JP7312882B2 - Information display device - Google Patents
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本発明は画像、映像および文字からなる情報を表示する情報表示装置に関する。 The present invention relates to an information display device for displaying information consisting of images, videos and characters.
案内や広告などをデジタル技術により表示する情報表示装置はデジタルサイネージとも呼ばれ、今では広く普及している。このような情報表示装置では、近年、省電力化のために太陽光発電を利用したものが多く提案されている。 Information display devices that display guidance, advertisements, etc. by digital technology are also called digital signage, and are now widely used. In recent years, many information display devices using solar power have been proposed for power saving.
たとえば、特許文献1には、効率よく太陽光を受光するように太陽電池の配置を工夫した表示システムが開示されている。また、特許文献2には、太陽光や風力などの自然エネルギを電力に変換する技術を適用した表示装置も提案されている。
For example, Patent Literature 1 discloses a display system in which the arrangement of solar cells is devised so as to efficiently receive sunlight. Further,
しかしながら、上述した特許文献1および2では、太陽電池パネルを用いて太陽光を電力に変換して取り出すだけである。このために、発電効率は太陽電池パネル自体の光電変換効率にのみ依存しており、光発電効率をさらに向上させることが容易ではなかった。また、特許文献2では太陽光発電に加えて風力発電も利用しているが、そのためには風力発電部を別個に設ける必要があり、構造が複雑化するという難点があった。
However, in
そこで、本発明者は、デジタルサイネージのような情報表示装置では、有機EL(エレクトロルミネッセンス)のように表示部自体が発光するか、あるいは液晶表示部のようにバックライトで照射することが必要であることに着目し、この照射光を発電に使用できる新たな光発電デバイスを備えた情報表示装置を発明するに至った。 Therefore, the present inventor focused on the fact that in an information display device such as a digital signage, the display itself needs to emit light like an organic EL (electroluminescence), or it needs to be illuminated by a backlight like a liquid crystal display.
本発明の目的は、環境に存在する光を無駄なく利用することで省電力化を可能にする情報表示装置を提供することにある。 SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide an information display device that enables power saving by utilizing light existing in the environment without waste.
本発明の一態様によれば、文字、画像および/または映像を含む情報を表示する装置であって、装置前面に設けられた表示窓(11)と、前記情報を表す内部光を発光する情報表示部(109)と、前記表示窓(11)と前記情報表示部(109)との間に設けられ、第1光発電パネル(104)と第2光発電パネル(105)とを重ねた構成を有する光発電デバイス(108)と、前記第1光発電パネル(104)の光起電力と前記第2光発電パネル(105)の光起電力とを用いてバッテリ(202)を充電し、少なくとも前記情報表示部(109)へ電源を供給する電源システム(200)と、を備え、前記光発電デバイス(108)の前記第1光発電パネル(104)側から前記表示窓(11)を透過して外光が入射し、前記第2光発電パネル(105)側から前記内部光が入射し、前記第1光発電パネル(104)が前記外光と前記第2光発電パネル(105)を透過した前記内部光とから光発電を行い、前記第2光発電パネル(105)が前記内部光と前記第1光発電パネル(104)を透過した前記外光とから光発電を行う。これにより、光発電デバイスの両側から外光と内部光とが入射することで、第1光発電パネルは外光および第2光発電パネルを透過した内部光の光電変換を行い、同時に第2光発電パネルは内部光および第1光発電パネルを透過した外光の光電変換を行う。このように、光発電デバイスの両面から入射する光を発電に利用することができ、簡単な構成で消費電力をより節約することができる。
前記第1光発電パネル(104)が透明あるいは半透明の第1太陽電池パネルからなり、前記第2光発電パネル(105)が集光性パネル(105a)と前記集光性パネルのエッジ面に設けられた第2太陽電池パネル(105b)から構成することができる。これにより、第1太陽電池パネルは第1の光を全面で受けることで効率的な光電変換が可能となり、第2太陽電池パネル(105b)は所望の波長域で光電変換が可能となる。
前記集光性パネル(105a)は、透明媒質に前記所定波長域の光を吸収し前記所定波長域の光を再放出する蛍光染料を分散させた透明板にすることができる。これにより所定波長域の光を効率的に集光して発電に利用することができる。
前記第2太陽電池パネル(105b)は光を透過しない太陽電池パネルであってもよい。たとえば、第2太陽電池パネルは基板実装された太陽電池パネルである。
前記表示窓(11)の周囲を囲む照明用の導光路(103)と、前記導光路(103)に光を通す照明光源(103a)と、を更に備え、前記電源システム(200)からの電源により前記照明光源(103a)を点灯させることで前記導光路(103)が前記表示窓(11)内を照明し、その照明光が前記光発電デバイス(108)により電力に変換される。これにより消費電力の幾分かを光発電デバイスにより回収することができ、さらなる節電が可能となる。
According to one aspect of the present invention, there is provided an apparatus for displaying information including characters, images and/or video, comprising: a display window (11) provided on the front of the apparatus; an information display section (109) emitting internal light representing the information; a photovoltaic device (108) provided between the display window (11) and the information display section (109) having a configuration in which a first photovoltaic panel (104) and a second photovoltaic panel (105) are stacked; a power supply system (200) that charges a battery (202) using the photovoltaic power of a panel (104) and the photovoltaic power of the second photovoltaic panel (105) and supplies power to at least the information display