DE2508619A1

DE2508619A1 - Verfahren zum treiben von fluessigkristallanzeigeelementen mit rasterpunktmatrix

Info

Publication number: DE2508619A1
Application number: DE19752508619
Authority: DE
Inventors: Hideaki Kawakami; Yutaka Yoneda
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1974-03-01
Filing date: 1975-02-27
Publication date: 1975-09-04
Also published as: JPS50127514A; GB1494792A; JPS5416894B2; DE2508619C2; US3995942A

Description

Verfahren zum Treiben von Flüssiqkristallanzeiqeelementen mit Rasterpunktmatrix

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur zeilenweisen Abtastung von in Matrixform angeordneten Flüssigkristallrast er punkten in den Schnittpunkten von Signalzeilen und Tastzeilen. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zur optischen Darstellung mit unterschiedlichen Helligkeits- oder Tonpegeln.

Ein Flüssigkristallanzeigeelement besteht typischerweise aus zwei Glasplatten, die mit Hilfe von Abstandhaltern im Abstand von einigen zehn Mikrometern voneinander planparallel einander gegenüberliegend angeordnet sind. Der Raum zwischen den beiden, eine optische Zelle bildenden Glasplatten ist mit einem Flüssigkristall gefüllt. Die Innenwände der Glasplatten tragen Dünnschichtelektroden, die nach Massgabe der zu bewirkenden Darstellungsart angeordnet sind. In der Regel trägt die vordere oder obere Glasplatte Elektroden in Form durchsichtiger elektrisch leitender überzüge, während die Elektroden auf der hinteren oder unteren Glasplatte aus einer ebenfalls durchsichtigen und elektrisch leitenden dünnen Schicht oder aus Metallüberzügen bestehen, je nach der Art des Darstellungsverfahrens,

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für das das Anzeigeelement eingesetzt werden soll.

Die optische Zelle des Anzeigeelementes wird vorzugsweise mit einem nematisehen Flüssigkristall gefüllt. Das Element kann nach dem Verfahren der dynamischen Streuung (DSM) oder unter Ausnutzung des Feldeffektes (FEM) betrieben werden. Beim DSM-Verfahr en ist der Flüssigkristall in Abwesenheit eines elektrischen Feldes durchsichtig und wird in weissem und sichtbarem Licht undurchsichtig, wenn ein äusseres elektrisches Feld angelegt wird, das stärker als eine bestimmte Schwellenfeldstärke ist. Ein Flüssigkristall oder ein Flüssigkristallrasterpunkt, auf den ein elektrisches Feld einwirkt, das stärker als das Schwellenfeld ist, wird als aufgeleuchtet bezeichnet. Entsprechend wird der Zustand, in dem sich der Flüssigkristall befindet, als Zustand des Aufleuchtens bezeichnet. Beim FEM-Verfahren tritt je nach der Ausrichtung und Orientierung der Flüssigkristallmoleküle eine Doppelbrechung oder eine Drehung der Polarisationsebene des Lichtes auf, wobei die Orientierung der Flüssigkristallmoleküle durch die Stärke eines angelegten elektrischen Feldes steuerbar ist. Nach diesem Verfahren kann sowohl eine farbselektive als auch eine Schwarz-Weiss-Anzeige erfolgen.

In Flüssigkristallanzeigeelementen der beschriebenen Art sind die Elektroden auf der oberen Glasscheibe (X-Zeilenelektroden) und die Elektroden auf der unteren Glasscheibe (Y-Zeilenelektroden) üblicherweise in Matrixform angeordnet. Die Darstellung von Ziffern, Zeichen, Buchstaben oder bildlichen Darstellungen kann durch Auswahl X- und Y-Zeilenelektroden und Anlegen einer Spannung an diese Elektroden erfolgen, so dass der Flüssigkristallrasterpunkt am Schnittpunkt der X- und Y-Zeilenelektroden einem elektrischen Feld ausgesetzt ist, der ihn zum Aufleuchten bringt. Zusätzlich zu dieser Spannung kann bei der Abtastung der Flüssigkristall-

