CN111025725B - 多色压敏液晶设备 - Google Patents

Abstract

本公开涉及多色压敏液晶设备，包括第一透明基板和与第一基板间隔开的第二基板，该第一透明基板在压力施加在其上时是柔性的。还包括导电层，导电层中的一个与第一基板接触且是透明的，并且导电层中的另一个与第二基板接触。导电层彼此分离。还包括压敏液晶层，其包括被设置在导电层之间的胆甾型液晶。液晶层至少包括第一颜色区域和第二颜色区域。第一颜色区域反射第一颜色的光，以及第二颜色区域反射第二颜色的光。被施加到基板的压力导致液晶的反射率的变化。在另一方面中，液晶层可至少包括第一区域和第二区域，第一区域和第二区域在选自由以下特性组成的组的特性方面区分于彼此：反射波长、反射率、线宽、电光响应、压力敏感度以及它们的组合。

Description

多色压敏液晶设备

本申请是申请日为2016年12月01日，申请号为201680011625.5，发明名称为“多色压敏液晶设备”的申请的分案申请。

公开背景

本公开大体上涉及书写/绘画板，特别涉及用在这样的书写/绘画板中的胆甾型液晶显示器(ChLCD)。

针对捕获和显示通过手的书写和绘画的低成本、低功率电子设备的玩具的市场不断增长，并且竞争日益激烈。消费者期望易于使用并捕获与用笔在纸上写的感觉类似的手写体验的坚固耐用的设备。在力争自然资源的可持续性的世界里，消费者和制造商寻求纸和基于纸的解决方案的替代品，以便容易且廉价地捕获手写或手绘的想法、信息和图像。消费者还希望他们的电子设备以生动的、独特的和丰富多彩的方式捕获和呈现文本和图像，以模仿不同颜色的笔和纸的使用，而无需消费、弄乱和一次使用笔和纸。设备的耐用性和视觉吸引力对于玩具来说是特别重要的，以吸引儿童并吸引消费者为儿童购买产品以用于教育和娱乐两者的目的。

2010年，肯特显示器公司(Kent Displays Inc.)上市了Boogie

压敏胆甾型液晶书写板，也被称为电子书写器(eWriter)，其中，如美国专利号6,104,448和9,116,379中所描述的，尖头触笔或手指可用于在平板的表面上书写或跟踪图像，这两个专利通过引用并入本文。在胆甾型液晶书写板中，液晶被夹在两个基板之间，这两个基板间隔到特定单元间隙(cell gap)。上基板是柔性的，以及底部基板是不透明的或半透明的。在单元间隙内是双稳态胆甾型液晶层，其可呈现出基本上透明(焦锥)的织构和彩色反射(平面)的织构的两种织构。单元间隙的间距通常由在形状上为圆柱形或球形的塑料或玻璃间隔物来设定。平板通过将电压脉冲施加到电极以将胆甾型材料电驱动到焦锥状态来初始化。当用尖头触笔或手指按压在顶部基板上时，液晶局部移位。在触笔的位置处，液晶中引起的流动将其光学织构从基本透明变为明亮反射颜色。反射颜色与液晶层下面的不透明颜色或半透明颜色形成鲜明对比。由触笔或手指追踪的图像在不施加电压的情况下将无限期地保留在平板上，直到被擦除。擦除通过将电压脉冲施加到基板的内表面上的透明导电电极来实现，该电压脉冲将胆甾型液晶从其彩色反射状态驱动回到其基本上透明的状态。

以上所描述的原理在美国专利号6,104,448中更详细地公开，其通过引用并入本文。可用于擦除图像的所选部分的另一种操作模式在美国专利号8,139,039中公开，其通过引用并入本文，并且可应用于本公开的压敏液晶设备。这种操作模式与以上所描述的操作模式不同。平板是通过以电压脉冲或脉冲将压敏液晶设备电驱动到颜色反射织构来初始化。然后，借助于施加到电极的适当值的连续电压，可通过用尖头触笔的压力将胆甾型材料驱动到基本上透明的织构来书写图像。这种具有彩色反射背景的操作模式被称为模式A，而具有基本透明背景的另一模式被称为模式B。

在模式B下操作的商用

书写板具有固定不透明的吸光背景的黑色。暗黑色背景为在平板上写的彩色反射图像提供高对比度。如通过引用并入本文的美国专利号5,493,430中所公开的，其它不透明颜色也可用于ChLCD的固定背景。背景的颜色与由胆甾型液晶反射的颜色叠加混合，以呈现与胆甾型液晶的颜色不同的颜色。背景上可能有多种颜色，并且这些颜色可被图案化。作为示例，图案可以是提供有线条的平板的线，以便于类似于如美国专利申请公开号2013/0314621中所描述的方格纸板(ruled papertablet)书写文本，该专利申请通过引用并入本文。

肯特显示器公司的当前电子书写器的设备特征及操作

参见图1A、图1B中的现有技术，光吸收涂层1被放置在底部透明塑料基板2上，在该底部透明塑料基板的另一表面上涂覆有透明导电层3。如美国专利申请公开号2013/0314621中所描述的，该涂层1也可被图案化。压敏液晶设备的其余部分包括：液晶层4，其包括胆甾型液晶、聚合物和间隔物的固化分散体(dispersion)；以及另一透明顶部基板6，其在内表面上被涂覆有透明导电层5。基板6的未被导体5涂覆的侧面形成接近设备的观看者V(观看者V看箭头的大致方向)的书写表面W。底部基板和顶部基板被延伸，以形成底部凸缘7和顶部凸缘8。透明导电层3和5分别暴露在凸缘7和8上，以用于连接到驱动电子器件，使得电压或电压脉冲可被施加在导电层3和5上，该电压或电压脉冲具有适于初始化或擦除图像或者在模式A、模式B中的至少一个下操作压敏液晶设备并选择擦除的幅度和脉冲宽度，如美国专利8,228,301和8,139,039中所描述的，该专利通过引用以其整体并入本文。

