JP2011134468A - 有機ｅｌパネルの定電力駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】定格入力の異なる有機ＥＬ照明パネルのそれぞれ対応して、各有機ＥＬパネルの定格入力に応じた定電力駆動がなされる定電力駆動装置を提供すること。
【解決手段】電源回路１２からの直流駆動電流を受けて、有機ＥＬパネル１に加える直流電力を定電力制御する定電力出力部１３と、前記定電力出力部から出力されて、前記有機ＥＬパネルに加わる直流電圧値ｖを検出する電圧検出部１５と、前記定電力出力部から前記有機ＥＬパネルに供給される直流電流値ｉを検出する電流検出部１６と、前記電圧検出部および前記電流検出部からの各検出出力ｖ，ｉ、ならびに前記有機ＥＬパネルに加える定電力量を指示する電力設定情報ｐをそれぞれ受けて、前記定電力出力部に与える制御信号ｃを生成するマイコン制御部１４とが具備される。
【選択図】図１

Description

この発明は、有機ＥＬ（Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）パネルを定電力により発光駆動させる定電力駆動装置に関する。

従来より点光源である白熱電球や、線光源である蛍光灯等が照明用の光源として多用されている。前者の白熱電球は歴史が古く、長期にわたって利用されているが、エネルギー効率（発光効率）が低く、寿命が短いなどの諸問題を抱えており、近年において注目されている温室効果ガスの排出削減などの理由から一部のメーカーにおいては製造中止の動きがでている。

また、後者の蛍光灯は、前者の白熱電球に比べて発光効率および演色性などにおいて改善はされているものの、廃棄時における水銀の処理等で、やはり環境問題において負担が大きい。

そこで、昨今においては、面発光光源としての有機ＥＬ素子が注目されている。この有機ＥＬ素子は直流の低電圧で駆動されることで高い発光効率を有し、軽量かつ薄型化が可能であることから、一部の携帯型機器などにおけるフラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ）に利用されており、また同素子を例えば液晶表示素子のバックライトとして利用する形態のものも提供されている。

また、有機ＥＬ素子は発光層に用いる素材の選択により、種々の発光色を得ることができ、したがって各発光色を単独で、または二種以上の発光色を組み合わせることにより、白色もしくはこれに近い発光色を得ることも可能となる。それ故、有機ＥＬ素子を面発光光源（発光パネル）として構成することで、例えば装飾用の光源や、室内等を照明する高効率な面光源として利用することができる。

この場合、より発光輝度を高めると共に演色性を改善する手段として、いわゆるマルチフォトン素子が提案されている。このマルチフォトン素子は、陽極電極と陰極電極との間に複数の有機発光素子層を積層すると共に、隣り合う有機発光素子層の間に、中間導電層を設け、等価的に直列に接続された構成になされる。このようなマルチフォトン素子については、次に示す先行技術文献に開示されている。

特開平１１−３２９７４８号公報 特開２００３−４５６７６号公報 特開２００３−２７２８６０号公報

図６および図７は、前記したマルチフォトン素子を照明用光源に応用した例を模式的な断面図で示したものである。まず図６に示す有機ＥＬパネル１は、２層の有機発光素子層によりマルチフォトン素子が形成されると共に、マルチフォトン素子が５つ直列接続された構成にされており、これは２段５直のマルチフォトン構成とも称呼されている。

すなわち、図６における符号２は、例えばガラス等の透明素材により形成された基板を示しており、この基板２上には、５つの領域に分けて透明電極（陽極電極）３が互いに分離された状態に形成されている。また、それぞれの透明電極３上には、順に有機発光素子層４ａ、中間導電層５、有機発光素子層４ｂ、対向電極（陰極電極）６が積層形成されており、これにより２段のマルチフォトン素子が形成されている。

さらに、前記対向電極６と、隣接する素子を構成する透明電極３との間には、導電体７がそれぞれ形成されて、素子が直列に接続されており、これにより前記した２段５直のマルチフォトン素子が構成されている。そして、導電体７により直列接続された素子の一端部における透明電極３と他端部における対向電極６との間に、直流電源Ｅが接続されることで、各素子の発光層４ａ，４ｂが発光し、その光は透明基板１を介して導出される。

