TWI433310B - 有機發光二極體顯示裝置 - Google Patents

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TWI433310B TW099121792A TW99121792A TWI433310B TW I433310 B TWI433310 B TW I433310B TW 099121792 A TW099121792 A TW 099121792A TW 99121792 A TW99121792 A TW 99121792A TW I433310 B TWI433310 B TW I433310B
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An Thung Cho
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Wei Pang Huang
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Description

有機發光二極體顯示裝置
本發明係關於一種有機發光二極體顯示裝置，尤指一種觸控式有機發光二極體顯示裝置。
功能先進的顯示器漸成為現今消費電子產品的重要特色，其中有機發光二極體顯示裝置已經逐漸成為各種電子設備如電視、行動電話、個人數位助理(PDA)、數位相機、電腦螢幕或筆記型電腦螢幕所廣泛應用具有高解析度彩色螢幕的顯示器。
不同於市面上常見的有機發光二極體顯示裝置係利用加在液晶像素的電壓決定像素亮度，有機發光二極體顯示裝置(Organic Light Emitting Display，OLED)發光強度是由LED順向偏壓電流決定像素亮度。有機發光二極體顯示裝置利用自發光技術，不但不需要背光照明，還能提供比有機發光二極體顯示裝置更快的響應時間。除此之外，有機發光二極體顯示裝置甚至還有較佳的對比值和寬廣的視角等優點。而且，有機發光二極體顯示裝置能使用現有的薄膜電晶體有機發光二極體顯示裝置的基板技術來製造，目前常見的主動有機發光二極體顯示裝置係使用非晶矽(a-Si)或低溫多晶矽(LTPS)基板。
由於現今有機發光二極體顯示裝置為了方便攜帶與使用，使用者可直接觸碰的觸控式有機發光二極體顯示面板也成為市場開發的方向。傳統上的電阻式或電容式觸控有機發光二極體顯示面板，其係在面板上設置額外的電阻電容元件，並透過偵測觸壓點電壓值的變化來判斷觸壓的位置座標。然而，由於電阻電容等元件係直接設置在面板上，故會導致有機發光二極體顯示面板的光線穿透率下降，並且增加面板的整體厚度。另一種光學式觸控面板則是在有機發光二極體顯示面板的四周設置大量的光源以及對應的光學感測元件，利用光學感測元件是否偵測到對應的光源的光線來判斷觸壓點的位置座標。光學式觸控面板，有兩種感測模式：光遮蔽模式(Optical shadow type)以及光反射模式(Optical reflective type)。
光遮蔽模式是指在環境光充足的操作情況下，會依據環境光的變化來判定是否觸碰。舉例來說，在一明亮的空間中，當物件(例如手指、觸控筆等等)觸壓於一像素上時，該被觸壓像素的光感應器所感應的環境光線亮度較其它像素的光感應器所感應的環境光線亮度來得低。而有機發光二極體顯示裝置系統會判斷感應到較小亮度的像素為被觸壓的像素，反之，其它較大亮度的像素為未被觸壓的像素。
光反射模式是指在環境光微弱的狀態下，依據有機發光二極體顯示面板背光源的反射光的變化來偵測感應觸碰的動作。舉例來說，在一幽暗的房間內，此時背光源的光線亮度較環境光的亮度大。當物件(例如手指、觸控筆等等)觸壓於一像素上時，因為來自背光源的光線會經由該物件反射至被觸壓像素的光感應器上，所以被觸壓像素的光感應器所感應的光線亮度較其它像素的光感應器所感應的光線亮度來得大。有機發光二極體顯示裝置系統會判斷感應到較大亮度的像素為被觸壓的像素，反之，其它較小亮度的像素為未被觸壓的像素。
然而，因為背光源產生的光線經反射後已是相當微弱，因此在環境光較弱的環境下，光感應器通常感測的訊號較弱，訊號辨別度較差。再者對於所需觸控位置而言，如果周圍圖形為較低灰階(例如黑色)之畫面時，此時欲進行圖形拖曳之動作，更容易因像素光量不足，而導致無法感應的問題。
有鑑於此，本發明之目的係提供一種觸控式有機發光二極體顯示裝置，將紅外線發光區、紅外線感應單元與有機發光二極體整合在一起。在光反射模式下，有機發光二極體顯示裝置採用偵測紅外線的大小來決定像素是否被觸壓，以解決先前技術之問題。
本發明之目的係提供一種有機發光二極體顯示裝置，其包含閘極驅動器、源極驅動器、複數個紅外線單元以及複數個像素單元。閘極驅動器用來產生掃描訊號。源極驅動器用來產生資料訊號。複數個像素單元係呈矩陣排列，每一像素單元包含第一電晶體、驅動電路、儲存電容以及有機發光二極體。每一紅外線單元包含紅外線發光區以及紅外線感光區。該第一電晶體用來於接收該掃描訊號時，導通該資料訊號。該驅動電路用來根據一第一電源訊號和該資料訊號間的壓差產生一驅動電流，該儲存電容耦接於該第二電晶體的輸出端，用來儲存該資料訊號。該有機發光二極體用來依據該驅動電流產生光線。紅外線發光區用來發出紅外線。該紅外線感光區用來感應自一反射物反射回來之該紅外線。
