CN1325972C - 面内切换模式的液晶显示器件及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

面内切换模式的液晶显示器件，包括：下基板，由多个选通线、公共线以及数据线限定和围绕，并包括薄膜晶体管，从公共线延伸出的多个公共电极，以及从与薄膜晶体管的漏电极连接的引出互连线延伸出的多个像素电极，并具有以矩阵形状排列并分成孔径区和非孔径区的多个子像素；上基板，具有其上形成的子滤色器和黑底，黑底与子像素内的非孔径区完全重叠；以及介于下基板和上基板之间的液晶层。

Description

面内切换模式的液晶显示器件及其制造方法
技术领域
本发明涉及液晶显示器件，特别涉及一种面内切换模式的液晶显示器件，其被形成为使得上基板上的黑底被包含到下基板上的非孔径区(non-aperture region)内。
背景技术
通常，液晶显示(LCD)器件通过其内的液晶材料的光学各向异性和偏振作用操作。由于液晶材料包括多个液晶分子，每个液晶分子具有薄和长的结构，液晶材料具有根据液晶分子的排列方向的特定取向。因此，通过向液晶施加外部电场可以控制液晶分子的排列方向。
在通过施加电场改变液晶分子的排列时，调制由液晶分子的光学各向异性引起的光偏振以显示图像信息。
液晶材料可以分成具有正介质各向异性的正(+)液晶和具有负介质各向异性的负(-)液晶，这取决于它的电特性。排列具有正介质各向异性的液晶分子以使它们的长轴与施加的电场的方向平行，并排列具有负介质各向异性的液晶以使它们的长轴与施加的电场的方向垂直。
现在，广泛地使用其中薄膜晶体管和连接到薄膜晶体管的像素电极被排列成矩阵结构的有源矩阵LCD，因为它们具有高清晰度和优异的移动画面再现能力。
图1为常规液晶板的部分分解透视图。
参考图1，下面回顾作为LCD器件主要部件的液晶板的结构。
LCD器件包括上基板5和下基板22。上基板5包括滤色器层7以及形成在滤色器层7上的透明公共电极18，滤色器层7具有红(R)、绿(G)和蓝(B)的子滤色器8以及子滤色器8之间的黑底6。下基板22包括像素区(P)、形成在像素区(P)上的像素电极17、以及包括开关元件(T)的互连线阵列。以上介绍的液晶层置于上基板5和下基板22之间。
下基板22称做“阵列基板”。在下基板22上，在选通线13和数据线15的交点附近，起开关元件作用的多个薄膜晶体管排列成矩阵形。
由选通线13和与选通线13交叉的数据线15限定出像素区(P)。形成在像素区(P)上的像素电极17由具有优异透光性的透明导电材料制成，例如氧化铟锡(ITO)。
下面介绍液晶板的操作，当通过在上基板5的公共电极18和下基板22上的像素电极17之间施加电压来排列两个基板之间的液晶层14的液晶分子以控制穿过液晶层14的光量时，以上构成的LCD器件显示图像。
如上所述，通过施加在器件顶部和底部之间的电场，通过像素电极17上的公共电极18构成的LCD器件进行操作以排列液晶材料。渗透性和孔径比等变得优异，并且上基板的公共电极用作地连接，以防止液晶单元的损坏。
然而，通过施加到器件顶部和底部的电场来驱动液晶材料操作具有可视角度特性(视角)差的不足之处，因此，已引入了新技术以解决以上缺点。在下文中，将回顾通过使用面内切换模式(IPS)LCD器件解决可视角度特性(视角)差的缺点的尝试。
图2示出了现有技术的面内切换模式LCD器件的一部分的剖面图。
参考图2，现有技术的面内切换模式LCD器件包括下基板22上的像素电极17和公共电极18。根据下基板22上的像素电极17和公共电极18之间形成的平面电场操作液晶层14。
此外，上基板5形成在液晶层14上的上部区域中。由于像素电极17和公共电极18都形成在相同的平面基板上，因此以上构成的面内切换模式LCD器件具有使用平面电场35的特点。
此外，覆盖层44形成在上基板5上，用于保护每个子滤色器8。沿上基板5和下基板22的边缘形成密封剂40，用于粘结上基板5和下基板22。
