CN116430626A - 一种多色液晶书写装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于液晶书写技术领域，具体公开了一种多色液晶书写装置及方法，装置包括：依次设置的基底层、双稳态液晶层和上导电层；其中，所述基底层上集成有阵列状排布的若干像素单元，每个像素单元内设有像素电极以及与所述像素电极连接的开关元件；所述开关元件开通能够为所述像素电极提供电压；双稳态液晶层包括基材层，在基材层上设有多个沿设定方向平行设置的微沟道，每个微沟道内设有能够反射设定颜色的液晶。本发明在书写过程中，可以根据需要选择并显示不同颜色的书写笔迹，实现多色显示。

Description

一种多色液晶书写装置及方法

技术领域

本发明涉及液晶书写技术领域，尤其涉及一种多色液晶书写装置及方法。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

随着液晶技术的发展，液晶书写装置也得到了迅速的发展，并逐渐被用作教育、办公等领域的黑板、画板或书写板等书写工具，具有十分良好的发展前景。

目前市面上的液晶书写装置，其工作原理是利用液晶的双稳态特性实现显示和/或擦除液晶写字板上的书写内容。例如，以胆甾相液晶为例，当胆甾相液晶呈现平面织构状态时，液晶分子对特定波长λ的光线（即设定颜色的光）选择性反射。当胆甾相液晶呈现焦锥织构状态时，液晶分子对可见光呈现透射状态。

通过作用在液晶写字装置上的压力可以实现书写，此时，书写压力处的液晶对可见光呈现反射状态，从而以设定的颜色显示出压力的痕迹；通过施加电场使胆甾相液晶结构发生变化，使得液晶对可见光呈现透射状态，从而使得压力书写痕迹消失以实现擦除。

由于一种液晶往往只能反射一种颜色的光，因此现有的书写装置往往都只能显示单一颜色的书写笔迹，无法同时显示不同的颜色，影响写作者的使用效果；比如：不能满足写作者需要用不同颜色的笔迹进行批注的需求。

现有技术公开了通过叠加多层反射不同颜色的液晶层来实现多色显示的书写装置，但是，这种装置每一层都要配置单独的驱动板，成本高、控制过程复杂，且书写装置的厚度增加，影响用户使用体验。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出了一种多色液晶书写装置及方法，双稳态液晶层采用微沟道的设计，能够实现在书写过程中根据需要选择显示不同颜色的书写笔迹。

