CN102034449A - 三维图像显示装置 - Google Patents

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Abstract

三维图像显示装置。一种立体图像显示装置包括：显示板，其被控制为使得对于帧间隔存储图像帧数据，并对于空白间隔显示所述图像帧数据，各个空白间隔在所述帧间隔之间；偏振控制板，其位于所述显示板上，并转变通过所述显示板的光的偏振状态；以及偏光眼镜，其通过限制由所述偏振控制板进行了转变并到达各眼睛的光来产生立体图像。

Description

三维图像显示装置
技术领域
本发明涉及一种用于显示三维立体图像的三维图像显示器(即，立体图像显示装置)。
背景技术
立体图像显示装置利用立体技术或自动立体技术来显示立体图像。
利用用户的左眼和右眼之间的双眼视差图像并具有高立体效果的立体技术包括已被实际使用的眼镜方法和非眼镜方法。在眼镜方法中，通过改变偏振方向或以时分方式将双眼视差图像显示在基于直接观看的显示装置或投影仪上，并且利用偏光眼镜或液晶快门眼镜来实现立体图像。在非眼镜方法中，通常在显示屏的前表面或后表面处提供用于分离双眼视差图像的光轴的光学板(例如，视差格栅等)。
眼镜方法利用诸如相位延迟器(patterned retarder)的偏振控制板来转变偏光眼镜和显示板之间的光的偏振特性。在眼镜方法中，左眼图像和右眼图像交替地显示在显示板上，并且通过相位延迟器来转变入射至偏光眼镜的光的偏振特性。通过该操作，眼镜方法通过对左眼图像和右眼图像进行时分来实现立体图像而不降低分辨率。
然而，因为增加了交叉块，其中，显示板和偏振控制板之间的图像相互交叠，所以由于在利用眼镜方法的立体图像显示装置中的左眼图像和右眼图像的重叠而产生串扰问题。而且，因为需要用于感知立体图像的液晶快门眼镜，所以在利用眼镜方法的3D显示装置中存在不方便的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种立体图像显示装置，该立体图像显示装置能够改善针对左眼的图像和针对右眼的图像之间的串扰，从而提高立体图像的图像质量，并能够通过去除对用于感知立体图像的液晶快门眼镜的需要来改善用户的便利性。
本发明的附加特征和优点将在以下描述中得到阐明，并且将根据该描述而部分的变得明显，或者可以通过本发明的实践来得到了解。通过书面的说明书及其权利要求书以及附图中具体指出的结构可以实现及获得本发明的这些目的和其它优点。
为了实现这些和其它优点，根据本发明的目的，如具体实施和广泛描述的，一种立体图像显示装置包括：显示板，其被控制为使得对于帧间隔存储图像帧数据，并对于空白间隔显示图像帧数据，各个空白间隔在所述帧间隔之间；偏振控制板，其位于所述显示板上，并转变通过所述显示板的光的偏振状态；以及偏光眼镜，其通过限制由所述偏振控制板进行了转变的光来产生立体图像。
在根据上述发明的立体图像显示装置中，显示板被控制为使得对于第[n]帧间隔存储第[n]图像帧数据，对于第[n]空白间隔显示与第[n]图像帧数据相对应的第一图像，对于第[n+1]帧间隔存储第[n+1]图像帧数据，并且对于第[n+1]空白间隔显示与第[n+1]图像帧数据相对应的第二图像。
在根据上述发明的立体图像显示装置中，偏振控制板对于每个帧间隔转变通过显示板的光的偏振状态。
在根据上述发明的立体图像显示装置中，空白间隔是不提供图像帧数据的垂直空白间隔。
在根据上述发明的立体图像显示装置中，偏振控制板对于第[n]空白间隔将通过显示板的光的偏振状态转变为右眼偏振，而对于第[n+1]空白间隔将通过显示板的光的偏振状态转变为左眼偏振。
在根据上述发明的立体图像显示装置中，显示板包括液晶显示板和背光单元，该背光单元对于第[n]空白间隔和第[n+1]空白间隔向液晶显示板提供光。
在根据上述发明的立体图像显示装置中，背光单元与第[n]空白间隔和第[n+1]空白间隔同步地向液晶显示板提供光。