此外，黑底6形成在上基板5上，并且由于面内切换模式LCD器件通过平面电场操作液晶，因此黑底6由有机材料(树脂)而不是金属组成，用于防止电场失真。
黑底6存在于子滤色器8之间，并作为光闸(light shutter)。液晶板的孔径区由黑底6限定。
以上结构的基板可以通过淀积工艺、光刻工艺(下文称做‘光工艺’)以及蚀刻工艺等形成。
光工艺利用了当光致抗蚀剂(下文称做‘PR’)暴露到光时发生的化学反应改变了PR性质的原理。在光工艺中，通过希望图形的掩模，光被选择性地照射到PR上，由此形成了与掩模图形相同的图形。光工艺包括其中涂覆对应于普通图片膜(general picture film)的PR的PR涂覆步骤、其中使用掩模将光选择性地照射到PR的曝光步骤、以及其中除去PR的曝光部分以形成图形的显影步骤。
现在，随着大尺寸LCD器件的大规模生产，基板的尺寸变得比以前更大。
因此，当在用于大尺寸LCD器件的上基板5上形成黑底6时，一个曝光掩模是不够的。也就是，由于上基板5的屏幕尺寸(screen size)大于在光工艺中使用的曝光掩模，在曝光步骤期间，上基板的屏幕被分成多次拍摄(shots)并重复曝光，这就是分步曝光法。
然而，通过以上的分布曝光形成黑底6的同时，由于拍摄之间的未对准的缝接缺陷(stitch failure)，也就是拍摄之间界面边界上的临界划分(CD)的变化，曝光设备精度的局限性降低了LCD的图片质量，例如产生缝接点。
由于液晶板中每个像素的孔径区由黑底6限定，黑底6的未对准带来了每个子像素10中每个孔径区的尺寸差异，以及每个子像素10中亮度的差异，产生以上的缝接缺陷。
因此，在常规的LCD器件的以上结构中，由于缝接缺陷，根据黑底6的形状，穿透每个子像素10的光量不同，这确定了每个子像素10的孔径区，由此产生显示图像上的斑点并降低了LCD器件的图片质量。
图3是部分地示出了现有技术面内切换模式LCD器件的下基板的剖面图，图4是示出了包括面向图3中子像素的上基板的黑底的区域的平面图，图5是示出了现有技术面内切换模式LCD器件的一部分的分解透视图。
参考图3，将下基板构形为具有在与水平方向平行的方向中形成在其上的多个选通线13和公共线54，在垂直方向中，形成其上的多个数据线15与选通线13和公共线54交叉。
如上所述，子像素10被限定为下基板上由选通线、公共线54以及数据线15，15’环绕的区域。
此外，栅电极31形成在选通线13的一侧，源电极33形成在与栅电极31相邻并部分地与栅电极31重叠的数据线15的一侧中。形成漏电极35以面对源电极33，漏电极和源电极之间隔开一个间隙，因此，所有以上元件形成薄膜晶体管区(T)。
此外，公共线54具有从公共线54延伸出的多个公共电极54a。漏电极35连接到引出互连线37，多个像素电极37a从引出互连线37延伸出。
公共电极54a和像素电极37a以交替方式形成，并基本上相互平行。子像素10的图像显示区由多个公共电极54a和像素电极37a形成。
此外，存储电容器50形成在公共电极54a和与公共电极54a部分重叠的多个像素电极37a的区域中。
在以上介绍的子像素10中形成的公共电极54a保持在从公共线54接收到的公共电压。根据通过栅电极31提供的选通电压，从数据线15把不同电压电平的图像信号施加到像素电极37a。
因此，通过施加在像素电极37a和公共电极54a上的电压形成平面电场，并且根据该电场的强度可以改变液晶分子的排列程度以显示图像。
块39是指根据像素电极37a和公共电极54a之间的平面电场显示图像的区域。每个子像素10包括多个块39。通常，如图3所示，广泛地使用在一个子像素10中存在4个块39的四块型。
子像素10以矩阵形状分布在下基板上，并且当光(例如，来自背光单元(未示出))穿过每个子像素10中的多个块39时，可以显示图像。使光穿过的多个块的区域为孔径区41，另一方面，除多个块39之外的子像素10的区域为非孔径区42，不显示图像。
