KR100300397B1 - 터치판넬및디지타이저기능을겸비한시스템및구동방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 터치판넬 및 디지타이저 기능을 겸비한 시스템 및 구동방법을 공개한다. 그 시스템은 접지된 전원을 포함하는 스타일러스펜, 상판과 하판, 상기 상판에 격자형으로 형성된 제1저항막, 상기 하판에 형성된 제2저항막, 상기 제1저항막과 상기 제2저항막사이의 절연과 일정 간격을 유지하기 위하여 형성된 스페이서를 구비한 판넬, 상기 제1저항막에 연결된 반전 입력단자와 접지에 연결된 비반전 입력단자를 가진 연산증폭기, 상기 제1저항막과 상기 연산 증폭기의 출력단자사이에 연결된 피드백 저항, 상기 판넬이 터치 판넬 또는 디지타이저로 동작하도록 하기 위한 동작모드를 선택하기 위한 모드 선택수단으로 구성되어 있다. 따라서, 상기 모드 선택수단에 의해서 선택된 모드에 따라 터치 판넬로도 디지타이저로도 동작가능하게 된다.
Description
제1도는 종래의 일 실시예의 터치판넬터치판넬의 구조 및 구동방법을 설명하기 위한 것이다.
제2a, b도는 종래의 다른 실시예의 터치판넬의 구조 및 구동방법을 설명하기 위한 것이다.
제3도는 본 발명의 일 실시예의 터치판넬 및 디지타이저 기능을 가진 시스템을 설명하기 위한 것이다.
제4도는 본 발명의 다른 실시예의 터치판넬 및 디지타이저 기능을 겸비한 시스템을 설명하기 위한 것이다.
제5도는 제3도 및 제4도에 나타난 터치판넬 및 디지타이저 기능을 겸비한 시스템의 디지타이저의 구동방법을 설명하기 위한 것이다.
제6도는 제3도에 나타난 터치판넬 및 디지타이저 기능을 가진 시스템의 터치판넬의 구동방법을 설명하기 위한 것이다.
제7도는 제4도에 나타난 터치판넬 및 디지타이저 기능을 가진 시스템의 터치판넬의 구동방법을 설명하기 위한 것이다.
본 발명은 펜 컴퓨터, 개인용 정보 단말기등의 입력장치에 관한 것으로, 특히 필요에 따라 손가락 또는 펜으로 입력이 가능한 터치판넬로서 사용되고, 또한 특수하게 고안된 스타일러스(stylus) 펜을 이용하여 해상도, 정확도 등이 터치판넬기술보다 성능이 우수한 디지타이저로서 사용되는 터치판넬 및 디지타이저 기능을 가진 시스템 및 구동방법에 관한 것이다.
종래의 미국특허번호 4,293,734에 개시된 터치판넬은 입력 기능을 갖게 하기 위해서는 반드시 도전성이 있는 금속펜만 사용하여야 하고 장갑을 낀 상태에서 손으로 터치할 경우 인식이 어렵다는 문제점이 있었다.
이러한 문제점을 해결하기 위한 종래의 미국특허번호 4,933,660에 개시된 터치판넬은 손으로 터치할 경우에 인식은 가능하지만 디지타이저의 정확도와 해상도에는 미치지 못하여 높은 정확도와 해상도가 요구되는 곳에서의 사용에 제한을 받는다는 문제점이 있었다.
한편, 종래의 디지타이저는 반드시 특정한 스타일러스 펜으로만 좌표 인식을 가능하게 할 뿐 손가락이나 다른 펜으로 입력하는 것은 불가능하므로 정확성이나 정밀성을 요하지 않는 곳에서는 오히려 사용하는데 있어서 불편하다는 문제점이 있었다.