在根据上述发明的立体图像显示装置中，偏振控制板在背光单元向液晶显示板提供光之前将通过液晶显示板的光的偏振状态转变为右眼偏振或左眼偏振。
在根据上述发明的立体图像显示装置中，显示板包括电致发光显示板。而且，该电致发光显示板被控制为使得在偏振控制板将通过该电致发光显示板的光的偏振状态改变为右眼偏振或左眼偏振之后对于空白间隔显示与图像帧数据相对应的图像。
附图说明
附图被包括在本说明书中以提供对本发明的进一步理解，并结合到本说明书中，构成本说明书的一部分，附图例示了本发明的实施方式，并且与说明书一起用于解释本发明的原理。在附图中：
图1例示了根据本发明第一示例性实施方式的三维(3D)图像显示装置的示意图；
图2例示了示出图1所示的3D显示板的子像素的图；
图3A和图3B例示了示意性地示出图1所示的立体图像装置的偏振控制板中的电极的布置的平面图；
图3C例示了沿着图3A的I-I’截取的截面图；
图4至图6例示了用于描述空白间隔和存储图像帧数据时的间隔的图；
图7至图9例示了用于描述根据本发明第一示例性实施方式的立体图像装置的操作的图；
图10例示了根据本发明第二示例性实施方式的利用有机电致发光显示板的立体图像显示器；
图11例示了用于描述图10所示立体图像显示装置的操作的图；以及
图12例示了应用于图10所示的立体图像显示装置的有机电致发光元件的子像素的等效电路。
具体实施方式
下面将参照图1至图12来描述本发明的示例性实施方式。
图1是根据本发明第一示例性实施方式的立体图像装置的示意图，图2是示出图1所示的显示板的子像素的图，而图3是示意性地示出图1所示的立体图像装置的偏振控制板的图。
参照图1至图3，根据本发明第一示例性实施方式的立体图像显示装置包括图像提供单元110、控制器120、第一驱动单元130、第二驱动单元135、显示板PNL、偏振控制板ARP以及偏光眼镜GLS。
图像提供单元110以二维(2D)模式向控制器120提供二维格式的图像帧数据，并以三维(3D)模式向控制器120提供三维格式的图像帧数据。图像提供单元110还向控制器120提供定时信号，例如垂直同步信号Vsync、水平同步信号Hsync、数据使能信号DE、时钟信号CLK等。图像提供单元110还响应于通过用户接口输入的选择信号来选择2D或3D模式。用户接口包括输入装置，例如屏幕显示(OSD：on-screen display)、遥控器、键盘、鼠标等。
控制器120向显示板PNL提供奇数编号图像帧数据(例如，第[n]图像帧数据，n是正整数)和偶数编号图像帧数据(例如，第[n+1]图像帧数据)。例如，第[n]图像帧数据被选择作为左眼图像数据，并且第[n+1]图像帧数据被选择作为右眼图像数据。控制器120以60×m Hz(其中，m是2或大于2的正整数)的帧频率，例如以120Hz的帧频率将来自图像提供单元110的图像帧数据提供给第一驱动单元130。控制器120以3D模式交替地向第一驱动单元130提供左眼图像帧数据和右眼图像帧数据。而且，控制器120将输入图像的帧频率乘以m，从而增加用于控制第一驱动单元130和第二驱动单元135的操作定时的定时控制信号的频率。而且，控制器120控制第二驱动单元135，使得偏振控制板ARP的扫描电极的电压从第一驱动电压改变为第二驱动电压。这里，与显示板PNL的线相对应地形成偏振控制板ARP的扫描电极，在该显示板PNL中左眼(或右眼)图像帧被改变为右眼(或左眼)图像帧。
第一驱动单元130包括：数据驱动电路，其连接至数据线Dn、Dn+1和Dn+2；以及选通驱动电路，其连接至选通线Gm和Gm+1。第一驱动单元130将来自控制器120的数字图像帧数据转换为正/负模拟图像帧数据，并在控制器122的控制下将经转换的数据提供至数据线Dn、Dn+1和Dn+2。第一驱动单元130在控制器122的控制下顺序地向选通线Gm和Gm+1提供扫描脉冲(或选通脉冲)。