在一些实施方式中，采用如下技术方案：

一种多色液晶书写装置，包括：依次设置的基底层、双稳态液晶层和上导电层；

其中，所述基底层上集成有阵列状排布的若干像素单元，每个像素单元内设有像素电极以及与所述像素电极连接的开关元件；所述开关元件开通能够为所述像素电极提供电压；

所述双稳态液晶层包括基材层，在基材层上设有多个沿设定方向平行设置的微沟道，每个微沟道内设有能够反射设定颜色的液晶。

每一个微沟道在基底层上的正投影，能够至少覆盖一行或一列像素电极。

作为可选的方案，所述微沟道的宽度为10um-300um，深度为1um-10um。

微沟道沿横向或纵向等间距分布，相邻两个微沟道之间的壁厚为1um-20um。

作为可选的方案，每两个相邻的第一微沟道和第二微沟道内按照设定的顺序分别设有能够反射红色和绿色的液晶；

或者，每两个相邻的第一微沟道和第二微沟道内按照设定的顺序分别设有能够反射红色和蓝色的液晶；

或者，每两个相邻的第一微沟道和第二微沟道内按照设定的顺序分别设有能够反射绿色和蓝色的液晶。

或者，每三个相邻的第一微沟道、第二微沟道和第三微沟道内按照设定的顺序分别设有能够反射红色、绿色和蓝色的液晶。

作为可选的方案，还包括：

驱动单元，被配置为：根据所要显示的预设颜色，在书写过程中，为上导电层和基底层上书写笔迹宽度范围内设定的像素单元分别施加电压，以使得书写笔迹显示为所述预设颜色；

其中，书写笔迹宽度范围内，所述被施加电压的像素单元书写笔迹的颜色被擦除，剩余像素单元书写笔迹的颜色被显示出来，被显示出来的颜色组合形成所述预设颜色。

在另一些实施方式中，采用如下技术方案：

一种多色液晶书写装置的书写方法，包括：

选定所需显示的书写笔迹的颜色；

根据所要显示的预设颜色，在书写过程中，为上导电层和基底层上书写笔迹宽度范围内的设定的像素单元分别施加电压，以使得书写笔迹显示为预设颜色；

其中，书写笔迹宽度范围内，所述被施加电压的像素单元书写笔迹的颜色被擦除，剩余像素单元书写笔迹的颜色被显示出来，被显示出来的颜色组合形成所述预设颜色。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

（1）本发明在导电层上制作微沟道，每个微沟道内分别灌注反射设定颜色的液晶；微沟道的设计能够实现在同一个双稳态液晶层同时设置多种不同的液晶，同时微沟道具有一定的承压能力，耐书写，提高产品的使用寿命。

（2）本发明微沟道的尺寸为微米（um）级，而书写笔头的尺寸往往在毫米（mm）级，所以，当书写笔头在书写装置上施加压力时，该压力能够同时覆盖多个微沟道，多个微沟道内的液晶在受到压力时能够同时呈现平面织构状态，每一个微沟道内的液晶向外反射相对应的颜色，形成一个物理像素；多个物理像素组合构成液晶书写装置上实际显示的逻辑像素；比如：红色和绿色物理像素组合形成黄色逻辑像素；红色、绿色和蓝色物理像素组合形成白色逻辑像素。

（3）本发明在基底层设置阵列排布的像素电极，每一个微沟道在基底层上的正投影，能够覆盖一行或一列像素电极。当为某一像素电极设定施加电压时，该像素电极对应的书写笔迹将被擦除；因此，可以在书写过程中，将书写笔迹宽度范围内的预设颜色之外的其他颜色擦除，从而最终显示出预设颜色。

（4）受限于微沟道的宽度无法做的更窄，本发明可以将像素电极做的更小，使得每一个微沟道在基底层上的正投影，能够覆盖至少两行或两列像素电极。通过控制一个微沟道覆盖范围内的每一个像素电极对应颜色书写笔迹的显示或擦除，能够控制该微沟道对应的液晶反射颜色的颜色子集，从而在书写过程中控制最终书写笔迹显示的颜色，实现多色书写。比如：假如一个微沟道在基底层上的正投影，覆盖了两行或两列像素电极，则这两个像素电极对应的颜色子集分别为（1,0）/（0,1）、（1,1）和（0,0），1表示该像素电极对应书写笔迹的颜色被保留，0表示该像素电极对应书写笔迹的颜色被擦除；（1,0）和（0,1）两种情况下所达到的显示效果是一样的，可以看做是一种颜色子集；因此，这三种颜色子集与其他像素电极的颜色子集组合可以显示出不同的颜色效果。

（5）本发明在书写过程中，可以根据需要选择并显示不同颜色的书写笔迹，实现多色显示。本发明中采用的能够反射红色、绿色和蓝色的液晶，均是行业内非常常见的液晶材料，无需进行液晶材料的改进。

（6）本发明微沟道的设计，使得液晶在微沟道长度方向上具有一定的流动性，因此在进行压力书写时（书写笔迹平行于微沟道长度方向除外），平行于微沟道长度方向的力会使得液晶在微沟道长度方向进行一定的延展，从而在相同的书写压力下，沿不同方向书写形成的书写笔迹粗细会有不同；并且，书写压力越大，笔迹越粗。

本发明的其他特征和附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本方面的实践了解到。

附图说明

图1为本发明实施例中的多色液晶书写装置整体结构示意图；

图2为本发明实施例中双稳态液晶层的微沟道示意图；

图3为本发明实施例中的微沟道截面示意图；

图4为本发明实施例一中基底层上集成的像素单元结构示意图；

图5为本发明实施例一中像素单元与微沟道对应关系示意图；

图6为本发明实施例二中像素单元与微沟道对应关系示意图；

图7为本发明实施例二中另一种像素单元与微沟道对应关系示意图；

其中，1.基底层，2.双稳态液晶层，3.上导电层，4.基材层，5.微沟道，6.像素单元，7.像素电极。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本发明使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

