JP2008268889A - 液晶装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】簡単な構成で表示及びデータ入力を可能とした液晶装置を提供することを目的とする。
【解決手段】第1及び第2基板(11、16)間に挟持された液晶層(17)と、第1又は第2基板の一方の基板の液晶層側に、対向電極を有さない静電容量センサ用電極(121、122、123)と液晶を駆動するためのセグメント電極(101、102、103)を有することを特徴とする液晶装置(10)。
【選択図】図2
【解決手段】第1及び第2基板(11、16)間に挟持された液晶層(17)と、第1又は第2基板の一方の基板の液晶層側に、対向電極を有さない静電容量センサ用電極(121、122、123)と液晶を駆動するためのセグメント電極(101、102、103)を有することを特徴とする液晶装置(10)。
【選択図】図2
Description
本発明は、液晶装置に関し、特に表示用電極及びセンサ用電極を有する液晶装置に関する。
表示用画素電極とデータ入力用電極を有する液晶表示装置が知られている(例えば、特許文献1)。このような液晶表示装置では、データ入力用のペンがデータ入力用電極に触れることによって、データ入力用電極からの信号がペンに接続されている信号ケーブルを介して座標決定処理回路等に送られ、ペンが指定した座標を決定することができるように構成されている。
しかしながら、この液晶装置はデータ入力用のペンばかりではなく信号ケーブルまで必要とすることから、携帯型の液晶表示装置としては不具合があった。
これに対し、指を使ってデータを入力するタッチセンサ一体型の液晶表示装置が知られている(例えば、特許文献2)。このような液晶表示装置では、液晶層を挟んで、第1のタッチ電極と第2のタッチ電極を対向する基板上に設け、ユーザが指で基板を押圧することによって、第1及び第2タッチ電極が接触して、押圧位置を特定するように構成されている。
一般に、液晶層の厚さを一定に保つためには液晶層内に粒状のスペーサ等を配置する場合がある。しかしながら、前述の液晶表示装置は第1及び第2タッチ電極が接触するために液晶層自体が撓むとスペーサが移動し、スペーサが適切に機能しなくなることから、柱状のスペーサを配置して液晶層自体の撓みをある程度許可しながら、液晶層の厚みを一定に保つための工夫を施さなければならないという不具合があった。
そこで、本発明では、上記問題点を解消することが可能な液晶装置を提供することを目的とする。
また、本発明では、センサ用電極を用いて、簡単な構成で表示及びデータ入力を可能とした液晶装置を提供することを目的とする。
上記課題を解決するために、本発明に係る液晶装置は、第1及び第2基板間に挟持された液晶層と、第1又は第2基板の一方の基板の前記液晶層側に、対向電極を有さない静電容量センサ用電極と液晶を駆動するためのセグメント電極とを有することを特徴とする。
また、本発明に係る液晶装置では、静電容量センサ用電極は、セグメント電極の周囲に配置されていることが好ましい。
さらに、本発明に係る液晶装置では、対向電極はフローティング状態に維持されていることが好ましい。
さらに、本発明に係る液晶装置では、静電容量センサ用電極及び前記セグメント電極が、第1及び第2基板の視認側に配置された一方の基板上に配置されていることが好ましい。
さらに、本発明に係る液晶装置では、セグメント電極及び静電容量センサ用電極は、液晶装置のタッチ領域に配置されていることが好ましい。
さらに、本発明に係る液晶装置では、静電容量センサ用電極の面積が前記セグメント電極の面積より大きくなるように構成されていることが好ましい。
さらに、本発明に係る液晶装置では、静電容量センサ用電極と接続された誤検知防止用の配線を更に含むことが好ましい。
さらに、本発明に係る液晶装置では、複数の静電容量センサ用電極及び複数の静電容量センサ用電極と接続された複数の配線を有し、複数の配線は、隣り合わせに配置されていることが好ましい。
さらに、本発明に係る液晶装置では、セグメント電極は、パッシブ駆動用の電極であることが好ましい。
さらに、本発明に係る液晶装置では、第1又は第2基板は、可撓性基板であることが好ましい。
さらに、本発明に係る液晶装置では、静電容量センサ用電極のための電圧は、液晶層に印加される電圧より小さくなるように設定されていることが好ましい。
本発明によれば、表示用電極とともに透明電極パターンからなり、液晶層自体を大きく撓ませる必要のないセンサ用電極を利用しているので、簡単な構成で、表示とデータ入力を行うことが可能となった。
