CN100390623C - 使用高响应ips显示方式的液晶显示器 - Google Patents

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Abstract

一种液晶显示器，包括：第一基片；布置在第一基片对面的第二基片，和固定在第一基片和第二基片之间的液晶层；还装配有布置在第一基片上方的多个扫描线；布置在第一基片上方并与扫描线交叉的信号线；每个形成匹配扫描线和信号线包围的区域的象素；布置在所述第一基片上方并匹配信号线的象素电极；布置在第一基片上方并匹配象素电极的公共电极；其中第一基片和第二基片的至少之一具有不平整处以改变相同象素的光透射区域中的液晶层的厚度。

Description

使用高响应IPS显示方式的液晶显示器
技术领域
本发明涉及具有新颖结构的液晶显示器。
背景技术
根据现有技术的液晶显示器使用的一种显示方式施加一个基本垂直于基片表面的电场，如典型以扭曲向列(TN)显示方式为代表的。然而，TN显示方式涉及不充分的观察角度特征问题。
另一方面，在JP-B-63-21907、USP4345249、WO 91/10936、JP-A-6-160878和其他的说明书中建议使用在乎面内转换(IPS)的显示方式。
在IPS显示方式中，驱动液晶的电极由在它们之间容纳液晶的一对基片中的一个形成，并且一个分量平行于基片的电场被施加到液晶上。IPS显示方式可以提供比TN显示方式宽的观察角度。
然而，IPS显示方式也涉及彩色灰度级随着视角发生变化的问题。为了解决上述的问题，JP-A-9-258269或其他的诸如此类的说明书提议了一种多畴(multi-domain)IPS显示方式。将参照图2、图3和图4描述使用多畴IPS显示方式的液晶显示器。
图2示出了使用多畴IPS显示方式的液晶显示器的结构。该液晶显示方式具有供应信号电压到每个象素电极35上的信号驱动器51，供应电压来选择象素的扫描驱动器52，供应电压到每个公共电极36上的公共电极驱动器54，控制信号驱动器51、扫描驱动器52和公共电极驱动器54的显示控制器53。
基片1装配有连接到扫描驱动器52上的多个扫描线32，连接到信号驱动器51上并与扫描线32交叉的多个信号线31，靠近扫描线32和信号线31之间的交叉点以匹配方式排列并电连接到扫描线32和信号线31上的第一TFTs33，电连接到第一TFTs33上并匹配信号31的象素电极35，匹配象素电极35的公共电极36，电连接到公共电极36和公共电极驱动器54上的电极连接部分36′。
象素11形成在由信号线31和扫描线32包围的每个区域中，并且多个象素11构成一个显示区22。
图3示出了在使用多畴IPS显示方式的液晶显示器中象素及其邻近区域的电路布置图形的构造。扫描线32和信号线31相互交叉，形成的象素11匹配扫描线32和信号线31包围的区域。每个第一TFTs33被以匹配的方式排列在扫描线32和信号线31之间的交叉点的附近，并电连接到扫描线32、信号线31和象素电极35上。排列每个公共电极36使其匹配象素电极35，并且公共电极36和象素电极35产生一个电场，它的分量平行于基片表面。在每个象素中象素电极35、公共电极36和信号线31一次或多次弯曲以构成一个多畴。每个畴(domain)中的液晶的转弯方向与邻近畴中的转弯方向相反以扩大视角。
图4示出了图3的A-A′截面。该构造具有由透明玻璃做成的基片1，布置在基片1对面并也是由透明玻璃做成的另一基片2，和保持在基片1和2之间的液晶层34。基片1具有公共电极36，排列在比公共电极36较高的层中的信号线31，在它们之间有第一绝缘膜81，还具有匹配公共电极36的象素电极35，公共电极产生一个分量平行于基片1的电场，提供在象素电极35上方的保护膜82，提供在保护膜82上方的取向膜85，提供在不同于基片1的液晶这侧的另一侧之上的偏光器6，它根据液晶的排列改变它的光学特性。
基片2具有屏蔽来自间隙的多余光的光屏蔽膜5；颜色滤光器4提供在光屏蔽膜5之上用于表现分别对应于R、G和B的颜色；平化膜3，提供在颜色滤光器4之上，用于整平颜色滤光器的不平整处，提供在平化膜3之上的取向膜85，提供在不同于基片的液晶这侧的另一侧之上的偏光器6。
摩擦取向膜85以排列液晶。摩擦方向平行于信号线的延伸方向DLa。弯曲象素电极的一侧和摩擦方向之间的夹角为15度，和IPS显示方式相符。偏光器6的透射轴或者平行或者垂直于基片上的取向膜的摩擦方向，在该基片上布置了这个特殊的偏光器，并且基片1的偏光器和基片2的偏光器处于正交Nicol棱镜排列，和通常的黑色方式相符。
图像显示是利用公共电极36和象素电极35将分量平行于基片1的电场供应到液晶34上，从而在基本平行于基片1的平面内旋转了液晶34而完成的。
发明内容
现在，人们渴望液晶显示器不仅能够成为个人计算机(PCs)的监视器，而且成为与移动图像兼容的液晶电视接收器。作为液晶电视接收器将是有用的，使用具有宽视角的IPS显示方式的液晶显示器可能证明是合适的，使得很多人能同时舒服地观看电视。使用IPS显示方式的液晶显示器为了能够更加漂亮地显示移动图像，就需要液晶响应得更快。另外，IPS显示方式涉及彩色灰度级随着驱动电压发生变化的问题，并且这个问题也应该解决掉。近年来已经提出的另一问题是液晶显示器上显示移动图像的模糊轮廓。
因此，本发明的第一目的在于利用一个新颖的象素结构来加快液晶的响应。
本发明的第二目的在于提供一种液晶显示器，它的彩色灰度级不随着驱动电压发生变化。
本发明的第三目的在于提供一种移动图像轮廓清晰的液晶显示器。
上述目的是通过下面的方式来实现的。
(1)本发明提供了一种液晶显示器，包括：第一基片；布置在所述第一基片对面的第二基片；固定在所述第一基片和所述第二基片之间的液晶层；布置在所述第一基片上的多个扫描线；布置在所述第一基片上方并与所述扫描线交叉的信号线；与所述扫描线和所述信号包围的区域对应地构成的象素；布置在所述第一基片上方并与所述信号线匹配的象素电极；布置在所述第一基片上方并与所述象素电极匹配的公共电极；第一有源元件，与所述扫描线和所述信号线的交叉点对应地配置，并电连接到所述信号线、所述扫描线和所述象素电极；以及布置在所述第一基片上方的绝缘膜，通过使构成所述液晶层的液晶分子在与所述基片平行的平面内旋转来进行图象显示，其中，在同一个所述象素内的光透射区域内，至少在所述第一基片和第二基片中的任意一个上设有使所述液晶层的厚度变化的不平整处。
(2)在(1)所述的液晶显示器中：
不平整处是故意形成的，以加快液晶的响应。因此，形成凹陷和凸起的步骤加入到制作液晶显示器的通常工艺中。
(3)在(1)所述的液晶显示器中：
不平整处是由绝缘膜做成的。
(4)在(3)所述的液晶显示器中：
绝缘膜由以下几层膜构成：形成在第一基片上方的第一绝缘膜；形成在第一膜上方并至少在或者公共电极或者象素电极上方以隔离和保护它们的保护膜；以及形成在保护膜上方的第二绝缘膜；其中不平整处是由第二绝缘膜做成。
(5)在(1)所述的液晶显示器中：
在所述光透射区域中液晶层的凹陷和凸起部分之间的平方度量中的比率和单独象素中的不平整处的平均高度是相等的。
(6)在(1)所述的液晶显示器中：
只存在一个由象素电极和公共电极之间的不平整处造成的水平高度差(level gap)。
(7)在(6)所述的液晶显示器中：
象素电极重叠在构成不平整处的或者凹陷或者凸起上方，并且公共电极重叠在上方没有重叠象素电极的那些凹陷或者凸起上方。
(8)在(1)所述的液晶显示器中：
不平整处形成在第一基片上方。
(9)在(8)所述的液晶显示器中：
至少一些象素电极和公共电极被排列在比构成不平整处的绝缘膜较高的层中。
(10)在(1)所述的液晶显示器中：
不平整处形成在第二基片上方。
(11)在(1)所述的液晶显示器中：
不平整处被排列层条状或者锯齿状，并且不平整处的延伸方向偏离象素电极或者公共电极的延伸方向。
(12)在(1)所述的液晶显示器中：
不平整处为条状，并且由不平整处造成的水平高度差的延伸方向与液晶的起始方向是相同的。
(13)在(1)所述的液晶显示器中：
至少信号线、扫描线、象素电极和公共电极之一不越过由不平整处造成的水平高度差。
(14)在(1)所述的液晶显示器中：
至少一部分由不平整处造成的水平高度差重叠在象素电极或者公共电极的上方。
(15)在(1)所述的液晶显示器中：
至少一些信号线和公共电极经由构成不平整处的绝缘膜而重叠。
(16)在(15)所述的液晶显示器中：
在信号线和公共电极重叠的部分中以比公共电极更小的宽度选择性地形成绝缘膜。
(17)在(15)所述的液晶显示器中：