实施例一

在一个或多个实施方式中，公开了一种多色液晶书写装置，结合图1，具体包括：自下而上依次设置的基底层1、双稳态液晶层2和上导电层3；其中，上导电层3采用透明的ITO导电薄膜，不分割；基底层1上集成有若干像素单元6，这些像素单元6呈阵列式排布，如图4所示，阵列式排布可以为矩阵式排布的多行和多列像素单元。每个像素单元6内设有像素电极7以及与像素电极7连接的开关元件；开关元件开通能够为与其连接的像素电极提供电压。

在基底层上，对应像素单元的每一纵列和每一横列，分别集成若干第一导线和若干第二导线；第一导线和第二导线的布设方向相互垂直；每个像素单元内的开关元件分别连接与其邻近的第一导线和第二导线，第一导线用于提供使得开关元件导通或关断的控制电压；第二导线用于提供开关元件的输入电压。

作为一种具体地示例，开关元件为：薄膜晶体管（以下简称TFT），TFT的栅极连接第一导线，TFT的源极连接第二导线，TFT的漏极连接对应的像素电极。

开关元件在接收到设定的控制电压和输入电压时实现导通，从而为相应的像素电极输入设定的电压，以使所述像素电极与导电层在空间重叠的位置形成擦除电场，实现局部擦除。

本实施例中，基底层可以采用具有一定强度的硬质基底，比如玻璃基底、有机玻璃基底、钢化玻璃基底等；在硬质基底外侧面或内侧面涂覆黑色涂层，或者，在硬质基地外侧面或内侧面贴附黑色贴膜；这样，可以使得液晶书写装置的底色（背景色）为黑色；当然，也可以设置成其他深颜色的底色或背景色，本领域技术人员可以根据需要自行设置，但是需要与书写笔迹的颜色进行区分。

本实施例中，结合图2和图3，双稳态液晶层包括基材层4，基材层4为沟道材料基底层，在基材层4上设有多个沿设定方向平行设置的微沟道5，每个微沟道5内设有能够反射设定颜色的双稳态液晶。

微沟道5可以通过刻蚀、印刷、喷涂、喷注、打印等工艺形成；每个微沟道内设有能够反射设定颜色的液晶，比如：可以通过灌注的方式将液晶设置在微沟道内。

本实施例的微沟道为尺寸为微米级的沟道或沟槽，微沟道的宽度a范围为10um-300um，深度h范围为1um-10um。所有的微沟道宽度相同，但是可以允许一定范围的误差。

相邻两个微沟道之间的壁厚b范围为1um-20um，所有的微沟道等间距分布，同样可以允许一定范围的误差。

对于微沟道的宽度而言，宽度太窄会影响液晶的灌注效果；而宽度太宽则可能会影响视觉效果，因此，本实施例选取微沟道的宽度范围为10um-300um，在该宽度范围内，能够实现最佳的视觉效果，并且便于控制显示的颜色。

对于微沟道的壁厚而言，如果壁厚太薄，则微沟道容易损坏，影响产品使用寿命；因为微沟道的侧壁位置没有液晶，因此如果壁厚太厚，可能会影响视觉效果。因此，本实施例选取微沟道的壁厚为1um-20um，既能够保证微沟道的结构稳定，具有一定的承压能力，又不影响视觉显示效果。

需要说明的是，为了便于对微沟道结构进行充分说明，附图2和3所示的均是放大后的示意图。

本实施例中，微沟道沿横向或纵向设置；每一个微沟道内都设有能够反射设定颜色液晶，由于微沟道的尺寸为微米（um）级，而书写笔头（或其他书写件与书写板面接触的端部，以下统一表述为书写笔头）的尺寸往往在毫米（mm）级，所以，当书写笔头在书写装置上施加压力时，该压力能够同时覆盖多个微沟道，多个微沟道内的液晶在受到压力时能够同时呈现平面织构状态，每一个微沟道内的液晶向外反射相对应的颜色，形成一个物理像素；多个物理像素组合构成液晶书写装置上实际显示的逻辑像素；比如：红色和绿色物理像素组合形成黄色逻辑像素；红色、绿色和蓝色物理像素组合形成白色逻辑像素。