본 발명의 목적은 선택에 따라 손가락이나 어느 펜을 사용하더라도 입력이 가능한 터치판넬과 특수하게 고안된 스타일러스 펜으로서 해상도, 정확도 등이 디지타이저의 기능을 할 수 있는 디지타이저로 동작할 수 있는 터치판넬 및 디지타이저 기능을 가진 시스템을 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 상기 시스템을 구동하기 위한 터치판넬 및 디지타이저 기능을 겸비한 시스템의 구동방법을 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 터치판넬 및 디지타이저 기능을 겸비한 시스템은 소정의 전원이 인가되는 스타일러스펜; 상판과 하판, 상기 상판에 격자형으로 형성된 제1저항막, 상기 하판에 형성된 제2저항막, 상기 제1저항막과 상기 제2저항막사이의 절연과 일정 간격을 유지하기 위하여 형성된 스페이서를 구비한 판넬; 상기 판넬이 터치 판넬 또는 디지타이저로 동작하도록 하기 위한 동작모드를 선택하기 위한 모드 선택수단을 구비한 것을 특징으로 한다.
상기 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 터치판넬 및 디지타이저 기능을 겸비한 시스템의 구동방법은 상기 모드 선택수단이 터치판넬 또는 디지타이저 모드를 선택하는 단계, 상기 모드 선택에 의해서 디지타이저 모드가 선택되면, 소정의 전압을 갖는 전원을 인가하기 위한 상기 스타일러스 펜을 상기 상판에 접촉하는 단계, 상기 상판의 접촉점에 용량결합을 형성하고, 상기 접촉점을 통하여 상기 전원의 신호가 상기 스타일러스 펜에서 상기 제1저항막으로 인가되는 단계, 상기 접촉위치에 따라 접촉점에서 상기 제1저항막의 양측간의 저항비에 의한 신호를 증폭하고, 증폭원 양측의 신호를 비교하여 접촉점의 위치를 찾아내는 단계, 상기 모드 선택수단에 의해서 터치판넬 모드가 선택되면, 소정의 전압을 갖는 전원을 상기 제2저항막에 인가하는 단계, 접촉가능한 물체를 이용하여 상기 상판의 어느 위치에 압력을 가하는 단계, 상기 압력에의해 상기 제1저항막과 상기 제2저항막이 접촉되고, 접촉점을 통하여 상기 전원의 신호가 상기 제2저항막에서 상기 제1저항막에 인가되는 단계, 접촉 위치에 따라 접촉점과 상기 제1저항막의 양측의 저항비에 의한 신호를 증폭하고, 증폭된 양측 신호를 비교하여 접촉점의 위치를 찾아내는 단계로 이루어진 것을 특징으로 한다.
첨부된 도면을 참고로 하여 본 발명의 터치판넬 및 디지타이저 기능을 겸비한 시스템 및 구동방법을 설명하기 전에 종래의 터치판넬의 구조 및 구동방법을 설명하면 다음과 같다.
제1도는 종래의 터치판넬의 구조 및 구동방법을 설명하기 위한 것으로, 미국 특허번호 4,293,734호에 개시되어 있다.
제1도에 있어서, 터치판넬은 유리기판(1), 상기 유리기판(1)위에 형성된 인디움-틴-옥사이드(IT0:Indium-Tin-Oxide)(2)로 구성되어 있다. 상기 ITO저항막(2)은 상기 유리기판(1)위에 소정 두께로 형성되어 있다. 상기 터치판넬을 구동하기 위한 구동회로는 상기 ITO저항막(2)의 양쪽끝에 연결된 일측을 가진 피드백 저항들(3,4), 상기 피드백 저항들(3,4)의 각각의 일측에 연결된 반전 입력단자와 접지에 연결된 비반전 입력단자와 상기 피드백 저항들(3,4)의 각각의 타측에 연결된 출력단자를 가진 연산 증폭기들(5,6), 및 상기 연산 증폭기들(5,6)의 비반전 입력단자들과 접지사이에 연결된 신호 발생기(7)로 구성되어 있다.
상기 구성의 동작을 설명하면 다음과 같다.
접촉수단(8)(예:접지된 손)으로 상기 ITO저항막(2)의 어느 위치에 접촉되었을 때, 접촉된 위치에 따라 양측의 저항비가 달라진다. 따라서 저항비에 따른 전류 또는 전압값이 달라지므로 이를 피드백저항들(3,4)을 포함한 연산증폭기들(5,6)에서 이를 감지하여 증폭한다. 이어 증폭된 양쪽의 신호를 비교하여 접촉된 위치를 찾아내게 된다. 그런데, 상기 접촉수단(8)은 반드시 접지된 상태로 되어야 한다.
