JP2007047918A - 位置検出装置、及び、それを備えた液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】位置指示装置によって選択された位置を安定して検出する位置検出装置、及び、それを用いた液晶表示装置を提供する
【解決手段】平面的に配列された複数のコイルセンサＸｎ、Ｙｍと、複数のコイルセンサＸｎ、Ｙｍを順次選択する選択回路３０４と、を備えたセンサ部３００と、選択回路３０４によって選択されたコイルセンサＸｎ、Ｙｍに入力される出力信号を発生する発振器３２２と、発振器３２２の出力信号の強度を調節する少なくとも１つの増幅器３２８と、発振器３２２の出力信号をそのままコイルセンサＸｎ、Ｙｍに入力する第１経路ｒ１と、調節手段３２８を介して発振器３２２の出力信号をコイルセンサＸｎ、Ｙｍに入力する第２経路ｒ２とを、選択回路３０４に選択されているコイルセンサＸｎ、Ｙｍの配列場所に応じて切替える切替回路３２６と、を備えた位置検出装置３０。
【選択図】図２

Description

本発明は、位置指示装置等によって選択された位置を検出する位置検出装置、及び、その位置検出装置を備えた液晶表示装置に関する。

近年、通信機器の急激な成長により、屋外で移動しながら情報を授受するライフスタイルが普及している。それに伴い、モバイルコンピューティングの一つであるタブレットパーソナルコンピュータ（以下、タブレットＰＣ）が注目されている。

一般に、この種のタブレットＰＣに用いられる平面表示装置は、平面表示パネルとしての液晶表示パネルを備えている。この液晶表示パネルの裏面側には、液晶表示パネルを照明する面光源装置が対向して配設されている。液晶表示パネルと面光源装置とは、重ねられてフレームに収容されるとともに、液晶表示パネルの上方から取り付けられるベゼルカバーによって周囲を保持されている。また、この液晶表示装置は、面光源装置の裏面側に組み込まれる位置検出装置をさらに備えている。

この位置検出装置は、例えば、複数のコイルセンサを併設したセンサ部を有している。位置検出装置は、その平面上の位置検出方向に並設された複数のコイルセンサを順次選択して、コイルセンサから電波（例えば、磁界、電界、もしくは電磁界）を放射させる。一方では、位置検出装置は、複数のコイルセンサのいずれかの位置を指示する位置指示装置に備えられた共振回路が、共振すると、その共振出力を対応するコイルセンサを介して受け取る。そして、位置検出装置は、受信信号強度の分布より位置指示装置が選択した位置の座標値を求める。

このとき、コイルセンサに供給される信号レベルは、全ての平面位置で同じ強度であった。その為、外来ノイズ（例えば、液晶表示装置等が発生する、位置検出装置の使用周波数に近い周波数のノイズ）の影響を受ける位置では、位置検出の結果に誤差が生じることがあった。

特に、金属によって形成されたベゼルカバーが取り付けられる場合は、液晶表示装置の外周部において、位置検出に用いる電波の強度が弱くなる。このことによって、画面外周部における位置検出に誤差が生じる場合があった。

従来、上記のようなノイズによる誤差が生じないように、コイルセンサと位置指示装置との間の電波の送受信を少なくとも２回続けて行う位置指示装置が開発されている。（特許文献１参照）
特開２００３−６７１２４号公報

しかし、上記の位置検出装置では、画面外周部において電波の強度が弱くなることが考慮されておらず、全てのコイルセンサに対して同様の処理が行われている。

本発明は、上記の問題点に鑑みて成されたものであって、ノイズ等による位置検出結果の誤差、特に液晶表示装置の外周部での誤差を削減し、位置指示装置によって選択された位置を安定して検出する位置検出装置、及び、それを用いた液晶表示装置を提供することを目的とする。

本発明の第１様態による位置検出装置は、平面的に配列された複数のコイルセンサと、前記複数のコイルセンサを順次選択する選択手段と、を備えたセンサ部と、前記選択手段によって選択されたコイルセンサに入力される出力信号を発生する発振器と、前記発振器の出力信号の強度を調節する少なくとも１つの調節手段と、前記発振器の出力信号をそのまま前記コイルセンサに入力する第１経路と、前記調節手段を介して前記発振器の出力信号を前記コイルセンサに入力する第２経路とを、前記選択回路に選択されているコイルセンサの配列場所に応じて切替える切替手段と、を備える。

