CN100448050C - 每个单元中包括肖克莱二极管的双稳态有机电致发光板 - Google Patents

每个单元中包括肖克莱二极管的双稳态有机电致发光板 Download PDF

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Abstract

一种图像显示板，所述图像显示板包括放置在基片上的电致发光单元阵列、至少第一和第二阵列电极(1、6)；每个单元包括串联在所述第一阵列电极和所述第二阵列电极之间的有机电致发光层(5)和p-n-p-n或n-p-n-p结(2)。所获得的双稳态板比较便宜，而且对环境光不敏感。

Description

每个单元中包括肖克莱二极管的双稳态有机电致发光板
技术领域
本发明涉及一种具有记忆效应的电致发光图像显示板、一种包括此板的设备以及一种驱动此板以便显示图像的方法。
背景技术
已经公知的是包括有放置在如基于多晶硅等半导体基片上的电致发光单元阵列的电致发光板；这种板通常是有源矩阵板。
被称为“双稳态”或“记忆效应”板的电致发光板是公知的，其中，每个电致发光单元：
-可以响应选择激活电压寻址信号，从稳定的关(OFF)状态切换到稳定的开(ON)状态，或者反之，响应擦除电压寻址信号，从稳定的开状态切换到稳定的关状态；以及
-通过施加对于板上的所有单元都相同的持续电压，可以保持在通过此地址信号已经设置了的关或开状态。
参考文献US 4035774-IBM、US 4808880-CENT和US 6188175 B1-CDT公开了这种类型的板，其中，每个单元包括堆叠并串联的电致发光层和光电导层。
参考文献FR 2 037 158描述了这种类型的板，其中，每个单元包括串联的光发射二极管和p-n-p-n结。在此文献中所公开的板的缺点在于：必须通过三个电极阵列进行驱动，这是因为在此文献图3和图4中所描述的设备包括：
-公共电极阵列，将每个光发射二极管的接线端之一与发生器20和21(图3)或51和54(图4)的接线端(正接线端)相连；
-只侍服于寻址(即对p-n-p-n结的状态的切换)的电极阵列，将每个p-n-p-n结的接线端之一直接与选择装置23或53相连；
-只侍服于持续(即寻址之后的单元的电源)的电极阵列，将每个p-n-p-n结的相同接线端通过充电限制电阻于选择装置23或53相连。
因而，在参考文献FR 2 037 158中公开的板包括三个电极阵列。
发明内容
本发明的一个目的是，简化设置有p-n-p-n结的板的结构；另一目的是，提供适用于这些简化板的驱动装置。
为此目的，本发明的主题是一种图像显示板，所述图像显示板包括放置在基片上的电致发光单元阵列、第一和第二电极阵列，其中，每个单元包括串联在所述第一阵列电极和所述第二阵列电极之间的有机电致发光层和p-n-p-n或n-p-n-p结，其中，对于每个单元，所述板的电极并不直接与所述结的n型中间子层或p型中间子层相连。
设计这种结，作为肖克莱二极管(Shockley diode)进行工作；从而，获得新型的双稳态板。
n型中间子层或p型中间子层，在n1-p1-n2-p2堆叠中，对应于子层p1和n2，或者在p’1-n’1-p’2-n’2堆叠中，对应于子层n’1和p’2；在传统的p-n-p-n或n-p-n-p结中，这些中间子层可以用作设置结的状态-导通或关断-的“触发器”，有时，这完全不是本发明中的情况；这是因为，按照本发明，这些子层并不与板的每个电极相连，从而极大地简化了板的生产。
结的n-p或p-n界面的平面可以与多个单元的发射表面的平面平行或者垂直于所述平面。
这种双稳态板胜出现有技术的板的主要优点是，在所述双稳态板中，借助于每个单元内部的光电导元件获得双稳态效应。这是因为：
-所获得的记忆效应与环境光无关；在具有光电导元件的板中，环境光的效应可能会使这些元件偶然发生错误；在按照本发明的板中，完全消除了这种风险；而且