以下図面を参照して、本発明に係る液晶装置について説明する。但し、本発明の技術的範囲はそれらの実施の形態に限定されず、特許請求の範囲に記載された発明とその均等物に及ぶ点に留意されたい。
図1は、本発明に係る液晶装置10の概略断面図である。
液晶装置10は、第1透明基板11、第2透明基板16、シール部材19、第1及び第2透明基板間11及び16の間隔を保持するために複数配置されたスペーサ18、第1及び第2透明基板11及び16とシール部材19間に封入された液晶層17等を有している。なお、第1透明基板11は、視認側に配置されており、したがって、ユーザが第1透明基板11の図中の上側から液晶装置10を観察することとなる。
また、第1透明基板11上には第1透明電極パターン12及び第1配向膜13が形成され、第2透明基板16上には第2透明電極パターン15及び第2配向膜14が形成されている。なお、説明のために、縮尺が実際と異なる場合がある点に留意されたい。
液晶層17には、一般的に用いられているTN(ツイステッドネマティック)液晶等が用いられる。
第1及び第2透明基板11及び16は、可撓性であって、厚さ100μmのポリカーボネイト樹脂によって形成されている。しかしながら、第1及び第2透明基板11及び16は、これに限定されるものではなく、変性アクリル樹脂、ポリメタクリル樹脂、ポリエーテルサルフォン樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂、ノルボルテン樹脂、ガラス等であっても良く、また厚さも50μm〜250μmとすることができる。
第1及び第2透明電極パターン12及び15は、第1及び第2透明基板11及び16上に、それぞれスパッタリング法によって厚さ約0.03μmのITOから構成された透明導電膜を蒸着し、その後エッチングによって不要な部分を除去することによってパターン化されている。また、液晶装置10では、第1及び第2透明電極パターン12及び15間に所定の交番電圧が印加されることによって、液晶層17は透過モードと非透過モードに切換わるように構成されている。
図2は、透明電極パターンの一例を示す図である。
図2(a)は、第1透明電極パターン12の一例を示している。図2(a)の例では、第1透明電極パターン12は、「A」の文字型をした第1セグメント電極101、「B」の文字型をした第2セグメント電極102、「C」の文字型をした第3セグメント電極103、第1セグメント電極への配線111、第2セグメント電極への配線112、第3セグメント電極への配線113、第1センサ電極121、第2センサ電極122、第3センサ電極123、第1センサ電極への配線131、第2センサ電極への配線132、及び第3センサ電極への配線133等を有している。
セグメント電極とは、表示したい形状、例えば、文字、数字、キャラクタ、それらの一部等の形状を有する電極を言う。
また、第1センサ電極121は、第1セグメント電極101の近傍であってその周囲を取り囲むように配置され、第1セグメント電極の面積より大きな面積を有するように構成されている。同様に、第2センサ電極122は、第2セグメント電極102の近傍であってその周囲を取り囲むように配置され、第2セグメント電極の面積より大きな面積を有するように構成されている。さらに、第3センサ電極123は、第3セグメント電極103の近傍であってその周囲を取り囲むように配置され、第3セグメント電極の面積より大きな面積を有するように構成されている。
図2(b)は、第2透明電極パターン15の一例を示している。図2(b)の例では、第2透明電極パターン15は、第1セグメント電極101に対向した位置に配置された第1対向電極201、第2セグメント電極102に対向した位置に配置された第2対向電極202、第3セグメント電極103に対向した位置に配置された第3対向電極203、及び各対向電極を接続する配線210等を有している。第1対向電極201、第2対向電極202、第3対向電極203及び配線210には全て同一電位が印加され、コモン電極として機能している。
図3は、図2に示すセンサ用電極に指が触れた場合の静電容量を示す図である。
図3に示すように、例えば、第1センサ電極121が配置された部分において、第1透明基板11上にユーザの指1が置かれると、第1センサ電極121と指の間の静電容量と指を介した人体の静電容量の総和Chが発生する。以下に説明する検知回路では、この静電容量Chを検知することによって、どのセンサ電極へ入力指示がなされたのかを判別することとなる。