第二驱动单元135沿着显示在液晶板PNL上的左眼图像帧数据和右眼图像帧数据的边界对提供给扫描线164的开关电压Von和Voff进行切换。第二驱动单元135由多路开关阵列(multiplexer array)来实现，该多路开关阵列与显示在液晶板PNL上的左眼图像帧数据同步地选择开关电压Voff，或者与显示在液晶板PNL上的右眼图像帧数据同步地选择开关电压+Von/-Von。另选地，第二驱动单元135由移位寄存器和电平移位器实现，用于将来自电平移位器的输出转换为开关电压Voff和+Von/-Von。此外，第二驱动单元135可以由能够向偏振控制板ARP的扫描电极提供开关电压Voff和+Von/-Von的任何模拟/数字电路来实现。
显示板PNL对于第[n]帧间隔存储第[n]图像帧数据，并对于第[n+1]帧间隔存储第[n+1]图像帧数据。显示板PNL控制为使得对于帧间隔存储图像帧数据，并且对于帧间隔之间的垂直空白间隔(VBI)显示图像帧数据。显示板PNL由显示装置实现，例如，液晶显示器(LCD)、场发射显示器(FED)、等离子体显示板(PDP)、电致发光装置(El)、电泳显示器(EPD)等。在下文中，显示板被描述为液晶显示板。
显示板PNL包括：薄膜晶体管(TFT)基板155a，其上形成有TFT阵列；滤色器(CF)基板155b，其上形成有滤色器阵列；以及液晶层，其插入在该TFT基板和该CF基板之间。
数据线Dn至Dn+2和选通线Gm至Gm+1彼此交叉地形成在TFT基板155a上。而且，由数据线和选通线限定的子像素SPr、SPg和Spb以矩阵的形式布置在TFT基板155a上。在数据线Dn至Dn+2和选通线Gm至Gm+1的交叉区域处形成的TFT对来自选通线的扫描脉冲进行响应，并向液晶单元的像素电极提供经由数据线提供的数据电压。为此，TFT具有连接至选通线Gm的栅极、连接至数据线Dn的源极、以及连接至液晶单元的像素电极的漏极。公共电压被施加于与像素电极相对应的公共电极。
CF基板155b包括黑底(black matrix)和滤色器。公共电极以垂直电场驱动方法(例如，扭曲向列(TN)模式和垂直对准(VA)模式)形成在CF基板155b上，但是公共电极与像素电极一起以水平电场驱动方法(例如，面内切换(IPS)模式和边缘场切换(FFS)模式)形成在TFT基板上。
下偏振膜154和上偏振膜156分别被附接于TFT基板155a的下表面上和CF基板155b的上表面上。而且，配向膜分别被附接于显示板PNL的TFT基板155a的上表面上和CF基板155b的下表面上，以设置液晶的预倾角。上偏振膜156具有光学吸收轴，该光学吸收轴与偏光眼镜GLS的左眼偏振滤光器的光学吸收轴相同。上偏振薄膜156经由光学吸收轴来确定入射至偏振控制板ARP的光的偏振特性。下偏振薄膜154确定入射至显示板的光的偏振特性。在TFT基板155a和CF基板155b之间形成间隔物，以保持其间的单元间隙。通过包括TN、VA、IPS和FFS模式的液晶驱动模式来驱动显示板PNL。显示板通过从背光单元BLU提供的光来发射线偏振或圆偏振的光。背光单元BLU针对垂直空白间隔发光，以显示存储在显示板PNL上的图像帧数据。
偏振控制板ARP被设置在液晶板PNL上，并将光的偏振状态改变为每帧周期彼此正交。偏振控制板ARP响应于对于第[n]帧间隔的第一驱动电压将从液晶板PNL发射的光改变为具有第一偏振状态，并响应于对于第[n+1]帧间隔的第二驱动电压将从液晶板PNL发射的光改变为第二偏振状态。如图3A至3C所示，偏振控制板ARP包括：第一基板160，其上形成有扫描电极(或者多个扫描电极)163；第二基板170，其上形成有公共电极173；以及液晶层180，其被设置在第一基板160和第二基板170之间。扫描电极163可以具有如图3A所示的条形或如图3B所示的板形。如果扫描电极163具有如图3A所示的条形，则将扫描电极163布置在一个方向上，使得多个扫描电极163中的每一个对应于形成在显示板PNL上的n条选通线(这里，n是偶数)。例如，如果显示板PNL具有1080条选通线，并且偏振控制板ARP具有90个扫描电极，则一个扫描电极对应于12条选通线。