设置用于排列对准液晶层的取向膜，使其与液晶层接触，在信号线和绝缘膜重叠的部分中公共电极和取向膜布置在绝缘膜上方，并且公共电极重叠在部分信号线上方。因此，通过在公共电极上提供缝隙(slits)可以控制公共电极和信号线之间的电容。
(18)在(1)所述的液晶显示器中：
构成不平整处的绝缘膜被布置在至少一些信号线和扫描线的上方。
(19)在(4)至所述的液晶显示器中：
除构成不平整处的第二绝缘膜，具有不平整处的保护膜被布置在第一基片上方，而第二绝缘膜的凸起重叠在保护膜的凹陷上方。
(20)在(1)所述的液晶显示器中还包括：
在显示一个图像的循环周期中均等象素电极电压和公共电极电压的装置；
其中，所述用于均等所述象素电极电压和所述公共电极电压的装置被设置成使得在所述一个周期内所述扫描线被扫描两次，在任一所述扫描回合中将与所述公共电极相同的电压提供给所述象素电极，而在所述另一扫描回合中将用于显示图像的电压提供到所述象素电极上，或者
所述用于均等所述象素电极电压和所述公共电极电压的装置被设置成，当液晶显示器还包括第二有源元件时，所述象素电极的电压和所述公共电极的电压在所述一个周期内被均等，其中第二有源元件电连接到不同于连接所述第一有源元件、所述象素电极和所述公共电极的扫描线的扫描线上，或者
所述用于均等所述象素电极电压和所述公共电极电压的装置被设置成，在液晶显示器还包括光源的情况下，在所述一个周期内均等所述象素电极电压和所述公共电极电压之后扫描所述扫描线，并在将显示图像的电压施加到所述象素电极上之后，打开光源。
(21)在(1)所述的液晶显示器中：
一层光敏材料被布置在接触液晶层的至少部分区域中。
(22)在(1)所述的液晶显示器中还包括：光源和状态调节单元，其中，通过在显示图像的一个循环周期内连续施加脉冲电压到所述扫描线上，将用于显示图像的电压施加到每个所述象素电极上，在该电压保持固定周期后，打开光源；所述状态调节单元用于使响应时间的最大长度比所述固定周期短，所述响应时间是从刚好任何脉冲电压施加到匹配扫描线的象素的液晶上之前的状态到达任何不同的灰度级所花费的时间，该扫描线是在所述一个周期内最后向其施加脉冲电压的扫描线，其中在连续施加所述脉冲电压到所述扫描线之前，所述状态调节单元施加相同的电压到每个所述象素电极上，或者在连续施加所述脉冲电压到所述扫描线之前，所述状态调节单元均等所述象素电极的电压和所述公共电极的电压。
本发明还提供了一种液晶示器的驱动方法，其中的液晶显示器包括：
光源；第一基片；布置在第一基片对面的第二基片；固定在第一基片和第二基片之间的液晶层；还具有：
排列在第一基片上方的多个扫描线；排列在第一基片上方与扫描线交叉的信号线；每个的构成来匹配扫描线和信号线包围的区域的象素；排列在第一基片上方并匹配信号线的象素电极；排列在或者第一基片或者第二基片上方并匹配象素电极的公共电极；排列以匹配扫描线和信号线之间的交叉点并电连接到信号线、扫描线和象素电极的第一有源元件；和布置在第一基片上方的绝缘膜，其中：
通过在显示一个图像的一个循环周期内在扫描线上连续施加脉冲电压，用于显示图像的电压被施加到每个象素电极上，在使该电压保持一固定周期后，光源打开；包括以下步骤：
在调节状态以使响应时间的最大长度比所述固定周期短以从一种状态到达任何不同的灰度级之后，连续向所述扫描线施加脉冲电压，该状态是任何脉冲电压施加到匹配-扫描线的象素的液晶上之前的状态，该扫描线是在所述一个周期内最后向其施加脉冲电压的扫描线。
在上面所述的液晶显示器的驱动方法中，
状态的调节是通过在扫描线上连续施加脉冲电压之前在每个象素电极上施加相同的电压而完成的。
在上面所述的液晶显示器的驱动方法中，
状态的调节是通过在扫描线上连续施加脉冲电压之前均等象素电极电压和公共电极电压而完成的。
顺便提及，在常规的液晶显示器中，即使存在水平高度差，在形成电极、接触孔或者光屏蔽膜时将遗留下残余的水平高度差，但是没有故意形成一个水平高度差来减小液晶的响应时间，如同在本发明的说明书中描述的这样。
根据本发明，由于在施加电场时转换从液晶层比较薄的区域首先开始，因此从零灰度级到中间灰度级液晶响应时间的转换可以减小，并且同时，可以抑止彩色灰度级随驱动电压发生变化。而且，移动图像的轮廓可以显示得比较清晰。
联系附图，从下面本发明的实施例的描述中可以明白本发明的其他目的、特征和优点。
附图说明
图1示出了在液晶显示器中象素及其周围的电路布置图形构造，它是本发明的第一实施例；
图2示出了根据现有技术和本发明的液晶显示器的电路构造；
图3示出了在常规液晶显示器中象素及其周围的电路布置图形构造；
图4示出了在常规液晶显示器的一个截面中象素及其周围的构造；
图5示出了在液晶显示器的一个截面中象素及其周围的构造，它是本发明的第一实施例；
图6A和6B示出了液晶层的不平整处加快响应的规律；
图7示出了液晶层的不平整处的响应加快效应；
图8示出了在液晶显示器中象素及其周围的电路布置图形构造，它是本发明的第二实施例；
图9示出了在液晶显示器的一个界面中象素及其周围的构造，它是本发明的第二实施例；
图10示出了在液晶显示器中象素及其周围的电路布置图形构造，它是本发明的第三实施例；
图11示出了在液晶显示器的一个截面中象素及其周围的构造，它是本发明的第三实施例；
图12示出了在液晶显示器中象素及其周围的电路布置图形构造，它是本发明的第四实施例；
图13示出了在液晶显示器的一个界面中象素及其周围的构造，它是本发明的第四实施例；
图14示出了在液晶显示器中象素及其周围的电路布置图形构造，它可为本发明的任何第五至第七实施例；
图15示出了在液晶显示器中在象素中及其周围的电路布置图形构造，它是本发明的第五实施例；
图16示出了在液晶显示器的一个截面中象素及其周围的构造，它是本发明的第五实施例；
图17示出了在液晶显示器中象素及其周围的电路布置图形构造，它是本发明的第六实施例；
图18示出了在液晶显示器的一个截面(图17中的A-A′截面)中象素及其周围的构造，它是本发明的第六实施例；
图19示出了在液晶显示器的一个区域(图17中的B-B′截面)中象素及其周围的构造，它是本发明的第六实施例；
图20示出了在液晶显示器中象素及其周围的电路布置图形构造，它是本发明的第七实施例；
图21示出了在液晶显示器的一个截面中象素及其周围的构造，它是本发明的第七实施例；
图22示出了在液晶显示器中象素及其周围的电路布置图形构造，它是本发明的第八实施例；
图23示出了在液晶显示器的一个截面中象素及其周围的构造，它是本发明的第八实施例；
图24示出了在液晶显示器中象素及其周围的电路布置图形构造，它是本发明的第九实施例；
图25示出了在液晶显示器中象素及其周围的电路布置图形构造，它是本发明的第十实施例；
图26示出了在液晶显示器的一个截面中象素及其周围的构造，它是本发明的第十实施例；
图27示出了在液晶显示器中象素及其周围的电路布置图形构造，它是本发明的第十一实施例；
图28示出了在液晶显示器的一个截面中象素及其周围的构造，它是本发明的第十一实施例；
图29示出了在液晶显示器中象素及其周围的电路布置图形构造，它是本发明的第十二实施例；
图30示出了在液晶显示器中象素及其周围的电路布置图形构造，它是本发明的第十三实施例；
图31示出了在液晶显示器的一个截面中象素及其周围的构造，它是本发明的第十三实施例；
图32示出了在液晶显示器中象素及其周围的电路布置图形构造，它是本发明的第十四和第十七实施例；
图33示出了在液晶显示器的一个截面中象素及其周围的构造，它是本发明的第十四实施例；
图34示出了在液晶显示器中象素及其周围的电路布置图形构造，它是本发明的第十五实施例；
图35示出了在液晶显示器的一个截面中象素及其周围的构造，它是本发明的第十五实施例；
图36示出了在液晶显示器中象素及其周围的电路布置图形构造，它是本发明的第十六实施例；
图37示出了在液晶显示器的一个截面中象素及其周围的构造，它是本发明的第十六实施例；
图38示出了在液晶显示器中象素及其周围的电路布置图形构造，它是本发明的第十七实施例；
图39示出了在液晶显示器中在不同的布线和电极上的电压随时间发生的变化和施加到液晶上的电压随时间发生的变换，它为本发明的第十八实施例；
图40示出了液晶显示器的构造，它为本发明的第十九实施例；
图41示出了在液晶显示器中在不同的布线和电极上的电压随时间发生的变化和施加到液晶上的电压随时间发生的变换，它为本发明的第十九实施例；
图42示出了在本发明的对比实例2中在不同的布线和电极上的电压随时间发生的变化和施加到液晶上的电压随时间发生的变化；
图43示出了在液晶显示器中液晶的响应特征，它是本发明的对比实例2和第二十一实施例。
图44A和44B示出了响应时间的定义；
