TWI434255B - 閘極驅動脈衝補償電路以及顯示裝置 - Google Patents
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Description
本發明是有關於顯示技術領域,且特別是有關於閘極驅動脈衝補償電路以及顯示裝置的結構。
按,以非晶矽(a-Si)製程完成的陣列上閘極(Gate-on-Array,GOA)電路易在環境(例如溫度、壓力等)變化時造成薄膜電晶體的電流-電壓(I-V)特性發生改變,使得陣列上閘極電路輸出之閘極驅動脈衝的波形產生變化(亦即,閘極驅動脈衝的最高電壓與最低電壓之間的壓差過小或過大),導致面板顯示不良或無法正常啟動,進而影響面板之可靠性。其中,陣列上閘極電路係一種直接形成於顯示裝置之顯示基板上的閘極驅動電路,其通常包括多級串聯耦接的移位暫存器以依序產生多個閘極驅動脈衝。
然而,目前與陣列上閘極電路補償有關之電路皆只有針對溫度的改變來做補償,若是電學應力(stress)、負載等因素導致閘極驅動脈衝的波形發生變化之問題則無法解決。
本發明的目的是提供一種閘極驅動脈衝補償電路,以有效改善閘極驅動電路的輸出。
本發明的再一目的是提供一種顯示裝置,透過改善閘極驅動電路的輸出來克服面板顯示不良或無法正常啟動等問題。
本發明實施例提出的一種閘極驅動脈衝補償電路適於接收閘極驅動電路於頻率週期內產生的閘極驅動脈衝。具體地,閘極驅動脈衝補償電路包括前置處理電路、峰值檢測器、儲存電荷釋放電路、電壓緩衝器以及電荷泵浦電路。其中,前置處理電路對閘極驅動脈衝進行前置處理以調整閘極驅動脈衝之電壓。峰值檢測器執行電荷儲存操作而得前置處理後的閘極驅動脈衝之峰值電壓。儲存電荷釋放電路接收前置處理後的閘極驅動脈衝以提供釋放電流路徑供峰值檢測器作電荷釋放之用。電壓緩衝器的輸入端電性耦接峰值檢測器以接收峰值電壓。電荷泵浦電路從電壓緩衝器的輸出端獲取峰值電壓,並依據峰值電壓調變閘極驅動脈衝之波形,以使閘極驅動脈衝的最高電壓與最低電壓之間的壓差在每一頻率週期內維持大致穩定。
在本發明的一實施例中,上述之前置處理電路包括降壓保護電路以及信號放大與準位偏移電路。其中,降壓保護電路對閘極驅動脈衝進行分壓處理;信號放大與準位偏移電路對分壓後的閘極驅動脈衝進行放大及準位偏移操作而得前置處理後的閘極驅動脈衝。
在本發明的一實施例中,上述之峰值檢測器包括保持二極體以及保持電容。其中,保持二極體的正極接收前置處理後的閘極驅動脈衝,保持二極體的負極作為峰值電壓之輸出端,保持電容電性耦接於保持二極體的負極與預設電位之間。
在本發明的一實施例中,上述之儲存電荷釋放電路包括高通濾波電路、開關元件以及電流源。其中,高通濾波電路的輸入端接收前置處理後的閘極驅動脈衝,高通濾波電路的輸出端與開關元件電性耦接以控制開關元件的導通/截止狀態,且於開關元件導通時電流源與開關元件位於釋放電流路徑上。
在本發明的一實施例中,上述之儲存電荷釋放電路係藉由前置處理後的閘極驅動脈衝的正緣觸發而被致能。
在本發明的一實施例中,上述之電壓緩衝器包括放大器,放大器的非反相輸入端接收峰值電壓,放大器的反相輸入端與放大器的輸出端電性耦接,且放大器的輸出端將峰值電壓輸出至電荷泵浦電路。
在本發明的一實施例中,上述之電荷泵浦電路係透過調整閘極驅動脈衝的最低電壓來調變閘極驅動脈衝之波形。
在本發明的一實施例中,上述之閘極驅動脈衝補償電路更包括開機加速電路,電性耦接於電壓緩衝器的輸入端與輸出端之間,且於電壓緩衝器的輸入端與輸出端存在壓差時啟動,以對峰值檢測器進行充電。
