KR20110037503A - 반전 구동 ｌｃｄ 디스플레이 장치에 구비된 터치스크린 제어장치 및 제어방법 - Google Patents

반전 구동 ｌｃｄ 디스플레이 장치에 구비된 터치스크린 제어장치 및 제어방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 터치스크린 컨트롤 장치에 관한 것으로, 화소 양단에 인가되는 전압을 반전시켜 구동하는 구동부를 포함하는 LCD 디스플레이 장치와 상기 디스플레이 장치 전면에 설치되어 터치 좌표를 인식하여 그에 따른 터치출력값을 출력하는 정전용량측정부를 포함하는 터치스크린을 포함하는 디스플레이 장치의 터치스크린 제어장치에 있어서, 상기 터치스크린의 감지 전극과 전기적으로 연결되며, 상기 LCD 디스플레이 장치의 반전 신호를 받아 반전 노이즈로 인해 입력전압의 변화로 반전 신호의 전압과 이에 따른 비교기의 동작으로 출력되는 제 1출력전압 또는 제 2출력전압을 터치출력값으로 출력하도록 제어하는 노이즈처리부와, 상기 노이즈처리부에서 출력된 터치출력값을 상기 정전용량측정부에 반영하고, 이를 통해 상기 터치스크린으로부터 입력받은 사용자의 터치 조작에 따라 상기 디스플레이를 제어하는 제어부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다. 이와 같이 구성되는 본 발명과 디스플레이 반전 전압에 의해 발생되는 터치스크린 노이즈를 제거함으로써 보다 정확한 터치스크린의 좌표를 인식할 수 있는 이점이 있다.
터치스크린, LCD, 노이즈, 간섭, 반전

Description

반전 구동 ＬＣＤ 디스플레이 장치에 구비된 터치스크린 제어장치 및 제어방법{Control device and method of inversion LCD display with touch screen}
본 발명은 반전 구동 LCD 디스플레이 장치에 구비된 터치스크린 제어장치에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 LCD inversion time측정 방식에 있어서 LCD 패널 전면에 설치된 터치스크린을 효과적으로 제어하는 컨트롤 장치에 관한 것이다.
일반적으로 디스플레이 장치로 많이 사용되는 LCD(디스플레이 장치)에서는 각각의 화소별로 구동전압을 달리하여 발생하는 액정물질의 위상 변화를 통해 후면의 광원으로부터 발생한 빛의 투과량을 제어하여 전면부 빛의 삼원색 컬러 필터를 통해 보여지는 화소들의 조합을 통해 하나의 천연색 디스플레이 화면을 구성하게 된다.
이때 이러한 광학적 스위치 역할을 하는 물질을 액정(Liquiid crystal)이라고 하며, 이러한 액정이 긴 축을 이루며 일정한 방향을 이루는 구조를 네마틱(nematic)구조라고 한다. 그리고 액정의 네마틱 구조는 네마틱의 양단에 인가되 는 전압의 차이에 의해 뒤틀림이 발생하며, 네마틱들 간의 뒤틀림의 각도에 의해서 빛의 투과율이 변화된다.
이러한 특징을 디스플레이 화면 구성에 응용한 제품이 LCD 장치이며, 빛의 투과율의 제어를 위해 각 화소별로 액정의 양 단에 서로 다른 전압의 차이를 인가하여 액정이 뒤틀리는 정도에 따라 빛의 투과량의 변화가 생기는데, 이러한 화소들의 조합을 통해 하나의 디스플레이 화명을 구성하게 된다.
그러나 액정의 배열이 뒤틀어지게 하는 전압의 값이 지속적으로 유지가 될 경우 액정의 반응속도가 느려지며, 이로 인하여 영상의 누화(crosstalk) 현상과 화소 전극전압에 의한 플리커(flicker, 깜빡거림) 노이즈가 발생하게 된다. 종국적으로는 화소의 기생 정전용량에 의해서 디스플레이 장치의 각각의 화소에 전달되는 전압이 원래 목표하였던 전압보다 낮아지는 현상으로 인해 선명한 화질 구현에 어려움이 있으며, 액정의 네마틱 수명이 단축되는 문제가 발생하게 된다.
