CN102879911A - 2d/3d可切换显示装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种2D/3D可切换显示装置，其包括：显示面板，用于产生2D或3D图像；2D/3D切换装置，位于所述显示面板与观察者之间，用于对显示模式进行2D/3D切换，2D/3D切换装置包括第一基板、第二基板、夹于第一基板与第二基板之间的聚合物分散液晶层或聚合物稳定液晶层、第一透明电极、第二透明电极和视差障栅；聚合物分散液晶层中包括经聚合而成的聚合物以及位于其间分散排布的多个向列型液晶颗粒；聚合物稳定液晶层中包括由聚合物单体和光引发剂经紫外光照射形成的聚合网络。本发明能快捷方便地实现2D/3D的切换显示，其具备出色的3D性能，生产工艺简化并且能降低生产成本。
Description
技术领域
本发明涉及显示技术领域，特别涉及一种2D/3D可切换显示装置。
背景技术
随着显示技术的不断发展，人们愈加追求更加真实的显示画面。近年来，出现了利用不同技术实现的三维（3D）显示（又称为立体显示），3D显示相较于二维（2D）显示，可以给观察者带来更逼真的立体效果，因此，受到了人们的欢迎和青睐。
人之所以看到的物体是三维的，是因为人有两只眼睛，并且两只眼睛具有一定的间距，物体在两眼视网膜上产生两幅具有细微差别的图像，经大脑处理后合成为一幅三维图像。立体显示技术是利用人眼的立体成像原理，人眼看物体时是从不同角度看到两幅稍有差别的图像，大脑将这两幅具有视差的图像合成后形成立体视觉。现有的立体显示方法主要有：偏振镜法、滤色镜法、视差立体法以及体视镜法。其中偏振镜法是最常用的方法，其原理就是利用光的不同偏振角度，让两个镜片分别透过不同偏振状态的光，将两幅具有细微差别的图像分别投射到左右眼中，从而给人以三维立体感。但是，这种立体显示方法需要观察者配戴配套的立体偏振眼镜才能观看到三维图像，配戴立体眼镜常常会造成观察者的观看不舒适，特别是对于自身已经配戴着眼镜的观察者来说，观看立体图像则较为困难。因此，为了避免配戴特殊眼镜的不便，最近出现了不必配戴立体眼镜就能观看立体图像的装置，称为自动立体显示装置（即裸眼立体显示装置），通过立体显示设备可以直接分开分别进入左右眼的左右眼图像光线，从而在观看立体图像时不必配戴立体眼镜，以满足观察者的需求。另外正在研发一种立体显示设备，其内设置有根据需要可透过开关组件分开左右眼图像的媒体，平时可以让人们观看二维平面图像，但有需要时也可以让人们观看三维立体图像。
发明内容
有鉴于此，本发明解决的技术问题是：提供一种2D/3D可切换显示装置，能快捷方便地实现2D/3D的切换显示，其具备出色的3D性能，生产工艺简化并且能降低生产成本。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案具体是这样实现的：
本发明提供了一种2D/3D可切换显示装置，其包括：显示面板，用于产生2D或3D图像；2D/3D切换装置，位于所述显示面板与观察者之间，用于对显示模式进行2D/3D切换，所述2D/3D切换装置包括：位于临近所述显示面板一侧的第一基板；位于临近观察者一侧的第二基板；夹于所述第一基板与所述第二基板之间的聚合物分散液晶层或聚合物稳定液晶层；以及位于所述第一基板上靠近所述聚合物分散液晶层或聚合物稳定液晶层依次设置的第一透明电极和视差障栅、位于所述第二基板上靠近所述聚合物分散液晶层或聚合物稳定液晶层设置的第二透明电极；所述聚合物分散液晶层中包括经聚合而成的聚合物以及位于其间分散排布的多个向列型液晶颗粒；所述聚合物稳定液晶层中包括由聚合物单体和光引发剂经紫外光照射形成的聚合网络，所述聚合网络分割成多个空间区域并将位于不同空间区域的向列型液晶分子分割成多个不同的畴。
