JP2006133346A - 表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】満足な画像表示が可能でありながら、消費電力を最小限に抑えることが可能な表示装置を提供する。
【解決手段】光の射出量を画素ごとに制御して発光表示を行う第１の表示部１０と、外光を透過する透過状態と反射する反射状態とが画素ごとに設定可能とされ、透過領域と反射領域との組み合わせで表示を行う第２の表示部２０とを有する。第２の表示部２０は、その透過領域を通して第１の表示部１０が視認し得るよう第１の表示部１０に積層されている。したがって、第２の表示部２０の一部または全部を透過領域とすることで、その透過領域を通して第１の表示部１０による表示が視認できる。また第１の表示部１０を電源オフ状態（黒色）とすれば、第２の表示部２０の透過領域は黒色表示される（反射領域は黄色表示）。
【選択図】図３

Description

本発明は、画像や文字の表示が可能な表示装置に関する。

画像のフルカラー表示が可能な液晶表示装置は、携帯電話機やデジタルカメラ、ＰＤＡなどの電子機器に広く採用されている。また液晶に代えて有機ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）素子を用いた表示装置もある。これらはいずれも発光型の表示装置であり、光の射出量を画素ごとに任意に制御できるるので、豊かな階調表現が可能である。なお、液晶素子はそれ自体は発光しないため、バックライトを用いる必要があるが、有機ＥＬ素子は素子自体が発光するので、バックライトは不要である。
これら液晶表示装置や有機ＥＬ表示装置の構成は、例えば特許文献１，２に記載されている。

一方、近年では、いわゆる電子ペーパーや電子ブックなどの表示装置として、コレステリック液晶やＰＮ液晶（ポリマーネットワーク液晶）を用いたものがある（例えば、特許文献３，４参照）。これらは、専ら外光を利用して表示を行うもので、画素ごとに透過状態／反射状態が切換可能である。反射状態の画素で拡散反射された外光は白っぽく視認され、透過状態の画素を透過した外光は、液晶の下部に設けた黒色板等の吸収層で吸収されるため、その部分は黒っぽく見える。したがって、反射／透過の組み合わせによりコントラストが生じ、文字や単純な絵柄をモノクロ表示することができる。

コレステリック液晶の注目すべき特性として、メモリ性を有している点が挙げられる。つまり、特定画素への通電によって表示を切換えた後は、通電を断ってもその表示状態が継続される。ＰＮ液晶は、メモリ性がないため表示の維持には通電し続ける必要があるが、発光を伴わないため消費電力はごく少なくて済み、また高コントラストを実現できるという利点がある。

特開2004-125962号公報 特開2004-127662号公報 特開2003-140114号公報 特開2003-098541号公報

上述した発光型の表示装置は、カラー表示や階調表現が可能なため画像や動画の表示に適している反面、表示状態を維持するには素子に通電し続ける必要があり、加えて素子やバックライトの発光を伴うため、電力消費が甚だしい。一方、外光利用型の表示装置は、表示の維持に電力を要しない（あるいは少量の電力で済む）が、基本的にモノクロ表示に限定され、階調表現に乏しいため画像などの表示には向かない。そこで、満足な画像表示が可能でありながら、消費電力を最小限に抑えることが可能な表示装置が望まれる。