-这种板在电致发光元件的接线端以及在p-n-p-n或n-p-n-p结的接线端都不需要分路(shunt)；这种板不需要放大层。
因而，与前述FR 2 037 158中公开的板不同，在这里，板只包括两个电极阵列；因而，仅利用两个电极阵列来获得双稳态记忆效应板，由此，极大地简化了板的生产。
总之，本发明的主题是一种板，所述板包括放置在基片上的电致发光单元阵列、第一和第二电极阵列，其中每个单元包括串联在所述第一阵列电极和所述第二阵列电极之间的有机电致发光层和p-n-p-n或n-p-n-p结，而且其中，所述板的电极并不直接与所述p-n-p-n或n-p-n-p结的n型中间子层或p型中间子层相连。
优选地，所述多个单元的所述p-n-p-n或n-p-n-p结通过绝缘元件相互电绝缘。
优选地，每个单元包括插入在所述电致发光层与所述结之间的电荷注入元件。
优选地，所述电荷注入元件是不透明的。
本发明的主题也是一种用于显示被分成象素或子象素的图像的设备，所述设备包括按照前述权利要求之一所述的板，其特征在于所述设备包括电源和驱动装置：
-适用于将被称为写入触发信号Va的信号接连地施加在当时处于寻址阶段的第二阵列的每个电极上，以及，在此期间，将被称为持续信号Vs的信号施加在当时处于持续阶段的第二阵列的其他电极上；以及
-在将写入触发信号Va施加在第二阵列的所述电极上期间，适用于将被称为状态信号的信号同时施加在第一阵列的电极上，根据是否想要在第二阵列的这个电极随后的持续阶段期间、分别不激活或激活连接在第一阵列的所述电极与第二阵列的所述电极之间的单元，所述状态信号或者为VOff，或者为VOn。
按照驱动矩阵板的传统方法，两个寻址阶段之间的持续阶段的持续时间使其能够对板上单元的亮度进行调制，具体地，产生显示每幅图像所需的灰度级。
优选地，如果VT是板上单元的接线端上的电压，在此电压VT之上，使处于未激活或关状态的单元切换到激活或开状态，并且如果VD是板上单元的接线端上的电压，在此电压VD之下，使处于激活或开状态的单元切换到未激活或关状态，由于Voff大于Von，设计所述电源和驱动装置，使得：
-Va-Von≥VT而Va-Voff＜VT
-VS-Von＜VT而VS-Voff＞VD。
优选地，所述电源和驱动装置也适用于在第二阵列电极的每个寻址阶段，同时将被称为补偿信号的信号VC施加在第一阵列的多个电极上，其中，对于在所述寻址阶段接收到数据信号Von的第一阵列的电极，VC＝VOff，而对于在所述寻址阶段接收到数据信号Voff的第一阵列的电极，VC＝Von。
从而，这样也防止为了寻址第二阵列的电极而向第一阵列的电极发送的信号在其处于持续阶段的同时影响此第二阵列的其他电极，因此干扰了与这些电极相对应的亮度级。
优选地，设计所述电源和驱动装置，使得在每个寻址阶段，施加所述补偿信号VC的持续时间大约等于施加数据信号Von或Voff的持续时间。
附图说明
在阅读以下作为非限制性示例并参照附图所给出的描述时，将更为清楚地理解本发明，其中：
图1示出了如图6所示的单元的电路图；
图2示出了图1所示的两个串联元件的电流电压特性；
图3示出了在向图1和图6中的单元的接线端上施加电压的循环期间，由该单元发射的光强度中的变化；
图4示出了在使用如图5所示的驱动方法时，施加在此单元的接线端上的多种电压；
图5按照设置有如图1和图6所示、由这些电极所连接的单元的本发明示出了施加在两个行电极Yn和Yn+1上以及施加在列电极Xp上的电压的时序图；以及
图6是本发明一个实施例的板的单元的示意性横截面。
示出了时序图的附图并未考虑数值的比例，以便更好地展示出如果考虑到比例而不能清晰表现出的特定细节。
具体实施方式
可以如下制造按照本发明一个实施例的板：
1、在基片7上沉积导电薄膜，如基于铝的导电薄膜等；
2、为了获得行电极阵列Yn，刻蚀导电薄膜；
3、在基片的整个有源表面上，沉积顺序掺杂了p-n-p-n的四层层叠层半导体材料，以便获得适用于形成肖克莱型结的叠层；例如，通过化学气相沉积，沉积a-Si的层叠层，通过适当地选择沉积气体的特性，对这些层中的每一层进行不同的掺杂；