优选地，所述聚合物分散液晶层或聚合物稳定液晶均具有透明态和散射态，当其处于透明态时所述2D/3D可切换显示装置处于3D模式，当其处于散射态时所述2D/3D可切换显示装置处于2D模式。
优选地，所述聚合物分散液晶层是将向列型液晶、水和可溶解于水的聚合物混合后经搅拌后涂布于所述第一基板或所述第二基板上，再将其中的水进行蒸发而形成。
优选地，所述聚合物分散液晶层是将向列型液晶、聚合物单体和光引发剂混合后，再经过紫外光照射而形成。
优选地，所述聚合物分散液晶层中液晶颗粒半径一般在0.3微米~3微米的范围内，2D/3D切换装置的驱动电压一般在10V~30V的范围内。
优选地，所述聚合物稳定液晶中向列型液晶采用E7且质量百分比为96.7%，聚合物单体采用BAB6且质量百分比为3%，光引发剂采用BME且其质量百分比为0.3%。
优选地，还包括分别位于所述第一基板和所述第二基板临近所述聚合物稳定液晶层的下配向层和上配向层，所述下配向层和所述上配向层使用的配向材料具有水平配向，摩擦方向平行且可以相同或者相反。
优选地，所述聚合物单体由于液晶水平排布其同样沿着水平方向聚合形成所述聚合网络。
优选地，还包括分别位于所述第一基板和所述第二基板临近所述聚合物稳定液晶层的下配向层和上配向层，所述下配向层和所述上配向层使用的配向材料具有垂直配向，并采用负性液晶。
优选地，所述显示面板可以采用液晶显示面板，还可以采用在所述2D/3D切换装置与所述显示面板之间设置有偏光板的CRT、PDP、LED、OLED等非偏振光显示面板，所述视差障栅采用非透明的有机树脂或者无机金属铬。
本发明的2D/3D可切换显示装置能快捷方便地实现2D/3D的切换显示，其具备出色的3D性能，生产工艺简化并且能降低生产成本。
附图说明
图1是本发明的2D/3D可切换显示装置处于3D显示模式的原理结构示意图；
图2是本发明的2D/3D可切换显示装置处于2D显示模式的原理结构示意图；
图3是本发明第一实施例的2D/3D可切换显示装置中采用聚合物分散液晶在未施加电压时的部分剖面结构示意图；
图4是本发明第一实施例的2D/3D可切换显示装置中采用聚合物分散液晶在施加电压时的部分剖面结构示意图；
图5是本发明第二实施例的2D/3D可切换显示装置中采用聚合物稳定液晶在施加电压时的部分剖面结构示意图；
图6是本发明第二实施例的2D/3D可切换显示装置中采用聚合物稳定液晶在未施加电压时的部分剖面结构示意图；
图7是本发明第三实施例的2D/3D可切换显示装置中采用聚合物稳定液晶在施加电压时的部分剖面结构示意图；
图8是本发明第三实施例的2D/3D可切换显示装置中采用聚合物稳定液晶在未施加电压时的部分剖面结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明，使本发明的上述及其它目的、特征和优势将更加清晰。在全部附图中相同的附图标记指示相同的部分。并未刻意按比例绘制附图，重点在于示出本发明的主旨。
图1是本发明的2D/3D可切换显示装置处于3D显示模式的原理结构示意图，图2是本发明的2D/3D可切换显示装置处于2D显示模式的原理结构示意图。本发明的2D/3D可切换显示装置，其包括：显示面板10，用于产生2D或3D图像；2D/3D切换装置20，位于显示面板10与观察者30之间，用于对显示模式进行2D/3D切换，2D/3D切换装置20包括：位于临近显示面板10一侧的第一基板21；位于临近观察者30一侧的第二基板22；夹于第一基板21与第二基板22之间的聚合物分散液晶层或聚合物稳定液晶层26；以及位于第一基板21上靠近聚合物分散液晶层或聚合物稳定液晶层26依次设置的第一透明电极23和视差障栅25、位于第二基板22上靠近聚合物分散液晶层或聚合物稳定液晶层26设置的第二透明电极24；聚合物分散液晶层中包括经聚合而成的聚合物以及位于其间分散排布的多个向列型液晶颗粒（详见具体实施例一）；聚合物稳定液晶层中包括由聚合物单体和光引发剂经紫外光照射形成的聚合网络，聚合网络分割成多个空间区域并将位于不同空间区域的向列型液晶分子分割成多个不同的畴（详见具体实施例二）。