本発明に係る表示装置は、光の射出量を画素ごとに制御して発光表示を行う第１の表示部と、外光を透過する透過状態と少なくとも一部を反射する反射状態とが画素ごとに設定可能とされ、透過領域と反射領域との組み合わせで表示を行う第２の表示部とを有し、前記第２の表示部の透過領域を通して前記第１の表示部が視認し得るよう該第１の表示部に該第２の表示部を積層して成る。
請求項２の発明では、第１の表示部で表示を行うときには、少なくともその表示領域に対応する第２の表示部の領域を透過領域とする。
請求項３の発明では、第２の表示部で表示を行うときは、その表示領域に対応する第１の表示部の全画素を非射出状態とする。
請求項４の発明では、第２の表示部で表示を行うときは、その表示領域の前記透過領域を含む所定領域に対応する第１の表示部の画素を射出状態とし、当該表示領域の他の画素を非射出状態とする。
請求項５の発明では、上記表示領域で第２の表示部による表示を行い、他の表示領域で第１の表示部による表示を同時に行うときには、第２の表示部の上記他の表示領域に対応する領域を透過領域とする。
請求項６の発明では、条件に応じて第１の表示部と第２の表示部のいずれかを選択し、選択された表示部で表示を行うとともに、第１の表示部が選択された場合には、少なくともその表示領域に対応する第２の表示部の領域を透過領域とし、第２の表示部が選択された場合には、第２の表示部の反射領域に対応する第１の表示部の画素を非射出状態とする。
請求項７の発明では、表示内容を検出する検出手段を有し、その検出結果に応じて第１の表示部と第２の表示部のいずれかを選択する。
請求項８の発明では、周囲の明るさを検出する検出手段を有し、所定の明るさ以上であることが検出された場合には第２の表示部を選択し、所定の明るさ未満であることが検出された場合には第１の表示部を選択する。
請求項９の発明では、電源電池の残量を検出する検出手段を有し、残量が所定値以上であることが検出された場合には第１の表示部を選択し、所定値未満であることが検出された場合には第２の表示部を選択する。
請求項１０の発明では、第１の表示部が表示素子として液晶素子を有し、バックライトを用いて発光表示を行う。
請求項１１の発明では、第１の表示部が表示素子としてエレクトロルミネッセンス素子を有する。
請求項１２の発明では、第１の表示部がカラー表示可能である。
請求項１３の発明では、第２の表示部が、電源オフ状態で表示状態を維持することが可能な表示素子を有する。
請求項１４の発明では、第２の表示部の表示素子がコレステリック液晶素子である。
請求項１５の発明では、第２の表示部の表示素子がポリマーネットワーク液晶である。

本発明によれば、光の射出量を画素ごとに制御して発光表示を行う第１の表示部と、外光を透過する透過状態と反射する反射状態とが画素ごとに設定可能な第２の表示部とを設け、第２の表示部の透過領域を通して第１の表示部が視認し得るよう第１の表示部に第２の表示部を積層したので、表示内容等によって適切な表示部を選択して使用することができ、省電力に寄与するとともに、第２の表示部に必要な吸収層を第１の表示部にて兼用できる構成のため、別体の吸収層が不要であり、部品点数の低減が図れる。また、２種類の表示部は積層状態にあるため、その配置スペースは１種類の表示部を設ける場合と殆ど変わらない。

図１〜図１０により本発明の一実施の形態を説明する。
図９，図１０に示すように、本実施形態における表示装置１００は、ＰＤＡ２００や携帯電話機３００、あるいは不図示のデジタルカメラや電子ブックなどの電子機器に搭載されるものである。図１〜図３に示すように、表示装置１００は２つの表示モジュール（第１，第２の表示部）１０，２０を積層して成る。下側の表示モジュール１０は、画像表示に適しているので画像表示モジュールと呼び、上側の表示モジュール２０は文字表示に適しているので文字表示モジュールと呼ぶ。
画像表示モジュール１０および文字表示モジュール２０には、各々伝送手段であるフレキシブルプリント基板１５０，１５１を介し、表示データや表示のための制御信号などが伝送される。

画像表示モジュール１０は、例えばＳＴＮ液晶を用いたＴＦＴ方式の液晶表示モジュールであり、公知のように液晶１１を封入した２枚のガラス基板１２と、基板１２を挟んで配置される２枚の偏光板１３と、光源１４１を含むバックライト部１４と、不図示のカラーフィルタなどから成る。ガラス基板１２の内側に設けた透明電極（不図示）は、液晶を実質的にマトリクス状に分割し、分割された画素ごとに任意の電圧を印加できるよう配線され、これにより光の透過率を画素ごとに任意に設定できる。

バックライト部１４からの光は、透過状態にある画素を透過して上方に射出され、これにより表示が視認される。この表示方式は、透過率、換言すれば光の射出量を画素ごとに任意に制御できるため、豊かな階調表現が可能であり、しかもカラーフィルタを用いているので、写真画像や動画のフルカラー表示に適している。なお、ＴＦＴ方式に限定されるものではない。

