KR101225472B1 - 시차가 감소된 디스플레이 장치 - Google Patents

시차가 감소된 디스플레이 장치 Download PDF

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Abstract

광학 디바이스들에서의 시차는 광원들의 감소된 입체각 또는 증가된 시준, 상기 디바이스의 출력에서의 증가된 확산/스캐터링, 및/또는 반사된 광의 시준 및 컨테인먼트(containment)를 위한 반사 구조들을 포함하는 여러 개시된 기술들 중 하나 또는 이들의 결합을 적용함으로써 감소된다. 상기 기술들은 유용하게도, 백라이트 LED 디스플레이, 및 특히 높은 동적 범위 이중 변조 디스플레이들에 적용된다.

Description

시차가 감소된 디스플레이 장치{A DISPLAY DEVICE WITH REDUCED PARALLAX}
저작권 고지
본 특허 문서의 명세서의 일부는 저작권 보호를 받는 자료를 포함한다. 저작권 소유자는 본 특허 문서 또는 특허 명세서가 미국 특허청 특허 파일 또는 기록들에 나타나기 때문에 본 특허 문서 또는 특허 명세서의 누군가에 의한 팩시밀리 복사에 이의가 없지만, 모든 저작권 권리들을 보유한다.
본 발명은 시차 감소(parallax reduction)에 관한 것이다.
동적 범위(dynamic range)는 장면(scene)의 최고 휘도 부분들 및 장면의 최저 휘도 부분들의 강도 비(ratio of intensity)이다. 예를 들어, 비디오 프로젝션 시스템(video projection system)에 의해 투사되는 이미지는 300:1의 최대 동적 범위를 가질 수 있다.
인간의 시각 시스템은 매우 높은 동적 범위들을 가지는 장면들에서 피처(feature)들을 인식할 수 있다. 예를 들어, 사람은 밝게 햇빛을 받은 날에 불이 켜져 있지 않은 차고의 그림자들을 쳐다볼 수 있고, 인접한 햇빛을 받은 에어리어(sunlit area)들의 휘도가 장면의 그림자 부분들의 휘도보다 수천 배 더 클 수 있을지라도 그림자들에서 물체들의 세부사항들을 볼 수 있다. 이와 같은 장면의 사실적인 렌더링(realistic rendering)을 생성하는 것은 1000:1 이상의 동적 범위를 갖는 디스플레이(display)를 필요로 할 수 있다. 용어 "높은 동적 범위"는 800:1 이상의 동적 범위들을 의미한다.
현대의 디지털 이미징 시스템(digital imaging system)들은 장면의 동적 범위가 보존되는 장면들의 디지털 표현들을 캡처링(capturing) 및 레코딩(recording)할 수 있다. 컴퓨터 이미징 시스템들은 높은 동적 범위들을 갖는 이미지들을 합성할 수 있다. 그러나, 현재의 디스플레이 기술은 높은 동적 범위들을 충실하게 재생하는 방식으로 이미지들을 렌더링할 수 없다.
Blackham, 등의 미국 특허 번호 5,978,142는 이미지를 스크린(screen) 상으로 투영하는 시스템을 개시한다. 상기 시스템은 둘 모두가 광원으로부터 광을 변조하는 제 1 및 제 2 광 변조기들을 갖는다. 광 변조기들 각각은 광원으로부터의 광을 픽셀 레벨(pixel level)로 변조한다. 광 변조기들 둘 모두에 의해 변조된 광이 스크린 상으로 투영된다.
Gibbon, 등의 PCT 출원 번호 PCT/US01/21367은 사전변조기(premodulator)를 포함하는 프로젝션 시스템을 개시한다. 사전변조기는 변형 가능한 미러 디스플레이 디바이스(deformable mirror display device) 상에 입사하는 광량을 제어한다. 별도의 사전-변조기가 선택된 에어리어(예를 들어, 4분면(quadrant))를 어둡게 하는데 사용될 수 있다.
Whitehead, 등의 미국 특허 번호 6,891,672 및 관련 특허들과 관련 출원들은 특히, 변조된 백라이트(modulated backlight)(로컬 디밍(local dimming)이라고도 함)가 디스플레이의 전방 변조기(front modulator)(예를 들어, LCD) 상으로 투영되는 이중 변조된 디스플레이들의 구현예 및 개선예를 포함하는 많은 기술들을 설명한다.
