CN101097309A - 液晶显示器件及其驱动方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种液晶显示器件，其包括：液晶面板；向该液晶面板提供光的背光单元；检测围绕该液晶面板的周围环境的亮度并且产生电流模拟型感测信号的光传感器；以及根据该电流模拟型感测信号调节该背光单元的亮度的信号处理器。

Description

液晶显示器件及其驱动方法
本申请要求2006年6月30日提出的韩国专利申请No.2006-0060854的优先权，在此将其全部内容作为参考结合。
技术领域
本发明涉及一种液晶显示(LCD)器件及其驱动方法，更尤其涉及一种包括根据周围环境亮度而自动调节的背光单元的液晶显示器件及其驱动方法。
背景技术
最近，随着工业应用的增长，显示器件已经变得越来越薄且越来越大。在各种类型的平板显示(FPD)器件之中，液晶显示(LCD)器件和等离子体显示面板(PDP)器件得以广泛应用。
PDP器件是一种根据所施加的电压从两个基板之间侧壁中荧光材料的等离子体发射光的发射型显示器件。另外，LCD器件是一种通过利用作为光阀的液晶层调节来自背光单元的光而显示图像的非发射型显示器件。由于PDP器件中通过数字电压来显示灰度级，因此PDP器件在显示自然图像方面具有缺陷。相反，由于LCD器件中将模拟电压施加到液晶层的两侧，因此LCD器件与PDP器件相比能够显示出自然图像。
在LCD器件中，有源矩阵液晶显示(AMLCD)器件得以广泛应用。在AMLCD器件中，薄膜晶体管(TFT)连接至像素且作为开关元件调节该像素的电压电平以改变该像素的透光率并显示图像。
图1是示出了根据现有技术的液晶显示器件的结构图。在图1中，液晶显示(LCD)器件包括液晶面板1、栅驱动器4、数据驱动器6、时序控制器7、背光单元8和源电压发生器9。多个薄膜晶体管(TFT)以矩阵形式布置在液晶面板1上。栅驱动器4控制数据信号至液晶面板1的输入，且数据驱动器6将该数据信号输出至液晶面板1。时序控制器7控制栅驱动器4和数据驱动器6的时序。背光单元8布置在液晶面板1之下并且向液晶面板1提供光。此外，背光单元8包括发射光的背光灯8a和控制该背光灯8a的背光驱动器8b。源电压发生器9向栅驱动器4、数据驱动器6、时序控制器7和背光单元8提供源电压。源电压发生器9形成在印刷电路板(PCB)上。尽管图1中未示出，背光灯8a包括至少一个荧光灯和多个发光二极管(LED)之一。
各TFT将氢化的非晶硅(a-Si:H)用于半导体层。氢化的非晶硅产生较高的生产力同时在大尺寸基板上容易制造。另外，由于氢化的非晶硅在低于大约350℃的温度下沉积，因此能够采用低成本的玻璃基板。因而，氢化的非晶硅主要用于TFT，该TFT被称为非晶硅薄膜晶体管(a-Si TFT)。然而，由于氢化的非晶硅具有杂乱的原子排列，在氢化的非晶硅中存在不牢固的硅-硅(Si-Si)键和不饱和键。当光或电场施加给氢化的非晶硅时，这些类型的键变为亚稳态。结果，这种亚稳态性使TFT不稳定。具体而言，氢化的非晶硅的电特性由于光照射而退化。此外，由于退化的电特性和差的可靠性，利用氢化的非晶硅的TFT在驱动电路中难以实施，该退化的电特性为诸如约0.1cm2/Vsec至1.0cm2/Vsec之间的低场效应迁移率。
因此，包括a-Si TFT的基板利用具有驱动集成电路(IC)的载带封装(TCP)连接至印刷电路板(PCB)。驱动IC及其封装增加了LCD器件的生产成本。另外，随着用于LCD器件的液晶面板分辨率的提高，包括a-Si TFT的基板的栅焊盘之间或者数据焊盘之间的焊盘间距变小。因此，TCP和包括a-Si TFT的基板的粘接变得更困难。
为了解决这些问题，提出了多晶硅薄膜晶体管(p-Si TFT)。由于与a-Si TFT相比，p-Si TFT有较高的场效应迁移率，因此驱动电路能够集成在包括p-Si TFT的基板上，以便同时形成驱动元件和开关元件。因此，TCP被除去且降低了生产成本。而且，驱动系统可集成在液晶面板中，并且可以将驱动系统集成在液晶面板中的LCD器件称作板上系统(SOP)型LCD器件。
