CN107194305A - 指纹和触控相融合的像元、指纹和触控相融合的装置及显示屏 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种指纹和触控相融合的像元，包括：呈矩阵排列的多个指纹像元；与同一行的所述指纹像元电气连接的第一信号线；与同一列的所述指纹像元电气连接的第二信号线；所述第一信号线依次打开，对所述第二信号线分别输出的所述指纹像元感应时产生的电信号进行累加成一个触控信号；或者所述第一信号线同时打开，对所述第二信号线分别输出的所述指纹像元感应时产生的电信号进行一次累加成一个触控信号。它能实现指纹识别及触控识别相融合的目的。本发明还公开一种能实现指纹识别及触控识别相融合的指纹和触控相融合的装置及显示屏。
Description
技术领域
本发明涉及指纹识别、触控识别技术，具体涉及指纹和触控相融合的像元、指纹和触控相融合的装置及显示屏。
背景技术
近年来，Iphone手机等电子产品热销，带动了相关技术的发展，尤其是Iphone5S的出现，更将指纹识别解锁技术推向了一个新的应用时代。
然而，现有触控面板技术受制触控面板走线的loading，难以实现大面积识别。现有的TFT+光电二极管的指纹识别像元技术，光电二极管一直暴露在光照之下，光电二极管难以实现长寿命，且需要制作背光源，增加成本增加厚度。现有半导体IC指纹识别技术受制于半导体成本，指纹识别一直没法大面积识别。更没法和TP相融合嵌套设计。也没法实现集成到全屏指纹识别。
为此，期望寻求一种技术方案，以至少减轻上述问题。
发明内容
一方面，本发明要解决的技术问题是，提供一种能够实现大面积指纹识别及触控识别相融合的触控像元。
另一方面，本发明要解决的技术问题是，提供包括上述指纹和触控相融合的像元的指纹和触控相融合的装置。
再一方面，本发明要解决的技术问题是，提供包括上述指纹和触控相融合的像元的显示屏。
为解决上述一方面的技术问题，本发明采用下述技术方案。
一种指纹和触控相融合的像元，包括：
呈矩阵排列的多个指纹像元；
与同一行的所述指纹像元电气连接的第一信号线；以及
与同一列的所述指纹像元电气连接的第二信号线；
其中，所述第一信号线依次打开，对所述第二信号线分别输出的所述指纹像元感应时产生的电信号进行累加成一个触控信号；或者所述第一信号线同时打开，对所述第二信号线分别输出的所述指纹像元感应时产生的电信号进行一次累加成一个触控信号。
所述指纹像元包括：
第一开关单元，其包括用于与所述第一信号线电气连接的第一端、第二端及第三端，该第一开关单元的第一端用于控制该第一开关单元断开或连通该第一开关单元的第二、三端；
第一导电极板，其与所述第一开关单元的第二端电气连接；
收线，其与所述第一开关单元的第三端电气连接，其用于与所述第二信号线电气连接；
打线；
其中，所述打线与所述收线电气连接实现打收一体时，所述第一导电极板与手指构成电容；
或者所述打线与所述收线分开时，RF发射器与手指实现打信号，所述第一导电极板与手指构成电容；
或者所述打线与所述收线分开时，第二开关单元用于断开或连通所述第一导电极板与所述打线之间的电气连接，所述第一导电极板与手指构成电容；
或者所述打线与所述收线分开时，第三开关单元用于断开或连通所述打线与第二导电极板之间的电气连接或所述打线与第二导电极板之间直接电气连接，所述第一、二导电极板、手指互为电容；
或者所述打线与所述收线分开时，第四开关单元用于断开或连通所述打线与所述第一导电极板之间的电气连接或所述打线与所述第一导电极板之间直接电气连接，ref信号线电气连接有第三导电极板，所述第一、三导电极板、手指互为电容；
或者所述打线与所述收线分开时，RF发射器与手指实现打信号，ref信号线电气连接有第四导电极板，所述第一、四导电极板、手指互为电容。
所述指纹像元包括：
第五开关单元，其包括用于与所述第一信号线电气连接的第一端、第二端及第三端；
第五导电极板，其与所述第五开关单元的第二端电气连接；
第六导电极板，其与所述第五导电极板构成电容；