液晶层180包括具有波导的扭曲向列(TN)、具有半波片(λ/2)的电控双折射(ECB)、具有半波片的垂直对准(VA)、具有半波片的混合对准向列(HAN：hybrid aligned nematic)、以及具有半波片的光学补偿弯曲(OCB：optically compensated bend)。
将公共电压施加于偏振控制板ARP的公共电极173。该公共电压具有与施加于显示板PNL的公共电极的公共电压相同的电位。在右眼帧图像(或左眼帧图像)显示在与扫描电极相对应的显示板的线上之前(或之后)，将与公共电压具有相同电位的电压Voff施加于扫描电极163。随后，在左眼帧图像(右眼帧图像)显示在与扫描电极相对应的显示板的线上之前(或之后)，将与公共电压具有预定电压差的正/负电压+Von/-Von施加于扫描电极163。因此，具有Voff、+Von和-Von三种电压电平的开关电压被施加于扫描电极163。高于或低于公共电压的正/负电压+Von/-Von防止了由于直流偏压而导致的液晶分子的退化。
偏光眼镜GLS用于观看经由偏振控制板ARP透射的立体图像。偏光眼镜GLS包括左眼眼镜和右眼眼镜。左眼眼镜的光吸收轴与右眼眼镜的光吸收轴不同，从而左眼眼镜的偏振特性与右眼眼镜的偏振特性不同。根据显示板PNL和偏振控制板ARP的偏振特性，可以以各种方式构造偏光眼镜GLS。
下文中，将更详细地描述根据本发明的一个示例性实施方式的立体图像显示装置。
图4至图6是用于描述空白间隔和存储图像帧数据的间隔的图，而图7至图9是用于描述根据本发明第一示例性实施方式的立体图像显示装置的操作的图。
参照图4至图6，对于第[n]帧间隔Frame[n]将第[n]图像帧数据Data[n]存储在显示板上，并且对于第[n+1]帧间隔Frame[n+1]将第[n+1]图像帧数据Data[n+1]存储在显示板上。在第[n]帧间隔Frame[n]和第[n+1]帧间隔Frame[n+1]之间存在空白间隔VBI[n]。在图5和图6中，将帧间隔Frame[n]和帧间隔Frame[n+1]定义为提供数据使能信号DE时的间隔。数据使能信号DE被控制为使得在提供垂直同步间隔的间隔期间对应于水平同步信号Hsync将图像帧数据Data[n+1]提供给显示板PNL。而且，空白间隔VBI[n]被定义为帧间隔Frame[n]和帧间隔Frame[n+1]之间的间隔，其中不提供数据使能信号DE(或图像帧数据)。
参照图4至图9，背光单元BLU根据帧间隔Frame[n]和Frame[n+1]以及空白间隔VBI[n]和VBI[n+1]而发光或不发光。由于背光BLU在第[n]空白间隔期间向显示板PNL发光，所以显示板PNL在第[n]空白间隔VBI[n]期间显示与第[n]图像帧数据Data[n]相对应的图像。此后，由于背光BLU在第[n+1]空白间隔期间向显示板PNL发光，所以显示板PNL在第[n+1]空白间隔VBI[n+1]期间显示与第[n+1]图像帧数据Data[n+1]相对应的图像。为此，背光单元BLU发光时的间隔与空白间隔VBI[n]和VBI[n+1]同步。
在第[n]空白间隔VBI[n]期间，响应于第一驱动电压将偏振控制板ARP转变为左眼偏振(或右眼偏振)，并且在第[n+1]空白间隔VBI[n+1]期间，响应于第二驱动电压将偏振控制板ARP转变为右眼偏振(或左眼偏振)。例如，如果在显示板PNL上显示的对应于第[n]图像帧数据Data[n]的图像是左眼图像LEFT，则将偏振控制板ARP转变为左偏振状态以透射左眼图像LEFT。否则，如果在显示板PNL上显示的对应于第[n+1]图像帧数据Data[n+1]的图像是右眼图像RIGHT，则将偏振控制板ARP转变为右偏振状态以透射右眼图像RIGHT。为此，在转变偏振控制板ARP的偏振特性时的间隔与显示板PNL同步。