4、在基片的整个有源表面上，沉积有机电致发光层的电荷注入材料；优选地，为了防止光到达p-n-p-n结的层，选择不透明材料；
5、刻蚀在步骤3和步骤4沉积的层，以便形成用于绝缘每个象素或子象素的p-n-p-n肖克莱二极管2和注入层元件；使用适当选择的刻蚀处理，从而在铝电极线上停止刻蚀；
6、为了绝缘，在每个象素或子象素特定的p-n-p-n结和注入层元件之间应用电绝缘4，通过旋涂在绝缘层的整个表面上沉积光敏聚合物，之后，在此层中，产生限定了每个象素的发射区域的孔；方便地，应用此绝缘体能够使表面变平，以便准备用有机OLED多层进行涂覆；
7、通过蒸发，在整个表面上进行如CuPC/TPD/Alq3型传统OLED多层等有机电致发光层的传统沉积；在彩色板的情况下，使用掩膜，有选择并顺序地沉积针对多种颜色一红、绿和蓝的三种OLED多层；
8、例如，通过沉积LiF/Al/ITO多层等，通过沉积透明或半透明的导电材料，形成与行电极垂直的列电极Xp的阵列；可以通过掩膜进行有选择的沉积形成这些电极；如果表面上包括如阴极分离器等形态特征(topographical feature)，也可以在整个表面上形成这种多层，由这些特征分隔，从而形成电极；以及
9、以众所周知的方式，封装整个部件。
图6示出了通过此处理所获得的板上的单元的横截面，其中，将多个层表示如下：
1：铝行电极；
2：顺序掺杂p-n-p-n的a-Si叠层；
3：导电不透明的电荷注入层；
4：使单元相互电绝缘的聚合物层；
5：有机电致发光层；
6：透明或半透明的列电极；
7：基片。
从而，在多个单元的p-n-p-n结之间，层4形成绝缘元件。
在每个单元，电荷注入层3形成电荷注入元件；由绝缘元件将多个单元的电荷注入元件相互电绝缘；这些注入元件并不与阵列的任何电极相连。
所获得的板的结的n-p或p-n界面的平面在这种情况下以对于每个单元堆叠p-n-p-n结和有机电致发光层的方式平行于多个单元的发射表面的平面。
对于每个单元所获得的记忆效应被设计成能够使用一种连续针对板上的每行单元的步骤，包括：寻址阶段，企图接通此行中要被接通的单元；以及然后，持续阶段，企图将此行的单元保持在先前寻址阶段已经设置或释放的状态下；当一行单元处于寻址阶段时，板上其他行的所有单元均处于持续阶段。
按照驱动矩阵板的传统方法，持续阶段的持续时间用以对板上单元的亮度进行调制，尤其用以产生显示每幅图像所需的灰度级。
因而，通过以下步骤实现一种采用板上单元的记忆效应的驱动方法：
-在寻址阶段期间，将接通电压Va-Von只施加在要被接通单元的接线端上；以及
-在持续阶段期间，向所有单元的接线端施加持续电压，该持续电压可以波动，但对于先前被接通的单元，必须保持足够高，以保持接通，并且足够低，不至于冒险接通先前被关断的单元。
因而，寻址阶段是选择阶段；相反，保持阶段是非选择性的，能够向所有单元的接线端施加相同的电压，并极大地简化了驱动该板的方式。
实际上，存在两大类驱动这种板的方法：
-或者，顺序寻址板的所有行，然后，启动持续阶段；于是，寻址和持续阶段在时间上相互分离；
-或者，当正在对一行或一组行进行寻址的同时，其他行处于持续阶段；因而，寻址和持续阶段相互交错。
具有相互分离的寻址和持续阶段的第一种方法的缺点在于：由于在寻址阶段，板上的单元并不发光，板失去了最大亮度方面的性能。
从亮度的观点来看，本发明涉及寻址和持续阶段相互交错的最大优点；于是，问题在于：针对一行的寻址而发送给列电极的信号也影响其他行，尽管这些行处于持续阶段，因而，干扰了与这些行相对应的单元亮度级；这样，一行的单元亮度级受到发送给其他行的寻址信号的影响，干扰了图像显示质量。
按照本发明的驱动方法能够通过如下所述的补偿操作，避免这个缺点。
图1示出了连接在一个阵列的电极的点A和另一阵列的电极的点B之间的、如图6所示的板上单元的等价电路图；板上的每个单元可以在电学上表示为通过公共点C与p-n-p-n结SD串联的发光二极管LED。
