TWI403810B - 垂直配向型液晶顯示裝置 - Google Patents

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TWI403810B
TWI403810B TW098137693A TW98137693A TWI403810B TW I403810 B TWI403810 B TW I403810B TW 098137693 A TW098137693 A TW 098137693A TW 98137693 A TW98137693 A TW 98137693A TW I403810 B TWI403810 B TW I403810B
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Yu Cheng Lin
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Description

垂直配向型液晶顯示裝置
本發明係關於一種垂直配向型液晶顯示裝置。
液晶顯示裝置中之液晶本身不具有發光特性，其是採用電場控制液晶分子扭轉而實現光之通過或不通過，從而達到顯示之目的。傳統液晶顯示裝置之液晶驅動方式為扭轉向列模式，然而其視角範圍比較窄，即，從不同角度觀測畫面時，將觀察到不同之顯示效果。
為解決傳統扭轉向列模式液晶顯示裝置視角較窄之問題，業界提出了一種垂直配向型液晶顯示裝置，通常在面板內部設置多個用來使液晶分子取向之突起結構，以改善液晶顯示裝置之視角特性。
然而，該突起結構使得垂直配向型液晶顯示裝置較普通液晶顯示裝置至少增加一道光罩製程，導致製程複雜，成本較高，同時，該突起結構也易產生暗態漏光，從而降低垂直配向型液晶顯示裝置之對比度。
有鑑於此，提供一種製程簡單、對比度較高之垂直配向型液晶顯示裝置實為必要。
一種垂直配向型液晶顯示裝置，其包括一第一基板、一與該第一基板相對設置之第二基板和一夾於該兩個基板之間之液晶層，該液晶層之液晶分子是垂直配向，其中，該液晶層之液晶分子介電常數為正，該第二基板包括多個第一電極和至少一第二電極，該多個第一電極與該至少一第二電極用於產生電場驅動該液晶層之多個液晶分子沿平行於該第一、第二基板之方向排列。
與現有技術相比較，本發明垂直配向型液晶顯示裝置通過設置在該第二基板多個第一電極和第二電極，產生該電場驅動該液晶層之大部分液晶分子沿其長軸平行於該第 一、第二基板之方向扭轉並排列，不僅可以達到較廣視角之顯示，而且由於本發明垂直配向型液晶顯示裝置相對於現有技術不需要突起結構及其相關制程，使得該垂直配向型液晶顯示裝置之製程簡化，成本降低。
請參閱一併圖1和圖2，圖1是本發明垂直配向型液晶顯示裝置第一實施方式之部分平面結構示意圖，圖2是圖1沿線II-II之剖面示意圖。該垂直配向型液晶顯示裝置100包括一第一基板110、一與該第一基板110相對且平行設置之第二基板120和位於該第一、第二基板110、120之間之液晶層130。該液晶層130包括多個液晶分子131，該液晶分子131介電常數為正且具有異方性。
該垂直配向型液晶顯示裝置100還包括多條相互平行之掃描線140、多條相互平行且與該掃描線垂直絕緣相交之資料線142、多個位於該掃描線140與該資料線142相交處之薄膜電晶體144、多個位於該掃描線142與該資料線144相交構成之最小矩形區域內之第一電極150和第二電極160以及多條與該掃描線140平行且與該掃描線140依次間隔設置之存儲電容線146。該掃描線140、該資料線142、該第一電極150、該第二電極160、該薄膜電晶體144和該存儲電容線146通常設置於該第二基板120臨近該液晶層130一側。
該掃描線140與該資料線142相交構成之最小矩形區域界定了多個畫素區域170。每一畫素區域170對應一薄膜電晶體144、多個第一電極150和多個第二電極160。該薄膜電晶體144之閘極連接於臨近之一掃描線140，源極連接於臨近之一資料線142，汲極連接臨近之一第一電極150。