본 발명자들은 디스플레이들 및 관련된 광학 장비에서 시차의 감소에 대한 필요성을 인식하였다. 대략적으로 설명하면, 본 발명은 백라이트의 입체각(solid angle)의 감소 및 디스플레이의 출력에서의 확산/스캐터링(diffusion/scattering)의 증가를 통하여 디스플레이에서 시차를 감소시키는 것을 포함한다. 각각에 대해 다양한 대안들이 제공된다.
하나의 실시예에서, 본 발명은 실질적으로 램버시안 반사기(lambertian reflector)들의 어레이 및 광원들의 어레이(array)를 포함하는 백라이트를 포함하는 디스플레이를 포함하고, 각각의 반사기는 상기 광원들 중 하나를 둘러싼다. 상기 반사기들은 예를 들어, 플라워 구조의 반사기(flower structured reflector)(예를 들어, 6면 플라워 반사기들)를 포함할 수 있다. 상기 반사기들은 예를 들어, 반사기에 의해 둘러싸인 광원으로부터 발생되고 디스플레이의 패널(panel)로부터 백라이트 쪽으로 다시 반사되는 광을 재-반사하도록 구성되는 구조를 포함할 수 있다.
또 다른 실시예에서, 본 발명은 로컬 디밍된 LED 백라이트 어레이 및 광을 시준하도록 구성되는 한 세트의 렌즈(lens)들을 포함하는 디스플레이를 포함할 수 있다. 상기 렌즈들은 예를 들어, LED 백라이트들에 직접 장착될 수 있다.
또 다른 실시예에서, 본 발명은 로컬 디밍된 LED 백라이트 및 시차를 감소시키도록 구성되는 텍스쳐링된 확산기(textured diffuser)를 포함하는 높은 동적 범위 고 선명 디스플레이(high dynamic range high definition display)를 포함한다. 텍스쳐링된 확산기는 예를 들어, 표면 텍스쳐링된 확산기를 포함할 수 있다. 표면 텍스쳐는 예를 들어, 샌드블래스트 형 패턴 텍스쳐(sandblast type pattern texture)를 포함할 수 있다. 텍스쳐링된 확산기는 예를 들어, 동등한 정도로 확산시키는 더 두꺼운 확산기에 비해 더 적은 흡수로 증가된 확산을 발생시키도록 구성될 수 있다. 대안적으로, 텍스쳐링된 확산기는 예를 들어, 샌드블래스팅에 의해 텍스쳐링된 아크릴 확산기를 포함할 수 있다.
또 다른 실시예에서, 본 발명은 실질적으로 램버시안 반사기들과 함께 시준된 백라이트 구조를 포함하는 감소된 시차 디스플레이를 포함한다. 본 발명은 샌드블래스트 패터닝된 텍스쳐링된 확산기를 더 포함할 수 있다. 시준된 백라이트 구조는 예를 들어, 시준 렌즈를 각각 포함하는 광원들의 어레이를 포함할 수 있다. 하나의 예시적 대안에서, 시준된 백라이트 구조는 로컬 디밍된 LED 어레이를 포함한다. 하나의 실시예에서, 상기 반사기들은 플라워 반사기들을 포함한다.
또 다른 실시예에서, 본 발명은 감소된 입체각(solid angle)을 갖는 백라이트 및 디스플레이의 출력에서의 증가된 확산 및 스캐터 확산기를 포함하는 로컬 디밍된 높은 동적 범위 디스플레이를 포함한다. 감소된 입체각은 예를 들어, 백라이트로부터 방출된 광을 시준하도록 구성되는 광학부품들(optics)을 통하여 성취될 수 있다. 하나의 실시예에서, 디스플레이는 1000:1을 초과하는 콘트라스트 비(contrast ratio)를 갖는다. 또 다른 실시예에서, 백라이트는 LED들의 어레이를 포함하고, 각각의 LED는 램버시안 반사기에 의해 둘러싸이며, 상기 램버시안 반사기는 둘러싸인 LED로부터 발생되고 상기 둘러싸인 LED 쪽으로 뒤로 반사되는(reflected back) 광을 전방 패널 쪽의 방향으로 재-반사(re-reflect)하도록 구성된다.
