JP4530014B2 - 表示装置、表示駆動方法 - Google Patents
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Description
有機ELディスプレイは自発光ディスプレイであり、画面内の平均表示輝度が高いほど、消費電力を多く必要とする。従って、明るく綺麗な表示を実現する、一般的な高画質化と低消費電力化を両立させることは今まで困難とされてきた。
この場合、ヒストグラム解析によって表示内容に存在する階調に注目し、常に自発光型素子の電圧−輝度特性の最適な部分を使用できるよう、閾値電圧や映像信号処理を行って自発光型素子の両端電圧をコントロールすることが可能であるが、全ては画質改善、つまりはコントラスト改善と高輝度化のために動作しており、消費電力を低減させるよりは、逆に増加させる方向の処理が行われてしまうものである。また、パッシブマトリクス駆動動作にしか適用できない。
また上記電圧制御部は、上記表示パネル部に供給する表示データ信号について、上記所定期間としての1フレーム期間毎に、表示色毎の最小階調値を検出し、検出した表示色毎の最小階調値のそれぞれについて、画素回路に入力される信号値電圧を算出し、算出した各信号値電圧の中で最小の信号値電圧を用いて、上記信号振幅基準電圧の電圧制御情報を生成する。
また、表示データ信号を、上記電圧制御部と上記信号振幅基準電圧可変部とによる信号振幅基準電圧の可変動作のための時間分、遅延させて上記表示パネル部に供給する表示データ遅延部を、さらに備える。
そして有機EL素子の消費電力は、有機EL素子に流れる電流に、有機EL素子のアノード−カソード間の電圧を乗じたもので算出される。有機EL素子に流す電流は、発光させたい輝度に対して決まるため、発光輝度が低いほど消費電力は少なくなる。しかし当然、発光輝度をむやみに下げることは階調再現性を損ねるなどして画質の低下を招く。
すなわち表示内容の中で、低階調側が存在しない場合において、信号振幅基準電圧(Vofs電圧)を上げることで、フレームの全ての画素回路において信号値電圧との電位差を小さくする。これは、フレームの全ての画素の階調再現性を確保しながら全体輝度を落とすことになる。これによって画質の低下を抑えながら、簡易に消費電力の低減が実現できる。
より具体的には、フレームの画素の中での最小階調値を検出すれば、0%階調(仕様上の最低輝度)からフレーム内の最小階調値までの範囲の階調が存在しないことがわかるため、その分は、信号振幅基準電圧を変化させても表示する階調に影響させないで、全体の輝度を低下させ、消費電力を低減できる。
これによって、信号振幅基準電圧の電圧可変という簡易なコントロールで、画質の低下を最小限に抑えた、全体輝度を抑制、即ち、消費電力の抑制を実現できるという効果がある。
図1に実施の形態の表示装置の構成を示す。本例の表示装置は、有機EL素子を発光素子として用いる有機ELディスプレイパネルモジュール1と、表示データ遅延部2と、最小階調検出部3と、最小信号値計算部4と、振幅基準電圧決定部5と、振幅基準電圧可変部6を備える。
図2に有機ELディスプレイパネルモジュール1の構成の一例を示す。この有機ELディスプレイパネルモジュール1は、有機EL素子を発光素子とし、アクティブマトリクス方式で発光駆動を行う画素回路10を含むものである。
図2に示すように、有機ELディスプレイパネルモジュール1は、画素回路10が列方向と行方向にマトリクス状に配列された画素アレイ部20と、データドライバ11と、ゲートドライバ12,13,14,15を備える。
またデータドライバ11により選択され、供給される表示データ信号に応じた信号値Vsigを画素回路10に対する入力信号として供給する信号線DTL1、DTL2・・・が、画素アレイ部20に対して列方向に配されている。信号線DTL1、DTL2・・・は、画素アレイ部20においてマトリクス配置された画素回路10の列数分だけ配される。
走査線WSL(WSL1,WSL2・・・)は、画素回路10への信号値Vsigの書込(ライトスキャン)を行うための走査線であり、ゲートドライバ12により駆動される。ゲートドライバ12は、設定された所定のタイミングで、行状に配設された各走査線WSL1,WSL2・・・に順次、走査パルスWSを供給して、画素回路10を行単位で線順次走査する。