該多個第一電極150均為直條形，每一畫素區域170之多個第一電極150共具有兩個延伸方向，依照延伸方向 之不同該多個第一電極150可以標識為第一電極150a和第一電極150b。
該多個第一電極150a是等間距平行排列，且均沿一第一方向延伸。該多個第一電極150b也是等間距平行排列，且沿一不同於該第一方向之第二方向延伸。該第一方向可以是從左上到右下之延伸方向，該第二方向可以是從左下到右上之延伸方向。沿該畫素區域170平行於該掃描線140之一中軸線O-O可以將該畫素區域170分割為一上半區域172和一下半區域174。於本實施方式中，該多個第一電極150a均排列在該上半區域172內，且每一第一電極150a之兩端都延伸至該上半區域172之邊緣；多個第二電極160b均排列在該下半區域174內，且每一第一電極150b之兩端都延伸至該下半區域174之邊緣。該第一方向與該第二方向之間之夾角優選為90度，同時該第一方向與該掃描線140之夾角優選為45度，而該第二方向與該掃描線140之夾角也為45度。
該多個第二電極160均為直條形，每一畫素區域170之多個第二電極160共具有兩個延伸方向，依照延伸方向之不同該多個第二電極160可以標識為第二電極160a和第二電極160b。
該多個第二電極160a等間距平行排列，且均沿該第一方向延伸。該多個第二電極160b也是等間距平行排列，且沿該第二方向延伸。該多個第二電極160a實質上是與該多個第一電極150a相互平行且交替間隔設置之，詳細地說，每二相鄰之第一電極150a之間設置一第二電極a，且該第二電極160a最好位於該二相鄰之第一電極150a之中間位置，即該第二電極160a與該二相鄰之第一電極150a之距離是相等之。該多個第二電極160b實質上是與該多個第一電極150b相互平行且間隔設置之，詳細地說，每二相鄰之第一電極150b之間設置一第二電極160b，且該第二電極 160b最好位於該二相鄰之第一電極150b之中間位置，即該第二電極160b與該二相鄰之第一電極150b之距離是相等之。該多個第二電極160a均排列在該上半區域172內，且每一第二電極160a之兩端都延伸至該上半區域172之邊緣；多個第二電極160b均排列在該下半區域174內，且每一第二電極160b之兩端都延伸至該下半區域174之邊緣。
事實上，該垂直配向型液晶顯示裝置100工作時，每一畫素區域170之多個第一電極150被提供相同之畫素電壓，即每一畫素區域170之多個第一電極150實際上是電性連通之，因此，可以通過多個連接部152將每一畫素區域170之多個第一電極150連通。而連通每一畫素區域170內之多個第一電極150之方式是多樣的，於本實施方式中，其可以通過圖3所示之方式連通；每一畫素區域170之多個第二電極160被提供相同之公共電壓，即每一畫素區域170之多個第二電極160實際上是電性連通的，因此，可以通過多個連接部162將每一畫素區域170之多個第二電極160連通。連通每一畫素區域170內之多個第二電極160之方式是多樣的，於本實施方式中，其可以通過圖4所示之方式連通。
請一併參閱圖2與圖5，當該垂直配向型液晶顯示裝置100未處於工作狀態時，即該多個第一電極150和多個第二電極160未被提供相應之畫素電壓和公共電壓，該多個液晶分子131均沿其長軸垂直於該第一、第二基板110、120方向排列，使得該垂直配向型液晶顯示裝置100處於暗態。
當該垂直配向型液晶顯示裝置100處於工作狀態時，即該多個第一電極150和多個第二電極160分別被提供畫素電壓和公共電壓時，該第一電極150和與該第一電極150相鄰之第二電極160之間產生如圖5示之弧形電場E，受該弧形電場E之影響，該液晶分子131將沿著其長軸平行 於電場線之方向排列，使得該垂直配向型液晶顯示裝置100處於亮態。該弧形電場E可以包括平行於該第一、第二基板110、120之水準電場分量和垂直於該第一、第二基板110、120之垂直電場分量。其中，臨近該第一電極150和臨近該第二電極160之區域之垂直電場分量比例較大，因受該垂直電場分量之影響，臨近該第一電極150和臨近該第二電極160之液晶分子131大多沿其長軸平行於該垂直電場分量E2之方向排列，即沿垂直於該第一、第二基板110、120之方向排列；而該第一電極150和該第二電極160之間之區域水準電場分量比例較大，從而該第一電極150和該第二電極160之間之區域之液晶分子131大多沿平行於該第一、第二基板110、120之方向排列。
