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CN102194428B - 具有增大的开口率的显示设备 - Google Patents

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CN102194428B
CN102194428B CN201110045942.8A CN201110045942A CN102194428B CN 102194428 B CN102194428 B CN 102194428B CN 201110045942 A CN201110045942 A CN 201110045942A CN 102194428 B CN102194428 B CN 102194428B
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Abstract

本发明涉及一种具有增大的开口率的显示设备，从该显示设备中去除了激活电平跃变(ALS)线和连接到ALS线的ALS驱动器，并且使用在后端像素区域处的栅极线代替ALS线来获得ALS线的效果。相应地，像素开口率可以被增大，并且外侧黑矩阵的宽度可以被减小。

Description

具有增大的开口率的显示设备
相关申请的交叉引用
本申请要求2010年3月10在韩国知识产权局递交的、编号为10-2010-0021378的韩国专利申请的权益，在这里通过引用将其公开合并于此。
技术领域
本发明的一方面涉及显示设备，更为具体地，涉及具有增大的开口率且宽度减小的外部黑矩阵的显示设备。
背景技术
液晶显示(LCD)设备重量轻、薄且在低驱动功耗下运行，因而广泛用作膝上型电脑或便携式电视(TV)的显示设备。
LCD通过根据向布置成矩阵的多路控制开关施加的信号调整透光量来将期望图像显示在屏幕上。
图1和2是示出常规LCD中的液晶面板100的结构的俯视图。
参见图1和2，液晶面板100包括由多条栅极线GL1至GLn和多条数据线DL1至DLm形成的多个像素区域P。每个像素区域P包括薄膜晶体管(TFT)T、液晶电容器Clc和存储电容器Cst。
在TFTT中，栅电极10连接到栅极线GL1至GLn，源电极20连接到数据线DL1至DLm，并且漏电极30连接到像素电极40。
液晶电容器Clc连接到TFTT并且由像素电极40与公共电极(未示出)之间的电场驱动。当将公共电压施加到公共电压(Vcom)线时，液晶电容器Clc的液晶层中的液晶微粒的排列被电场改变，以便调整透过的光的量或者阻挡光。
存储电容器Cst由像素电极40的一部分和平行于栅极线GL1至GLn的激活电平跃变(ALS)线的预定区域驱动。ALS驱动单元130向ALS线ALSL1至ALSn施加ALS电压Va。
当将高栅极电压Vgh施加到TFTT的栅电极10以使TFTT导通而后将数据电压Vd施加到像素电极40时，存储电容器Cst被充电至与数据电压(像素电压)Vd与ALS电压Va之间的电压差相对应的电荷量。在TFTT由于低栅极电压Vgl被施加到TFTT的栅电极10而截止时，存储电容器Cst中的电荷量被供应给浮置的像素电极40，从而允许液晶被连续驱动。
在如上所述的单列栅极型液晶面板中，用于驱动像素电极40的栅极驱动器110和用来减少功耗的ALS驱动器130被布置在液晶面板100的左外侧部和右外侧部上的黑矩阵(BM)区域中。在双列栅极型液晶面板中，包括连接到在液晶面板100的外侧BM的左部上的编号为奇数的栅极线的栅极驱动器110以及连接到编号为偶数的ALS线的ALS驱动器130，并且在外侧BM的右部布置有连接到编号为偶数的栅极线的另一栅极驱动器110和连接到编号为奇数的ALS线的另一ALS驱动器130。