다른 실시예들에서, 본 발명에 따른 디스플레이 또는 광학 디바이스들은 디스플레이를 위한 이미지들을 생성하기 위하여 광원들 및 패널들(예를 들어, LCD 패널들)을 구동시키는 전자장치들, 프로세서들 또는 다른 디바이스들을 포함할 수 있다. 이와 같은 구동은 예를 들어, 예를 들어, 디스플레이의 구조를 포함하는 임의의 소스(source) 및 디스플레이를 구동시키는데 사용되는 방식 중 하나에 기인하는 감소된 아티팩트(artifact)들이 있거나 없이 이미지들을 효율적으로 생성하는 방식으로 디스플레이를 구동하기 위하여 신호들을 제공하는 것을 포함한다.
본원에 설명된 형태들 중 어느 하나에서의 본 발명은 디바이스, 장치, 방법, 프로세스, 알고리즘, 메커니즘, 또는 다른 형태들 중 하나 이상에서 구현될 수 있다.
게다가, 백라이트 또는 전방 변조기 구동 전자장치들을 포함하는 본 발명의 다양한 구성요소들은 컴퓨터 프로그램(computer program), 데이터 시퀀스(data sequence), 및/또는 제어 신호들, 등에서 표현될 수 있고, 컴퓨터 판독 가능한 매체에 의해 저장된 명령들 또는 무선 브로드캐스트(wireless broadcast)들, 및 구리 선(copper wire)(들), 광 섬유 케이블(들), 동축 케이블(들), 등을 통한 송신들을 포함하지만, 이에 제한되지 않는 임의의 매체에서 임의의 주파수로 브로드캐스팅된(또는 송신된) 전자 신호에 포함된 명령들로서 구현될 수 있다.
본 발명에 의하면, 백라이트의 입체각의 감소 및/또는 디스플레이의 출력에서 확산/스캐터링의 증가를 통하여 디스플레이에서 시차가 감소된다.
도 1은 시차의 도면.
도 2는 광원의 입체각을 감소시키는 것에 의한 시차 감소를 도시한 도면.
도 3은 추가적인 확산에 의한 시차 감소를 도시한 도면.
도 4는 광원의 입체각의 감소 및 추가적인 확산에 의한 시차 감소를 도시한 도면.
도 5는 LED 반사기 어레이의 도면.
도 6은 LED 출력을 시준하기 위하여 LED 반사기를 사용하는 도면.
본 발명이 첨부 도면들과 함께 고려될 때 다음의 상세한 설명을 참조함으로써 더 양호하게 이해되기 때문에 본 발명 및 이의 부수적인 장점들 중 다수의 더 완전한 인식이 용이하게 성취될 것이다.
본 발명은 시차를 감소시킴으로써 특정 디바이스들의 뷰잉 품질(viewing quality)을 개선시키는 새로운 프로세스를 포함한다. 바람직하게는, 본 발명은 자신들이 나타내는 시차 량의 최소화에서 상당히 이익을 얻을 수 있는 개별적으로 변조된, 직하형 백라이트 디스플레이 유닛(direct-lit backlight display unit)들에 적용된다. 본 발명은 시차를 감소시키기 위하여 개별적으로, 또는 결합하여 사용될 수 있는 본원에 설명된 방법들 및 구조들 중 어느 하나에서 구현될 수 있다.
동일하거나 대응하는 부분들에 동일한 참조 번호들이 병기되어 있는 도면들, 특히 도 1을 이제 참조하면, 뷰잉되는 LED 광원이 도시되어 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 직하형 백라이트의 시차는 시선 효과(line of sight effect)들에 기인하여, 광원으로부터의 광이 원치 않는 에어리어들에서 LCD를 빠져나올 때 발생한다.
본 발명은 이제 설명되는 2개의 해결책들을 포함하는, 시차를 감소시키는 해결책들에 관한 것이다. 제 1 해결책은 광원으로부터의 출사광(outgoing light)의 입체각을 감소시키는 것을 포함한다. 예로서, 도 2에 도시된 바와 같이, 출사광(210)의 입체각이 출사광을 시준하는 경향이 있는 감소된 출사 입체각(220)으로 감소된다. 시차 감소 량은 입체각이 얼마나 많이 감소되는지(즉, 광원이 얼마나 많이 시준되는지)에 따를 것이다.