事實上，該弧形電場E是漸近變化的，不同區域之液晶分子131受該水準電場分量E1之影響與受該垂直電場分量E2之影響是不同的，因此該畫素區域170內之液晶分子131會具有多個不同且漸近變化之排列方向。然而，由於該第一電極150與第二電極160位於同一平面且相互平行，該弧形電場E之水準電場分量通常遠大於垂直電場分量，故除受該垂直電場分量影響較大之區域，該畫素區域170之大部分液晶分子131沿其長軸平行於該第一、第二基板110、120之方向排列。
另外，通常遠離該第一、第二電極150、160之區域電場較小，因此靠近該第一基板110且遠離該第二基板120之液晶分子131受電場之影響較小，可能不發生扭轉而是維持其排列方向，即保持沿其長軸垂直於該第一、第二基板110、120之配向方向排列。
同時，由於該畫素區域170之多個第一、第二電極150、160均具有兩個延伸方向，因此，具有該第一方向之多個第一、第二電極150、160產生之弧形電場和具有該第二方向之多個第一、第二電極150、160產生之弧形電場是 不同的。由此，本實施方式中，該上半區域172之液晶分子131與該下半區域174之液晶分子131之排列是不同的。詳細之說，該上半區域172之弧形電場之水準電場分量是垂直於該第一方向的，而該下半區域174之弧形電場之水準電場分量是垂直於該第二方向的，即該上、下半區域172、174之弧形電場之水準電場分量之方向事實上是不相同的，因此雖然該上、下半區域172、174之大部分液晶分子131雖然均是沿其長軸平行於該第一、第二基板110、120之方向排列，然而，在水平面內，該上半區域172之液晶分子131之排列方向與該下半區域174之液晶分子131之排列方向互相垂直，進而整個畫素區域170之液晶分子131具有更多之排列方向，使得該垂直配向型液晶顯示裝置100具有更好之視角。
與現有技術相比較，本發明垂直配向型液晶顯示裝置100通過設置在該第二基板120多個第一電極150和第二電極160，產生該弧形電場驅動該液晶層130之大部分液晶分子131沿其長軸平行於該第一、第二基板110、120之方向扭轉並排列，並通過設置該多個第一電極150和第二電極160具有兩個延伸方向使整個畫素區域170之液晶分子131具有更多之排列方向，不僅達到了廣視角顯示，而且由於本發明垂直配向型液晶顯示裝置100相對於現有技術不需要突起結構及其相關制程，使得該垂直配向型液晶顯示裝置100之製程簡化，成本降低。
另外，由於該垂直配向型液晶顯示裝置100處於暗態時，該液晶層130之液晶分子131均沿其長軸垂直於該第一、第二基板110、120之方向排列，而該液晶層130之液晶分子131沿其長軸方向之光通過率是最小的，因此，該垂直配向型液晶顯示裝置100基本上沒有暗態漏光，暗態較暗。當垂直配向型液晶顯示裝置100處於亮態時，該液晶層130之液晶分子131大部分均沿其長軸平行於該第 一、第二基板110、120之方向排列，而液晶層130之液晶分子131沿其短軸方向之光通過率是最大的，故垂直配向型液晶顯示裝置100之光通過率更高，亮態更亮。因此，該垂直配向型液晶顯示裝置100之對比度較高。
請參閱圖6和圖7，圖6是本發明垂直配向型液晶顯示裝置第二實施方式之部分平面結構示意圖，圖7是圖6沿線III-III之剖面示意圖。該垂直配向型液晶顯示裝置200與第一實施方式之垂直配向型液晶顯示裝置100之區別主要在於：多個第一電極250和多個第二電極260並不是等間距排列，至少一第二電極260與其兩側之第一電極250之間距不同，且分別為一第一間距L1和一小於該第一間距之第二間距L2。其中，該第一間距L1和第二間距L2優選在4um-10um之範圍內。