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Matrixanzeigeelemente nach dem beschriebenen zeilenweisen Verfahren eine sogenannte "Einstreuspannung" auf diejenigen Flussigkristallrasterpunkte aufgeprägt werden, die nicht aufleuchten sollen. Dies ist aufgrund der zweiseitig gerichteten Eigenschaften des Flüssigkristalls möglich. Beim zusätzlichen Aufprägen einer Einstreuspannung tritt jedoch die Schwierigkeit auf, dass auch in unerwünschter Weise Flüssigkristallrasterpunkte zum Aufleuchten gebracht werden können, wenn die aufgeprägte Einstreuspannung einen Wert überschreitet, der über dem Schwellenwert liegt.

Aus Gründen einer einfachen und klaren Darstellung des Sachverhaltes wird im Rahmen dieser Beschreibung von einem Rasterpunkt gesagt, er sei angesteuert, wenn sowohl seine X-Zeilenelektrode als auch gleichzeitig seine Y-Zeilenelektrode für die Darstellung angesteuert sind. Ein Rasterpunkt, bei dem entweder nur die X-Zeilenelektrode oder nur die Y-Zeilenelektrode zur Darstellung angesteuert ist, wird als halbangesteuert bezeichnet. Schliesslich wird der Zustand des Rasterpunktes als nicht angesteuert bezeichnet, wenn gleichzeitig weder die X- noch die Y-Zeilenelektrode zur Darstellung angesteuert, d.h. also, mit einer über dem Schwellenwert liegenden Signalspannung beaufschlagt sind. Die Einstreuspannung ist in diesem Sinne eine Spannung, die einem Flüssigkristallrasterpunkt im halbangesteuerten oder nicht angesteuerten Zustand aufgeprägt wird.

Um ein unbeabsichtigtes Aufleuchten von Rasterpunkten durch die Einstreuspannung zu verhindern, bedient sich die Anmelderin eines Verfahrens, das sie als "Mitteln der Einstreuspannung¹¹ bezeichnet (USSN 441 356/74). Bei diesem Verfahren wird die höchste/Spannung V , die auf die X- und Y-Zeilenelektroden aufgeprägt wird, in die drei Spannungspegel V₀, V₁ und V₂ geteilt, wobei V_Q y V₁ 7 V₂ 7 O. Die

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so geteilten Spannungen werden in der Weise kombiniert, dass ein angesteuerter Flüssigkristallrasterpunkt mit der Spannung +V„ und ein nicht angesteuerter oder halbangesteuerter Rasterpunkt mit einer Spannung von etwa + 1/3 V„ beaufschlagt

— υ

wird. Die auf die Flüssigkristallrasterpunkt im halbangesteuerten und nicht angesteuerten Zustand aufgeprägte Spannung, also die Einstreuspannung, ist also auf einen Betrag von 1/3 derjenigen Spannung gemittelt, die dem Rasterpunkt im angesteuerten Zustand aufgeprägt wird. Auf diese Weise können die Nachteile, die zunächst mit dem Aufprägen einer Einstreuspannung verbunden waren, vollständig behoben werden.

Mit dem beschriebenen Verfahren der Mittelung der Einstreuspannung ist jedoch keine tonpegelmodulierte Darstellung möglich. Für ein Verfahren zur Darstellung oder Anzeige mit verschiedenen Tonpegeln der optischen Darstellung müssen die dem Flüssigkristallrasterpunkt aufgeprägten Effektivwerte der Spannung verändert werden. Wenn man in herkömmlicher Weise zu diesem Zweck eine Amplitudenmodulation oder eine Impulsbreitenmodulation der den angesteuerten Rasterpunkten aufgeprägten Signalspannungsimpulse vornimmt, können die Einstreuspannungswerte in den halbangesteuerten oder nicht angesteuerten Zuständen der Rasterpunkte nicht mehr gemittelt werden.