聚合物分散液晶层或聚合物稳定液晶层26均具有透明态和散射态，如图1所示，当其处于透明态时2D/3D切换装置20处于3D模式，此时从显示面板10发出的光线经视差障栅25进行左右眼分离之后形成具有一定左右眼视察的图像经过2D/3D切换装置20后仍然沿着原光线方向传播，从而分别进入观察者30的左眼和右眼，此时2D/3D可切换显示装置处于3D模式。如图2所示，当聚合物分散液晶层或聚合物稳定液晶层26处于散射态时2D/3D可切换显示装置处于2D模式，此时从显示面板10发出的光线经过视差障栅25进行左右眼分离之后形成具有一定左右眼视差的图像再经过2D/3D切换装置20后光线被散射，从而无视差地均可以进入观察者30的左眼和右眼，此时2D/3D可切换显示装置处于2D模式。
第一实施例
图3是本发明第一实施例的采用聚合物分散液晶在未施加电压时的部分剖面结构示意图，如图3所示，本实施例的2D/3D可切换显示装置中，聚合物分散液晶层26包括聚合而成的聚合物261以及位于其间分散排布的多个向列型液晶颗粒262，向列型液晶颗粒262中包括多个向列型液晶分子263。
本实施例的2D/3D可切换显示装置中，聚合物分散液晶层26可以由多种形成方法来形成。
例如，采用方法一，即包裹(encapsulation)相分离法：聚合物分散液晶层26是将向列型液晶、水和可溶解于水的聚合物混合后经搅拌后涂布于第一基板21或第二基板22上，再将其中的水进行蒸发而形成；将向列型液晶、水和可溶解于水的聚合物(例如聚乙烯醇(Polyvinyl alcohol))混合形成乳胶液，因向列型液晶与聚合物水溶液互不相溶，该乳胶液经过搅拌后向列型液晶形成分散的小颗粒悬浮于聚合物水溶液中，搅拌速率越快，形成的液晶颗粒直径越小，将搅拌后的乳胶液涂布于第一基板或第二基板上，之后将其中的水蒸发掉，形成最终的聚合物分散液晶层，然后再与另一基板组立成盒，形成最终的2D/3D切换装置20。
例如，采用方法二，即聚合致(Polymerization-induced)相分离法：聚合物分散液晶层26是将向列型液晶、聚合物单体和光引发剂混合后，再经过紫外光照射而形成；将向列型液晶、聚合物单体(例如含丙烯酸酯(acrylate)或者丙烯酸甲酯(methylacrylate)末端基的单体，此单体具有双键)和光引发剂混合，该配方例如为Norland 66 (丙烯酸酯(acrylate)单体和光引发剂)和E7向列型液晶(Merck)按照1:1的比例混合，然后注入空盒或者采用液晶滴注（ODF）成盒方式，之后再以每平方厘米几毫瓦的功率进行紫外光照射，在进行UV光照射后，光引发剂形成活性自由基，会与丙烯酸酯(acrylate)基团发生化学反应，并同时触发连锁反应，即丙烯酸酯(acrylate)基团的打开的双键将与光引发剂的自由基或者另一丙烯酸酯(acrylate)基团双键交联聚合，直至聚合结束。紫外光照度越大或者光引发剂含量越大，液晶颗粒越小。该方法适合大规模生产。
例如，采用方法三，即热致(Thermally-induced)相分离法：将50%热塑性聚甲基丙烯酸甲酯（Poly methyl methacrylate，PMMA）和50%向列型液晶E7(Merck)进行混合，因为高分子聚合物一般与液晶不相溶，为了使该混合溶液更加均匀，可以将两者溶于共同的溶剂三氯甲烷(Chloroform)，之后将该溶液涂布于一基板上，并加热至玻璃态转化温度以上，将溶剂三氯甲烷全部挥发，然后将另一基板覆盖至其上进行成盒。其中聚合物融化温度(Melting temperature)必须低于其分解温度。PMMA玻璃态转化温度为105度，液晶的清亮点为60.5度。然后渐渐降温，随着聚合物的硬化，液晶逐渐和聚合物进行相分离，并形成悬浮颗粒，降温至玻璃态温度以下后，相分离结束。向列型液晶颗粒大小与降温速率成反比，即降温越快，颗粒越小。