一方、文字表示モジュール２０は、２枚のガラス基板２２にコレステリック液晶２１を封入して成る。不図示の透明電極は、マトリクス状に分割された画素ごとに電圧を印加できるよう配線され、これにより各画素は透過状態と反射状態とに切換可能とされる。この表示モジュール２０は外光を利用して表示を行うもので、反射領域に導かれた外光は拡散反射される。コレステリック液晶の場合、特定の波長の光が反射されるので、その反射光を例えば緑色，赤色，青色，黄色となるように構成することができる。以下では、反射光を黄色とした例を説明するが、他の色であっても構わない。また透過領域に導かれた光は、液晶層２１を透過して下方に導かれるので、下部に黒色板等の吸収層を配置することで黒っぽく見せることができる。

したがって、文字表示モジュール２０において、例えば表示したい文字部分を透過状態とし、その周囲を反射状態とすれば黄色地に黒い文字を表示させることができる。逆に文字部分を反射状態とし、その周囲を透過状態とすれば、黒字に黄色い文字を表示させることができる。この表示方式は、一般にモノクロ表示に限定され、また多くの階調表現は望めないので、写真画像や動画には向かない。しかし、背景技術でも述べたように、コレステリック液晶はメモリ性を有しているので、電源を切っても表示状態を維持でき、大幅な省電力に寄与する。

文字表示モジュール２０は、下側のガラス基板２２が画像表示モジュール１０の上側の偏光板１３に略密着するように重ね合わされ、各々のモジュール１０，２０の表示画面が完全に重なって１つの画面１００ａを構成する。

図４は表示装置１００の制御ブロック図を示し、以下に示す各構成要素はバッテリＢＴから給電を受ける。画像表示モジュール１０は、ＣＰＵ３１からの指示に応じて駆動回路３２により駆動制御される。駆動回路３２は、透明電極を介して液晶を駆動する液晶駆動回路３２ａと、バックライト部１４を制御するバックライト制御部３２ｂとを含む。一方、文字表示モジュール２０は、ＣＰＵ３１からの指示に応じて液晶駆動回路３３により駆動制御される。ＣＰＵ３１にはまた、表示制御に関わる構成要素として、ハードディスクなどの画像記憶装置３４、周囲の明るさを検出する明るさセンサ３５、時計３６などが接続されるとともに、装填されたメモリカードＭＣへの読み書きが可能とされる。

以上のように構成された表示装置１００による表示例を幾つか説明する。
＜基本的な表示＞
例えば画像記憶装置３４やメモリカードＭＣ等に記録された画像を表示するには、図５に示すように画像表示モジュール１０で目的とする画像を表示し、バックライト部１４をオンとする一方、文字表示モジュール２０の全画素を透過（透明）状態とする。これにより画像表示モジュール１０から発した表示光は、透過状態にある文字表示モジュール２０を透過して視認される。したがって、画像表示モジュール１０を単体で用いたときと同等の表示が実現される。ここで、文字表示モジュール２０の全画素を透過状態した後は、文字表示モジュール２０への通電を断ってもその状態が維持されるので、継続して電力消費を伴うのは画像表示モジュール１０のみである。

一方、文字表示を行う場合には、図６に示すように文字表示モジュール２０で表示したい文字部分を透過状態、その周囲を反射状態とするとともに、画像表示モジュール１０は、液晶部およびバックライト部ともに電源オフとする。電源オフにより画像表示モジュール１０の全画素は非射出状態、つまり黒色化するため、文字表示モジュール２０の透過部分（文字部）を透過した光がその黒色化部分で吸収され、その部分を黒く表示することができる。つまり、電源オフ状態の画像表示モジュール１０は、文字表示モジュール２０に必要な吸収層としての役割を果たすことになり、上述した黒色板等を別途設ける必要はない。また、文字表示モジュール２０の反射部分（文字の背景部分）は、拡散反射による黄色表示となるから、黄色地に黒文字が表示される。

上記の文字表示において、文字表示モジュール２０での表示後は電源を切っても表示が継続し、また画像表示モジュール１０はもともと電源オフ状態であるから、電力消費量は極めて少なくて済む。因みに、同様の文字表示を画像表示モジュール１０にて行うことも可能であるが、この場合は表示の維持に電力を必要とするため、不経済である。