また、本発明の第２様態による液晶表示装置は、複数の表示画素がマトリクス状に配置された液晶表示パネルと、前記液晶表示パネルの背面に配置された面光源装置と、前記面光源装置の背面に配置された位置検出装置と、前記液晶表示パネルと前記面光源装置との周囲を保持するベゼルカバーと、を備え、前記位置検出装置は、平面的に配列された複数のコイルセンサと、前記複数のコイルセンサを順次選択する選択手段と、を備えたセンサ部と、前記選択手段によって選択されたコイルセンサに入力される出力信号を発生する発振器と前記発振器の出力信号の強度を調節する少なくとも１つの調節手段と、前記発振器の出力信号をそのまま前記コイルセンサに入力する第１経路と、前記調節手段を介して前記発振器の出力信号を前記コイルセンサに入力する第２経路とを、前記選択回路に選択されているコイルセンサの配列場所に応じて切替える切替手段と、を備える。

本発明によれば、ノイズ等による位置検出結果の誤差、特に液晶表示装置の外周部での誤差を削減し、位置指示装置によって選択された位置を安定して検出する位置検出装置、及び、それを用いた液晶表示装置を提供することができる。

以下、この発明の第1実施形態に係る液晶表示装置について、図面を参照して説明する。図１に示すように、液晶表示装置１００は、液晶表示パネル１０と、液晶表示パネル１０を背面から照明する面光源装置２０と、面光源装置２０の背面側に配置された位置検出装置３０と、液晶表示パネル１０と面光源装置２０との周囲を保持するベゼルカバー４０と、を備えている。ベゼルカバー４０は金属で形成されている。

液晶表示パネル１０は、対向配置された一対の基板すなわちアレイ基板１２及び対向基板１４と、アレイ基板１２と対向基板１４との間に保持された液晶層ＬＱと、を備えている。液晶表示パネル１０は、画像を表示する略矩形状の表示領域１１を有している。

表示領域１１は、マトリクス状に配置された複数の画素ＰＸによって構成されている。アレイ基板１２は、表示領域１１において、画素ＰＸの行方向（Ｘ方向）に沿って延在する複数の走査線Ｓｃ、画素ＰＸの列方向（Ｙ方向）に沿って延在する複数の信号線Ｓｇ、これら走査線Ｓｃと信号線Ｓｇとの交差部付近において画素ＰＸ毎に配置されたスイッチング素子ＳＷ、及び、スイッチング素子ＳＷに接続された画素電極ＰＥ等を備えている。対向基板１４は、表示領域１１において、全画素ＰＸに共通の対向電極ＣＥなどを備えている。

アレイ基板１２、及び、対向基板１４は、画素電極ＰＥと対向電極ＣＥとを対向させた状態で配設され、これらの間にギャップを形成している。液晶層ＬＱは、アレイ基板１２と対向基板１４とのギャップに封止された液晶組成物によって形成されている。

回路基板１８は、フレキシブル基板１６を介して、液晶表示パネル１０の一側縁に電気的に接続され、液晶表示パネル１０に駆動信号を供給する。回路基板１８は、面光源装置２０の背面側に向けてフレキシブル基板１６を湾曲させることにより、面光源装置２０の背面側に配置される。

面光源装置２０は、照明光を出射する略矩形状の出射領域２０Ａを有している。面光源装置２０は、出射領域２０Ａと液晶表示パネル１０の表示領域１１とが対応するように液晶表示パネル１０の背面に重ねられる。この状態で、液晶表示パネル１０と面光源装置２０とは、フレーム５０に収容される。さらに、液晶表示パネル１０、及び、面光源装置２０は、上方からベゼルカバー４０が取り付けられ、周囲を保持される。