제 2 해결책은 백라이트 유닛의 출사면(exit surface)에서 방출되는 광의 방향성(directionality)을 제거함으로써 시차를 감소시킨다. 예로서, 도 3에 도시된 바와 같이, 시차의 감소는 추가적인 확산에 의해 성취된다. 종래의 백라이트 디스플레이들의 LCD 확산기들 및 필름(flim)들(310)을 통과한 광은 백라이트 유닛을 빠져나갈 시에 여전히 상당한 량의 방향성을 포함한다. 필름 스택(flim stack)(예를 들어, 추가적인 확산 확산기(320))에 더 많은 확산을 추가함으로써, 더 많은 스캐터링이 발생하여, 시차를 감소시키도록 할 것이다.
이상적으로는, 2개의 해결책들의 조합이 가장 양호한 시차 감소를 제공할 것이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 감소된 출사 입체각(220)의 예가 추가적인 확산 확산기(320)와 결합된다.
본 발명자들은 이러한 2개의 해결책들을 위한 3개의 독창적인 구조들 및 방법들을 실험적으로 결정하였다. 3개의 구조들 모두는 백라이트 유닛의 효율을 실질적으로 감소시키지 않고 시차를 가변하는 정도들로 감소시키는 것을 돕는다. 광 흡수를 증가시키지 않고 시차를 감소시키는 것은 백라이트 유닛의 밝기를 유지하는데 있어서 매우 중요하다. 이러한 3개의 방법들은 결합될 때, 직하형 백라이트 유닛에서 시차를 감소시키는 가장 양호한 수단을 제공한다.
제 1 해결책은 LED 광원의 시준을 포함한다. 하나의 가능한 방법은 LED에 직접 장착되는 어떤 종류의 시준 렌즈를 사용하는 것일 것이다. 시준된 LED(예를 들어, Cree XRE7090)는 단순히 시준된 광원에 대하여 LED의 출력의 입체각이 감소된다는 사실에 기인하여, 임의의 시차 효과들을 감소시키는 것을 도울 것이다. 이 입체각이 시차에 대한 책임이 있다. LED를 더 시준할수록, 더 많은 시차 감소가 발생한다. 그러나, 시준 량에 대한 실제적인 제한이 존재한다. 광원이 너무 시준되는 경우에, 소정의 LED 밀도에 대해 균일한 LED 백라이트를 획득하지 못할 것이다. 또한, 완전히 시준된 광원은 밝기 강화 필름(Brightness Enhancement Film: BEF)이 LCD 필름 스택 내에 존재하는 경우에 가장 양호한 해결책이 아닐 수 있다. 이것은 BEF가 시준된 광이 통과하도록 허용하지 않기 때문이다.
제 2 해결책은 모든 종래의 직접적인 CCFL 백라이트 유닛들에서 발견되는 표준의, 두꺼운, 벌크 스캐터링 확산기(bulk scattering diffuser)의 양측에 표면 텍스쳐링을 포함한다. 이 표면 텍스쳐링은 추가적인 확산 및 스캐터링을 제공하여, 출사광의 방향성 성분을 제거한다. 이 방향성이 시차에 대한 책임이 있기 때문에, 이 방향성을 제거 또는 감소시키면, 이에 대응하여 시차가 감소될 것이다.
유사한 방향성 감소가 더 많은 벌크 스캐터링을 갖는 더 두꺼운 확산기를 사용함으로써 성취될 수 있다. 그러나, 이 더 두꺼운 확산기는 증가된 흡수 효과들 때문에 백라이트 유닛의 밝기를 실질적으로 감소시킬 것이다. 텍스쳐링된 확산기(예를 들어, 샌드블래스팅에 의해 텍스쳐링되었던 표준 아크릴 확산기)가 증가된 흡수의 이와 같은 상당히 추가된 댓가 없이 시차 감소에 필요한 여분의 확산을 추가한다.