图45示出了在液晶显示器中在不同的布线和电极上的电压随时间发生的变化和施加到液晶上的电压随时间发生的变换，它为本发明的第二十一实施例；以及
图46示出了TN液晶元件的响应特征。
具体实施方式
在根据现有技术使用多畴IPS显示方式的液晶显示器中，液晶层34的厚度基本上保持恒定，如图4所示。已经发现通过改变液晶层的厚度可以缩短液晶的响应时间，如图6A所示。体现图6A示出的原理的构造与图4所示的不同之处只在于通过选择地排列提供在保护膜82上方的第二绝缘膜86该表面被做得不平。将在下面描述解释这种布置加快效应的规律。
在IPS显示方式中液晶重新排列的临界电压(Vth)通常可以表示为下式(1)：
Vth＝(π·L/d)·[K2/(ε0·|Δε|)]1/2    (1)
其中L表示电极间的间隙；d，液晶层的厚度；K2，液晶的扭曲弹性常数；ε0，真空介电常数；Δε，液晶的介电各向异性。
因此，液晶层的厚度d越大，临界电压Vth越小。这可以在下面的解释中加以说明。在IPS显示方式中，根据施加电场所造成的电场能和振荡液晶的弹性能之间的平衡执行转换，以返回到它的起始排列。当液晶层的厚度d增加时，固定液晶反抗旋转的对准层之间的距离增加并且弹性能减小。结果，小的电场能量就可以导致液晶振荡，临界电压Vth也相应下降。
因此，当液晶层厚度发生变化时，转换发生在下面的过程中。在凹陷部分，此处液晶层较厚，弹性能较低，而在凸起部分，此处液晶层较薄，弹性能也较大。结果，当施加电场时，转换发生在液晶层较厚的凹陷部分，此后转换发生在液晶层较薄的凸起部分，如图6B所示，示出了穿过液晶的光线的透射率随着时间所发生的变化。当电压较低时，转换只发生在液晶层较厚的凹陷部分中。
如上所述，由于在液晶层较厚的凹陷部分及其周围中的快速转换是在从黑色灰度级到半灰度级的转换中占主要地位，因此液晶的响应时间被缩短。图7示出了不平整处的形成是如何减小液晶的响应时间的。水平轴表示转换后的灰度级，纵轴表示响应时间。在此，转换的灰度级为零。如图7所示，在不具有不平整处的常规液晶显示器中，从零灰度级到半灰度级的转换较慢。通过比较，在表面被做得不平的液晶显示器中，从零灰度级到半灰度级的转换加快。
另外，本发明使得可能抑止灰度级彩色随着驱动电压的上升或下降发生变化。下面的规律解释了该效应。
在IPS显示方式中透射率(T)通常可以表示为下式(2)：
T＝T0sin2(2χ)·sin2(π·d·Δneff/λ)              (2)
其中T0为校正系数；χ，由液晶的有效光轴和入射光的偏转方向形成的夹角；Δneff，液晶的有效折射率各向异性；λ，入射光的波长。
因此，当由液晶的有效排列方向和入射光的偏转方向形成的夹角为π/4弧度(45度)时，波长λ为有效延迟deff·Δneff两倍的光证明有最高的透射率。因此，有效延迟deff·Δneff改变时，使透射率最大化的波长也发生改变，导致彩色灰度级发生变化。
此处，根据本发明，当施加一个电场时，转换发生在液晶层厚度(deff)较大的区域中，即有效延迟deff·Δneff较大的区域。因此，即使驱动电压较低，deff·Δneff具有较高的值，使透射率最大化的波长较长，黄色被突出出来。结果，可以缓解彩色灰度级随着电压的上升从蓝色到黄色发生变化的问题，该问题也是图2至图4示出的液晶层厚度不发生变化的常规液晶装置遇到的问题。
本发明是建立在转换如果存在的话是发生在弹性能在某种程度上较低的区域中。因此，为了能够实施本发明，唯一的需要是液晶层的厚度在光透射区发生变化，而对不平整处的形状没有任何的限制。凹陷和凸起部分可做成或者尖锐的或者圆滑的。对于平方量度中的凹陷和凸起部分的比例也没有任何的限制。然而，如果平方量度中的比例改变了，那么在加快效应的程度上、受加快支配的灰度级和抑止彩色灰度级随驱动电压上升或下降发生变化的效果也将发生变化。为了增强这些效应，确保特定厚度的液晶层是优选的。
接下来将参考附图以更加具体地描述本发明的实施例。
(实施例1)
将参照图1、图2和图5在下文中描述本发明实施例1的构造。该实施例匹配权利要求1至5和18。当认为任何的实施例“匹配”任何的权利要求时，这意味着该实施例为一种典型的实例而并不是它不匹配其他的权利要求。例如，实施例1也匹配权利要求8。
如图2示出的为实施例1的液晶显示器具有在每个象素电极35上供应信号电压的信号驱动器51，为象素选择供应电压的扫描驱动器52，在每个公共电极36上供应电压的公共电极驱动器54，控制信号驱动器51、扫描驱动器52和公共电极驱动器54的显示控制器53。
基片1装配有连接到扫描驱动器52上的多个扫描线32，连接到信号驱动器52上并与扫描线32交叉的信号线31，匹配地排列在扫描线32和信号线31之间的交叉点附近并电连接到扫描线32和信号线31上的第一TFTs33，电连接到第一TFTs33并匹配信号线31的象素电极35，匹配象素电极35的公共电极36，和电连接到公共电极36和公共电极驱动器54上的电极连接部分36′。
在由信号线31和扫描线32围成的区域中形成每个象素11，并且这多个象素11构成一个显示区22。
图1示出了实施例1中的象素及其周围的电路布置图形的构造。扫描线32和信号线31相互交叉，并且形成象素11使其匹配扫描线32和信号线31围成的区域。每个第一TFTs33被以匹配的方式排列在扫描线32和信号线31之间的交叉点附近，并电连接到扫描线32、信号线31和象素电极35上。排列每个公共电极36使其匹配象素电极35，公共电极36和象素电极35产生一个电场，其分量平行于基片表面。在每个象素中象素电极35、公共电极36和信号线31一次或多次弯曲以构成一个多畴。第二绝缘膜86被排列在象素电极35和公共电极36之间的光透射区域中，并用来改变液晶层34的厚度。
图5示出了图1中的A-A′截面。该构造具有由透明玻璃做成的基片1，布置在基片1对面并且也由透明玻璃做成的另一基片2和固定在基片1和2之间的液晶层34。
基片1具有公共电极36，扫描线32(未示出)，排列在比公共电极36较高的层中的扫描线31，在它们之间具有第一绝缘膜81，基片1还具有匹配公共电极36的象素电极35，该公共电极产生一个分量平行于基片1表面的电场，还具有提供在象素电极35上方的保护膜82，提供在保护膜82上方并具有不平表面以改变液晶层34厚度的第二绝缘膜86，提供在第二保护膜86上方的取向膜85，提供在不同于基片1的液晶一侧的另一侧之上的偏光器6，它根据液晶的排列改变它的光学特性。
公共电极36、象素电极35和扫描线31由厚度大约为0.2μm的导体做成，可为CrMo、Al、铟锡氧化物(ITO)等。第一绝缘膜81和保护膜82由厚度分别为大约0.3μm和0.8μm的绝缘体做成，可为氮化硅等。第二绝缘膜86由厚度大约为1μm的绝缘体做成，它的形成是来处理由或者为无机或者为有机基片的凹陷和凸起部分的形成而造成的水平间隙。此外，很明显本发明不限制上述的膜的厚度和材料。
基片2具有屏蔽来自间隙的多余光的光屏蔽膜5；颜色滤光器4，提供在光屏蔽膜5上来显示分别对应于R、G和B的颜色；用来整平不平整处的平化膜3；提供在平化膜3上方的取向膜85，和提供在不同于基片2的液晶一侧的另一侧上方的偏光器6。
摩擦取向膜85以排列液晶。摩擦方向平行于信号线的延伸方向DLa。弯曲象素电极的一侧和摩擦方向之间的夹角为15度，匹配IPS显示方式。
偏光器6的透射轴或者平行或者垂直于基片上的取向膜85的摩擦方向，在该基片上布置了特殊的偏光器8，并且基片1的偏光器和基片2的偏光器处于正交Nicol棱镜排列，和通常的黑色方式相符。顺便提及，不需要说明本发明并不仅仅局限于上述的摩擦角度，并且本发明也能够应用到正常白色方式上。
在基片1和基片2之间存在分散的珠泡(bead)来确保液晶层34具有足够的厚度。由于这些珠泡也出现在凸起部分上，因此在凸起部分上的珠泡确定了液晶层的厚度。因此，对于每个象素为了使液晶层的平均厚度一致，需要增加凸起部分的面积。为此，使表面不平的第二绝缘膜86被布置在象素中的显示区域外部，诸如在信号线31和扫描线32上方。除此之外，很明显柱形的隔离片也可以应用在第二绝缘膜的位置上。
珠泡的直径大约为3μm，因而液晶层34的厚度大约为4μm，并且液晶层的折射率各向异性大约为0.1，延迟(Δnd)被该组合调整。除此之外，很明显本发明的适用性不局限于该延迟。
关于后照光(未示出)也不加限制。例如，可以使用直接向下的类型或者侧光类型。
在有效矩阵系统中完成驱动。
根据本发明，随着液晶层的厚度发生变化，在液晶层较厚的凹陷部分中弹性能较小，并且当电场施加在象素电极35和公共电极36之间时转换发生在凹陷区域中。因此，可以加快从零灰度级到半灰度级的转换，使得可能提供性能优越地显示移动图像的液晶显示器。