在本發明的一實施例中,上述之開機加速電路為電流源;又或者是,上述之開機加速電路為單個二極體或多個串接的二極體。
本發明實施例提出的一種顯示裝置包括閘機驅動電路以及上述之閘極驅動脈衝補償電路。其中,閘極驅動電路於頻率週期內依序產生多個閘極驅動脈衝;閘極驅動脈衝補償電路接收這些閘極驅動脈衝中的指定閘極驅動脈衝並依據指定閘極驅動脈衝之峰值電壓對這些閘極驅動脈衝的最低電壓進行調變,以使各個閘極驅動脈衝的最高電壓與最低電壓之間的壓差在每一頻率週期內維持大致穩定。
在本發明的一實施例中,上述之閘極驅動電路包括多級串聯耦接的移位暫存器以依序產生這些閘極驅動脈衝,而指定閘極驅動脈衝係由這些移位暫存器中之最後一級移位暫存器產生。在此,最後一級移位暫存器是指在某一頻率週期內最後輸出閘極驅動脈衝之移位暫存器。
本發明實施例以類比回授方式完成閘極驅動電路之輸出電壓補償,並不侷限於溫度補償,可包含所有會影響閘極驅動電路之輸出的補償。再者,波峰檢測器與儲存電荷釋放電路此二架構構成之即時峰值檢測電路易於實現峰值電壓之即時偵測與更新,達到連續且即時補償閘極驅動電路之輸出電壓的效果。
為讓本發明之上述和其他目的、特徵和優點能更明顯易懂,下文特舉較佳實施例,並配合所附圖式,作詳細說明如下。
請參閱圖1,其繪示出相關於本發明實施例之一種顯示裝置的結構框圖。如圖1所示,顯示裝置10包括基板11、源極驅動電路13、陣列上閘極電路15、驅動電壓源17以及閘極驅動脈衝補償電路19。其中,基板11具有顯示區域112以及位於顯示區域112周邊的外圍區域(圖1中未標示),顯示區域112內形成有薄膜電晶體陣列以及與薄膜電晶體陣列電性耦接的多個畫素電極。源極驅動電路13電性耦接至基板11以向顯示區域112提供顯示資料訊號S1
~Sm
。陣列上閘極電路15形成於基板11的外圍區域,其包括多級串聯耦接的移位暫存器以在頻率週期(例如,圖框週期)內向顯示區域112依序提供閘極驅動脈衝G1
~Gn
。驅動電壓源17電性耦接於源極驅動電路13、陣列上閘極電路15及閘極驅動脈衝補償電路19,以向其提供工作電壓例如包括類比電壓及/或數位電壓。閘極驅動脈衝補償電路19接收陣列上閘極電路15產生的閘極驅動脈衝Gn
。本實施例中,m及n皆為正整數,閘極驅動脈衝Gn
係由陣列上閘極電路15之最後一級移位暫存器產生;在此,所謂最後一級移位暫存器係指在頻率週期內最後產生閘極驅動脈衝之移位暫存器。
請參閱圖2,其繪示出相關於本發明實施例之閘極驅動脈衝補償電路19的一種電路結構實施型態。如圖2所示,閘極驅動脈衝補償電路19包括降壓保護電路190、信號放大與準位偏移電路192、峰值檢測器193、儲存電荷釋放電路195、電壓緩衝器U2、電荷泵浦電路197與開機加速電路199。
降壓保護電路190和信號放大與準位偏移電路192在此構成前置處理電路,以在閘極驅動脈衝Gn
輸入峰值檢測器193之前對閘極驅動脈衝Gn
進行前置處理來適當調整閘極驅動脈衝Gn
的電壓例如電壓幅度。具體地,降壓保護電路190接收閘極驅動脈衝Gn
並對閘極驅動脈衝Gn
進行分壓處理,以保護後端電路,避免閘極驅動脈衝Gn
之高電壓燒毀後端電子零件。在此,降壓保護電路190例如包括串聯相接的分壓電阻R1及R2以對閘極驅動脈衝Gn進行分壓處理,而分壓電阻R1與R2電性耦接處輸出脈衝訊號Vdiv
。信號放大與準位偏移電路192例如包括放大器AMP,放大器AMP的輸入端電性耦接至分壓電阻R1與R2的電性耦接處接收脈衝訊號Vdiv
以由放大器AMP對其進行信號放大操作,放大器AMP的功能端接收準位偏移訊號以使放大器AMP對輸入其內之脈衝訊號Vdiv