液晶层4中的胆甾型液晶可以是通过乳化、聚合诱导的相分离、温度诱导的相分离、溶剂蒸发相分离或通过两个导体3和5之间的流动减少特征制备的受限或不受限的互连液滴。图2示出了现有技术电子书写器340的侧视图，其示出了液晶层4，该液晶层由于来自触笔280的压力而具有减小的单元间隙300和未减小的单元间隙290的区域。导电电极260通过电互连件270连接到电子写(和擦除)电路301，其向导电电极260提供通常是电压脉冲形式的合适的电压。施加触笔280的压力，以产生图像。术语驱动电子器件意味着包括在设备上实现书写的写电路并且还包括实现设备的擦除的擦除电路。应理解的是，当使用术语写电路时，该电路也能够进行擦除。写电路不需要在设备的所有用途中实现书写，例如，对于模式B它不需要书写。

图3解释了写电路301的功能。图3是被示为电子书写器的反射率(R)对被施加到单元的脉冲的电压(V)的典型和假想的电压响应的图示。在图3的电压响应中图示了两条曲线：具有未受压的单元间隙290的单元的实线曲线350和减小的单元间隙间距300的虚线曲线360(未受压的单元间隙和减小的单元间隙在图2中示出)。在图3的实线曲线350和虚线曲线360二者中，电子书写器的最大光反射率通过由Rp 370表示的平面织构来实现，而电子书写器的最小光反射率通过由Rfc 380表示的焦锥织构来实现。图4示出了使用黑色吸收层1和液晶层4中的被调谐以反射约550nm的光的胆甾型液晶制成的电子书写器的亮平面状态20和暗弱散射焦锥状态21的典型示例光谱。由胆甾型液晶反射的颜色可使用公式

来调谐，其中，λ_max是所需的峰值反射率波长，

是所使用的向列相液晶分子的平均折射率，

是用于在向列相液晶中诱导均匀扭转使得其可布拉格(Bragg)反射的手性掺杂剂分子的浓度，HTP是手性掺杂剂的螺旋扭转力。

在模式A中，书写图像的过程是首先通过施加由竖直线390表示的值Vp的擦除电压来擦除所有先前的图像，以将单元最初驱动到具有图4的反射率和颜色20的平面织构。进行此操作的电压脉冲的幅度或电压的值在制造胆甾型液晶显示器的领域中是众所周知的，例如，美国专利5,453,863和5,691,795，这两个专利通过引用并入本文。这将书写板擦除成反射平面织构，使得书写板的背景颜色是如美国专利号5,493,430中所描述的图1A、图1B和图2的光吸收背层1的颜色与液晶层4中的胆甾型材料的反射颜色的叠加效果，或者是与如美国专利号9,116,379中所描述的半透明背层SL的效果相结合的液晶层4中的胆甾型材料的反射颜色的叠加效果。为了使用触笔280书写图像，电压Vw由写电路301施加。Vw的值由图3的竖直线400表示。电压在触笔书写的持续时间内被施加；优选为连续的AC电压或双极性脉冲序列。电压被施加到图案化或未图案化的电极，使得由书写板的用户V看到的整个压敏液晶设备区具有施加到其的电场。从图3中的曲线360看出，电压Vw 400将单元的这个区驱动到具有图4的反射率和颜色21的焦锥织构；也就是在施加压力且单元间隙减小的触笔下面的单元的区。如虚线曲线360所示，该施加压力的区中的平面织构被驱动到焦锥织构。换句话说，在图3中写电压Vw与虚线360相交的情况下，反射率低，并且液晶处于基本上透明的焦锥状态下，这呈现出光吸收背层1或半透明背层SL的效果。在单元间隙不受干扰的单元的其余部分中，即使这里已经施加了电场，材料也将保持在如实线曲线350所示的平面织构中，为焦锥书写留下平面背景。换句话说，单元间隙未受干扰的液晶材料如当电压Vw施加到电极时线Vw与实线350(未受压的单元间隙)相交的情况下所示保持在平面织构中，并且不被转换为焦锥织构。写电路301也可提供擦除电压Vp以擦除整个平板。从图3看出，电压Vp 390将驱动整个单元到平面织构，擦除焦锥书写。电压可以是AC电压脉冲或脉冲序列，优选为双极性脉冲。

图5示出了具有在模式A下工作的驱动电子器件301和互连件270的现有技术电子书写器的图示，其中，53是在触笔280经过它且施加了电压Vw(400)之后的暗焦锥线。这条线的反射率和颜色是图4的21，并且52是具有图4的反射率和颜色20的亮平面背景。

图6图示了模式B。相同的现有技术电子书写器通过施加电压Vf(410)最初被切换到弱散射焦锥状态56。焦锥状态56下的胆甾型液晶具有图4的反射率和颜色21。在不进一步施加电压的情况下，来自触笔280的压力将诱导流动，该流动将使液晶重新定向到具有图4的反射率和颜色20的亮平面织构55。观看区的液晶可通过再次施加电压410被切换回到焦锥织构。

在现有技术电子书写器中，由图1A和图1B的液晶层4呈现的颜色和反射率如分别由图5的平面织构52和图6的平面织构55的均匀性所图示地不会因书写表面上的区域或位置而变化。焦锥织构由图5中的53和图6中的56示出。如果要测量电子书写器在处于亮平面织构中的现有技术电子书写器的图1A和图1B的表面6上的任何给定区域或位置处的反射光谱，若胆甾型液晶被调谐为在约555nm的波长下反射，则光谱将具有如图4的20中所图示的均匀形状，而焦锥状态将示出与图4的21类似的光谱。另外，整个现有技术电子书写器的电光响应的行为如图3所示；也就是说，用于实现明暗状态的电压不会因书写表面上的位置而变化。此外，特性线宽不因电子书写器的书写表面6上的位置而变化。

作为电子书写和绘画设备的玩具提供了多种用途、整洁(即，没有清理的涂料、破碎的蜡笔、油墨污渍或铅笔屑)和耐用性的好处。消费者目前选择的玩具是用于各种各样的特征的电子设备，直到最近，与手写和手绘相关的益处不是主要因素。另外，寻求作为低成本、耐用的设备的玩具以向他们的孩子提供娱乐(诸如，在长途汽车旅行期间)的消费者通常因电子设备的成本、复杂性和脆弱性而沮丧和感到挫败。许多电子设备可能容易被儿童在它们的频繁使用中受损或处理不当，或者需要负责的成年人进行广范围的准备，以限制因儿童使用设备而造成不当接触。模仿更昂贵的设备的外观但不具有它们的特征的许多玩具使儿童用户很快就厌倦。

目前市面上有玩具产品，诸如均由俄亥俄艺术公司(Ohio Arts Company)生产的Doodle Sketch(Magna Doodle的更新版本)和Etch-a-