相应地，由于额外形成了ALS线，因此像素开口率低并且难以得到纤细的外侧BM区域。根据常规技术，将存储电容器、数据线、栅极线以及TFT的尺寸减小或者将这些元件制成透明的以获得高开口率。然而，由于透明电极具有高的电阻，因此当信号经由电路进行传输时，产生了严重的信号延迟。
发明内容
本发明的一方面提供一种具有增大的像素开口率的液晶显示(LCD)设备以及一种驱动该LCD设备的方法。
根据本发明的另一方面，提供一种具有宽度减小的外侧黑矩阵的LCD设备和驱动该LCD设备的方法。
根据本发明的一方面，提供一种显示设备包括：面板，包括由彼此交叉的多条数据线和多条栅极线限定的多个像素区域；数据驱动器，其连接到所述多条数据线并且向所述多条数据线施加数据信号；以及栅极驱动器，其连接到所述多条栅极线，顺序向所述多条栅极线供应栅极信号，并且在所述多个像素区域中的开关器件的截止时段中选择第一栅极低电压和第二栅极低电压之一并输出所选择的栅极低电压。
所述第一栅极低电压和所述第二栅极低电压可以使前端像素区域的像素电压升高。
所述第一栅极低电压和所述第二栅极低电压可以在所述前端像素区域的开关器件的截止时段中使所述前端处的像素电压升高。
所述第一栅极低电压和所述第二栅极低电压可以被交替地在各帧中输出。
所述栅极驱动器可以包括低电平信号选择单元，其选择所述第一栅极低电压和所述第二栅极低电压之一并且输出所选择的栅极低电压。
根据本发明的另一方面，所述低电平信号选择单元可以是多路复用器。
所述面板可以包括：开关器件，其连接到所述多条数据线之一和所述多条栅极线之一；像素电极，其连接到所述开关器件，其中所述像素电极的一部分与在后端像素区域处的栅极线重叠；液晶电容器，其形成在所述栅电极与面对所述像素电极的公共电极之间；以及存储电容器，其形成在所述像素电极与在所述后端像素区域处的栅极线之间。
所述开关器件可以是薄膜晶体管(TFT)。
根据本发明的另一方面，提供一种显示设备，包括：彼此交叉以限定面板的多个像素区域的多条数据线和多条栅极线；连接到一条数据线和一条栅极线的TFT；像素电极，其连接到所述TFT，其中所述像素电极的一部分与在后端像素区域处的栅极线重叠；液晶电容器，其形成在所述像素电极与面对所述像素电极的公共电极之间；以及存储电容器，其形成在所述像素电极与在所述后端的栅极线之间。
本发明的其它方面和/或优点将部分地记载在以下的描述中，并且部分地从以下描述中显而易见，或者可以通过实践本发明而获悉。
附图说明
本发明的这些和/或其它方面和优点将从以下结合附图对实施例的描述中变得明显并且更易于理解，附图中：
图1和2分别是常规液晶显示(LCD)设备的液晶面板的电路图和俯视图；
图3A和3B是示出根据本发明的实施例的LCD设备的示意图；
图4是示出根据本发明的实施例的LCD设备的液晶面板的结构的电路图；
图5A和5B是示出图4的液晶面板的俯视图；
图6是示出根据本发明的实施例的施加到栅极线的栅极电压的时序图；
图7是示出根据本发明的实施例的像素电压随栅极线和数据线的电压而变化的时序图；以及
图8是示出根据本发明的实施例的栅极驱动器的栅极驱动电路的框图。
具体实施方式
现在将详细参照本发明的当前实施例，这些实施例的示例在附图中示出，附图中的相同标记始终表示相同的元件。为了解释本发明，下面参照附图说明这些实施例。而且，将会理解的是，在这里陈述一层或膜“形成在”或者“布置在”第二层或膜“上”之时，第一层或膜可以直接形成或布置在第二层或膜上，或者在第一层或膜与第二层或膜之间可以存在中间层或膜。进一步，如这里所用到的，使用的术语“形成在...上”与“位于...上”或“布置在...上”具有相同的含义，并且不意味着限制于任何特定的制备工艺。
图3A和3B是示出根据本发明的实施例的液晶显示(LCD)设备的示意图。
参见图3A和3B，在左侧示出常规LCD设备，并且在右侧示出根据本发明的实施例的从常规LCD设备中去除了激活电平跃变(ALS)驱动器的LCD设备。
