表面的第二透明导电层。该第二透明导电层的沿第一方向的电阻率大于其沿第二方向电阻率。该第二透明导电层为一碳纳米管薄膜，更进一步，该碳纳米管薄膜中的碳纳米管沿单一方向择优取向排列，该单一方向平行于该第二透明导电薄膜的第二方向。本发明还提供一种上述多点触摸屏的驱动方法。

Description

多点触摸屏及其驱动方法

技术领域

本发明涉及一种多点触摸屏及一种该多点触摸屏的驱动方法。

背景技术

近年来，伴随着移动电话与触摸导航系统等各种电子设备的高性能话和多样化的发展，安装触摸屏的电子设备逐步增加。这样的电子设备使得用户可以用手或者其它物体直接接触该触摸屏以便向该电子设备输入信息，这样可以减少或者消除用户对其他输入设备(例如，键盘、鼠标、遥控器等)的依赖，方便用户的操作。

现有技术的触摸屏主要包括电阻式、电容式、红外线式以及表面声波式。一般触摸屏在使用过程中一次只能进行一个触摸动作的输入，近来发展出可同时进行两点或更多点输入的多点触摸屏，逐渐成为流行趋势。多点触摸屏主要是电容式多点触摸屏，其一般包括分别设置在一个透明玻璃两面的二透明导电层，两个导电层分别包括多条平行设置的导线，且两面的导线互相平行，通过反复扫描该多条导线，分析其上电容的变化来判断触摸点的坐标。

然而，电容式多点触摸屏的扫描频率随其分辨率，即随导线的数量，呈几何数量增加，因此，高分辨率的触摸屏驱动方法比较复杂，而且对驱动芯片及控制器的要求很高，无形中增加了多点触摸屏的复杂性及成本。同时，一般的电容式多点触摸屏一次只能识别两个触摸点，超过两个触摸点进行操作时就会出现错误，因此，现有技术多点触摸屏的应用具有一定的局限性。

发明内容

为了解决现有技术多点触摸屏结构和驱动复杂，同时进行的触摸点数量少的问题，有必要提供一种结构和驱动简单，且可同时进行多个触摸点操作的多点触摸屏。

还有必要提供一种该多点触摸屏的驱动方法。

一种多点触摸屏，其包括相对设置一第一基板和一第二基板，一设置在该第一基板内表面的第一透明导电层和一设置在该第二基板内表面的第二透明导电层。该第二透明导电层的沿第一方向的电阻率大于其沿第二方向电阻率。该第二透明导电层为一碳纳米管薄膜，更进一步，该碳纳米管薄膜中的碳纳米管沿单一方向择优取向排列，该单一方向平行于该第二透明导电薄膜的第二方向。

一种多点触摸屏，其包括相对设置的一碳纳米管薄膜和一透明导电薄膜，该碳纳米管薄膜的横向电阻率大于其纵向电阻率。

一种多点触摸屏驱动方法，该多点触摸屏包括一第一透明导电薄膜和一第二透明导电薄膜，该第二透明导电薄膜的沿第一方向电阻率大于其沿第二方向电阻率。当该触摸屏接受一触摸动作时，该触摸点所对应的第一透明导电薄膜电连接第二透明导电薄膜。该定位方法包括：提供一基准电压至该第一透明导电薄膜；提供一稳定直流电压至该第二透明导电薄膜平行于其横向的一侧边；测量该第二透明导电薄膜平行于其横向的另一侧的各点的电压；根据第二透明导电薄膜测量点电压的变化判断触摸点的坐标。

一种多点触摸屏的驱动方法，该多点触摸屏包括一碳纳米管薄膜，该碳纳米管薄膜的横向电阻率大于其纵向电阻率，该驱动方法包括：在该碳纳米管薄膜平行于其横向的第一侧边及其内部任意一点之间提供一电压，测量该碳纳米管薄膜相对该第一侧边的第二侧边的电压，根据该第二侧边电压的变化来确定该任意一点在该多点触摸屏上的位置。