它们允许儿童和其他用户在设备上绘画图像并擦除这些图像。Doodle Sketch需要使用磁泳显示的专用触笔(由系绳附接到设备)。基本的Etch-a-Sketch使用由两个旋钮控制的内置专用触笔，以从玻璃屏幕的内表面移除铝粉。基本的Etch-a-Sketch限于单一颜色。生产了彩色的Etch-a-Sketch，但该设备需要用户将彩色油墨标记器安装在触笔保持器中，然后在顶部放一张纸，然后使用旋钮在纸的内表面或底部表面上书写。为了使用不同的颜色，需要用另一种颜色的标记器移除和替换该标记器。这些玩具产品体积庞大，并且玩具需要附接到设备的专用触笔。这些玩具不能允许用户以非专用触笔(包括指甲)的单一移动来在以鲜艳颜色在纸上书写的自然感觉下自由地创建多个图像。

J.Li等人的美国专利号7,521,112公开了必须施加材料来展现出在移除的不透明涂层后面隐藏了什么。在美国专利申请公开号2010/0247223中，H.O.Ribi描述了用于创建多色的书写和图案的特定书写工具和基板对。在美国专利号5,270,087中，移除了暗不透明的蜡涂层以展现出隐藏在涂层后面的图像；该图像是半透明的。在这种情况下，有产生的杂乱的蜡残留物，并且产品只能使用一次。

在美国专利号5,668,614中，L.-C.Chien和J.W.Doane描述了如何以高分辨率创建具有以特定图案(重复的红色、绿色和蓝色的列)布局的不同颜色的预定义的区域的显示器，以便创建可示出全色的显示器。没有公开在这个显示器上的书写。

显然，需要一种更好的技术，以使所有年龄的消费者能够轻松且反复地书写、绘画并立即/同时显示，以分享对比鲜明的、生动的多色文本和图像来用于创造性的、教育的和治疗性的用途。

因此，期望提供具有压敏耐用表面的便携式电子设备，用户可用任何触笔(包括手指甲)以不同的颜色在该表面上书写或绘画，以创建多彩的结果。另外，本公开提供了在后续的技术概述、详细描述、附图和所附权利要求中详细描述的其它期望的特征和特性。

公开概述

本公开的一个实施例描述了在模式B下工作的多色胆甾型液晶电子书写器。一旦表面被触笔尖端或手指按压，液晶就会局部移位。在触笔的位置处，液晶中引起的流动将其光学织构从基本透明变为明亮反射颜色。该反射的确切颜色在压敏液晶设备的不同区域(例如，在书写表面的平面中的不同位置处)有意不同。彩色的书写或绘画出现在不透明光吸收层的黑色或彩色的背景上，或者如果其是半透明的，将如美国专利号9,116,379中所描述的出现。反射的颜色将取决于手性掺杂剂的局部浓度和螺旋扭转力，随着时间的推移，其将扩散，产生新的颜色和颜色区域。结果是多色书写的线或图像，其对比是电子书写器的液晶层后面的光吸收体的颜色的背景是彩色的。书写的图像可使用小脉冲来擦除，并重复该过程。

通常，本公开的第一方面的特征在于多色压敏液晶设备，其包括柔性的且压力施加在其上的第一透明基板(例如，书写表面)和与该第一基板间隔开的第二基板。还包括导电层，导电层中的一个与第一基板接触且是透明的，并且导电层中的另一个与第二基板接触。导电层彼此分离。该分离可称为单元间隙。还包括压敏液晶层，其包括被设置在导电层之间(例如，在单元间隙中)的胆甾型液晶。液晶层至少包括第一颜色区域和第二颜色区域(例如，在书写表面的平面中的不同位置处)。第一颜色区域反射第一颜色的光，以及第二颜色区域反射第二颜色的光。施加到基板的压力导致液晶的反射率的变化。第一颜色区域和第二颜色区域通过单个液晶层实现；不需要堆叠液晶层来实现这种多色效果。

参考可以以任何组合方式应用到以上一般的第一方面的本公开的具体特征，液晶层可包括胆甾型液晶的聚合物分散体。又一特征是施加压力导致第一颜色区域中的第一颜色的光的反射和第二颜色区域中的第二颜色的光的反射。此外，设备可包括吸收穿过液晶层的光的光吸收背层。

另一具体特征是设备包括半透明背层，其在设备的远离设备的观看侧(例如，远离书写表面)的底部部分附近。半透明背层反射光并准许光穿过它。

另一具体特征是设备可包括驱动电子器件，其用于将电压脉冲施加到导电层，将液晶变为大致透明状态和光反射状态中的至少一个。

另一特征是光吸收背层是黑色的。又一特征是在施加电压脉冲的同时施加压力(减小的单元间隙)，导致第一颜色区域中的黑色标记和第二颜色区域中的黑色标记，而在该标记之外，第一颜色区域中的液晶反射第一颜色的光，以及在该标记之外，第二颜色区域中的液晶反射第二颜色的光(在未受压的单元间隙的区中)。

又一特征是光吸收背层包括彩色颜料。

另外的特征是设备仅包括单个液晶层。

另一特征涉及在不同区域中存在不同的电光效应。设备包括导电层的未图案化部分，并且驱动电子器件电连接到导电层。驱动电子器件适于通过调整施加到导电层的未图案化部分的电压和脉冲宽度中的至少一个，擦除未图案化部分中的第一颜色区域或使其反射第一颜色，并独立地擦除未图案化部分中的第二颜色区域或使其反射第二颜色。

另一个特征是导电层在设备的观看区的至少一部分上是未图案化的。又一具体特征是未图案化的导电层跨设备的基本上整个观看区延伸。

此外，具体特征是第一颜色区域和第二颜色区域还在选自由以下特征组成的组的特征的方面区分于彼此：反射率、线宽、电光响应、压力敏感度以及它们的组合。

又一特征是第一颜色区域具有与第二颜色区域不同的形状和尺寸中的至少一个。

另一具体特征是导电层的至少一个部分被图案化。

另一具体特征是，设备的第一颜色区域的面积和颜色以及第二颜色区域的面积和颜色可随时间的推移而改变。

另一具体特征是，设备可包括被设置在液晶层下面(即，远离设备的观看侧或书写表面)的背部组件，其包括空间上彼此分离的多个颜色区域。该背部组件可以是各种事物，诸如可移除的多色油墨层、可移除的图案或彩色LCD。包括半透明背层的电子书写器和包括可移除的背部图案和LCD的背部组件在美国专利9,116,379中进行了描述，其通过引用并入。该背部组件可改变设备的外观。例如，如果采用半透明背层并且多色背部组件在其下方，则书写表面上的与焦锥液晶对应的区域将示出背部组件的任何颜色和半透明背层的颜色效果，而在使用黑色背部光吸收层代替半透明背层的情况下，该区域将看起来是暗的。此外，如果颜色区域被放入到平面织构中并反射颜色，则背部组件的颜色和半透明背层的颜色效果将改变在该颜色区域中看到的颜色。根据背部组件和任何半透明背层，在液晶层的不同区域中的书写变化的外观将同样如此。背部组件上的图案也可以改变设备的外观。这可以对设备提供各种各样不同的效果。