第六开关单元，其包括用于与所述第一信号线电气连接的第一端、第二端及第三端；
信号放大单元，其输出端与所述第六开关单元的第二端电气连接，其输入端与所述第六导电极板电气连接；
收线，其与所述第六开关单元的第三端电气连接，其用于与所述第二信号线电气连接；以及
打线；
其中，所述第五开关单元的第三端与打线电气连接，所述第五导电极板与手指构成电容；或者，所述第五开关单元的第三端与位置信号线电气连接，RF发射器与手指实现打信号，所述第五、六导电极板、手指互为电容；
所述第五开关单元的第一端用于控制所述第五开关单元断开或连通所述第五开关单元的第二、三端；所述第六开关单元的第一端用于控制所述第六开关单元断开或连通所述第六开关单元的第二、三端。
所述第一、二、三、四导电极板由透明材料制成或在显示出光区域设置有供光穿过的通孔。
所述第五、六导电极板由透明材料制成或在显示出光区域设置有供光穿过的通孔。
本发明一方面的技术方案具有下述有益技术效果。
本发明指纹和触控相融合的像元的多个指纹像元采用矩阵排列，第一信号线依次打开，指纹像元如电容式指纹像元感知指纹的脊谷，第二信号线传出不同的信号量，若选择第二信号线分别输出指纹像元感应时产生的电信号的方式工作，实现大面积指纹识别的目的，则本发明指纹和触控相融合的像元处于指纹识别工作状态，若选择对第二信号线分别输出的指纹像元感应时产生的电信号进行累加成一个触控信号，实现触控功能的目的，则本发明指纹和触控相融合的像元处于触控功能工作状态，或者第一信号线同时打开，对第二信号线分别输出的指纹像元感应时产生的电信号进行一次累加成一个触控信号，实现触控功能的目的，则本发明指纹和触控相融合的像元处于触控功能工作状态。可见，本发明指纹和触控相融合的像元在实现指纹识别工作状态后再对第二信号线分别输出的指纹像元感应时产生的电信号进行累加成一个触控信号或进行一次累加成一个触控信号，从而实现指纹识别及触控识别相融合的目的。
为解决上述另一方面的技术问题，本发明采用下述技术方案。
一种指纹和触控相融合的装置，包括：
呈矩阵排列的多个上述结构的指纹和触控相融合的像元；
与同一行所述的指纹和触控相融合的像元的所述第一信号线电气连接的第三信号线；以及
与同一列所述的指纹和触控相融合的像元的所述第二信号线电气连接的第四信号线。
本发明另一方面的技术方案具有下述有益技术效果。
本发明指纹和触控相融合的装置采用上述结构的指纹和触控相融合的像元，能够实现大面积指纹识别、大面积触控功能、大面积指纹识别和触控功能的相融合的功能。
为解决上述再一方面的技术问题，本发明采用下述技术方案。
一种显示屏，包括上述结构的指纹和触控相融合的像元。
一种显示屏，包括上述结构的指纹和触控相融合的装置。
上述结构的触摸面以oncell方式集成于封装单元外或者以incell方式集成于封装单元内形成多层TFT结构或者以incell方式集成于封装单元内形成单层TFT结构。
本发明再一方面的技术方案具有下述有益技术效果。
本发明显示屏采用上述结构的指纹和触控相融合的像元，能够实现大面积指纹识别、大面积触控功能、大面积指纹识别和触控功能的相融合的功能，使用时可集成到显示面板，基板可使用刚性或者柔性基板。
附图说明
图1示意性示出本发明的一种指纹像元的原理图。
图2示意性示出本发明的另一种指纹像元的原理图。
图3示意性示出本发明的再一种指纹像元的原理图。
图4示意性示出本发明的再再一种指纹像元的原理图。
图5示意性示出本发明的第五种指纹像元的原理图。
图6示意性示出本发明的第六种指纹像元的原理图。
图7示意性示出本发明的第七种指纹像元的原理图。
图8示意性示出本发明的第八种指纹像元的原理图。
图9示意性示出本发明的第九种指纹像元的原理图。
图10示意性示出本发明的第十种指纹像元的原理图。
图11示意性示出本发明的第十一种指纹像元的原理图。
图12示意性示出本发明的第十二种指纹像元的原理图。
图13示意性示出本发明的第十三种指纹像元的原理图。
图14示意性示出本发明的第十四种指纹像元的原理图。
图15示意性示出本发明的第十五种指纹像元的原理图。