相较于现有技术，该多点触摸屏采用电阻率异向性的碳纳米管材料制作透明导电层，尤其是采用具有择优取向排列的碳纳米管薄膜制作透明导电层，其具有如下优点：其一，具有择优取向排列的碳纳米管薄膜的电阻率具有异向性，通过测量该碳纳米管薄膜侧边的电压，根据电压下降的位置及下降幅度就可以判断出触摸点的实际坐标，该多点触摸屏具有简单的结构及简单驱动方法；其二，该择优取向排列的碳纳米管薄膜被分为多个沿碳纳米管延伸方向的导电通道，不同的探测电极对应不同的导电通道，其电压互相独立，因此该多点触摸屏可以实现多点触控操作，且触摸点理论上不受限制，真正实现多点触控的功能；其三，碳纳米管的优异力学特性使得碳纳米管层具有很高的韧性和机械强度，故，采用碳纳米管层作透明导电层可以相应提高该多点触摸屏的耐用性；其五，碳纳米管薄膜具有良好的导电性，可以提高该多点触摸屏的导电性能，从而提高其解析度和精确度；其四，碳纳米管薄膜具有良好的光穿透性，从而该多点触摸屏具有良好的光学表现。

附图说明

图1是本发明多点触摸屏第一实施方式的剖面结构示意图。

图2是图1所示多点触摸屏的第一传导层和第二传导层的平面结构示意图。

图3是图1所示多点触摸屏的探测电极的电压曲线图。

图4是对该多点触摸屏进行三点操作的触摸点实际位置示意图。

图5是图4所示多点触摸屏在三点触摸操作下的探测电极的电压曲线图。

图6是本发明多点触摸屏的第二实施方式的第一传导层和第二传导层平面结构示意图。

图7是本发明多点触摸屏的第三实施方式的第一传导层和第二传导层平面结构示意图。

图8是本发明多点触摸屏的第四实施方式的第一传导层和第二传导层平面结构示意图。

具体实施方式

请参阅图1，其是本发明多点触摸屏第一实施方式的剖面结构示意图。该多点触摸屏20包括相对设置的一第一基板21和一第二基板22。该第一基板21一般由弹性透明材料制成，该第二基板22由刚性透明材料制成以承载一定压力。本实施例中，该第一基板21为聚酯膜，该第二基板22为玻璃基板。该第一基板21相对该第二基板22一侧的表面设置一第一传导层23。该第二基板22相对该第一基板21一侧的表面设置一第二传导层24。一粘合层25设置该第一基板21和该第二基板22之间的边缘处，从而将该第一基板21和该第二基板22粘合在一起。该第一传导层23和该第二传导层24之间的距离为210微米。该第一传导层23和该第二传导层24之间间隔设置有多个彼此隔离的间隙子27，该多个间隙子27具绝缘和支撑作用，以使该第一传导层23和该第二传导层24在初始状态下为电绝缘状态。可以理解，当该多点触摸屏20尺寸较小时，该间隙子27为可选结构，只需要确保第一传导层23和该第二传导层24在初始状态下为电绝缘状态即可。

请一并参阅图2，其是该第一传导层23和该第二传导层24的平面结构示意图。在本图中引入笛卡尔坐标系，其包括相互垂直的X轴方向和Y轴方向。该第一传导层23包括一第一透明导电层231和一第一电极232。该第一透明导电层231是一矩形的氧化铟锡薄膜，从而拥有较低的电阻率和较高的光穿透率。该第一电极232连续设置在该第一透明导电层231的四侧边，并与该第一透明导电层231电连接。

该第二传导层24包括一第二透明导电层241、一第二电极242和多个探测电极243。

该第二透明导电层241由厚度均匀的碳纳米管薄膜材料制成。该碳纳米管薄膜的厚度为0.5纳米到100微米。该碳纳米管薄膜为有序的碳纳米管形成的具有均匀厚度的层状结构。该碳纳米管为单壁碳纳米管、双壁碳纳米管或多壁碳纳米管，其中，单壁碳纳米管的直径为0.5纳米到50纳米，双壁碳纳米管的直径为1.0纳米到50纳米，多壁碳纳米管的直径为1.5纳米到50纳米。该碳纳米管薄膜中的碳纳米管沿单一方向择优取向排列或沿不同方向择优取向排列。