執行準位偏移操作,放大器AMP的輸出端將放大與準位偏移後的脈衝訊號Vopao
輸出,亦即前置處理後的閘極脈衝訊號。在此,信號放大操作與準位偏移操作之主要目的是為了在滿足脈衝訊號Vopao
位於放大器AMP的輸出範圍內之前提下能夠使後續電荷泵浦電路197輸出的閘極驅動脈衝之最低電壓VGL
與閘極驅動脈衝Gn
呈一定的線性比例關係,而執行於脈衝訊號Vdiv
的信號放大操作與準位偏移操作並不限制其先後順序。
峰值檢測器193接收脈衝訊號Vopao
並執行電荷儲存操作以獲取脈衝訊號Vopao
之峰值電壓Vhold
。具體地,峰值檢測器193例如包括保持二極體Dhold
和保持電容Chold
;其中,保持二極體Dhold
的正極電性耦接至放大器AMP的輸出端以接收脈衝訊號Vopao
,保持二極體Dhold
的負極作為峰值電壓Vhold
的輸出端;保持電容Chold
電性耦接於保持二極體Dhold
的負極與預設電位例如接地電位AGND之間以作電荷儲存之用。在此,保持二極體Dhold
與保持電容Chold
之間的電連接點定義為節點hold,而節點hold處的電壓則為峰值電壓Vhold
。
儲存電荷釋放電路195接受脈衝訊號Vopao
之控制並在儲存電荷釋放電路195被致能後提供釋放電流路徑供峰值檢測器193作電荷釋放之用。具體地,儲存電荷釋放電路195例如包括高通濾波電路、開關元件與電流源;高通濾波電路的輸入端電性耦接至放大器AMP的輸出端以及保持二極體Dhold
的正極,高通濾波電路的輸出端與開關元件的控制端電性耦接以透過輸出控制訊號Vsw來控制開關元件(例如電晶體)的導通/截止狀態;開關元件的一通路端電性耦接至接地電位AGND,開關元件的另一通路端電性耦接至電流源的一端,而電流源的另一端電性耦接至節點hold。因此,當開關元件處於導通狀態時,開關元件與電流源共同提供釋放電流路徑以供峰值檢測器193的保持電容Chold
作電荷釋放之用。
請參閱圖3,其繪示出相關於本發明實施例之儲存電荷釋放電路195的運作情況。如圖3所示,當脈衝訊號Vopao
跳變為高位準時,儲存電荷釋放電路195之高通濾波電路的輸出端將會產生如圖3所示的控制訊號Vsw
至開關元件以使開關元件導通,進而提供上述之電流釋放路徑;換而言之,儲存電荷釋放電路195係藉由脈衝訊號Vopao
的正緣觸發而被致能。另外,從圖3還可以得知,在脈衝訊號Vopao
處於高位準期間,儲存電荷釋放電路195持續處於被致能狀態,電流釋放路徑上的放電電流係逐漸減小,而峰值電壓Vhold
則係先下降再保持基本不變。
請再參閱圖2,電壓緩衝器U2例如是放大器,放大器的非反相輸入端電性耦接峰值檢測器193以接收峰值電壓Vhold
,放大器的反相輸入端電性耦接至放大器的輸出端,放大器的輸出端電性耦接至電荷泵浦電路197且其與電荷泵浦電路197的電性耦接處定義為節點y,放大器的二電源端分別電性耦接至電源電位AVDD及接地電位AGND。在此,電壓緩衝器U2之設置係為避免後端電路抽取峰值檢測器193的保持電容Chold
上之電荷,以達到穩定峰值電壓Vhold
之目的。
電荷泵浦電路197從電壓緩衝器U2的輸出端獲取峰值電壓Vhold
,並依據峰值電壓Vhold
調變閘極驅動脈衝G1
~Gn
的最低電壓VGL
,閘極驅動脈衝G1
~Gn
的波形也會被相應地調變,以使得各個閘極驅動脈衝G1~Gn的最高電壓(圖未標示)與最低電壓VGL之間的壓差在每一頻率週期內維持大致穩定。在此,電荷泵浦電路197可採用習知的電路結構,其通常由電容、電阻、二極體及電壓源等電子零件構成,而各個電子零件之間的電連接關係在此不再贅述。