图16示意性示出本发明的第十六种指纹像元的原理图。
图17示意性示出本发明的第十七种指纹像元的原理图。
图18示意性示出本发明的第十八种指纹像元的原理图。
图19为图17、18中第五导电极板、第六导电极板的一种结构图。
图20为图17、18中 1c1、1d1信号时序图。
图21示意性示出本发明的指纹和触控相融合的像元的原理图。
图22为第一信号线的信号依次打开时的时序图。
图23为第一信号线的信号依次打开时M*N个第二信号线的信号累加成触控信号的时序图。
图24为第一信号线的信号同时打开时的时序图。
图25为第一信号线的信号同时打开时M个第二信号线的信号累加成触控信号的时序图。
图26示意性示出本发明的一种指纹和触控相融合的装置的原理图。
图27示意性示出本发明的一种显示屏的结构图。
图28示意性示出本发明的另一种显示屏的结构图。
图29示意性示出本发明的再一种显示屏的结构图。
图30示意性示出柔性台阶结构的传感器的结构图。
具体实施方式
为能详细说明本发明的技术特征及功效，并可依照本说明书的内容来实现，下面对本发明的实施方式进一步说明。
为清晰起见，先对指纹像元进行说明。
图1示意性示出本发明的一种指纹像元的原理图。一并参见图21，图1所呈现的指纹像元100包括第一开关单元1、第一导电极板2、收线3及打线4。
第一开关单元1包括用于与第一信号线Ctr1-CtrM电气连接的第一端11、第二端12及第三端13，该第一开关单元1的第一端11用于控制该第一开关单元1断开或连通第一开关单元1的第二、三端12、13。其中，M为正整数。
第一导电极板2与第一开关单元1的第二端12电气连接。
收线3与第一开关单元1的第三端13电气连接，其用于与第二信号线receive1-receiveN电气连接。其中，N为正整数。
打线4与收线3电气连接实现打收一体，第一导电极板2与手指5构成电容。
图2示意性示出本发明的另一种指纹像元的原理图。其与图1所呈现的实施例不同之处在于，第一导电极板2在显示出光区域设置有供光穿过的通孔21，以免影响出光率。除此之外，其他均与图1所呈现的实施例相同。
例如，第一导电极板2可由透明材料制成，以免影响出光率。
图3示意性示出本发明的再一种指纹像元的原理图。图3所呈现的实施例与图1所呈现的实施例不同之处在于，打线4与收线3分开，RF发射器与手指5实现打信号。除此之外，其他均与图1所呈现的实施例相同。
图4示意性示出本发明的再再一种指纹像元的原理图。其与图3所呈现的实施例不同之处在于，第一导电极板2在显示出光区域设置有供光穿过的通孔21，以免影响出光率。除此之外，其他均与图3所呈现的实施例相同。
图3所呈现的实施例中，例如，第一导电极板2也可由透明材料制成，以免影响出光率。
图5示意性示出本发明的第五种指纹像元的原理图。图5所呈现的实施例与图1所呈现的实施例不同之处在于，打线4与收线3分开时，第二开关单元6用于断开或连通第一导电极板2与打线4之间的电气连接，第一导电极板2与手指5构成电容。第二开关单元6由其第一端61控制，断开或连通第一导电极板2与打线4之间的电气连接。
图6示意性示出本发明的第六种指纹像元的原理图。其与图5所呈现的实施例不同之处在于，第一导电极板2在显示出光区域设置有供光穿过的通孔21，以免影响出光率。除此之外，其他均与图5所呈现的实施例相同。
图5所呈现的实施例中，例如，第一导电极板2也可由透明材料制成，以免影响出光率。
图7示意性示出本发明的第七种指纹像元的原理图。图9示意性示出本发明的第九种指纹像元的原理图。图7所呈现的实施例与图1所呈现的实施例不同之处在于，打线4与收线3分开时，第三开关单元8用于断开或连通打线4与第二导电极板7之间的电气连接。图9所呈现的实施例与图1所呈现的实施例不同之处在于，打线4与第二导电极板7之间直接电气连接。上述第一、二导电极板2、7、手指5互为电容。