本实施例中，该第二透明导电层241采用碳纳米管薄膜或重叠设置的多层碳纳米管薄膜，且多层碳纳米管薄膜的重叠角度不限。该碳纳米管为有序排列，进一步讲，该碳纳米管薄膜包括多个择优取向的碳纳米管，该碳纳米管具有基本相等的长度且通过范德华力彼此连接，从而形成连续的碳纳米管束。具体地，该第二透明导电层241中的碳纳米管沿图2所示的Y轴方向择优取向排列。

上述具有择优取向排列的碳纳米管薄膜具有阻抗异向性的特点，即，该碳纳米管薄膜沿碳纳米管延伸方向的电阻率远远小于其垂直于碳纳米管延伸方向的电阻率。具体来讲，如图2所示，该第二透明导电层241沿Y轴方向的纵向电阻率远远小于其X轴方向的横向电阻率。本实施例所采用的碳纳米管的纵向电阻率大于10倍的横向电阻率。

该第二电极242为一长条型电极，其设置在该第二透明导电层241垂直于碳纳米管延伸方向的一侧边，即，图2中该第二透明导电层241的上侧边，并电连接该第二透明导电层241。

该多个探测电极243均匀设置在该第二透明导电层241相对该第二电极242的另一侧边，即，图2中该第二透明导电层241的下侧边。且每一探测电极243均电连接该第二透明导电层241。由于碳纳米管薄膜的电阻异向性，该多个探测电极243将该第二透明导电层241分为多个对应的导电通道，每个导电通道的电性能相互独立。

该第一电极232、第二电极242以及该探测电极243由低阻材料制成，如铝、铜或银等，以减少电信号的衰减。本实施例中，其均由导电银浆制成。

该多点触摸屏2的驱动方法如下：

该第一电极232电连接该多点触摸屏2系统的地，即该第一透明导电层231的电压为0伏。该第二电极242接受一稳定直流电压，如10伏，则该第二透明导电层241的电压为10伏。该多个探测电极243用来探测该第二透明导电层241对应位置的电压变化，为触摸定位提供资料。

当用户没有对该多点触摸屏2进行任何操作时，该第一透明导电层层231与该第二透明导电层241相互绝缘，对该第二透明导电层241的电压没有影响。则该多个探测电极243的电压相等，均为10伏。如图3所示，其是该未进行触摸操作时，多个探测电极243的电压曲线图。图3中横轴表示该多个探测电极243的物理横坐标，纵轴表示该多个探测电极243的电压。由于该多个探测电极243的电压相等，图中表示为一条垂直于纵坐标的直线。

当用户对该多点触摸屏2进行触摸操作时，该第一基板21在压力作用下弯向该第二基板22，从而使该第一透明导电层231与该第二透明导电层241在该触摸点产生电连接。如果是单点触摸，则在触摸处产生单个电连接点；如果是多点触摸，则相应产生多个电连接点。由于该第一导电层231的电压对该第二导电层241的电压的影响，此时，触摸点所对应的探测电极243的电压发生变化。具体而言，该对应点探测电极243的电压将低于该第二电极231的电压，即小于10伏。由于不同的探测电极243对应不同的导电通道，其电压互相独立，不会产生相互干扰，则多个探测电极243的电压变化也是相互独立的。实验表明，该探测电极43电压降低的幅度与该触摸点所处位置的纵坐标有关。该触摸点愈接近该第二电极242，对应该触摸点的探测电极243的电压降低幅度愈小；反之，该触摸点愈远离该第二电极242，对应该触摸点的探测电极243的电压降低幅度愈大，也就是触摸点的探测电极243的电压与该触摸点到该第二电极242的距离成正相关的关系。

如图4所示为同时对该多点触摸屏2进行三点操作的触摸点实际位置，其中，A、B、C表示该三个触摸点在该多点触摸屏2上的实际位置。图5是该多个探测电极243的电压曲线图，其中，横轴表示该多个探测电极243的横坐标，纵轴表示探测电极243的电压。

根据电压曲线中电压下降点在坐标轴中的位置，可以直接判断出该多个触摸点横坐标。根据触摸点对应的探测电极243的电压下降幅度，可以分析出该多个触摸点相对该第二电极的距离，即该触摸点在坐标中的纵坐标。通过上述方法可以确定所有触摸点在该多点触摸屏上的坐标。

