KR20040045444A - 매트릭스 디스플레이 - Google Patents
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Abstract
매트릭스 디스플레이는 픽셀들(2)을 가지며, 픽셀들 각각은 캐패시턴스(28) 양단에 병렬로 배열된 프로그램 가능한 메모리 소자(30)를 포함한다. 캐패시턴스 상의 전압은 디스플레이 소자(25)를 제어한다. 장치는 정상 모드에서, 매트릭스 디스플레이가 동적으로 구동될 수 있도록 고저항 상태에서의 메모리 소자들(30) 전부와 함께 실행될 수 있다. 대안적으로, 정적(저전력) 모드의 동작시, 메모리 소자들(30)은 데이터선들(6)을 구동시키지 않고 디스플레이될 수 있는 정적 이미지로 프로그램된다.
Description
전형적인 종래 기술의 능동 매트릭스 폴리머 또는 유기 발광 다이오드 디스플레이는 열(row)과 행(column)들로 배열된 발광 다이오드들의 매트릭스를 갖는다. 이러한 단일 픽셀의 디스플레이는 도 1에 도시된다. 픽셀(2)은 열 선택선(4)과 데이터선(6)에 접속된다. 박막 트랜지스터(8)는 선택 트랜지스터로서 작용하여, 선택선(4)상의 신호에 따라 픽셀(2)에서의 전자장치들을 데이터선(6)에 접속시킨다. 선택 트랜지스터(8)는 선택선(4)에 접속된 제어 단자로서 작용하는 게이트(10)를 갖는 박막 트랜지스터이다. 소스(12)는 데이터선(6)에 접속되며, 드레인(14)은 픽셀의 나머지 구성 요소들에 접속된다. 특히, 드레인(14)은 픽셀 박막 트랜지스터(16)의 게이트 또는 제어 단자(18)에 접속된다. 픽셀 박막 트랜지스터(16)의 소스(20)는 접지(24)에 접속되며, 드레인(22)은 발광 다이오드(25)를 통해 전압 레일(26)에 접속된다. 축적 캐패시터(28)는 접지(24)와 다른 박막 트랜지스터(16)의 제어 단자(18) 사이에 접속된다.
일반적으로, 전하는 열 선택선(4)이 적절하게 구동될 때 선택 트랜지스터(8)를 통해 로드된다. 전하는 도전 또는 비도전 상태에 있게 될 픽셀 박막 트랜지스터(16)를 제어하는 캐패시터(28)에 축적된다. 픽셀 트랜지스터(16)가 비도전 상태, 즉 스위치 오프로 있을 때, 어떠한 전류도 LED를 통과하지 못하며, 따라서 픽셀 소자는 어둡게 된다. 반대로, 박막 트랜지스터가 스위치 온되도록 캐패시터(28)의 전압이 있을 때, 전류는 발광 다이오드(25)를 통해 전압 레일(26)과 접지 사이를 지나게 되어 픽셀 소자는 밝아지게 된다.
실제 디스플레이에서는 다수의 열들과 행들의 픽셀들, 다수의 대응하는 선택선들(4), 데이터선들(6), 및 전압 레일들(26)이 존재할 것임을 인식할 수 있을 것이다.
이 타입의 장치가 갖는 문제점은 캐패시터(28)의 전압을 계속해서 리프레쉬하기 위해 신호들을 계속해서 업데이트할 필요가 있다는 점이다. 따라서, 프레임마다 모든 픽셀은 어드레스될 필요가 있으며, 캐패시터 양단의 전압이 적응된다. 이는 동적 또는 빠르게 변하는 데이터를 디스플레이할 필요가 있는 반면에, 관련된 손실 전력과 함께 데이터 신호들을 계속해서 그리고 반복적으로 공급하기 위한 요구 조건은 정적 이미지가 디스플레이되고 있을 때 필요하지 않다.
동일한 고려 사항들이 다른 형태의 매트릭스 디스플레이, 특히 능동 매트릭스 액정 디스플레이들에 적용된다. 또, 액정 픽셀은 실제로 데이터 신호들을 계속해서 그리고 반복적으로 공급함으로써 정기적으로 재충전될 필요가 있는 캐패시턴스를 갖는다. 또한, 이는 전력을 소모시킨다.