一方、図７に示す有機ＥＬパネル１は、５層の有機発光素子層によりマルチフォトン素子が構成されており、これは５段マルチフォトン構成とも称呼されている。すなわち、符号２で示す透明基板上には透明電極（陽極電極）３が形成されており、この透明電極上には、有機発光素子層４ａ〜４ｅが、中間導電層５ａ〜５ｄを介して順次積層され、最上の有機発光素子層４ｅ上には、対向電極６が積層されている。

そして、透明電極３と対向電極６との間に、直流電源Ｅが接続されることで、各発光層４ａ〜４ｅがそれぞれ発光し、その光は透明基板１を介して導出される。

本件出願人の試作による前記したマルチフォトン構成の有機ＥＬパネルにおいては、図６および図７に示す構成における縦横の発光面の寸法は、それぞれ１４０ｍｍの正方形になされている。そして、図６に示す２段５直の構成においては、定格入力が３３Ｖ／０．９４Ａになされ、図７に示す５段構成のものにおいては、定格入力が２１．５Ｖ／１．４５Ａになされている。

前記した例で示すように、有機ＥＬパネルは、たとえ同一の外形寸法になされていても、前記したマルチフォトン素子を用いた場合、面内の配列に応じて、定格電圧および電流がそれぞれ異なるものとなる。また同一構成の発光パネルであっても経時変化により発光効率が低下する。さらに有機ＥＬパネルは、温度依存性を有していることは周知のとおりであり、環境温度が高いほど効率が高く、低温時は低いという特性を有している。

この出願の発明は、定格電圧および電流が異なる前記した有機ＥＬパネルのそれぞれ対して、各有機ＥＬパネルに供給する出力電力を可変設定するこができる定電力駆動装置を提供しようとするものであり、また有機ＥＬパネルの温度依存性を補償することができる定電力駆動装置を提供することを課題とするものである。

前記した課題を解決するためになされたこの出願の発明にかかる定電力駆動装置は、電源回路からの駆動電流を受けて、有機ＥＬパネルに加える直流電力を定電力制御する定電力出力部と、前記定電力出力部から出力されて、前記有機ＥＬパネルに加わる直流電圧値を検出する電圧検出部と、前記定電力出力部から前記有機ＥＬパネルに供給される直流電流値を検出する電流検出部と、前記電圧検出部および前記電流検出部からの各検出出力、ならびに前記有機ＥＬパネルに加える定電力量を指示する電力設定情報をそれぞれ受けて、前記定電力出力部に与える制御信号を生成するマイコン制御部とが具備され、前記定電力出力部は、前記マイコン制御部からの前記制御信号に基づいて、前記有機ＥＬパネルに加える直流電力量を制御するように構成したことを特徴とする。

この場合、好ましい形態においては、前記マイコン制御部には、前記電圧検出部および前記電流検出部からの各検出出力に基づくデータを乗算する演算部と、当該演算部よる乗算出力データと前記電力設定情報に基づくデータとの差分を検出する差分検出部とが備えられ、前記差分検出部の出力に基づいて、前記定電力出力部に与える制御信号を生成するように構成される。

加えて前記マイコン制御部には、前記有機ＥＬパネルのパネル温度を検知するパネル温度センサからのパネル温度検知信号が供給されるように構成され、前記マイコン制御部は前記パネル温度検知信号を利用して、前記有機ＥＬパネルの温度補償制御を実行するように構成することが望ましい。

また、前記マイコン制御部には、前記有機ＥＬパネルが設置された周囲温度を検知する周囲温度センサからの周囲温度検知信号がさらに供給されるように構成される場合もあり、前記マイコン制御部は前記周囲温度検知信号と前記パネル温度検知信号とを利用して、前記有機ＥＬパネルの温度補償制御を実行するように構成される。

前記した構成による定電力駆動装置によると、有機ＥＬパネルに対して直流の定電力を供給する定電力出力部は、マイコン制御部からの制御信号に基づいて、前記した有機ＥＬパネルに供給する電力量が制御されるように動作する。そして、前記マイコン制御部には、有機ＥＬパネルに加える定電力量を指示する電力設定情報が供給され、これにより有機ＥＬパネルは発光輝度が制御され、調光制御が実現される。