上述采用碳纳米管薄膜的多点触摸屏2具有以下优点：其一，具有择优取向排列的碳纳米管薄膜的电阻率具有异向性，通过测量该探测电极243的电压，根据电压下降的位置及下降幅度就可以判断出触摸点的实际坐标，该多点触摸屏2具有简单的结构及简单驱动方法；其二，该择优取向排列的碳纳米管薄膜被分为多个沿碳纳米管延伸方向的导电通道，不同的探测电极243对应不同的导电通道，其电压互相独立，因此该多点触摸屏2可以实现多点触控操作，且触摸点理论上不受限制，真正实现多点触控的功能；其三，碳纳米管的优异力学特性使得碳纳米管层具有很高的韧性和机械强度，故，采用碳纳米管层作透明导电层可以相应提高该多点触摸屏2的耐用性；其四，碳纳米管薄膜具有良好的导电性，可以该多点触摸屏的导电性能，从而提高其解析度和精确度；其五，碳纳米管薄膜具有良好的透光性，从而该多点触摸屏具有良好的透光性。

请参阅图6，其是本发明多点触摸屏的第二实施方式，图中仅表示了第一传导层33和第二传导层34平面结构。该多点触摸屏3与第一实施方式的多点触摸屏2相似，其不同之处在于：该第二传导层下侧边设置多个第一探测电极343，其相对的上侧边设置多个相同的第二探测电极344。该第一探测电极343及该第二探测电极344分别对称均匀分布，并电连接该第二透明导电层341。

该多点触摸屏的驱动方法与第一实施方式的多点触摸屏2的驱动方法相似，不同之处在于：该第一探测电极343及第二探测电极344即作为电压输入电极，也作为探测电压输出电极。当该第一探测电极343作为电压输入电极接受稳定直流电压时，该第二探测电极344作为探测电压输出电极；当该第二探测电极344作为电压输入电极接受稳定直流电压时，该第一探测电极343作为电压输入电极。这样该第一探测电极343与第二探测电极344采用轮流输入/输出的方式进行驱动，可以增加该多点触摸屏30的定位精度。

请参阅图7，其是本发明多点触摸屏的第三实施方式，图中仅表示一第一传导层43和一第二传导层44的平面结构。该多点触摸屏4与第一实施方式的多点触摸屏2相似，其不同之处在于：该第一传导层43的结构与该第二传导层44的结构相似，即该第一传导层43包括一碳纳米管薄膜制成的第一透明导电层431、一个条型的第一电极432和多个第一探测电极433，该第二传导层44包括一碳纳米管薄膜制成的第二透明导电层441、一条型的第二电极442和多个第二探测电极443。进一步，该第一透明导电薄膜431中的碳纳米管沿坐标轴中X轴方向延伸，该第一电极432设置在该第一透明导电层431的左侧边沿Y轴方向延伸，并电连接该第一透明导电薄膜431，该多个探测电极433均匀设置在该第一透明导电薄膜431相对该第一电极432的右侧边，并电连接该第一透明导电薄膜431。

该多点触摸屏40的驱动方法是：确定触摸点横坐标时，该第一电极432和/或第一探测电极接地433，该第二电极442接高电压，如10伏，测量该多个第二探测电极443的电压来确定触摸点的横坐标；确定触摸点纵坐标时，该第二电极442和/或第二探测电极443接地，该第一电极432接高电压，如10伏，测量该多个第一探测电极433的电压来确定触摸点的纵坐标。

该触摸屏40的驱动方法中，通过轮流施加高电压于该第一电极431和该第二电极441，直接测量该第一探测电极433和第二电极443的电压变化即可确定触摸点的纵坐标和横坐标，而不需要分析电压的下降幅度。该驱动方法更加简单、准确。

请参阅图8，其是本发明多点触摸屏的第四实施方式，图中仅表示了第一传导层53和第二传导层54的平面结构。该多点触摸屏5与第三实施方式的多点触摸屏4相似，其不同之处在于：该第一传导层53的结构与该第二传导层54的结构相似。具体地，该第一传导层531左侧边设置多个第一探测电极532，其相对的右侧边设置多个相同的第二探测电极533。该第一探测电极532及该第二探测电极533分别对称匀分布，并电连接该第一透明导电层531。该第一传导层531的碳纳米管薄膜中的碳纳米管沿坐标轴中横轴方向延伸。该第二传导层上54侧边设置多个第三探测电极542，其相对的下侧边设置多个相同的第四探测电极543。该第三探测电极542及该第四探测电极543分别对称均匀分布，并电连接该第二透明导电层541。该第二传导层541的碳纳米管薄膜中的碳纳米管沿坐标轴中纵轴方向延伸。