然而，在现有技术中，通过多个块形成的孔径区由形成在滤色器上的黑底确定它的尺寸。这将参考图4进行更详细的介绍。
参考图4，来自背光的穿过子像素10中多个块39的光穿过形成在上基板5上的多个子滤色器(R，G，B)8以显示各种类型的图像，包括静止图像或移动图像。在没有显示图像的区域中，形成黑底6以防止漏光现象。
在现有技术中，通过包含一部分孔径区，也就是块39的区域以及薄膜晶体管区(T)和数据/选通线13/15来形成黑底6。考虑到下基板和上基板的粘接裕度等，黑底与块39的区域部分地重叠。
因此，在现有技术的LCD器件中，由黑底6确定孔径比，并且不是穿过下基板上形成的孔径区的所有光线都对显示有贡献。
此外，参考图5，现有技术的面内切换模式LCD板包括具有黑底(BM)6和子滤色器(R，G，B)8的上基板5以及具有图3中排列成矩阵形状的子像素10的下基板22。液晶材料(未示出)填充了上基板5和下基板22之间的间隙。
通过在下基板22上每个子像素10中形成的多个块39显示的图像由形成在上基板5上的黑底6定出边界。
也就是，黑底6甚至达到孔径区41的周边区以及包括下基板22的非孔径区42的区域，因此，现有技术的面内切换模式LCD器件中的显示区由黑底6限定。
然而，如上所述，随着近些年来下基板22和上基板5的扩大，仅使用一个曝光掩模不能形成黑底6。也就是，上基板5的显示尺寸大于光工艺中使用的曝光掩模的尺寸。在曝光步骤期间，上基板的屏幕被分成多次拍摄并重复曝光，也就是分步曝光法。
然而，通过以上的分步曝光形成黑底6的同时，曝光设备精度的局限性造成由于拍摄之间的未对准导致的缝接缺陷。由此，透光区，也就是图像显示区在每个子像素10中不相同，如图4所示，是由于子像素10中的黑底6未对准，从而没有相互精确一致。因此，每个子像素10中的亮度变化，在LCD器件的图像上发生缝接点缺陷。
发明内容
因此，本发明涉及一种面内切换模式的液晶显示器件，基本上避免了由于现有技术的局限和缺点造成的一个或多个问题。
本发明的优点是提供一种面内切换模式的液晶显示器件，通过在上基板上形成黑底以使黑底包括到在下基板上的非孔径区中，从而补偿在形成黑底期间的拍摄之间的未对准造成的缝接点。
本发明解决了由重叠的曝光点未对准的缝接缺陷造成的问题。通过仅对应于下基板上的非孔径区形成黑底使缝接问题最小。
本发明的附加优点和特点部分地阐述在下面的说明中，部分地可以通过查看以下内容来使本领域中普通技术人员了解，或者可以从本发明的实施中得到。通过文字的说明书及其附图以及附带的权利要求书之中特别指出的结构，可以实现和获得本发明的目的和其它优点。
要实现这些和其它优点并且根据本发明的目的，如这里所实施和广义地介绍的，提供了一种面内切换模式的液晶显示器件，包括：下基板和上基板；下基板上的多个子像素，由多个选通线和数据线限定和围绕，每个子像素具有孔径区和非孔径区并包括公共线；上基板上的黑底，具有在非孔径区内的边缘，并且黑底的边缘与位于非孔径区的最外侧公共电极重叠；以及下基板和上基板之间的液晶层。
此外，根据本发明的另一方案，提供一种面内切换模式的液晶显示器件，包括：下基板，具有在其上以矩阵形排列的多个子像素，每个子像素由多个选通线和数据线限定和围绕，每个子像素具有孔径区和非孔径区并包括公共线；上基板，具有在其上形成的子滤色器和黑底，黑底的边缘与子像素内的非孔径区完全重叠，并且黑底的边缘与位于非孔径区的最外侧公共电极重叠；以及下基板和上基板之间的液晶层。
此外，根据本发明的另一方案，提供一种面内切换模式的液晶显示器件的制造方法，包括：提供下基板和上基板；在下基板上形成多个数据线；在下基板上形成多个选通线，选通线基本上垂直于下基板上的数据线，其中通过多个选通线和数据线在下基板上限定出多个子像素，每个子像素具有孔径区和非孔径区；在下基板上形成多个公共线，其中每个子像素包括至少一个公共线；在上基板上形成黑底，黑底具有在下基板上的对应非孔径区内的边缘，并且黑底的边缘与位于非孔径区的最外侧公共电极重叠；以及在下基板和上基板之间提供液晶层。