また、前記した定電力駆動装置は、例えば図６および図７に示した異なったマルチフォトン構成により定格電圧がそれぞれ異なる有機ＥＬパネルに対しても、それぞれの定格電圧に応じた駆動電力を供給することができる。したがって、前記した定電力駆動装置によれば、定格電圧が異なる各種の有機ＥＬパネルに対して汎用性を持たせた定電力駆動装置を提供することができる。

さらに、前記した定電力駆動装置においては、有機ＥＬパネルのパネル温度に基づいて、有機ＥＬパネルに加わる直流電力量の補償制御を実行するようになされるので、有機ＥＬ照明パネルの温度依存性を補償した照明設備を実現させることができる。

この発明にかかる定電力駆動装置と有機ＥＬパネルを示したブロック図である。 図１におけるマイコン制御部と定電力出力部のより詳細な例を示したブロック図である。 図１におけるマイコン制御部と定電力出力部の他の構成例を示したブロック図である。 定電力駆動装置における温度補償動作を説明する特性線図である。 温度補償動作を実現させるメモリー構成の一例を示した模式図である。 マルチフォトン素子構造による有機ＥＬパネルの例を模式的に示した断面図である。 マルチフォトン素子構造による有機ＥＬパネルの他の例を模式的に示した断面図である。

以下、この発明にかかる有機ＥＬパネルの定電力駆動装置について、図に示す実施の形態に基づいて説明する。図１はその全体構成をブロック図で示したものであり、符号１は例えば図６および図７に示した有機ＥＬパネルを示しており、符号１１はこの有機ＥＬパネル１を点灯駆動する定電力駆動装置を示している。

前記定電力駆動装置１１には、電源回路１２が具備されており、この電源回路１２は、例えば交流電源（ＡＣ商用電源）の供給を受けて、定電力出力部１３に対して直流出力を供給するように動作する。前記定電力出力部１３は、マイクロコンピュータにより構成されたマイコン制御部１４からの制御信号ｃを受けて直流の出力制御がなされ、その出力は前記した有機ＥＬパネル１に供給されるように構成されている。

前記定電力駆動装置１１には、前記有機ＥＬパネル１に加わる直流電圧値を検出する電圧検出部１５と、前記有機ＥＬパネル１に供給される直流電流値を検出する電流検出部１６が具備されており、電圧検出部１５により得られる電圧検出出力ｖ、および電流検出部１６により得られる電流検出出力ｉは、前記したマイコン制御部１４に供給されるように構成されている。

また、マイコン制御部１４には、前記有機ＥＬパネル１に加える定電力量を指示する電力設定情報ｐが与えられるように構成されており、マイコン制御部１４は、この電力設定情報ｐ、および前記した電圧検出出力ｖ、電流検出出力ｉを利用して前記定電力出力部１３に与える制御信号ｃを生成するように動作する。

さらに、前記マイコン制御部１４には、点灯駆動中における前記有機ＥＬパネル１のパネル温度を検知する温度センサＡ、すなわちパネル温度センサ１７からのパネル温度検知信号ｔａが供給されるように構成されている。またマイコン制御部１４には、前記有機ＥＬパネル１が設置された周囲温度、例えば室内温度を検知する温度センサＢ、すなわち周囲温度センサ１８からの周囲温度検知信号ｔｂが供給されるように構成されている。

前記パネル温度センサ１７および周囲温度センサ１８からの各温度検知信号ｔａ，ｔｂは、後で詳細に説明するとおり、マイコン制御部１４から前記定電力出力部１３に供給される前記制御信号ｃを補正し、前記有機ＥＬ照明パネル１の温度補償制御を実行するように作用する。

図２は、図１に示した定電力出力部１３およびマイコン制御部１４におけるさらに詳しいブロック構成を示したものである。前記マイコン制御部１４には、演算部１４ａが具備されており、この演算部１４ａには前記した電圧検出部１５からの電圧検出出力ｖ、電流検出部１６からの電流検出出力ｉが供給される。そして、前記両出力情報ｖ，ｉは、この演算部１４ａにおいて乗算され、その乗算結果としてデータｄ１を出力するように作用する。

すなわち、前記演算部１４ａは、前記有機ＥＬパネル１に供給される直流電力量を演算し、その演算結果（乗算データｄ１）は、差分検出部１４ｂの一方の入力端に供給されるように構成されている。