즉, 전도성이 없는 일반 펜이나 장갑낀 상태의 손으로 접촉하는 경우에는 접촉위치의 인식이 어렵다는 문제점이 있었다.
제 2a,b도는 종래의 터치판넬의 구성 및 구동방법을 설명하기 위한 것으로, 미국 특허번호 4,933,660호에 개시되어 있다.
제2a도에 있어서, 터치판넬(10)은 적당한 물질로 코팅된 전도성을 갖는 상부판넬층(20)과 적당한 저항물질로 코팅된 하부판넬층(30)으로 구성된다. 상기 상부판넬층(20)은 양측단의 전극(21,22)이 Z스위치 및 신호처리부(42)에 각각 연결되어 하부판넬층(30)으로부터 인가된 전압을 전달받아 상기 Z스위치 및 신호처리부(42)에 의해 이를 감지하게 된다. 상기 하부판넬층(30)은 상·하판넬층이 일정 간격을 유지하도록 하고 접촉수단에 의해 압력을 받을때만 접촉이 가능하도록 일정간격을 유지하게 하는 복수의 절연간격점(35)을 가지며, X축상의 전극(31,32), Y축상의 전극(33,34)이 X-Y축상의 양측단 끝에 각각 배치되어 있으며, 상기 각각의 전극은 X-Y스위치부(40)에 연결한다.
제2b도를 참조하여 상기 구성의 동작을 살펴보면 접촉수단으로서, 예를 들어, 손(25)에 의해 접촉점(P)에 압력이 가해질 때, 접촉점(P) 부근의 상부판넬층(20)이 눌려져서 하부판넬층(30)과 접촉하게 된다. 이때 X축상의 전극(3l,32) 양측과 Y축상의 전극(33,34) 양측에 주기적으로 번갈아 가면서 X-Y스위치부(40)의 제어에 의해 전원공급원(41)으로부터 전압이 공급된다.
상기 공급된 전압은 접촉점(P)를 통해 상부판넬층(20)에 전달되며, 이때 접촉점(P)의 위치에 따라 각기 다른 전압이 전달된다.
따라서, 이를 Z스위치와 신호처리부(42)에서 X-Y축상의 위치에 따른 신호로 변환하고 변환된 신호를 신호출력선(43)으로 출력한다.
본 도면에 의한 종래의 터치판넬은 접촉수단에 제한이 없어 압력을 가할수 있으면 접촉수단으로서 충분하다. 그러나 물리적인 접촉을 통해 신호가 전달됨으로써 디지타이저와 같은 정확도와 해상도를 얻기가 힘들다는 문제점이 있었다.
이제, 본 발명의 터치판넬 및 디지타이저 기능을 겸비한 시스템 및 구동방법을 설명하기로 한다.
제3도는 본 발명에 의한 터치판넬 및 디지타이저 기능을 가진 시스템의 구성을 도시한 것이다.
제3도에 있어서, 판넬(60)은 필림기판(61), 상기 필림기판(61)의 하부에 형성된 센서 ITO저항막(62), 상기 센서 IT0저항막(62)의 하부에 형성되는 IT0저항막(65), 상기 센서 IT0저항막(62)와 상기 ITO저항막(65) 사이에서 일정간격을 유지하도록 형성되는 스페이서(63) 및 상기 ITO저항막(65)의 하부에서 판넬구조(60)의 틀을 고정유지시키는 유리기판(66)으로 구성된다. 상기 판넬(60)을 구동하기 위한 구동수단은 접촉수단(50), 피드백 저항들(80,81), 연산 증폭기(82,83), 모드선택수단(70)으로 구성되어 있다. 상기 접촉수단(50)은 소정의 주파수를 갖는 신호를 발생하기 위한 전원(52), 상기 전원(52)에 연결되어 상기 판넬(60)을 접촉하기 위한 스타일러스 펜(51), 및 손(53)이나 기타의 접촉이 가능한 물체를 포함한다. 신호 선택수단(70)은 상기 판넬(50)의 ITO저항막(65)과 접지사이에 연결된 스위치(72), 상기 스위치(72)와 병렬로 연결된 전원(71)과 스위치(73)으로 구성되어 있다.