例如，采用方法四，即溶致(Thermally-induced)相分离法：将5%热塑性聚甲基丙烯酸甲酯（Poly methyl methacrylate，PMMA）、5%向列型液晶E7(Merck)和90%溶剂三氯甲烷(Chloroform)进行混合，之后将该溶液涂布于一基板上，并置于一腔体中，该腔体不断通气排气，使得溶剂三氯甲烷逐渐挥发，液晶和聚合物因此进行发生相分离。液晶颗粒大小与溶剂挥发速率成反比，即挥发越快，颗粒越小。溶剂挥发且相分离结束后，另一基板覆盖成盒。
本实施例中，聚合物分散液晶层中向列型液晶颗粒262的半径一般在0.3微米~3微米的范围内，2D/3D切换装置的驱动电压一般在10V~30V的范围内。
本实施例中，处于向列型液晶颗粒262内的液晶分子具有以下几种排布方式: 1. 双极状颗粒(Bipolar droplet)：聚合物与液晶分子锚定方向为水平或者相切时，且弯曲弹性常数(Bend elastic constant)大于斜展弹性常数(splay elastic constant)。如本实施例所示，是比较常见的状态。2. 环面状颗粒(Toroidal droplet)：聚合物与液晶分子锚定方向为水平或者相切时，且弯曲弹性常数(Bend elastic constant)小于斜展弹性常数(splay elastic constant)。3. 径向状颗粒Radial droplet)：聚合物与液晶分子锚定方向为垂直时，锚定能较强时。4. 轴向状颗粒(Axial droplet)：聚合物与液晶分子锚定方向为垂直时，锚定能较强弱，颗粒较小，或者有外部电场时。
图3是本实施例的采用聚合物分散液晶在未施加电压时的部分剖面结构示意图，2D/3D切换装置20在无施加电压时，即第一透明电极23与第二透明电极24之间没有电场时，向列型液晶颗粒262的整体折射率(nLC)与其周围的聚合物的折射率(np)不相等，因此会对入射光线产生散射作用，从而使得采用视差障栅进行左右眼光线分离的功能被破坏，此时2D/3D可切换显示装置呈现无方向选择性的2D显示模式；图4是本实施例的2D/3D可切换显示装置中采用聚合物分散液晶在施加电压时的部分剖面结构示意图，当2D/3D切换装置20施加电压时，即第一透明电极23与第二透明电极24之间存在电场时，位于向列型液晶颗粒162内的向列型液晶分子263均沿着电场方向排布，此时no(液晶寻常光折射率)=np(聚合物折射率)，2D/3D切换装置20呈不改变光路的透明状态，此时2D/3D可切换显示装置处于3D显示模式。
本实施例中，也可以采用特定的聚合物分散液晶，当2D/3D切换装置20未施加电压时，使得在第一透明电极23与第二透明电极24之间不存在电场时，nLC(液晶颗粒整体折射率)=np(聚合物折射率)，2D/3D切换装置20呈不改变光路的透明状态，此时2D/3D可切换显示装置处于3D显示模式；而当2D/3D切换装置20在施加电压时，即第一透明电极23与第二透明电极24之间具有电场时，向列型液晶颗粒262的整体折射率与其周围的聚合物的折射率不相等，即no(液晶寻常光折射率)≠np(聚合物折射率)，因此会对入射光线产生散射作用，从而使得采用视差障栅进行左右眼光线分离的功能被破坏，此时2D/3D可切换显示装置呈现无方向选择性的2D显示模式。
本实施例中的向列型液晶颗粒262的半径一般在0.3微米~3微米的范围内，2D/3D切换装置20的驱动电压一般在10V~30V左右。第一透明电极23和第二透明电极24均可采用ITO或IZO等透明导电材料。
第二实施例
图5是本发明第二实施例的2D/3D可切换显示装置中采用聚合物稳定液晶在施加电压时的部分剖面结构示意图，本实施例中，聚合物稳定液晶层26中包括由聚合物单体和光引发剂经紫外光照射形成的聚合网络264，聚合网络264分割成多个空间区域并将位于不同空间区域的向列型液晶分子263分割成多个不同的畴。