이와 같은 문제를 방지하기 위하여 주기적으로 화소 양단의 전극의 전압을 반전하여 구동해주는 반전구동이 있으며, 그 화소상의 구조는 도 1과 같다.
이 방법은 TFT-LCD의 영상 누화 현상이나 화소 전극 전압에 의한 플리커(ΔVp 문제라고 하며, 화소의 기생 커패시턴스에 의해 화소에 전달되는 전압이 원래 목표했던 전압보다 떨어지는 현상을 말함.)에 밀접한 관련이 있고, 소비전력, 구동회로 방식과도 밀접한 관련이 있다.
누화 현상 방지에는 점 반전이 가장 뛰어나고, 소비전력 측면에서는 화면 반적이 뛰어나다. 따라서 대형 디스플레이에서는 점 반전을 많이 사용하고, 모바일 디스플레이에서는 행 반전이나 열 반전을 사용하고 있는데, 이 중 점 반전 추세로 진행되고 있다.
4가지 반전 방식에 의해서 LCD 모듈 표면에는 반전을 하기 위한 전극으로부터 전압값이 반전이 되게 되며, 전압의 반전을 위해서 0V에서 공급전압으로, 공급전압에서 0V로 변화가 되는 지점에서 발생하는 반전 노이즈는 도 2에 도시된 구조의 정전용량 방식의 터치스크린 장치에 있어서, 신체의 터치로부터 발생한 정전용량의 값의 측정을 방해하여 좌표를 정확하게 계산하는데 많은 어려움이 있다.
이러한 구동 전압 반전으로 발생하는 정/전기적 노이즈를 디스플레이 바로 윗면에서 측정하여 일반화/간략화 하면 도 3과 같은 개형의 결과를 얻게 된다.
이를 방지하기 위한 여러 가지 방법으로 종래의 방식은 TSP(Touch Screen Panel)센서의 하단부에 도전체의 그라운드 쉴드(shield)층을 두어 그라운드 쉴드 도전체를 통해 상부터치 센서로 유입되는 반전 노이즈를 차폐하는 방식을 사용하였다.
하지만 이러한 방식은 센서층으로 사용되는 투명한 센서층 외에 도전체로 사용되는 ITO층을 하나 더 사용하기 때문에 다음의 단점이 있다. 첫째, 고가의 ITO층을 하나 더 사용하여야 하기 때문에 제조 공정의 증가와 원부자재 투입의 증가로 인해 제조비용이 증가한다. 둘째, TSP를 ITO 필름으로 구성한 경우 TSP의 두께가 증가하여 응용에 제약이 있다. 셋째, 디스플레이에서 발생하는 빛의 투과율이 떨어지는 문제점 등이 있다.
또한 다른 방법은 다량의 좌표값을 측정하여 여러 가지 수학적 처리와 경험 치를 통해 노이즈로 인해 발생한 좌표의 불균일한 포인팅 값을 제거하는 방법을 사용하여 왔으나, 이는 많은 H/W 자원과 CPU의 연산량을 필요로 할 뿐만 아니라 궁극적으로 반전 현상에서 발생한 노이즈의 제거에는 한계가 있어 완벽한 풀 터치스크린 입력장치를 구현하는데 많은 어려움이 있어 왔다.
도 4는 실제 행/열 반전 노이즈로 인해 교란이 되는 정전용량 센서의 실제 측정값을 나타내고 있다.
LCD가 off 되고 인체의 접촉이 없는 경우에는 매우 안정적인 값을 갖으나, LCD가 ON되고 행/열 반전 방식으로 LCD가 구동될 때에는 도 4에 도시된 바와 같이 인체의 접촉이 없는 경우에도 측정값의 변화가 발생하여 이러한 센서들의 측정값으로 터치스크린 내의 특정 좌표를 추정하는 일은 매우 어렵다.