상기 필름기판(61)은 상기 접촉수단(60)과 접촉하며, 본 발명을 디지타이저 기능으로 사용할 때, 상기 접촉수단(60)의 스타일러스펜(51)과 상기 센서 IT0저항막(62) 사이에서 스타일러스펜(51)과의 접촉점에 용량결합을 하며, 본 발명을 터치판넬 기능으로 선택하였을 때, 상기 접촉수단(60)의 압력을 하부에 전달하는 기능을 한다.
상기 센서 ITO저항막(62)은 균일한 저항치를 갖도록 ITO저항막을 격자형으로 형성한 것으로, 본 발명을 디지타이저 기능으로 사용할 때 상기 접지된 전원(52)를 포함하는 스타일러스펜(51)이 필름기판(61)과 접촉하게 되면 필름기판(61)과 센서 IT0저항막(62) 사이에서 용량결합을 하게 되고, 또한, 본 발명을 터치판넬 기능으로 사용할 때, 상기 접촉수단(50)에 의해 상기 필름기판(61)의 어느 위치에 압력을 가하면 상기 센서 IT0저항막(62)과 IT0저항막(65)사이의 간격이 좁혀져서 서로 접촉하게 된다. 이때 접촉저항을 형성하게 되며, 따라서 상술한 용량결합 위지 혹은 접촉저항을 형성하는 위치로부터 센서 IT0저항막(62)의 양측간의 저항값의 차이를 갖게 되므로 이를 증폭감지하기 위해 센서 IT0저항막(62)의 양측단이 상기 연산증폭기(81)에 연결된다.
상기 스페이서(63)는 상기 IT0저항막(65)와 상기 센서 ITO저항막(62)사이에서 소정의 간격을 유지하다가 상기 필름기판(61)의 어느 위치에 압력이 가해지면 ITO저항막(65)과 센서 ITO저항막(62)을 접촉시켜 눌러진 면적에 접촉저항을 형성하게 하는 일정간격을 유지하기 위한 하나 이상의 절연체을 말한다.
상기 ITO저항막(65)은 유리기판(66)위에 소정의 두께로 형성되며, 양측단이 접지 또는 소정의 주파수를 갖는 전원(71)으로 선택적으로 연결되며, 상기 유리기판(66)은 판넬구조의 틀을 고정 유지시킨다.
상기 모드선택수단(70)은 스위치로 구성되어 접지와 소정의 주파수를 갖는 전원(71)을 선택적으로 상기 ITO저항막(65)에 연결한다.
제4도는 본 발명의 다른 실시예의 터치 판넬 및 디지타이저 시스템의 구성을 나타내는 것으로, 판넬(60)에서 스페이서(63)와 ITO저항막(65)사이에 유전체층(64)를 더 구비하여 구성되어 있다.
상기 구성에서, 유전체막(64)은 ITO저항막(65)위에 형성되며, 센서 ITO저항막(62)과 ITO저항막(65)이 접촉저항을 형성하지 않고 용량결합을 형성하게 하는 부분이며, 따라서 스페이서(63)는 센서 ITO저항막(62)과 유전체막(64)사이에 배치된다.
제3도와 제4도의 구성에 있어서, 본 발명의 하부에 디스플레이 장치가 위치하는 경우에 상기 디스플레이 장치의 화면을 상기 판넬을 통하여 볼수 있도록 본 발명의 판넬은 투명한 물질로 구성하는 것을 특징으로 한다.
상기 구성의 동작을 설명하면 다음과 같다.
제5도는 제3도 혹은 제4도의 구성에 의한 본 발명의 터치 판넬 및 디지타이저 시스템에 있어서, 동작모드를 디지타이저 기능으로 선택한 경우의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
모드선택수단에 있어서, 디지타이저 모드를 선택하기 위하여 먼저 상기 스타일러스펜(51)에 포함된 전원(52)을 사용하기 위해 스위치(73)를 오프(off)하여 전원(71)을 차단하고 스위치(72)를 온(on)하여 접지와 ITO저항막(65)을 연결시킨다.
