CN101887200B - 集成电容式触摸屏的电子纸及其驱动方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种集成电容式触摸屏的电子纸及其驱动方法。该电子纸包括多条相互平行的扫描线，图像扫描信号依次输入到该扫描线，用于导通连接于该扫描线的薄膜晶体管；多条相互平行且分别与该扫描线绝缘相交的触控感应线；多个互电容，该互电容用于感应外界是否触控该电子纸；用于侦测该互电容的电容值变化的侦测电路，该侦测电路连接该触控感应线；触控扫描信号依次输入到该扫描线，该触控扫描信号输入到该扫描线的时间与该图像扫描信号输入到该扫描线的时间错开，该触控扫描信号的电压低于该薄膜晶体管的导通电压，该侦测电路侦测电容值发生变化的互电容的位置，确定外界对该电子纸的触控位置。
Description
技术领域
本发明涉及一种集成电容式触摸屏的电子纸及其驱动方法。
背景技术
平板显示技术因其体积小、便于携带等优点而得到广泛的应用。由电子墨水技术制造的电子纸和电子书符合人类的阅读习惯，相比一般的平板显示技术，电子纸长时间阅读后不易产生疲劳，并且很省电。相比图书纸张，它又具有存储量大，方便查找以及环保的优点，因此，电子纸技术具有很好的发展前景。
请参阅图1，图1是一种现有技术的电子纸显示屏的结构示意图。该电子纸显示屏10包括一薄膜层11和一与该薄膜层11相对平行设置的基板12。公共电极层13设置于该薄膜层11和该基板12之间靠近该薄膜层11一侧，该公共电极层13是氧化锡铟(ITO)层。薄膜晶体管(Thin Film Transistor，TFT)层14设置在该薄膜层11和该基板12之间靠近该基板12一侧。
该薄膜晶体管层14和该公共电极层13之间设置有微胶囊15，该微胶囊15的直径大约为100微米。该微胶囊15中填充有色基液16。该有色基液16中悬浮有不同于该有色基液16颜色的带电颗粒17。
下面以该有色基液16为蓝色，该带电颗粒17为白色，说明该电子纸显示屏10的运作原理：
当该薄膜晶体管层14和该公共电极层13之间加电场后，该有色带电颗粒17就会在电场力的作用下，漂移到该微胶囊15的一个表面，若这个表面作为可视面，则该微胶囊15就显示该带电颗粒17的颜色白色。当该薄膜晶体管层14和该公共电极层13之间加相反电场后，该带电颗粒17就会飘移到微胶囊15的另一面，此时微胶囊15就显示该有色基液16的颜色蓝色，从而该电子纸显示屏10实现图像的显示与擦除。
请一并参阅图1、图2，图2是图1所示的电子纸显示屏10的驱动电路示意图。该驱动电路20包括数据驱动电路21、与该数据驱动电路21连接的多条相互平行的数据线22、扫描驱动电路23、与该扫描驱动电路23连接且与该数据线22绝缘并垂直相交的扫描线24。相邻两条扫描线24和相邻两条数据线22在交叉处定义多个像素单元。
每一个像素单元包括一薄膜晶体管25和一存储电容27。该薄膜晶体管25的栅极连接一扫描线24，源极连接一数据线22，漏极连接一像素电极。该微胶囊15设置在该像素电极和该公共电极层13之间。该存储电容27设置于该设置在该像素电极和该公共电极层13之间，即该存储电容27在电路结构上与该微胶囊15并联设置，用于保持该微胶囊15两端的电压。该公共电极层13与该扫描线24之间形成第一寄生电容28，该公共电极层13与该数据线22之间形成第二寄生电容29。该数据线22、该扫描线24、该薄膜晶体管25及该像素电极设置于该电子纸显示屏10的薄膜晶体管层14。