＜混在表示＞
次に、画面１００ａの一部に画像を、他の部分に文字を同時に表示することを考える。例えば、画面上半分に表示された画像に関する情報を下半分に文字表示するようなケースである。この場合は、図７に示すように、画像表示モジュール１０の上半分に画像を表示し、下半分は黒表示状態とする。一方、文字表示モジュール２０においては、上半分を透過状態とし、下半分は文字部分を透過状態、それ以外を反射状態とする。このようにすることで、画面上半分では画像表示モジュール１０による画像が文字表示モジュール２０の透過部分を通して視認でき、下半分では文字表示モジュール２０による文字表示（黄色地に黒文字）が視認できる。また、後述するように画像表示モジュールとして、有機ＥＬなどの自動発光素子を用いた場合は、画像表示モジュール１０の下半分は電源オフでよいため、画像表示モジュール単体で同様の表示を行った場合と比べで消費電力は半分で済む。なお、画像表示領域と文字表示領域の数や位置、大きさを任意に変更できることはいうまでもない。

＜文字のカラー表示＞
文字表示モジュール単体では文字のカラー表示はできないが、画像表示モジュール１０との組み合わせによりカラー表示が可能となる。例えば文字を赤色で表示したい場合、図８に示すように文字表示モジュール２０の文字部分を透過状態、他の部分を反射状態とする。画像表示モジュール１０においては、上記文字部分に相当する箇所、あるいは文字相当箇所を含む所定領域を赤色とするとともに、他は黒色表示状態とし、バックライトはオンとする。このようにすることで、文字表示モジュール１０の透過部分（文字部分）を通して画像表示モジュール１０の赤が視認できるので、黄色地に赤の文字が表示されることになる。赤に限らず任意の色の文字を表示でき、表示項目ごと、あるいは文字ごとに色を変えることも容易である。

＜表示モジュールの選択＞
ここで、表示を行うにあたって図５〜図７のいずれの表示形態をとるかを、表示すべきコンテンツに応じてＣＰＵ３１が自動選択できるようにすることが望ましい。例えば画像や動画、アニメーション等のカラー表示である場合、ＣＰＵ３１は自動的に図５の表示形態、つまり画像表示モジュール１０を選択する。一方、テキストや簡単な絵柄の表示であれば自動的に図６の表示形態、つまり文字表示モジュール２０を選択する。また画像とテキストの混在表示である場合には、図７の表示形態を選択する。これによれば、ユーザが表示形態の選択に気を配る必要がなく、使い勝手がよい。なお、ユーザの操作によって表示形態を選択できるようにしてもよい。

また、文字表示の場合は、省電力の観点から文字表示モジュール２０が適していることは上述した通りであるが、文字表示モジュール２０は外光を利用して表示を行う性質上、周囲が暗いと表示が見づらく、暗闇では表示が確認できない。そこでＣＰＵ１３は、表示に際して上記明るさセンサ３５の出力を読み込み、周囲が所定の明るさ以上であれば文字表示モジュール２０で（図６の表示形態で）文字表示を行うが、所定の明るさ未満の場合には、同様の文字表示を画像表示モジュール１０で（図５の表示形態で）行う。画像表示モジュール１０であれば、バックライトを使用しているため暗夜でも明確に表示を確認できる。

明るさの検出に代えて、時計３６から時刻を読み取り、所定の時間帯（明るい時間帯）であれば文字表示モジュール２０で文字表示を行い、それ以外の時間帯では同様の文字表示を画像表示モジュール１０で行うようにしてもよい。

また、画像表示モジュール１０による同一コンテンツの表示時間が所定時間に達したら、自動的に同表示を文字表示モジュール２０にて行うようにすることで、電力節約が図れる。この場合、表示コンテンツが画像等だと文字表示モジュール２０では見づらくなるおそれがあるが、表示内容は確認できる場合が多い。必要に応じて操作により画像表示モジュール１０への表示に戻せるようすることが望ましい。

さらに、いわゆるバッテリチェック機能を利用し、バッテリ残量が所定値以上であれば画像表示モジュール１０で表示を行い、所定値未満になると文字表示モジュール２０に切換えるようにしてもよい。これによりバッテリの長寿命化が図れる。