现在，我们将更为精确地描述如何在每个板单元的操作中方便地获得记忆效应。
图2示出了图1所示类型的单元的两个元件LED和SD中的每一个的电流(I)-电压(V)特性：
-实线表示OLED型发光二极管的传统特性曲线；
-虚线表示作为肖克莱型二极管进行工作的p-n-p-n结的传统特性曲线，如在文章“Physique des semi-conducteurs et descomposants  électroniques[Physics of semiconductors andelectronic components]”Henry Mathieu，Masson出版，第四版，ISBN：2-225-83151-3，1997年中所描述的那样；在低电压处，此元件具有非常高的阻抗SDRH；在击穿电压SDVBO之上，此结的阻抗突然下降到SDRL＜＜SDRH的水平；之后，沿相反的方向，在被称为熄灭电压SDVO＜＜SDVBO以下，此结的阻抗再次显著地升高到初始水平；在切换时，沿上升方向或沿下降方法，结中的电流被称为SDIBO。
假设处于导通位置的p-n-p-n结的低阻抗SDRL与施加有击穿电压SDVBO量级的电压的发光二极管LED的阻抗相比较较小；当两个元件LED和SD串联时，在p-n-p-n结SD切换到低阻抗导通位置时发光二极管的接线端上的电压被称为LEDVBO。
如果CELLV是施加在两个元件的串联的接线端上的电压，则CELLV＝SDV+LEDV，其中：
-SDV＝SDRH/(SDRH+LEDR)·CELLV      (R1)
-LEDV＝LEDRH/(SDRH+LEDR)·CELLV    (R2)
其中LEDR是发光二极管的动态阻抗。
如果I是此串联中的电流强度，此串联的特征曲线可以分为由过渡区分隔的两个工作区域：处于关状态的第一工作区域，其中，I＜SDIBO；第一过渡关/开区域，其中，I接近SDIBO；处于开状态的第二工作区域，其中I＞SDIBO；以及第二过渡开/关区域。
1、第一工作区域：I＜SDIBO(关状态)
在串联的接线端上的电压按照这些元件的动态电阻在元件LED和SD之间进行分配：这样，SDV＝SDRH·I，以及LEDV＝LEDRH·I。
其中，LEDRH是处于与p-n-p-n二极管未导通的区域相对应的“高阻”区域中的发光二极管的动态电阻。
2、第一过渡区域：p-n-p-n二极管的关/开切换：
设VT为关/开切换时施加在串联的接线端上的电压；连续地有以下状态：
-刚好在切换到开状态之前，CELLV＝VT-ε‘，而且SDV SDVBO，I＝SDIBO-ε；由于单元仍然处于关状态，于是与先前一样，VT-ε‘＝(SDRH+LEDRH)·(SDIBO-ε)，于是，在二极管的接线端的电压LEDVBO为LEDRH·SDIBO；
-刚好在切换到开状态之后，CELLV＝VT+ε‘，由于单元现在处于开状态，则SDV＝SDVO＜＜SDVBO。
于是，电流I将等于SDIBO+ε；电压SDV等于SDRL·I，而且如果发光二极管LED适应SD结的整个阻抗变化，则：LEDV＝LEDRH·I+(SDRH-SDRL)·I。
但是，此工作点并不稳定，而串联中的电流I将增加到数值IP＞SDIBO，从而VT+ε‘＝(SDRL+LEDRL)·IP，其中，LEDRL是处于与p-n-p-n二极管导通的区域相对应的“低阻”区域中的发光二极管的动态电阻，并且其中LEDRL＜LEDRH。
这样，SDV＝SDVP＝SDRL·IP，以及LEDV＝LEDVP＝LEDRL·IP。
3、第二工作区域：I＞SDIBO(开状态)：
已经发现在串联的接线端上的电压CELLV可以下降到关/开切换数值VT以下，同时将串联保持在开状态；于是，电流强度下降到IP以下，同时保持在IBO以上。
4、第二过渡区域：p-n-p-n二极管的开/关切换：
在开/关切换时施加在串联的接线端上的电压被称为VD；从而，VD＝SDVO+LEDVBO。