该扫描驱动电路23依次输出图像扫描信号至该扫描线24，即在同一时刻，图像扫描信号只能输入到一行扫描线24，当该行扫描线24有图像扫描信号输入时，连接于该行扫描线24的薄膜晶体管25导通，该数据驱动电路21通过该行导通的薄膜晶体管25输出图像数据信号至该像素电极，该像素电极与该公共电极层13之间形成电场，使该微胶囊15中的带电颗粒17发生飘移，从而由该行扫描线24控制的像素显示图像。该微胶囊15两端的电压同时对该存储电容27充电，当连接该行扫描线24的薄膜晶体管25截止时，该存储电容27保持该微胶囊15两端的电压，从而使该行扫描线24控制的像素保持显示的图像。在一帧画面的时间内，该扫描驱动电路23依次对该扫描线24进行扫描，从而使该电子纸显示屏10显示该帧的图像。
美国专利申请US20080055274提出了一种集成电容式触摸功能的电子纸显示屏，如图3所示。该电子纸触摸屏30包括依次设置的有机薄膜层31、公共电极层32、微胶囊层33、光学胶层34、薄膜晶体管层35、绝缘层36、特殊钢箔层37以及绝缘保护层38。该特殊钢箔层37具有一定电阻率，作为该电子纸显示屏30的表面电容式工作电极层。
由于采用该特殊钢箔层37为工作电极层，该电子纸显示屏30的手指39的触控面在该电子纸显示屏30可视面的相反一侧，该具有触控功能的电子纸显示屏30使用不方便。同时，由于该具有触控功能的电子纸显示屏30相较于电子显示屏10增加了光学胶层34、绝缘层36、特殊钢箔层37，该具有触控功能的电子纸显示屏30的结构复杂。
发明内容
为了解决现有技术中的具有触控功能的电子纸显示屏使用不方便、结构复杂的问题，有必要提供一种使用方便、结构简单的集成电容式触摸屏的电子纸。
本发明还提供一种上述集成电容式触摸屏的电子纸的驱动方法。
一种集成电容式触摸屏的电子纸，包括多条相互平行的扫描线，图像扫描信号依次输入到该扫描线，用于导通与该扫描线连接的薄膜晶体管；多条相互平行且分别与该扫描线绝缘相交的触控感应线；多个互电容，每个互电容形成于每条触控感应线与每条扫描线交叉处，该互电容用于感应外界是否触控该电子纸；用于侦测该互电容的电容值变化的侦测电路，该侦测电路连接该触控感应线；触控扫描信号依次输入到该扫描线，该触控扫描信号输入到该扫描线的时间与该图像扫描信号输入到该扫描线的时间错开，该触控扫描信号的电压低于该薄膜晶体管的导通电压，当外界触控该电子纸时，该侦测电路侦测电容值发生变化的互电容的位置，以确定外界对该电子纸的触控位置。
其中，该电子纸还包括一薄膜层、一与该薄膜层相对平行设置的基板、一设置于该薄膜层和该基板之间靠近该薄膜层一侧的公共电极层、一设置在该薄膜层和该基板之间靠近该基板一侧的薄膜晶体管层。将该公共电极层刻蚀形成该触控感应线。该触控扫描信号的电压值的范围是-15V到-10V。该侦测电路包括多个侦测单元，每个侦测单元连接该多条触控感应线中的一条且用于侦测与该条触控感应线连接的互电容的电容值的变化。每个侦测单元包括一放大器，并联连接的电容和电阻连接于该放大器的负相输入端和输出端之间，该放大器的负相输入端还连接该触控感应线，正相输入端接收公共电压。
一种集成电容式触摸屏的电子纸的驱动方法，包括如下步骤：图像扫描信号依次输入到该电子纸的多条相互平行的扫描线，用于导通与扫描线连接的薄膜晶体管；触控扫描信号依次输入到该扫描线，该触控扫描信号输入到该扫描线的时间与该图像扫描信号输入到该扫描线的时间错开，该触控扫描信号的电压低于该薄膜晶体管的导通电压；外界触控该电子纸，形成于与该电子纸被触控的位置相对应的触控感应线与扫描线交叉处的互电容的电容值发生变化；与该触控感应线连接的侦测电路侦测电容值发生变化的互电容的位置，以确定外界对该电子纸的触控位置。
其中，将该电子纸的公共电极层刻蚀形成该触控感应线。该触控扫描信号的电压值的范围是-15V到-10V。