换言之，偏振控制板ARP与在显示板PNL上存储图像帧数据时的间隔(即，帧间隔Frame[n]、Frame[n+1])同步。如果在转变偏振控制板ARP的偏振特性时的间隔与帧间隔Frame[n]、Frame[n+1]同步，则在背光单元BLU向显示板PNL提供光之前，将偏振控制板ARP转变为左眼偏振或右眼偏振。在此情况下，尽管在转变偏振控制板ARP的偏振特性时的响应速度较晚，但是可以防止通过背光单元BLU和显示板PNL的图像(或光)被延迟或消失。因此，当实现立体装置时，可以改善左眼图像和右眼图像之间产生的串扰问题。
如果如上所述转变偏振控制板ARP的偏振状态，则偏光眼镜GLS可区别地透射通过偏振控制板ARP的左眼图像LEFT或者右眼图像RIGHT。因此，可以如图7所示的偏光眼镜GLS中的情况一样例示出偏振控制板ARP中的左眼图像和右眼图像的透射。图7基于背光单元BLU发光时的情况例示了显示板PNL、偏振控制板ARP和偏光眼镜GLS的光的偏振状态。在图7中，虚线表示左眼透射，而实线表示右眼透射。在图7中，尽管背光单元BLU的发光间隔超过8.3ms，但它不限于此。超过的时间是在实现立体图像时可以产生的预定的延迟时间。可以在基准时间8.3ms之前调整背光单元BLU的发光间隔。
如果如上所述构造背光单元BLU、显示板PNL和偏振控制板ARP，则可以将背光单元BLU用作立体图像显示器的液晶快门眼镜。
至此，作为一个实施方式描述了利用液晶显示器的立体图像显示装置。但是本发明不限于此。如果对于帧间隔将图像帧数据存储在显示板上，并且对于空白间隔VBI显示图像数据，则本发明可以被应用于使用其它显示板(例如，等离子体显示板、电致发光显示板等)的任何立体图像显示装置。
下面，作为不同的实施方式将描述利用电致发光显示板的立体图像显示装置。
图10例示了根据本发明第二示例性实施方式的利用有机电致发光显示板的立体图像显示器，图11例示了用于描述图10所示的立体图像显示装置的操作的图，并且图12例示了应用于图10所示的立体图像显示装置的有机电致发光元件的子像素的等效电路。
参照图10，根据本发明的另一个实施方式的立体图像显示器包括图像提供单元210、控制器220、第一驱动单元230、第二驱动单元235、显示板PNL、偏振控制板ARP以及偏光眼镜GLS。在图10所示的第二实施方式中，显示板PNL包括有机电致发光显示板。省略了针对图像提供单元210、控制器220、第一驱动单元230、第二驱动单元235、显示板PNL、偏振控制板ARP以及偏光眼镜GLS的描述，因为它们基本上与第一实施方式中所述的立体图像显示装置的相应组件相同。
参照图4、图11和图12，该立体图像显示装置包括有机电致发光显示板，对于第[n]空白间隔VBI[n]将第[n]图像帧数据Data[n]存储在该有机电致发光显示板上，并且对于第[n+1]空白间隔VBI[n+1]将第[n+1]图像帧数据Data[n+1]存储在该有机电致发光显示板上。在该实施方式中，有机电致发光显示板不包括背光单元和光源，因为它具有自发光元件。因此，该有机电致发光显示板被控制为使得对于第[n]空白间隔VBI[n]显示第[n]图像帧数据Data[n]，并且对于第[n+1]空白间隔VBI[n+1]显示第[n+1]图像帧数据Data[n+1]。为此，在有机电致发光显示板的子像素中，使用控制晶体管S2代替(on behalf of)根据本发明的第一实施方式的立体图像显示器的背光单元。
下面，将更具体地描述根据本发明第二实施方式的显示板的子像素P。
子像素P包括开关晶体管S1、驱动晶体管T1、电容器Cst、控制晶体管S2以及发光二极管D。
开关晶体管S1响应于向选通线Gm提供的扫描脉冲而向电容器Cst提供来自数据线Dn的图像帧数据。电容器Cst将来自数据线Dn的图像帧数据存储为数据电压。驱动晶体管T1由电容器Cst上存储的数据电压来驱动。控制晶体管S2响应于来自控制线Gm的控制信号来控制发光二极管D的发光时间，使得在空白间隔期间从第一电源VDD提供的电流通过发光二极管D流向第二电源VSS。