应该理解本发明的以上概括介绍和以下详细说明为示例性和介绍性的，用于进一步解释本发明的权利要求。
附图说明
被包括以进一步理解本发明并被引入并构成本说明书一部分的附图示出了本发明的各实施例并和说明书一起介绍本发明的原理。
在附图中：
图1示出了通常的液晶板的局部分解透视图；
图2示出了现有技术的面内切换模式的LCD器件的部分剖面图；
图3示出了现有技术的面内切换模式的LCD器件的下基板的部分平面图；
图4示出了包括面向图3中子像素的上基板的黑底的区域的平面图；
图5示出了现有技术的面内切换模式的LCD器件一部分的分解透视图；
图6示出了根据本发明的面内切换模式的LCD器件中包括面向子像素的上基板的黑底的区域的平面图；
图7示出了根据本发明的面内切换模式的LCD器件一部分的分解透视图；以及
图8A和8B示出了沿图6中的线I-I’，II-II’截取的面内切换模式的LCD器件的特定部分的剖面图。
具体实施方式
现在参考附图中的例子详细介绍本发明的优选实施例。只要可能，各图中相同的参考数字表示相同或类似的部分。
图6示出了根据本发明的面内切换模式的液晶显示器件的子像素110的上平面图，并示出了包含孔径区141上的黑底6’的上基板的区域，包括孔径块139的孔径区141和下基板的非孔径区。
参考图6，根据本发明，包括黑底6’的区域不与块139重叠，因此，与现有技术不同，黑底6’没有限定孔径区。
也就是，来自背光单元(未示出)的穿过子像素110中的多个块139的光穿过上基板5上形成的多个子滤色器(R，G，B)，以显示各种类型的图像，包括静止图像或移动图像。黑底6’形成在显示区外的剩余区域中，以防止漏光现象。
黑底6’仅覆盖下基板上的薄膜晶体管区(T)和数据/选通线13/15。可以构形黑底6’，使得它不与孔径区141的块139区域的任何部分重叠。
图7示出了根据本发明的面内切换模式的LCD器件一部分的分解透视图。
参考图7，本发明的面内切换模式的LCD板包括：具有黑底(BM)6’和子滤色器(R，G，B)18的上基板15，和具有排列成矩阵形状的子像素110的下基板122，液晶材料(未示出)填充在上基板15和下基板22之间。
黑底6’提供在子滤色器18之间的区域中，起光闸的作用。此外，包括黑底6’的区域被形成为对应于下基板22上的非孔径区142。也就是，黑底6’与每个子像素110中的不包括多个块139的那部分重叠。
因此，显示的图像区的区域不是由形成在上基板上的黑底6’确定，而是由形成在下基板122上的多个块139限定的孔径区141确定。
通过如上限定黑底6’的形成区，即使是黑底6’的区域未对准时，也可以防止LCD器件的显示图像上的缝接点缺陷。也就是，在块139限定的孔径区的外部形成黑底6’的边缘解决了在孔径区上发生的由黑底曝光掩模的重叠造成的缝接缺陷。
更具体地，如上所述，随着近些年来下基板22和上基板15的扩大，仅使用一个曝光掩模不能形成黑底。在曝光步骤期间，上基板的屏幕被分成多个曝光区。每个曝光区曝光一次以形成黑底，称做分步曝光法。因此，由于上基板5的显示尺寸大于光工艺中使用的曝光掩模，由于相邻曝光区上曝光掩模未对准，在曝光区重叠的点处会发生缝接缺陷。
缝接缺陷会在不同的像素中的产生不一致尺寸的图像显示，由此所有像素中图像显示区不总是相同。然而，根据本发明，由于黑底6’的区域(并且因此缝接重叠)仅对应于下基板122上的非孔径区142。由此，即使发生这种缝接缺陷，显示图像的区域也不受影响。
因此，根据本发明，构成黑底6’以使缝接缺陷不影响LCD器件中的图像显示区。
图8A和8B示出了沿图6中的线I-I’，II-II’截取的图6的特定部分的剖面图。
也就是，图8示出了根据本发明下基板122上的子像素110和形成在子像素110上方的上基板15。