따라서, 요청된 동적 이미지들을 디스플레이할 유연성(flexibility)을 여전히 유지하면서, 계속적이고 반복적인 데이터 공급에 대한 요청 없이 정적 이미지들을 디스플레이할 수 있는 디스플레이를 제공하는 것이 유익할 것이다.
본 발명은 매트릭스 디스플레이, 특히, 폴리머 발광 다이오드(폴리-LED) 어레이, 유기 발광 다이오드(OLED) 어레이와 같은 능동 매트릭스 디스플레이 또는 능동 매트릭스 액정 디스플레이에 관한 것이다.
도 1은 종래 기술의 발광 다이오드 매트릭스 디스플레이를 도시한 도면.
도 2는 본 발명에 따라 픽셀 소자의 제 1 실시예를 도시한 도면.
도 3은 도 2에 도시된 바와 같이 복수의 픽셀 소자들을 갖는 디스플레이를 도시한 도면.
도 4는 본 발명에 따라 픽셀 소자의 제 2 실시예를 도시한 도면.
도 5는 본 발명에 따라 픽셀 소자의 제 3 실시예를 도시한 도면.
본 발명에 따라, 매트릭스 디스플레이에 있어서, 복수의 데이터 선들과, 복수의 선택 선들과, 복수의 픽셀 엘리먼트들로서, 데이터 선에 접속되며, 선택 선에 접속된 제어 단자를 갖는 선택 트랜지스터와, 상기 픽셀 엘리먼트들이 상기 선택 선에 의해 선택될 때 상기 데이터 선에 의해 공급된 전하를 축적하는 캐패시턴스로서, 상기 전하는 상기 캐패시턴스 양단에 전압을 제공하는, 상기 캐패시턴스와, 상기 캐패시턴에 접속되며 상기 캐패시턴스 양단의 전압에 따라 픽셀 이미지 엘리먼트를 디스플레이하는 디스플레이 구성 요소를 포함하는, 상기 복수의 픽셀 엘리먼트들을 포함하며, 각 픽셀은 상기 캐패시턴스 양단에 상기 캐패시턴스를 단락시키는 저저항 상태와 고저항 상태 사이에서 스위치 가능한 프로그램 가능한 소자를 포함하는 것을 특징으로 하는, 매트릭스 디스플레이가 제공된다.
각 픽셀 소자에 프로그램 가능한 소자를 공급함으로써, 프로그램 가능한 소자들은 정적 이미지에 따라 프로그램될 수 있으며, 데이터선 및 선택선에 공급된 적절한 전압들을 사용하여, 디스플레이된 이미지가 여러 픽셀들에서 프로그램 가능한 소자들의 상태에 따르도록 한다. 소자들 전부를 고저항 상태에 있도록 프로그램함으로서, 본 발명에 따른 매트릭스 디스플레이는 통상적인 방식으로 동적 화상들을 디스플레이하도록 동작될 수 있다.
따라서, 매트릭스 디스플레이는 통상적으로 요청된 정적 또는 동적 화상들을 디스플레이하는데 사용될 수 있다. 정적 화상들이 디스플레이될 때 반복적인 데이터 신호들을 공급할 필요는 없으며, 전력 소모가 상당히 감소된다.
프로그램 가능한 소자는 금속 반도체 금속 구조인 것이 바람직하며, 특히 양호한 실시예에서 예를 들어, 50㎚ 및 100㎚ 사이의 두께를 갖는 비정질 실리콘 탄화물 구조는 반도체 층으로서 사용될 수 있다. 비정질 실리콘 질화물, 비정질 실리콘, 폴리 실리콘과 같은 반도체 금속 반도체 구조들 또는 다층 구조들이 사용될 수 있다.
전하를 축적하는 캐패시턴스는 개별 캐패시터일 수 있으며, 또는 대안적으로 프로그램 가능한 소자는 부가적인 구성 요소를 필요로 하지 않고 전하를 축적하는 캐패시턴스를 제공할 수 있다.