设备的另外的特征是液晶层是双稳态的。

又一特征是设备包括第二压敏液晶层，其包括胆甾型液晶。第二液晶层相对于第一液晶层堆叠。此外，第二液晶层可以是双稳态的。又一变型是具有两个液晶层的设备可包括远离设备的观看侧的设备下部处的半透明背层。半透明背层反射光并准许光穿过它。另一个特征是第二液晶层的胆甾型液晶在整个第二液晶层中仅反射单一颜色。此外，第二液晶层的胆甾型液晶可包括第三颜色区域和第四颜色区域；第三颜色区域反射第三颜色的光，以及第四颜色区域反射第四颜色的光。

设备可包括任何数量的堆叠的液晶层，例如一个、两个、三个或更多个。这些液晶层可在每层中反射多种颜色(即，包括不同的颜色区域)，或在整个层中仅反射一种颜色。导电层将被设置在堆叠的每个液晶层的两侧上。在堆叠的相邻液晶单元之间，可以有在它们之间具有折射率匹配材料的两个基板，每个基板包括与液晶层接触的在其上形成的导电层。可替代地，在堆叠的相邻液晶单元之间，可以有具有在其两侧上形成的导电层的单个基板，每个导电层与液晶层接触。

本公开的另一方面是设备可包括以上公开的一般的第一方面的所有特征，但代替第一颜色区域和第二颜色区域，有在选自由以下特征组成的组的特征的方面区分于彼此的第一区域和第二区域：反射率、线宽、电光响应、压力敏感度以及它们的组合。在这方面，第一区域和第二区域的颜色可以不同或相同。这也涵盖以下的特征：一个区域反射与另一区域不同波长的电磁辐射，但这不在电磁光谱的可见部分中(例如，UV或IR辐射)。

现在将描述本公开的压敏液晶设备的优点。这种多色电子书写器为儿童和为儿童购买设备的消费者提供了新颖且有趣的玩具。儿童可轻松、安全、整洁、立即并重复地使用任何触笔(包括他们的指甲)以立即创建和观看明亮的反射颜色的图画。电子书写器在显示器的不同区域处提供了有意不同颜色的愉悦和惊喜，这样可吸引经常绘画和擦除的儿童。玩具不需要任何复杂的技术技能或运动协调来享受。本公开提供了类似于纸并且对于是电子设备的玩具是不寻常的相当简化的界面-儿童可使用它而无需打开任何种类的电源开关，并且设备上的单个按钮起到擦除图像的唯一功能，而不会留下任何混乱或残留物(就像在擦除油墨或铅笔时发生的那样)。

指甲在本公开的设备上的使用类似于被称为“划刮技术”的方法的“划刮”动作(其中，材料由用户通过使用指甲、触笔或特定的艺术家工具移除，并通过展现出下面的材料来创建图像)。本公开的设备为“划刮表面”的用户提供了全新的体验-移位的液晶在相同书写表面上的不同位置处变成不同的明亮反射颜色，图像可被擦除并重新进行多次而不需要(或浪费)任何额外的材料，不存在由于擦除或使用专用笔/油墨而造成的残留混乱，简单的绘画动作形成明亮彩色效果(不像市面上可购的其他绘画玩具，像

或

)，并且用户可创建视觉上复杂、生动多彩的图像，而无需使用纸、笔、粉笔或蜡笔。这有助于防止自然资源的枯竭，同时维持低成本的玩具电子设备。

本公开的实施例与J.Li等人的美国专利号7,521,112所描述的实施例的不同之处在于没有必要移除或施加材料来展现出什么隐藏在所移除的不透明涂层的后面。另外，在书写时或当显示器切换到平面状态(模式A)时所创建的图像可以是静态的或随时间推移而改变。另外，在本公开的设备的情况下，可一遍又一遍地使用相同的表面，因为在书写时或当显示器切换到平面状态(模式A)时所创建的图像可被简单擦除以重新开始。在美国专利申请公开号2010/0247223中，H.O.Ribi描述了用于创建多色的书写和图案的特定书写工具和基板对。本公开的特征在于使用任何触笔在胆甾型液晶电子书写器上制作的多色绘图。在美国专利号5,270,087中，移除了暗不透明的蜡涂层以展现出隐藏在涂层后面的图像；该图像是半透明的。在这种情况下，有产生的杂乱的蜡残留物，并且此外，产品只能使用一次。

在美国专利号5,668,614中，L.-C.Chien和J.W.Doane描述了如何以高分辨率创建具有以特定图案(重复的红色、绿色和蓝色的列)布局的不同颜色的预定义的区域的显示器，以便创建可示出全色的显示器。颜色图案是均匀的。此外，没有公开在这个显示器上的书写。

应理解的是，以上公开概述从广义上对本公开的实施例进行了描述，而以下的详细描述更严密地描述了本公开的实施例，并呈现了具体实施例，其不应被解释为如权利要求书中所广义限定的本发明的必要限制。通过以下的附图和详细描述将获得本发明的许多附加特征、优点和更全面的理解。

附图简述

图1A和图1B：示出了现有技术的可商购的Boogie

柔性胆甾型液晶书写板的组件的图示。分别为分解视图和侧视图；

图2：现有技术的可商购的Boogie

柔性胆甾型液晶书写板的侧视图的图示；

图3：用于描述肯特显示器公司的电子书写器的切换的假设的现有技术的电压响应曲线的图示(其中，电压朝向图的右侧增加，并且反射率朝向图的顶部增加)；虚线是触笔下的减小的单元间隙的有源区的电压响应，而实线是远离触笔的未受压的单元间隙区域的电压响应；