该多点触摸屏50的驱动方法结合第二实施方式多点触摸屏30和第三实施方式多点触摸屏40的驱动方法，其特点在于：当该第一传导层53的第一、第二探测电极532、533同时接地时，该第二传导层54的第三、第四探测电极542、543交替接高电压，并通过测量相对侧第四、第三探测电极543/542的电压变化来确定触摸点的横坐标；当该第二传导层54的第三、第四探测电极542、543同时接地时，该第一传导层53的第一、第二探测电极532、533交替接高电压，并通过测量相对第二、第一侧探测电极533、532的电压变化来确定触摸点的纵坐标。该多点触摸屏50的驱动方法具有简单、准确的特点。

该多点触摸屏30、40、50的透明导电层均可采用上述第一实施方式中所述的碳纳米管薄膜。

Claims (27)

1.一种多点触摸屏，其包括相对设置一第一基板和一第二基板，一设置在该第一基板内表面的第一透明导电层和一设置在该第二基板内表面的第二透明导电层，该第二透明导电层为一碳纳米管薄膜，其特征在于：该第二透明导电层的沿一第一方向的电阻率大于其沿一第二方向的电阻率，该第一方向垂直于该第二方向，该第一基板内表面进一步设置一电连接该第一透明导电层的第一电极，该第二基板内表面进一步设置一第二电极和多个第一探测电极，该第二电极设置在该碳纳米管薄膜平行于该第一方向的一侧边，且电连接该碳纳米管薄膜，该多个第一探测电极设置在该碳纳米管薄膜相对该第二电极的一侧，且电连接该碳纳米管薄膜。

2.如权利要求1所述的多点触摸屏，其特征在于：该碳纳米管薄膜中的碳纳米管沿单一方向择优取向排列，该单一方向平行于该第二方向。

3.如权利要求1所述的多点触摸屏，其特征在于：该第一电极接地，该第二电极接一稳定直流电压，该第一探测电极用于探测其对应位置的碳纳米管薄膜的电压。

4.如权利要求1所述的多点触摸屏，其特征在于：该第二电极包括多个第二探测电极，且电连接该碳纳米管薄膜。

5.如权利要求4所述的多点触摸屏，其特征在于：该第一电极接地，该第一探测电极和该第二探测电极交替接一直流电压，当第一探测电极或该第二探测电极未接稳定直流电压时，用于探测其对应位置的碳纳米管薄膜的电压。

6.如权利要求1所述的多点触摸屏，其特征在于：该第一透明导电层为碳纳米管薄膜。

7.如权利要求6所述的多点触摸屏，其特征在于：该第一透明导电层的碳纳米管薄膜中的碳纳米管沿一第一单一方向择优取向排列，该第一单一方向平行于该第一方向，该第二透明导电层的碳纳米管薄膜中的碳纳米管沿一第二单一方向择优取向排列，该第二单一方向平行于该第二方向。

8.如权利要求7所述的多点触摸屏，其特征在于：该第一基板内表面进一步设置多个第四探测电极，该第一电极设置在该第一透明导电层中垂直于该第一方向的一侧边，且电连接该第一透明导电层，该多个第四探测电极设置在该第一透明导电层相对该第一电极的一侧边，且电连接该第一透明导电层。

9.如权利要求8所述的多点触摸屏，其特征在于：该第一电极包括多个第三探测电极，且电连接该第一透明导电层。

10.如权利要求1所述的多点触摸屏，其特征在于：该第二电极包括多个第二探测电极，且电连接该第二透明导电层。

11.如权利要求1所述的多点触摸屏，其特征在于：该碳纳米管薄膜包括至少一层碳纳米管。

12.如权利要求1所述的多点触摸屏，其特征在于：该碳纳米管薄膜的厚度为0.5纳米到100微米。

13.如权利要求1所述的多点触摸屏，其特征在于：该碳纳米管薄膜中的碳纳米管具有相等的长度，且通过范德华力彼此连接，从而形成连续的碳纳米管束。

14.如权利要求1所述的多点触摸屏，其特征在于：该碳纳米管薄膜中的碳纳米管为单壁碳纳米管、双壁碳纳米管或多壁碳纳米管。

15.如权利要求14所述的多点触摸屏，其特征在于：单壁碳纳米管的直径为0.5纳米到50纳米，双壁碳纳米管的直径为1.0纳米到50纳米，多壁碳纳米管的直径为1.5纳米到50纳米。