본 발명의 실시예들은 발광 다이오드형 매트릭스 디스플레이를 제공한다. 발광 다이오드는 선택 트랜지스터에 접속된 제어 단자를 갖는 픽셀 트랜지스터와 직렬로 제 1 및 제 2 전압 레일들 사이에 접속될 수 있으며, 캐패시턴스 및 프로그램 가능한 소자는 픽셀 트랜지스터의 제어 단자와 제 1 전압 레일 사이에 접속될 수 있다. 이 방식으로, 상기 픽셀이 밝도록 상기 발광 다이오드를 통해 흐르게 하기 위해 상기 픽셀 트랜지스터가 도전되거나, 또는 상기 픽셀이 어둡도록 상기 픽셀 트랜지스터가 스위치 오프되는 것을 상기 캐패시턴스 양단의 전압이 제어한다.
본 발명의 실시예들은 상기 캐패시턴스 양단에 접속되며, 네거티브 피드백(negative feedback)을 제공하기 위해 발광 다이오드로부터 방출된 빛을 수신하는 광 다이오드를 제공할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예들은 액정 매트릭스 디스플레이에 관한 것이다.
본 발명은 상기된 바와 같이 매트릭스 디스플레이의 동작 방법에 관한 것이며, 그 방법은 픽셀들의 세트의 프로그램 가능한 소자들을 저저항 상태로 프로그램하고, 상기 저저항 상태로 프로그램된 픽셀들의 세트에 대응하는 이미지를 디스플레이하기 위해 모든 데이터 선들 및 선택 선들에 소정의 전압들을 인가함으로써 정적 모드에서 상기 매트릭스 디스플레이를 동작시키는 단계를 포함한다.
방법은 프로그램 가능한 소자들 전부를 상기 고저항 상태로 있게 하기 위해 프로그램하고, 이미지가 선택된 픽셀들에 대응하여 디스플레이되도록 선택된 픽셀들의 상기 캐패시턴스들상에 전하를 반복적 순차적으로 축적하여 이미지 데이터를 디스플레이함으로써 동적 모드에서 상기 매트릭스 디스플레이를 동작시키는 단계를 더 포함할 수 있다. 화상의 일부는 정적일 수 있으며, 예를 들어 한 코너에서 정적 로고일 수 있고, 반면에 그 나머지는 동적이다.
본 발명의 실시예들은 첨부한 도면들을 참조하여, 단순히 예로서 이제 기술될 것이다.
도면들은 단순히 개략적이며, 동일 축척으로 그려진 것이 아니다. 대응하거나 동일한 구성 요소들에는 다른 도면들에서도 동일한 참조 번호들이 제공된다.
도 2를 참조하면, 폴리 LED 매트릭스 디스플레이의 픽셀 소자(2)는 도 1을 참조하여 상기 기술된 구성 요소와 동일한 구성 요소를 갖는다. 게다가, 픽셀 트랜지스터(16)의 게이트(18)와 접지(24) 사이에 접속된 금속 반도체 금속 프로그램 가능한 소자(30)가 제공된다.
적절한 금속 반도체 금속 구조들은 1999년 10월 28일, Vol. 35, No. 22, Electronics Letters에서, J M Shannon 및 S P Lau에 의한, "Memory switching in amorphous silicon-rich silicon carbide"에 기술되어 있다. 그러나, 대안적인 MSM 구조들은 WO 96/19837에 기술된 바와 같이 사용될 수도 있다. 당업자는 본 발명과 관련하여 사용될 수 있는 다른 적절한 프로그램 가능한 소자들을 알 것이다.
MSM 구조(30)는 프로그램될 수 있는 동저항(dynamic resistance)을 갖는다. 본 발명에서 사용된 비정질 실리콘 탄화물 구조의 크기는, 저저항 상태는 약 100Ω의 저항을 가질 수 있는 반면에, 고저항 상태는 108Ω보다 큰 저항을 가질 수 있음을 보여주었다.
도 3을 참조하면, 디스플레이는 열 선택선들(4)에 접속된 열들(52)과 공통데이터선들(6) 에 접속된 행들(54)에 배열된 픽셀들(2)의 어레이를 포함한다.
예시된 실시예는 열 선택선들(4)에 병렬로 제공되는 전압 레일(26)을 보여주고 있다. 각 픽셀(2)은 디스플레이 구성 요소, 여기서는 발광 다이오드(25)를 포함한다.