图2是示出了根据现有技术利用多晶硅薄膜晶体管的液晶显示器件的方框图。在图2中，液晶显示(LCD)设备包括液晶面板10。液晶面板10包括粘接的两个基板(未示出)，并且用于显示图像的显示区域12和用于驱动显示区域12的非显示区域13限定在液晶面板10内。彼此相交叉的栅线“GL”和数据线“DL”形成在显示区域12内。另外，薄膜晶体管(TFT)“T”连接至栅线“GL”和数据线“DL”。栅驱动器14和数据驱动器16形成在非显示区域14内。栅驱动器14和数据驱动器16接收来自外部系统(未示出)的栅信号和数据信号并且通过栅线“GL”和数据线“DL”控制显示区域12中的TFT“T”，由此改变粘接的两个基板之间的液晶层的透光率。尽管图2中未示出，时序控制器和源电压发生器形成在印刷电路板(PCB)上并且连接至液晶面板10。而且，背光单元设置在液晶面板10之下。
由于LCD器件的背光单元发射恒定强度的光，因此LCD器件的显示质量依照周围环境的亮度而恶化。当背光单元发射相对强度的光时，LCD器件中显示的图像在高周围环境亮度的情况下很少被识别。另外，当背光单元发射相对高强度的光时，在低周围环境亮度的情况下，由于相对低强度的光足以显示可识别的图像而浪费了能量。
发明内容
因此，本发明涉及一种液晶显示设备及其驱动方法，其基本上消除了由于现有技术的局限性和缺点而产生的一个或更多问题。
本发明的一个目的是提供一种包括根据周围环境亮度而自动调节背光单元的液晶显示器件及其方法。
本发明的附加特征和优点将在随后的描述中阐述，并且部分将由于该描述而显而易见，或者可通过本发明的实践而被获悉。本发明的这些和其它优点将通过在书面描述及其权利要求书以及附图中特别指出的结构而被了解和获得。
为了实现这些和其它优点并且根据本发明的目的，如具体地和广泛地描述，一种液晶显示器件包括：液晶面板；向液晶面板提供光的背光单元；检测围绕液晶面板的周围环境的亮度并产生电流模拟型感测信号的光传感器；以及根据电流模拟型感测信号调节背光单元亮度的信号处理器。
另一方面，一种驱动液晶显示器件的方法包括：检测围绕液晶面板的周围环境的亮度并产生电流模拟型感测信号；将电流模拟型感测信号转换为电压数字型感测信号；利用电压数字型感测信号产生滞后电压；利用该滞后电压产生转换的感测信号；以及根据转换的感测信号调节提供给液晶面板的光的亮度。
应该理解，前述的概括描述和下面的详细描述都是示范性的和解释性的，并且都意欲提供对要求保护的本发明的进一步解释。
附图说明
附图被包含以提供对本发明进一步的理解并且被结合入本说明书中并组成本说明书的一部分，这些附图示出了本发明的实施方式并且结合描述用来解释本发明的原理：
图1是示出了根据现有技术的液晶显示器件的结构图；
图2是示出了根据现有技术利用多晶硅薄膜晶体管的液晶显示器件的方框图；
图3是示出了根据本发明实施方式的液晶显示器件的示意性方框图；
图4A是示出了根据本发明第一实施方式的液晶显示器件的信号处理器的示意性方框图；
图4B是示出了根据本发明第二实施方式的液晶显示器件的信号处理器的示意性方框图。
具体实施方式
现在将详细参考本发明的优选实施方式，其实施例在附图中示出。只要可能，相似的附图标记将被用于表示相同或相似的部件。
图3是示出了根据本发明实施方式的液晶显示器件的示意性方框图。
在图3中，液晶显示(LCD)器件包括液晶面板100和背光单元180。液晶面板100包括第一基板和第二基板(未示出)以及位于该第一基板和第二基板之间的液晶层。显示区域120和在该显示区域120外围的非显示区域130限定在液晶面板100内。彼此相交叉的栅线“GL”和数据线“DL”形成在第一基板上的显示区域120内，且薄膜晶体管(TFT)“T”连接至栅线“GL”和数据线“DL”。另外，栅驱动器140、数据驱动器160、光传感器150和信号处理器170形成在第一基板上的非显示区域130内。栅驱动器140利用来自外部系统的栅信号控制数据信号至TFT“T”的输入，并且数据驱动器160将该数据信号输出至TFT“T”。