図１、及び図２に示すように、位置検出装置３０は、センサ領域３０２を備えたセンサ部３００と、センサ部３００との間で信号を送受信する検出部３１０とを有している。

位置検出装置３０は、センサ領域３０２と液晶表示パネル１０の表示領域１１とが対応するように面光源装置２０の背面側に配置される。

センサ領域３０２には、平面的に配列された複数のコイルセンサが備えられている。本実施形態では、Ｙ方向に延在した複数のコイルセンサＸｎ（ｎ＝１、２、…Ａ、Ａ：Ｙ方向に延在するコイルセンサの総数）、及び、Ｘ方向に延在した複数のコイルセンサＹｍ（ｍ＝１、２、…Ｂ、Ｂ：Ｘ方向に延在するコイルセンサの総数）、例えば、Ｙ方向に延在した４０本のコイルセンサＸ１乃至Ｘ４０、及び、Ｘ方向に延在した４０本のコイルセンサＹ１乃至Ｙ４０が、備えられている。

センサ領域３０２の周囲には、コイルセンサＸｎ、Ｙｍと接続した選択回路３０４が備えられている。選択回路３０４は、複数のコイルセンサＸｎ、Ｙｍの中から信号を送信または受信するコイルセンサを順次選択する選択手段である。また、選択回路３０４は、検出部３１０に接続されている。

検出部３１０は、コイルセンサに入力する信号を出力する信号発生部３２０と、コイルセンサＸｎ、Ｙｍから信号を受信する信号受信部３３０と、信号発生部３２０と信号受信部３３０とに接続されて、コイルセンサＸｎ、Ｙｍへの信号の送信/受信を切替える送受信切替部３４０と、中央演算処理装置（以下、ＣＰＵ）３５０と、を備えている。

信号発生部３２０は、コイルセンサＸｎ、Ｙｍに入力される信号を発生する発振器３２２を備えている。発振器３２２は、一定周波数の交流信号を発生するとともに、その出力端子は、電流ドライバ３２４の接続されている。電流ドライバ３２４は、発振器３２２の出力信号を電流に変換する。

電流ドライバ３２４から出力された電流信号は、切替回路３２６に入力される。切替回路３２６は、出力端子は、第１経路ｒ１と第２経路ｒ２とのどちらか一方の接続されている。すなわち、切替回路３２６は、ＣＰＵ３５０によって制御されて、その接続を第１経路ｒ１または第２経路ｒ２に切替える。第２経路ｒ２には、調節手段としての増幅器３２８が備えられている。切替回路３２６の出力信号は、第１経路ｒ１と第２経路ｒ２とのどちらか一方を介して送受信切替部３４０に入力される。

一方、信号受信部３３０は、送受信切替部３４０の出力信号を受信する受信バッファ３３２を有している。受信バッファ３３２の出力信号は、検波回路３３４に入力される。検波回路３３４は、受信バッファ３３２から入力された信号から特定の信号を取り出して出力する。検波回路３３４の出力端子は、ローパスフィルタ３３６に接続されている。ローパスフィルタ３３６は、入力された信号の高周波成分を除去する。ローパスフィルタ３３６の出力信号は、サンプルホールド回路３３８に入力される。

サンプルホールド回路３３８は、サンプルホールド回路３３８の出力信号は、アナログ/ディジタル変換回路（以下Ａ/Ｄ変換回路）３３９に入力される。Ａ/Ｄ変換回路３３９の出力信号は、中央演算処理装置（以下、ＣＰＵ）３５０に入力される。

また、ＣＰＵ３５０は、選択回路３０４、切替回路３２６、サンプルホールド回路３３８、Ａ/Ｄ変換回路３３９、及び、送受信切替部３４０の動作を制御している。

次に、図２及び図３を用いて位置検出装置３０の動作について説明する。

発振器３２２は、特定周波数、例えば周波数がｆ１の交流信号を発生し、その交流信号を出力する。発振器３２２の出力信号は、電流ドライバ３２４に入力される。電流ドライバ３２４は、入力された交流信号を電流信号に変換し、電流信号を出力する。電流ドライバ３２４の出力信号は、切替回路３２６に入力される。

切替回路３２６は、ＣＰＵ３５０によって制御され、第1経路ｒ１と第２経路ｒ２とのどちらか一方の経路に接続が切替えられる。切替回路３２６が第１経路ｒ１に接続されると、切替回路３２６から出力された電流信号は、そのまま送受信切替部３４０に入力される。切替回路３２６が第２経路ｒ２に接続されると、切替回路３２６から出力された電流信号は、増幅器３２８を介して送受信切替部３４０に入力される。