由于系统具有两个工作区域，所以被称为双稳态系统。
这里应当注意的是，无论肖克莱二极管SD的阻抗如何，电流都流过发光二极管LED：因而，在该系统的两个状态下，都发光；但是，在关/开或开/关过渡区域中的电流变化足够大，以产生适用于显示图像所需的对比度的光强度变化。
对于中间电压CELLV＝VS，使得VD＜VS＜VT，因而，二极管发出大量的光；如果SDVSUS是这时在p-n-p-n结的接线端的电压，而LEDVSUS是在发光二极管的接线端的电压，则VS＝SDVSUS+LEDVSUS。
图3针对与施加在刚刚已经描述过的两个元件的串联的接线端上的电压的增长和之后电压的下降相对应的循环，描述了二极管的发光强度；此图清楚地对应于传统的双稳态工作；如图6所示，按照本发明的单元的结构真正地提供了想要的记忆效应。
现在，将对在将前述类型的驱动方法施加在按照本发明的电致发光板上时所获得的记忆效应进行更为精确的描述。
按照这种传统的驱动方法，图5描述了：
-在板上的行n电极和列p电极之间设置的单元En，p，点亮此单元的完整寻址阶段“寻址-n”，使单元持续点亮t＞t1，
-对于下一行单元En+1，p的完整寻址阶段“寻址-n+1”，不接通此单元，保持关闭t＞t2。
三个时序图Yn、Yn+1、Xp表示为了获得此序列而施加在行电极Yn、Yn+1和列电极Xp上的电压。
按照本发明并参照图5，每个寻址阶段顺序包括：擦除操作OE、写入操作OW和补偿操作OC。
图5的底部示出了这些单元的开状态或关状态、在这些单元的接线端上的电位值En，p、En+1，p。
按照本发明的板设置有适合于将以下信号传递给电极的电源和驱动装置：
-在行电极的情况下，或者为擦除电压VE-Y或者为写入触发Va或者为持续电压VS；
-在列电极的情况下，或者为数据激活电压Von或者为数据非激活电压Voff或者为数据擦除电压VE-X。
实现这种电压装置在本领域的技术人员的能力范围之内，在这里将不再进行详细描述。
为了获得在图5的底部所示的开或关状态，因而，需要的是，通过在图1所示的单元的接线端上施加：
-向处于关状态的单元施加电位差(Va-Von)，将此单元切换为开状态；
-向处于开状态或关状态的单元施加电位差(VS-Von)、(VS-Voff)或(Va-Voff)，将此单元分别保持在开状态或关状态；以及
-向处于开状态的单元施加电位差(VE-Y-VE-X)，将此单元切换为关状态。
为了获得想要的记忆效应，必须设计应用于按照本发明的板的驱动方法，使得施加在行或列电极上、上面参照图5所描述的信号的数值满足以下关系：
-(Va-Von)＞VT，
-VD＜(VS-Von)，VD＜(VS-Voff)而且(Va-Voff)＜VT，
-(VE-Y-VE-X)＜VD。
优选地，为了简化板的电压和驱动装置，取Von等于零。
在写入到板上的行Yn的每次操作OW之前，通常执行擦除操作OE，此操作在于将擦除信号VE-Y以及VE-X分别施加在寻址和持续电极以及数据电极上；需要选择VE-Y-VE-X＜VD，从而关闭由所述寻址和持续电极提供的单元；通常，如图5所示，为了简化电压和驱动装置，选择电压，使得VE-Y＝VE-X＝Von。
在用于写入到板上的行Yn的每次写入操作OW期间，发送给多个列X1、…、Xp、…的信号的平均值依赖于在此行Yn中要被激活或不被激活的单元的数目；在此写入操作期间，板上所有的其他行都处于持续阶段，由施加在这些行上的电位VS与施加在列电极Xp上的电位Von或Voff之间的电位差为这些行的激活单元供电；因而，可以看到在处于持续阶段的单元的接线端上的电位差依赖于其所属于的列而变化：VS-Von或VS-Voff；因此，其他行的单元所发出的光功率将根据其所属的列，依赖于是否要激活行Yn的单元而变化。