図2及び図3に示したように、液晶装置10では、センサ電極は、視認側の第1透明基板11上の第1透明電極パターン12に含まれている。これは、視認側からユーザの指が液晶表示装置10に接触することから、視認側の第1透明基板上にセンサ電極を設けた方が、より検出感度が高くなるからである。
また、図2及び図3に示したように、液晶装置10では、センサ電極に対向した対向電極は、第2透明電極パターン15には設けられていない。それは、図3において説明したように、グランドレベルと接続しているとみなされるユーザの指1とセンサ電極との間に発生する静電容量Chの変化率を大きくし、判別を容易にすることができるからである。逆に、センサ電極に対向した対向電極(グランドレベルと接続する)を第2透明電極パターン15上に設けた場合、液晶層17の厚さが10μm程度と薄いので、センサ電極と対向電極間に、大きくその値が変化しない静電容量が発生する。この静電容量に対して、ユーザの指1とセンサ電極との間に発生する静電容量Chが小さすぎ、その検出感度が低下する。なお、対向電極をフローティングとすれば、対向電極を介したセンサ電極−グランド間の容量が小さくなるので、静電容量Chは相対的に大きくなり、検出しやすくなる。
図4は、図2及び図3に対応した検知回路の概略構成を示す図である。
検知回路20は、電源電圧VDD、第1センサ電極121、第1センサ電極121と指1との間に発生する静電容量Ch、静電容量Chと並列に配置された固定静電容量Cs、定電流源21、スイッチSW22、比較回路23、PWMユニット24、タイマユニット25、タイマユニット用の発振器26、及びCPU等を含んで構成される制御部27等から構成されている。検知回路20は、静電容量結合方式による容量変化によって、第1センサ電極121上に指が置かれたか否かを検出する。
第1センサ電極121に対応する第1基板11上にユーザの指が置かれない場合には、定電流源21で充電する静電容量は固定静電容量Csのみであるが、ユーザの指が置かれた場合には、前述した静電容量Chが存在することとなり、定電流源21で充電する静電容量は、Cs+Chとなる。
初期状態は、SW22はOFFしており、固定静電容量Csの端子電圧はOVであって、比較回路23の出力はLOWであるものとする。すると、定電流源21によって固定静電容量Cs(又はCs+Ch)が充電されて、Csの端子電圧Viが上昇する。端子電圧Viは基準電圧Vrefと比較回路23において常時比較されており、端子電圧Viが基準電圧Vref以上となると、比較回路23の出力はHIGHへ切り替る。比較回路23の出力がHIGHとなることによって、SW22がONされるので、固定静電容量Cs(又はCs+Ch)に充電された電荷はSW22を介して放電し、固定静電容量Csの端子電圧Viは0Vに復帰する。したがって、比較回路23の出力はLOWに戻ることとなる。即ち、比較回路23は所定のタイミングで、LOWとHIGHの出力を繰り返し行うこととなる。
PWMユニット24は、比較回路23の出力がLOWからHIGHに変化するまでの間隔に対応したパルス幅を有する信号を出力する。タイマユニット25は、発振器26からの発振パルスに基づいて、PWMユニット24が出力する信号のパルス幅に対応したパルス数を計測して、計測結果を制御部27へ出力する。制御部27では、計測結果に基づいて、第1センサ電極121に対応する第1基板11上にユーザの指が配置されたか否かの判断を行う。
図5は、固定静電容量Csの端子電圧Viの一例を示す図である。
図5(a)はユーザの指が置かれ、合計の静電容量がCs+Chである場合を示し、図5(b)はユーザの指が置かれず、合計の静電容量がCsのみ場合を示している。図5(a)及び(b)において、縦軸はCsの端子電圧Viを示し、横軸は時間Tを示している。
図に示すように、ユーザの指が置かれた場合には、合計の静電容量が大きいため、比較回路23の出力がLOWからHIGHへ切り替わる期間T1が、ユーザの指が置かれなかった場合の期間T2より長くなる。したがって、制御部27は、タイマユニット25からの計測結果に基づいて、ユーザの指がセンサ電極上に置かれたか否かを判別することが可能となる。また、基準電圧Vrefを液晶17のVthよりも小さく設定することで、センサ電極の充電電圧で液晶17を電気変化させることがないため、表示への悪影響を軽減できる。