图4：现有技术的可商购的Boogie

柔性胆甾型液晶书写板的反射光谱的图示；

图5：被修改为在模式A下运行的现有技术的可商购的Boogie

柔性胆甾型液晶书写板的图示；有源区均匀地表现出相同的颜色、反射率、线宽、电光响应和/或压力敏感度；而书写是黑色的。

图6：运行在模式B下的现有技术的可商购的Boogie

柔性胆甾型液晶书写板的图示；有源区均匀地表现出相同的颜色、反射率；而书写是均匀的亮。

图7A和图7B：分别是包括液晶层的本发明的压敏液晶设备的顶视图和侧视图的图示，该液晶层包括不同的颜色、反射率、线宽、电光响应和/或压力敏感度的各种区域。在该示例中，区域平行于驱动电子器件延伸。图7C：图7A、图7B的书写板的分解视图；图7D：示出了图案化为行的顶部电极和图案化为列的底部电极的书写板的分解视图。图7E：示出了图案化为星形的顶部电极的书写板的分解视图。

图8：示出了多种颜色的本公开的压敏液晶设备的示例反射光谱的图示；

图9：具有至少一个表面的本公开的压敏液晶设备的图示，其液晶层具有不同特性的各种区域，不同特性包括不同的颜色、反射率、线宽、电光响应和/或压力敏感度。在该示例中，区域被布置成各种尺寸和形状的岛(island)；

图10：用于描述本公开的当前压敏液晶设备的切换的假设的示例电压响应曲线的图示(其中，电压朝向图的右侧增加，并且反射率朝向图的顶部增加)；

图11：本公开的压敏液晶设备的顶视图的图示，其中，液晶层具有不同的颜色、反射率、线宽、电光响应和/或压力敏感度的各种区域，该液晶层最初切换到亮状态。当施加小的电场和触笔压力时，书写显得暗；

图12：本公开的压敏液晶设备的顶视图的图示，其中，液晶层具有不同的颜色、反射率、线宽、电光响应和/或压力敏感度的区域，该液晶层被最初切换到暗状态。来自书写工具的压力使液晶流动并在施加压力的区中重新定向到亮平面织构，展现出区域的不同特性；

图13A和图13B：分别是包括半透明背层的本公开的压敏液晶设备的顶视图和侧视图，该半透明背层包括至少一个液晶层，其具有各种特性的区域，特性包括不同的颜色、反射率、线宽、电光响应和/或压力敏感度，该液晶层被最初切换到暗状态。来自书写工具的压力使液晶流动并重新定向到亮平面织构，展现出区域的不同特性；

图14：本公开的双重堆叠压敏液晶设备的示意图，其中，至少一个液晶层具有各种特性的区域，特性包括不同的颜色、反射率、线宽、电光响应和/或压力敏感度；

图15A：包括至少一个液晶层的图14的双重堆叠压敏液晶设备的顶视图的图示，该至少一个液晶层在设备的表面上反射的颜色中有变化。设备的两个液晶层被最初切换到亮平面织构。借助于在书写期间被施加到两个层的小场，触笔下的区切换到弱散射焦锥织构。图15B：在多色液晶层被切换到弱散射焦锥织构之后，在书写表面上所看到的背景的颜色示出了均匀的颜色。

图16A：包括至少一个多色液晶层的图14的双重堆叠压敏液晶设备的顶视图的图示，该至少一个多色液晶层在设备的表面上反射的颜色中有变化。设备的两个液晶层被最初切换到弱散射焦锥状态，并且来自触笔的压力在施加压力的区中使两个液晶层中的液晶流动到亮反射状态。书写线的颜色取决于该特定区域的颜色。图16B：画出的线在擦除电压施加到液晶层之一之后的颜色。

优选实施例的详细描述

现在参照本公开的实施例，以上题为“肯特显示器公司的当前电子书写器的设备特征及操作”的节段及其附图被包括在内，并在此通过引用并入到本压敏液晶设备的详细描述中，除了液晶层的特征和驱动电子器件的操作之外。贯穿几个视图，相同的部件用相同的参考数字示出。不同的部件用不同的参考数字示出，并在参考数字之后使用撇号符号或不同的标识符。

参照图7A、图7B和图7C，压敏液晶设备包括第一透明基板250和第二基板250，该第一透明基板接近观看者V和书写表面W，在其上由触笔280施加压力时是柔性的，该第二基板与第一基板间隔开并且远离观看者V和书写表面W。另外还包括导电层260，其中之一与第一上基板接触并且是透明的，并且其中另一个与第二下基板接触。在所有实施例中，导电层被示为未图案化，但在整个观看区或其部分上可被图案化，并且可以是如图7D中所示的具有列700和行701和如图7E中所示的具有在中间以星形801图案化的顶部电极800的图案化和未图案化的组合。导电层彼此分离。这种分离可被称为单元间隙290(未受压)，当施加压力时出现的减小的单元间隙在300处示出。另外还包括压敏液晶层4’，其包括被设置在导电层260之间的单元间隙中的胆甾型液晶。参照图7A，液晶层4’至少包括第一颜色区域和第二颜色区域，例如，颜色区域61、62和63(例如，如在书写表面W上的不同位置处所见)。颜色区域61(例如，第一颜色区域)反射第一颜色的光；颜色区域62(例如，第二颜色区域)反射第二颜色的光，并且颜色区域63反射第三颜色的光。由触笔280施加到柔性上基板250的书写表面W的压力导致液晶的反射率的变化。如贯穿本公开所使用的术语，“书写”包括使用触笔或指甲在压敏液晶设备上绘画和做出标记(即，在书写表面上不留下任何油墨或其它残留物)。颜色区域61、62和63由单个液晶层4’实现；不需要堆叠液晶层来实现这种多色效果。