접촉수단으로서 전원(52)을 포함하는 스타일러스펜(51)으로 필름기판(61)의 어느 위치에 접촉하게 되면 필름기판(61)상의 스타일러스펜(51)과의 접촉위치에 용량결합을 하게 된다. 이때 스타일러스펜(51)에서 공급되는 전원(52)은 이 용량결합부분을 통해 센서 ITO저항막(62)에 전달되며, 센서 IT0저항막(62)의 용량결합 접촉부분으로부터 양끝단간의 저항값 차이에 따라 전압 또는 전류의 크기가 변한다. 이 값을 피드백저항들(80,81)을 포함한 연산증폭기들(82,83)를 통해 증폭하고 증폭된 신호를 상호 비교함으로써 접촉위치를 인식하게 된다.
한편, 본 발명의 하부에 액정소자등 디스플레이장치가 위치할 때 IT0저항막(65)은 접지에 연결되므로 상기 디스플레이 장치로부터 발생되는 노이즈를 제거하는 기능을 하게 되고 따라서 신호대 잡음비를 개선시킬 수 있다.
제6도는 제3도의 구성에 의한 본 발명의 터치판넬 및 디지타이저 시스템에 있어서, 동작모드를 터치판넬 기능으로 선택할 경우의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
모드선택수단에 있어서, 터치판넬 모드를 선택하기 위하여 스타일러스펜(51)의 전원(52)대신에 전원(71)을 사용하기 위해 스위치(73)를 온(on)하고 스위치(72)는 오프(off)시킨다.
이어서 손이나 펜 기타의 접촉 가능한 물체를 이용하여 필름기판(61)의 어느 위치에 압력을 가하면 스페이서(63)에 의해서 유지되던 일정 간격이 좁혀져 센서 ITO저항막(62)은 상기 접촉 위치에 따른 일정면적이 ITO저항막(65)과 접촉하게 되고 이외의 부분은 일정 간격을 유지하게 된다.
따라서 접촉된 부분은 접촉저항을 형성하게 되어 저항값이 작게 되고 이외의 부분은 상대적으로 상당히 큰값을 갖게 된다.
ITO저항막(65)에 인가된 전압은 접촉부분을 통해 센서 IT0저항막(62)에 전달되며 센서 IT0저항막(62)의 접촉부분에서 양끝단간의 저항값 차이에 따라 전압 또는 전류의 크기가 변한다.
상기 전압 또는 전류의 크기를 피드백저항(80,81)을 포함한 연산증폭기(82,83)를 통해 증폭하고 증폭된 신호를 상호 비교함으로써 접촉위치를 인식할 수 있다.
제7도는 제4도의 구성에 의한 본 발명의 터치판넬 및 디지타이저 시스템에 있어서, 동작모드를 터치판넬 기능으로 선택한 경우의 동작을 설명하기 위한 것이다.
모드선택수단에 있어서, 터치판넬 모드를 선택하기 위하여 디지타이저 기능을 선택하였을 때의 스타일러스펜(51)의 전원(52)대신에 전원(71)을 사용하기 위해 스위치(73)를 온(on)하고 스위치(72)는 오프(off)시킨다.
이어서 손이나 펜 기타의 접촉 가능한 물체를 이용하여 필름기판(61)의 어느 위치에 압력을 가하면 스페이서(63)에 의해 유지되던 일정간격이 좁혀지고 센서 IT0저항막(62)은 상기 접촉에 따른 일정의 면적이 유전체막(64)과 접촉하게 되고 이외의 부분은 일정 간격을 유지하게 된다.
따라서 접촉된 부분은 유전체막(64)을 통하여 용량결합을 하게 되고 ITO저항막(65)에 인가된 전압은 유전체막(64)의 용량결합부분을 통해 센서 IT0저항막(62)에 전달되며 센서 ITO저항막(62)의 용량결합 접촉부분에서 양끝단간의 저항값 차이에 따라 전압 또는 전류의 크기가 변한다.
상기 전압 또는 전류의 크기를 피드백저항들(80,81)을 포함한 연산증폭기(82,83)를 통해 증폭하고 중폭된 신호를 상호 비교함으로써 접촉위치를 인식할 수 있다.
이때 상기 유전체막(64)의 용량결합부분과 결합되지 않은 부분의 용량 차이가 상당히 크므로 이를 통해 접촉위치의 인식이 가능하게 된다.