下基板122包括基本上平行的多个选通线113和公共线154，以及基本上垂直于选通线和公共线的多个数据线115。子像素110由选通线113和数据线115围绕的区域限定。
子像素110包括具有栅电极、源/漏电极(未示出)的薄膜晶体管、以及从公共线延伸出的多个公共电极154a、从引出互连线分出的多个像素电极137a、以及连接与漏电极相连的像素电极137a的引出互连线。
图8A示出了子像素110的中心部分的截面(I-I’)，多个公共电极154a和多个像素电极137a以交替的方式基本上相互平行地形成。平面电场形成在像素电极137a和公共电极154a之间，并且形成多个块139用于显示图像。
像素电极137a和公共电极154a可以形成在与栅电极或源/漏电极相同的层上，或者可以形成在与栅绝缘层不同的层上，或者在两者之间形成保护层，或者可以形成在任何结构上而与以上结构无关。
通常，一个子像素110在其内有四个块139，为四块型。
在下基板15上以矩阵形状排列这种子像素110，来自背光单元(未示出)的光穿过每个子像素110中的多个块139以显示图像。光穿过的多个块139的区域为孔径区141，子像素中除块区域之外的区域为非孔径区142，不显示图像。
此外，上基板包括黑底6’和子滤色器18。
子滤色器18使穿过孔径区141的所有光透过，其中孔径区141对应于下基板上的多个块。黑底6’不形成得超出下基板122上的非孔径区142的区域之外。
此外，图8B示出了子像素110的中心部分的截面(II-II’)。此时，子滤色器18使穿过孔径区141的所有光透过，其中孔径区141对应于下基板15上的多个块139。黑底6’不形成得超出下基板122上的非孔径区42的区域之外。也就是，黑底6’的边缘形成在非孔径区中。由此，黑底6’和孔径区141形成得不相互重叠。
如上所述，由于黑底6’的区域限制在下基板15上的非孔径区142内，即使通过分步曝光法形成黑底6’时在拍摄边界发生缝接缺陷，实际的图像显示也不会受影响。
根据本如上所述发明的面内切换模式的LCD器件，可以防止在形成黑底期间由于缝接缺陷造成的与LCD器件的每个像素中的点有关的图像质量降低。
此外，可以防止制造大尺寸LCD器件时的缝接点缺陷，同时不增加额外的新工艺，因此可以提高制造成本和成品率。
对于本领域的技术人员来说显然可以在本发明中进行各种修改和变型。由此，本发明覆盖在附带的权利要求书及等效物范围内的本发明的各种修改和变型。

Claims (27)

1.一种面内切换模式的液晶显示器件，该器件包括：
下基板和上基板；
下基板上的多个子像素，由多个选通线和数据线限定和围绕，每个子像素具有孔径区和非孔径区并包括公共线；
上基板上形成的黑底，具有在非孔径区内的边缘，并且黑底的边缘与位于非孔径区的最外侧公共电极重叠；以及
下基板和上基板之间的液晶层。
2.根据权利要求1的面内切换模式的液晶显示器件，还包括：
薄膜晶体管；
从公共线延伸出的多个公共电极；以及
多个像素电极，从与薄膜晶体管的漏电极相连的引出互连线延伸出。
3.根据权利要求1的面内切换模式的液晶显示器件，其中多个选通线和该公共线基本上在第一方向中相互平行，多个数据线形成在与选通线基本上垂直的第二方向中并与选通线交叉。
4.根据权利要求2的面内切换模式的液晶显示器件，其中在各子像素中的多个公共电极和多个像素电极以交替方式排列。
5.根据权利要求2的面内切换模式的液晶显示器件，其中孔径区包括相互相邻的每个公共电极和像素电极之间的部分，非孔径区包括子像素中的除孔径区之外的其余部分。
6.根据权利要求1的面内切换模式的液晶显示器件，其中使用曝光掩模通过曝光工艺在上基板的预定区域上形成黑底。
7.根据权利要求6的面内切换模式的液晶显示器件，其中预定区为上基板上的与形成在下基板上的子像素内的非孔径区完全重叠的区域。
8.根据权利要求6的面内切换模式的液晶显示器件，其中曝光掩模的尺寸小于上基板的尺寸。