光传感器150可布置在显示区域120、非显示区域130以及显示区域120和非显示区域130的边界部分之一处。光传感器150检测周围环境亮度并产生相应于周围环境亮度的感测信号。例如，光传感器150可包括光二极管和光敏晶体管之一，其中感测光的部分由非晶硅形成而其它部分由多晶硅形成。连接至光传感器150的信号处理器170将感测信号转换为控制信号。另外，信号处理器170连接至背光单元180的背光驱动器180b。在根据本实施方式的LCD器件中，光传感器150和信号处理器170可通过与TFT“T”相同的制造工序形成。此外，信号处理器170和液晶面板可包括多晶硅TFT。
包括背光灯180a和背光驱动器180b的背光单元180设置在液晶面板100之下并且向液晶面板100提供光。背光灯180a发射光而背光驱动器180b控制背光灯180a。背光灯180a可包括至少一个荧光灯和多个发光二极管(LED)之一。尽管图3中未示出，LCD器件还包括控制栅驱动器140和数据驱动器160的时序控制器以及向时序控制器、栅驱动器140、数据驱动器和背光单元180提供源电压的源电压发生器。时序控制器和源电压发生器可形成在包括外部系统的印刷电路板(PCB)上。
根据本发明实施方式的LCD器件的操作将在下文中示出。液晶面板100通过由于TFT“T”的开关操作而改变液晶层的透光率来显示图像。栅驱动器140接收来自时序控制器(未示出)的栅控制信号并产生栅信号。栅信号通过栅线“GL”顺序地传输至TFT。数据驱动器160接收数据控制信号和数字型的图像信号，并且将数字型的图像信号转换为模拟型的数据信号。该数据信号通过数据线“DL”传输至TFT。
光传感器150检测环境的明亮和亮度，即，周围环境亮度，并产生相应于环境的明亮和亮度的电流模拟型感测信号。该电流模拟型感测信号被传输至信号处理器170。信号处理器170将该电流模拟型感测信号转换为电压数字型感测信号。另外，信号处理器170根据电压数字型感测信号输出控制信号，并且该控制信号被传输至背光单元180的背光驱动器180b。
背光驱动器180b根据该控制信号调节背光灯180a的亮度，并且背光灯180a向液晶面板100发射光。结果，TFT“T”根据来自栅驱动器140的栅信号和来自数据驱动器160的数据信号而导通/截止，并且液晶层的透光率根据数据信号而改变，由此液晶面板100显示图像。当周围环境亮度高于基准亮度时，背光驱动器180b向背光灯180a提供高电平电压，并且背光灯180a发射高级别亮度的光。因此，防止了由于高级别周围环境亮度而使LCD器件在亮度和对比度方面的退化。另外，当周围环境亮度低于基准亮度时，背光驱动器180b向背光灯180a提供低电平电压，并且背光灯180a发射低级别亮度的光。因此，防止了低级别周围环境亮度情况下不必要的能耗。
图4A和4B是分别示出了根据本发明第一和第二实施方式的液晶显示器件的信号处理器的示意性方框图。
在图4A中，信号处理器170接收来自光传感器150的信号并向背光单元180传输控制信号。信号处理器170包括I-V(电流-电压)转换器171、A/D转换器(模拟-数字)172、锁存器部件173、或门174、多路复用器(MUX)175和基准电压部件176。I-V转换器171将电流型信号转换为电压型信号，并且A/D转换器172将模拟型信号转换为数字型信号。锁存器部件173临时存储信号，并且或门174执行A/D转换器172的输出信号和锁存器部件173中的存储信号的逻辑或运算。多路复用器175根据或门174的结果选取基准电压，并且基准电压部件176将基准电压提供给A/D转换器172。
图4A的信号处理器170的操作将在下文中示出。光传感器150检测周围环境亮度并且产生相应于周围环境亮度的电流模拟型感测信号。电流模拟型感测信号被传输至信号处理器170的I-V转换器171。I-V转换器171将电流模拟型感测信号转换为电压模拟型感测信号，并且该电压模拟型感测信号被传输至A/D转换器172。A/D转换器172利用来自基准电压部件176的基准电压将电压模拟型感测信号转换为电压数字型。电压数字型感测信号被传输至锁存器部件173。锁存器部件173临时存储该电压数字型感测信号并且以预定时序将作为控制信号的存储的电压数字型感测信号输出至背光单元180。锁存器部件173可包括触发器或存储器设备之一。