제 3 해결책은 LED를 둘러싸는 반사기 구조를 사용하는 것이다. 도 5는 이와 같은 반사기 구조(510)의 어레이(500)의 하나의 변형을 도시한다.
이 구조의 반사면들은 실질적으로 사실상 램버시안이다. 반사면들이 실질적으로 정반사성(specular)인 경우에, 반사기의 에지(edge)들이 LCD 필름들을 통해 명확하게 보일 수 있고, 이것이 디스플레이의 시각적 균일성에 부정적인 영향을 준다는 것이 관측되었다. 이러한 반사면들의 목적은 LED를 떠나는 광을 시준하는 것이다.
LCD 필름들에 의해 다시 반사되는 임의의 광을 포함하고 재-시준하는 것이 또한 유용하다. 순 효과는 광원에 대한 특정 입체각 내에서 광을 포함함으로써 시차를 감소시키는 것이며, 반사기 벽들의 각도가 상기 입체각을 제어한다. 이 아이디어(idea)는 (개별적인 플라워/플라워형 반사기(510)의 측단면도를 포함하는) 도 6에서 입증된다. 도 6에 도시된 바와 같이, 반사기 구조가 없는 LED(610)는 반사들(620)을 나타낸다. 그러나, 도 6은 또한 (일측이 640으로 참조되는) 램버시안 반사기(510)를 갖는 LED를 도시한다. 반사기에서, 광 출력(630)은 투과 및 반사 둘 모두에서 확산기 필름들과 연관된 확산/스캐터링을 나타내지 않고, 플라워의 램버시안 표면과 연관된 스캐터링을 나타내지 않는다.
본 발명은 LCD 형 고선명 텔레비전(HDTV)들 및 디스플레이들에 적용될 수 있고, 이들 중 어느 하나는 또한 예를 들어, 1000:1보다 더 큰 콘트라스트 비들을 갖는 높은 동적 범위(High Dynamic Range: HDR)를 생성하도록 구성될 수 있다. 본 발명은 로컬 디밍 또는 임의의 유형의 백라이트 변조를 통합하는 LED 또는 다른 백라이트 디바이스들에 적합하게 적응될 수 있다.
도면들에 도시된 본 발명의 바람직한 실시예들을 설명할 시에, 명확화를 위하여 특정 용어가 사용된다. 그러나, 본 발명은 그렇게 선택된 특정 용어로 제한되지 않게 되고, 각각의 특정 요소가 유사한 방식으로 동작하는 모든 기술적 등가물들을 포함한다는 것이 이해되어야 한다. 예를 들어, 샌드블래스팅을 통한 표면 텍스쳐링을 설명할 때, 텍스쳐링 또는 등가 유형의 텍스쳐, 기능 또는 케이퍼빌리티(capability)를 갖는 재료들을 위한 임의의 다른 등가 프로세스가 본원에서 목록화되든지 또는 않든지 간에, 샌드블래스팅을 통한 표면 텍스쳐링 대신 사용될 수 있다. 더욱이, 본 발명자들은 지금 공지되지 않은 새롭게 개발되는 기술들이 또한 설명된 부분들 대신 사용될 수 있고, 여전히 본 발명의 범위를 벗어나지 않는다는 것을 인식한다. (플라워 형 구조들을 포함한) 반사기 구조들, (흰색이거나 유색의) 시준된 LED들, 확산기들, 광원들, 등을 포함하지만, 이에 제한되지 않는 모든 다른 설명된 항목들이 또한 이용 가능한 등가물들 중 어느 하나 및 모두의 관점에서 고려되어야 한다.
본 발명은 본원에 설명된 바와 같은 요소들, 부분들, 또는 특징들(예를 들어, 적층된 층들, 텍스쳐링되고/되거나 시준된 광원들, 반사기들, 반사기 어레이들에서의 더 많은 확산), 및 이들의 등가물들 중 어느 하나를 포함하거나, 이것으로 구성되거나, 본질적으로 이것으로 구성될 수 있다. 또한, 본원에 설명적으로 개시되어 있는 본 발명은 본원에 특정하게 개시되어 있든지 또는 아니든지 간에 임의의 요소 없이 실행될 수 있다. 명백하게, 본 발명의 다양한 변경들 및 변화들이 상기의 내용들을 비추어서 가능하다. 그러므로, 곧 제출될 특허 출원에서 첨부될 청구항들의 범위 내에서, 본 발명이 본원에 구체적으로 설명된 것과 달리 실행될 수 있다는 점이 이해되어야 한다.

