CN101329463B - 显示装置和液晶显示面板 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种显示装置，其包括显示模组和方向调整模组。其中，显示模组发射光线，方向调整模组设置于显示模组的一侧，显示模组发射的光线射入方向调整模组。于此，方向调整模组具有光栅单元和液晶单元，其中光栅单元的光栅周期与光线的波长为同一等级。

Description

显示装置和液晶显示面板

技术领域

本发明涉及一种显示装置以及液晶显示面板，更特别地，涉及一种具有调整发光方向功能的显示装置以及液晶显示面板。

背景技术

目前，液晶显示装置的使用越来越普遍，除了作为一般桌上型计算机显示器以及笔记本型计算机显示器之外，目前液晶电视机的应用也迅速发展。

请参照图1所示，液晶显示装置(Liquid Crystal Display，LCD)1具有背光模组10、液晶显示面板11，其中液晶显示面板11依序包括下偏光板111、薄膜晶体管基板112、液晶单元113、彩色滤光片基板114及上偏光板115。

就上述结构而言，背光模组10产生光线，光线依序经过下偏光板111、薄膜晶体管基板112、液晶单元113、彩色滤光片基板114及上偏光板115而射出，藉由电压控制液晶单元113的旋转角度，使用者可观看到影像画面。

目前，使用者在观看液晶显示装置1时，不论从何种角度观看，所见皆为相同影像，然而，当家庭中有两位以上的使用者观赏液晶显示装置1时，有可能使用者所欲观赏的节目并不相同，因此如何使不同角度的使用者在观看液晶显示装置时可观看到不同的影像，是有待解决的课题。

发明内容

有鉴于上述课题，本发明的目的之一为提供一种具有调整发光方向功能的显示装置及液晶显示面板，以使不同角度的使用者在观看显示装置时，可观看到不同的影像。

因此，为了达到上述目的，本发明的显示装置包括显示模组和方向调整模组。其中，显示模组发射光线，方向调整模组设置于显示模组的一侧，显示模组发射的光线射入方向调整模组，且方向调整模组具有光栅单元与液晶单元，其中光栅单元的光栅周期与光线的波长为同一等级。

因此，为了达到上述目的，本发明的液晶显示面板，液晶显示面板与背光模组相邻设置，液晶显示面板包括液晶显示组件和方向调整模组，且液晶显示组件设置于方向调整模组与背光模组之间，背光模组所发射的光线穿射液晶显示组件且射入方向调整模组，方向调整模组具有光栅单元与液晶单元，其中光栅单元的光栅周期与光线的波长为同一等级。

因此，为了达到上述目的，本发明的显示装置包括显示模组以及第一方向调整模组和第二方向调整模组。其中，显示模组发射光线，且第一方向调整模组设置于显示模组的一侧，此外，第一方向调整模组具有第一光栅单元和第一液晶单元，第二方向调整模组具有第二光栅单元和第二液晶单元，第一方向调整模组设置于第二方向调整模组与显示模组之间，光线依序穿射第一方向调整模组和第二方向调整模组，其中第一光栅单元和第二光栅单元的光栅周期与光线的波长为同一等级。

因此，为了达到上述目的，本发明的显示装置包括液晶显示面板和背光模组，且液晶显示面板与背光模组相邻设置。其中，液晶显示面板包括液晶显示组件、第一方向调整模组及第二方向调整模组。此外第一方向调整模组具有第一光栅单元和第一液晶单元，此外，第二方向调整模组具有第二光栅单元和第二液晶单元，第一方向调整模组设置于第二方向调整模组与液晶显示组件之间，背光模组发射的光线依序穿射液晶显示组件、第一方向调整模组和第二方向调整模组，其中第一光栅单元和第二光栅单元的光栅周期与光线的波长为同一等级。

如上所述，本发明的显示装置和液晶显示面板利用方向调整模组来调控显示装置及液晶显示面板的发光方向。与公知技术相比，本发明利用光栅周期与入射光线的波长为同一等级，以使光线通过光栅时产生绕射来改变光线射出显示装置或液晶显示面板时的偏折方向。另外，若显示装置中的显示模组显示两独立画面，藉由方向调整模组的控制，位于显示装置不同角度的使用者可观看到不同的画面。