走査線DSL(DSL1,DSL2・・・)はゲートドライバ13により駆動される。ゲートドライバ13は、有機EL素子の発光駆動のための走査パルスDSを、行状に配設された各電源線DSL1,DSL2・・・にそれぞれ所定タイミングで供給する。
走査線AZ1L(AZ1L1,AZ1L2・・・)はゲートドライバ14により駆動される。ゲートドライバ14は、画素回路10のリセット電圧(Vrs)の供給のための走査パルスAZ1を、行状に配設された各走査線AZ1L1,AZ1L2・・・にそれぞれ所定タイミングで供給する。
走査線AZ2L(AZ2L1,AZ2L2・・・)はゲートドライバ15により駆動される。ゲートドライバ14は、画素回路10に対して信号振幅基準電圧(Vofs)の供給のための走査パルスAZ2を、行状に配設された各走査線AZ2L1,AZ2L2・・・にそれぞれ所定タイミングで供給する。
データドライバ11は、ゲートドライバ12による線順次走査に合わせて、列方向に配された信号線DTL1、DTL2・・・に対して、画素回路10に対する入力信号としての信号値(Vsig)を供給する。
実施の形態として採用できる画素回路10の構成は多様に考えられるが、この例では、画素回路10は、発光素子である有機EL素子30と、1個の保持容量Csと、サンプリングトランジスタTr1、駆動トランジスタTr2、スイッチングトランジスタTr3、リセット用トランジスタTr4、振幅基準設定用トランジスタTr5としての5個の薄膜トランジスタ(TFT)とで構成されている。各トランジスタTr1、Tr2、Tr3、Tr4、Tr5はnチャネルTFTとされている。
画素回路10の発光素子は例えばダイオード構造の有機EL素子30とされ、アノードとカソードを備えている。有機EL素子1のアノードは駆動トランジスタTr2のソースに接続され、カソードは所定の接地配線(カソード電位Vcath)に接続されている。
サンプリングトランジスタTr1は、そのドレインとソースの一端が信号線DTLに接続され、他端が駆動トランジスタTr2のゲートに接続される。またサンプリングトランジスタのゲートは走査線WSLに接続されている。
スイッチングトランジスタTr3は、そのドレインとソースの一端が電源電圧Vccに接続され、他端が駆動トランジスタTr2のドレインに接続される。またスイッチングトランジスタTr3のゲートは走査線DSLに接続されている。
リセット用トランジスタTr4は、そのドレインとソースの一端が駆動トランジスタTr2のソースに接続され、他端が所定のリセット電位Vrsに接続される。またリセット用トランジスタTr4のゲートは走査線AZ1Lに接続されている。
振幅基準設定用トランジスタTr5は、そのドレインとソースの一端が駆動トランジスタTr2のゲートに接続され、他端が信号振幅基準電圧Vofsの供給ラインに接続される。また振幅基準設定用トランジスタTr5のゲートは走査線AZ2Lに接続されている。
続いて所定タイミングで、走査パルスAZ1がLレベルとされ、また走査パルスDSがHレベルとされる。即ちリセット用トランジスタTr4がオフ、スイッチングトランジスタTr3がオンとされる。これによって駆動トランジスタTr2のドレインに電源電圧Vccが印加されるとともに、駆動トランジスタTr2のソースがリセット電圧Vrsから切り離される。このとき、駆動トランジスタTr2のドレインーソース間に電流が流れ、駆動トランジスタTr2のソース電圧Vsが次第に上昇していく。そして駆動トランジスタTr2のゲート・ソース間電圧Vgsが閾値電圧Vthに達した時点でドレインーソース間に流れていた電流が止まり(カットオフ状態)、以後、ソース電圧Vsは、ゲート・ソース間電圧Vgsが閾値電圧Vthとなる状態を維持する電位となる。
このようにゲート・ソース間電圧Vgs=閾値電圧Vthとされるのは、素子毎の閾値電圧Vthのバラツキの影響をキャンセルするためである。
この書込期間においては、走査パルスDSがLレベルとされて電源電圧Vcc印加が停止される。また走査パルスAZ2がLレベルとされ、ゲート電位の信号振幅基準電圧Vofsでの固定が解除される。そして、走査パルスWSによってサンプリングトランジスタTr1が導通されることで、信号線DTLからの信号値Vsigが保持容量Csに書き込まれる。