尽管驱动晶体管T1被驱动，但是包含在子像素P中的发光二极管D在控制晶体管S2被驱动时的间隔才被操作而发光。即，发光二极管D对于空白间隔VBI发光。因此，如果包含在显示板中的子像素的所有控制晶体管都与一条控制线Em相连接，则包含在显示板中的所有发光二极管对于空白间隔VBI发光。
在本发明的第二实施方式中，可以实现与本发明的第一实施方式具有相同功能的立体图像显示器，因为控制晶体管S2可以代替第一实施方式的背光单元。而且，在第二实施方式中，尽管子像素P包括两个晶体管S1和T1与一个电容器Cst以及一个控制晶体管S2，但是，本文档的发明不限于此。例如，如果可以控制立体图像显示器使得对于空白间隔VBI在显示板上显示图像，则其它显示板可以被应用于本发明的立体图像显示装置而无需液晶快门眼镜。
如上所述，根据本发明，可以提供一种立体图像显示装置，该立体图像显示装置能够改善针对左眼的图像和针对右眼的图像之间的串扰，并提高立体图像的图像质量。而且，因为无需用于感知立体图像的液晶快门眼镜，所以可以改善用户便利性。
对于本领域技术人员明显的是，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对本发明进行各种修改和变型。因此，本发明旨在涵盖落入所附权利要求及其等同物的范围内的本发明的这些修改和变型。
本申请要求2009年9月29日提交的韩国专利申请No.10-2009-092706的优先权，在此通过引用并入其全部内容。

Claims (10)

1.一种立体图像显示装置，该立体图像显示装置包括：
显示板，其被控制为使得对于帧间隔存储图像帧数据，并对于空白间隔显示所述图像帧数据，各个空白间隔在所述帧间隔之间；
偏振控制板，其位于所述显示板上，并转变通过所述显示板的光的偏振状态；以及
偏光眼镜，其通过限制由所述偏振控制板进行了转变的光来产生立体图像。
2.根据权利要求1所述的立体图像显示装置，其中，所述显示板被控制为使得对于第[n]帧间隔存储第[n]图像帧数据，对于第[n]空白间隔显示与所述第[n]图像帧数据相对应的第一图像，对于第[n+1]帧间隔存储第[n+1]图像帧数据，并且对于第[n+1]空白间隔显示与所述第[n+1]图像帧数据相对应的第二图像。
3.根据权利要求1所述的立体图像显示装置，其中，所述偏振控制板对于每个帧间隔转变通过所述显示板的光的偏振状态。
4.根据权利要求1所述的立体图像显示装置，其中，所述空白间隔是不提供所述图像帧数据的垂直空白间隔。
5.根据权利要求1所述的立体图像显示装置，其中，所述偏振控制板对于所述第[n]空白间隔将通过所述显示板的光的偏振状态转变为右眼偏振，并且对于所述第[n+1]空白间隔将通过所述显示板的光的偏振状态转变为左眼偏振。
6.根据权利要求1所述的立体图像显示装置，其中，所述显示板包括液晶显示板和背光单元，所述背光单元对于所述第[n]空白间隔和所述第[n+1]空白间隔向所述液晶显示板提供光。
7.根据权利要求6所述的立体图像显示装置，其中，所述背光单元与所述第[n]空白间隔和所述第[n+1]空白间隔同步地向所述液晶显示板提供光。
8.根据权利要求6所述的立体图像显示装置，其中，所述偏振控制板在所述背光单元向所述液晶显示板提供光之前，将通过所述液晶显示板的光的偏振状态转变为所述右眼偏振或左眼偏振。
9.根据权利要求1所述的立体图像显示装置，其中，所述显示板包括电致发光显示板。
10.根据权利要求9所述的立体图像显示装置，其中，所述电致发光显示板被控制为使得在所述偏振控制板将通过所述电致发光显示板的光的偏振状态转变为右眼偏振或左眼偏振之后，对于所述空白间隔显示与所述图像帧数据相对应的图像。
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