附图说明

图1是一种公知液晶显示装置的结构示意图；

图2A和图2B是依据本发明第一较佳实施例的显示装置的一组结构示意图；

图3A、图3B和图3C是依据本发明第二较佳实施例的显示装置的一组结构示意图；

图4A至图4D是依据本发明第三较佳实施例的液晶显示装置的一组结构示意图；以及

图5A和图5B是依据本发明第四较佳实施例的液晶显示装置的一组结构示意图。

【附图标记说明】

1：液晶显示装置             10：背光模组

11：液晶显示面板            111：下偏光板

112：薄膜晶体管基板         113：液晶单元

114：彩色滤光片基板         115：上偏光板

2：显示装置                 21：显示模组

211：出光面                 22：方向调整模组

221：第一基板               222：第二基板

223：光栅单元               224：液晶单元

225：第一电极               226：第二电极

227：第一取向膜             228：第二取向膜

3：显示装置                 4：液晶显示装置

411：第一光栅区             412：第二光栅区

413：第三光栅区             5：显示装置

51：显示模组                52：第一方向调整模组

53：第二方向调整模组        520：第三基板

521：第一基板               522：第二基板

523：第一光栅单元           524：第一液晶单元

525：第四基板               526：第二光栅单元

527：第二液晶单元

具体实施方式

以下将参照相关附图，说明根据本发明较佳实施例的显示装置及液晶显示面板。

请参照图2A和图2B所示，本发明第一较佳实施例提供一种显示装置2，包括显示模组21和方向调整模组22，其中显示模组21具有出光面211，显示模组21发射的光线经由出光面211射入方向调整模组22中。

在本实施例中，显示模组21可为有机电致发光(OrganicElectro-luminescence，OEL)显示模组、无机电致发光(Electroluminescence，EL)显示模组、发光二极管(Light Emitting Diode，LED)显示模组、液晶显示模组(Liquid Crystal Display，LCD)、等离子体显示模组(Plasma DisplayPanel，PDP)、真空荧光显示模组(Vacuum Fluorescent Display，VFD)、场致发射显示模组(Field Emission Display，FED)或电致变色显示模组(Electro-chromic Display)等。

再参照图2A和图2B，本实施例的方向调整模组22设置于显示模组21邻近出光面211的一侧。其中，方向调整模组22具有第一基板221、第二基板222、光栅单元223、液晶单元224、第一电极225、第二电极226、第一取向膜227及第二取向膜228。

其中，第一基板221与第二基板222相对设置，第一基板221可与显示模组21相结合。当然，第一基板221的设置位置亦可靠近但不接触显示模组21的出光面211或为显示模组21中的一基板(例如当显示模组21为液晶显示模组时，第一基板221可为液晶显示模组的彩色滤光片基板)。当然，第一基板221设置的位置与态样可依照实际需求而作调整。

本实施例的光栅单元223和液晶单元224设置于第一基板221与第二基板222之间，且光栅单元223可与第一基板221相结合。当然，光栅单元223亦可与第一基板221一体成形(未示于图中)。另外，在本实施例中，光栅单元223的材质可为高分子材料、二氧化硅(SiO₂)或任何可利用半导体工艺来形成周期性结构的材料。

在图2A和图2B中，液晶单元224位于第一基板221、第二基板222及光栅单元223之间，于此，第一电极225和第二电极226分别设置于第一基板221和第二基板222相面对的表面并将液晶单元224容置其中。在本实施例中，第一电极225与光栅单元223相邻设置，且第一电极225和光栅单元223与第一基板221相结合。

另外，为了便于制造，也可以首先在第一基板221的表面形成全面性的第一电极225，再将光栅单元223设置于第一电极225之上(未示于图中)。

在本实施例中，第一电极225和第二电极226用于向液晶单元224提供电场，以利用电场的变化使液晶单元224产生折射率的变化。

另外，光栅单元223亦可与第二基板222相结合(未示于图中)，此时，液晶单元224位于第二基板222与第一基板221及光栅单元223之间，第一电极225和第二电极226分别设置于第二基板222和第一基板221相面对的表面，并将液晶单元224容置其中。再者，光栅单元223可贴附于第二基板222，当然，光栅单元223亦可与第二基板222一体成形。