この書込期間では、駆動トランジスタTr2のゲート電圧は、保持容量Csへの信号値Vsigの書込に応じて上昇する。結局、駆動トランジスタTr2のゲート・ソース間電圧Vgsは、Vth+(Vsig−Vofs)となる。
なお、有機EL素子30に電流が流れることで有機EL素子30の両端電圧VELが上昇するため、発光期間当初は、これに伴って駆動トランジスタTr2のゲート電圧Vgとソース電圧Vsが上昇する。即ち、ソース電圧Vsは、Vcath+VELの電位まで上昇し、ゲート電圧Vgは、そのソース電圧VsからVth+(Vsig−Vofs)の電位差を保ちながら上昇する。
以上のような動作により画素回路10の発光駆動が行われる。
表示データ信号は、表示データ遅延部2及び最小階調検出部3に供給される。
表示データ遅延部2は、表示データ信号に対して所定時間の遅延を与えて有機ELディスプレイパネルモジュール1に供給する。この表示データ遅延部2による遅延は、最小階調検出部3から振幅基準電圧可変部6までの動作による信号振幅基準電圧Vofsの可変制御を、適切に表示内容に合わせて反映させるためであり、最小階調検出部3から振幅基準電圧可変部6までの処理遅延を考慮した時間をフレームメモリ等を用いて遅延させるものである。
有機ELディスプレイパネルモジュール1では、上記構成により、供給された表示データ信号に基づいて各画素の発光駆動が行われる。
ここで検出する最小階調値とは、或る1フレームの各画素に与える輝度値のうちで、最も低輝度となる値のことであり、つまり1フレーム内での、最も低輝度で発光させる画素に対する表示データ信号値のことである。
このような最小階調値を、R(赤)、G(緑)、B(青)の各表示色毎に検出する。
つまり1フレームにおける各R画素回路に対する表示データ信号について順次比較処理を行っていくことで、最も低輝度の値を、R最小階調値Smin_rとして検出する。同様にして、1フレームにおける各G画素回路に対する表示データ信号のうちで、最も低輝度の値を、G最小階調値Smin_gとして検出し、また1フレームにおける各B画素回路に対する表示データ信号のうちで、最も低輝度の値を、B最小階調値Smin_bとして検出する。
そして、この1フレームにおける色毎の最小階調値Smin_r、Smin_g、Smin_bを最小信号値計算部4に出力する。
なお、最小階調検出部3では、フレームメモリを用意し、1フレーム期間の表示データ信号値を一時的に記憶して、その中からR、G、B各色毎の最小階調値を検出するようにしてもよい。
具体的には、まずフレームごとの最小信号値(Vsig(Smin))から0%階調時の信号値(Vsig(0))を減じて、フレームごとに0%階調信号値Vsig(0)と最小信号値Vsig(Smin)にどれだけ差があるかを示す差分(ΔVsig(MIN))を算出する。そして、信号振幅基準電圧Vofsのデフォルト値(Vofs_default)に差分ΔVsig(MIN)を加算することで、画素回路10に与える信号振幅基準電圧Vofsの値を決定する。
但し、振幅基準電圧決定部5には、Vofs上限値情報が入力され、振幅基準電圧決定部5は、あくまでもこのVofs上限値情報の値を超えない範囲で画素回路10に与える信号振幅基準電圧Vofsの値を決定する。即ち、上記のように信号振幅基準電圧Vofsのデフォルト値(Vofs_default)に差分ΔVsig(MIN)を加算した電圧値と、Vofs上限値情報としての電圧値のうちの小さい方を、選択することになる。
この駆動電圧可変部6は、入力される初期電圧値(Vofs_default)を、振幅基準電圧決定部5で決定された電圧値(Vofs_out)に変換して、これを信号振幅基準電圧Vofsとして有機ELディスプレイパネルモジュール1に供給することになる。電圧変換手法の例については後述する。
まず図5により、信号振幅基準電圧Vofsの電位が変化した場合の、駆動トランジスタTr2のゲート・ソース間電圧Vgsの変化、つまり信号値Vsigの書込が行われるゲート・ソース間電圧Vgsの変化について説明する。