unit (109), wherein external light enters through the display window (11) from the first photovoltaic panel (104) side of the photovoltaic device (108), and the internal light enters from the second photovoltaic panel (105) side. The first photovoltaic panel (104) generates photovoltaic power from the external light and the internal light transmitted through the second photovoltaic panel (105), and the second photovoltaic panel (105) generates photovoltaic power from the internal light and the external light transmitted through the first photovoltaic panel (104). As a result, the first photovoltaic panel photoelectrically converts the external light and the internal light transmitted through the second photovoltaic panel, and at the same time the second photovoltaic panel photoelectrically converts the internal light and the external light transmitted through the first photovoltaic panel. In this way, light incident from both sides of the photovoltaic device can be used for power generation, and power consumption can be further reduced with a simple configuration.
The first photovoltaic panel (104) can be composed of a transparent or translucent first solar panel, and the second photovoltaic panel (105) can be composed of a concentrating panel (105a) and a second solar panel (105b) provided on the edge surface of the concentrating panel. As a result, the first solar cell panel receives the first light from the entire surface, thereby enabling efficient photoelectric conversion, and the second solar cell panel (105b) can perform photoelectric conversion in a desired wavelength range.
The
The second solar panel (105b) may be a solar panel that does not transmit light. For example, the second solar panel is a substrate mounted solar panel.
An illumination light guide path (103) surrounding the display window (11) and an illumination light source (103a) for passing light through the light guide path (103) are further provided, and the light guide path (103) illuminates the display window (11) by turning on the illumination light source (103a) with power from the power supply system (200), and the illumination light is converted into electric power by the photovoltaic device (108). This allows some of the consumed power to be recovered by the photovoltaic device, allowing further power savings.
上述したように、本発明によれば、環境に存在する光を無駄なく利用することで情報表示装置の省電力化が可能となる。 As described above, according to the present invention, the power consumption of the information display device can be reduced by using the light present in the environment without waste.
<実施形態の概要>
本発明の実施形態によれば、情報表示装置の前面に設けられた表示窓と内部光源との間に光起電力を得る透明な光発電デバイスを配置し、光発電デバイスが外光と内部光とを受光して発電する。光発電デバイスは第1光発電パネルと第2光発電パネルとを重ねた構成を有する。たとえば、情報表示装置を屋外に設置すると、第1光発電パネルは屋外光の光電変換を行い、さらに第2光発電パネルを透過した内部光の光電変換も行う。同時に、第2光発電パネルは内部光の光電変換を行い、さらに第1光発電パネルを透過した屋外光の光電変換も行う。
<Overview of Embodiment>
According to an embodiment of the present invention, a transparent photovoltaic device that obtains photovoltaic power is arranged between a display window provided on the front surface of an information display device and an internal light source, and the photovoltaic device receives external light and internal light to generate power. The photovoltaic device comprises a stack of a first photovoltaic panel and a second photovoltaic panel. For example, when the information display device is installed outdoors, the first photovoltaic panel photoelectrically converts the outdoor light, and further photoelectrically converts the internal light transmitted through the second photovoltaic panel. At the same time, the second photovoltaic panel performs photoelectric conversion of internal light, and further performs photoelectric conversion of outdoor light transmitted through the first photovoltaic panel.