일반적으로, 매트릭스 디스플레이는 MSM 구조들(30) 전부가 고저항 상태에 있는 통상적인 동적 모드에서 동작될 수 있다. 이 모드에서, 디스플레이는 주로 디스플레이상에 동적 이미지를 생성하기 위해 과도 전압들을 회피하면서, 통상적인 방법에 따라 구동될 수 있다. 열 선택선들(4)은 순차적으로 구동되며, 각각의 선택된 열에 대응하는 데이터는 소망 전압까지 캐패시턴스를 충전시키기 위해 선택된 열의 데이터선들에 공급된다. 각각의 캐패시턴스는 픽셀이 밝아지게 되도록 픽셀 트랜지스터(16)가 도전되게 하는 전압 또는 픽셀이 어두워지도록 픽셀 트랜지스터(16)를 턴 오프시키는 전압까지 충전될 수 있다. 소자(30)를 통한 누설이 매우 작기 때문에, 캐패시터(28) 양단 및 트랜지스터(18)의 게이트 상의 전압은 본질적으로 프레임 시간 내내 일정하게 남아 있다.
그러나, 매트릭스 디스플레이는 또한 소망 이미지에 따라 MSM 소자(30)를 프로그램함으로써 상이한 모드에서 동작될 수 있다. 각 픽셀의 MSM 소자가 고저항 상태 또는 저저항 상태에 있는지 여부에 따라, 픽셀 소자는 각각 밝게 되거나 또는 어둡게 된다. 따라서 이미지는 캐패시터(28)에 축적된 전압을 계속해서 리프레쉬할 필요가 없이 정적 이미지가 디스플레이될 수 있도록 어레이의 픽셀들의 메모리 소자들(30)을 적절하게 프로그램함으로써 형성될 수 있다.
사용된 프로그래밍 단계들은 이제 보다 상세히 기술될 것이다.
사용된 비정질 실리콘 탄화물 메모리 소자들(30)은 사용 이전에 형성 단계를 필요로 한다. 이는 데이터선 상에 양의 8V를 인가하고, 선택 트랜지스터(8)를 스위칭 온시킴으로써 수행된다. 형성 단계는 그 다음 이어서 스위치되는 비정질 실리콘 탄화물층에서 하나 이상의 로컬 필라멘트들을 생성할 것으로 여겨진다.
소자들(30)을 고저항 상태로 스위칭하기 위해서, 선택 트랜지스터(8)가 온으로 되어 있는 상태에서 -6V가 데이터선(6)에 공급된다. 이 프로그래밍 후 디스플레이는 통상적인 종래 기술의 디스플레이로서 동작한다.
정적 디스플레이를 스위칭하기 위해서, 선택된 소자들(30)은 저저항 상태로 스위칭된다. 이는 선택 트랜지스터(8)가 온으로 되어 있는 상태에서 데이터선(6)에 +6V를 인가함으로써 행해진다.
프로그램된 이미지를 디스플레이하기 위해서, 단순히 모든 데이터선들(6)에 -4V를 공급하고 통상적인 장치에서 열 선택선들(4)을 순환시킬 필요가 있다. 메모리 소자들(30)이 저저항 상태에 있는 픽셀 소자들(2)에서 열 선택선(4)이 픽셀을 선택할 때 캐패시터(28)에 축적된 전하는 저저항 메모리 소자(30)를 통해 캐패시터(28)로부터 프레임 시간과 비교하여 단시간 스케일로 누설된다. 프레임 시간은 선택 트랜지스터(8)를 턴온하기 위해 열 선택선(4)이 구동되는 연속적인 경우들 간의 기간이다. 캐패시터(28)의 전하가 단시간 스케일을 초과하여 방전되기 때문에, 아주 작은 빛이 발광 다이오드(25)에서 방출된다. 대조적으로, 고저항 상태에서 메모리 소자(30)를 갖는 픽셀들(2)에 대하여, 캐패시터(28)의 전하는 방전되지 않으며,따라서 픽셀 트랜지스터(16)는 픽셀이 밝은 상태에 있도록 스위치 온된다.