開機加速電路199電性耦接於節點hold與節點y之間,且在節點hold與節點y之間存在壓差時啟動,以對峰值檢測器193的保持電容Chold
進行充電。圖2示出開機加速電路199為電流源,此電流源在節點hold與節點y之間存在壓差時啟動,而當二者之間無壓差時電流源關閉。此外,開機加速電路199並不限制為電流源,其也可為如圖4所示之多個串接於節點hold與節點y之間的二極體,而二極體的數量則視實際需要而定,當然,二極體的數量也可為單個。本實施例中,開機加速電路199之設置一方面可在陣列上閘極電路15起始運作時大幅縮短最低電壓VGL
達到未補償之正常電壓(例如-12V)的時間(亦即開機穩定時間),另一方面可解決開機時若在常溫下VGL
過低導致最高電壓與最低電壓VGL
之間的壓差過大,致使電晶體燒毀或是無法正常啟動之問題。
請參閱圖5,其繪示出相關於本發明實施例之閘極驅動脈衝的最低電壓VGL
在不同情形下的調變效果模擬圖。在圖5中,其繪示出開機、閘極驅動脈衝Gn
的最高電壓逐漸變小、閘極驅動脈衝Gn
的最高電壓逐漸增大、以及關機等情形下閘極驅動脈衝Gn
的最低電壓VGL
的調變效果;需要說明的是,由於圖5中水平坐標的刻度取值較大,故使得圖5中閘極驅動脈衝Gn
皆以垂直線形式表示,換而言之,圖5中的各條垂直線皆代表方波訊號。具體地,從圖5中可知:(1)對於在開機情形下,由於節點hold與節點y之間存在壓差使得開機加速電路199啟動而對峰值檢測器193的保持電容Chold
進行充電,進而使得閘極驅動脈衝的最低電壓VGL
能從0V左右快速下降至-10V左右,若無此開機加速電路199,最低電壓VGL
會從0V左右快速下降至-20V左右,經過第一個閘極驅動脈衝後最低電壓才會回復至-10V左右,由此可見,開機加速電路199之設置大大縮短最低電壓VGL
的開機穩定時間;(2)對於在關機情形下,閘極驅動脈衝的最低電壓VGL
被放電至0V左右;(3)而對於在開機後且關機前之正常操作情形下,閘極驅動脈衝的最低電壓VGL
會被調變為跟隨最高電壓的增大而增大以及最高電壓的減小而減小。由此可見,本發明實施例以頻率週期內產生的某個閘極驅動脈衝(例如Gn
)的最高電壓之峰值電壓作為調變閘極驅動脈衝的最低電壓VGL
之依據,透過改變最低電壓VGL
後可使各個閘極驅動脈衝之最高電壓與最低電壓VGL
基本保持固定差距,不會有過大或是過小之情況發生,不論何種因素造成閘極驅動脈衝之最高電壓下降或上升,皆有相對應之最低電壓VGL
產生,達到連續且即時補償的效果。
此外,任何熟習此技藝者還可對本發明上述實施例提出的顯示裝置以及閘極驅動脈衝補償電路作適當變更,例如適當閘極驅動脈衝補償電路中各個功能電路的電路結構、適當增加或減少前置處理電路中的電路方塊等等。
雖然本發明已以較佳實施例揭露如上,然其並非用以限定本發明,任何熟習此技藝者,在不脫離本發明之精神和範圍內,當可作些許之更動與潤飾,因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
10...顯示裝置
11...顯示基板
112...顯示區域
13...源極驅動電路
15...陣列上閘極電路
17...驅動電壓源
19...閘極驅動脈衝補償電路
S1
~Sm
...顯示資料訊號
G1
~Gn
...閘極驅動脈衝
190...降壓保護電路
192...信號放大與準位偏移電路
193...峰值檢測器
195...儲存電荷釋放電路
197...電荷泵浦電路
199...開機加速電路
R1
、R2
...分壓電阻
AMP...放大器