顺便提及，本发明可以很明显地使用保护膜82来形成不平整处而不是第二绝缘膜86。
而且，通过在整个显示区22中形成不平的第二绝缘膜，而不是通过在一些地方提供第二绝缘膜86不在另一些地方提供它而使得表面不平，本发明可明显地应用于改变光透射区域中的液晶层34的厚度。
(对照实例1)
本发明的对照实例1与实施例1的不同之处在于不形成第二绝缘膜86，并且液晶层34的厚度在光透射区域中基本上保持恒定。
图3示出了对照实例1中象素及其周围的电路布置图形的构造。与实施例1不同，没有形成第二绝缘膜。
图4示出了图3中的A-A′截面。与实施例1不同，没有第二绝缘膜，并且液晶层的厚度恒定。
由此，从零灰度级到半灰度进行转换的液晶的响应比实施例1中的要慢。
(实施例2)
实施例2与实施例1的不同之处只在于第二绝缘膜86的形状。因此，将参照图8和9对其进行描述。该实施例匹配权利要求1和5。
图8示出了实施例2中象素及其周围的电路布置图形的构造。与实施例1不同，第绝缘膜86的形状和排列是随机的。
图9示出了图8中的A-A′截面。与实施例1不同，第二绝缘膜的形状、排列和凹陷和凸起部分的深度和高度都是随机的。
然而任何单一象素中的凹陷和凸起部分之间的平方度量中的比例和不同象素中的凹陷和凸起部分的平均深度和高度优选为相等的。如果它们不等，那么象素与象素之间的加快效应将发生改变，导致如不均匀亮度的缺点。
如同实施例1那样，在该实施例中随着液晶层的厚度发生变化，在液晶层较厚的凹陷部分中弹性能较小，并在电场施加到象素电极35和公共电极36之间上时转换发生。由此，可以加快从零灰度级到半灰度级的转换，并且可以提供性能优越地显示移动图像的液晶显示器。
(实施例3)
实施例3与实施例1的不同之处在于第二绝缘膜的形状和排列。将参照图10和11描述这些不同之处。该实施例匹配权利要求6和7。
图10示出了实施例3中象素及其周围的电路布置图形的构造。图11示出了图10中的A-A′截面。
在该实施例中，与实施例1不同，在象素电极35和公共电极36之间，只有一个由第二绝缘膜86造成的归因于凹陷和凸起部分形成的水平间隙。象素电极35重叠在凸起部分上，而公共电极36重叠在凹陷部分上。
这就导致了比实施例1中的要宽的凹陷-凸起图形，能够使第二绝缘膜86比较容易地制作出来。
(实施例4)
实施例4与实施例3的不同之处在于电极和第二绝缘膜的排列。将参照图12和图13描述这个不同。该实施例匹配权利要求9。
图12示出了实施例4中象素及其周围的电路布置图形的构造。图13示出了图12的A-A′截面。
在实施例4中，与实施例3中的不同，象素电极35和信号线31被排列在比第二绝缘膜86较高的层中。公共电极36和扫描线32(在图13中未示出)一起被排列在基片1上方。此时在实施例3中，如同从图11可以看出的，除去产生在象素电极35和公共电极36之间的电场的电力线21之外，穿过液晶层的许多电力线21还穿过第二绝缘膜86。换句话说，电场经过第二绝缘膜86作用到液晶层34上。另一方面，在实施例4中，如同从图13看出的，由于象素电极35被排列在比第二绝缘膜86较高的层中，电场被施加到液晶层34上，而没有穿过第二绝缘膜86。结果实施例4中的驱动电压可以比实施例3中的低。
顺便提及，在没有形成保护膜82的地方，在那里保护膜82和第二绝缘膜86被加工在一起，或者保护膜82和第二绝缘膜86整体上由相同的材料做成，也可以应用本发明，因为液晶层34的厚度可以改变。
(实施例5)
实施例5与实施例4的不同之处在于第二绝缘膜的排列。将参照图14、图15和图16描述这个不同之处。该实施例匹配权利要求10。
图14示出了实施例5中象素及其周围的电路布置图形的构造。图15示出了该实施例的基片2上方的象素及其周围的电路布置图形的构造。图16示出了图14的A-A′截面。
基片1具有公共电极36，扫描线32(在图16中未示出)，排列在比公共电极36较高的层中的信号线31，在它们之间有第一绝缘膜81，产生的电场其分量平行于基片1表面的象素电极35，提供在象素电极35上方的保护膜82，提供在保护膜82上方的取向膜85，提供在不同于基片1的液晶一侧的另一侧之上的偏光器6，它根据液晶的取向改变它的光学特性。
基片2具有屏蔽来自缝隙的多余光的光屏蔽膜5；颜色滤光器4，它提供在光屏蔽膜5上用于显示分别对应于R、G和B的颜色；平化膜3，提供在颜色滤光器4上用于整平颜色滤光器的不平整处；第二绝缘膜86，提供在平化膜3上，用于形成不平整处来改变液晶层34的厚度；提供在第二绝缘膜86上方的取向膜85；提供在不同于基片2的液晶一侧的另一侧上方的偏光器6。
在实施例5中，与实施例4不同，用于形成不平整处来改变液晶层34厚度的第二绝缘膜86被排列在基片2上方。结果，包括象素电极35、公共电极36、信号线31和扫描线32的电极和布线远离第二绝缘膜86，因此即使第二绝缘膜86的厚度发生了变化，象素电极35和公共电极36之间或其他地方的浮动电容不发生起伏，使得难以发生显示的不规律性和其他的缺陷。
(实施例6)
实施例6与实施例5的不同之处在于第二绝缘膜的排列和形状。将参照图14、图17、图18和19描述这些不同之处。该实施例匹配权利要11。
在实施例6中基片1上方的象素及其周围的电路布置图形的构造与图14中的相同。图17示出了该实施例中的基片2上方的象素以及周围的电路布置图形构造。图18示出了图17中的A-A′截面，图19示出了图14和图17中的B-B′截面。
在实施例6中，由第二绝缘膜86形成的凹陷和凸起部分的延伸方向DLb偏离象素电极的延伸方向DLc，并且这两个方向基本正交地相互交叉。结果，即使基片1和基片2相互不对准，第二绝缘膜86对于光屏蔽膜5的位置关系将不会改变；从象素电极35和公共电极36之间的一个区域到另一区域凹陷和凸起部分之间的平方度量中的比例保持不变；缩短液晶响应时间的效应也不变。
(实施例7)
实施例7与实施例6的不同之处在于第二绝缘膜的排列和形状。将参照图14、图20和图21描述这些不同之处。该实施例匹配权利要求12。
在实施例7中基片1上方的象素及其周围的电路布置图形的构造与图14中的相同。图20示出了该实施例中的基片2上方的象素及其周围的电路布置图形构造。图21示出了图20中的A-A′截面。
在实施例7中，附随第二绝缘膜86形成的凹陷和凸起部分的水平间隙的延伸方向DLd与液晶的起始取向DLe一致。结果，当摩擦取向膜85时，在光透射区域中附随凹陷和凸起部分的任何水平间隙上方没有叠置(riding)，使得能够得到均匀的摩擦并且未对准难以产生。
(实施例8)
实施例8与实施例7的不同之处在于第二绝缘膜的排列和形状。将参照图22、图23描述这些不同之处。该实施例匹配权利要求8。
图22示出了实施例8中基片1上方的象素及其周围的电路布置图形构造。图23示出了图22中的A-A′截面。
基片1具有公共电极36，扫描线32(在图23中未示出)，排列在公共电极36上方的第一绝缘膜81，排列在第一绝缘膜81上方的保护膜82，排列在保护膜82上方并形成凹陷和凸起部分来改变液晶层34厚度的第二绝缘膜86，排列在第二绝缘膜86上方的信号线31，排列在比第二绝缘膜86较高的层中并产生的电场其分量匹配公共电极36并平行于基片1表面的象素电极35，提供在象素电极35上方的取向膜85，提供在不同于基片1的液晶一侧的另一侧之上的偏光器6，它根据液晶的取向改变它的光学特性。公共电极36与扫描线32一起被排列在基片1上方。
基片2具有屏蔽来自缝隙的多余光的光屏蔽膜5；颜色滤光器4，提供在光屏蔽膜5上用于描绘分别对应于R、G和B的颜色；平化膜3，提供在颜色滤光器4之上，用于整平颜色滤光器的不平整处；提供在平化膜3之上的取向膜85；提供在不同于基片2的液晶一侧的另一侧之上的偏光器6。
在实施例8中，与实施例7不同，用于形成凹陷和凸起部分来改变液晶厚度的第二绝缘膜86被排列在基片1的上方。结果，即使基片1和基片1相互不对准，第二绝缘膜86不受影响，因此缩短液晶响应时间的效应也不变。
另外在实施例8中，与实施例4不同，附随第二绝缘膜86形成的凹陷和凸起部分的水平间隙的延伸方向DLd与液晶的起始方向DLe一致。为此，当摩擦取向膜85时，在光透射区域中附随凹陷和凸起部分的任何水平间隙上方没有叠置，使得能够得到均匀的摩擦并且未对准等难以产生。
(实施例9)
实施例9与实施例8的不同之处在于第二绝缘膜86、象素电极35和公共电极36的排列和形状。将参照图24描述这些不同之处。该实施例匹配权利要求12。
图24示出了实施例9中的基片1上方的象素及其周围的电路布置图形构造。在实施例9中，与实施例8不同，象素电极35和公共电极36不弯曲。结果，摩擦方向关于信号线31的延伸方向倾斜15度。然而，该实施例在由每个象素电极35的一侧和摩擦方向形成的夹角为15度这一点上与实施例8是相同的。