图8示意性示出本发明的第八种指纹像元的原理图。图10示意性示出本发明的第十种指纹像元的原理图。图8与图7及图10与图9，所呈现的实施例不同之处在于，第一、二导电极板2、7在显示出光区域设置有供光穿过的通孔21、71，以免影响出光率。除此之外，其他均与图7、9所呈现的实施例相同。
图7、9所呈现的实施例中，例如，第一、二导电极板2、7也可由透明材料制成，以免影响出光率。
图11示意性示出本发明的第十一种指纹像元的原理图。图13示意性示出本发明的第十三种指纹像元的原理图。图11所呈现的实施例与图1所呈现的实施例不同之处在于，打线4与收线3分开时，第四开关单元1a用于断开或连通打线4与第一导电极板2之间的电气连接。图13所呈现的实施例与图1所呈现的实施例不同之处在于，打线4与第一导电极板2之间直接电气连接。图11、13所呈现的实施例，ref信号线（参考信号线）电气连接有第三导电极板9，第一、三导电极板2、9、手指5互为电容。除此之外，其他均与图1所呈现的实施例相同。
图12示意性示出本发明的第十二种指纹像元的原理图。图14示意性示出本发明的第十四种指纹像元的原理图。图12与图11及图14与图13，所呈现的实施例不同之处在于，第一、三导电极板2、9在显示出光区域设置有供光穿过的通孔21、9，以免影响出光率。除此之外，其他均与图11、13所呈现的实施例相同。
图11、13所呈现的实施例中，例如，第一、三导电极板2、9也可由透明材料制成，以免影响出光率。
图15示意性示出本发明的第十五种指纹像元的原理图。图15所呈现的实施例与图1所呈现的实施例不同之处在于，打线4与收线3分开时，RF发射器与手指5实现打信号，ref信号线电气连接有第四导电极板1b，第一、四导电极板2、1b、手指5互为电容。
图16示意性示出本发明的第十六种指纹像元的原理图。其与图15所呈现的实施例不同之处在于，第一、四导电极板2、1b采用透明材料制成或在显示出光区域设置有供光穿过的通孔21、1b1，以免影响出光率。除此之外，其他均与图15所呈现的实施例相同。
图17示意性示出本发明的第十七种指纹像元的原理图。图18示意性示出本发明的第十八种指纹像元的原理图。一并参见图21，指纹像元100包括收线3、打线4、第五开关单元1c、第六开关单元1d、信号放大单元1e、第五导电极板1f及第六导电极板1g。
第五开关单元1c包括用于与第一信号线Ctr1-CtrM电气连接的第一端1c1、第二端1c2及第三端1c3。
第五导电极板1f与第五开关单元1c的第二端1c2电气连接。
第六导电极板1g与第五导电极板1f构成电容。
第六开关单元1d包括用于与第一信号线Ctr1-CtrM电气连接的第一端1d 1、第二端1d 2及第三端1d 3。
信号放大单元1e输出端1e3与第六开关单元1d的第二端1d2电气连接，其输入端1e1与第六导电极板1g电气连接。信号放大单元1e的第二端1e2由Vdd供电，用于放大探测信号，第六导电极板1g输出一调节信号，当第五导电极板1f、第六导电极板1g构成的电容传感单元探测的信号偏小时，第六导电极板1g输出为一脉冲信用来调节信号放大单元1e的输入端1e1的电压的大小；当前述电容传感器单元探测的信号量不小时，第六导电极板1g输出为一直流信号，可用来屏蔽杂讯，或者直接取消第六导电极板1g。
收线3与第六开关单元1d的第三端1d 3电气连接，其用于与第二信号线receive1-receiveN电气连接。
其中，参见图17，第五开关单元1c的第三端1c3与打线4电气连接，第五导电极板1f与手指5构成电容。参见图18，第五开关单元1c的第三端1c3与位置信号线1h电气连接，RF发射器与手指5实现打信号，第五、六导电极板1f、1g、手指5互为电容。
上述第五开关单元1c的第一端1c 1用于控制第五开关单元1c断开或连通第五开关单元1c的第二、三端1c 2、1c 3。上述第六开关单元1d的第一端1d 1用于控制第六开关单元1d断开或连通所述第六开关单元1d的第二、三端1d 2、1d 3。
图19为图17、18中第五导电极板、第六导电极板的一种原理图。第五导电极板1f、第六导电极板1g在显示出光区域设置有供光穿过的通孔1f1、1g1，以免影响出光率。