また前記マイコン制御部１４には、電力設定部１４ｃが具備されており、この電力設定部１４ｃには、有機ＥＬパネル１に加える定電力量を指示する前記した電力設定情報ｐが供給される。すなわち、電力設定部１４ｃは前記電力設定情報ｐを受けて、前記した差分検出部１４ｂにおいて演算可能なデータｄ２を出力するインターフェースとして機能する。そして、前記データｄ２は、前記差分検出部１４ｂの他方の入力端に供給されるように構成されている。

前記差分検出部１４ｂは、前記データｄ１およびデータｄ２を受けて、ｄ０＝ｄ２−ｄ１の値を演算する。すなわち、前記した電力設定情報ｐに対する有機ＥＬパネル１に加わ電力量の差分ｄ０を演算することになる。

前記差分検出部１４ｂからの差分出力ｄ０は、温度補償部１４ｄに供給されるように構成されている。この温度補償部１４ｄには、前記したパネル温度検知信号ｔａおよび周囲温度検知信号ｔｂが供給される。前記パネル温度検知信号ｔａおよび周囲温度検知信号ｔｂは、前記差分検出部１４ｂからの差分出力ｄ０を補正（温度補償）して、後段の制御信号部１４ｅに供給され、この制御信号部１４ｅを介してＰＷＭ部１４ｆに供給されるように構成されている。なお、前記温度補償部１４ｄによる温度補償の作用については、後で図４に基づいて説明する。

前記した温度補償部１４ｄからの出力は、例えばレベルシフト回路等を含む制御信号部１４ｅを介してＰＷＭ部１４ｆに供給され、当該ＰＷＭ部１４ｆは、自己の発生する鋸歯状波と、前記制御信号部１４ｅからもたらされる直流電圧とにより、前記直流電圧に対応したデューティ比のパルス信号を生成し、このパルス信号が定電力出力部１３に対して制御信号ｃとして供給される。

図２に示す定電力出力部１３は、スイッチングレギュレータにより構成されており、図１に示す電源回路１２からの直流出力は、スイッチング素子Ｑ１によりスイッチングされて、パルス幅制御がなされる。そのパルス幅制御がなされた出力はダイオードＤ１、コイルＬ１およびコンデンサＣ１による整流・平滑回路を介して出力され、前記した有機ＥＬパネル１に供給される。

以上説明した図１および図２に示した定電力駆動装置によると、有機ＥＬパネル１に加える定電力量を指示する前記した電力設定情報ｐに対して、実際に有機ＥＬパネル１に加わる電力量（ｖ・ｉ）との差分（エラー分）ｄ０が演算され、この差分に基づいて、定電力出力部１３からの出力電力が制御されることになる。

これにより、前記した有機ＥＬパネル１には、前記電力設定情報ｐに基づく定電力が供給され、有機ＥＬパネル１は前記電力設定情報ｐにより輝度制御、すなわち調光制御がなされる。また前記差分ｄ０は、温度補償回路によって補正され、結果として有機ＥＬパネル１に加わる電力量は、有機ＥＬパネル１の温度依存性を補償するようになされる。

なお、図３は図１に示したマイコン制御部１４と、定電力出力部１３の他の構成例をブロック図で示したものであり、図２に示した各部と同一の機能を果たす部分を同一符号で示している。すなわち、図３に示す例においては、定電力出力部１３内にＰＷＭ部１３ａが配置されており、他は図２に示した構成と同様である。

図４は、前記した温度補償部１４ｄによってなされる有機ＥＬパネル１に加わる駆動電力の温度補償の作用について説明するものである。すなわち、図４は有機ＥＬパネル１の電流ｉ−電圧Ｖ特性を示すものであり、横軸はパネル１への印加電圧（駆動電圧）Ｖを示しており、縦軸はこの時に流れるパネルの１平方メートル（１ｍ²）に換算した駆動電流値ｉ、すなわち電流密度（Ａ／ｍ²）を示している。

有機ＥＬパネルは、周知のとおり発光閾値電圧以上の駆動電圧を印加することにより、急激に電流が流れて発光する性質を有している。そして、駆動電圧が発光閾値電圧以上の場合においては、駆動電流値にほぼ比例した輝度で発光することが知られている。また有機ＥＬパネルは、高温になるほど発光閾値電圧が小さくなり、低温になるほど発光閾値電圧が大きくなる。そして、同じ発光可能な印加電圧を与えても高温時には明るく、低温時は暗いという輝度の温度依存性を有している。