9.根据权利要求6的面内切换模式的液晶显示器件，其中通过将上基板分成多个曝光区并一次曝光一个曝光区来进行曝光工艺。
10.一种面内切换模式的液晶显示器件，该器件包括：
下基板，具有在其上以矩阵形排列的多个子像素，每个子像素由多个选通线和数据线限定和围绕，每个子像素具有孔径区和非孔径区并包括公共线；
上基板，具有在其上形成的子滤色器和黑底，黑底的边缘与子像素内的非孔径区完全重叠，并且黑底的边缘与位于非孔径区的最外侧公共电极重叠；以及
下基板和上基板之间的液晶层。
11.根据权利要求10的面内切换模式的液晶显示器件，还包括：
薄膜晶体管；
从公共线延伸出的多个公共电极；以及
多个像素电极，从与薄膜晶体管的漏电极相连的引出互连线延伸出。
12.根据权利要求10的面内切换模式的液晶显示器件，其中多个选通线和该公共线基本上在第一方向中相互平行，多个数据线形成在与选通线基本上垂直的第二方向中并与选通线交叉。
13.根据权利要求11的面内切换模式的液晶显示器件，其中在子像素中的多个公共电极和多个像素电极以交替方式排列。
14.根据权利要求11的面内切换模式的液晶显示器件，其中孔径区包括相互相邻的每个公共电极和像素电极之间的部分，非孔径区包括子像素中的除孔径区之外的其余部分。
15.根据权利要求10的面内切换模式的液晶显示器件，其中使用尺寸小于上基板的曝光掩模来形成黑底。
16.根据权利要求10的面内切换模式的液晶显示器件，其中通过将上基板分成多个曝光区并一次曝光一个曝光区来进行曝光工艺。
17.根据权利要求9的面内切换模式的液晶显示器件，其中曝光区的边缘部分在非孔径区中。
18.根据权利要求16的面内切换模式的液晶显示器件，其中曝光区的边缘部分在非孔径区中。
19.一种面内切换模式的液晶显示器件的制造方法，该方法包括：
提供下基板和上基板；
在下基板上形成多个数据线；
在下基板上形成多个选通线，选通线基本上垂直于下基板上的数据线，其中通过多个选通线和数据线在下基板上限定出多个子像素，每个子像素具有孔径区和非孔径区；
在下基板上形成多个公共线，其中每个子像素包括至少一个公共线；
在上基板上形成黑底，黑底具有在下基板上的对应非孔径区内的边缘，并且黑底的边缘与位于非孔径区的最外侧公共电极重叠；以及
在下基板和上基板之间提供液晶层。
20.根据权利要求19的面内切换模式的液晶显示器件的制造方法，其中多个选通线和公共线基本上平行。
21.根据权利要求19的面内切换模式的液晶显示器件的制造方法，还包括：
提供对应于一个子像素的薄膜晶体管，薄膜晶体管具有在数据线和选通线交叉处的源电极、漏电极以及栅电极；
在一个所述子像素中形成多个公共电极，公共电极从子像素中的公共线延伸出；以及
在一个所述子像素中形成多个像素电极，这些像素电极从该一个所述子像素中的引出互连线延伸出，并与薄膜晶体管的漏电极相连。
22.根据权利要求21的面内切换模式的液晶显示器件的制造方法，其中在各子像素中的多个公共电极和多个像素电极以交替方式排列。
23.根据权利要求21的面内切换模式的液晶显示器件的制造方法，其中孔径区包括相互相邻的每个公共电极和像素电极之间的部分，非孔径区包括子像素中的除孔径区之外的其余部分。
24.根据权利要求19的面内切换模式的液晶显示器件的制造方法，其中使用曝光掩模通过曝光工艺在上基板的预定区域上形成黑底。
25.根据权利要求24的面内切换模式的液晶显示器件的制造方法，其中预定区是上基板上的与形成在下基板上的子像素内的非孔径区完全重叠的区域。
26.根据权利要求24的面内切换模式的液晶显示器件的制造方法，其中曝光掩模的尺寸小于上基板的尺寸。
27.根据权利要求24的面内切换模式的液晶显示器件的制造方法，其中通过将上基板分成多个曝光区并一次曝光一个曝光区来进行曝光工艺。
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