즉, 정전용량 방식의 터치스크린은 디스플레이 장치 윗면에 위치하는 TSP(Touch Screen Panel)로써, 인체의 터치에 의한 2차원적인 포인팅을 하는데 가장 어려운 문제점이다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 디스플레이 패널과 TSP패널 간에 노이즈 간섭으로 인하여 발생되는 터치스크린 터치에 따른 좌표값의 비정확한 출력값을 교정하여 보다 정확한 터치스크린 출력값을 출력함으로써 정확한 터치 좌표 인식을 가능케 하고자 하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 화소 양단에 인가되는 전압을 반전시켜 구동하는 구동부를 포함하는 LCD 디스플레이 장치와 상기 디스플레이 장치 전면에 설치되어 터치 좌표를 인식하여 그에 따른 터치출력값을 출력하는 정전용량측정부를 포함하는 터치스크린을 포함하는 디스플레이 장치의 터치스크린 제어장치에 있어서, 상기 터치스크린의 감지 전극과 전기적으로 연결되며, 상기 LCD 디스플레이 장치의 반전 신호를 받아 반전 노이즈로 인해 입력전압의 변화로 반전 신호의 전압과 이에 따른 비교기의 동작으로 출력되는 제 1출력전압 또는 제 2출력전압을 터치출력값으로 출력하도록 제어하는 노이즈처리부와, 상기 노이즈처리부에서 출력된 터치출력값을 상기 정전용량측정부에 반영하고, 이를 통해 상기 터치스크린으로부터 입력받은 사용자의 터치 조작에 따라 상기 디스플레이를 제어하는 제어부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 노이즈처리부는, 상기 터치스크린의 감지 전극을 통해 흐르는 각 각의 감지신호를 센싱하는 센싱채널, 상기 감지신호에서 반전 노이즈를 추출하는 감지필터 및 상기 감지필터에서 추출된 노이즈가 측정되는 시간을 검출하는 비교기를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 감지필터는, 기준전압을 생성하는 저항과, 비교전압을 생성하는 가변저항으로 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 화소 양단에 인가되는 전압을 반전시켜 구동하는 구동부를 포함하는 LCD 디스플레이 장치와 상기 디스플레이 장치 전면에 설치되어 터치 좌표를 인식하여 그에 따른 터치출력값을 출력하는 정전용량측정부를 포함하는 터치스크린을 포함하는 디스플레이 장치의 터치스크린 제어방법에 있어서, 상기 터치출력값은, 상기 디스플레이 장치를 반전 구동하기 위해 반전 전압이 인가되면 반전전압이 인가된 시작점에서부터 임의의 시간까지에 대한 값은 제외하고 나머지 시간에 대한 값에 대하여 터치출력값으로 출력하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 터치출력값은, 상기 구동부에서 출력되는 반전 신호를 입력받고, 여기서 반전전압이 인가된 시작점에서부터 임의의 시간까지에 대한 값은 제외하고 나머지 시간에 대한 값에 대하여 터치출력값으로 출력하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같이 구성되고 작용되는 본 발명은 디스플레이 장치의 반전 구동 시 임의의 시간값에 대한 출력값은 제외하고 나머지 시간값에 대하여 터치스크린 입력값으로 출력함으로써 반전 구동에 따라 간섭되는 터치스크린과의 노이즈를 제거함 으로써 보다 정확한 터치 인식을 달성할 수 있는 이점이 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 반전 구동 LCD 디스플레이 장치에 구비된 터치스크린 제어장치의 바람직한 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 5는 디스플레이 반전 방식에 따른 전압값을 나타낸 도면, 도 6은 본 발명에 따른 터치스크린 제어장치에서 반전 신호에 따라 발생되는 노이즈 구간과 터치 신호구간을 나타낸 도면이다.