先にも述べたように、まず最初に書込準備期間においてゲート電圧Vg=Vofs(=Vofs_default)とされ、ソース電圧Vs=リセット電圧Vrsとされる。
この状態から、ソース電圧Vsへのリセット電圧Vrs供給を止め、駆動トランジスタTr2のドレインに電源電圧Vccが供給される状態にすると、ソース電圧Vsが次第に電位上昇を始め、ゲート・ソース間電圧Vgsが駆動トランジスタTr2の閾値電圧Vthの電位状態になったところで、電流Idsの流れが止まり(カットオフ状態)、以後、ゲート・ソース間電圧VgsとしてVth電位が保持される。
これにより発光期間では、ゲート・ソース間電圧Vgs(=Vth+(Vsig−Vofs_default)に応じた電流が有機EL素子30に流れ、このゲート・ソース間電圧Vgsに応じた輝度の発光が行われる。
図5ではこの場合を破線で示している。
まず最初に書込準備期間においてゲート電圧Vg=Vofs(=Vofs(MIN))とされ、ソース電圧Vs=リセット電圧Vrsとされる。
そして閾値Vthのバラツキのキャンセル動作のために、ソース電圧Vsへのリセット電圧Vrs供給を止め、駆動トランジスタTr2のドレインに電源電圧Vccが供給される状態とされる。すると上記の通常の場合と同様に、ソース電圧Vsが上昇し、ゲート・ソース間電圧Vgsが駆動トランジスタTr2の閾値電圧Vthの電位状態になったところで、電流Idsの流れが止まり、以後、ゲート・ソース間電圧VgsとしてVth電位が保持される。
図からわかるように、ゲート・ソース間電圧Vgs=Vthとなることで、破線の場合はソース電圧Vsが、実線の通常の場合よりも高い電位となる。即ち信号振幅基準電圧Vofsが、初期電圧値Vofs_defaulから電圧値Vofs(MIN)に上昇された分だけ、ソース電圧Vsも高くなる。
これにより発光期間では、ゲート・ソース間電圧Vgs(=Vth+(Vsig−Vofs(MIN))に応じた電流が有機EL素子30に流れ、このゲート・ソース間電圧Vgsに応じた輝度の発光が行われる。
つまり、信号振幅基準電圧Vofs=Vofs(MIN)として破線で示した場合は、信号振幅基準電圧Vofs=Vofs_defaulとして実線で示した場合に比べて、ゲート・ソース間電圧Vgsが小さくなり、有機EL素子30の発光輝度が低下する。そして発光輝度の低下により、消費電力が低減される。
このため、信号振幅基準電圧Vofsは、上限として、Vofs−Vthが有機EL素子の発光開始電圧Vtを超えないようにする必要がある。そこで上述したように、振幅基準電圧決定部5には、この点を考慮したVofs上限値情報が設定され、この上限値を超えない範囲で、信号振幅基準電圧Vofsが可変(上昇)されるようにしているものである。
本例では上記の通り、信号振幅基準電圧Vofsを上昇させることで結果として全体の発光輝度を低下させることで省電力を図る。
そして本例では、輝度低下によっても、表示画像の品質低下を招かないようにしている。
これを図7に示した。図7では横軸を階調、縦軸を輝度としている。
ここで、階調−データドライバ11の出力電圧(信号値Vsig)の関係がリニアな特性であったとすると、最小階調値での信号値Vsig(MIN)から、0%階調での信号値Vsig(0)の間の電圧がデータドライバ11から出力されることは無く、この分だけ信号振幅基準電圧Vofsを上昇させても、表示内容の階調再現性に影響を与えない。
即ちこのことは、存在する階調再現性を損なわさせずに、全体輝度を低減できていることになる。
このためには、前述のように信号振幅基準電圧Vofsの電位の上限値を設けるようにすればよい。
また、100%輝度に対する変化量から、変化上限値を決めるようにすることも一例である。例えばその上限は、画質を大きく損なわせないことを条件に、最大階調での発光輝度が3/4(75%)に落ちるまでを考え、階調値で1/8(12.5%)相当での電位程度以下に設けることを目安としても良い。この程度の全体輝度の変化であれば、視聴者に画質の低下を感じさせないことができる。
最小階調値の検出から信号振幅基準電圧Vofsの変化までの動作手順を、以下、図8で説明する。