Der Erfindung liegt angesichts dieses Standes der Technik und des vorstehend beschriebenen Verfahrens der Anmelderin die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Treiben eines Flüssigkristall-Matrixanzeigeelementes zu schaffen, nach dem trotz Mittelung der Einstreuspannung eine tonpegelvariable optische Darstellung ermöglicht wird.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Verfahren der eingangs genannten: Art vorgeschlagen, das dadurch gekennzeichnet ist, dass man auf die Signalzeile ein Signal aus einer ersten

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Spannung zum Aufleuchten des Flüssigkristallrasterpunktes und einer zweiten Spannung zum Mitteln einer Einstreuspannung über den Flüssigkristallrasterpunkt im nicht angesteuerten Zustand aufprägt und dass man die Dauer des Auftretens der ersten Spannung nach Massgabe des darzustellenden Tonpegels moduliert.

Die Erfindung bezieht sich also auf die zeilenweise Abtastung von Flüssigkristallrasterpunkten, die in einer Matrix angeordnet durch die Schnittpunkte von Signalzeilen und Tastzeilen definiert sind. Das aufgeprägte Signal enthält als Komponente eine Ansteuerungsspannung, die hoch genug ist, um den Flüssigkristallrasterpunkt aufleuchten zu lassen, und enthält weiterhin eine Vor spannung skornponente zum Mitteln der Einstreuspannung. Dieses Signal wird der Signalzeile aufgeprägt. Dabei kann die Dauer oder die Impulsbreite der Ansteuerungsspannung nach Massgabe bzw. unter Führung durch den gewünschten Tonpegel der Darstellung verändert werden. Auf diese Weise kann eine tonpegelvariable Darstellung auf einem Flüssigkristallanzeigeelernent bewirkt werden, ohne dass auf die Vorteile der Mittelung der Einstreuspannung verzichtet zu werden braucht.

Die Erfindung ist im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen:

• ,

Fig. 1 in schematischer Darstellung ein

typisches Flüssigkristall-Matrixanzeigeelement ;

Fig. 2 ein Beispiel typischer Spannungs

wellenformen, wie die in an sich

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bekannter Weise zum Treiben eingesetzt werden;

Fig. 3 ein Beispiel für Spannungswellenformen,

wie sie nach dem Verfahren der Erfindung zum Treiben gewählt werden;

Fig. 4 ein bestimmtes Beispiel für Wellen

formen der in Fig. 3 gezeigten Art;

Fig. 5 das Schaltbild eines Treibers zur

Erzeugung der in Fig. 4 gezeigten Wellenformen;

Fig. 6 an verschiedenen Stellen in der in

Fig. 5 gezeigten Schaltung auftretende Signale;

Fig. 7 ebenso wie Fig. 6 an verschiedenen

Stellen in der in Fig. 5 gezeigten Schaltung auftretende Signale;

Fig. 8 in schematischer Blockdarstellung

eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens der Erfindung und

Fig. 9 eine Folge von Wellenformen zur

Verdeutlichung des Betriebes der in Fig. 8 dargestellten Anordnung.

In der Fig. 1 ist die Grundanordnung eines typischen Flüssigkristall-Matrixanzeigeelementes dargestellt. Das Anzeigeelement 5 selbst ist eine übliche Flüssigkristallzelle, die mit einem X-Zeilentreiber 6 und einem Y-Zeilentreiber 7 verbunden ist. Die Flüssigkristallrasterpunkte