附随第二绝缘膜86形成的凹陷和凸起部分的水平间隙的延伸方向关于信号线31的延伸方向倾斜15度。然而，它在附随第二绝缘膜86形成的凹陷和凸起部分的水平间隙的伸展方向DLd与液晶的起始方向DLe一致这一点上与实施例8相同。
为此，如同实施例8，当在实施例9中摩擦取向膜85时，在光透射区域中附随凹陷和凸起部分的任何水平间隙上方没有叠置，使得能够得到均匀的摩擦并且未对准等难以产生。
(实施例10)
实施例10与实施例8的不同之处在于第二绝缘膜的排列和形状。将参照图25和图26描述这些不同之处。该实施例匹配权利要求13。
图25示出了在实施例10中的基片1上方的象素及其周围的电路布置图形构造。图26示出了图25中的A-A′截面。
在实施例10中，与实施例8不同，象素电极35和公共电极36不叠置在附随第二绝缘膜86形成的凹陷和凸起部分的水平间隙上方。例如在图22示出的实施例8的部分C中，象素电极35叠置第二绝缘膜86的一个边缘。另一方面，在图25示出的实施例10的部分C中，象素电极35没有叠置第二绝缘膜86。因此，为了观看图22中的平行于A-A′截面的一个截面，尽管一部分象素电极35在第二绝缘膜86之上(水平间隙上方)而另一部分在保护膜82之上(水平间隙下方)，但是在图25中第二绝缘膜86被排列得远离象素电极35。在平行于A-A′截面的任何截面中，象素电极35在保护膜82之上(水平间隙下方)。
为此，在实施例10中，不能产生诸如任何的象素电极35被附随第二绝缘膜86形成的凹陷和凸起部分的水平间隙切断的故障。
(实施例11)
实施例11与实施例10的不同之处在于第二绝缘膜的排列和形状。将参照图27和图28描述这些不同之处。该实施例匹配权利要求14。
图27示出了在实施例11中的基片1上方的象素及其周围的电路布置图形构造。图28示出了图27中的A-A′截面。
在实施例11中，与实施例10不同，附随第二绝缘膜86形成的凹陷和凸起部分的水平间隙重叠在象素电极35和公共电极36上方。例如在图25示出的实施例10的部分C中，附随第二绝缘膜86形成的凹陷和凸起部分的水平间隙没有重叠在象素电极35上。另一方面，在图27示出的实施例11的部分C中，附随第二绝缘膜86形成的凹陷和凸起部分的水平间隙重叠在象素电极35上。
为此，在实施例11中，即使在附随第二绝缘膜86形成的凹陷和凸起部分的任何水平间隙中摩擦变得不充分，而且由此发生不对准，显示也不受影响，这是因为如果这些电极为不透明导体的话，该故障被象素电极35和公共电极36所隐藏。
另外，在实施例11中，如同实施例10，附随第二绝缘膜86形成的凹陷和凸起部分的水平间隙重叠但没有叠置象素电极35和公共电极36上方。因此，如图27所示，第二绝缘膜86通常排列得远离象素电极35，象素电极35在其一边叠置第二绝缘膜86。为此，在平行于A-A′截面的任何截面中，象素电极35通常在保护膜82之上(水平间隙下方)并且只有它的边缘在第二绝缘膜86之上(水平间隙上方)。
结果，如同实施例10，不能产生诸如任何的象素电极35被附随第二绝缘膜86形成的凹陷和凸起部分的水平间隙切断的故障。
(实施例12)
实施例12与实施例9的不同之处在于第二绝缘膜的排列和形状。将参照图29描述这些不同之处。该实施例匹配权利要求13和14。
图29示出了在实施例12中的基片1上方的象素及其周围的电路布置图形构造。
在实施例12中，与实施例9不同，象素电极35和公共电极36没有叠置附随第二绝缘膜86形成的凹陷和凸起部分的任何水平间隙。例如在图24示出的实施例9的部分C中，象素电极确实叠置第二绝缘膜86的一个边缘。另一方面，在图29示出的实施例12的部分C中，象素电极35部分重叠但没有叠置在第二绝缘膜86上方。因此，如图29所示，尽管第二绝缘膜86通常排列得远离象素电极35，但是象素电极35在其边缘叠置在第二绝缘膜86上方。为此，在平行于水平轴的任何截面中，象素电极35通常在保护膜82之上(水平间隙下方)并且只有它的边缘在第二绝缘膜86之上(水平间隙上方)。
结果，在实施例12中，如同实施例10，不能产生诸如任何的象素电极35被附随第二绝缘膜86形成的凹陷和凸起部分的水平间隙切断的故障。
另外，附随第二绝缘膜86形成的凹陷和凸起部分的水平间隙被重叠在象素电极35和公共电极36上方。
为此，在实施例12中，即使在附随第二绝缘膜86形成的凹陷和凸起部分的任何水平间隙部分中摩擦变得不充分，而且由此发生不对准，显示也不受影响，这是因为如果这些电极为不透明导体的话，该故障被象素电极35和公共电极36所隐藏。
(实施例13)
实施例13与实施例11的不同之处在于第二绝缘膜的排列和形状。将参照图30和图31描述这些不同之处。该实施例匹配权利要求6、9、12和13。
图30示出了在实施例13中象素及其周围的电路布置图形构造。图31示出了图30中的A-A′截面。
在实施例13中，与实施例11不同，在象素电极35和公共电极36之间只有一个由第二绝缘膜86形成的归因于凹陷和凸起部分的形成的水平间隙。象素电极35被重叠在凸起部分上方，而公共电极36被重叠在部分凹陷上方。
这就导致了比实施例11中要宽的凹陷-凸起图形，能够使第二绝缘膜86比较容易地制作出来。
顺便提及，由于象素电极35被排列在比第二绝缘膜86较高的层中，电场可以被作用到液晶层34中，而不穿过第二绝缘膜86。结果，驱动电压要比否则的话低。
另外，由于附随第二绝缘膜86形成的凹陷和凸起部分的水平间隙的伸展方向DLd与液晶的起始取向DLe一致，当摩擦取向膜85时，光透射区域中附随凹陷和凸起部分的任何水平间隙上方没有叠置，使得能够得到均匀的摩擦并且未对准难以产生。
另外，由于在光透射区域中象素电极35和公共电极36没有叠置在附随第二绝缘膜86形成的凹陷和凸起部分的水平间隙上方，因此不能产生诸如任何的象素电极35被水平间隙切断的故障。因此如图30所示，象素电极35和信号线31整个形成在第二绝缘膜86上方而不叠置在任何的水平间隙上方。
(实施例14)
实施例14与实施例13的不同之处在于信号线31、象素电极35、公共电极36和第二绝缘膜86的排列和形状。将参照图32和33描述这些不同之处。该实施例匹配权利要求15。
图32示出了在实施例14中的象素及其周围的电路布置图形构造。扫描线32和信号线31相互交叉，并且形成一个象素匹配扫描线32和信号线31围成的区域。每个第一TFTs33被以匹配的方式排列在扫描线32和信号线31之间的交叉点附近，并电连接到扫描线32、信号线31和象素电极35上。排列每个公共电极36使其匹配象素电极35，并且公共电极36和象素电极35产生电场，其分量平行于基片表面。在每个象素中象素电极35、公共电极36和信号线31一次或多次弯曲以构成一个多畴。第二绝缘膜86排列在象素电极和公共电极之间的光透射区域中，并用来改变液晶层34的厚度。信号线31和公共电极36重叠，并且第二绝缘膜86存在它们之间。
图33示出了图32中的A-A′截面。该构造具有由透明玻璃做成的基片1，布置在基片1对面并且也由透明玻璃做成的基片2和固定在基片1和2之间的液晶层34。
基片1具有第一绝缘膜81，排列在第一绝缘膜81上方的信号线31和象素电极35，排列在信号线31和象素电极35上方的保护膜82，排列在保护膜82上方的第二绝缘膜86，重叠在信号线31上方并且它们之间有第二绝缘膜86的公共电极36，排列在与液晶层34的界面上的取向膜85，和提供在不同于基片1的液晶一侧的另一侧之上的偏光器6，它根据液晶的取向改变它的光学特性。公共电极36和扫描线32(在图33中未示出)一起被排列在第一绝缘膜81上方。
公共电极36、象素电极35和扫描线31由厚度大约为0.2μm的导体做成，可为CrMo、Al、铟锡氧化物(ITO)等。第一绝缘膜81和保护膜82由厚度分别大约为0.3μm和0.8μm的绝缘体做成，可为氮化硅等。第二绝缘膜86由厚度大约为1μm的绝缘体做成，可为或者无机或者有机的基片。除此之外，很明显本发明并不局限于上述的膜的厚度和材料。
基片2具有屏蔽来自缝隙的多余光的光屏蔽膜5；颜色滤光器4，提供在光屏蔽膜5上用于描绘分别对应于R、G和B的颜色；平化膜3，提供在颜色滤光器4之上，用于整平颜色滤光器的不平整处；提供在平化膜3之上的取向膜85，提供在不同于基片2的液晶一侧的另一侧之上的偏光器6。
摩擦取向膜85以排列液晶。摩擦方向平行于信号线的延伸方向。弯曲象素电极的一侧和摩擦方向之间的夹角为15度，和IPS显示方式相符。偏光器6的透射轴或者平行或者垂直于基片上的取向膜的摩擦方向，在该基片上布置了该特殊的偏光器，并且基片1的偏光器和基片2的偏光器处于正交Nicol棱镜排列，和通常黑色方式相符。顺便提及，本发明并不局限于上述的摩擦角度，并且还可以应用到通常白色方式上。