跟随在每个写入操作之后的补偿操作OC能够避免此缺点：如图5所示，此操作在于：向在前一写入操作OW期间接收到数据信号Von的列X施加电压VOff，或者向在前一写入操作OW期间接收到数据信号Voff的列X施加信号Von；此外，如果施加此补偿信号的持续时间近似等于施加前一数据信号Von或Voff的持续时间，可以说是，通过结合写入操作的持续时间和补偿操作的持续时间，无论对哪一行进行寻址以及无论在这些行中要激活或不要激活的单元的数目，所有列平均都接收到相同的电位，从而能够避免前述缺点；按照本发明合并在寻址阶段中的这些补偿操作能够确保板上未寻址单元的发射均匀性。
从而，我们已经示出了可以如何以非常简单的方式、借助于所获得的记忆效应方便地驱动按照本发明的电致发光板，优选地，通过在寻址阶段中增加补偿操作，驱动按照本发明的电致发光板。
已经参照其中每个单元对应于图6的电致发光板，对本发明进行了描述；但是，显而易见的是，对于本领域的技术人员，在不偏离所附权利要求的范围的前提下，可以实现其他类型的板。
具体地，可以使用n-p-n-p结代替上述的p-n-p-n结；于是，需要在板的制造期间，转换阳极层和阴极层；换句话说，如果在肖克莱二极管上首先沉积阳极层，将选择如上所述的p-n-p-n型结；相反，如果在肖克莱二极管上首先沉积阴极层，将选择n-p-n-p型结。

Claims (8)

1、一种图像显示板，所述图像显示板包括放置在基片上的电致发光单元阵列、第一和第二阵列电极(1、6)，其中，每个单元包括串联在所述第一阵列电极和所述第二阵列电极之间的有机电致发光层(5)和p-n-p-n或n-p-n-p结(2)，其中，对于每个单元，所述板的电极并不直接与所述结的n型中间子层或p型中间子层相连，其特征在于所述电致发光层(5)是有机物，而且其中，所述板只包括两个电极阵列(1、6)。
2、按照权利要求1所述的板，其特征在于所述多个单元的所述p-n-p-n或n-p-n-p结(2)通过绝缘元件(4)相互电绝缘。
3、按照前述权利要求之一所述的板，其特征在于每个单元包括插入在所述电致发光层(5)与所述结(2)之间的电荷注入元件(3)。
4、按照权利要求3所述的板，其特征在于所述电荷注入元件(3)是不透明的。
5、一种用于显示被分成象素或子象素的图像的设备，所述设备包括按照前述权利要求之一所述的板，其特征在于所述设备包括电源和驱动装置：
-适用于将被称为写入触发信号Va的信号接连地施加在当时处于寻址阶段的第二阵列的每个电极上，以及，在此期间，将被称为持续信号VS的信号施加在当时处于持续阶段的第二阵列的其他电极上；以及
-在将写入触发信号Va施加在第二阵列的所述电极(Yn)上的期间，适用于将被称为状态信号的信号同时施加在第一阵列的电极(X1、…、Xp、…)上，根据是否想要在第二阵列的这个电极随后的持续阶段期间、分别不激活或激活连接在第一阵列的所述电极与第二阵列的所述电极之间的单元，所述状态信号或者为VOff，或者为VOn。
6、按照权利要求5所述的设备，其特征在于如果VT是板上单元的接线端上的电压，在此电压VT之上，使处于未激活或关状态的单元切换到激活或开状态，并且如果VD是板上单元的接线端上的电压，在此电压VD之下，使处于激活或开状态的单元切换到未激活或关状态，由于Voff大于Von，设计所述电源和驱动装置，使得：
-Va-Von≥VT而Va-Voff＜VT
-VS-Von＜VT而VS-Voff＞VD。
7、按照权利要求5或6所述的设备，其特征在于所述电源和驱动装置也适用于在第二阵列电极(Yn)的每个寻址阶段，同时将被称为补偿信号的VC施加在第一阵列的多个电极(X1、…、Xp、…)上，其中，对于在所述寻址阶段接收到数据信号Von的第一阵列的电极，Vc＝VOff，而对于在所述寻址阶段接收到数据信号Voff的第一阵列的电极，VC＝Von。
8、按照权利要求7所述的设备，其特征在于设计所述电源和驱动装置，使得在每个寻址阶段，施加所述补偿信号VC的持续时间大约等于施加数据信号Von或Voff的持续时间。
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