次に処理<S2>として、最小信号値計算部4は、最小階調値Smin_r、Smin_g、Smin_bのそれぞれを、データドライバ11の出力電圧値(信号値Vsigとしての電圧値)に換算して、その中から最小のものを選択して、それを最小信号値(Vsig(Smin))とする。
次に処理<S3>として、振幅基準電圧決定部5は、最小信号値(Vsig(Smin))と、この最小信号値Vsig(Smin)の色での0%階調時の信号値(Vsig(0))との差分(ΔVsig(MIN)=Vsig(Smin)−Vsig(0))を算出する。
そして処理<S4>として、振幅基準電圧決定部5は、信号振幅基準電圧Vofsのデフォルト値(Vofs_default)に対し、差分ΔVsig(MIN)を加算することで、画素回路10に供給すべき信号振幅基準電圧Vofsの電位(Vofs_out)を算出する(Vofs_out=Vofs_default+ΔVsig(MIN))。
このようにして、最小階調値に即した信号振幅基準電圧Vofs(Vofs_out)を決定し、この情報を振幅基準電圧可変部6へ出力する。これにより振幅基準電圧可変部6において、信号振幅基準電圧Vofsの電圧変換が行われる。
なお、上述したように、算出された電圧値Vofs_outが、Vofs上限値情報を越える値であった場合は、画素回路10に供給すべき信号振幅基準電圧Vofsの電位を、その上限値とする。
電源可変コントロール部51は、入力電圧Vinについて電圧可変した出力電圧Voutを得る。
一般的な、電源可変コントロール回路は、スイッチングレギュレータとシリーズレギュレータに大別されるが、出力電圧Voutを可変コントロールする手法は基本的に同一である。電圧可変量を比較的多く取りたい場合は、効率の関係上スイッチングレギュレータが選択されることがほとんどである。
電源可変コントロール部51には、出力電圧をある電位でフィードバックさせるためのFB端子が設けられており、この電位をある一定値に保とうとする動作で出力電圧を安定化させる。FB電位は一般的に1〜3V程度であるため、出力電圧を抵抗分圧し、FB端子に接続する構成により、電圧可変制御が可能となる。
即ちFB電位はある値(例えば2V)で決められているため、出力電圧を可変させるためには抵抗分圧の比を変えてやれば良い。
このために一方を固定抵抗R1、もう一方を抵抗値可変のディジタル制御が可能なディジタルポテンショメータ52を使用する。振幅基準電圧決定部5が、算出した電圧値Vofs_outを得るためのデジタル値をデジタルポテンショメータ52に供給し、抵抗値を可変制御することで、出力電圧Voutとして、電圧値Vofs_outの信号振幅基準電圧Vofsが得られ、これが有機ELディスプレイパネルモジュール1の各画素回路10に供給される。
このようにして信号振幅基準電圧Vofsが可変制御されることで、有機ELディスプレイパネルモジュール1では、各フレームにおいて階調再現性を保ったまま、全体輝度の低減が行われ、消費電力が低減される。
表示データ遅延部2における適切な遅延量は次のよう設定する。
遅延を発生させる要因は、「(1)1フレームの最小階調値の検出から、信号振幅基準電圧Vofsの適切な電圧値Vofs_outを算出するまでの遅延」と「(2)振幅基準電源可変部6が電圧値Vofs_outの情報を受け取ってから、出力電圧がその電圧値になるまでの遅延」に分けられる。
上記(1)については、1フレームの最小階調値を算出するため、最低でも“1フレーム”の遅延が発生する。上記(2)については、電源変換回路の性能にもよるが、この応答遅れを“αH”(Hは水平期間)と仮定する。(一般的に数H程度が可能であると考えられる。)したがって、表示データ遅延部2では、1フレーム+αH分のデータ遅延を行うようにすればよい。
そして、自発光型フラットパネルディスプレイの画質低下を視認させないように低消費電力化を図ることが実現できるため、表示装置をバッテリ動作機器とすれば、動作時間を長時間化することに貢献し、またACコンセントから電源を得る機器であれば節電や電気代の節約に貢献できることになる。