Dhold
...保持二極體
Chold
...保持電容
U2...電壓緩衝器
Vdiv
、Vopao
...脈衝訊號
Vhold
...峰值電壓
hold、y...節點
AVDD...電源電位
AGND...接地電位
VGL
...閘極驅動脈衝的最低電壓
Vsw
...控制訊號
圖1繪示出相關於本發明實施例之一種顯示裝置的結構框圖。
圖2繪示出圖1所示閘極驅動脈衝補償電路的一種電路結構實施型態。
圖3繪示出圖2所示儲存電荷釋放電路的運作情況。
圖4繪示出相關於本發明實施例的開機加速電路之不同於圖2所示結構的另一實施型態。
圖5繪示出相關於本發明實施例之閘極驅動脈衝的最低電壓在不同情形下的調變效果模擬。
19...閘極驅動脈衝補償電路
190...降壓保護電路
192...信號放大與準位偏移電路
193...峰值檢測器
195...儲存電荷釋放電路
197...電荷泵浦電路
199...開機加速電路
Gn
...閘極驅動脈衝
R1
、R2
...分壓電阻
AMP...放大器
Dhold
...保持二極體
Chold
...保持電容
U2...電壓緩衝器
Vdiv
、Vopao...脈衝訊號
Vhold
...峰值電壓
hold、y...節點
AVDD...電源電位
AGND...接地電位
VGL
...閘極驅動脈衝的最低電壓
Vsw...控制訊號
Claims (20)
- 一種閘極驅動脈衝補償電路,適於接收閘極驅動電路於一頻率週期內產生的一閘極驅動脈衝,該閘極驅動脈衝補償電路包括:一前置處理電路,對該閘極驅動脈衝進行前置處理以調整該閘極驅動脈衝之電壓;一峰值檢測器,執行電荷儲存操作而得前置處理後的該閘極驅動脈衝之峰值電壓;一儲存電荷釋放電路,接收前置處理後的該閘極驅動脈衝以提供一釋放電流路徑供該峰值檢測器作電荷釋放之用;一電壓緩衝器,該電壓緩衝器的一輸入端電性耦接該峰值檢測器以接收該峰值電壓;以及一電荷泵浦電路,從該電壓緩衝器的一輸出端獲取該峰值電壓,並依據該峰值電壓調變該閘極驅動脈衝之波形,以使該閘極驅動脈衝的最高電壓與最低電壓之間的壓差在每一該頻率週期內維持大致穩定。
- 如申請專利範圍第1項所述之閘極驅動脈衝補償電路,其中該前置處理電路包括:一降壓保護電路,對該閘極驅動脈衝進行分壓處理;以及一信號放大與準位偏移電路,對分壓後的該閘極驅動脈衝進行放大及準位偏移操作而得前置處理後的該閘極驅動脈衝。
- 如申請專利範圍第1項所述之閘極驅動脈衝補償電路,其中該峰值檢測器包括一保持二極體以及一保持電容,該保持二極體的正極接收前置處理後的該閘極驅動脈衝,該保持二極體的負極作為該峰值電壓之輸出端,該保持電容電性耦接於該保持二極體的該負極與一預設電位之間。
- 如申請專利範圍第1項所述之閘極驅動脈衝補償電路,其中該儲存電荷釋放電路包括一高通濾波電路、一開關元件以及一電流源,該高通濾波電路的輸入端接收前置處理後的該閘極驅動脈衝,該高通濾波電路的輸出端與該開關元件電性耦接以控制該開關元件的導通/截止狀態,且於該開關元件導通時該電流源與該開關元件位於該釋放電流路徑上。
- 如申請專利範圍第1項所述之閘極驅動脈衝補償電路,其中該儲存電荷釋放電路係藉由前置處理後的該閘極驅動脈衝的正緣觸發而被致能。
- 如申請專利範圍第1項所述之閘極驅動脈衝補償電路,其中該電壓緩衝器包括一放大器,該放大器的一非反相輸入端接收該峰值電壓,該放大器的一反相輸入端與該放大器的一輸出端電性耦接,且該放大器的該輸出端將該峰值電壓輸出至該電荷泵浦電路。
- 如申請專利範圍第1項所述之閘極驅動脈衝補償電路,其中該電荷泵浦電路係透過調整該閘極驅動脈衝的該最低電壓來調變該閘極驅動脈衝之波形。