例如，本实施例中，聚合物稳定液晶中向列型液晶采用E7且质量百分比为96.7%，聚合物单体采用BAB6且质量百分比为3%，光引发剂采用BME且其质量百分比为0.3%。本实施例的2D/3D可切换显示装置中，还包括分别位于第一基板21和第二基板22临近聚合物稳定液晶层26的下配向层（未图示）和上配向层（未图示），下配向层和上配向层使用的配向材料具有水平配向，其摩擦方向相互平行且可以相同或者相反，例如分别为沿着水平方向由左至右和沿着水平方向由右至左。本实施例中向列型液晶、聚合物单体和光引发剂混合后，经紫外光照射，聚合物单体由于受到向列型液晶分子沿着水平方向排布作用的原因，也同样沿着大致水平方向聚合形成聚合网络，如图5所示，在聚合物稳定液晶层26被施加外部电场时，即第一透明电极23和第二透明电极24之间施加电压时，由于聚合网络264将向列型液晶分子分割成不同的区域，即多畴的结构，本实施例中向列型液晶分子采用正性液晶分子，向列型液晶分子在外部电场和聚合物锚定作用下沿着不同方向旋转，光线被散射，此时2D/3D可切换显示装置处于2D显示模式。如图6所示，图6是本发明第二实施例的2D/3D可切换显示装置中采用聚合物稳定液晶在未施加电压时的部分剖面结构示意图，在聚合物稳定液晶层26无外部电场时，即第一透明电极23和第二透明电极24之间没有施加电压时，聚合物的折射率等于向列型液晶的非寻常光折射率(ne)，对入射光线不产生折射或者散射，整个聚合物稳定液晶层26处于透明的光学状态，此时2D/3D可切换显示装置处于3D显示模式。
第三实施例
本实施例与第二实施例相同之处不再赘述，其不同之处在于，本实施例中，分别位于第一基板21和第二基板22上的下配向层（未图示）和上配向层（未图示）均采用垂直配向材料，因此无需摩擦取向；另外，本实施例中，采用的是负性的向列型液晶，如图7所示，图7是本实施例的2D/3D可切换显示装置中采用聚合物稳定液晶在施加电压时的部分剖面结构示意图，在聚合物稳定液晶层26被施加外部电场时，即第一透明电极23和第二透明电极24之间施加电压时，由于聚合网络264将向列型液晶分子分割成不同的区域，即多畴的结构，本实施例中向列型液晶分子采用负性液晶分子，向列型液晶分子在外部电场和聚合物锚定作用下沿着不同方向旋转，光线被散射，此时2D/3D可切换显示装置处于2D显示模式。如图8所示，图8是本实施例的2D/3D可切换显示装置中采用聚合物稳定液晶在未施加电压时的部分剖面结构示意图，在聚合物稳定液晶层26无外部电场时，即第一透明电极23和第二透明电极24之间没有施加电压时，聚合物的折射率等于向列型液晶的寻常光折射率no，对入射光线不产生折射或者散射，整个聚合物稳定液晶层26处于透明的光学状态，此时2D/3D可切换显示装置处于3D显示模式。
本发明的2D/3D可切换显示装置的以上各实施例中，显示面板10可以采用液晶显示面板，由于液晶显示面板本身具有偏光板而发出偏振光，因此视差障栅可以直接对该偏振光进行左右眼分离；另外，本发明可以采用在2D/3D切换装置20与显示面板10之间设置有偏光板的CRT、PDP、LED、OLED等非偏振光显示面板，此时，偏光板例如可以贴附在CRT、PDP、LED、OLED等显示面板临近2D/3D切换装置20的一侧，或者贴附在2D/3D切换装置20的第一基板临近显示面板10的一侧。本发明中，视差障栅25可以采用非透明的有机树脂或者无机金属铬。
本发明的2D/3D可切换显示装置能快捷方便地实现2D/3D的切换显示，其具备出色的3D性能，生产工艺简化并且能降低生产成本。。
以上实施例中所示的2D/3D可切换显示装置中，并未完全示出其中的所有组成部分，而仅示出与本发明密切相关的部分组成，该未示出的部分为液晶显示领域内的一般技术人员所公知，对其具体组成、分布位置及其作用等不再赘述。