例えば上記例では、全ての画素回路に共通の信号振幅基準電圧Vofsを与える構成を示したが、画素回路10としては、R(赤)用画素回路、G(緑)用画素回路、B(青)用画素回路が配列されている。これら色毎の画素回路に対してそれぞれ信号振幅基準電圧Vofsのラインを独立して設け、上記信号振幅基準電圧Vofsの可変処理を色毎に行うようにしてもよい。その場合、各色についての最小階調値に基づいて、その色の信号振幅基準電圧Vofsの可変制御を行うようにすればよい。
また、上記例では、最小階調検出部3では色別の最小階調値を検出したが、色を区別しないで最小階調値を検出し、その最小階調値に基づいて、信号振幅基準電圧Vofsとしての最適な電圧値Vofs_outを求めるという手法も考えられる。
さらには、必ずしも「最小」の階調値を基準としなくても、多少であれば或る程度(例えば視認できる画質に影響がない程度)の低輝度側の階調をつぶしてもよいと考えれば、最小階調値付近の値を基準として信号振幅基準電圧Vofsを制御することも考えられる。
また、1フレーム期間単位で最小階調値の検出、信号振幅基準電圧Vofsの変換を行うようにしたが、例えば2フレーム期間など、他の単位期間で同様の動作を行うようにしてもよい。
特に言えば、駆動トランジスタのVth特性キャンセル動作を行った後に、駆動トランジスタのゲートに信号振幅基準電圧Vofsの電位、ソースにVofs−Vthの電位が再現され、その後、信号値Vsigの電位をゲート電位に供給することで、ゲート・ソース間電圧Vgsとして「Vth+(Vsig−Vofs)」の電位を書込むような動作をする画素回路であれば、全て本発明は適用可能である。
Claims (5)
- 各画素回路において有機エレクトロルミネッセンス素子を発光素子として用いるとともに、各画素回路では、上記有機エレクトロルミネッセンス素子が、入力される表示データ信号の信号値電圧と信号振幅基準電圧の電圧差に応じた輝度で発光するように駆動される表示パネル部と、
上記表示パネル部に供給する表示データ信号について、所定期間としての1フレーム期間毎に階調値検出を行って、1フレーム内での最小階調値を検出し、検出した最小階調値によって画素回路に入力される信号値電圧を算出し、算出した信号値電圧を用いて、上記信号振幅基準電圧の電圧制御情報を生成する電圧制御部と、
上記電圧制御部で生成された電圧制御情報に基づいて、上記表示パネル部の各画素回路に供給する上記信号振幅基準電圧の電圧値を変化させる信号振幅基準電圧可変部と、
を備えた表示装置。 - 上記電圧制御部は、
上記信号振幅基準電圧の上限値の情報が与えられ、上記上限値を超えない範囲で上記信号振幅基準電圧を可変させる上記電圧制御情報を生成する請求項1に記載の表示装置。 - 上記電圧制御部は、
上記表示パネル部に供給する表示データ信号について、上記所定期間としての1フレーム期間毎に、表示色毎の最小階調値を検出し、検出した表示色毎の最小階調値のそれぞれについて、画素回路に入力される信号値電圧を算出し、算出した各信号値電圧の中で最小の信号値電圧を用いて、上記信号振幅基準電圧の電圧制御情報を生成する請求項1に記載の表示装置。 - 表示データ信号を、上記電圧制御部と上記信号振幅基準電圧可変部とによる信号振幅基準電圧の可変動作のための時間分、遅延させて上記表示パネル部に供給する表示データ遅延部を、さらに備えた請求項1に記載の表示装置。
- 各画素回路において有機エレクトロルミネッセンス素子を発光素子として用いるとともに、各画素回路では、上記有機エレクトロルミネッセンス素子が、入力される表示データ信号の信号値電圧と信号振幅基準電圧の電圧差に応じた輝度で発光するように駆動される表示パネル部を有する表示装置の表示駆動方法として、
上記表示パネル部に供給する表示データ信号について、所定期間としての1フレーム期間毎に階調値検出を行って、1フレーム内での最小階調値を検出するステップと、
検出された最小階調値によって画素回路に入力される信号値電圧を算出し、算出した信号値電圧を用いて、上記信号振幅基準電圧の電圧制御情報を生成するステップと、
生成された電圧制御情報に基づいて、上記表示パネル部の各画素回路に供給する上記信号振幅基準電圧の電圧値を変化させるステップと、
を備えた表示駆動方法。
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