在本实施例中，第一取向膜227和第二取向膜228可分别设置在第一电极225和第二电极226之上，且第一取向膜227亦可设置于光栅单元223之上，以使液晶单元224中的液晶具有相同方向排列的单一性。

在本实施例中，光栅单元223的光栅周期与显示模组21所发射的光线的波长为同一等级，也就是说，光栅单元223中光栅周期的对数值(logarithm)与光线波长的对数值的差的绝对值小于1，由此使光线通过光栅单元223时产生绕射，来改变光线射出显示装置2时的偏折方向。

由于液晶单元224的折射率会受到第一电极225及第二电极226所提供的电场改变而产生改变，因此，当液晶单元224的折射率调整为等于光栅单元223的折射率时，射进方向调整模组22的光线会直行通过方向调整模组22(如图2A所示)；反之，当液晶单元224的折射率与光栅单元223的折射率实质上不相同时，射进方向调整模组22的光线在射出方向调整模组22时因受到绕射的影响而产生偏折光线(如图2B所示)，此时显示装置2的发光方向与图2A中的发光方向不同，藉由上述方法以达到改变发光方向的目的。

此外，上述偏折光线的偏折角度符合以下方程式：

θ＝sin^-1(λ/Λn)

其中，θ为光线所产生偏折的角度，Λ为光栅单元223的光栅周期，λ为光线的波长，n为出光环境的折射率。

因此，使用者可调控方向调整模组22来改变光线的折射角度。

另外，如图2A和图2B所示，光栅单元223可包括多个平行四边形的柱状体、三角形的柱状体(未示于图中)或任何具有周期性的不同结构。

接着，请参照图3A、图3B和图3C所示的本发明第二较佳实施例的显示装置3，除了方向调整模组22中的第一基板221及第二基板222间容置高分子材料及液晶单元224，以使高分子材料形成光栅单元223之外，其他元件的特征和功能都与第一较佳实施例的相同元件相同，在此不再赘述。

在第一基板221与第二基板222之间封入高分子材料和液晶材料，再利用二UV光所产生的干涉明暗条纹对高分子材料进行固化(如图3A所示)，使得高分子材料因明暗条纹的光强度不同而凝固形成特定方向且具有周期性的光栅单元223，而液晶分子会被排除在凝固的光栅单元223外，以形成液晶单元224并容置其中，当液晶单元224的折射率等于光栅单元223的折射率时，射进方向调整模组22的光线会直行通过方向调整模组22(如图3B所示)；反之，当液晶单元224的折射率与光栅单元223的折射率实质上不相同时，射进方向调整模组22的光线在射出方向调整模组22时因受到绕射的影响而产生偏折光线(如图3C所示)。

在本实施例中，高分子材料可为Norland Products Inc.所生产的NOA65，其折射率为1.52。另外，液晶分子可为Merck所生产的E7，其折射率n0(相对于正常光的折射率)为1.52，折射率ne(相对于异常光的折射率)为1.75。

接着，再参照图4A、图4B及图4C所示的本发明第三较佳实施例的液晶显示装置4，除了方向调整模组22的光栅单元223还包括第一光栅区411及第二光栅区412之外，其他元件的特征和功能都与第一较佳实施例的相同元件相同，在此不再赘述。

如图4A所示，当液晶单元224的折射率等于光栅单元223时，射进方向调整模组22的光线会直行通过方向调整模组22；反之，如图4B所示，当液晶单元224受到电场的影响而改变其折射率时，射进方向调整模组22的光线在通过方向调整模组22时，因受到绕射的影响而产生偏折，因而会改变光线的行进方向。如上所述，通过第一光栅区411的光线在射出方向调整模组22时会产生第一方向的偏折光线，通过第二光栅区412的光线在射出方向调整模组22时会产生第二方向的偏折光线。

当然，第一光栅区411及第二光栅区412可根据实际需求而作调整，例如，如图4C所示，第一光栅区411及第二光栅区412可交错设置，此种设计可让使用者看到单一方向的画面尺寸。

再者，如图4D所示，方向调整模组22的光栅单元223还可包括第三光栅区413，其中，第一光栅区411、第二光栅区412及第三光栅区413为三角形的柱状体，且光线在通过第三光栅413而射出方向调整模组22时，会产生第三方向的偏折光线。另外，若显示单元21对应第一光栅区411、第二光栅区412及第三光栅区413的区域显示第一画面、第二画面及第三画面(例如第一像素区、第二像素区、第三像素区)时，位于第一方向的使用者与位于第二方向及第三方向的使用者将会看到不同的画面。当然，第一光栅区411、第二光栅区412及第三光栅区413亦可以交错设置。