図4では、第1センサ電極121上に指が配置されたか否かの検知を行うための検知回路20の一例を示しているが、実際には全てのセンサ電極に対して同様の検知回路が装備されているものとする。また、図4に示す検知回路20は一例であって、他の回路構成を採用することも可能である。
上述したように、液晶装置10では、例えば、所望のセグメント電極とコモン電極間に所定の交番電圧を印加して、電極間の液晶層の透過・非透過を制御することによってセグメントの表示を行い(パッシブ駆動)、セグメントが表示されている箇所のいずれかにユーザの指がタッチした場合には、図4に示す検知回路によってユーザによる入力位置の特定を行うことが可能となった。このように、液晶装置10では、液晶表示用の透明電極パターンに表示用電極とセンサ用電極を組み込むことによって、表示と入力位置の特定を簡単な構成で実現することが可能となった。
図6は、透明電極パターンの他の例を示す図である。
図6(a)は図2(a)と同じ第1透明電極パターン12の一例を示し、図6(b)は他の第1透明電極パターン12´の一例を示している。図6(b)に示す他の第1透明電極パターン12´は、液晶装置10の第1透明電極パターン12の代わりに用いることができる。なお、図6(a)及び(b)において、図2と同じ構成には同じ番号を付している。
図6(a)において、点線60で示した箇所をユーザがタッチした場合には、第2センサ電極122によってユーザの入力位置が例えば図4に示すような検知回路によって判別することができる。しかしながら、図中に点線61として示した箇所にユーザがタッチした場合にも、配線132と指の間の静電容量が発生し、誤って、検知回路が第2センサ電極122にユーザがタッチしたと検知してしまう可能性がある。
そこで、図6(b)に示す他の第1透明電極パターン12´の例では、各センサ電極への配線を隣り合うように接近させ(例えば、その近傍を通常の大きさの指がタッチした場合には必ず複数の配線に跨ってしまう位に接近させ)ている。即ち、第1センサ電極121への配線141と第2センサ電極122への第1配線142−1と隣り合うように近接させ、第3センサ電極123への配線143と第2センサ電極122への第2配線142−2と隣り合うように近接させた。したがって、点線62及び点線63で示した箇所をたとえ指でタッチしてしまっても、必ず複数の配線に対応する箇所に同時に触れてしまうように構成した。なお、第2センサ電極122への配線は1本あれば良いので、第2配線142−2は(誤検知防止用の)、ダミーの配線ということができる。
このように各センサ電極への配線を構成した上で、検知回路において、同時に複数のセンサ用電極が入力位置となったことが検知された場合には、そのような入力位置の検知を誤入力としてキャンセルするように、制御部27において制御することができる。このように制御することによって、図6(a)の点線61で示すような誤入力を防止することが可能となる。
図7は、透明電極パターンの更に他の例を示す図である。本例では、押圧により液晶層の厚さが変化する場合に有効である。
図7(a)は図2(a)と同じ第1透明電極パターン12の一例を示し、図7(b)は他の第2透明電極パターン15´の一例を示している。図7(b)に示す他の第2透明電極パターン15´は、液晶装置10の第2透明電極パターン15の代わりに用いることができる。なお、図7(a)及び(b)において、図2と同じ構成には同じ番号を付している。
図7(b)において、第1セグメント電極101に対向した位置に配置された第1対向電極201、第2セグメント電極102に対向した位置に配置された第2対向電極202、第3セグメント電極103に対向した位置に配置された第3対向電極203、及び各対向電極を接続する配線211を有している。第1対向電極201、第2対向電極202、第3対向電極203及び配線211には全て同一電位が印加され、コモン電極として機能している。
また、第1センサ電極121に対向した位置に配置された第1センサ対向電極221、第2センサ電極122に対向した位置に配置された第2センサ対向電極222、第3センサ電極123に対向した位置に配置された第3センサ対向電極223、第1センサ対向電極221への配線231、第2センサ対向電極222への配線232、及び第3センサ対向電極223への配線233等を有している。
図8は、図7に示すセンサ用電極と指との間の静電容量を示す図である。
図8(a)はセンサ用電極上に指が置かれていない場合を示し、図8(b)はセンサ用電極上に指が置かれた状態を示している。