すなわち、切替回路３２６が第２経路ｒ２に接続されると、切替回路３２６に入力された電流信号は、その強度が増幅されて送受信切替部３４０に入力される。

ここで、選択回路３０４がセンサ領域３０２の周囲に配置されたコイルセンサ（本実施形態ではコイルセンサＹ１、Ｙ２、Ｙ３９、Ｙ４０、及び、コイルセンサＸ１、Ｘ２、Ｘ３９、Ｘ４０）を選択している場合は、切替回路３２６は第２経路ｒ２に接続され、上記以外のコイルセンサ（本実施形態ではコイルセンサＹ３乃至Ｙ３８、及び、コイルセンサＸ３乃至Ｘ３８）を選択している場合には、切替回路３２６第1経路ｒ１に接続される。

なお、本実施形態では、第１経路ｒ１を介してコイルセンサに入力される電流は約０.５ｍＡであって、第２経路ｒ２を介してコイルセンサに入力される電流は約１ｍＡである。

上記のように、切替回路３２６から出力された出力信号は、信号発生部３２０の出力として送受信切替部３４０に入力される。送受信切替部３４０はＣＰＵ３５０に制御され、一定のタイミングで送信側と受信側とに接続が切替えられる。送受信切替部３４０の接続が送信側に切替わると、信号発生部３２０から送受信切替部３４０に入力された電流信号が、選択回路３０４に向けて出力する。

送受信切替部３４０から選択回路３０４に入力された電流信号は、選択回路３０４が選択しているコイルセンサに入力される。図３に示すように、選択回路３０４は、ＣＰＵ３５０によって制御されて、コイルセンサＸ１乃至Ｘ４０及びコイルセンサＹ１乃至Ｙ４０を、例えばＹ１、Ｙ２、…、Ｙ４０、Ｘ１、Ｘ２、…Ｘ４０の順に一定のタイミングで選択していく。

例えば、選択回路３０４がコイルセンサＹ４を選択している場合は、コイルセンサＹ４に電流が流れ、交流磁界が発生する。ここで、コイルセンサＹ４で発生した交流磁界は、発振器３２２から出力された信号と同じ周波数ｆ１となっている。以下、選択回路３０４がコイルセンサＹ４を選択している場合について説明する。

このとき、コイルセンサＸｎ、Ｙｍのいずれかの位置を指示する位置指示装置３２がコイルセンサＹ４の近くにあると、位置指示装置３２の共振回路３２ＡがコイルセンサＹ４で発生した磁界と共振する。すなわち、コイルセンサＹ４で生じた磁界の周波数ｆ１は、共振回路３２Ａが有するコンデンサの容量Ｃ、及び、コイルのインダクタンスＬに対する共振周波数となっている。共振回路３２Ａで発生した共振磁界は、コイルセンサＹ４を介して切替回路に入力される。

選択回路３０４に入力された共振磁界は、送受信切替部３４０に入力され、送受信切替部３４０の接続が受信側に切替わると、送受信切替部３４０から出力されて受信バッファ３３２に入力される。受信バッファ３３２は、入力された信号を検波回路３３４に向けて出力する。検波回路３３４は、入力された信号から、共振周波数の成分を取り出して、ローパスフィルタ３３６に向けて出力する。

ローパスフィルタ３３６は、入力された信号の高周波成分を除去し、サンプルホールド回路３３８に向けて出力する。サンプルホールド回路３３８は、任意のタイミングで、入力された信号の値をサンプルして、所定の期間その値を保持する。サンプルホールド回路３３８はＣＰＵ３５０によって、信号の値をサンプルするタイミング、及び、その値を保持する期間を制御されている。

サンプルホールド回路３３８から出力された信号は、Ａ/Ｄ変換回路３３９に入力されて、ディジタル信号に変換される。Ａ/Ｄ変換回路３３９から出力されたディジタル信号は、ＣＰＵ３５０に入力される。