このように本実施形態の表示装置１００は、１画面で画像表示と文字表示とを異なる表示モジュールで行う構成であるため、多彩な表示が可能でありながら、電力消費量を最小限に抑えることが可能となる。したがって、例えば携帯電話機のように多種多様な表示を行う機器に採用することで利便性が高まり、更に携帯電話機を電子ブックとして使用することも可能となる。また、また電子ブックに本表示装置１００を採用した場合には、主として文字表示用として使用するが、必要に応じて解説図等を表示したり、あるいは図７のような表示形態を用いることで、絵本の表示も可能となる。

図１１は他の実施形態における表示装置を示し、これは、画像表示モジュールとして、前述の液晶モジュールに代えて有機ＥＬモジュール５０を用いたものである。有機ＥＬモジュールは、公知のように駆動基板５１と、基板５１上にマトリクス状にパターン配列された複数の有機ＥＬ素子から成る発光層５２と、発光層５２を覆うガラス板５３と、不図示のカラーフィルタなどから構成される。例えば、表示データ等は伝送手段であるフレキシブルプリント基板１５２によって伝送される。素子自体が発光するためバックライトは不要であり、液晶モジュールと比べて薄型化が図れる。この場合も素子ごとに発光量を制御することで光の射出量を画素ごとに制御でき、またカラーフィルタが設けられているため、液晶モジュールと同様に画像や動画のフルカラー表示に適している。また画素を非発光とすれば黒色化するため、文字表示モジュール２０の透過領域を透過した光を吸収し、その領域を黒く見せることができる。したがって、先の実施形態と同様の使い方が可能である。なお、無機ＥＬ素子を用いたものでもよい。

図１２は、１枚のガラス基板を画像表示モジュールと文字表示モジュールとで兼用した実施形態を示している。すなわち、図のガラス基板６１は、画像表示モジュール（液晶モジュール）の上側のガラス基板と、文字表示モジュールの下側のガラス基板とを兼用している。ガラス基板６１の下面側には画像表示モジュール用の透明電極が、上面側には文字表示モジュール用の透明電極がそれぞれ形成される。この場合、画像表示モジュールの上側の偏光板１３は、文字表示モジュールの上面に配置される。さらに図１３は、画像表示モジュール（有機ＥＬモジュール）の上側のガラス基板と、文字表示モジュールの下側のガラス基板とを１枚のガラス基板６２で兼用した例を示している。
このようにガラス基板を２つの表示モジュールで兼用することで、先の実施形態と同様の作用効果を奏しつつ、ガラス基板が１枚少なくて済み、部品点数の低減および薄型化が図れる。

なお以上では、文字表示モジュールの表示素子としてコレステリック液晶を用いた例を示したが、ＰＮ（ポリマーネットワーク）液晶を用いてもよい。ＰＮ液晶も画素ごとに透過状態／反射状態を設定して表示を行うものであるから、上述と同様の使い方ができる。ただし、メモリ性がないため表示の維持には通電し続ける必要があるが、発光を伴わないため消費電力はごく少なくて済み、画像表示モジュールで全ての表示を賄う場合と比べて省電力に寄与する。また、上述の如くコレステリック液晶では反射光が黄色や赤色などになるのに対し、ＰＮ液晶では反射光が白色光となるため、白地に黒文字あるいは黒字に白文字といった見易い表示が可能となる。

本発明の一実施形態における表示装置の平面図。 上記表示装置の断面図。 図２の部分拡大図。 表示装置の制御ブロック図。 画像を表示するときの表示形態を示す図。 文字を表示するときの表示形態を示す図。 画像と文字とを同時表示するときの表示形態を示す図。 色つき文字を表示するときの表示形態を示す図。 本発明に係る表示装置をＰＤＡに設けた例を示す図。 本発明に係る表示装置を携帯電話機に設けた例を示す図。 表示装置の他の実施形態を示す断面図。 表示装置の更に他の実施形態を示す断面図。 表示装置の更に他の実施形態を示す断面図。

符号の説明

１０ 画像表示モジュール（液晶モジュール）
１１ 液晶層
１２ ガラス基板
１３ 偏光板
１４ バックライト部
２０ 文字表示モジュール
２１ 液晶層
２２ ガラス基板
３１ ＣＰＵ
３２ 駆動回路
３２ａ，３３ 液晶駆動回路
３２ｂ バックライト制御部
５０ 画像表示モジュール（有機ＥＬモジュール）
５１ 基板５１
５２ 発光層
５３ ガラス板
６１，６２ ガラス基板
１００ 表示装置
１４１ 光源
１５０，１５１，１５２ フレキシブルプリント基板
１００ａ 表示画面
２００ ＰＤＡ
３００ 携帯電話機