多色胆甾型液晶层4’包括亮平面织构的不同颜色区域61、62和63，当在压敏液晶设备的书写表面W上观看时因位置而不同。例如，参照图7A，在颜色区域61中反射的颜色可反射如图8的反射光谱64中所示的蓝光；颜色区域62可反射如图8的反射光谱65中所示的绿光，以及颜色区域63可反射如图8的反射光谱66中所示的红光。例如，这可通过在涂覆有透明导体260的两个基板250之间的合适区域(包括如观看者V在书写表面W上所见的某表面积和形状)中放置被调整为反射通过以上方式确定的蓝色、绿色和红色的单体混合物和未固化的胆甾型液晶并使它们层叠来实现。诸如热暴露或光暴露的固化过程将形成多色液晶层4’，其在平面织构中将反射反射光谱与颜色区域61、62和63不同的颜色。应理解的是，多色液晶层4’包括多于一种颜色，并且还可以包括多于此处所示的三种颜色，使得在该单个层中存在多种不同的颜色。液晶层4’具有x、y和z的分量，其中，z正交于基板延伸，并且x和y平行于其中基板延伸的平面(例如，平行于书写表面W)延伸。如由观看者V从顶视角在书写表面W上所见的(例如，x、y平面中的不同区和位置)，每个颜色区域在电极之间占据相同的z距离，但是空间上不同的位置。平面织构中的颜色区域的颜色是在该区域中的液晶层4’中的胆甾型液晶的反射颜色与如美国专利号5,493,430中所描述的图1A、图1B和图2的吸收背层1的颜色的叠加效果；并且平面织构中的颜色区域的颜色是在该区域中的液晶层4’中的胆甾型液晶的反射颜色与如美国专利号9,116,379中所描述的半透明背层SL的效果的叠加效果。例如，在红色区域63中，如果背面涂层1是蓝色的，则当压敏液晶设备处于亮平面织构时，颜色区域63将呈现紫色。

颜色区域61、62和63不必在边界处这样离散。例如，在颜色区域62和63的边界处的颜色变化不必是绿色到红色的阶梯函数，而是颜色可从绿色逐渐变为黄色到红色。另外，颜色区域可以以任何顺序或图案布置。颜色区域的图案可被变化成多种配置。例如，如图9中的示例所示，颜色区域可被布置为具有重复颜色的“岛”。该图仅示出了由观看者V在书写表面W上所见的某种尺寸和形状的岛的一个示例。图9示出了被切换到平面织构的本公开的另一压敏液晶设备，其在颜色区域75中的绿色反射的液晶的海洋(sea)或背景中具有蓝色反射的胆甾型液晶颜色区域71和72的岛以及红色反射的颜色区域73和74的岛。注意的是，颜色区域可具有任何图案、重复颜色和不均匀的表面积和/或形状。此外，由颜色区域反射的颜色可以是任何波长，而不仅仅是红色、绿色和蓝色。

图10呈现了如何在模式A中操作该设备。图10是被示为压敏液晶设备的反射率对被施加到图7A、图7B和图7C中所示的压敏液晶设备的脉冲电压的典型和假想的电压响应(电光响应)的图示。在图10的电压响应中图示了四条曲线：区域63中具有未受压单元间隙的单元的实线曲线350，区域62中的未受压单元间隙的虚线曲线351，以及区域61中未受压单元间隙的点划线曲线352和最终的减小的单元间隙间距300的短划线360(未受压和减小的单元间隙在图7B中示出)。在图10中的所有四条曲线中，在平面织构中出现的设备的最大光反射率由Rp 370表示，而在焦锥织构中出现的设备的最小光反射率由Rfc 380表示。颜色区域61、62和63的未受压曲线可能重叠。

借助于图10中的该曲线，可将所有颜色区域61、62和63切换到如图7A、图7B和图7C中所示的亮平面织构和图8中所示的光谱以及所呈现的主波长之间的任何波长。为了使用触笔280书写图像，电压Vw由写电路301施加。Vw的值由图10的竖直线400表示。电压在触笔书写的持续时间内被施加；优选为连续的AC电压或双极性脉冲序列。电压被施加到图案化或未图案化的电极，使得在设备的由观看者所见的整个显示区上，液晶具有施加到其的电场。从图10中的曲线360看出，电压Vw 400将单元的该区驱动到焦锥织构；也就是说，在施加压力且单元间隙减小的触笔下面的单元的区。线Vw与减小的单元间隙区域的曲线360相交，表示该胆甾型液晶在该电压Vw下被置于低反射率的焦锥织构中。如由短划线360所图示的，该区中的平面织构被驱动到焦锥织构。在单元间隙不受干扰的单元的其余部分中，即使那里已经施加了电场，材料也将如由实线曲线350、351和352所示地保持在平面织构中，留下平面背景。换句话说，单元间隙未受干扰的液晶材料如在电压Vw被施加到电极时线Vw与实线350、351和352(未受压的单元间隙)的高反射率平面部分相交的情况下所示保持在平面织构中，并且不被转换为焦锥织构。写电路301还可通过将整个观看区放置在光反射平面织构中来提供擦除电压Vp以擦除整个设备。线Vp与对应于未受压单元间隙区域的曲线350、351、352的平面部相交，表示在显示器的整个观看区中的胆甾型液晶在该电压Vp下被置于高反射率的平面织构中。从图10看出，电压Vp 390将整个单元驱动到平面织构，擦除焦锥书写。电压可以是AC电压脉冲或脉冲序列，优选为双极性脉冲。

图11示出了具有在模式A下工作的驱动电子器件301和互连件270的图7A、图7B和图7C的压敏液晶设备的图示，其中，91在触笔280经过它且施加了电压Vw(400)之后是暗焦锥线。颜色区域61、62和63分别反射具有在图8中示出的反射率和颜色64、65和66的亮平面背景的不同颜色。

图12图示了图7A、图7B和图7C的压敏液晶设备的模式B。与图11相同的压敏液晶设备通过施加压力Vf(410)被最初切换到弱散射焦锥状态。在模式B中，书写通过来自触笔280的压力诱导使液晶重新定向到亮平面织构线100的流动来实现。在该书写期间不施加电压。线的颜色将根据其在书写表面W上的位置而变化。例如，在颜色区域61中，它将呈现具有图8的反射光谱64的蓝色，而在颜色区域62中，它将呈现具有图8的反射率光谱65的绿色，以及在颜色区域63中，它将呈现具有图8的反射光谱66的红色。颜色区域可通过再次施加电压Vf(410)被切换回到焦锥织构。