與第一實施方式相比，該垂直配向型液晶顯示裝置200之每個畫素區域270之多個第一電極250和多個第二電極270並不是等間距排列，具有該第一間距L1之第一、第二電極250、260產生之電場E1與具有該第二間距L2之第一、第二電極產生之電場E2之強度和方向都是不同的，因此，具有該第一間距L1之第一、第二電極250、260驅動之液晶分子231之排列方向與有該第二間距L2之第一、第二電極250、260驅動之液晶分子231之排列方向有所不同，進而，該垂直配向型液晶顯示裝置200之每個畫素區域270之液晶分子231具有更多之排列方向，視角更好。
請參閱圖8和圖9，圖8是本發明垂直配向型液晶顯示裝置第三實施方式之部分平面結構示意圖，圖9是圖8之部分放大示意圖。該垂直配向型液晶顯示裝置300與第一實施方式之垂直配向型液晶顯示裝置100之區別主要在於：第二電極360是彎曲之波浪形，該第二電極360到與其相鄰之第一電極350之距離是變化的。其中，該第二電極360是彎曲之波浪形而具有多個切線方向，該第二電極 360之多個切線方向該與該第一電極350之延伸方向(第一方向)之夾角範圍優選在0到15度之間；該第二電極360到與其相鄰之第一電極350之距離優選變化範圍是3.5~13.5um，優選地，該第二電極360到與其相鄰之第一電極350之距離最小值Lmin為4.5um，最大值Lmax為8um；同時；該第一、第二電極350、360之寬度優選在3.5um；第一與第二基板之間之液晶層之厚度優選在3.5um；且該液晶層之液晶分子優選為：長軸方向之介電常數/短軸方向之介電常數等於10之正性液晶。
該垂直配向型液晶顯示裝置300中，相鄰之第一電極350與第二電極360之間之間距是連續變化的，因此，該第一電極350與該第二電極360之間之電場之強度相應之也是連續變化的，進而該第一電極350與第二電極360之間之液晶分子之傾斜和排列之方向也是連續變化的，使得該垂直配向型液晶顯示裝置300之每個畫素區域370之液晶分子具有更多之且連續變化之排列方向，故，該垂直配向型液晶顯示裝置300視角更好。
同時，該液晶層之液晶分子優選為：長軸方向之介電常數/短軸方向之介電常數等於10之正性液晶，其對電場之反應速度更加靈敏，因此，該垂直配向型液晶顯示裝置300之回應速度較好。
請參閱圖10，圖10是本發明垂直配向型液晶顯示裝置第四實施方式之剖面示意圖。該垂直配向型液晶顯示裝置400與第一實施方式之垂直配向型液晶顯示裝置100之區別主要在於：第一基板410臨近該液晶層一側設置有多個第三電極462，該多個第三電極462與多個第二電極460一一對應之相對設置，且優選地，該多個第三電極460對應與該多個第二電極460具有相同之形狀，延伸方向也相同。該多個第三電極462與第一電極450進一步產生圖示方向之傾斜電場E3，可以驅動臨近該第一基板410之液晶 分子431扭轉。
請參閱圖11，圖11是本發明垂直配向型液晶顯示裝置第五實施方式之剖面示意圖。該垂直配向型液晶顯示裝置500與第四實施方式之垂直配向型液晶顯示裝置400之區別主要在於：第一基板510臨近該液晶層530一側設置有多個第四電極552，該多個第四電極552與多個第一電極550一一對應之相對設置，且優選地，該多個第四電極552對應與該多個第一電極550具有相同之形狀，延伸方向也相同。該多個第四電極552被施加與該第一電極550相同之畫素電壓或者浮接而感應該畫素電壓，該多個第四電極552與第三電極55進一步產生圖示方向之弧形電場E，可以更好之驅動臨近該第一基板510之液晶分子531向其長軸平行於該第一、第二基板510、520之方向扭轉。
請參閱圖12，圖12是本發明垂直配向型液晶顯示裝置第六實施方式之剖面示意圖。該垂直配向型液晶顯示裝置600與第四實施方式之垂直配向型液晶顯示裝置400之區別主要在於：第二基板620進一步設置一電極層664，該電極層664與該第一、第二電極650、660之間設置一絕緣層666，且優選地，該第一、第二電極650、660是位於液晶層630與該絕緣層666之間。該電極層664可以被施加與第二電極660相同之電壓，即公共電壓，因此，該電極層660與該第一電極650可以產生邊緣電場E4驅動其內之液晶分子630扭轉，使得更多之液晶分子630沿其長軸平行於該第一、第二基板610、620之方向排列。