常规LCD设备包括在外侧黑矩阵的左部的栅极驱动器(30和30a/30b)和在外侧黑矩阵的右部的ALS驱动器(40和40a/40b)。然而，根据本发明的实施例，ALS驱动器(40和40a/40b)被去除，并且同样充当ALS驱动器(40和40a/40b)的栅极驱动器30’被包括在LCD设备中。栅极驱动器(30’和30a’/30b’)被设计成输出两个电平的栅极低电压，并且在薄膜晶体管(TFT)的截止时段期间，交替地在各帧中向栅极线输出不同电平的栅极低电压。相应地，由于该栅极低电压，在前端像素区域处的像素电压可以被升高预定电平。
通过从根据本发明的实施例的LCD设备中去除ALS驱动器(40和40a/40b)，液晶面板的尺寸通过减小液晶面板的左部和右部的外侧黑矩阵的宽度而被增大，并且还可以去除连接到ALS驱动器(40和40a/40b)的ALS线，从而也增大了像素的像素开口率。
图4是示出根据本发明的实施例的LCD设备的液晶面板200的结构的电路图。图5A和5B是示出液晶面板200的俯视图。
参见图4、5A和5B，液晶面板200由两个基板和插置于这两个基板之间的液晶层形成。数据线DL1至DLm、栅极线GL1至GLn、TFTT、液晶电容器Clc以及存储电容器Cst被形成在液晶面板200的第一基板上。黑矩阵BM、滤色片以及公共电极被形成在液晶面板200的第二基板中。
液晶面板200的外侧BM中包括向栅极线GL1至GLn施加栅极电压Vg的栅极驱动器210和向数据线DL1至DLm施加数据电压Vd的数据驱动器220。
栅极驱动器210可以产生具有由栅极导通电压和栅极截止电压组成的栅极电压Vg的栅极信号，并且顺序通过多条栅极线GL1至GLn向液晶面板200供应这些栅极信号。TFTT在栅极导通/截止电压的作用下导通或截止。栅极驱动器210在TFTT的截止时段期间选择第一栅极低电压和第二栅极低电压之一并且将其输出。第一栅极低电压和第二栅极低电压使在前端像素区域P处的像素电压升高。
数据驱动器220可以顺序通过多条数据线DL1至DLm向液晶面板200供应具有数据电压Vd的数据信号。
栅极线GL1至GLn以预定距离隔开布置成行，并且数据线DL1至DLm以预定距离隔开布置成列。栅极线GL1至GLn和数据线DL1至DLm布置成矩阵，并且像素区域P被形成在栅极线GL1至GLn与数据线DL1至DLm彼此交叉的部分中。像素区域P是用于形成屏幕的最小单位并通过栅极电压Vg进行开关切换，并且像素区域P的透射率由数据信号Vd来确定。
栅极线GL1至GLn沿从第一数据线DL1至第m数据线DLm的方向延伸，并且栅极电压被顺序施加到从电连接到第一数据线DL1的像素区域P到电连接到第m数据线DLm的像素区域。
第i像素区域的栅极线GLn充当第(i-1)像素区域的ALS线。施加到栅极线GLn的栅极电压Vg被周期性地改变成使TFTT导通的栅极高电压Vgh或者使TFTT截止的栅极低电压Vgl。栅极低电压Vgl被设置在不同的电压电平，Vgl1或Vgl2，并被交替地在各帧中施加。
根据本发明的实施例，通过去除根据常规技术的在栅极线GL1至GLn之间单独形成的并平行于栅极线GL的ALS线，可以减小由于在像素区域P中形成的ALS线而引起的开口率损失。
这些像素区域P中的每一个像素区域P包括TFTT、液晶电容器Clc以及存储电容器Cst。
在TFTT中，栅电极60电连接到栅极线GL、第一电极70(漏电极或源电极)电连接到数据线DL，并且第二电极80(源电极或漏电极)电连接到像素电极90。当栅极高电压Vgh被施加到栅电极60时，TFTT导通，从而向像素电极90传输从数据线DL1至DLm施加的数据电压Vd。
液晶电容器Clc由像素电极90和公共电极(未示出)形成在像素区域P中。响应于通过栅极线GL从栅极驱动器210供应的栅极电压Vg，通过数据线DL从数据驱动器220供应的数据电压Vd被施加到像素电极90。并且公共电压Vcom被施加到公共电极，从而形成电场。