图10中所示的关于各个颜色区域的电压响应(电光响应)曲线可不同。因此，可创建新的操作模式。例如，对于图7A、图7B和图7C中的压敏液晶设备，可通过设备使用电子器件301施加电压390，以将整个设备的胆甾型液晶初始切换到平面织构。此后，可施加在411处的电压以将红色的颜色区域63切换到焦锥，使蓝色区域61和绿色区域62仍是平面的。此外，电压可增加到412以将绿色颜色区域62擦除到焦锥织构，并使蓝色区域61不变并在平面织构中。这见于电压412的线与曲线351相交在曲线的焦锥反射率部分处，而不改变颜色区域61的平面织构。最后，可施加焦锥电压Vf(410)，以将整个压敏液晶设备切换到非反射的焦锥状态380。这见于电压Vf的线与所有未受压单元间隙曲线350、351、352相交在其焦锥部分处。不同区域的电光响应的这种变化提供了通过选择所施加的电压来接通和断开不同区域的独特能力，即使电压被施加到可基本上覆盖设备的所有观看区的未图案化导体。

在整个该过程中，当不施加使液晶流向其颜色取决于位置的平面织构的场时，可在任何颜色区域中书写。如果施加电压Vw，则触笔下的减小的单元间隙区域将是焦锥，而其它区域将保持不变；因此，您将只看到在平面的颜色区域中的书写。例如，如果将颜色区域61和62切换到平面织构且颜色区域63被切换到焦锥织构，并且施加脉冲Vw，则在由焦锥颜色区域63包含的区中的后续书写将不示出任何书写。在平面颜色区域61和62中将仅存在焦锥书写。

反过来也是可能的，也就是说，图7A、图7B和图7C中所示出的整个压敏液晶设备可使用电压410被最初切换到焦锥织构。当施加在391处的电压时，适于反射红色的颜色区域63将切换到平面织构并反射红色，而其余的颜色区域61和62将保持相同(即，在低反射率的焦锥织构中)。这是因为电压线391与曲线350相交在其高反射率的平面部分处，而与曲线351、352相交在它们的低反射率焦锥部分处。之后，电压可增加到392，以将适于反射绿色的颜色区域62从焦锥切换到反射绿色的平面织构，而颜色区域61保持在焦锥织构中。然后，可施加电压Vp，使得所有颜色区域61、62和63被置于在高反射率的平面织构中并反射它们各自的颜色。这说明了液晶层的区域的不同电光特征。

图13A、图13B示出了另一实施例，其中，图7A、图7B和图7C中的压敏液晶设备用如美国专利号9,116,379中所描述的半透明层SL替代图1A和图1B中所描述的光吸收背层1，该专利通过引用并入本文。在物理上被放置在压敏液晶显示设备下方、靠近设备的远离书写表面W的下侧的手200可通过设备201看到。在该示例中跟踪手的颜色书写202具有根据其在颜色区域61、62和63中的位置而变化的颜色部分。手200是背部组件的示例。其可从设备的观看侧看见，并改变设备的外观。另外，手或其他背部组件，例如放置在设备下面的多色层、彩色LCD或可移除图案，影响由观看者所见的图像的颜色和外观。

在另一实施例中，图7A、图7B和图7C中所描述的不同的颜色区域61、62和63以及图9中所描述的不同的颜色区域71、72、73、74和75可分别由区域61’、62’和63’以及区域71’、72’、73’、74’和75’来替代，它们在选自由以下特征组成的组中的特征上是不同的：反射率、电光响应、压力敏感度、线宽以及它们的组合。例如，代替颜色区域61、62和63的颜色变化，在区域61’中的线宽可以是0.5mm，而在区域62’中的线宽可以是1mm，并且在区域63’中的线宽可以是1.5mm。如本文中所使用的，术语电光响应是指作为施加电压的函数的液晶层的反射率。这些不同的特性可在不同区域中以任何组合出现。例如，区域61’可以是蓝色的并具有0.5mm的线宽，而区域62’可以是绿色的并具有1mm的线宽，以及区域63’可以是红色的并具有1.5mm的线宽。另一方面，例如，区域71’和72’和72’可以是相同的颜色，但具有彼此不同的亮度，区域73’和74’可以是相同的颜色，但具有彼此不同的线宽，以及区域75’可具有与其他区域中的任何一个不同的线宽、不同的颜色和不同的亮度。此外，区域可在可见光谱以外的反射电磁辐射(例如，UV或IR电磁辐射)的波长上有所不同，而不是不同区域中的颜色差异。

双重单元

双重单元的压敏液晶设备可用堆叠的单独单元制成或作为共享基板的单个单元制成。本文中所使用的单词“单元”是指液晶层、其两侧上的电极以及在电极侧面上(即，在电极的任一侧上)的任何基板。在图14中，包括不同液晶层440和450的完整的单元420和430可以作为单独的单元堆叠，每个单独的单元具有单独的基板250，该基板在其内表面上具有电极260，内部基板250在它们之间与折射率匹配材料500结合。同样，堆叠的单元可被制成为在液晶层440和450之间共享公共基板的单一单元。在这种情况下，在每个内部基板250(其中，折射率匹配材料500在这些基板之间)上具有内部电极260的组件结构被可选的表示为510的单个基板替代，在其任意侧上设置两个电极260(在该可选基板510中，上电极260由虚线标出)。在这种情况下，液晶层440将与以虚线示出的上导体260接触。液晶层440和450中的至少一个是多色的，使得其包括具有平面织构的颜色区域，该颜色区域像图7A、图7B和图7C以及图9中所示的那些根据书写表面W上的位置反射不同颜色的光。例如，可制成堆叠，使得顶部单元420是多色的并且包括像具有区域61、62和63的图7A、图7B和图7C那样的液晶层，而底部单元430可用像图5中所示的现有技术电子书写器那样的具有均匀反射颜色的液晶层制成。

以上所描述的压敏液晶设备双重堆叠可使用如图15A中所示的模式A来驱动。双层堆叠通过使用写电路460和470向两个液晶层施加图10的电压Vp 390来被切换到平面背景401。由触笔280施加的书写压力将单元420中的单元间隙从290降为480，并将单元430中的单元间隙从290降为490。使用两个写电路或驱动电子器件460和470(例如，美国专利号8,228,301中描述的那些，该专利通过引用并入)将小脉冲Vw 400施加到两个单元，使触笔下的液晶切换到触笔下的暗焦锥状态。结果在图15A中示出，其中，401是示出了上单元420的不同颜色区域61、62和63的亮平面织构背景，其中书写表面W的整体颜色由单元420和430的胆甾型液晶之间的颜色叠加以及光吸收层310或半透明背层310’的任何效果引起。书写的线颜色402将取决于光吸收背层310的颜色或者半透明背层310’和任何可选的背部制品、可移除图案等。当单元420、430中的一个在对例如多色单元420书写之后被切换到焦锥织构(即，以便基本上是透明的)时，这如图15B所示形成了具有将是单元430的胆甾型液晶450的平面状态的颜色的均匀颜色403的背景和暗线404。在该示例中，光吸收背层310是形成暗线404的黑色。