上記で説明したコイルセンサＹ４が選択された場合と同様に、発振器３２２から出力された出力信号は、切替回路３２６で経路を切替えることによってその大きさを調節され、選択回路３０４が選択するコイルセンサＸｎ、Ｙｍに入力される。そして、電流信号が入力されたコイルセンサから、位置指示装置３２との距離に応じた強度の電界が出力される。コイルセンサから出力された電界は、信号受信部３３０を介してＣＰＵ３５０に入力される。ＣＰＵ３５０は、各コイルセンサＸｎ、Ｙｍから出力される電界強度の分布から、位置指示装置が選択した位置の座標値を求める。

一般に、金属によって形成されたベゼルカバー４０がセンサ部３００の周囲にあると、センサ領域３０２の周囲に配置されたコイルセンサＸ１、Ｘ２、Ｙ１、Ｙ２では、位置指示装置３２が近くにある場合でも、その電界の強度が弱くなる場合があった。

そのため、上記の実施形態では、センサ領域３０２の周囲に配置されたコイルセンサＸ１、Ｘ２、Ｙ１、Ｙ２に入力される電流信号の強度を、増幅器３２８によって強くしている。このことによって、センサ領域３０２の周囲に配置されたコイルセンサＸ１、Ｘ２、Ｙ１、Ｙ２であっても、電界の強度が弱くなることがなく、位置指示装置３２の位置を安定して検出できる。

次に、本発明の第２実施形態について図４を用いて説明する。なお、以下の第２実施形態についての説明では、第１実施形態と同じ構成には同じ符号をつけて説明を省略する。

図４に示すように、位置検出装置３０はセンサ領域３０２を備えたセンサ部３００と、センサ部３００との間で信号を送受信する検出部３１０とを有している。さらに、検出部３１０は、信号発生部３２０、信号受信部３３０、送受信切替部３４０、及び、ＣＰＵ３５０を有している。

信号発生部３２０は、発振器３２２、電流ドライバ３２４、及び、調節手段としての可変抵抗３２８Ａを有している。発振器３２２は、一定周波数の交流信号を発生する。発振器３２２の出力信号は、電流ドライバ３２４に入力される。電流ドライバ３２４は、発振器３２２の出力信号を電流に変換する。

電流ドライバ３２４から出力された電流信号は、調節手段としての可変抵抗３２８Ａを介して送受信切替部３４０に入力される。可変抵抗３２８Ａは、その抵抗値をＣＰＵ３５０によって制御され、電流ドライバ３２４から出力された電流信号の強度を調節する。

つまり、選択回路３０４が、コイルセンサＸ３乃至Ｘ３８、及び、コイルセンサＹ３乃至Ｙ３８を選択している場合には、可変抵抗３２８Ａの抵抗値は所定の値となるように制御される。一方、選択回路３０４が、センサ領域３０２の周囲に配置されたコイルセンサＸ１、Ｘ２、Ｘ３９、Ｘ４０、及び、コイルセンサＹ１、Ｙ２、Ｙ３９、Ｙ４０を選択している場合には、可変抵抗３２８Ａの抵抗値は所定の値よりも小さくなるように制御される。すなわち、可変抵抗３２８Ａの抵抗値は、センサ領域３０２の周囲に配置されたコイルセンサＸ１、Ｘ２、Ｘ３９、Ｘ４０、及び、コイルセンサＹ１、Ｙ２、Ｙ３９、Ｙ４０に入力される電流信号が、上記以外のコイルセンサＸ３乃至Ｘ３８、及び、コイルセンサＹ３乃至Ｙ３８に入力される電流信号よりも大きくなるように制御される。

上記のように、信号発生部３２０がコイルセンサに入力される電流信号の強度を調節する可変抵抗３２８Ａを備えることによって、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。

さらに、信号送信部が、出力する電流信号の大きさ毎に経路を有する必要がなくなるため、装置を小型化することができる。また、ＣＰＵ３５０によって可変抵抗３２８Ａの抵抗値を複数の値に制御することができるため、複数のパターンのノイズ特性に対応することができる。

なお、この発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。

例えば、上記の第１実施形態では、センサ領域３０２の周囲に配置されたコイルセンサＸ１、Ｘ２、Ｙ１、Ｙ２に送信する電流信号の強度を調節する調節手段として、増幅器３２８を用いているが、可変抵抗を用いても良い。