在基片1和基片2之间存在分散的珠泡来确保液晶层具有足够的厚度。由于这些珠泡也出现在凸起部分上，因此在凸起部分上的珠泡确定了液晶层的厚度。因此，对于每个象素为了均等液晶层的平均厚度，需要增加凸起部分的面积。为此，使表面不平的第二绝缘膜86被布置在象素中的显示区域外部，诸如在信号线31和扫描线32上方。除此之外，很明显柱形的隔离片也可以应用在第二绝缘膜86的位置上。
珠泡的直径大约为3μm，并且液晶层的折射率各向异性大约为0.1，延迟被该组合调整。除此之外，很明显本发明的应用不局限于该延迟。
关于后照光(未示出)也不加限制。例如，可以使用直接向下的类型或者侧光类型。
在有效矩阵系统中完成驱动。
在实施例14中，随着液晶层的厚度发生变化，在液晶层较厚的凹陷部分中弹性能较小，并且当电场施加在象素电极35和公共电极36之间时转换发生在凹陷区域中。因此，可以加快从零灰度级到半灰度级的转换，使得可能提供性能优越地显示移动图像的液晶显示器。
当施加一个电场时，转换发生在液晶层厚度(deff)较大的区域中，即有效延迟deff·Δneff较大的区域。因此，即使驱动电压较低，使透射率最大化的波长较长，黄色被突出出来。结果，可以缓解彩色灰度级随着驱动电压的上升从蓝色到黄色发生变化的问题，该问题也是示出的液晶层厚度不发生变化的常规液晶装置遇到的问题。
在实施例14中，与实施例13不同，信号线31和公共电极被重叠，在它们之间有第二绝缘膜86，而在实施例13中，排列在每个信号线31上的两个公共电极36被放置在一起。结果，在光刻胶步骤中不用增加掩膜孔径就增加了。
另外在实施例14中，由于信号线31和公共电极36重叠，并且第二绝缘膜86在它们之间，与实施例13中的不同，对于重叠在信号线31上方的区域，实施例14中的第二绝缘膜可以给出比实施例13中的大的平方度量，在光透射区域中凹陷和凸起部分之间的平方度量中的比例被采取是相等的。因此，由于液晶层34的厚度被凸起部分上的珠泡确定，因此实施例14比实施例13容易均匀面板整个区域上方的单独象素中的液晶层34的平均厚度。
而且与实施例11不同，在象素电极35和公共电极36之间，只有第二绝缘膜86造成的归因于凹陷和凸起部分的形成的一个水平间隙。象素电极35被重叠在凸起部分上方，而公共电极36重叠至凹陷部分上方。
这就导致了比实施例11中的要宽的凹陷-凸起图形，能够使第二绝缘膜86比较容易地制作出来。
顺便提及，由于重叠在凸起部分上方的公共电极36被排列在比第二绝缘膜86较高的层中，电场可以应用到液晶层34上而不穿过第二绝缘膜86。结果，驱动电压可以比否则的低。
另外，由于附随第二绝缘膜86形成的凹陷和凸起部分的水平间隙的延伸方向DLd与液晶的起始取向DLe一致，当摩擦取向膜85时，在光透射区域中附随凹陷和凸起部分的任何水平间隙上方没有叠置，使得能够得到均匀的摩擦并且未对准等难以产生。
另外，由于在光透射区域中象素电极35和公共电极36没有叠置在附随第二绝缘膜86形成的凹陷和凸起部分的水平间隙上方，因此不能产生诸如任何的象素电极35被水平间隙切断的故障。
(实施例15)
实施例15与实施例14的不同之处在于第二绝缘膜86的形状和排列。将参照图34和图35描述这些不同之处。该实施例匹配权利要求16。
图34示出了在实施例15中的象素及其周围的电路布置图形构造。图35示出了图34中的A-A′截面。
在实施例15中，与实施例14不同，以比公共电极36更小的宽度选择地形成第二绝缘膜86，此处信号线31和公共电极36重叠。因此，如图35所示，以它们覆盖第二绝缘膜86的方式形成公共电极36。这就使得可能从不需要的噪声电场中切断穿过第二绝缘膜86的凹陷部分和液晶层34的噪声电场，该不需要的噪声电场发生在信号线31和象素电极35之间，(如电力线21指出的)，从而增强了显示性能。
(实施例16)
实施例16与实施例14的不同之处在于第二绝缘膜86的形状和排列。将参照图36和图37描述这些不同之处。该实施例匹配权利要求17。
图36示出了在实施例16中的象素及其周围的电路布置图形构造。图37示出了图36中的A-A′截面。
在实施例16中，与实施例14不同，公共电极36和取向膜85被排列在第二绝缘膜86上方，此处信号线31和第二绝缘膜86重叠。因此，尽管如图33所示，在实施例14中公共电极36被重叠在整个信号线31上方(这意味着图36示出的A-A′截面的整个区域)，如图37所示，在实施例16中公共电极36只重叠在部分的信号线31上方。
因此，通过改变该重叠部分的平方度量，产生在信号线31和公共电极36之间的电容可以改变。在这里电容的调节对导致通过信号线31的视频信号中的延迟是重要的。
因此，尽管在实施例14中通过改变第二绝缘膜86的厚度可以改变电容，但是在实施例16中不但可以通过改变第二绝缘膜86的厚度而且可以通过改变信号线31和公共电极36重叠地方的重叠部分的平方度量而改变电容。因此，选择第二绝缘膜86厚度的自由增加了，并且可以确定第二绝缘膜的厚度使得最优化液晶层34的厚度的不平整处的加快效应。
换句话说，在实施例16中，可以相互独立地完成液晶层34厚度变化的最优化和信号线31和公共电极36之间的电容的最优化。
(实施例17)
实施例17与实施例14的不同之处只在于保护膜82的形状和排列。将参照图32和图38描述这些不同之处。该实施例匹配权利要求19。
图32示出了在实施例17中的象素及其周围的电路布置图形构造。图38示出了图32中的A-A′截面。
在实施例17中，与实施例14不同，不同于形成不平整处的第二绝缘膜86并且也是具有凹陷和凸起部分的绝缘膜的保护膜82被排列在基片1上方，并且形成第二绝缘膜86和保护膜82的不平整处的凹陷部分重叠。因此，如图38所示，由于在实施例17中保护膜82具有凹陷和凸起部分，并且绝缘膜86被排列在保护膜82的凹陷部分中，液晶层厚度的变化小于实施例14中的变化。
因此在实施例17中，通过控制第二绝缘膜86和保护膜82的厚度可以改变液晶层34的厚度。因此，通过改变第二绝缘膜的厚度控制信号线31和公共电极36之间的电容和通过改变第二绝缘膜86的厚度和保护膜82的凹陷和凸起部分的大小这两者的结合控制液晶层34的厚度都是可能的。
换句话说，在实施例17中，可以相互独立地完成液晶层34厚度变化的最优化和信号线31和公共电极36之间的电容的最优化。
除此之外，在该实施例中，从保护膜82的截面开始以结合第二绝缘膜86和保护膜82的形状形成，也可以得到相同的效果。
(实施例18)
实施例18与实施例1的不同之处只在于驱动方法。将参照图39描述这个不同之处。该实施例匹配权利要求20和21。
图39示出了实施例18中的不同布线和电极上的电压随着时间的变化和施加到液晶上的电压随着时间的变化。
在实施例18中，在一个循环周期110内两个选择脉冲供应到扫描线上。在第一选择脉冲101，相同的电压供应到象素电极和公共电极上，施加到液晶的电压减小为零，在正常黑色显示方式中的液晶显示器显示黑色灰度级。在相同的循环周期110内，在下一个选择脉冲102，用于图像显示的电压供应到象素电极上，并且液晶显示器从黑色灰度级变化到图像显示的灰度级。
因此，实施例18使用一种驱动方法，它在显示图像的一个循环周期内具有平衡象素电极电压和公共电极电压的装置。
为此，当每个象素的亮度变化到显示图像的灰度级时，它也总是从黑色灰度级变化到图像显示的灰度级。
由于实施例18具有的构造允许从黑色灰度级到半灰度级的响应时间减小，结合上述的驱动方法和电路将导致经常使用从黑色灰度级到半灰度级的加快转换和由此产生的移动图形显示性能的提高。
除此之外，在实施例1中的有效矩阵驱动被实施例18中的上述驱动方法代替。因此，如果驱动方法被相似地代替了，很明显使用有效矩阵的实施例2至实施例17可以给出与实施例18相同的效果。
(实施例19)
实施例19与实施例18的不同之处只在于驱动方法。将参照图40和41描述这个不同之处。该实施例匹配权利要求22。顺便提及，如果该构造使用后照光源，那么实施例18和19匹配权利要求23。
图40示出了液晶显示器的构造，它为本发明的第19实施例。以这种方式体现本发明的液晶显示器具有供应信号电压到象素电极35上的信号驱动器51，为象素选择供应电压的扫描驱动器52，供应电压到公共电极36上的公共电极驱动器54，控制信号驱动器51、扫描驱动器52和公共电极驱动器54的显示控制器53。