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sind durch jene Bereiche des Flüssigkristalls in der optischen Zelle definiert, die in den Schnittpunkten der mit dem X-Zeilentreiber 6 verbundenen X-Zeilen und der mit dem Y-Zeilentreiber 7 verbundenen Y-Zeilen liegen. Zum Treiben eines solchen Flüssigkristall-Matrixanzeigeelementes werden in an sich bekannter Weise die in Fig. gezeigten Wellenformen verwendet. V„ ist dabei die den X-Zeilen aufgeprägte Spannung, V die den Y-Zeilen aufgeprägte Spannung und V_v-V ist.die den Flüssigkristallrasterpunkten aufgeprägte Spannung, also die in den Schnittpunkten der X-Zeilen und Y-Zeilen auftretende Spannung. In der Fig. 2 ist davon ausgegangen, dass die an halbangesteuerten und nicht angesteuerten Rasterpunkten liegende Spannung, nämlich die Einstreuspannung, auf 1/3 derjenigen Spannung gemittelt ist, die einem angesteuerten Rasterpunkt aufgeprägt wird. Ein unbeabsichtigtes Aufleuchten nicht angesteuerter Rasterpunkt durch eine Einstreuspannung ist dadurch ausgeschlossen.

Mit den in Fig. 2 gezeigten Wellenformen kann bei einer Amplituden- oder Impulsbreitenmodulation der Ansteuerungsspannungsimpulse keine Mittelung der Einstreuspannung durchgeführt werden. Eine tonpegelvariable optische Darstellung ist bei Aufrechterhaltung der Einstreuspannungsmittelung also nicht durch eine Veränderung der Effektivwerte der Ansteuerungsspannung, die auf die einzelnen Flüssigkristallrasterpunkte geprägt wird, möglich.

Mit dem Treibverfahren der Erfindung ist dagegen die tonpegelvariable Informationsdarstellung auf einem Flüssigkristallanzeigeelement bei gleichzeitiger Mittelung der Einstreuspannung möglich. Die dazu verwendeten Wellenformen sind in der Fig. 3 gezeigt. Eine Anzeigedarstellung mit Ton ist möglich, während gleichzeitig eine Einstreuspannung auf (1/a)V_Q gemittelt wird. Dabei ist a> 3

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und V- die höchste vorgewählte Treibspannung oder Ansteuerung sspannung, also eine Spannung, die grosser als die zum Aufleuchten eines Rasterpunktes erforderliche Schwellenspannung ist, bedeutet.

Die an die X-Zeile, also die Tast-Zeile, angelegte Spannung V^. umfasst die Spannungen Null und V_Q, die einem angesteuerten Rasterpunkt aufgeprägt werden, und die Spannungen (1/a)V₀ und (1-1/a)V₀, die dem Rasterpunkt im nicht angesteuerten Zustand aufgeprägt werden.

Ein impulsbreitenmoduliertes Impulssignal V wird auf die Y-Zeilen, die Signalzeilen, die die Tastzeilen schneiden, aufgeprägt. Die Signale V weisen zeitliche Breiten T und T auf. Während der Dauer T wird eine erste Spannung, die Ansteuerungsspannung für das Aufleuchten des Flüssigkristallrasterpunktes, auf die Signalzeile geprägt. Während der Dauer T wird eine zweite Spannung, die Vorspannung zum Mitteln der Einstreuspannung, aufgeprägt. Für die Dauer T werden die Spannungen Null und V_Q aufgeprägt. Für die Dauer T treten die Spannungen (2/a)V_Q und (1-2/a)V_ auf.

Aus der in Fig. 3 gezeigten Darstellung kann man ablesen, dass die einem Flüssigkristallrasterpunkt aufgeprägte Spannung (V„-V ) im nicht angesteuerten Zustand eine Einstreuspannung von + (i/a)V_Q und im angesteuerten Zustand eine Spannung +V_Q im Intervall T_w und +'(1-2/a)V₀ i_m Intervall T ist. Die dem Rasterpunkt aufgeprägte Effektivspannung kann durch ä.ne Modulation des Intervalls T verändert werden, also durch eine Veränderung der Dauer oder der Impulsbreite der Ansteuerungsspannung. Auf diese Weise kann also mit der in Fig. 3 gezeigten Wellenform eine tonpegelvariable Anzeigedarstellung erzielt werden, bei

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der man die Effektivspannung im nicht angesteuerten Zustand unverändert beibehält und lediglich die Effektivspannung im angesteuerten Zustand verändert.