정상 모드로 돌아가기 위해서, 모든 소자들(30)은 선택 트랜지스터를 온시킴과 동시에 데이터선에 -6V를 인가함으로써 고저항 상태로 스위칭된다. 그 다음 정상 모드는 메모리 소자들(30)을 재프로그래밍할 리스크를 회피하기 위해 6V보다 작은 데이터 전압들로 동작한다.
각 픽셀이 온 또는 오프될 수 있는 3가지 색의 픽셀(적, 녹, 황)을 제공함으로써, 본 발명은 8가지 색깔의 디스플레이를 제공할 수 있다. 대안적으로, 부가적인 밝기 상태를 제공함으로써, 예를 들어, 단지 2가지 상태보다 더 많은 상태를 갖는 프로그램 가능한 소자들을 사용함으로써, 픽셀마다 복수의 색깔들을 제공하는 디스플레이가 제공될 수 있다. 소위 "아날로그 스위칭"이라 불리는 적절한 다수의 프로그램 가능한 소자들이 보고되었다.
본 발명의 수정에서, 도 4에 도시된, 캐패시터(28)는 도 2의 실시예에서 캐패시터(28)와 프로그램 가능한 소자(30)의 기능들을 제공하는 조합된 캐패시턴스 및 프로그램 가능한 소자(32)로 대체된다.
도 4는 본 발명의 다른 발전예를 도시한다. 광다이오드(36)는 블로킹(blocking) 다이오드(34)와 직렬로 접속된다. 광다이오드는 발광 다이오드(25)에 의해 방출된 빛을 수신할 수 있도록 배열된다. 이는 네거티브 피드백을 생성하며, WO 01/20591에 보다 상세히 설명된다.
도 5를 참조하면, 본 발명은 폴리머 발광 다이오드 디스플레이에 유용할 뿐만 아니라, 액정 디스플레이에 적용될 수 있다. 조합된 프로그램 가능한 스위치와 축적 캐패시터(32)는 액정 픽셀의 캐패시턴스 양단에 제공된다. 또한, 프로그램 가능한 스위치가 고저항 상태에 있을 때 매트릭스 디스플레이는 정상적으로 동작할 수 있다. 정적 데이터를 디스플레이하기 위해서, 저저항 상태에 있을 몇몇 스위치들을 프로그램함으로써 고정된 화상이 디스플레이될 수 있다. 픽셀 소자들은 단시간 스케일을 초과하여 방전된 액정 캐패시터(42)를 가질 것인 반면에, 프로그램 가능한 스위치가 고저항 상태에 있는 소자에서 캐패시터에 축적된 전압은 전체 프레임 동안 남아 있게 된다. 액정 디스플레이가 정상 모드에서 동작될 때 축적 캐패시터로서 작용하도록 조합된 소자(32)가 한 측에서 접지됨을 유념해야 해야 한다. 축적 캐패시터의 포함은 액정 디스플레이의 품질을 향상시킬 뿐만 아니라 오프 상태에서 소자(32)의 저누설 요건들을 완화시킨다.
기술된 실시예들에서 p 채널 박막 선택 트랜지스터들(8)과 픽셀 트랜지스터들(16)이 사용되더라도, 본 발명은 또한 n 채널 전계 효과 트랜지스터들을 사용할 수 있다. 다색의 광다이오드들이 컬러 디스플레이를 위해 사용될 수 있으며, 또는 대안적으로 단색의 광다이오드들이 단색 디스플레이를 위해 사용될 수 있다.
본 명세서를 판독함에 의해, 다른 변형예들 및 수정예들이 당업자들에게 명백해질 것이다. 이러한 변형예들 및 수정예들은 등가물, 및 반도체 장치의 설계, 제조 및 사용시 이미 알려진 그리고 여기에 기술된 특징들에 부가하여 또는 그 대신에 사용될 수 있는 다른 특징들을 포함할 수 있다.