図４に示す特性曲線ａは、図６に示した２段５直のマルチフォトン構成によるＥＬパネル〔定格入力３３Ｖ／０．９４Ａ（約３１Ｗ）〕のｉ−Ｖ特性を示すものであり、曲線ａｈは高温時、また曲線ａｌは低温時のｉ−Ｖ特性をそれぞれ示している。また、図４に示す特性曲線ｂは、図７に示した５段のマルチフォトン構成によるＥＬパネル〔定格入力２１．５Ｖ／１．４５Ａ（約３１Ｗ）〕のｉ−Ｖ特性を示すものであり、曲線ｂｈは高温時、また曲線ｂｌは低温時のｉ−Ｖ特性をそれぞれ示している。

ここで、図６に示した２段５直のマルチフォトン構成によるＥＬパネルを例にして、その温度補償作用について説明する。このＥＬパネル１は、前記したとおり定格入力が３３Ｖ／０．９４Ａであり、図１に示すマイコン制御部１４におけるマイコン制御部１４には、電力設定情報ｐとして、“３１Ｗ”（１ｍ²換算で１５８４Ｗ＝３３Ｖ／４８Ａ）の電力値を設定する。図４には、これにより設定される等電力曲線をｐａで示している。

前記した有機ＥＬパネルのｉ−Ｖ特性は、前記した温度依存性により、ａｈ〜ａｌの範囲で変化する。すなわち、図１に示すパネル温度センサ１７により得られるパネル温度検知信号ｔａおよび周囲温度センサ１８により得られる周囲温度検知信号ｔｂを利用し、マイコン制御部１４内の温度補償部１４ｄは定電力出力部１３に与える制御信号ｃの値を補償するように動作する。

この場合、図４に示すように高温時（特性ａｈ）の状態においては、有機ＥＬパネル１には駆動電圧としてｖ１（図４に示す例においては、約３０Ｖ）を加えるように作用する。また、低温時（特性ａｌ）の状態においては、有機ＥＬパネル１に加える駆動電圧としてｖ２（図４に示す例においては、約３６Ｖ）を加えるように作用する。

斯くして、有機ＥＬパネル１には前記電力設定情報ｐに基づく定電力が供給されるように作用し、また前記した定電力制御を実行する制御信号ｃは、温度補償部１４ｄによって補正され、有機ＥＬパネル１に加わる電力量は、有機ＥＬパネルの温度依存性を補償するようになされる。

なお、図１に示すマイコン制御部１４に与える電力設定情報ｐを適宜選択することで、有機ＥＬパネル１の発光輝度（調光度合い）を変えることができ、前記電力設定情報ｐに基づく図４に示す等電力曲線をｐａに応じて、前記と同様の温度補償動作を実現させることができる。

図５は、有機ＥＬパネル１の温度補償動作を実現させる場合に利用されるルックアップテーブルの例を示した模式図である。このルックアップテーブルは、例えばフラッシュメモリーを用いて構築され、このフラッシュメモリーは、一例として各有機ＥＬパネル１に搭載される。そして、図１には示していないが、マイコン制御部１４からの指令により、有機ＥＬパネル１に搭載された前記フラッシュメモリーから有機ＥＬパネルの点灯累積時間（経時データ）および温度補償データ等を読み出すと共に、フラッシュメモリーに対して前記点灯累積時間を書き込む等の操作が行われる。

前記フラッシュメモリーに構築されるルックアップテーブルは、図５に示すように二次元に構築されたデータマップが複数枚用意されている。そして、有機ＥＬパネル１の点灯累積時間のデータがメモリーの一部に格納されており、この点灯駆動時間に応じて、二次元に構築されたマップのいずれかが採用される。すなわち図５に模式的に示した構成においては、有機ＥＬパネル１の点灯累積時間に伴って、矢印Ｐで示す方向のデータマップが順次採用されることになる。