或门174对刚从A/D转换器172输出的电压数字型感测信号和存储在锁存器部件173中的电压数字型感测信号进行逻辑或运算。因此，当从A/D转换器172输出的当前时序的电压数字型感测信号和存储在锁存器部件173中的前一时序的电压数字型感测信号至少之一具有高电平时，或门174具有高电平输出。另外，当刚从A/D转换器172输出的数字电压型感测信号和存储在锁存器部件173中的数字电压型感测信号均具有低电平时，或门174具有低电平输出。
多路复用器175根据或门174的输出选择高电平基准电压和低电平基准电压之一。例如，多路复用器175在或门174具有高电平输出时可选取低电平基准电压并且在或门174具有低电平输出时可选取高电平基准电压。基准电压部件176根据多路复用器175的选取结果而向A/D转换器172提供高电平基准电压和低电平基准电压之
结果，信号处理器170利用根据较高滞后电压和较低滞后电压之一的基准电压而向背光单元180提供控制信号。该滞后电压表示提供给背光单元的电压由亮度变化的进程(progress)确定而不是由绝对亮度确定。因此，当根据较高滞后电压的基准电压用于信号处理器170时，提供给背光灯180a的电压与前一值相比具有相对大的差别。另外，当根据较低滞后电压的基准电压用于信号处理器170时，提供给背光灯180a的电压与前一值相比具有相对小的差别。
背光单元180将从背光灯180a发射的光提供给液晶面板100，并且背光驱动器180b根据来自信号处理器170的控制信号而控制背光灯180a的亮度。最初，背光驱动器180b利用一设定的电压驱动背光灯180a。随后，背光驱动器180b利用根据来自信号处理器170的锁存器部件173的控制信号的驱动电压来驱动背光灯180a。此外，缓冲器单元(未示出)可连接在信号处理器170的锁存器部件173和背光单元180之间。
因此，当周围环境亮度高于基准亮度时，背光驱动器180b向背光灯180a提供高电平电压并且背光灯180a发射高级别亮度的光。因此，防止了由于高级别周围环境亮度而使LCD器件在亮度和对比度方面的退化。另外，当周围环境亮度低于基准亮度时，背光驱动器180b向背光灯180a提供低电平电压并且背光灯180a发射低级别亮度的光。因此，防止了低级别周围环境亮度情况下不必要的能耗。
在图4B中，信号处理器270接收来自光传感器250的信号并向背光单元280传输控制信号。信号处理器270包括I-V(电流-电压)转换器271、A/D转换器(模拟-数字)272、第一锁存器部件273、第二锁存器部件277、第三锁存器部件279、异或非门278、或门274、多路复用器(MUX)275和基准电压部件276。I-V转换器271将电流型信号转换为电压型信号，并且A/D转换器272将模拟型信号转换为数字型信号。第一锁存器部件273和第二锁存器部件277分别根据第一时钟“CLK1”和第二时钟“CLK2”操作，并且并联连接至A/D转换器272。第一和第二时钟“CLK1”和“CLK2”具有相等的脉冲宽度并且对于上升沿具有不同的时序。另外，第一和第二锁存器部件273和277临时存储信号，并且异或非门278执行第一和第二锁存器部件273和277中的存储信号的逻辑异和以及取反操作。或门274执行A/D转换器272的输出信号和第一锁存器部件273中的存储信号的逻辑或操作。多路复用器275根据或门274的结果选取基准电压，并且基准电压部件276将基准电压提供给A/D转换器272。