存储电容器Cst形成在像素电极90的一部分和后端像素区域的栅极线GL之间，以在TFTT被截止时维持液晶电容器Clc的充电电压。如图5A所示，像素电极90的一部分可以与后端像素区域处的栅极线GL的预定区域重叠，以形成存储电容器Cst，并且可以利用绝缘层与后端像素区域处的栅极线分隔开。同样，如图5B所示，像素电极90的一部分可以与后端像素区域处的栅极线GL以及从后端像素区域处的栅极线GL延伸的透明电极重叠以形成具有足够容量的存储电容器Cst。
也就是说，从第i栅极线GLi接收信号的像素电极90被形成为与栅极线GLi+1的预定区域重叠。例如，连接到由第一栅极线GL1控制的TFTT的像素电极90与第二栅极线GL2重叠，并且连接到TFTT的存储电容器Cst由像素电极90和连接到TFTT的第二栅极线GL2形成。
施加到第(i+1)像素区域的栅极线GLi+1的栅极低电压被用作第i像素区域的ALS电压，因此，第i像素电压Vp被升高到基于该栅极低电压确定的预定电平，从而产生与ALS电路相同的效果。
相应地，液晶面板200具有单列栅极结构。然而，液晶面板200也可以具有双列栅极结构。
在双列栅极结构中，在液晶面板200的外侧BM的左部和右部中的每一个上布置栅极驱动器。编号为奇数的栅极线沿从第m数据线Dm到第一数据线D1的方向延伸，通过编号为奇数的栅极线从左部和右部中的一个上的栅极驱动器施加栅极电压，而编号为偶数的栅极线沿从第1数据线D1到第m数据Dm的方向延伸，通过编号为偶数的栅极线从左部和右部中的另一个上的栅极驱动器施加栅极电压。编号为奇数的栅极线的延伸方向和编号为偶数的栅极线的延伸方向可以相反。
如在单列栅极结构中一样，在双列栅极结构中，根据常规技术的与栅极线平行的ALS线被去除，而后端像素区域处的栅极线被用作相应像素的ALS线，因此，根据常规技术的与左部和右部上的栅极驱动器一起被包括在内的左部和右部上的ALS驱动器并不是必要的。
栅极驱动器产生两个不同电平的栅极低电压，并且交替地在各帧中输出这两个栅极低电压。施加到第(i+1)像素区域的栅极线GLi+1的栅极低电压被用作第i像素区域的ALS电压，相应地，使第i像素电压Vp升高到预定电压电平，从而产生与ALS电路相同的效果。
图6A-6D是示出根据本发明的实施例的施加到栅极线的栅极电压的时序图。
图6A和6B是操作常规TFTT所需要的栅极电压Vg’和ALS电压Va的时序图。
参见图6A，交替地输入使TFTT导通的栅极高电压Vgh’和使TFTT截止的栅极低电压Vgl’作为栅极电压Vg’。参见图6B，作为当TFTT被截止时维持液晶的驱动所需的ALS电压Va，不同的电压电平的电压Va1和Va2在每个时段被交替地输入，从而具有相对于公共电压Vcom的电压差ΔV1′和ΔV2′。相应地，当栅极高电压Vgh’被施加到栅极线时，TFTT被导通，并且数据电压通过数据线被施加到像素电极，因此，像素电极具有像素电压Vp。当栅极低电压Vgl’被施加到栅极线时，TFTT被截止，并且当像素电极被浮置时，像素电压Vp由通过ALS线施加的ALS电压，Va1或Va2，升高ΔV1′或ΔV2′。
相应地，通过根据常规技术额外形成的ALS线施加的ALS电压的功能通过改变施加到后端像素区域处的栅极线的栅极低电压的电平来执行。
图6C是根据本发明实施例的施加到栅极线的栅极电压Vg的时序图。参见图6C，在各帧中，在TFTT被导通的时段期间，栅极电压Vg维持栅极高电压Vgh，并且在TFTT被截止的时段期间，栅极电压Vg维持第一栅极低电压Vgl或第二栅极低电压Vgl2。第一栅极低电压Vgl1和第二栅极低电压Vgl2具有不同的电压电平，并且相对于参考电压Vref具有电压差ΔV1或ΔV2。参考电压Vref可以由栅极高电压Vgh和栅极低电压Vgl来设置，并且可以是例如公共电压Vcom。电压差ΔV1和ΔV2可以根据升高前端像素区域处的像素电压所要求的电压电平值进行设置，并且可以与根据常规技术的ALS电压Va的电压差ΔV1′和ΔV2′相同。在前端处的像素区域的TFTT被截止的时段期间，第一栅极低电压Vgl1和第二栅极低电压Vgl2使像素电压电平升高ΔV1或ΔV2。