16.一种多点触摸屏驱动方法，该多点触摸屏包括一第一透明导电薄膜和一第二透明导电薄膜，该第二透明导电薄膜的沿一第一方向的电阻率大于其沿一第二方向的电阻率，该第一方向垂直于该第二方向，当该触摸屏接受一触摸动作时，该触摸点所对应的第一透明导电薄膜电连接第二透明导电薄膜，该驱动方法包括：

提供一基准电压至该第一透明导电薄膜；

提供一电压至该第二透明导电薄膜平行于其第一方向的一侧边；

测量该第二透明导电薄膜平行于其第一方向的另一侧的各点的电压；

根据该第二透明导电薄膜测量点电压的变化判断触摸点的坐标。

17.如权利要求16所述的多点触摸屏驱动方法，其特征在于：根据该第二透明导电薄膜测量点电压的变化位置判断触摸点平行于该透明导电薄膜第一方向的坐标。

18.如权利要求17所述的多点触摸屏驱动方法，其特征在于：根据该第二透明导电薄膜测量点电压的变化的幅度判断触摸点平行于该透明导电薄膜第二方向的坐标。

19.如权利要求16所述的多点触摸屏驱动方法，其特征在于：该多点触摸屏的第一透明导电薄膜的沿该第二方向的电阻率大于其沿该第一方向的电阻率，该驱动方法进一步包括：

提供一基准电压至该第二透明导电薄膜；

提供一电压至该第一透明导电薄膜平行于其第二方向的一侧边；

测量该第一透明导电薄膜平行于其第二方向的另一侧的各点的电压；

根据第一透明导电薄膜测量点电压的变化判断触摸点的坐标。

20.如权利要求19所述的多点触摸屏驱动方法，其特征在于：根据该第一透明导电薄膜测量点电压的变化位置判断触摸点平行于该第二方向的坐标。

21.如权利要求20所述的多点触摸屏驱动方法，其特征在于：根据该第一透明导电薄膜测量点电压的变化的幅度判断触摸点平行于该透明导电薄膜第一方向的坐标。

22.如权利要求16所述的多点触摸屏驱动方法，其特征在于：该第一透明导电薄膜和/或该第二透明导电薄膜为一碳纳米管薄膜。

23.如权利要求16所述的多点触摸屏驱动方法，其特征在于：该碳纳米管薄膜中的碳纳米管沿单一方向择优取向排列。

24.如权利要求16所述的多点触摸屏驱动方法，其特征在于：该第一透明导电薄膜的碳纳米管单一方向平行于第一方向，该第二透明导电薄膜的碳纳米管单一方向平行于该第二方向。

25.一种多点触摸屏的驱动方法，该多点触摸屏至少包括一碳纳米管薄膜，该碳纳米管薄膜的横向电阻率大于其纵向电阻率，该驱动方法包括：在该碳纳米管薄膜平行于其横向的第一侧边及其内部任意一点之间提供一电压，测量该碳纳米管薄膜相对该第一侧边的第二侧边的多个测量点的电压，根据该第二侧边多个测量点的电压的变化来确定该任意一点在该多点触摸屏上的位置。

26.如权利要求25所述的多点触摸屏的驱动方法，其特征在于：该碳纳米管薄膜中的碳纳米管沿单一方向择优取向排列，该单一方向平行于该碳纳米管薄膜的纵向。

27.如权利要求25所述的多点触摸屏的驱动方法，其特征在于：该多点触摸屏进一步包括一相对该碳纳米管薄膜设置的透明导电薄膜，该透明导电薄膜可以与该碳纳米管薄膜的任意一点电连接，该电压通过该透明导电薄膜与该碳纳米管的任意一点的电连接而施加在该碳纳米管的第一侧边与其内部对应的任意一点之间。

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