例如，第五导电极板1f、第六导电极板1g也可由透明材料制成。
上述第一、二、三、四、五、六开关单元1、6、8、1a 、1c 、1d可以但不限于选用MOS管，例如，还可以选用SOI管，TFT，氧化物管等。
图20为图17、18中 1c1、1d1信号时序图。参见图21，为本发明众多实施例中的一种指纹和触控相融合的像元，包括指纹像元100、第一信号线及第二信号线。
指纹像元100为多个，其呈矩阵排列，图21所呈现的是M行N列的矩阵，其中，M、N均为正整数。指纹像元100可以但不限于为本文上述所描述的指纹像元。
同一行的指纹像元100与一条第一信号线电气连接，例如，第一行的指纹像元100与第一信号线Ctr1电气连接，第2行的指纹像元100与第一信号线Ctr2电气连接，依此类推。
同一列的指纹像元100与一条第二信号线电气连接，例如，第一列的指纹像元100与第二信号线receive1电气连接，第2列的指纹像元100与第二信号线receive2电气连接，依此类推。
一并参见图21-25，第一信号线Ctr1-CtrM依次打开，第二信号线receive1-receiveN分别输出指纹像元100感应时产生的电信号，然后对第二信号线receive1-receiveN分别输出的指纹像元100感应时产生的电信号进行累加成一个触控信号，即图23中的TP信号。或者，第一信号线Ctr1-CtrM同时打开，对第二信号线receive1-receiveN分别输出的指纹像元100感应时产生的电信号进行一次累加成一个触控信号，即图25中的TP信号。
一并参见图21、26，为本发明众多实施例中的一种指纹和触控相融合的装置，包括指纹和触控相融合的像元200、第三信号线及第四信号线。
指纹和触控相融合的像元200为多个，其呈矩阵排列，图26所呈现的是X行Y列的矩阵，其中，X、Y均为正整数。
第三信号线有X条，即第三信号线C1-CX；第四信号线有Y条，即第四信号线r1-rY。
同一行的指纹和触控相融合的像元200的第一信号线与一条第三信号线电气连接。例如，第三信号线C1与同一行的指纹和触控相融合的像元200的第一信号线Ctr1电气连接，第三信号线C2与同一行的指纹和触控相融合的像元200的第一信号线Ctr2电气连接，等等，依此类推。
同一列的指纹和触控相融合的像元200的第二信号线与一条第四信号线电气连接。例如，第四信号线r1与同一列的指纹和触控相融合的像元200的第二信号线receive1电气连接，第四信号线r2与同一列的指纹和触控相融合的像元200的第二信号线receive2电气连接，等等，依此类推。
本发明描述一种显示屏，包括上文所描述的指纹和触控相融合的像元。
一并参见图27-29，图27所呈现的显示屏是显示屏，将上述结构的触摸面以oncell方式集成于封装单元外；图28所呈现的显示屏，将上述结构的触摸面以incell方式集成于封装单元内形成多层TFT结构；图29所呈现的显示屏，将上述结构的触摸面以incell方式集成于封装单元内形成单层TFT结构。
参见图30，本发明还可采用柔性基板做成柔性传感器，考虑指纹信号偏弱，可考虑把传感器的一部分区域垫高。这样可分为平面型传感器，台阶型传感器。台阶型为在台阶一上做像元尺寸可适当偏大，台阶二上做正常的指纹像元，当然台阶一像元也可以采用正常尺寸。而平面型则为传感器没有采用垫高，整个传感器出于同一平面。
需要说明的是，上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何适合的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再进行描述。
上面参照实施例对本发明进行了详细描述，是说明性的而不是限制性的，在不脱离本发明总体构思下的变化和修改，均在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种指纹和触控相融合的像元，其特征在于，包括：
呈矩阵排列的多个指纹像元；
与同一行的所述指纹像元电气连接的第一信号线；以及