此外，在本實施方式垂直配向型液晶顯示裝置600之一變形實施例中，該第二基板620可以設置該電極層664、設置於該電極層664上之絕緣層666和設置於該絕緣層666上之多個第一電極650，即可以不設置多個第二電極660和第三電極652。該電極層664被施加公共電壓，該多個第一電極650被施加畫素電壓，該電極層664與該多個第 一電極650可以產生邊緣電場驅動該液晶層630之液晶分子631沿其長軸平行於第一、第二基板610、620之方向排列。
請參閱圖13，圖13是本發明垂直配向型液晶顯示裝置第七實施方式之部分平面結構示意圖。該垂直配向型液晶顯示裝置700與第一實施方式之垂直配向型液晶顯示裝置100之區別主要在於：每一畫素區域770進一步包括連接於第一電極750端部之第一延伸部754和連接於第二電極760端部之第二延伸部768，該第一延伸部754可以平行於掃描線740或者資料線742，該第二延伸部768可以平行於掃描線740或者資料線742。與第一實施方式相比較，該第一延伸部754和第二延伸部768可以驅動位於上下半區域邊緣之液晶分子迅速扭轉，避免該上下半區域邊緣出現顯示暗線。
然而，本發明垂直配向型液晶顯示裝置並不限於上述實施方式所述，如：該第三實施方式中，該第一電極350也可以是與該第二電極360平行之彎曲形。
綜上所述，本發明確已符合發明專利之要件，爰依法提出專利申請。惟，以上所述者僅為本發明之較佳實施方式，本發明之範圍並不以上述實施例為限，該舉凡熟悉本案技藝之人士援依本發明之精神所作之等效修飾或變化，皆應涵蓋於以下申請專利範圍內。
100 200 300 400 500 600 700‧‧‧垂直配向型液晶顯示裝置
110 410 510 610‧‧‧第一基板
120 520 620‧‧‧第二基板
130 530 630‧‧‧液晶層
131 231 431 531 631‧‧‧液晶分子
140 740‧‧‧掃描線
142 742‧‧‧資料線
144‧‧‧薄膜電晶體
152 162‧‧‧連接部
150 250 350 450 550 650 750‧‧‧第一電極
160 260 360 460 560 660 760‧‧‧第二電極
462‧‧‧第三電極
552‧‧‧第四電極
664‧‧‧電極層
666‧‧‧絕緣層
146‧‧‧存儲電容線
170 270 370 770‧‧‧畫素區域
172‧‧‧上半區域
174‧‧‧下半區域
754‧‧‧第一延伸部
768‧‧‧第二延伸部
圖1是本發明垂直配向型液晶顯示裝置第一實施方式之部分平面結構示意圖。
圖2是圖1沿線II-II之剖面示意圖。
圖3是圖1中多個第一電極之電性連通示意圖。
圖4是圖1中多個第二電極之電性連通示意圖。
圖5是圖1所示垂直配向型液晶顯示裝置處於工作狀態之示意圖。
圖6是本發明垂直配向型液晶顯示裝置第二實施方式之部分平面結構示意圖。
圖7是圖6沿線III-III之剖面示意圖。
圖8是本發明垂直配向型液晶顯示裝置第三實施方式之部分平面結構示意圖。
圖9是圖8之部分放大示意圖。
圖10是本發明垂直配向型液晶顯示裝置第四實施方式之剖面示意圖。
圖11是本發明垂直配向型液晶顯示裝置第五實施方式之剖面示意圖。
圖12是本發明垂直配向型液晶顯示裝置第六實施方式之剖面示意圖。
圖13是本發明垂直配向型液晶顯示裝置第七實施方式之部分平面結構示意圖。
100‧‧‧垂直配向型液晶顯示裝置
110‧‧‧第一基板
120‧‧‧第二基板
130‧‧‧液晶層
131‧‧‧液晶分子
150‧‧‧第一電極
160‧‧‧第二電極

Claims (18)

  1. 一種垂直配向型液晶顯示裝置，其包括一第一基板、一與該第一基板相對設置之第二基板和一夾於該兩個基板之間之液晶層，該液晶層之液晶分子是垂直配向，該液晶層之液晶分子介電常數為正，該第二基板包括多個第一電極和至少一第二電極，該多個第一電極與該至少一第二電極用於產生電場驅動該液晶層之多個液晶分子沿平行於該第一、第二基板之方向排列，其中該第二電極與其兩側之二第一電極之間距不同。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之垂直配向型液晶顯示裝置，其中，該垂直配向型液晶顯示裝置還包括多條掃描線和多條資料線，該多條掃描線和多條資料線將該垂直配向型液晶顯示裝置界定了多個畫素區域，每個畫素區域包括多個第一電極和多個第二電極，該多個第一電極與多個第二電極為條形，且交替間隔設置。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之垂直配向型液晶顯示裝置，其中，每個畫素區域之多個第一電極被提供一畫素電壓，多個第二電極被提供一公共電壓。