Claims (26)

  1. 램버시안 반사기들의 어레이 및 광원들의 어레이를 포함하는 백라이트를 포함하고, 각각의 반사기가 상기 광원들 중 하나를 둘러싸는, 디스플레이.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 반사기들은 플라워 구조의 반사기를 포함하는, 디스플레이.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 반사기들은 6면 플라워 반사기들을 포함하는, 디스플레이.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 반사기들은 상기 반사기에 의해 둘러싸인 광원으로부터 발생되고 디스플레이의 패널로부터 상기 백라이트 쪽으로 뒤로 반사되는(reflected back) 광을 재-반사(re-reflect)하도록 구성되는, 디스플레이.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 램버시안 반사기들을 구비한 시준된 백라이트 구조체를 포함하고, 상기 백라이트 구조체는 LED 광원들의 어레이를 포함하며, 각각의 LED 광원들은 램버시안 반사기들에 의해 둘러싸인, 디스플레이.
  13. 제 12 항에 있어서, 샌드블래스트 패터닝된 텍스쳐링된 확산기를 더 포함하는, 디스플레이.
  14. 제 12 항에 있어서, 상기 시준된 백라이트 구조체는 시준 렌즈를 각각 포함하는 광원들의 어레이를 포함하는, 디스플레이.
  15. 제 12 항에 있어서, 상기 LED 광원들의 어레이는 로컬 디밍된 LED 어레이를 포함하며, 상기 램버시안 반사기들은 둘러싸인 LED로부터 나와서 상기 둘러싸인 LED들을 향하여 뒤로 반사되는(reflected back) 광을 전방 패널을 향하는 방향으로 재-반사(re-reflect)하도록 구성되는, 디스플레이.
  16. 제 12 항에 있어서, 상기 반사기들이 플라워 반사기들을 포함하는, 디스플레이.
  17. 800:1 이상의 동적 범위를 가진 로컬 디밍된 디스플레이에 있어서, 감소된 입체각 및 증가된 확산을 갖는 백라이트를 포함하고, 상기 감소된 입체각은 백라이트로부터 방출된 광을 시준하도록 구성된 광학부품들에 의해 달성되고, 상기 증가된 확산은 상기 디스플레이의 출력부에 있는 확산기에 의해 달성되며, 상기 광학부품들은 상기 백라이트의 광원에 결합되는 렌즈를 포함하는, 800:1 이상의 동적 범위를 가진 로컬 디밍된 디스플레이.
  18. 삭제
  19. 제 17 항에 있어서, 상기 디스플레이는 1000:1을 초과하는 콘트라스트 비를 가지는, 800:1 이상의 동적 범위를 가진 로컬 디밍된 디스플레이.
  20. 제 17 항에 있어서, 상기 백라이트는 LED들의 어레이를 포함하고, 각각의 LED는 램버시안 반사기에 의해 둘러싸이고, 상기 램버시안 반사기는 둘러싸인 LED로부터 나와서 상기 둘러싸인 LED 쪽으로 뒤로 반사되는(reflected back) 광을 전방 패널을 향하는 방향으로 재-반사(re-reflect)하도록 구성되는, 800:1 이상의 동적 범위를 가진 로컬 디밍된 디스플레이.
  21. 삭제
  22. 삭제
  23. 삭제
  24. 제 12 항에 있어서, 상기 시준된 백라이트 및 디스플레이를 위한 이미지들을 생성하도록 상기 백라이트 구조에 의해 조명되는 LCD 패널을 구동하기 위한 전자부품들을 더 포함하는, 디스플레이.
  25. 제 24 항에 있어서, 상기 전자부품들은 아티팩트들을 감소시키는 방식으로 상기 백라이트 어레이와 LCD 패널을 구동하도록 더 구성되는, 디스플레이.
  26. 제 25 항에 있어서, 상기 아티팩트들은 상기 디스플레이를 구동하는데 이용되는 방식(scheme), 소스(source), 또는 구조(structure)로 인해 발생되는, 디스플레이.
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