このように、本発明の実施形態によれば、光発電デバイスが外から入射する光と内部光とを発電に利用することができ、簡単な構成で環境に存在する光を無駄なく利用して発電効率を上げることができる。特に災害発生時に停電した場合であっても、商用電源に依存することなく情報表示が可能となる。以下、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。ただし、以下の実施形態に記載されている構成要素は単なる例示であって、本発明の技術範囲をそれらのみに限定する趣旨ではない。 As described above, according to the embodiment of the present invention, the photovoltaic device can use the light incident from the outside and the internal light for power generation, and the power generation efficiency can be increased by using the light existing in the environment with a simple configuration without waste. In particular, information can be displayed without relying on a commercial power source even when a power failure occurs during a disaster. BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. However, the constituent elements described in the following embodiments are merely examples, and the technical scope of the present invention is not limited to them.
<一実施形態>
図1に例示するように、本発明の一実施形態による情報表示装置1は箱状のケース10に内蔵され、ケース10の前面に取り付けられたベゼル101により囲まれた領域が表示窓11である。広告や案内等の情報は表示窓11を通して視認可能である。
<One embodiment>
As illustrated in FIG. 1, an information display device 1 according to one embodiment of the present invention is built in a box-
図2に例示するように、ケース10内には後述する光ハーベスティングモジュール100、電源システム200および制御部300が取り付けられている。以下、図2および図3を参照しながら、光ハーベスティングモジュール100について説明する。
As illustrated in FIG. 2, an
<光ハーベスティングモジュール>
図3に例示するように、光ハーベスティングモジュール100は、ケース10前面の表示窓11から内部へ向けた順に、ベゼル101、カバーグラス102、照明用の導光路103、第1光発電パネル104、第2光発電パネル105、液晶パネル106、および内部光源としての面光源107から構成され、ケース10の内壁に固定されている。第1光発電パネル104および第2光発電パネル105が光発電デバイス108を構成し、液晶パネル106および面光源107が情報表示部109を構成する。
<Optical harvesting module>
As exemplified in FIG. 3, the
なお、「光発電パネル」とは光起電力効果により入射光を電力に変換する素子からなるパネルをいう。本実施形態において、第1光発電パネルの一例が透明あるいは半透明の太陽電池パネルであり、第2光発電パネルの一例が集光性パネルを用いた太陽電池パネルである。なお、太陽電池という用語は、太陽光に限定されるものではなく照明などの屋内光を利用した発電を行う素子一般を指すものとする。 The term "photovoltaic panel" refers to a panel composed of an element that converts incident light into electric power by the photovoltaic effect. In this embodiment, an example of the first photovoltaic panel is a transparent or translucent solar cell panel, and an example of the second photovoltaic panel is a solar cell panel using a concentrating panel. The term "solar cell" is not limited to sunlight, but generally refers to elements that generate power using indoor light such as lighting.