基片1装配有连接到扫描驱动器52上的多个扫描线32，连接到信号驱动器51并与扫描线32交叉的信号线31，匹配地排列在扫描线32和信号线31之间的交叉点附近并电连接到一些扫描线32和信号线31上的第一TFTs33，电连接到第一TFTs33上并匹配信号31的象素电极35，匹配象素电极35的公共电极36，电连接到不同于连接第一TFTs33、象素电极35和公共电极36的扫描线32的扫描线上的第二TFTs33′；电连接到公共电极36和公共电极驱动器54上的公共电极布线36″。
图41示出了实施例19中的不同布线和电极上的电压随时间发生的变化，和施加到液晶上的电压随时间的变化。在实施例19中的驱动中，如图41所示，负选择脉冲103经过公共电极布线36″供应到公共电极36上导致如图40所示的连接第二TFTs33′的那些扫描线32的选择均等，结果是第二TFTs33′被打开，象素电极35的电压和公共电极36的电压变得相等，并且在正常黑色显示方式中的液晶显示器显示黑色灰度级。在这种情况下，由于从第一至第m连续选择扫描线32，只有在公共电极布线36″被驱动的时候连接到选择的扫描线上的第二TFT33′被打开，并且象素电极35的电压和公共电极的电压变得相等。然后通过相同循环周期110中的选择脉冲102，显示图像的电压供应到象素电极上，并且液晶显示器从黑色灰度级变化到图像显示的灰度级。由于在这种情况下选择下一个扫描线32，只有连接到具有与公共电极电压相同的电压的象素电极35上的第一TFT33被打开，并且显示图像的电压供应到象素电极上。如此，由于从第一到第m连续选择扫描线，连接到扫描线上的象素电极被连续选择，使得用于显示图像的电压一旦出现与公共电极电压相等之后就被供应。
因此，实施例19使用一种驱动方法，它在显示图像的一个循环周期内使用装置使象素电极的电压和公共电极的电压相等。
为此，在每个象素的亮度变化到显示图像的灰度级的任何时候，灰度级从黑色变化到显示图像的灰度级。
由于实施例19具有的构造允许从黑色灰度级到中间的变化的响应时间缩短，结合上述的驱动方法和电路将导致经常使用从黑色灰度级到半灰度级的加快转换和由此形成的移动图像显示性能的提高。
另外，在实施例19中，与实施例18不同，使象素电极的电压和公共电极的电压相等的装置不依赖于信号线31，对于不同的象素在同一时间点上可以完成供应显示图像的电压和象素电极电压与公共电极电压的均等，按照需要可以改变显示的灰度级的为期和图像显示的为期之间的比例。
除此之外，在实施例1中的有效矩阵被实施例19中的上述驱动方法代替。因此，如果驱动方法被相似地代替了，很明显使用有效矩阵的实施例2至实施例17可以给出与实施例19相同的效果。
(实施例20)
实施例20与实施例1的不同之处在于不用摩擦，一层光敏材料布置在接触液晶层的区域中以施加光学调准。该实施例匹配权利要求24。因此，适合于光学调准的材料被用作取向膜85，并且液晶层34的起始取向被基本线性的偏转光的照射确定。结果，非对准等难以发生在不平整处造成的任何水平间隙中。可用的光敏材料包括聚乙烯肉桂酸。
顺便提及，实施例20与实施例1的不同之处只在于对准处理。因此，如果光学调准应用到对准处理中，很明显实施例2实施例19可以提供与实施例20相同的效果。
(对照实例2)
本发明的对照实例2与实施例1至实施例20的不同之处只在于驱动方法。将参照图42描述这些不同之处。
图42示出了对照实例2中的不同布线和电极上的电压随时间的变化和象素的亮度随时间的变化。
在对照实例2中，选择脉冲被连续地供应到每个扫描线上，并且用于在每个象素电极上显示的电压被从信号线供应到象素电极上并固定在那里，此后，打开后照光以执行显示。尽管在后照光保持打开的状态下供应电压到象素电极上的常规显示方法涉及移动图像模糊的问题，但是使用对照实例2的驱动方法执行间歇显示可以阻止移动图像模糊。然而，为了在整个屏幕上实现均匀的显示，在电压供应到象素电极上和液晶完全响应后，后照光应该打开，这有后照光为期太短和由此的足够显示的光的无效性问题。
在图42示出的实例中，VG(1)至VG(m)的电压波形(选择脉冲)被连续地供应到第一至第m扫描线上，匹配各自显示的信号电压VD被连续写入象素电极中。在电压被写入到匹配最后信号线(第m)的象素电极中之后，后照光被打开，延迟一固定周期(在这种情况下为5ms)。时间长度被称作一个帧。在这种情况下它为16.6ms。图42示出的象素的亮度级B(1)至B(m)表示连接到匹配特定信号线的第一至第m扫描线上的象素的亮度级。在图中后照光的为期是附有阴影的。在该实例中，在帧(1)和(2)中显示不发生变化。在帧(3)中显示从图像A变化到图像B，在帧(4)和(5)中显示再次保持不变。
从帧(2)到帧(3)，匹配第一和第二扫描线的象素的显示从最高灰度级(等级255)变化到中间灰度级。由于在电压被写入直到后照光打开之后，这些象素的亮度等级B(1)和B(2)具有足够长的时间，在达到所需的中间灰度级(用于显示图像B)之后，后照光出现。另一方面，匹配第m扫描线的象素的显示从最高灰度级(灰度级255)变化到最低灰度级(灰度级0)。在电压施加到象素上直到打开后照光之后，匹配最后或第m扫描线的象素只具有短的时间周期，即5ms，在亮度达到如B(m)指出的灰度级0之前，后照光出现。因此即使对照实例2的驱动方法阻止移动图像的轮廓模糊，尽管对于匹配第一和其他早期的扫描线有效，但是它对于匹配第m和其他后期的扫描线的象素无效。
图43示出了在该对照实例中使用的液晶显示元件的亮度响应特性。在等级256灰度级，在这里示出了从灰度级0到每个灰度级的响应时间，从灰度级255到每个等级的响应时间和中间灰度级到每个灰度级的响应时间。最终达到的灰度级以水平轴表示，响应时间以纵轴表示，在开始点的灰度级被用作参数。在图44A和44B中示出了响应时间的定义。纵轴以灰度级表示亮度，而横轴表示时间长度。在最高灰度级(在这种情况下为灰度级255)到最低灰度级(灰度级0)之间的亮度差值假定为100％，在亮度达到最终达到的灰度级的±5％之后的时间长度定义为一个响应时间。图44A示出了响应从低灰度级(灰度级63)上升到高灰度级(灰度级191)的情况(上升)。达到最终达到的灰度级191的-5％即灰度级178.25的时间长度为另一响应时间。图44B示出了响应从高灰度级(灰度级191)下降到低灰度级(灰度级0)的情况(下降)。达到最终达到的灰度级的±5％即灰度级12.75的时间长度定义为另一响应时间。
尽管根据本发明从灰度级0到每个灰度级的响应时间被提高了5ms或更小，来自灰度级255的响应特征基本上是由于驰豫过程引起的而没有真正的提高，并且此处的响应是慢的，如图43所示。特别是从灰度级255到灰度级0的响应慢，除非直到后照光打开等待的时间被延长，否则将产生在亮度达到灰度级0之前后照光被打开的问题。
(实施例21)
实施例21提出了一种驱动方法来解决对照实例2中涉及的问题。它与实施例1至20的不同之处在于驱动方法。
图45示出了在该实施例中的不同布线和电极上的电压随着时间的变化和象素透射率随着时间的变化。
它与对照实例2的不同之处在于在连续扫描之前通过提供选择脉冲到每个扫描线上匹配灰度级0的电压施加到每个象素上。这由图45中的实框中的脉冲指出。在下文中这些脉冲被称作辅助脉冲。
如图42中的，B(1)至B(m)，VG(1)至VG(m)和VD分别表示象素的亮度级，施加到扫描线上的电压波形(选择脉冲)和施加到信号电压线上的电压波形。另外如图42所示，显示既不在帧(1)也不在帧(2)中发生变化。在帧(3)中显示从图像A变化到图像B之后，它在帧(4)和(5)中再次保持不变。
将在下面解释帧(1)。
匹配第一扫描线的象素的亮度B(1)尽管开始以响应在辅助脉冲上的灰度级0的亮度，但是在立即施加选择脉冲以施加规定的电压(用于显示图像A)到象素电极上时，它立即返回到亮度的先前程度。匹配第二扫描线的象素的亮度B(2)也是如此。由于在应用辅助脉冲之后直到应用选择脉冲有很长的时间，匹配最后扫描线的象素的亮度B(m)到达灰度级0。此后，由于施加选择脉冲，亮度朝向预定的程度(用于显示图像A)响应。由于在这个过程中从灰度级0到每个灰度级的响应是迅速的，采用最大值只有5ms的响应时间，如图42所示，可以在打开后照光(在5ms内)时达到预定的亮度程度(用于显示图像A)。
当每个象素完成上述的响应时，后照光打开，因而在帧(1)中实现均匀的显示是可能的。对于帧(2)也是如此。
在帧(3)中，显示发生变化。
与对照实例2中的情况相似，在帧(2)至帧(3)中匹配第一和第二扫描线的象素的显示从最高灰度级(灰度级255)变化到中间灰度级。由于在电压被写入直到后照光打开之后这些象素的亮度程度B(1)和B(2)允许足够长的时间，在达到所需的中间灰度级(用于显示图像B)之后，后照光出现。另一方面，匹配第m扫描线的象素的显示从最高灰度级(灰度级255)变化到最低灰度级(灰度级0)。在施加辅助脉冲直到施加选择脉冲之后时间长度与帧(1)和帧(2)中的相同，并且由于在施加辅助脉冲直到施加选择脉冲之后它允许足够长的时间，象素的亮度B(m)到达灰度级0。此后，凭借选择脉冲，匹配其为预定等级(用于显示图像B)的灰度级0的电压被施加到象素电极，并且它的亮度B(m)已经到达灰度级0。因此，在后照光打开时，每个象素将到达预定的亮度程度(用于显示图像B)，使得按照预定显示成为可能。