与同一列的所述指纹像元电气连接的第二信号线；
其中，所述第一信号线依次打开，对所述第二信号线分别输出的所述指纹像元感应时产生的电信号进行累加成一个触控信号；或者所述第一信号线同时打开，对所述第二信号线分别输出的所述指纹像元感应时产生的电信号进行一次累加成一个触控信号。
2.根据权利要求1所述的指纹和触控相融合的像元，其特征在于，所述指纹像元包括：
第一开关单元，其包括用于与所述第一信号线电气连接的第一端、第二端及第三端，该第一开关单元的第一端用于控制该第一开关单元断开或连通该第一开关单元的第二、三端；
第一导电极板，其与所述第一开关单元的第二端电气连接；
收线，其与所述第一开关单元的第三端电气连接，其用于与所述第二信号线电气连接；
打线；
其中，所述打线与所述收线电气连接实现打收一体时，所述第一导电极板与手指构成电容；
或者所述打线与所述收线分开时，RF发射器与手指实现打信号，所述第一导电极板与手指构成电容；
或者所述打线与所述收线分开时，第二开关单元用于断开或连通所述第一导电极板与所述打线之间的电气连接，所述第一导电极板与手指构成电容；
或者所述打线与所述收线分开时，第三开关单元用于断开或连通所述打线与第二导电极板之间的电气连接或所述打线与第二导电极板之间直接电气连接，所述第一、二导电极板、手指互为电容；
或者所述打线与所述收线分开时，第四开关单元用于断开或连通所述打线与所述第一导电极板之间的电气连接或所述打线与所述第一导电极板之间直接电气连接，ref信号线电气连接有第三导电极板，所述第一、三导电极板、手指互为电容；
或者所述打线与所述收线分开时，RF发射器与手指实现打信号，ref信号线电气连接有第四导电极板，所述第一、四导电极板、手指互为电容。
3.根据权利要求1所述的指纹和触控相融合的像元，其特征在于，所述指纹像元包括：
第五开关单元，其包括用于与所述第一信号线电气连接的第一端、第二端及第三端；
第五导电极板，其与所述第五开关单元的第二端电气连接；
第六导电极板，其与所述第五导电极板构成电容；
第六开关单元，其包括用于与所述第一信号线电气连接的第一端、第二端及第三端；
信号放大单元，其输出端与所述第六开关单元的第二端电气连接，其输入端与所述第六导电极板电气连接；
收线，其与所述第六开关单元的第三端电气连接，其用于与所述第二信号线电气连接；以及
打线；
其中，所述第五开关单元的第三端与打线电气连接，所述第五导电极板与手指构成电容；或者，所述第五开关单元的第三端与位置信号线电气连接，RF发射器与手指实现打信号，所述第五、六导电极板、手指互为电容；
所述第五开关单元的第一端用于控制所述第五开关单元断开或连通所述第五开关单元的第二、三端；所述第六开关单元的第一端用于控制所述第六开关单元断开或连通所述第六开关单元的第二、三端。
4.根据权利要求2所述的指纹和触控相融合的像元，其特征在于，所述第一、二、三、四导电极板由透明材料制成或在显示出光区域设置有供光穿过的通孔。
5.根据权利要求3所述的指纹和触控相融合的像元，其特征在于，所述第五、六导电极板由透明材料制成或在显示出光区域设置有供光穿过的通孔。
6.一种指纹和触控相融合的装置，其特征在于，包括：
呈矩阵排列的多个权利要求1至5任一项所述的指纹和触控相融合的像元；
与同一行所述的指纹和触控相融合的像元的所述第一信号线电气连接的第三信号线；以及
与同一列所述的指纹和触控相融合的像元的所述第二信号线电气连接的第四信号线。
7.一种显示屏，其特征在于，包括权利要求1至5任一项所述的指纹和触控相融合的像元。
8.一种显示屏，其特征在于，包括权利要求6所述的指纹和触控相融合的装置。
9.根据权利要求8所述的显示屏，其特征在于，权利要求6所述的触摸面以oncell方式集成于封装单元外或者以incell方式集成于封装单元内形成多层TFT结构或者以incell方式集成于封装单元内形成单层TFT结构。
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