ベゼル101にはカバーグラス102、照明用の導光路103および照明光源103aがはめ込まれている(図2参照)。導光路103は透明樹脂からなり、ベゼル101に沿った形状に形成されている。導光路103の下部中央には発光ダイオード(LED)等の照明光源103aが設けられ、照明光が互いに反対方向へ進むことで、導光路103の全体がむらなく発光し、表示窓11内をベゼル101の枠に沿って照明することができる。
A
導光路103の枠内に収まるように第1光発電パネル104と第2光発電パネル105とが配置され、第2光発電パネル105の後ろに液晶パネル106が、さらに液晶パネル106のバックライトとして面光源107が順次配置されている。液晶パネル106は透過型の液晶ディスプレイであり、面光源107により背後から照明されることで、液晶パネル106の表示情報が表示窓11を通して視認可能となる。面光源107としては、発光ダイオード(LED)の照明光を面全体にむらなく広げる光学系を設けたもの、あるいはそのまま面光源となる有機エレクトロルミネッセンス(EL)を用いることができる。また、有機ELはそれ自身が発光するので、そのまま情報表示部109として用いることもできる。
A first
図4において、外光はカバーグラス102を通して第1光発電パネル104により光電変換され、さらに通過した光が第2光発電パネル105により光電変換される。また、面光源107からの内部光は液晶パネル106を透過すると、第2光発電パネル105により光電変換され、さらに透過した光は第1光発電パネル104により光電変換される。面光源107からの内部光が液晶パネル106および光発電デバイス108を通過することで、外部から液晶パネル106上の画像が視認可能となる。
In FIG. 4 , external light passes through the
<光発電デバイス>
以下、本実施形態における光発電デバイス108を構成する第1光発電パネル104および第2光発電パネル105について図4~図6を参照しながら詳細に説明する。
<Photovoltaic device>
Hereinafter, the first
図4に示すように、光発電デバイス108は、第1光発電パネル104と第2光発電パネル105とを重ねた構成を有する。第1光発電パネル104と第2光発電パネル105とは別個のパネルを一定の空間を隔てて重ねた構成でも良いし、透明基板上に第1光発電パネル104と第2光発電パネル105を積層した構成でもよい。
As shown in FIG. 4, the photovoltaic device 108 has a configuration in which a first
たとえば、第1光発電パネル104は、透明あるいは半透明の太陽電池パネルであってもよく、たとえば薄膜型あるいは有機薄膜型太陽電池フィルムを用いることができる。
For example, the first
図5に例示するように、第2光発電パネル105は、集光性パネル105aとそのエッジ面に設けられた太陽電池パネル105bとからなる。本実施形態では、矩形状の集光性パネル105aの長辺にそれぞれ太陽電池パネル105bが設けられている。集光性パネル105aは、アクリル等の透明媒質中に蛍光染料を均一に分散させた透明板であり、LSC(Luminescent Solar Concentrator)とも呼ばれている。入射光のうち特定波長の光が蛍光染料にトラップされ、再放出される。再放出された特定波長光は集光性パネル105aの主面で全反射を繰り返し、エッジに集光する。蛍光染料でトラップされなかった光は透過光となる。
As illustrated in FIG. 5, the second
こうしてエッジから出射した光が太陽電池パネル105bにより電気エネルギに変換される。太陽電池パネル105bは、光を透過しない半導体基板上に形成された太陽電セル配列で構成することができ、エッジから出射する光だけなく広範囲の波長光を光電変換可能な基板実装された太陽電池パネルであることが望ましい。あるいは太陽電池パネル105bは蛍光染料によりトラップされ再放出される波長域で高い効率を有してもよい。このような太陽電池パネル105bは、少なくとも1つ以上の太陽電池セル、太陽電池モジュールあるいは太陽電池アレイであってもよい。また、太陽電池パネル105bは透明である必要はないので、半導体系の光電変換素子であってもよい。
The light emitted from the edge is converted into electric energy by the
図5(B)に例示するように、本実施形態における集光性パネル105aでは、太陽電池パネル105bに対向するエッジ部105cのエッジ面積が大きくなるように加工されている。これにより、集光性パネル105の入射面積に対するエッジ面積の比率を大きくし集光比を上げることができる。本実施形態では、集光性パネル105aの2つの長辺にそれぞれ太陽電池パネル105bが設けられているが、これに限定されるものではなく、四辺にそれぞれ太陽電池パネル105bを設けてもよい。
As illustrated in FIG. 5B, in the
なお、第1光発電パネル104と第2光発電パネル105の集光性パネル105aとは透明保護カバーにより覆われてもよい。この場合、透明保護カバーの屈折率は集光性パネル105aの透明材料の屈折率との間で上述した集光性パネル105a内での全反射を起こすように選択される。なお、他の構成として、アクリル等の透明板あるいは透明偏光板の表面と裏面に第1光発電パネル104と集光性パネル105aとを積層させた構成であってもよい。
The first
図4に戻って、第1光発電パネル104は、外部から入射した外光を電気エネルギに変換し、さらに集光性パネル105aを透過した内部光を電気エネルギに変換することで、光起電力V1を出力する。また、第2光発電パネル105の太陽電池パネル105bは、集光性パネル105aに入射した内部光を電気エネルギに変換し、さらに第1光発電パネル104を透過した外光を電気エネルギに変換することで、光起電力V2を出力する。
Returning to FIG. 4, the first
さらに、面光源107がオフの場合であっても、照明光源103aを発光させて導光路103により表示窓11を照明することができる。照明光源103aだけを発光させるので消費電力を極めて小さくできる。特に、夜間あるいは暗い場所に設置された場合であっても、情報表示装置1の表示窓11内を照明でき、必要な情報表示が可能となる。このような場合であっても、導光路103からの光は光発電デバイス108に入射するので光起電力を得ることが可能となる。
Furthermore, even when the
<電源システム>