Die in Fig. 3 gezeigten Wellenformen sind in Fig. 4 für das Beispiel a = 3 gezeigt. In dem in Fig. 4 dargestellten Beispiel ist die Vorspannung (2/a)V_Q und (1-2/a)V_ und wird die Einstreuspannung auf + (1/3)V~ gemittelt. Die im angesteuerten Zustand wirksame Effektivspannung wird durch Modulation des ZeitIntervalls T gesteuert.

In der Fig. 5 ist ein Ausführungsbeispiel einer Treiberschaltung zur Erzeugung der in Fig. 4 gezeigten Wellenformen dargestellt. Die Schaltung besteht im wesentlichen aus den Schalttransistoren Q₁, Q- und Q^, den Widerständen R₁, R₂ und R₃, dem NICHT-Glied 3 und den NOR-Gliedern 9, und 11. Der Treiber weist einen Eingang A für ein Adressensignal und einen Eingang C für ein Taktsignal sowie den Ausgang 0 auf. Als Funktion des Adressensignals und des Taktsignals sind in der Tabelle I die Schaltzustände der Transistoren und die am Anschluss O auftretenden Ausgangsspannungen des Treibers zusammengestellt. Die Tabelle zeigt, dass jede der benötigten vier Ausgangsspannungen (2/3)V_,(1/3)V_q, Null und V_Q durch eine entsprechende Kombination des Adressensignals und des Taktsignals herstellbar ist.

Tabelle I	Takt signal	durchgescha1- teter Transistor	Ausgangs spannung
Adressen signal	0 1 0 1	^Q2 - ^Q3 ^Q1 keiner	2/3V₀ 1/3V₀ 0 ^vo
0 0 1 1

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Mit dem in Fig. 5 gezeigten Treiber und einer entsprechend gewählten Kombination des Adressensignals und des Taktsignals können die den Tastzeilen aufzuprägenden Spannungen ν_χ in der in Fig. 6 gezeigten Weise und die den Signalzeilen aufzuprägenden Spannungen V in der in Fig. 7 gezeigten Weise erhalten werden. In der Fig. 7 ist ein impulsbreitenmoduliertes Signal dargestellt. Die Impulsbreite T des Adressensignals A wird nach Massgabe der darzustellenden Bildsignals moduliert. Damit lässt sich in der vorbeschriebenen Weise ein tonpegelmoduliertes Bild auf dem Flüssigkristallanzeigeelement darstellen.

In der Fig. 8 ist in schematischer Darstellung eine Baugruppe zur Durchführung des Verfahrens der Erfindung gezeigt. Die Funktion der in Fig. 8 gezeigten Baugruppe ist anhand der in Fig. 9 dargestellten Wellenformen erklärt.

Aus Gründen einer übersichtlichen und klaren Darstellung ist in der Fig. 8 von einem Flüssigkristallanzeigeelement 12 mit einer 3 χ 3-Matrix ausgegangen. Durch die Ziffern 1, 2 und 3 in den Flüssigkristallrasterpunkten sind bestimmte Helligkeits- bzw. Tonpegel bezeichnet. Die in Fig. 5 gezeigte Treiberschaltung kann sowohl dem Tastzeilentreiber 13 als auch dem Signalzeilentreiber 14 zugrunde liegen. Es wird das Verfahren der zeilenweisen bzw. zeilensimultanen Abtastung verwendet, das heisst also, die Zeilen X₁, X₂ und X₃ werden sequentiell abgetastet.

Auf der Abszisse der in Fig. 9 gewählten Darstellung ist die Zeit aufgetragen. Die auf den Signaltreiber 14 gegebenen Adressensignale Α_γ1, Α_γ2 und Α_γ3 sind impulsbreitenmodulierte Signale, die in an sich bekannter Weise in einem Impulsbreitenmodulator 15 moduliert werden.