また、第１実施形態、及び、第２実施形態では、コイルセンサＸ１、Ｘ２、Ｙ１、Ｙ２に入力される電流の強度を強くしているが、コイルセンサＸｎ、Ｙｍに加えられるノイズの特性に対応して、ノイズの影響を受けやすいコイルセンサに強い電流が入力されるようにしても良い。このことによって上記の実施形態と同様に、位置指示装置３２の位置を安定して検出することができる。

さらに、位置検出装置３０は、１つの選択回路３０４によって、Ｘ方向、及びＹ方向に延在するコイルセンサＸｎ、Ｙｍを順次選択しているが、コイルセンサＸｎのいずれかを選択する選択回路と、コイルセンサＹｍのいずれかを選択する選択回路を有しても良い。その場合は、さらに検出部３１０も、コイルセンサＸｎとコイルセンサＹｍとのそれぞれに備えられても良い。このように選択回路を複数備えることによって、選択回路の制御が高速になることがなくなる。

また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合せてもよい。

例えば、上記の第１実施形態では、切替回路３２６が第１経路ｒ１と第２経路ｒ２の２つの経路を切替えているが、３つ以上の経路を切替えるようにしても良い。この場合には、複数の経路に調節手段を設けて、コイルセンサＸｎ、Ｙｍに加えられるノイズの特性に対応して、その経路を切替えることによって、よりノイズの影響を削減できる。

さらに、安定した位置検出ができるように、ＣＰＵ３５０に学習機能を持たせても良い。その場合、液晶表示装置を使用する環境によるノイズ特性の変化にも対応することができる。

本発明の一実施形態に係る液晶表示装置の一例を示す分解斜視図。 本発明の第１実施形態に係る位置検出装置の一構成例を示す図。 図２に示す位置検出装置の一動作例を説明する図。 本発明の第２実施形態に係る位置検出装置の一構成例を示す図。

符号の説明

１０…液晶表示パネル、ＰＸ…表示画素、２０…面光源装置、３０…位置検出装置、３２…位置指示装置、３２Ａ…共振回路、３００…センサ部、Ｘｎ、Ｙｍ…コイルセンサ、３０２…センサ領域、３０４…選択回路、３１０…検出部、３２０…信号発生部、３２２…発振器、３２６…切替回路、３２８…増幅器、３２８Ａ…可変抵抗、ｒ１…第１経路、ｒ２…第２経路、３３０…信号受信部、３４０…送受信切替回路

Claims (6)

1. 平面的に配列された複数のコイルセンサと、前記複数のコイルセンサを順次選択する選択手段と、を備えたセンサ部と、
   前記選択手段によって選択されたコイルセンサに入力される出力信号を発生する発振器と、
   前記発振器の出力信号の強度を調節する少なくとも１つの調節手段と、
   前記発振器の出力信号をそのまま前記コイルセンサに入力する第１経路と、前記調節手段を介して前記発振器の出力信号を前記コイルセンサに入力する第２経路とを、前記選択回路に選択されているコイルセンサの配列場所に応じて切替える切替手段と、を備えた位置検出装置。
2. 前記切替手段は、前記選択手段が前記センサ部の周囲に配置されたコイルセンサを選択した時に第２経路を選択する請求項１記載の位置検出装置。
3. 前記調節手段は、前記発振器において発生した信号を増幅させる増幅器である請求項１記載の位置検出装置。
4. 前記調節手段は、前記発振器において発生した信号の強度を変化させる可変抵抗である請求項１記載の位置検出装置。
5. 平面的に配列された複数のコイルセンサと、前記複数のコイルセンサを順次選択する選択手段と、を備えたセンサ部と、
   前記選択手段によって選択された前記コイルセンサに入力される出力信号を発生する発振器と、
   前記発振器の出力信号の強度を調節する調節手段と、
   前記選択手段が選択したコイルセンサが配置されている場所に応じて前記調節手段を制御する制御手段と、を備えた位置検出装置。
6. 複数の表示画素がマトリクス状に配置された液晶表示パネルと、
   前記液晶表示パネルの背面に配置された面光源装置と、
   前記面光源装置の背面に配置された請求項１または請求項５に記載の位置検出装置と、
   を備えた液晶表示装置。

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