一种集成电容式触摸屏的电子纸，包括：多条相互平行的数据线，图像数据信号输入到该数据线，并通过导通的薄膜晶体管输入到像素电极；多条相互平行且分别与该数据线绝缘相交的触控感应线；多个互电容，每个互电容形成于每条触控感应线与每条数据线交叉处，该互电容用于感应外界是否触控该电子纸；用于侦测该互电容的电容值变化的侦测电路，该侦测电路连接该触控感应线；触控扫描信号输入到该数据线，该触控扫描信号输入到该数据线的时间与该图像数据信号输入到该数据线的时间错开，当外界触控该电子纸时，该侦测电路侦测电容值发生变化的互电容的位置，以确定外界对该电子纸的触控位置。
一种集成电容式触摸屏的电子纸的驱动方法，包括如下步骤：图像数据信号输入到该电子纸的多条相互平行的数据线，并通过导通的薄膜晶体管输入到像素电极；触控扫描信号输入到该数据线，该触控扫描信号输入到该数据线的时间与该图像数据信号输入到该数据线的时间错开；外界触控该电子纸，形成于与该电子纸被触控的位置相对应的触控感应线与数据线交叉处的互电容的电容值发生变化；与该触控感应线连接的侦测电路侦测该电容值发生变化的互电容的位置，以确定外界对该电子纸的触控位置。
与现有技术相比，本发明的集成电容式触摸屏的电子纸包括多条与该扫描线绝缘相交的触控感应线，触控扫描信号依次输入到该扫描线，该触控扫描信号输入到该扫描线的时间与该图像扫描信号输入到该扫描线的时间错开，该触控扫描信号的电压低于该薄膜晶体管的导通电压，在不影响该电子纸正常显示的情况下，本发明的电子纸并不需要额外增加结构来使该电子纸具有触控功能，该电子纸的结构简单。同时，该电子纸可以在显示面实现触控功能，使用方便。
与现有技术相比，本发明的集成电容式触摸屏的电子纸包括多条与该数据线绝缘相交的触控感应线，触控扫描信号与该图像数据信号在该数据线上的输入时间错开，在不影响该电子纸正常显示的情况下，本发明的电子纸并不需要额外增加结构来使该电子纸具有触控功能，该电子纸的结构简单。同时，该电子纸可以在显示面实现触控功能，使用方便。
附图说明
图1是一种现有技术的电子纸的结构示意图。
图2是图1所示的电子纸的驱动电路示意图。
图3是一种现有技术的具有触控功能的电子纸的结构示意图。
图4是本发明的集成电容式触摸屏的电子纸的第一实施方式的示意图。
图5是图4所示的电子纸的电路结构示意图。
图6是图5所示的电子纸的驱动波形图。
图7是本发明的集成电容式触摸屏的电子纸的第二实施方式的示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本发明作进一步的详细描述。
本发明的集成电容式触摸屏的电子纸与图1所示的无触控功能的电子纸结构相似，该电子纸包括一薄膜层和一与该薄膜层相对平行设置的基板。公共电极层设置于该薄膜层和该基板之间靠近该薄膜层一侧，薄膜晶体管层设置在该薄膜层和该基板之间靠近该基板一侧。该薄膜晶体管层和该公共电极层之间设置有微胶囊，该微胶囊中填充有色基液。该有色基液中悬浮有不同于该有色基液颜色的带电颗粒。
请参阅图4，图4是本发明的集成电容式触摸屏的电子纸的第一实施方式的示意图。该电子纸40包括多条相互平行的扫描线41、多条相互平行且分别与该扫描线41绝缘并垂直相交的触控感应线43和一侦测电路45。该触控感应线43的一端均连接该侦测电路45。该扫描线41用于接收图像扫描信号并导通连接于该扫描线41的薄膜晶体管。在本实施方式中，该触控感应线43通过沿与该扫描线41垂直的方向刻蚀该电子纸40的公共电极层而形成，即该触控感应线43是多条相互平行且分别与该扫描线41绝缘并垂直相交的公共电极线。该触控感应线43的条数可以根据实际的需要而灵活设置，例如：可以通过增加刻蚀形成的该触控感应线43的条数来增加该触控感应线43与该扫描线41的交叉点。
请一并参阅图4、图5，图5是图4所示的电子纸40的驱动电路示意图。在每条触控感应线43与每条扫描线41的交叉处，均形成一互电容47，该互电容47用于感应外界是否触控该电子纸40。该互电容47的个数可以根据实际需要通过改变该触控感应线43的条数来改变。该侦测电路45用于侦测该互电容47的电容值的变化。