본 발명에 따른 반전 구동 LCD 디스플레이 장치에 구비된 터치스크린 제어장치는, 화소 양단에 인가되는 전압을 반전시켜 구동하는 구동부(100)를 포함하는 LCD 디스플레이 장치와 상기 디스플레이 장치 전면에 설치되어 터치 좌표를 인식하여 그에 따른 터치출력값을 출력하는 정전용량측정부(200)를 포함하는 터치스크린을 포함하는 디스플레이 장치의 터치스크린 제어장치에 있어서, 상기 터치스크린의 감지 전극과 전기적으로 연결되며, 상기 LCD 디스플레이 장치의 반전 신호를 받아 반전 노이즈로 인해 입력전압의 변화로 반전 신호의 전압과 이에 따른 비교기의 동작으로 출력되는 제 1출력전압 또는 제 2출력전압을 터치출력값으로 출력하도록 제어하는 노이즈처리부(400)와, 상기 노이즈처리부에서 출력된 터치출력값을 상기 정전용량측정부에 반영하고, 이를 통해 상기 터치스크린으로부터 입력받은 사용자의 터치 조작에 따라 상기 디스플레이를 제어하는 제어부를 포함한다.
디스플레이 구동에 있어, 구동부(100)는 액정의 반응속도 감소, 이로 인한 누화(crosstalk)현상, 플리커 노이즈 방지를 위하여 주기적으로 화소 양단에 인가되는 전압을 반전하여 구동시킨다. 이러한 구동을 위해서 디스플레이 장치의 상기 구동부는 임의의 시간에 따라 도 1에 도시된 바와 같이 화소 반전, 행/열 반전, 화면 반전을 실시한다. 본 발명에서의 상기 디스플레이 장치는 반전 구동으로 동작하는 LCD(liquid crystal display) 디스플레이에 해당한다.
주기적으로 화소 양단의 전극의 전압을 반전하여 구동해주어야 하는데, 일반적으로 화면 반전(frame inversion)(a), 열 반전(column inversion)(b), 행 반전(line inversion)(c), 그리고 점 반전(dot inversion)(d)방식이 있으며 그 화소상의 구조는 도 1과 같다.
상기 디스플레이 전면에 설치된 터치스크린은 정전용량 방식의 터치스크린으로써 인체의 접촉에 의해 정전용량이 측정되면 그에 해당하는 x,y 좌표값을 인식하여 해당 터치출력값을 출력한다.
노이즈처리부(400)는 LCD패널의 반전구동 신호에 따른 반전 노이즈를 검출하기 위한 것이다.
상기 노이즈처리부(400)의 일예를 설명하면, 도 8을 참조하여 상세히 설명하면, 터치스크린의 감지전극과 전기적 스위치로 연결된 센싱채널(410)과, 저항 R1, R2로 구성되는 감지필터(420)는 전압 비교기(430 ; H,L)의 기준 전압을 제공하기 위한 저항으로 통상적으로는 R1, R2는 동일한 값을 갖고, 감지 전극으로부터 입력되는 반전 노이즈로 인해 유기되는 작은 전류의 변화량에 의해서도 Vcnt의 전압이 변동될 수 있도록 수백 K Ohm정도가 바람직하다. 상기 저항은 일예로 470K Ohm을 각각 R1과 R2에 사용하였으며, 이때 Vcnt의 전압은 반전 노이즈가 감지되지 않을 경우에는 1/2*VDD의 전압을 갖게 된다.
반면에 상승 에지의 반전 노이즈가 감지된 경우에는 1/2*VDD +@의 전압이 나타나게 되며, 하강 에지의 반전 노이즈가 감지된 경우에는 1/2*VDD -@의 전압이 감지된다.
이때 @전압은 감지 전극의 면적과 R1, R2의 저항값, 그리고 방사되는 반전 노이즈 에너지의 크기에 의해서 결정됨으로 전압비교기 H와 L이 바람직한 반전 노이즈에 대한 전압 비교값을 갖기 위해서는 비교전압 vref_h와 vref_l의 설정이 필요하게 된다.
본 발명에서는 일예로 비교 전압(vref_h, vref_l)을 생성하기 위하여 저항의 분배비율의 조정에 의해서 전압이 생성되는 3단자 가변 저항을 이용하였다.
Vref_h의 전압은 1/2*VDD +@보다 작도록 가변저항 H를 이용하여 전압을 설정하고, Vref_l은 1/2*VDD -@보다 크도록 설정한다. 이를 수식으로 표현하면 다음과 같은 관계가 된다.