如到此所述，对于匹配靠近第m的最后扫描线的象素，实施例20的使用成功地导致了从灰度级0的快速响应，此时从选择脉冲到后照光的出现的时间长度是短暂的，将没有如对照实例2中的匹配最后扫描线的象素的有缺陷的显示，并因而可以得到满意的显示。
在上述的驱动方法中，该方法通过连续施加选择脉冲将预定的电压写入到每个象素电极中，在此之后，打开后照光，在连续施加选择脉冲之前通过施加匹配灰度级0的电压到每个象素上可以显示满意的移动图像。
除此之外，尽管在该实施例中匹配灰度级0的电压被辅助脉冲施加到每个象素上并保持在那里，根据液晶显示的类型该电压不需要匹配灰度级0。图46示出了TN液晶元件的响应特征。在此示出的情况中，应该施加匹配灰度级63的电压，此时从特定灰度级到任何其他的灰度级的最长响应时间是最短的。因此，根据液晶显示元件的特征，在辅助脉冲的周期内需要将从特定灰度级到任何其他灰度级的最长响应时间最小化的电压施加到每个象素上。
在IPS显示方式中，不需要以辅助脉冲将匹配灰度级0的电压施加到每个象素电极上。在连续施加脉冲电压到扫描线之前，相同的电压可以施加到每个象素电极上，使得可以维持象素电极周围的液晶的最长响应时间比上述的固定周期短的状态。例如，如果固定周期为5ms，那么该状态可以接近灰度级0，或者如果固定周期为6ms，那么该状态可处于灰度级0和63之间的任何位置。
或者，如果寻求固定灰度级的一致性，诸如辅助脉冲可以被用于施加相同的电压到每个象素电极上。否则，通过均等象素电极的电压和公共电解的电压可以施加相同的电压。这样的辅助脉冲的应用也可以使用图2示出的电路，其中辅助脉冲被用在初始选择脉冲的地方，相同的电压供应到象素电极和公共电极上，并且在下一个选择脉冲用于图像显示的电压供应到象素电极上。作为选择，也可以使用图40示出的电路，其中使用辅助脉冲，而不是通过布线36″施加到公共电极36上的选择脉冲，与公共电极相同的电压供应到象素电极上，随后在相同的循环周期内由选择脉冲102将图像显示的电压供应到象素电极上。另一选择包括使用图2示出的电路，其中通过设置信号线电压至灰度级0共同选择所有的扫描线而施加辅助脉冲。在连续施加选择脉冲到扫描线之前通过施加辅助脉冲到每个象素电极上任何这样的电路允许施加预定的电压(接近灰度级0)
另外本领域的那些普通技术人员应该理解针对本发明的实施例已经进行了描述，但是在不脱离本发明的精神和附加权利要求书的范围基础上可以进行各种变化和修改。

Claims (22)

1.一种液晶显示器，包括：
第一基片；
布置在所述第一基片对面的第二基片；
固定在所述第一基片和所述第二基片之间的液晶层；
布置在所述第一基片上的多个扫描线；
布置在所述第一基片上方并与所述扫描线交叉的信号线；
与所述扫描线和所述信号包围的区域对应地构成的象素；
布置在所述第一基片上方并与所述信号线匹配的象素电极；
布置在所述第一基片上方并与所述象素电极匹配的公共电极；
第一有源元件，与所述扫描线和所述信号线的交叉点对应地配置，并电连接到所述信号线、所述扫描线和所述象素电极；以及
布置在所述第一基片上方的绝缘膜，
其中，通过使构成所述液晶层的液晶分子在与所述基片平行的平面内旋转来进行图象显示，以及
在同一个所述象素内的光透射区域内，至少在所述第一基片和第二基片中的任意一个上设有使所述液晶层的厚度变化的不平整处。
2.如权利要求1所述的液晶显示器，其中，所述不平整处是故意形成的用来加快液晶的响应。
3.如权利要求1所述的液晶显示器，其中，所述不平整处是由绝缘膜形成的。
4.如权利要求3所述的液晶显示器，其中，所述绝缘膜包括形成在所述第一基片上方的第一绝缘膜、形成在所述第一绝缘膜上方并在至少或者所述公共电极或者所述象素电极上方以隔离和保护它们的保护膜，以及形成在所述保护膜上方的第二绝缘膜，其中，所述不平整由所述第二绝缘膜形成。
5.如权利要求1所述的液晶显示器，其中，在所述光透射区域中所述液晶层的凹陷和凸起部分之间的平方度量的比率和在各个所述象素中的所述不平整处的平均高度是相等的。
6.如权利要求1所述的液晶显示器，其中，所述象素电极和所述公共电极之间的不平整只造成一个水平高度差。
7.如权利要求6所述的液晶显示器，其中，所述象素电极重叠在构成所述不平整处的或者凹陷或者凸起上，所述公共电极重叠在其上没有重叠所述象素电极的那些所述凹陷或者凸起上。
8.如权利要求1所述的液晶显示器，其中，所述不平整处形成在所述第一基片上方。
9.如权利要求8所述的液晶显示器，其中，至少一些所述象素电极和所述公共电极排列在比构成所述不平整处的所述绝缘膜高的层中。
10.如权利要求1所述的液晶显示器，其中，所述不平整处形成在所述第二基片上方。
11.如权利要求1所述的液晶显示器，其中，所述不平整处布置成条状或锯齿状，并且所述不平整处的延伸方向偏离所述象素电极或者所述公共电极的延伸方向。
12.如权利要求1所述的液晶显示器，其中，所述不平整处是条状，并且由所述不平整处造成的水平高度差的延伸方向与所述液晶的起始取向一致。
13.如权利要求1所述的液晶显示器，其中，至少所述信号线、所述扫描线、所述象素电极和所述公共电极之一没有叠置在由所述不平整处造成的水平高度差上。
14.如权利要求1所述的液晶显示器，其中，至少部分由所述不平整处造成的水平高度差重叠在所述象素电极或者所述公共电极的上方。
15.如权利要求1所述的液晶显示器，其中，至少一些所述信号线和所述公共电极经由构成所述不平整处的所述绝缘膜重叠。
16.如权利要求15所述的液晶显示器，其中，以比所述公共电极小的宽度在所述信号线和所述公共电极重叠的部分中选择性地形成所述绝缘膜。
17.如权利要求15所述的液晶显示器，其中，设置用于排列所述液晶层的取向膜，使之与所述液晶层接触，在所述信号线和所述绝缘膜重叠的部分中，所述公共电极和所述取向膜布置在所述绝缘膜上方，并且所述公共电极重叠在部分所述信号线上方。
18.如权利要求1所述的液晶显示器，其中构成所述不平整处的所述绝缘膜布置在至少一些所述信号线和所述扫描线的上方。
19.如权利要求4所述的液晶显示器，其中，除了构成所述不平整处的所述第二绝缘膜，具有不平整处的所述保护膜布置在所述第一基片上方，而所述第二绝缘膜的凸起重叠在所述保护膜的凹陷上。
20.如权利要求1所述的液晶显示器，还包括在显示一个图像的一个循环周期内均等所述象素电极电压和所述公共电极电压的装置，
其中，所述用于均等所述象素电极电压和所述公共电极电压的装置被设置成使得在所述一个周期内所述扫描线被扫描两次，在任一所述扫描回合中将与所述公共电极相同的电压提供给所述象素电极，而在所述另一扫描回合中将用于显示图像的电压提供到所述象素电极上，或者
所述用于均等所述象素电极电压和所述公共电极电压的装置被设置成，当液晶显示器还包括第二有源元件时，所述象素电极的电压和所述公共电极的电压在所述一个周期内被均等，其中第二有源元件电连接到不同于连接所述第一有源元件、所述象素电极和所述公共电极的扫描线的扫描线上，或者
所述用于均等所述象素电极电压和所述公共电极电压的装置被设置成，在液晶显示器还包括光源的情况下，在所述一个周期内均等所述象素电极电压和所述公共电极电压之后扫描所述扫描线，并在将显示图像的电压施加到所述象素电极上之后，打开光源。
21.如权利要求1所述的液晶显示器，其中，一层光敏材料被布置在至少一部分接触所述液晶层的区域中。
22.如权利要求1所述的一种液晶显示器，还包括：
光源和状态调节单元，
其中，通过在显示图像的一个循环周期内把脉冲电压连续施加到所述扫描线上，将用于显示图像的电压施加到每个所述象素电极上，在该电压保持固定周期后，打开光源；
所述状态调节单元用于使响应时间的最大长度比所述固定周期短，所述响应时间是从刚好任何脉冲电压施加到匹配扫描线的象素的液晶上之前的状态到达任何不同的灰度级所花费的时间，该扫描线是在所述一个周期内最后向其施加脉冲电压的扫描线，其中
在把所述脉冲电压连续施加到所述扫描线之前，所述状态调节单元把相同的电压施加到每个所述象素电极上，或者
在把所述脉冲电压连续施加到所述扫描线之前，所述状态调节单元均等所述象素电极的电压和所述公共电极的电压。
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