该侦测电路45包括多个侦测单元451，该侦测单元451与该触控感应线43之间一一对应连接，该侦测单元451用于侦测与该条触控感应线43连接的互电容47的电容值的变化。每一侦测单元451均包括一放大器，该放大器的负相输入端连接该侦测单元451对应的触控感应线43的一端，该放大器的正相输入端连接一公共电压。一电阻和电容形成的并联电路连接于该放大器的负相输入端和输出端之间。
该电子纸40的驱动方法如下：
图像扫描信号依次输入到该扫描41线，与该扫描线41连接的薄膜晶体管导通。
触控扫描信号依次输入到该扫描线41，该触控扫描信号输入到该扫描线41的时间与该图像扫描信号输入到该扫描线41的时间错开，也即，在向该扫描线41输入该图像扫描信号时不向该扫描线41输入该触控扫描信号，换言之，也就是说该触控扫描信号与该图像扫描信号不在同一时间段内输入到该扫描线41。其中，该触控扫描信号的电压低于该薄膜晶体管的导通电压。在本实施方式中，该触控扫描信号电压波形的方波范围为-15V～-10V，由于该触控扫描信号电压低于该薄膜晶体管的导通电压，当该触控扫描信号电压输入到该扫描线41时，该扫描线41连接的薄膜晶体管截止，并不会影响该电子纸40的正常显示。
外界触控该电子纸40，由于人体的电容感应效应，与该电子纸40被触控的位置相对的、由该扫描线41和与该扫描线41绝缘并垂直相交的该触控感应线43形成的互电容47附近的电场发生改变，从而改变该互电容47的电容值。
与该触控感应线43连接的该侦测电路45侦测该互电容47的电容值的变化，并根据该电容值发生变化的互电容47的位置，确定外界对该电子纸40的触控位置。该侦测电路45是通过每一个与该触控感应线43连接的侦测单元451来侦测该互电容47的电容值的变化，进而确定外界对该电子纸40的触控位置。
请参阅图6，图6是图5所示的电子纸40的驱动波形图。Vgate表示输入到该扫描线41的触控扫描信号波形；Vcom1表示该电子纸40未被触控时，该触控感应线43上的电压波形，即该触控感应线43上的公共电压波形；Vout1表示该电子纸40未被触控时，该侦测电路45的侦测单元451的放大器的输出端输出的电压；Vcom2表示该电子纸40被触控时，该触控感应线43上的电压波形；Vout2表示该电子纸40被触控时，该侦测电路45的侦测单元451的放大器的输出端输出的电压。比较Vcom1和Vcom2、Vout1和Vout2，当该电子纸40被触控时，触控位置相对的互电容47的电容值发生变化，与该互电容47连接的触控感应线43上的电压发生改变，从而使该侦测电路45的侦测单元451输出的电压发生改变。在图6所示的波形中，对应触控位置的侦测单元451输出的电压增加。
与现有技术相比，本发明的集成电容式触摸屏的电子纸40将该公共电极层刻蚀成多条与该扫描线41绝缘并垂直相交的触控感应线43，触控扫描信号依次输入到该扫描线41，该触控扫描信号输入到该扫描线41的时间与该图像扫描信号输入到该扫描线41的时间错开，该触控扫描信号的电压低于该薄膜晶体管的导通电压，在不影响该电子纸40正常显示的情况下，本发明的电子纸40并不需要额外增加结构来使该电子纸40具有触控功能，该电子纸40的结构简单。同时，该电子纸40可以在显示面实现触控功能，使用方便。
请参阅图7，图7是本发明的集成电容式触摸屏的电子纸的第二实施方式的示意图。该电子纸70与第一实施方式的电子纸40的结构相似，该电子纸70包括多条相互平行的数据线71、多条相互平行且分别与该数据线71绝缘并垂直相交的触控感应线73和一侦测电路75。在每条触控感应线73与每条数据线71的交叉处，均形成一互电容，该互电容用于感应外界是否触控该电子纸70。该侦测电路75与该触控感应线73分别连接，用于侦测该互电容的电容值变化。该触控感应线73通过沿与该数据线71垂直的方向刻蚀该电子纸70的公共电极层形成，即该触控感应线73是多条相互平行且分别与该数据线71绝缘并垂直相交的公共电极线。图像数据信号输入到该数据线71，并通过导通的薄膜晶体管输入到像素电极。