在以上的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是以上描述仅是本发明的较佳实施例而已，本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，因此本发明不受上面公开的具体实施的限制。同时任何熟悉本领域技术人员在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。
Claims (10)
1.一种2D/3D可切换显示装置，其特征在于，包括：
显示面板，用于产生2D或3D图像；
2D/3D切换装置，位于所述显示面板与观察者之间，用于对显示模式进行2D/3D切换，
所述2D/3D切换装置包括：
位于临近所述显示面板一侧的第一基板；
位于临近观察者一侧的第二基板；
夹于所述第一基板与所述第二基板之间的聚合物分散液晶层或聚合物稳定液晶层；以及
位于所述第一基板上靠近所述聚合物分散液晶层或聚合物稳定液晶层依次设置的第一透明电极和视差障栅、位于所述第二基板上靠近所述聚合物分散液晶层或聚合物稳定液晶层设置的第二透明电极；
所述聚合物分散液晶层中包括经聚合而成的聚合物以及位于其间分散排布的多个向列型液晶颗粒；所述聚合物稳定液晶层中包括由聚合物单体和光引发剂经紫外光照射形成的聚合网络，所述聚合网络分割成多个空间区域并将位于不同空间区域的向列型液晶分子分割成多个不同的畴。
2.如权利要求1所述的2D/3D可切换显示装置，其特征在于，所述聚合物分散液晶层或聚合物稳定液晶均具有透明态和散射态，当其处于透明态时所述2D/3D可切换显示装置处于3D模式，当其处于散射态时所述2D/3D可切换显示装置处于2D模式。
3.如权利要求1所述的2D/3D可切换显示装置，其特征在于，所述聚合物分散液晶层是将向列型液晶、水和可溶解于水的聚合物混合后经搅拌后涂布于所述第一基板或所述第二基板上，再将其中的水进行蒸发而形成。
4.如权利要求1所述的2D/3D可切换显示装置，其特征在于，所述聚合物分散液晶层是将向列型液晶、聚合物单体和光引发剂混合后，再经过紫外光照射而形成。
5.如权利要求1所述的2D/3D可切换显示装置，其特征在于，所述聚合物分散液晶层中液晶颗粒半径一般在0.3微米~3微米的范围内，2D/3D切换装置的驱动电压一般在10V~30V的范围内。
6.如权利要求1所述的2D/3D可切换显示装置，其特征在于，所述聚合物稳定液晶中向列型液晶采用E7且质量百分比为96.7%，聚合物单体采用BAB6且质量百分比为3%，光引发剂采用BME且其质量百分比为0.3%。
7.如权利要求1所述的2D/3D可切换显示装置，其特征在于，还包括分别位于所述第一基板和所述第二基板临近所述聚合物稳定液晶层的下配向层和上配向层，所述下配向层和所述上配向层使用的配向材料具有水平配向，摩擦方向平行且可以相同或者相反。
8.如权利要求7所述的2D/3D可切换显示装置，其特征在于，所述聚合物单体由于液晶水平排布作用，其同样沿着水平方向聚合形成所述聚合网络。
9.如权利要求1所述的2D/3D可切换显示装置，其特征在于，还包括分别位于所述第一基板和所述第二基板临近所述聚合物稳定液晶层的下配向层和上配向层，所述下配向层和所述上配向层使用的配向材料具有垂直配向，并采用负性液晶。
10.如权利要求1-9中任一项所述的2D/3D可切换显示装置，其特征在于，所述显示面板可以采用液晶显示面板，还可以采用在所述2D/3D切换装置与所述显示面板之间设置有偏光板的CRT、PDP、LED、OLED等非偏振光显示面板，所述视差障栅采用非透明的有机树脂或者无机金属铬。
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