图6D是根据本发明的实施例的施加到数据线的数据电压Vd的时序图。参见图6D，电压V1和V2作为数据电压Vd，根据待施加的驱动频率在预定时段关于具有直流(DC)波形的公共电压Vcom反转。
图7是示出根据本发明的另一实施例的像素电压随栅极线的电压和数据线的电压的变化的时序图。
参见图7，栅极高电压Vgh和栅极低电压Vgl在各帧中作为栅极电压Vg被施加到每条栅极线GL，并且第一栅极低电压Vgl1和第二栅极低电压Vgl2作为栅极低电压Vgl被交替地输入。电压V1和V2关于公共电压Vcom反转，并且作为数据电压Vd被输入。每个像素区域的像素电压的电压电平由数据电压Vd和在后端像素区域处的栅极低电压Vgl、第一栅极低电压Vgl1或者第二栅极低电压Vgl2来确定。
首先，当栅极高电压Vgh通过第i栅极线GLi施加到TFTT的栅电极时，第i像素区域的TFT被导通，并且数据电压Vd通过数据线DL被施加到第i像素区域的像素电极。数据电压Vd是电压V2，而第i像素区域的像素电压Vp(i)也是作为数据电压Vd的电压V2。当第i像素区域的栅极高电压Vgh被转变成栅极低电压Vgl时，第i像素区域的TFTT被截止。在TFTT被截止时，第一栅极低电压Vgl1作为栅极低电压Vgl被维持。
当第i像素区域的TFTT被截止时，栅极高电压Vgh被施加到第(i+1)栅极线GLi+1的栅电极以使第(i+1)像素区域的TFT导通，并且数据电压Vd被施加到第(i+1)像素区域的像素电极。数据电压Vd是电压V1，而第(i+1)像素区域的像素电压Vp与数据电压Vd，即电压V1，相同。同时，第i像素区域的像素电压Vp(i)的电平由于第(i+1)栅极线GLi+1的栅极高电压Vgh而被增加预定电平。例如，第i像素区域的像素电压Vp(i)可以被增加栅极高电压Vgh的一半，Vgh/2。当第(i+1)像素区域的栅极高电压Vgh的电平被转变成栅极低电压Vgl时，第(i+1)像素区域的TFTT被截止。在第(i+1)像素的TFTT被截止时，栅极低电压Vgl维持第二栅极低电压Vgl2。第i像素区域的像素电压Vp(i)维持被升高了预定电平的电压电平，并且如图6C所示，可以被升高ΔV2。相应地，为了描述方便，ΔV1和ΔV2被设置成相同(ΔV1＝ΔV2)，并且第一栅极低电压Vgl1与第二栅极低电压Vgl2的电压电平差被设置成ΔV(ΔV1+ΔV2＝ΔV)。相应地，第i像素区域的像素电压Vp(i)被升高了第一栅极低电压Vgl1和第二栅极低电压Vgl2之间的电压电平差ΔV的一半，ΔV/2。同样，第(i+1)像素区域的像素电压Vp(i+1)由于第(i+2)栅极线GLi+2的栅极高电压Vgh而增加了预定电平，而后由于第(i+2)栅极线GLn+2的第一栅极低电压Vgl1而从电压V1升高了预定电平，例如，升高了ΔV/2。
图8是示出根据本发明的实施例的栅极驱动器的栅极驱动电路的框图。
参见图8，栅极驱动电路根据栅极控制信号Vgs向液晶面板的栅极线施加预定脉冲信号，并且包括高电平信号发生单元61、低电平信号发生单元63、信号选择单元65以及栅极电压发生单元67。
高电平信号发生单元61产生并输出使TFTT导通的栅极高电压Vgh。
低电平信号发生单元63产生并输出使TFTT截止的栅极低电压Vgl。由低电平信号发生单元63产生的栅极低电压Vgl包括第一栅极低电压Vgl1和第二栅极低电压Vgl2。
信号选择单元65选择由低电平信号发生单元63输出的第一栅极低电压Vgl1和第二栅极低电压Vgl2之一并且可以包括多路复用器MUX。
栅极电压发生单元67根据来自移位寄存器的栅极控制信号Vgs产生针对各帧的栅极导通/截止电压。栅极电压发生单元67转变栅极高电压Vgh和第一栅极低电压Vgl1或第二栅极低电压Vgl2，并且将其输出。