(1/2*VDD) < vref_h < (1/2*VDD) +@
(1/2*VDD) < vref_l < (1/2*VDD) -@
이것을 도식화 하면 도 7의 Vcnt, vref_l, vref_h의 전압이 된다.
상기 노이즈처리부로 반전 신호(Vcnt)가 입력되었고, 이러한 입력 전압의 변화로 인하여 발생한 비교기의 출력 전압은 도 7에 도시된 바와 같이 반전 신호의 전압(Vcnt)과 이에 따른 비교기의 동작으로 인하여 OUT_H(제 1출력전압), OUT_L(제 2출력전압)의 값이 발생하게 된다.
비교기 H는 vref_h의 전압보다 Vcnt의 전압이 높을 경우 "H"를 출력하고, 그렇지 않은 경우에는 "L"값을 출력한다. 비교기 L은 vref_l의 전압보다 Vcnt의 전압이 낮을 경우 "H"를 출력하고, 그렇지 않은 경우에는 "L "값을 출력하게 된다.
전기적 스위치들에 의해서 정전용량을 감지하는 터치스크린의 감지 전극들은 LCD의 반전 노이즈를 감지하고자하는 구간에만 ON되며 바람직하게는 모든 전극들이 Vcnt 신호선에 연결되어 있다(Enable신호용).
이때, 감지 전극들을 Vcnt 신호선에 연결하는 이유는 정전용량을 감지하는 전극들을 switch가 ON된 구간 동안에는 LCD의 반전 노이즈를 감지하는 일종의 노이즈 안테나의 역할을 수행하기 위한 것이다. 터치스크린의 감지 전극들은 반전노이즈 감지용 전극으로 사용하게 될 경우 감지 전극의 면적이 넓을수록 보다 많은 LCD 반전 노이즈를 감지할 수 있어 회로 구성에 유리하기 때문이다.
반전 노이즈를 감지한 후에는 모든 스위치들을 OFF하여 Vcnt 신호선과 개별적인 정전용량 감지전극들 간의 전기적으로 연결된 상태를 해지함으로써 해당 전극들은 해당 전극과 기존에 연결되어 있던 정전용량 측정회로가 개별적인 감지전극들에 대해서 정상적으로 인체의 입력으로부터 입력되는 터치 동작으로 발생하는 정전 용량의 변화량을 각각 개별적으로 감지할 수 있도록 하여야 한다.
제어부(300)는 상기 노이즈처리부(400)에서 출력되는 터치출력값에 해당하는 L값과 H값을 상기 정전용량측정부에 반영하고, 이를 통해 사용자로부터 터치 조작이 이루어지면 이를 통해 터치스크린 조작에 따른 디스플레이를 제어하게 된다.
한편, 반전 구동에 따른 노이즈 처리를 위하여 상술한 방법 외에도 LCD를 구동하는 드라이버(DDI : Display Driver IC) 즉, 구동부에서 반전 신호를 출력하도록 하고 정전용량 측정부에서는 해당 신호를 입력받아 반전 신호를 기준으로 반전 구간을 회피하여 정전용량을 측정하도록 구성할 수 있다.
상기 구동부의 반전 구동에 따른 시간값을 입력받으면 상기 정전용량측정부에서는 반전 구동 시작점에서부터 임의의 시간값에 대해서는 터치출력값으로 무시하고 나머지 시간값에 대하여 출력하도록 구성하는 것이다.
이와 같이 구성되는 본 발명은 반전 구동에 따라 간섭되는 터치스크린과의 노이즈를 제거함으로써 보다 정확한 터치 인식을 달성할 수 있는 이점이 있다.
이상, 본 발명의 원리를 예시하기 위한 바람직한 실시예와 관련하여 설명하고 도시하였지만, 본 발명은 그와 같이 도시되고 설명된 그대로의 구성 및 작용으로 한정되는 것이 아니다.
오히려, 첨부된 청구범위의 사상 및 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대한 다수의 변경 및 수정이 가능함을 당업자들은 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 그러한 모든 적절한 변경 및 수정과 균등물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주되어야 할 것이다.