该侦测电路75包括多个侦测单元，该侦测单元与该触控感应线73一一对应连接，该侦测单元用于侦测与该触控感应线73连接的互电容的电容值的变化。每个侦测单元包括一放大器，并联连接的电容和电阻连接于该放大器的负相输入端和输出端之间，该放大器的负相输入端还连接该侦测单元对应的触控感应线的一端，该放大器的正相输入端接收公共电压。
在该电子纸70的驱动方法中，将该电子纸70一帧的图像时间划分为数据图像信号输入时间和触控扫描信号输入时间，数据图像信号输入时间和触控扫描信号输入时间错开，即数据图像信号输入时间对应该电子纸70的正常显示状态，触控扫描信号输入时间对应该电子纸70的触控状态。
在该电子纸70的正常显示状态，图像数据信号输入到该电子纸70的数据线71，并通过导通的薄膜晶体管输入到像素电极。在该电子纸70的触控状态，触控扫描信号输入到该数据线71，即该触控扫描信号与该图像数据信号输入时间错开，该触控扫描信号的电压值的范围是-15V到-10V。外界触控该电子纸70，与该电子纸70被触控的位置相对的、由该数据线71和与该数据线绝缘并且垂直相交的触控感应线73形成的互电容的电容值发生变化。与该触控感应线73连接的该侦测电路75侦测该互电容的电容值的变化，并根据该电容值发生变化的互电容的位置，确定外界对该电子纸70的触控位置。
与现有技术相比，本发明的集成电容式触摸屏的电子纸70包括多条与该数据线71绝缘并且垂直相交的触控感应线73，触控扫描信号与该图像数据信号在该数据线上的输入时间错开，在不影响该电子纸70正常显示的情况下，本发明的电子纸70并不需要额外增加结构来使该电子纸70具有触控功能，该电子纸70的结构简单。同时，该电子纸70可以在显示面实现触控功能，使用方便。
在不偏离本发明的精神和范围的情况下还可以构成许多有很大差别的实施例。应当理解，除了如所附的权利要求所限定的，本发明不限于在说明书中所述的具体实施例。
Claims (20)
1.一种集成电容式触摸屏的电子纸，包括：
多条相互平行的扫描线，图像扫描信号依次输入到该扫描线，用于导通与扫描线连接的薄膜晶体管，该电子纸还包括：
多条相互平行且分别与该扫描线绝缘相交的触控感应线；
多个互电容，每个互电容形成于每条触控感应线与每条扫描线交叉处，该互电容用于感应外界是否触控该电子纸；及
用于侦测该互电容的电容值变化的侦测电路，该侦测电路连接该触控感应线；
其中，触控扫描信号依次输入到该扫描线，该触控扫描信号输入到该扫描线的时间与该图像扫描信号输入到该扫描线的时间错开，该触控扫描信号的电压低于该薄膜晶体管的导通电压，当外界触控该电子纸时，该侦测电路侦测电容值发生变化的互电容的位置，以确定外界对该电子纸的触控位置。
2.如权利要求1所述的电子纸，其特征在于：该电子纸还包括一薄膜层、一与该薄膜层相对平行设置的基板、一设置于该薄膜层和该基板之间靠近该薄膜层一侧的公共电极层、一设置在该薄膜层和该基板之间靠近该基板一侧的薄膜晶体管层。
3.如权利要求2所述的电子纸，其特征在于：将该公共电极层刻蚀形成该触控感应线。
4.如权利要求2所述的电子纸，其特征在于：该薄膜晶体管层和该公共电极层之间设置有微胶囊，该微胶囊中填充有色基液，该有色基液中悬浮有不同于该有色基液颜色的带电颗粒。
5.如权利要求1所述的电子纸，其特征在于：该触控扫描信号的电压值的范围是-15V到-10V。
6.如权利要求1所述的电子纸，其特征在于：该侦测电路包括多个侦测单元，该侦测单元与该触控感应线一一对应连接，该侦测单元用于侦测与该触控感应线连接的互电容的电容值的变化。