図6に例示するように、電源システム200は電力変換器201、バッテリ202および電源回路203を有する。電力変換器201は、第1光発電パネル104および第2光発電パネル105からそれぞれ入力した光起電力V1およびV2をDC-DCコンバータ等により必要な出力電圧へ変換し、バッテリ202の充電を行う。電源回路203はバッテリ202の充電に加えて、バッテリ202および/または商用電源からの電力を照明光源103a、面光源107、および液晶パネル106を駆動制御する制御部300へ供給する。制御部300は、格納された画像データあるいはネットワーク経由で受信した画像データに従って液晶パネル106および面光源107を制御し、広告あるいは案内等の情報表示を行う。
<Power supply system>
As illustrated in FIG. 6 ,
<動作>
図6において、屋外に設置された情報表示装置1がバッテリ202により駆動されている場合、第1光発電パネル104は太陽光を含む外光と面光源107からの光が液晶パネル106および第2光発電パネル105を透過した内部光とを入射して光起電力V1を出力する。また、第2光発電パネル105は、面光源107からの光が液晶パネル106を透過した内部光と外光が第1光発電パネル104を透過した光とを入射して光起電力V2を出力する。これらの光起電力V1およびV2によりバッテリ202の充電が可能であるから、バッテリ202の消費電力の幾分かを光発電デバイス108により回収することができる。また、照明光源103aのみを発光させて導光路103により表示窓11を照明している場合であっても、光発電デバイス108により消費電力の幾分かを回収可能である。
<Action>
In FIG. 6, when the information display device 1 installed outdoors is driven by the
<効果>
上述したように本発明の一実施形態によれば、情報表示装置1の前面と内部の面光源107との間に光起電力を得る透明な光発電デバイス108を配置し、光発電デバイス108が外光と面光源107からの内部光とを受光して発電する。特に光発電デバイス108は第1光発電パネル104と第2光発電パネル105とを重ねた構成を有する。したがって、光発電デバイス108の両側から外光と内部光とが入射することで、第1光発電パネル104は主として外光の光電変換を行い、さらに第2光発電パネル105を透過した内部光の光電変換も行う。同時に、第2光発電パネル105は主として内部光の光電変換を行い、さらに第1光発電パネル104を透過した外光の光電変換も行う。このように、光発電デバイス108の両面から入射する光を発電に利用することができ、簡単な構成で発電効率を向上させることができる。このように本実施形態による情報表示装置1は効率的な光発電が可能となり、消費電力をより節約することが可能となる。
<effect>
As described above, according to one embodiment of the present invention, the transparent photovoltaic device 108 that obtains photovoltaic force is arranged between the front surface of the information display device 1 and the internal surface
また、情報表示装置1の表示窓11と光発電デバイス108との間に光発電デバイス108の周囲を囲むように照明用の導光路103を設け、照明光源103aからの照明光を導光路103に通すことで表示窓11内を照明できる。この導光路103からの照明により、液晶パネル106の表示情報が視認可能となる。さらに、導光路103の照明光を第1および第2光発電パネル104および105が入射して光発電することもでき、消費電力をさらに削減することが可能となる。
A
1 情報表示装置
10 ケース
11 表示窓
100 光ハーベスティングモジュール
101 ベゼル
102 カバーグラス
103 導光路
103a 照明光源
104 第1光発電パネル
105 第2光発電パネル
105a 集光性パネル
105b 太陽電池パネル
105c エッジ部
106 液晶パネル
107 面光源
108 光発電デバイス
109 情報表示部
200 電源システム
201 電力変換器
202 バッテリ
203 電源回路
300 制御部
1
Claims (4)
装置前面に設けられた表示窓と、
前記情報を表す内部光を発光する情報表示部と、
前記表示窓と前記情報表示部との間に設けられ、前記表示窓側に設けられた透明あるいは半透明の第1太陽電池パネルからなる第1光発電パネルと、前記情報表示部側に設けられた集光性パネルと前記集光性パネルのエッジ部に対向するように設けられた第2太陽電池パネルからなる第2光発電パネルと、を重ねた構成を有する光発電デバイスと、
前記第1光発電パネルの光起電力と前記第2光発電パネルの光起電力とを用いてバッテリを充電し、少なくとも前記情報表示部へ電源を供給する電源システムと、を備え、
前記情報表示部側に設けられた前記集光性パネルは透明板であり、前記透明板は、透明媒質に所定波長域の光を吸収し前記所定波長域の光を再放出する蛍光染料を分散させ、かつ前記透明板の前記第2太陽電池パネルに対応する前記エッジ部の面積が前記透明板の主面の断面積より大きく形成され、
前記第2太陽電池パネルにおける前記エッジ部に対向する面の面積は、前記エッジ部の面積と略同一の面積に形成され、
前記光発電デバイスの前記第1光発電パネル側から前記表示窓を透過して外光が入射し、前記第2光発電パネル側から前記内部光が入射し、
前記第1光発電パネルが前記外光と前記第2光発電パネルを透過した前記内部光とから光発電を行い、
前記第2光発電パネルが前記内部光と前記第1光発電パネルを透過した前記外光とから光発電を行い、
前記第2光発電パネルは、前記所定波長域の光が前記集光性パネルの主面で全反射を繰り返すように選択される透明保護カバーに覆われる、
ことを特徴とする情報表示装置。 A device for displaying information including text, images and/or video,
a display window provided on the front of the device;
an information display unit that emits internal light representing the information;