이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명은 디지타이저 기술과 터치판넬 기술을 일체화하여 해상도, 정확도 등이 우수한 디지타이저의 기능으로서 높은 정확도와 해상도를 가지며, 손이나 펜 또는 접촉 가능한 물체로써 입력이 가능한 터치판넬로써의 기능을 겸하는 효과가 있다.
Claims (6)
- 전원을 인가하고 접촉을 위한 스타일러스 펜; 상판과 하판, 상기 상판에 격자형으로 형성된 제1저항막, 상기 하판에 형성된 제2저항막, 상기 제1저항막과 상기 제2저항막사이의 절연과 일정 간격을 유지하기 위하여 형성된 스페이서를 구비한 판넬; 상기 판넬이 터치 판넬 또는 디지타이저로 동작하도록 하기 위한 동작모드를 선택하기 위하여 상기 제2저항막에 그라운드와 전원을 선택적으로 스위칭하는 모드 선택수단을 구비한 것을 특징으로 하는 터치판넬 및 디지타이저 기능을 가진 시스템.
- 제1항에 있어서, 상기 판넬은 상기 제2저항막과 상기 스페이서사이에 소정 두께의 유전체막을 더 구비한 것을 특징으로 하는 터치판넬 및 디지타이저 기능을 겸비한 시스템.
- 전원을 인가하고 접촉을 위한 스타일러스 펜; 상판과 하판, 상기 상판에 격자형으로 형성된 제1저항막, 상기 하판에 형성된 제2저항막, 상기 제1저항막과 상기 제2저항막사이의 절연과 일정 간격을 유지하기 위하여 형성된 스페이서를 구비한 판넬; 상기 판넬이 터치 판넬 또는 디지타이저로 동작하도록 하기 위한 동작모드를 선택하기 위하여 상기 제2저항막에 그라운드와 전원을 선택적으로 스위칭하는 모드 선택수단을 구비한 것을 특징으로 하는 터치판넬 및 디지타이저 기능을 가진 시스템의 구동 방법에 있어서, 상기 모드 선택수단이 터치판넬 또는 디지타이저 모드를 선택하는 단계; 상기 선택된 모드에 따라 터치판넬 또는 디지타이저로 동작하기 위한 동작단계를 구비한 것을 특징으로 하는 터치판넬 및 디지타이저 기능을 겸비한 시스템의 구동방법.
- 제3항에 있어서, 상기 동작 단계는 상기 모드 선택에 의해서 디지타이저 모드가 선택되면, 상기 스타일러스 펜을 상기 상판에 접촉하는 단계; 상기 상판의 접촉점에 용량결합을 형성하고, 상기 접촉점을 통하여 상기 전원이 상기 제1저항막으로 인가되는 단계; 상기 접촉위치에 따라 접촉점에서 상기 제1저항막의 양측간의 저항비에 따른 신호를 증폭하고, 증폭된 신호들을 비교하여 접촉점의 위치를 찾아내는 단계를 구비한 것을 특징으로 하는 터치판넬 및 디지타이저 기능을 겸비한 시스템의 구동방법.
- 제3항에 있어서, 상기 동작 단계는 상기 모드 선택수단에 의해서 터치판넬 모드가 선택되면, 소정의 전압을 갖는 전원을 상기 제2저항막에 인가하는 단계; 접촉가능한 물체를 이용하여 상기 상판의 어느 위치에 압력을 가하는 단계; 상기 압력에 의해 상기 제1저항막과 상기 제2저항막이 접촉되고, 접촉점을 통하여 상기 전원의 신호가 상기 제2저항막에서 상기 제1저항막에 인가되는 단계; 접촉 위치에 따라 접촉점과 상기 제1저항막의 양측의 저항비에 의한 신호를 증폭하고, 증폭된 양측 신호들을 비교하여 접촉점의 위치를 찾아내는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 터치판넬 및 디지타이저 기능을 겸비한 시스템의 구동방법.
- 제3항에 있어서, 상기 판넬은 상기 제2저항막과 상기 스페이서사이에 소정 두께의 유전체막을 더 구비한 것을 특징으로 하는 터치판넬 및 디지타이저 기능을 겸비한 시스템의 구동방법.
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