结合图5，每一个微沟道在基底层上的正投影，能够覆盖一行（或一列）像素电极；通过为设定的一个或多个像素电极施加电压，能够将像素电极对应区域的书写笔迹擦除，该书写笔迹的物理像素呈现为覆盖该像素电极的微沟道内液晶所反射的光的颜色的组合；因此可以根据实际需要擦除不想要的物理像素，保留想要的物理像素，保留的物理像素组合形成所需要的逻辑像素，最终使得书写笔迹显示为想要的颜色。

本实施例中微沟道内设置液晶的方式可以有如下几种情况：

①每两个相邻的第一微沟道和第二微沟道内按照设定的顺序分别设有能够反射红色和绿色的液晶；此时，通过对书写笔迹选择性的擦除，书写笔迹可以显示的颜色包括红色（擦除绿色）、绿色（擦除红色）和黄色（都不擦除）。

②每两个相邻的第一微沟道和第二微沟道内按照设定的顺序分别设有能够反射红色和蓝色的液晶；此时，通过对书写笔迹选择性的擦除，书写笔迹可以显示的颜色包括红色（擦除蓝色）、蓝色（擦除红色）和紫色（都不擦除）。

③每两个相邻的第一微沟道和第二微沟道内按照设定的顺序分别设有能够反射绿色和蓝色的液晶。此时，通过对书写笔迹选择性的擦除，书写笔迹可以显示的颜色包括绿色（擦除蓝色）、蓝色（擦除蓝色）和青色（都不擦除）。

④每三个相邻的第一微沟道、第二微沟道和第三微沟道内按照设定的顺序分别设有能够反射红色、绿色和蓝色的液晶。此时，通过对书写笔迹选择性的擦除，书写笔迹可以显示的颜色包括红色、绿色、蓝色、黄色、紫色、青色和白色。

基于此，本实施例的液晶书写装置还包括驱动单元，被配置为：根据所要显示的预设颜色，在书写过程中，为上导电层和基底层上书写笔迹宽度范围内设定的像素单元分别施加电压，使得上导电层和基底层中设定的像素单元之间形成电场，则这些像素单元所对应的笔迹会被擦除，从而得书写笔迹显示为所述预设颜色。

其中，书写笔迹宽度为书写件笔头宽度、液晶流动的宽度以及设定的安全距离的加和。书写笔迹宽度范围内，被施加电压的像素单元所对应的书写笔迹颜色被擦除，剩余像素单元对应的书写笔迹颜色被显示出来，被显示出来的颜色组合形成预设颜色。

如图2中所示，本实施例微沟道的设计，使得液晶在微沟道长度方向上具有一定的流动性，因此在进行压力书写时（书写笔迹平行于微沟道长度方向除外，因为此时受到微沟道侧壁的限制，液晶在书写笔迹宽度方向上不具有流动性），平行于微沟道长度方向的力会使得液晶在微沟道长度方向进行一定的延展，压力越大，延展越大；从而在相同的书写压力下，沿不同方向书写形成的书写笔迹粗细会有不同；并且，书写压力越大，笔迹越粗；具体地，书写笔迹的宽度=书写笔头的宽度+液晶延展宽度+设定值。

可以理解的是，液晶书写装置上设有能够选择笔迹颜色的结构，可以是选择按键，也可以通过选择不同的书写笔方式来选择（如电磁定位采样不同频率的笔），这些都是根据现有技术容易实现的。

实施例二

受限于微沟道的宽度无法做的更窄，可以将像素电极做的更小，使得每一个微沟道在基底层上的正投影，能够覆盖至少两行或两列像素电极。

基于此，在一个或多个实施方式中，公开了一种多色液晶书写装置，具体包括：自下而上依次设置的基底层1、双稳态液晶层2和上导电层3。

本实施例中，基底层1、双稳态液晶层2、上导电层3和基材层4的结构与实施例一中的结构相比，唯一的不同点在于，本实施例中每一个微沟道5在基底层上的正投影，能够覆盖至少两行（或两列）像素电极7。