- 如申請專利範圍第1項所述之閘極驅動脈衝補償電路,更包括:一開機加速電路,電性耦接於該電壓緩衝器的該輸入端與該輸出端之間,且於該電壓緩衝器的該輸入端與該輸出端存在壓差時啟動,以對該峰值檢測器進行充電。
- 如申請專利範圍第8項所述之閘極驅動脈衝補償電路,其中該開機加速電路為一電流源。
- 如申請專利範圍第8項所述之閘極驅動脈衝補償電路,其中該開機加速電路為一個二極體或多個串接的二極體。
- 一種顯示裝置,包括:一閘極驅動電路,於一頻率週期內依序產生多個閘極驅動脈衝;以及一閘極驅動脈衝補償電路,接收該些閘極驅動脈衝中之一指定閘極驅動脈衝並依據該指定閘極驅動脈衝之峰值電壓對該些閘極驅動脈衝的最低電壓進行調變,以使每一該些閘極驅動脈衝的最高電壓與該最低電壓之間的壓差在每一該頻率週期內維持大致穩定,該閘極驅動脈衝補償電路包括:一前置處理電路,對該指定閘極驅動脈衝進行前置處理以調整該指定閘極驅動脈衝之電壓;一峰值檢測器,執行電荷儲存操作而得前置處理後的該指定閘極驅動脈衝之該峰值電壓;一儲存電荷釋放電路,接收前置處理後的該指定閘極驅動脈衝以提供一釋放電流路徑供該峰值檢測器作電荷釋放之用;一電壓緩衝器,該電壓緩衝器的一輸入端電性耦接該 峰值檢測器以接收該峰值電壓;以及一電荷泵浦電路,從該電壓緩衝器的一輸出端獲取該峰值電壓,並依據該峰值電壓調變該些閘極驅動脈衝的該最低電壓。
- 如申請專利範圍第11項所述之顯示裝置,其中該前置處理電路包括:一降壓保護電路,對該指定閘極驅動脈衝進行分壓處理;以及一信號放大與準位偏移電路,對分壓後的該指定閘極驅動脈衝進行放大及準位偏移操作而得前置處理後的該指定閘極驅動脈衝。
- 如申請專利範圍第11項所述之顯示裝置,其中該峰值檢測器包括:一保持二極體,該保持二極體的正極接收前置處理後的該指定閘極驅動脈衝,且該保持二極體的負極作為該峰值電壓的輸出端;以及一保持電容,該保持電容電性耦接於該保持二極體的該負極與一預設電位之間。
- 如申請專利範圍第13項所述之顯示裝置,其中該儲存電荷釋放電路包括:一高通濾波電路,該高通濾波電路的輸入端電性耦接至該保持二極體的該正極;一開關元件,包括一控制端、一第一通路端以及一第二通路端,該控制端與該高通濾波電路的輸出端電性耦接,該第一通路端電性耦接至該預設電位;以及一電流源,電性耦接於該保持二極體的該負極與該開關元件的該第二通路端之間。
- 如申請專利範圍第11項所述之顯示裝置,其中該儲存電荷釋放電路係藉由前置處理後的該指定閘極驅動脈衝的正緣觸發而被致能。
- 如申請專利範圍第11項所述之顯示裝置,其中該電壓緩衝器包括一放大器,該放大器的一非反相輸入端接收該峰值電壓,該放大器的一反相輸入端與該放大器的一輸出端電性耦接,且該放大器的該輸出端將該峰值電壓輸出至該電荷泵浦電路。
- 如申請專利範圍第11項所述之顯示裝置,更包括:一開機加速電路,電性耦接於該電壓緩衝器的該輸入端與該輸出端之間,且於該電壓緩衝器的該輸入端與該輸出端存在壓差時啟動,以對該峰值檢測器進行充電。
- 如申請專利範圍第17項所述之顯示裝置,其中該開機加速電路為一電流源。
- 如申請專利範圍第17項所述之顯示裝置,其中該開機加速電路為一個二極體或多個串接的二極體。
- 如申請專利範圍第11項所述之顯示裝置,其中該閘極驅動電路包括多級串聯耦接的移位暫存器以依序產生該些閘極驅動脈衝,該指定閘極驅動脈衝係由該些移位暫存器中之最後一級移位暫存器產生。
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