另外，当显示模组21具有不同颜色的像素时，方向调整模组22内的光栅单元223亦可随对应的像素而调整。例如，当方向调整模组22所欲产生的偏折光出光效率为100％，且在玻璃中的偏折角度为28.13度(经过玻璃折射于空气中后则为45度)时，则对应于红光像素(波长为645nm)的光栅单元223的光栅周期须为912.17nm，而光栅单元223的厚度须为15.14μm；而对应于绿光像素(波长为550nm)的光栅单元223的光栅周期须为777.70nm，而光栅单元223的厚度须为12.91μm；再者，对应于蓝光像素(波长为450nm)的光栅单元223的光栅周期须为636.30nm，而光栅单元223的厚度须为10.57μm。

其中，上述经过绕射后的偏折光线的主要偏折角度根据Kogelnik’s原理符合以下方程式：

η＝sin²(πΔnd/λcosθ_inc)

其中，η为偏折光的光效率，θinc为光线入射的入射角，λ为光线的波长，Δn为光栅单元折射率的调变系数(refractive index modulation)。

当然，当本实施例的显示模组21具有不同的像素区(如第一像素区和第二像素区)时，方向调整模组22的实施态样亦可随之调整。

再参照图5A及图5B所示，本发明第四较佳实施例提供一种显示装置5，包括显示模组51、第一方向调整模组52及第二方向调整模组53，其中，第一方向调整模组52设置在显示模组51与第二方向调整模组53之间。于此，显示模组51发射光线，此光线依序穿射第一方向调整模组52及第二方向调整模组53。

如图5A和图5B所示，第一方向调整模组52主要包括第一基板521、第二基板522、第一光栅单元523、第一液晶单元524、第一电极(图中未示)及第二电极(图中未示)。

此外，第二方向调整模组53主要包括第三基板520、第四基板525、第二光栅单元526、第二液晶单元527、第三电极(图中未示)及第四电极(图中未示)。

在本实施例中，第一方向调整模组52和第二方向调整模组53的特征和功能与第一较佳实施例的方向调整模组22的特征和功能相同，在此亦不再赘述。

另外，在本较佳实施例中，第一方向调整模组52的第二基板522与第二方向调整模组53的第三基板520相结合，当然，第三基板520与第二基板522亦可一体成形。

再者，在本实施例中，第一液晶单元524的折射率受到第一电极(图中未示)和第二电极(图中未示)所提供的电场改变的影响而产生改变，第二液晶单元526的折射率受到第三电极(图中未示)和第四电极(图中未示)所提供的电场改变的影响而产生改变。

因此，如图5A所示，当光线依序穿射第一方向调整模组52和第二方向调整模组53时，若第一液晶单元524的折射率等于第一光栅单元523，而第二液晶单元527的折射率与第二光栅单元526折射率实质上不相等时，射入第一方向调整模组52的光线会直行通过第一方向调整模组51而射入第二方向调整模组53，接着，此光线在射出第二方向调整模组53时因受到绕射的影响而产生第一方向的偏折光线。

反之，如图5B所示，当第一液晶单元524的折射率与第一光栅单元523实质上不相等，而第二液晶单元527的折射率等于第二光栅单元526折射率时，射进第一方向调整模组52的光线在射出第一方向调整模组52时因受到绕射的影响而产生第二方向的偏折光线，此第二方向的偏折光线会直接通过第二方向调整模组53，因而偏折光线会依据第一方向调整模组52所产生的折射角度射出，换句话说，利用倍频控制所欲显示的两个不同画面，不但可以让不同角度的使用者观看到不同的画面，并且以此方式所呈现的画面可为全解析度画面。

本发明第五较佳实施例提供一种液晶显示面板，液晶显示面板与背光模组相邻设置，液晶显示面板包括液晶显示组件以及方向调整模组。其中，液晶显示组件设置于方向调整模组与背光模组之间，背光模组所发射的光线穿射液晶显示组件且射入方向调整模组，方向调整模组具有光栅单元和液晶单元，其中光栅单元的光栅周期与光线的波长为同一等级，当液晶单元的折射率等于光栅单元的折射率时，光线直行通过方向调整模组，当液晶单元的折射率实质上不等于光栅单元的折射率时，光线射出方向调整模组时会受到光线绕射影响而产生至少一方向的偏折光线。