7.如权利要求6所述的电子纸，其特征在于：每个侦测单元包括一放大器，并联连接的电容和电阻连接于该放大器的负相输入端和输出端之间，该放大器的负相输入端还连接该侦测单元对应的触控感应线的一端，该放大器的正相输入端接收公共电压。
8.一种集成电容式触摸屏的电子纸的驱动方法，包括如下步骤：
图像扫描信号依次输入到该电子纸的多条相互平行的扫描线，用于导通与扫描线连接的薄膜晶体管；
触控扫描信号依次输入到该扫描线，该触控扫描信号输入到该扫描线的时间与该图像扫描信号输入到该扫描线的时间错开，该触控扫描信号的电压低于该薄膜晶体管的导通电压；
外界触控该电子纸，形成于与该电子纸被触控的位置相对应的触控感应线与扫描线交叉处的互电容的电容值发生变化；
与该触控感应线连接的侦测电路侦测电容值发生变化的互电容的位置，以确定外界对该电子纸的触控位置。
9.如权利要求8所述的电子纸的驱动方法，其特征在于：将该电子纸的公共电极层刻蚀形成该触控感应线。
10.如权利要求8所述的电子纸的驱动方法，其特征在于：该触控扫描信号的电压值的范围是-15V到-10V。
11.一种集成电容式触摸屏的电子纸，包括：
多条相互平行的数据线，图像数据信号输入到该数据线，并通过导通的薄膜晶体管输入到像素电极，该电子纸还包括：
多条相互平行且分别与该数据线绝缘相交的触控感应线；
多个互电容，每个互电容形成于每条触控感应线与每条数据线交叉处，该互电容用于感应外界是否触控该电子纸；及
用于侦测该互电容的电容值变化的侦测电路，该侦测电路连接该触控感应线；
其中，触控扫描信号输入到该数据线，该触控扫描信号输入到该数据线的时间与该图像数据信号输入到该数据线的时间错开，当外界触控该电子纸时，该侦测电路侦测电容值发生变化的互电容的位置，以确定外界对该电子纸的触控位置。
12.如权利要求11述的电子纸，其特征在于：该电子纸还包括一薄膜层、一与该薄膜层相对平行设置的基板、一设置于该薄膜层和该基板之间靠近该薄膜层一侧的公共电极层、一设置在该薄膜层和该基板之间靠近该基板一侧的薄膜晶体管层。
13.如权利要求12所述的电子纸，其特征在于：将该公共电极层刻蚀形成该触控感应线。
14.如权利要求12所述的电子纸，其特征在于：该薄膜晶体管层和该公共电极层之间设置有微胶囊，该微胶囊中填充有色基液，该有色基液中悬浮有不同于该有色基液颜色的带电颗粒。
15.如权利要求11所述的电子纸，其特征在于：该触控扫描信号的电压值的范围是-15V到-10V。
16.如权利要求11所述的电子纸，其特征在于：该侦测电路包括多个侦测单元，该侦测单元与该触控感应线一一对应连接，该侦测单元用于侦测与该触控感应线连接的互电容的电容值的变化。
17.如权利要求16所述的电子纸，其特征在于：每个侦测单元包括一放大器，并联连接的电容和电阻连接于该放大器的负相输入端和输出端之间，该放大器的负相输入端还连接该侦测单元对应的触控感应线的一端，该放大器的正相输入端接收公共电压。
18.一种集成电容式触摸屏的电子纸的驱动方法，包括如下步骤：
图像数据信号输入到该电子纸的多条相互平行的数据线，并通过导通的薄膜晶体管输入到像素电极；
触控扫描信号输入到该数据线，该触控扫描信号输入到该数据线的时间与该图像数据信号输入到该数据线的时间错开；
外界触控该电子纸，形成于与该电子纸被触控的位置相对应的触控感应线与数据线交叉处的互电容的电容值发生变化；
与该触控感应线连接的侦测电路侦测该电容值发生变化的互电容的位置，以确定外界对该电子纸的触控位置。
19.如权利要求18所述的电子纸的驱动方法，其特征在于：将该电子纸的公共电极层刻蚀形成该触控感应线。
20.如权利要求18所述的电子纸的驱动方法，其特征在于：该触控扫描信号的电压值的范围是-15V到-10V。
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