前記各データマップには、パネル温度センサ１７により得られるパネル温度検知信号ｔａの値を横軸に、前記パネル温度検知信号ｔａと、周囲温度センサ１８により得られる周囲温度検知信号ｔｂとの差分（ｔａ−ｔｂ）に対応した値を縦軸にして、二次元の状態に温度補償データが記述されている。

ところで、前記有機ＥＬパネル１の温度補償動作は、前記パネル温度センサ１７により得られるパネル温度検知信号ｔａの値に応じて実行することが可能であるものの、周囲温度が常温から極端に離れるような場合、例えば極端に寒冷な雰囲気の場合には、この周囲温度の影響を受けてパネル温度検知信号ｔａのみでは、有機ＥＬパネル１に対する正確な温度補償動作を実現することが不可能になる。

そこで、パネル温度検知信号ｔａと周囲温度検知信号ｔｂとの差分（ｔａ−ｔｂ）を求め、パネル温度検知信号ｔａに対応させると共に、前記差分に応じた温度補償データを求めることで、より正確な温度補償動作を実現することが可能となる。

斯くして、図１に示すマイコン制御部１４は、前記した点灯累積時間、前記パネル温度検知信号ｔａ、周囲温度検知信号ｔｂに基づいて、前記ルックアップテーブルより温度補償データを読み出し、読み出した温度補償データに基づいて、前記定電力出力部１３に供給する制御信号ｃを補正するようになされる。

これにより、有機ＥＬパネルの点灯累積時間に対応した経時変化および温度依存性を補償した照明設備を実現させることができる。

なお、前記した実施の形態においては、有機ＥＬパネル１に加える直流電力としては、平滑化された直流出力が用いられているが、これは直流パルス波であっても良い。

１ 有機ＥＬパネル
１１ 定電力駆動装置
１２ 電源回路
１３ 定電力出力部
１３ａ ＰＷＭ部
１４ マイコン制御部
１４ａ 演算部
１４ｂ 差分検出部
１４ｃ 電力設定部
１４ｄ 温度補償部
１４ｅ 制御信号部
１４ｆ ＰＷＭ部
１５ 電圧検出部
１６ 電流検出部
１７ パネル温度センサ
１８ 周囲温度センサ

Claims (4)

1. 電源回路からの駆動電流を受けて、有機ＥＬパネルに加える直流電力を定電力制御する定電力出力部と、
   前記定電力出力部から出力されて、前記有機ＥＬパネルに加わる直流電圧値を検出する電圧検出部と、
   前記定電力出力部から前記有機ＥＬパネルに供給される直流電流値を検出する電流検出部と、
   前記電圧検出部および前記電流検出部からの各検出出力、ならびに前記有機ＥＬパネルに加える定電力量を指示する電力設定情報をそれぞれ受けて、前記定電力出力部に与える制御信号を生成するマイコン制御部と、が具備され、
   前記定電力出力部は、前記マイコン制御部からの前記制御信号に基づいて、前記有機ＥＬパネルに加える直流電力量を制御するように構成したことを特徴とする有機ＥＬパネルの定電力駆動装置。
2. 前記マイコン制御部には、前記電圧検出部および前記電流検出部からの各検出出力に基づくデータを乗算する演算部と、当該演算部よる乗算出力データと前記電力設定情報に基づくデータとの差分を検出する差分検出部とが備えられ、前記差分検出部の出力に基づいて、前記定電力出力部に与える制御信号を生成するように構成したことを特徴とする請求項１に記載された有機ＥＬパネルの定電力駆動装置。
3. 前記マイコン制御部には、前記有機ＥＬパネルのパネル温度を検知するパネル温度センサからのパネル温度検知信号が供給されるように構成され、前記マイコン制御部は前記パネル温度検知信号を利用して、前記有機ＥＬパネルの温度補償制御を実行するように構成したことを特徴とする請求項１または請求項２に記載された有機ＥＬパネルの定電力駆動装置。
4. 前記マイコン制御部には、前記有機ＥＬパネルが設置された周囲温度を検知する周囲温度センサからの周囲温度検知信号がさらに供給されるように構成され、前記マイコン制御部は前記周囲温度検知信号と前記パネル温度検知信号とを利用して、前記有機ＥＬパネルの温度補償制御を実行するように構成したことを特徴とする請求項３に記載された有機ＥＬパネルの定電力駆動装置。

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