在本实施例中，液晶显示组件依序包括下偏光板、薄膜晶体管基板、另一液晶单元、彩色滤光片基板及上偏光板。而方向调整模组与第一较佳实施例的方向调整模组22的特征和功能相同，在此亦不再赘述。

另外，本发明第六较佳实施例提供一种液晶显示面板，液晶显示面板与背光模组相邻设置，液晶显示面板包括液晶显示组件、第一方向调整模组与第二方向调整模组。其中，第一方向调整模组具有第一光栅单元和第一液晶单元。第二方向调整模组具有第二光栅单元和第二液晶单元，第一方向调整模组设置于第二方向调整模组与液晶显示组件之间，背光模组发射的光线依序穿射液晶显示组件、第一方向调整模组和第二方向调整模组，其中第一光栅单元和第二光栅单元的光栅周期与光线的波长为同一等级，当第一液晶单元的折射率等于第一光栅单元的折射率时，光线会直行通过第一方向调整模组，当第一液晶单元的折射率实质上不等于第一光栅单元的折射率时，光线在射出第一方向调整模组时会受到绕射影响而产生第一方向的偏折光线，当第二液晶单元的折射率等于第二光栅单元的折射率时，光线会直行通过第二方向调整模组，当第二液晶单元的折射率实质上不等于第二光栅单元的折射率时，光线射出第二方向调整模组时会受到绕射的影响而产生第二方向的偏折光线。

在本实施例中，液晶显示组件与第五实施例的液晶显示组件的特征和功能相同，在此不再赘述。第一方向调整模组和第二方向调整模组的特征和功能与第一较佳实施例的方向调整模组22的特征和功能相同，在此不再赘述。

本发明中的显示模组(液晶显示组件)所提供的影像图框的显示频率可依照方向调整模组中光栅单元的变化而做调整。

综上所述，本发明的显示装置及液晶显示面板利用方向调整模组来调控显示装置及液晶显示面板的发光方向。与公知技术相比，本发明利用方向调整模组中光栅周期与入射光线的波长为同一等级以使光线通过光栅时产生绕射，来改变光线射出显示装置或液晶显示面板时的偏折方向。另外，若显示装置中的显示模组显示有两独立画面，藉由方向调整模组的控制，位于显示装置两侧不同角度的使用者亦可观看到不同的画面。

以上所述仅是示例性的，而不是用于限制。任何未脱离本发明的精神和范畴对其进行的等效修改或变更，均应包含于所附的权利要求书的范围内。

Claims (20)

1.一种显示装置，包括：

显示模组，其发射光线；以及

方向调整模组，设置于该显示模组的一侧，该显示模组发射的该光线射入该方向调整模组，该方向调整模组具有光栅单元和液晶单元，其中该光栅单元的光栅周期与该光线的波长为同一等级；该方向调整模组还包括第一基板和第二基板，该第一基板与该第二基板相对地设置，该液晶单元和该光栅单元设置于该第一基板与该第二基板之间；

其中当该液晶单元的折射率等于该光栅单元的折射率时，该光线直行通过该方向调整模组，当该液晶单元的折射率实质上不等于该光栅单元的折射率时，该光线射出该方向调整模组时产生至少一方向的偏折光线。

2.如权利要求1所述的显示装置，其中该光栅单元具有第一光栅区和第二光栅区，该显示模组具有第一像素区和第二像素区，该第一像素区与该第一光栅区相对应地设置，该第二像素区与该第二光栅区相对应地设置。

3.如权利要求2所述的显示装置，其中当该液晶单元的折射率实质上不等于该光栅单元的折射率时，该光线通过该第一光栅区而射出该方向调整模组时产生第一方向的偏折光线，该光线通过该第二光栅区而射出该方向调整模组时产生第二方向的偏折光线。

4.如权利要求1所述的显示装置，其中该偏折光线所偏折的角度符合下列方程式，

θ＝sin^-1(λ/Λn)