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Den in Fig. 8 schraffiert hervorgehobenen Rasterpunkten werden beispielsweise die Spannungen V₁ ~^_γ1 und Vy₂-V _. aufgeprägt. Die Spannungen ν_χ.-ν und ^V _X2~^VY3 ^s*-ⁿ& *^m nicht angesteuerten Zustand +(1/3 V) und weisen gleiche Effektivwerte auf. Im angesteuerten Zustand sind die Inipulsbreiten bzw. Zeitintervalle für +V_n nach Massgabe des darzustellenden Tonpegels unterschiedlich lang. Da der Tonpegel von ^νχ-ι~^νγι ^{1 un<}ä der Tonpegel von ^V _X2~^VY3 ist, ist die Impulsbreite von +V_n in ν_χ2-ν_γ3 grosser als

Die Eins treu spannung sei|(1/a)V_Q, die Anzahl der Tastzeilen N und die Effektivspannung am Flüssigkristallrasterpunkt V Führt man den Parameter m = T /(T + T_w) ein, so ist die im Rasterpunkt wirksame Spannung V durch Gleichung 1 wie folgt gegeben:

(a - 1)(4m + a - 3)

Wie die Gleichung 1 zeigt, nimmt also die Effektivspannung V mit dem Wert für den Parameter m zu. Andererseits hängt jedoch die Helligkeit des Flüssigkristalls von der einwirkenden Effektivspannung ab, und zwar sowohl bei der dynamischen Streuung ais auch bei der Steuerung durch den Feldeffekt. Mit der in Fig. 8 gezeigten Anordnung kann daher durch eine Impulsbreitenmodulation eine Gradation der Anzeigedarstellung erzeugt werden.

Wenn man die in Fig. 4 gezeigten Wellenformen in Kombination mit der in Fig. 8 gezeigten Anordnung einsetzt, ist a = 3 und N = 3. Die Effektivspannung V ist dann

1 + 8/3m (2)

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Da 0<m<1, kann durch Veränderung von m eine tonpegelvariable Anzeige erhalten werden. Eine solche Änderung von m wird in einfacher Weise durch eine Änderung der Impulsbreite T_w des Adressensxgnales A erreicht und eingestellt, das auf den in Fig. 8 gezeigten Signalzeilentreiber 14 gegeben wird.

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Claims

Pa tentansprüche

Q_., Verfahren zur zeilenweisen Abtastung von in Matrixfornt angeordneten Flüssigkristallrasterpunkten in den Schnittpunkten von Signalzeilen und Tastzeilen, dadurch gekennzeichnet , dass man auf die Signalzeile ein Signal aus einer ersten Spannung zum Aufleuchten des Flüssigkristallrasterpunktes und einer zweiten Spannung zum Mitteln einer Einstreuspannung über den Flüssigkristallrasterpunkt im nicht angesteuerten Zustand aufprägt und dass man die Dauer des Auftretens der ersten Spannung nach Massgabe des darzustellenden Tonpegels moduliert.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennz eich net , dass die erste Spannung die Spannungen Null und V₀ und die zweite Spannung die Spannungen (1-1/a)V~ und (1-2/a)V~ einschliessen, dass man die Spannungen V_Q und Null im angesteuerten Zustand des Flüssigkristallrasterpunktes an die Tastzeile legt, dass man die Spannungen (i/a)V_n und (1-l/a)V_n im nicht angesteuerten Zustand des Flüssigkristallrasterpunktes an die Tastzeile legt, dass der Wert der Spannung V grosser als die zum Aufleuchten des Flüssigkristallrasterpunktes . erforderliche Schwellenspannung ist, dass a> 3 und dass man an die Signalzeile die Spannungen Null und (2/a)V_Q legt, wenn man an die Tastzeile die Spannung V_Q

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legt, dass man an die Signalzeile die Spannungen V" und (1-2/a)V_Q legt, wenn man an die Tastzeile die Spannung Null legt, dass man an die Signalzeile die Spannungen Null und (2/a)V„ legt, wenn man an die Tastzeile die Spannung (l/a)V_Q legt und dass man schliesslich an die Signalzeile die Spannungen V_Q und (1-2/a)V_Q legt, wenn man an die Tastzeile die Spannung (1-2/a)V_ legt«

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