图4B的信号处理器270的操作将在下文中示出。光传感器250检测周围环境亮度并且产生相应于周围环境亮度的电流模拟型感测信号。该电流模拟型感测信号被传输至信号处理器270的I-V转换器271。I-V转换器271将电流模拟型感测信号转换为电压模拟型感测信号，并且该电压模拟型感测信号被传输至A/D转换器272。A/D转换器272利用来自基准电压部件276的基准电压将电压模拟型感测信号转换为电压数字型感测信号。该电压数字型感测信号被传输至第一锁存器部件273。第一锁存器部件273由第一时钟“CLK1”使能且临时存储该电压数字型感测信号。另外，第一锁存器部件273将存储的电压数字型感测信号输出至或门274、异或非门278和第三锁存器部件279。
或门274将刚从A/D转换器272输出的电压数字型感测信号和存储在第一锁存器部件273中的电压数字型感测信号进行逻辑或操作。因此，当刚从A/D转换器272输出的电压数字型感测信号和存储在第一锁存器部件273中的电压数字型感测信号至少之一具有高电平时，或门274具有高电平输出。另外，当刚从A/D转换器272输出的电压数字型感测信号和存储在第一锁存器部件273中的电压数字型感测信号均具有低电平时，或门274具有低电平输出。
多路复用器275根据或门274的输出选取高电平基准电压和低电平基准电压之一。例如，多路复用器275在或门274具有高电平输出时可选取低电平基准电压并且在或门274具有低电平输出时可选取高电平基准电压。基准电压部件276根据多路复用器275的选取结果向A/D转换器272提供高电平基准电压和低电平基准电压之一。
第二锁存器部件277由第二时钟“CLK2”使能且临时存储电压数字型感测信号。另外，第二锁存器部件277将存储的电压数字型感测信号输出至异或非门278。异或非门278将存储在第一和第二锁存器部件273和277中的电压数字型感测信号逻辑异或并取反运算。由于第一和第二锁存器部件273和277通过第一和第二时钟“CLK1”和“CLK2”而以不同时序使能，因此，异或非门278以不同时序对相应于周围环境亮度的电压数字型感测信号进行逻辑异或并取反操作。因此，仅当在不同时序处周围环境亮度彼此相同时异或非门278才具有高电平输出且信号处理器270向背光单元280输出控制信号。执行异或非门278的这一操作以提高由第三锁存器部件279产生的信号的可靠性。结果，考虑到电压进程，通过第一锁存器部件273、或门274和多路复用器275而获得感测信号的可靠性，并且考虑到时序进程，利用第一和第二时钟“CLK1”和“CLK2”通过第一锁存器部件273、第二锁存器部件277和异或非门278而获得感测信号的可靠性。
第三锁存器部件279临时存储第一锁存器部件273的电压数字型感测信号并根据异或非门278产生的输出而以预定时序将存储的电压数字型感测信号作为控制信号输出至背光单元280。
背光单元280将由背光灯280a发射的光提供给液晶面板100并且背光驱动器280b根据来自信号处理器270的控制信号而控制背光灯280a的亮度。最初，背光驱动器280b利用一设定电压来驱动背光灯280a。随后，背光驱动器280b利用根据来自信号处理器270的第三锁存器部件279的控制信号的驱动电压来驱动背光灯280a。此外，缓冲器单元(未示出)可连接在信号处理器270的第三锁存器部件279和背光单元280之间。
因此，根据本发明的LCD器件中，通过根据周围环境亮度的条件调节背光单元，明亮周围环境亮度下的亮度和对比率得以提高，并且暗周围环境亮度下的能耗得以减小。另外，考虑到电压进程，通过提供滞后电压而获得光传感器的感测信号的可靠性，并且考虑到时间进程，通过利用附加的锁存器部件和时钟而获得光传感器的感测信号的可靠性。
在本发明的液晶显示器件及其驱动方法中，作出各种各样的变型和改变而不偏离本发明的精神和范围对本领域技术人员来说是显而易见的。因此，倘若本发明提供的变型和改变在附随的权利要求书及其等效物的范围内时，本发明意欲包涵这些变型和改变。

Claims (14)

1.一种液晶显示设备，包括：
液晶面板；
背光单元，其向该液晶面板提供光；
光传感器，其检测围绕该液晶面板的周围环境亮度并且产生电流模拟型感测信号；以及
信号处理器，其根据该电流模拟型感测信号而调节由该背光单元提供的光的亮度。