  4. 如申請專利範圍第2項所述之垂直配向型液晶顯示裝置，其中，該多個第一電極為直條形，該多個第二電極為直條形。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之垂直配向型液晶顯示裝置，其中，該多個第一電極具有一第一延伸方向和一第二延伸方向，該多個第二電極也具有一第一延伸方向和一第二延伸方向，具有該第一延伸方向之多個第一、第二電極交替間隔設置，具有該第二延伸方向之多個第一、第二電極交替間隔設置。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之垂直配向型液晶顯示裝置，其中，該第一延伸方向是從左上到右下之方向，該第二延伸方向是從左下到右上之方向。
  7. 如申請專利範圍第5項所述之垂直配向型液晶顯示裝置，其中，該畫素區域平行於該掃描線之一中軸線將該畫素區域劃分為一上半區域和一下半區域，具有該第一延伸方向之多個第一、第二電極位於該上半區域，具有該第二延伸方向之多個第一、第二電極位於該下半區域。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之垂直配向型液晶顯示裝置，其中，該第一延伸方向與該掃描線之夾角為45度，且該第一延伸方向與第二延伸方向垂直。
  9. 如申請專利範圍第4項所述之垂直配向型液晶顯示裝置，其中，該多個第一電極相互平行，該多個第二電極也相互平行。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之垂直配向型液晶顯示裝置，其中，該多個第一電極是等間距設置，該多個第二電極也是等間距設置。
  11. 如申請專利範圍第9項所述之垂直配向型液晶顯示裝置，其中，該多個第一電極為直條形，該多個第二電極為彎曲形，該第二電極與其兩側之二第一電極之間距變化範圍是3.5~13.5um，該液晶層之液晶分子之長軸方向之介電常數與其短軸方向之介電常數之比為10。
  12. 如申請專利範圍第11項所述之垂直配向型液晶顯示裝置，其中，該第二電極與其兩側之二第一電極之間距之最大間距是8um，最小間距是4um。
  13. 如申請專利範圍第2項所述之垂直配向型液晶顯示裝置，其中，每個畫素區域之多個第一電極通過多個連接部電性連接；每個畫素區域之多個第二電極通過多個連接部電性連接。
  14. 如申請專利範圍第2項所述之垂直配向型液晶顯示裝置，其中，每一畫素區域進一步包括連接於第一電極端部之第一延伸部和連接於第二電極端部之第二延伸部，該第一延伸部可以平行於掃描線或者資料線，該第二延 伸部可以平行於掃描線或者資料線。
  15. 如申請專利範圍第1項所述之垂直配向型液晶顯示裝置，其中，該垂直配向型液晶顯示裝置是包括一層狀之第二電極，該第二電極與該多個第一電極之間設置有一絕緣層。
  16. 如申請專利範圍第1項所述之垂直配向型液晶顯示裝置，其中，該第一基板還設置有多個與該第二電極相對設置之第三電極，該第二、第三電極被施加相同之電壓。
  17. 如申請專利範圍第16項所述之垂直配向型液晶顯示裝置，其中，該第一基板還設置有多個與該第一電極相對設置之第四電極，該第四電極被施加與該第一電極相同之電壓或者電性浮接。
  18. 如申請專利範圍第2項所述之垂直配向型液晶顯示裝置，其中，該第二基板還設置有一電極層，該電極層與該第一、第二電極之間設置有一絕緣層，該電極層被施加與該第二電極相同之電壓。
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