在如图16A所示的模式B中，以上图14中所描述的压敏液晶设备双层堆叠通过由两个写电路向单元420和430施加电压Vf来被切换到焦锥背景301。设备的整个观看区呈现为暗。如图16A中所示，书写压力展现出多色线302，其是单元420和430的平面织构的叠加颜色混合。当液晶层中的一个在书写例如多色单元420之后被切换到焦锥状态时，这使得该单元基本上是透明的，并导致设备的书写表面示出沿着其长度具有均匀颜色的线303，其将是单元430的胆甾型液晶平面织构的颜色。在该示例中，光吸收背层310是形成暗背景304的黑色。

单元420和430中的一个或两个可具有液晶层440和450，该液晶层具有选自由以下特性组成的组中的不同特性的区域：不同的颜色(或电磁辐射的波长)、反射率、线宽、压力敏感度、电光响应以及它们的组合。

示例

本公开的压敏液晶设备(例如，电子书写器)使用如现有技术美国专利8,228,301和美国专利8,139,039中所说明的典型的电子书写器胆甾型液晶分散材料及其他设备组件来构建。电子书写器由两个塑料基板和有源层(也被称为液晶层)构成。顶部基板6和底部基板2由5密耳聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)薄膜制成，该薄膜用基于PEDOT的导电聚合物(CP)3和5广泛地(flood)涂覆。底部基板2涂覆有黑色光吸收体1。电子书写器的有源层4’(液晶层)由可聚合单体、交联剂、光引发剂、间隔物和具有不同浓度的手性掺杂剂的胆甾型液晶混合物的共混物制成。用于制作有源层4’的材料的化学性质与美国专利8,228,301中的类似。分散体被相分离成旋节线形态，其允许当施加压力时可流动的未封装的胆甾型液晶。有源层4’具有与图7A、图7B和图7C中所示的不同的颜色区域。当将小电压Vf 410施加到夹着有源层4’的导体时，书写表面呈现出黑色。来自触笔的压力引起有源层中的流动，这将液晶重新定向到亮平面织构，展现出图11中所示的区域61、62和63的颜色，其对应于该区域中的手性掺杂剂的不同量。反射颜色的波长取决于书写表面W的该特定区域中的布拉格反射颜色。

根据以上公开，许多修改和变型对于本领域中的普通技术人员来说将是明显的。因此，将理解的是，在所附权利要求的范围内，本发明可以以与具体示出和描述不同的方式实施。

Claims (15)

1.一种多色压敏液晶设备，包括：

第一基板和第二基板，所述第一基板是透明的和柔性的且压力施加在其上，所述第二基板与所述第一基板间隔开；

导电层，所述导电层彼此分离并且被设置在所述第一基板和所述第二基板之间；

液晶层，所述液晶层是对压力敏感的，所述液晶层包括胆甾型液晶和聚合物的分散体，所述液晶层布置在所述导电层之间；

其中，所述液晶层至少包括包含胆甾型液晶和聚合物的所述分散体的第一颜色区域和第二颜色区域，所述第一颜色区域适于反射第一颜色的光，以及所述第二颜色区域适于反射第二颜色的光；

其中，被施加到所述第一基板的压力导致所述胆甾型液晶的反射率的变化，该反射率的变化使所述液晶层在所述压力被施加到所述第一颜色区域上时显示所述第一颜色，并在所述压力被施加到所述第二颜色区域上时显示所述第二颜色，以形成多色图像，其中不施加电压来形成所述多色图像。

2.如权利要求1所述的多色压敏液晶设备，包括光吸收背层，所述光吸收背层吸收穿过所述液晶层的光。

3.如权利要求1所述的多色压敏液晶设备，包括半透明背层，所述半透明背层在所述多色压敏液晶设备的远离所述多色压敏液晶设备的观看侧的底部部分附近，其中，所述半透明背层允许一些光被透射，一些光被反射以及一些光被吸收，其中，被吸收的所述光包括穿过所述液晶层的光，以及其中，被反射的所述光包括灰色光或一种颜色的光。

4.如权利要求2所述的多色压敏液晶设备，其中，所述光吸收背层是黑色的。

5.如权利要求2所述的多色压敏液晶设备，其中，所述光吸收背层包括彩色颜料。

6.如权利要求1所述的多色压敏液晶设备，仅包括单个所述液晶层。

7.如权利要求1所述的多色压敏液晶设备，包括驱动电子器件，所述驱动电子器件将电压脉冲施加到所述导电层，所述电压脉冲将所述胆甾型液晶变为基本透明状态和光反射状态中的至少一种。

8.如权利要求1所述的多色压敏液晶设备，其中，所述导电层在所述多色压敏液晶设备的观看区的至少一部分上是未图案化的。

9.如权利要求8所述的多色压敏液晶设备，其中，所述未图案化的导电层跨所述多色压敏液晶设备的基本上整个观看区延伸。

10.如权利要求1所述的多色压敏液晶设备，其中，所述第一颜色区域和所述第二颜色区域还在选自以下项的特征方面区分于彼此：反射率、线宽、电光响应、压力敏感度以及它们的组合。

11.如权利要求1所述的多色压敏液晶设备，其中，所述第一颜色区域具有与所述第二颜色区域不同的形状和尺寸中的至少一个。

12.如权利要求1所述的多色压敏液晶设备，其中，所述第一颜色区域没有被包含以便与所述第二颜色区域隔离，从而所述第一颜色区域的面积和颜色以及所述第二颜色区域的面积和颜色随着时间的推移而变化。

13.如权利要求1所述的多色压敏液晶设备，包括在所述液晶层下面的背部组件，所述背部组件包括空间上彼此分离的多个颜色区域。

14.如权利要求3所述的多色压敏液晶设备，包括在所述半透明背层下面的背部组件，所述背部组件包括空间上彼此分离的多个颜色区域。

15.如权利要求1所述的多色压敏液晶设备，包括第二压敏液晶层，所述第二压敏液晶层包括胆甾型液晶，所述第二压敏液晶层相对于所述液晶层堆叠。

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