図8(a)に示すように、例えば、第1センサ電極121が配置された部分において、第1透明基板11上にユーザの指1が置かれていない状態では、第1センサ電極121と指を介した人体の静電容量の直列容量の総和Chが発生しない。しかしながら、図8(b)に示すように、第1センサ電極121上に指が置かれると、図3と同様に、第1センサ電極121と指の間に静電容量Chが発生する。
また、図7(b)に示した他の第2透明電極パターン15´を用いることにより、第1センサ電極121と第1センサ対向電極221との間にも静電容量CLが存在することとなる。さらに、図8(b)に示すように、センサ電極上に指が置かれると、第1透明基板11は薄いプラスチックで構成されていることから、第1及び第2透明基板11及び16の間隔は微小幅分だけ短くなる。したがって、第1センサ電極121と第1センサ対向電極221との間の静電容量もCL´に変化する。ここで、静電容量は電極間の距離に反比例することから、CL´>CLとなる。
図8(b)に示すように、第1センサ電極121と第1センサ対向電極221との間の静電容量を利用する場合には、第1透明基板11及び第2透明基板16の何れか又は両方が可撓性を有している必要がある。第1と第2の透明基板11,16は薄いガラスでも良いが、プラスチックの方が可撓性が大きいので好ましい。
図9は、図7及び図8に対応した検知回路の概略構成を示す図である。
図9において、図4と同じ構成には同じ番号を付している。図9に示す検知回路20´と、図4に示す検知回路20との異なる点は、センサ用電極上に指が置かれた場合に、定電流源21が充電する合計の静電容量は、Cs+CL´+Chであり、センサ用電極上に指が置かれない場合に、定電流源21が充電する合計の静電容量は、Cs+CLである点のみである。
図4に示す検知回路20では、センサ用電極上に指が置かれた場合に、定電流源21が充電する合計の静電容量は、Cs+Chであり、センサ用電極上に指が置かれない場合に、定電流源21が充電する合計の静電容量は、Csであるので、その差はCh(10pF程度)のみとなる。これに対して、図9に示す検知回路20´では、センサ用電極上に指が置かれた場合と置かれない場合の差は、Ch+(CL´−CL)となり、その差が拡大するので、さらに検知が容易となる。
図10は、透明電極パターンの更に他の例を示す図である。
図10(a)は図2(a)及び図7(a)と同じ第1透明電極パターン12の一例を示し、図10(b)は他の第2透明電極パターン15´´の一例を示している。図10(b)に示す他の第2透明電極パターン15´´は、液晶装置10の第2透明電極パターン15の代わりに用いることができる。なお、図10(a)及び(b)において、図7と同じ構成には同じ番号を付している。
図10(b)と図7(b)との差異は、図10(b)において、第1センサ対向電極221への配線231、第2センサ対向電極222への配線232、及び第3センサ対向電極223への配線233等を設けず、第1センサ対向電極221、第2センサ対向電極222及び第3センサ対向電極223の電位をフローティング状態にするように構成した点である。
図10(b)において、対向電極221、222及び223は見栄え調整に用いられている。例えば、第2の透明基板16から第1の透明基板11に向かって光が透過する場合、セグメント部、センサ部とも、透明電極層15、液晶層17、透明電極層12を通過する。一方、図2の例では、センサ部では透明電極層15がないので、セグメント部とセンサ部で見栄えが異なってしまう。対向電極221、222及び223が視認側にあるときは、さらに見栄えの改善が大きくなる。
また、図10(b)において、対向電極221、222及び223をフローティング状態にするように構成したことにより、図7に比べて、CLの変化量は減るが、電極の配線が不要になり、デザインの自由度が向上する。さらに、図2に比べてCLの変化量が検出感度に寄与する。
図11は、透明電極パターンの更に他の例を示す図である。
図11(a)及び図11(b)は、図2(a)及び図2(b)と同じ構成の第1透明電極パターン300と第2透明電極パターン400を示しているが、特に携帯電話の入力キーに特化したセグメント電極を備えた例である。
図11(a)の例では、第1透明電極パターン300は、数字の「1」〜「0」、「*」及び「#」の型をしたセグメント電極301〜312、各セグメント電極301〜312への配線321〜332、センサ電極341〜352、各センサ電極への配線361〜372を有している。