Claims (11)
- 매트릭스 디스플레이에 있어서,복수의 데이터 선들과,복수의 선택 선들과,복수의 픽셀 엘리먼트들로서, 데이터 선에 접속되며, 선택 선에 접속된 제어 단자를 갖는 선택 트랜지스터와,상기 픽셀 엘리먼트들이 상기 선택 선에 의해 선택될 때 상기 데이터 선에 의해 공급된 전하를 축적하는 캐패시턴스로서, 상기 전하는 상기 캐패시턴스 양단에 전압을 제공하는, 상기 캐패시턴스와,상기 캐패시턴에 접속되며 상기 캐패시턴스 양단의 전압에 따라 픽셀 이미지 엘리먼트를 디스플레이하는 디스플레이 구성 요소를 포함하는, 상기 복수의 픽셀 엘리먼트들을 포함하며,각 픽셀은 상기 캐패시턴스 양단에 상기 캐패시턴스를 단락시키는 저저항 상태와 고저항 상태 사이에서 스위치 가능한 프로그램 가능한 소자를 포함하는 것을 특징으로 하는, 매트릭스 디스플레이.
- 제 1 항에 있어서, 상기 프로그램 가능한 소자는 금속 반도체 금속 구조(metal semiconductor metal structure)인, 매트릭스 디스플레이.
- 제 2 항에 있어서, 상기 금속 반도체 금속 구조는 비정질 실리콘 탄화물(amorphous silicon carbide) 반도체 층을 포함하는, 매트릭스 디스플레이.
- 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 캐패시턴스는 상기 프로그램 가능한 소자내에 집적되는, 매트릭스 디스플레이.
- 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 디스플레이 구성 요소는 발광 다이오드인, 매트릭스 디스플레이.
- 제 5 항에 있어서,상기 발광 다이오드는 상기 선택 트랜지스터에 접속된 제어 단자를 갖는 픽셀 트랜지스터와 함께 직렬로 제 1 및 제 2 전압 레일들 사이에 접속되며,상기 픽셀이 밝도록 상기 발광 다이오드를 통해 전류를 흐르게 하기 위해 상기 픽셀 트랜지스터가 도전되거나, 또는 상기 픽셀이 어둡도록 상기 픽셀 트랜지스터가 스위치 오프(switch off)되는 것을 상기 캐패시턴스 양단의 전압이 제어하도록, 상기 캐패시턴스 및 프로그램 가능한 소자는 상기 픽셀 트랜지스터의 제어 단자와 제 1 전압 레일 사이에 접속되는, 매트릭스 디스플레이.
- 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서, 상기 캐패시턴스 양단에 접속되며, 광 피드백을 제공하기 위해 발광 다이오드로부터 방출된 빛을 수신하는 광 다이오드를 더포함하는, 매트릭스 디스플레이.
- 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 디스플레이 구성 요소는 액정 픽셀 전극인, 매트릭스 디스플레이.
- 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 프로그램 가능한 소자는 저저항 상태, 고저항 상태, 및 적어도 하나의 중간 저항 상태를 포함하는 적어도 3개의 상태들 사이에서 스위치 가능한, 매트릭스 디스플레이.
- 복수의 데이터 선들, 복수의 열(row) 선택 선들 및 각각이 선택 트랜지스터, 캐패시턴스, 상기 캐패시턴스에 접속된 디스플레이 구성 요소 및 상기 캐패시턴스를 단락시키는 저저항 상태와 고저항 상태 사이에서 스위칭 가능한 상기 캐패시턴스 양단의 프로그램 가능한 소자를 포함하는 복수의 픽셀 엘리먼트들을 포함하는 매트릭스 디스플레이 동작 방법에 있어서, 상기 방법은,픽셀들의 세트의 상기 프로그램 가능한 소자들을 저저항 상태로 프로그램하고,상기 저저항 상태로 프로그램된 픽셀들의 세트에 대응하는 이미지를 디스플레이하기 위해 모든 데이터 선들 및 선택 선들에 소정의 전압들을 인가함으로써정적 모드에서 상기 매트릭스 디스플레이를 동작시키는 단계를 포함하는, 매트릭스 디스플레이 동작 방법.
- 제 10 항에 있어서, 상기 프로그램 가능한 소자들 전부를 상기 고저항 상태로 있게 하기 위해 프로그램하고,이미지가 선택된 픽셀들에 대응하여 디스플레이되도록 선택된 픽셀들의 상기 캐패시턴스들상에 전하를 반복적 순차적으로 축적하여 이미지 데이터를 디스플레이함으로써동적 모드에서 상기 매트릭스 디스플레이를 동작시키는 단계를 더 포함하는, 매트릭스 디스플레이 동작 방법.
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