θ为该光线所偏折的角度，Λ为该光栅单元的光栅周期，λ为该光线的波长，n为出光环境的折射率。

5.如权利要求1所述的显示装置，其中该光栅单元的光栅周期的对数值与该光线的波长的对数值的差的绝对值小于1。

6.如权利要求1所述的显示装置，其中该第一基板与该显示模组相结合，或该第一基板为该显示模组中的一基板。

7.如权利要求6所述的显示装置，其中该方向调整模组还包括第一电极和第二电极，该第一电极和该第二电极分别设置于该第一基板和该第二基板，用以向该液晶单元提供电场。

8.如权利要求7所述的显示装置，其中该光栅单元与该第二基板相结合，该液晶单元位于该第一基板、该第二基板及该光栅单元之间，该第一电极与该第二电极分别设置于该第一基板与该第二基板相对的表面。

9.如权利要求7所述的显示装置，其中该光栅单元与该第二电极相邻地设置，且该光栅单元与该第二电极设置于该第二基板上，该第一电极设置于该第一基板与该第二基板相对的表面。

10.如权利要求7所述的显示装置，其中该光栅单元与该第一基板相结合，该液晶单元位于该第一基板、该第二基板及该光栅单元之间，该第一电极与该第二电极分别设置于该第一基板与该第二基板相对的表面。

11.如权利要求7所述的显示装置，其中该光栅单元与该第一电极相邻地设置，且该光栅单元与该第一电极设置于该第一基板上，该第二电极设置于该第二基板与该第一基板相对的表面。

12.如权利要求1所述的显示装置，其中该光栅单元是多个具有周期性的结构。

13.一种显示装置，包括：

显示模组，其发射光线；

第一方向调整模组，其设置于该显示模组的一侧，该第一方向调整模组具有第一光栅单元与第一液晶单元；该第一方向调整模组还包括第一基板和第二基板，该第一基板与该第二基板相对地设置，该第一液晶单元和该第一光栅单元设置于该第一基板与该第二基板之间；以及

第二方向调整模组，具有第二光栅单元和第二液晶单元，该第一方向调整模组设置于该第二方向调整模组与该显示模组之间，该光线依序穿射该第一方向调整模组与该第二方向调整模组，其中该第一光栅单元和该第二光栅单元的光栅周期与该光线的波长为同一等级；该第二方向调整模组还包括第三基板和第四基板，该第三基板与该第四基板相对地设置，该第二液晶单元和该第二光栅单元设置于该第三基板与该第四基板之间；

其中当该第一液晶单元的折射率等于该第一光栅单元的折射率时，该光线直行通过该第一方向调整模组，当该第一液晶单元的折射率实质上不等于该第一光栅单元的折射率时，该光线射出该第一方向调整模组时产生第一方向的偏折光线，当该第二液晶单元的折射率等于该第二光栅单元的折射率时，该光线直行通过该第二方向调整模组，当该第二液晶单元的折射率实质上不等于该第二光栅单元的折射率时，该光线射出该第二方向调整模组时产生第二方向的偏折光线。

14.如权利要求13所述的显示装置，其中该第一方向的偏折光线与该第二方向的偏折光线所偏折的角度符合下列方程式，

θ＝sin^-1(λ/Λn)

θ为该光线所偏折的角度，Λ为该第一光栅单元或该第二光栅单元的光栅周期，λ为该光线的波长，n为出光环境的折射率。

15.如权利要求13所述的显示装置，其中该第一光栅单元或该第二光栅单元的光栅周期的对数值与该光线的波长的对数值的差的绝对值小于1。

16.如权利要求13所述的显示装置，其中该第一基板与该显示模组相结合，或该第一基板为该显示模组中的一基板。

17.如权利要求16所述的显示装置，其中该第一方向调整模组还包括第一电极和第二电极，该第一电极和该第二电极分别设置于该第一基板和该第二基板，用以向该第一液晶单元提供电场。

18.如权利要求16所述的显示装置，其中该第三基板与该第二基板相结合。

19.如权利要求18所述的显示装置，其中该第二方向调整模组还包括第三电极和第四电极，该第三电极和该第四电极分别设置于该第三基板和该第四基板，用以向该第二液晶单元提供电场。

20.如权利要求13所述的显示装置，其中该第一光栅单元与该第二光栅单元是多个具有周期性的结构。

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