下面以每一个微沟道在基底层上的正投影，覆盖两列像素电极（如图6所示）为例进行说明，假设每三个相邻的第一微沟道、第二微沟道和第三微沟道内按照设定的顺序分别设有能够反射红色、绿色和蓝色的液晶。

此时，可以将同一行中被同一个微沟道覆盖的两个相邻的像素电极看做一个整体，两者同时施加电压（对应区域同时被擦除）或同时不施加电压（对应区域同时显示），此时，显示效果与实施例一中是相同的。通过对书写笔迹选择性的擦除，书写笔迹可以显示的颜色包括红色、绿色、蓝色、黄色、紫色、青色和白色。

当然，同一行中被同一个第一微沟道覆盖的两个相邻的像素电极，也可以分别被施加电压；此时，这两个像素电极对应的颜色子集有3种，分别为（1,0）/（0,1）、（1,1）和（0,0），1表示该像素电极对应的书写笔迹颜色被保留，0表示该像素电极对应的书写笔迹颜色被擦除；比如，两者中可以仅其中一个被施加电压（对应区域被擦除），而另一个不施加电压（对应区域显示）；此时，对应的颜色子集为（1,0）或（0,1），该微沟道对应区域的书写笔迹中所选颜色反射光的通量降低一半。

每三个相邻的第一微沟道、第二微沟道和第三微沟道内均有三种颜色子集，这些颜色子集组合可以形成27种（3x3x3）颜色（包括黑色）显示效果。

同理，如图7所示，如果每一个微沟道在基底层上的正投影，能够覆盖三行（或三列）像素电极，同样存在上述的两种情况，一种是将同一行中被同一个微沟道覆盖的三个相邻的像素电极看做一个整体，三者同时施加电压（对应区域同时被擦除）或同时不施加电压（对应区域同时显示）；另一种是每三个相邻的第一微沟道、第二微沟道和第三微沟道内均有四种颜色子集，分别为：（1,1,1），（1,1,0）/（1,0,1）/（0,1,1），（1,0,0）/（0,0,1）/（0,1,0），（0,0,0），这些颜色子集组合可以形成64（4x4x4）种颜色显示效果。

按照上述的设计思路，每一个微沟道在基底层上的正投影，可以覆盖四行（或四列）像素电极，甚至更多；此时可以扩展出更多种颜色的显示效果，具体不再详述。

实施例三

基于实施例一或实施例二中公开的多色液晶书写装置，本实施例公开了一种多色液晶书写装置的书写方法，具体包括如下过程：

选定所需显示的书写笔迹的颜色；

根据所要显示的预设颜色，在书写过程中，为上导电层和基底层上书写笔迹宽度范围内的设定的像素单元分别施加电压，以使得书写笔迹显示为预设颜色；

其中，书写笔迹宽度为书写件笔头宽度、液晶流动的宽度以及设定的安全距离的加和。书写笔迹宽度范围内，被施加电压的像素单元对应书写笔迹的颜色被擦除，剩余像素单元对应书写笔迹的颜色被显示出来，被显示出来的颜色组合形成所述预设颜色。

作为一种示例，以图5所示的微沟道为例，每三个相邻的第一微沟道、第二微沟道和第三微沟道内依次设有能够反射红色、绿色和蓝色的液晶。

假设选择显示的颜色为黄色，由于黄色是由红色、绿色组合而成，因此，能够反射红色和绿色的液晶是需要的液晶组合，能够反射蓝色的液晶是不需要的液晶；因此在书写的过程中，随着书写笔头的移动，不断为笔迹宽度范围内的蓝色液晶对应的像素电极施加电压，以将蓝色液晶部分对应显示出的书写笔迹擦除，从而显示出黄色的书写笔迹。