2.根据权利要求1所述的器件，其中该光传感器和该信号处理器形成在该液晶面板中，并且该信号处理器和该液晶面板包括多晶硅。
3.根据权利要求2所述的器件，其中该液晶面板包括第一基板、第二基板以及该第一基板和第二基板之间的液晶层，并且该光传感器和该信号处理器形成在该第一基板上。
4.根据权利要求3所述的器件，其中该光传感器包括光二极管和光敏晶体管之一，并且其中该光传感器的感测光的部分包括非晶硅且该光传感器的其它部分包括多晶硅。
5.根据权利要求1所述的器件，其中该信号处理器包括：
I-V转换器，其将该电流模拟型感测信号转换为电压模拟型感测信号；
A/D转换器，其将该电压模拟型感测信号转换为电压数字型感测信号；
锁存器部件，其临时存储该电压数字型感测信号并且将该电压数字型感测信号输出至该背光单元；
或门，其将来自该A/D转换器的电压数字型感测信号和存储在该锁存器部件中的电压数字型感测信号进行逻辑或运算；
多路复用器，其根据该或门的结果选取基准电压；以及
基准电压部件，其根据该基准电压向该A/D转换器提供滞后电压。
6.根据权利要求1所述的器件，其中该信号处理器包括：
I-V转换器，其将该电流模拟型感测信号转换为电压模拟型感测信号；
A/D转换器，其将该电压模拟型感测信号转换为电压数字型感测信号；
第一锁存器部件，其临时存储该电压数字型感测信号并且由第一时钟使能；
第二锁存器部件，其临时存储该电压数字型感测信号并且由第二时钟使能；
或门，其将来自该A/D转换器的电压数字型感测信号和存储在该第一锁存器部件中的电压数字型感测信号进行逻辑或运算；
多路复用器，其根据该或门的结果选取基准电压；
基准电压部件，其根据该基准电压向该A/D转换器提供滞后电压；
异或非门，其将存储在该第一和第二锁存器部件中的电压数字型感测信号进行逻辑异或并取反运算；
第三锁存器部件，其根据该异或非门的输出临时存储已经存储在该第一锁存器部件中的该电压数字型感测信号并且将该电压数字型感测信号输出至该背光单元。
7.根据权利要求5所述的器件，其中该第一时钟与该第二时钟具有相同的脉冲宽度并且对于上升沿具有不同的时序。
8.根据权利要求1所述的器件，还包括位于该信号处理器和该背光单元之间的缓冲器单元。
9.根据权利要求1所述的器件，其中该背光单元在周围环境的亮度低于基准亮度时提供第一亮度的光，并且在周围环境的亮度高于基准亮度时提供大于该第一亮度的第二亮度的光。
10.一种驱动液晶显示器件的方法，包括：
检测围绕液晶面板的周围环境的亮度并且产生电流模拟型感测信号；
将该电流模拟型感测信号转换为电压数字型感测信号；
利用该电压数字型感测信号产生滞后电压；
利用该滞后电压产生控制信号；以及
根据该控制感测信号调节提供给该液晶面板的光的亮度。
11.根据权利要求10所述的方法，其中将该电流模拟型感测信号转换为该电压数字型感测信号包括：
利用I-V转换器将该电流模拟型感测信号转换为电压模拟型感测信号；以及
利用A/D转换器将该电压模拟型感测信号转换为该电压数字型感测信号。
12.根据权利要求10所述的方法，其中利用该电压数字型感测信号产生该滞后电压包括：
将该电压数字型感测信号存储一周期；
将前一周期的该电压数字型感测信号和当前周期的该电压数字型感测信号进行逻辑与运算，以输出高电平基准电压和低电平基准电压之一；
在输出该低电平基准电压时输出较高滞后电压；以及
在输出该高电平基准电压时输出低滞后电压。
13.根据权利要求10所述的方法，还包括：
以第一时序和第二时序存储该电压数字型感测信号；以及
将该第一时序和第二时序的电压数字型感测信号进行逻辑异和并取反运算以输出结果信号，
其中根据该结果信号输出该控制信号。
14.根据权利要求13所述的方法，其中利用第一时钟和第二时钟在该第一时序和第二时序存储该电压数字型感测信号，该第一和第二时钟具有相同的脉冲宽度并且对于上升沿具有彼此不同的时序。
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