도 1은 일반적인 디스플레이 장치의 화면 반전 형태를 나타낸 도면,
도 2는 TSP가 설치된 디스플레이의 분해 사시도,
도 3은 디스플레이 반전 방식에서 정/전기적 노이즈 분포를 나타낸 도면,
도 4는 행/열 반전 노이즈로 인해 교란이 되는 정전용량 센서의 실제 측정값을 나타낸 도면,
도 5는 본 발명에 따른 반전 구동 LCD 디스플레이 장치에 구비된 터치스크린 제어장치의 개략적인 구성도,
도 6은 디스플레이 반전 방식에 따른 전압값을 나타낸 도면,
도 7은 본 발명에 따른 터치스크린 제어장치에서 반전 신호에 따라 발생되는 노이즈 구간과 터치 신호구간을 나타낸 도면,
도 8은 본 발명에 따른 일예로 노이즈처리부의 구성도,
도 9는 반전 노이즈 검출 원리를 도식한 도면,
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
100 : 구동부
200 : 정전용량측정부
300 : 제어부
400 : 노이즈처리부

Claims (5)

  1. 화소 양단에 인가되는 전압을 반전시켜 구동하는 구동부를 포함하는 LCD 디스플레이 장치와 상기 디스플레이 장치 전면에 설치되어 터치 좌표를 인식하여 그에 따른 터치출력값을 출력하는 정전용량측정부를 포함하는 터치스크린을 포함하는 디스플레이 장치의 터치스크린 제어장치에 있어서,
    상기 터치스크린의 감지 전극과 전기적으로 연결되며, 상기 LCD 디스플레이 장치의 반전 신호를 받아 반전 노이즈로 인해 입력전압의 변화로 반전 신호의 전압과 이에 따른 비교기의 동작으로 출력되는 제 1출력전압 또는 제 2출력전압을 터치출력값으로 출력하도록 제어하는 노이즈처리부;와
    상기 노이즈처리부에서 출력된 터치출력값을 상기 정전용량측정부에 반영하고, 이를 통해 상기 터치스크린으로부터 입력받은 사용자의 터치 조작에 따라 상기 디스플레이를 제어하는 제어부;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 반전 구동 LCD 디스플레이 장치에 구비된 터치스크린 제어장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 노이즈처리부는,
    상기 터치스크린의 감지 전극을 통해 흐르는 각각의 감지신호를 센싱하는 센싱채널;
    상기 감지신호에서 반전 노이즈를 추출하는 감지필터; 및
    상기 감지필터에서 추출된 노이즈가 측정되는 시간을 검출하는 비교기;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 반전 구동 LCD 디스플레이 장치에 구비된 터치스크린 제어장치.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 감지필터는,
    기준전압을 생성하는 저항과, 비교전압을 생성하는 가변저항으로 구성되는 것을 특징으로 하는 반전 구동 LCD 디스플레이 장치에 구비된 터치스크린 제어장치.
  4. 화소 양단에 인가되는 전압을 반전시켜 구동하는 구동부를 포함하는 LCD 디스플레이 장치와 상기 디스플레이 장치 전면에 설치되어 터치 좌표를 인식하여 그에 따른 터치출력값을 출력하는 정전용량측정부를 포함하는 터치스크린을 포함하는 디스플레이 장치의 터치스크린 제어방법에 있어서,
    상기 터치출력값은,
    상기 디스플레이 장치를 반전 구동하기 위해 반전 전압이 인가되면 반전전압이 인가된 시작점에서부터 임의의 시간까지에 대한 값은 제외하고 나머지 시간에 대한 값에 대하여 터치출력값으로 출력하는 것을 특징으로 하는 반전 구동 LCD 디스플레이 장치에 구비된 터치스크린 제어방법.
  5. 제 4항에 있어서, 상기 터치출력값은,
    상기 구동부에서 출력되는 반전 신호를 입력받고, 여기서 반전전압이 인가된 시작점에서부터 임의의 시간까지에 대한 값은 제외하고 나머지 시간에 대한 값에 대하여 터치출력값으로 출력하는 것을 특징으로 하는 반전 구동 LCD 디스플레이 장치에 구비된 터치스크린 제어방법.
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