假设所选择显示的颜色为白色，由于白色是由红色、绿色和蓝色组合而成，因此，能够反射红色、绿色和蓝色的液晶是需要的液晶组合，此时在书写过程中，不需要为任何像素电极施加电压，既不需要擦除，从而显示出白色的书写笔迹。

本实施例方法在书写过程中，可以根据需要选择并显示不同颜色的书写笔迹，实现多色显示。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (14)

1.一种多色液晶书写装置，其特征在于，包括：依次设置的基底层、双稳态液晶层和上导电层；

其中，所述基底层上集成有阵列状排布的若干像素单元，每个像素单元内设有像素电极以及与所述像素电极连接的开关元件；

所述双稳态液晶层包括基材层，在基材层上设有多个沿设定方向平行设置的微沟道，每个微沟道内设有能够反射设定颜色的液晶。

2.如权利要求1所述的一种多色液晶书写装置，其特征在于，每一个微沟道在基底层上的正投影，能够至少覆盖一行或一列像素电极。

3.如权利要求1所述的一种多色液晶书写装置，其特征在于，所述微沟道的宽度为10um-300um，深度为1um-10um。

4.如权利要求1所述的一种多色液晶书写装置，其特征在于，所述微沟道沿横向或纵向等间距分布。

5.如权利要求1所述的一种多色液晶书写装置，其特征在于，相邻两个微沟道之间的壁厚为1um-20um。

6.如权利要求1所述的一种多色液晶书写装置，其特征在于，所述基底层为硬质基底层。

7.如权利要求1所述的一种多色液晶书写装置，其特征在于，每两个相邻的第一微沟道和第二微沟道内按照设定的顺序分别设有能够反射红色和绿色的液晶；

或者，

每两个相邻的第一微沟道和第二微沟道内按照设定的顺序分别设有能够反射红色和蓝色的液晶；

或者，

每两个相邻的第一微沟道和第二微沟道内按照设定的顺序分别设有能够反射绿色和蓝色的液晶。

8.如权利要求1所述的一种多色液晶书写装置，其特征在于，每三个相邻的第一微沟道、第二微沟道和第三微沟道内按照设定的顺序分别设有能够反射红色、绿色和蓝色的液晶。

9.如权利要求1或7或8所述的一种多色液晶书写装置，其特征在于，还包括：

驱动单元，被配置为：根据所要显示的预设颜色，在书写过程中，为上导电层和基底层上书写笔迹宽度范围内设定的像素单元分别施加电压，以使得书写笔迹显示为所述预设颜色；

其中，书写笔迹宽度范围内，被施加电压的所述像素单元书写笔迹的颜色被擦除，剩余像素单元书写笔迹的颜色被显示出来，被显示出来的颜色组合形成所述预设颜色。

10.如权利要求9所述的一种多色液晶书写装置，其特征在于，所述书写笔迹宽度为书写件笔头宽度、液晶流动的宽度以及设定的安全距离的加和。

11.如权利要求1所述的一种多色液晶书写装置，其特征在于，在所述基底层上，还集成有若干第一导线和若干第二导线；所述第一导线用于提供对应开关元件导通或关断的控制电压；所述第二导线用于提供对应开关元件的输入电压。

12.如权利要求11所述的一种多色液晶书写装置，其特征在于，所述开关元件包括：TFT，所述TFT的栅极连接对应的第一导线，所述TFT的源极连接对应的第二导线；所述TFT的漏极连接相对应的像素电极。

13.一种多色液晶书写装置的书写方法，其特征在于，包括：

选定所需显示的书写笔迹的颜色；

根据所要显示的预设颜色，在书写过程中，为上导电层和基底层上书写笔迹宽度范围内设定的像素单元分别施加电压，以使得书写笔迹显示为所述预设颜色；

其中，书写笔迹宽度范围内，被施加电压的所述像素单元书写笔迹的颜色被擦除，剩余像素单元书写笔迹的颜色被显示出来，被显示出来的颜色组合形成所述预设颜色。

14.如权利要求13所述的一种多色液晶书写装置的书写方法，其特征在于，所述书写笔迹宽度为书写件笔头宽度、液晶流动的宽度以及设定的安全距离的加和。

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