a photovoltaic device having a configuration in which a first photovoltaic panel comprising a first transparent or translucent solar cell panel provided between the display window and the information display section and provided on the display window side , and a second photovoltaic panel comprising a condensing panel provided on the information display section side and a second photovoltaic panel provided so as to face an edge portion of the condensing panel;
a power supply system that charges a battery using the photovoltaic power of the first photovoltaic panel and the photovoltaic power of the second photovoltaic panel and supplies power to at least the information display unit;
The light-condensing panel provided on the information display part side is a transparent plate, the transparent plate has a transparent medium in which a fluorescent dye that absorbs light in a predetermined wavelength region and re-emits light in the predetermined wavelength region is dispersed, and the area of the edge portion of the transparent plate corresponding to the second solar cell panel is formed to be larger than the cross-sectional area of the main surface of the transparent plate;
The area of the surface of the second solar cell panel facing the edge portion is formed to be substantially the same area as the area of the edge portion,
External light is incident through the display window from the first photovoltaic panel side of the photovoltaic device, and internal light is incident from the second photovoltaic panel side,
the first photovoltaic panel performs photovoltaic power generation from the external light and the internal light transmitted through the second photovoltaic panel;
the second photovoltaic panel performs photovoltaic power generation from the internal light and the external light transmitted through the first photovoltaic panel;
The second photovoltaic panel is covered with a transparent protective cover selected so that the light in the predetermined wavelength range repeats total reflection on the main surface of the condensing panel.
An information display device characterized by:
ことを特徴とする請求項1に記載の情報表示装置。 The second solar panel has a higher power generation efficiency for light in the predetermined wavelength range than other wavelength ranges,
2. The information display device according to claim 1, wherein:
ことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の情報表示装置。 wherein the second solar panel is a solar panel that does not transmit light;
3. An information display device according to claim 1 or 2, characterized in that:
前記電源システムからの電源により前記照明光源を点灯させることで前記導光路が前記表示窓内を照明し、その照明光が前記光発電デバイスにより電力に変換される、
ことを特徴とする請求項1-3のいずれか1項に記載の情報表示装置。 further comprising a light guide path for illumination surrounding the display window, and an illumination light source for passing light through the light guide path;
By turning on the illumination light source with power from the power supply system, the light guide path illuminates the inside of the display window, and the illumination light is converted into electric power by the photovoltaic device.
The information display device according to any one of claims 1 to 3, characterized in that:
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