Claims (15)

1. 光の射出量を画素ごとに制御して発光表示を行う第１の表示部と、外光を透過する透過状態と少なくとも一部を反射する反射状態とが画素ごとに設定可能とされ、透過領域と反射領域との組み合わせで表示を行う第２の表示部とを有し、前記第２の表示部の透過領域を通して前記第１の表示部を視認し得るよう該第１の表示部に該第２の表示部を積層して成ることを特徴とする表示装置。
2. 前記第１の表示部で表示を行うときには、少なくともその表示領域に対応する前記第２の表示部の領域を前記透過領域とすることを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
3. 光の射出量を画素ごとに制御して発光表示を行う第１の表示部と、外光を透過する透過状態と少なくとも一部を反射する反射状態とが画素ごとに設定可能とされ、透過領域と反射領域との組み合わせで表示を行う第２の表示部とを有し、前記第２の表示部の透過領域を通して前記第１の表示部を視認し得るよう該第１の表示部に該第２の表示部を積層して成り、前記第２の表示部で表示を行うときは、その表示領域に対応する前記第１の表示部の全画素を非射出状態とすることを特徴とする表示装置。
4. 光の射出量を画素ごとに制御して発光表示を行う第１の表示部と、外光を透過する透過状態と少なくとも一部を反射する反射状態とが画素ごとに設定可能とされ、透過領域と反射領域との組み合わせで表示を行う第２の表示部とを有し、前記第２の表示部の透過領域を通して前記第１の表示部を視認し得るよう該第１の表示部に該第２の表示部を積層して成り、前記第２の表示部で表示を行うときは、その表示領域の前記透過領域を含む所定領域に対応する前記第１の表示部の画素を射出状態とし、当該表示領域の他の画素を非射出状態とすることを特徴とする表示装置。
5. 前記表示領域で前記第２の表示部による表示を行い、他の表示領域で前記第１の表示部による表示を同時に行うときには、前記第２の表示部の前記他の表示領域に対応する領域を透過領域とすることを特徴とする請求項３または４に記載の表示装置。
6. 条件に応じて前記第１の表示部と第２の表示部のいずれかを選択し、選択された表示部で表示を行うとともに、第１の表示部が選択された場合には、少なくともその表示領域に対応する前記第２の表示部の領域を前記透過領域とし、第２の表示部が選択された場合には、該第２の表示部の反射領域に対応する前記第１の表示部の画素を非射出状態とすることを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
7. 表示内容を検出する検出手段を有し、該検出手段の検出結果に応じて前記第１の表示部と第２の表示部のいずれかを選択することを特徴とする請求項６に記載の表示装置。
8. 周囲の明るさを検出する検出手段を有し、所定の明るさ以上であることが検出された場合には前記第２の表示部を選択し、所定の明るさ未満であることが検出された場合には前記第１の表示部を選択することを特徴とする請求項６に記載の表示装置。
9. 電源電池の残量を検出する検出手段を有し、残量が所定値以上であることが検出された場合には前記第１の表示部を選択し、所定値未満であることが検出された場合には前記第２の表示部を選択することを特徴とする請求項６に記載の表示装置。
10. 前記第１の表示部は、表示素子として液晶素子を有し、バックライトを用いて発光表示を行うことを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載の表示装置。
11. 前記第１の表示部は、表示素子としてエレクトロルミネッセンス素子を有することを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載の表示装置。
12. 前記第１の表示部は、カラー表示が可能であることを特徴とする請求項１〜１１のいずれかに記載の表示装置。
13. 前記第２の表示部は、電源オフ状態で表示状態を維持することが可能な表示素子を有することを特徴とする請求項１〜１２のいずれかに記載の表示装置。
14. 前記表示素子はコレステリック液晶素子であることを特徴とする請求項１３に記載の表示装置。
15. 前記第２の表示部は、表示素子としてポリマーネットワーク液晶を有することを特徴とする請求項１〜１２のいずれかに記載の表示装置。

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