栅极驱动电路可以进一步包括缓冲器(未示出)，其考虑到栅极线的负载而放大从栅极电压发生单元67输出的电流。
根据本发明的一方面的显示设备，去除了激活电平跃变(ALS)线和与其相连接的ALS驱动器，并且电容器被布置在当前端处的像素电极与在后端处的栅极线之间以升高像素电压。相应地，像素开口率被增大，并且面板的外侧黑矩阵的宽度被减小，从而得到了纤细的外侧黑矩阵。
另外，由于不需要额外驱动ALS电路，因此可以以低功耗驱动LCD设备。
尽管已经示出并说明了本发明的几个实施例，但是本领域技术人员将会理解，在不背离本发明的原理和精神的情况下，可以对这些实施例做出修改，本发明的范围在权利要求及其等同物中限定。

Claims (12)

1.一种显示设备，包括：
面板，包括连接至多条数据线和多条栅极线的多个像素，每个像素包括开关器件；
数据驱动器，其连接到所述多条数据线并且向所述多条数据线施加数据信号；以及
栅极驱动器，其连接到所述多条栅极线，顺序向所述多条栅极线供应栅极信号，并且在所述开关器件的截止时段中选择第一栅极低电压和第二栅极低电压之一并输出所选择的栅极低电压，其中所述第一栅极低电压和所述第二栅极低电压被交替地在各帧中输出，
其中每个像素包括：
所述开关器件，其连接到所述多条数据线之一和所述多条栅极线之一；
像素电极，其连接到所述开关器件，其中所述像素电极的一部分与后一栅极线重叠；
液晶电容器，其形成在所述像素电极与面对所述像素电极的公共电极之间；以及
存储电容器，其形成在所述像素电极的重叠部分与所述后一栅极线之间，并且
其中连接至同一数据线的像素的开关器件中的各个开关器件连接至各条栅极线。
2.根据权利要求1所述的显示设备，其中所述第一栅极低电压和所述第二栅极低电压使连接至前一栅极线的像素的像素电压升高。
3.根据权利要求2所述的显示设备，其中所述第一栅极低电压和所述第二栅极低电压在所述开关器件的截止时段中使连接至所述前一栅极线的像素的像素电压升高。
4.根据权利要求1所述的显示设备，其中所述栅极驱动器包括低电平信号选择单元，所述低电平信号选择单元选择所述第一栅极低电压和所述第二栅极低电压之一并且输出所选择的栅极低电压。
5.根据权利要求4所述的显示设备，其中所述低电平信号选择单元是多路复用器。
6.根据权利要求1所述的显示设备，其中所述开关器件是薄膜晶体管。
7.根据权利要求1所述的显示设备，其中所述面板包括单列栅极结构。
8.根据权利要求1所述的显示设备，其中所述面板包括双列栅极结构。
9.一种显示设备，包括：
向面板的像素供应数据信号的多条数据线和向所述像素供应栅极信号的多条栅极线，每个像素包括；
连接到一条数据线和一条栅极线的TFT；
像素电极，其连接到所述TFT，其中所述像素电极的一部分与后一栅极线重叠；
液晶电容器，其形成在所述像素电极与面对所述像素电极的公共电极之间；以及
存储电容器，其形成在所述像素电极的重叠部分与所述后一栅极线之间，并且
其中连接至同一数据线的像素的TFT中的各个TFT连接至各条栅极线，
其中所述栅极线施加栅极高电压以使所述TFT导通，并且施加第一栅极低电压或第二栅极低电压以使所述TFT截止，并且
其中所述第一栅极低电压和所述第二栅极低电压被交替地在各帧中施加。
10.根据权利要求9所述的显示设备，其中所述第一栅极低电压和所述第二栅极低电压使连接至前一栅极线的像素的像素电压升高。
11.根据权利要求9所述的显示设备，进一步包括：
栅极驱动器，其选择所述第一栅极低电压和所述第二栅极低电压之一并输出所选择的栅极低电压。
12.根据权利要求9所述的显示设备，其中所述TFT的栅电极连接到所述一条栅极线，并且所述TFT的第一电极连接到所述一条数据线，并且所述TFT的第二电极连接到所述像素电极。
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