各センサ電極341〜352は、各セグメント電極301〜312の近傍であって、ユーザの指1が押圧される領域であるタッチ領域381〜392の内側に、各セグメント電極301〜312の周囲を取り囲むように配置されている。また、図2(a)に示すセンサ電極121〜123と同様に、各センサ電極341〜352の面積は、対応する各セグメント電極の面積より大きくなるように設定されている。
図11(b)の例では、第2透明電極パターン400は、各セグメント電極301〜312に対向する位置にそれぞれ配置された対向電極401〜412、対向電極401〜412への配線421〜424を有している。対向電極401〜412及び配線421〜424には、全て同一電位が印加され、コモン電極として機能している。また、対向配線421〜432は、セグメント配線321〜332と重ならないように配線されている。
このように、図11(a)に示す第1透明電極パターン300は図2(a)に示す第1透明電極パターン12に代わり、図11(b)に示す第2透明電極パターン400は図2(b)に示す第2透明電極パターン15に代わって、液晶装置10に用いることができる。また、図11に示した例は、図2に示した例とセグメント電極及びセンサ電極の形状及び数を異ならせただけであるので、図3〜図5に示したものと同じ検知回路及び検知方式によって、どのセグメントが指し示されたかを判別することができ、同様の機能を果たす。
10 液晶装置
11 第1透明基板
12、300 第1透明電極パターン
15、15´、15´´、400 第2透明電極パターン
16 第2透明基板
20、20´ 検知回路
101、102、103、301〜312 セグメント用電極
121、122、123、341〜352 センサ用電極
131、132、133、141、142−1、142−2、143、321〜332 セグメント用電極への配線
201、202、203 対向電極
221、222、223 センサ対向電極
11 第1透明基板
12、300 第1透明電極パターン
15、15´、15´´、400 第2透明電極パターン
16 第2透明基板
20、20´ 検知回路
101、102、103、301〜312 セグメント用電極
121、122、123、341〜352 センサ用電極
131、132、133、141、142−1、142−2、143、321〜332 セグメント用電極への配線
201、202、203 対向電極
221、222、223 センサ対向電極
Claims (11)
- 液晶装置において、
第1及び第2基板間に挟持された液晶層と、
前記第1又は第2基板の一方の基板の前記液晶層側に、対向電極を有さない静電容量センサ用電極と液晶を駆動するためのセグメント電極と、
を有することを特徴とする液晶装置。 - 前記静電容量センサ用電極は、前記セグメント電極の周囲に配置されている、請求項1に記載の液晶装置。
- 前記対向電極はフローティング状態に維持されている、請求項1または2に記載の液晶装置。
- 前記静電容量センサ用電極及び前記セグメント電極が、前記第1及び第2基板の視認側に配置された一方の基板上に配置されている、請求項1〜3の何れか一項に記載の液晶装置。
- 前記セグメント電極及び前記静電容量センサ用電極は、液晶装置のタッチ領域に配置されている、請求項1〜4の何れか一項に記載の液晶装置。
- 前記静電容量センサ用電極の面積が前記セグメント電極の面積より大きくなるように構成されている、請求項1〜5の何れか一項に記載の液晶装置。
- 前記静電容量センサ用電極と接続された誤検知防止用の配線を更に含む、請求項1〜6の何れか一項に記載の液晶装置。
- 複数の静電容量センサ用電極及び前記複数の静電容量センサ用電極と接続された複数の配線を有し、前記複数の配線は、隣り合わせに配置されている、請求項1〜7の何れか一項に記載の液晶装置。
- 前記セグメント電極は、パッシブ駆動用の電極である、請求項1〜8の何れか一項に記載の液晶装置。
- 前記第1又は第2基板は、可撓性基板である、請求項1〜9の何れか一項に記載の液晶装置。
- 前記静電容量センサ用電極のための電圧は、前記液晶層に印加される電圧より小さくなるように設定されている、請求項1〜10の何れか一項に記載の液晶装置。
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-
2008
- 2008-02-22 JP JP2008041946A patent/JP2008268889A/ja active Pending
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