依據本發明，有機發光二極體顯示裝置另包含一處理單元，用來依據該紅外線感光區感應之該紅外線，決定該反射物對應於該等單元之位置。
依據本發明，該紅外線發光區係用來於接收該第一電源訊號時，發出該紅外線。該有機發光二極體顯示裝置另包含一偵測單元，用來偵測該有機發光二極體顯示裝置之一亮度，當該亮度小於一預設值時，啟動該第一電源訊號。
依據本發明，每一單元另包含電源電極金屬層、顯示陽極、紅外線發光區以及陰極金屬層。電源電極金屬層用來導通該第一電源訊號。顯示陽極設置於該電源電極金屬層之上。該紅外線發光區設置於該顯示陽極上。
依據本發明，該紅外線發光區係一有機發光二極體。該有機發光二極體係用來發出紅、綠、藍色光線。該紅外線感光區係一富矽感光元件或一PN接面感光元件或一非晶矽薄膜電晶體感光元件。
為讓本發明之上述內容能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：
請參閱第1圖，第1圖係本發明之移位暫存器之有機發光二極體顯示裝置10之功能方塊圖。有機發光二極體顯示裝置(Organic Light Emitting Display，OLED)10包含有機發光二極體顯示面板12、閘極驅動器(gate driver)14、源極驅動器(source driver)16、處理單元18以及偵測單元15。有機發光二極體顯示面板12包含基板13，基板13上包含複數個呈矩陣排列的像素單元30和複數個紅外線單元32，而每一個像素單元30包含分別代表紅綠藍(RGB)。紅外線單元32包含紅外線發光區26以及紅外線感光區28。紅外線發光區26用來發出紅外線。紅外線感光區28用來感應自一反射物反射回來之紅外線。
請一併參閱第2A圖、第2B圖以及第2C圖，第2A圖係第1圖之像素單元30的等效電路圖，第2B圖係第1圖之紅外線單元32之紅外線發光區26的等效電路圖，第2C圖係第1圖之紅外線單元32之紅外線感光區28的等效電路圖。每一像素單元30包含第一電晶體22、有機發光二極體24、儲存電容34以及第二電晶體25。第一電晶體22之輸入端係耦接於源極驅動器16，第一電晶體22之控制端係耦接於閘極驅動器14，第一電晶體22之輸出端耦接第二電晶體25之控制端，第二電晶體25之輸入端耦接於第一電源訊號Vdd ，第二電晶體25之輸出端耦接於有機發光二極體24。第一電晶體22用來於接收來自閘極驅動器14傳送的掃描訊號Vscan 時，導通來自源極驅動器16之資料訊號Vdata 。此時第二電晶體25根據電源訊號Vdd 和資料訊號Vdata 間的壓差產生不同大小的電流。而有機發光二極體24則依據流經第二電晶體25的電流發出紅、綠、藍三原色的光線，再依據資料訊號Vdata 來調整射出三原色光線的比例而產生不同的灰階。儲存電容34的兩端分別耦接於有機發光二極體24以及第二電晶體25之控制端。
儲存電容34會儲存資料訊號Vdata ，使得像素單元30在沒有接收到掃描訊號Vscan 時仍能依據資料訊號Vdata 產生所要的灰階。紅外線單元32包含紅外線發光區26以及紅外線感光區28。紅外線發光區26耦接電源訊號Vdd ，用來發出紅外線。紅外線感光區28用來感應自一反射物反射回來之紅外線。紅外線感光區28可以是一富矽感光元件(silicon rich sensor)或一PN接面感光元件(P-I-N sensor)或一非晶矽薄膜電晶體感光元件(a-Si TFT sensor)。
本實施例之有機發光二極體顯示裝置10在不同環境光的亮度下有兩種操作方式。在環境光較強的狀態下，當物件(例如手指、觸控筆等等)觸壓於一像素單元30上時，被觸壓像素單元30所感應的環境光線亮度較其它像素單元30所感應的環境光線亮度來得低。而有機發光二極體顯示裝置10會判斷感應到較小亮度的像素為被觸壓的像素，反之，其它較大亮度的像素則被判定為未被觸壓的像素。在環境光微弱的狀態下，即使是被觸壓的像素單元30所感測的亮度與未被觸壓的像素單元差不多，故無法利用像素單元30來判定觸壓位置。此時，電源訊號Vdd 會啟動使得紅外線發光區26發出紅外線，而紅外線感光區28則用來感應反射回來之紅外線。也就是說紅外線單元32來取代像素單元30來判斷觸壓位置。如果紅外線感光區28沒有感測到紅外線時，則意味著有該紅外線單元32沒有被觸壓。反之，如果紅外線感光區28感測到紅外線時，則意味該紅外線單元32被觸壓。最後，處理單元18用來依據紅外線感光區28感應之紅外線，決定物件觸壓紅外線單元32之位置。較佳地，偵測單元15會偵測環境光的亮度。在環境光較弱的環境下，偵測單元15會控制電源訊號Vdd 導通紅外線發光區26以產生紅外線，而在環境光較強的狀態下，電源訊號Vdd 不會導通紅外線發光區26故不會產生紅外線，以減少功率消耗。因人眼並無法辨識紅外線，所以在光線亮度較暗的環境下，紅外線發光區26產生的紅外線也不會影響原本像素之對比。所以即使觸控位置的部位周圍的圖形為較低灰階(例如黑色)之畫面時，也沒有先前技術欲進行圖形拖曳之動作，因像素光量不足而導致無法感應的問題。
請參閱第3A和3B圖，第3A圖係第2B圖之紅外線發光區26之剖面圖，第3B圖係第2C圖之紅外線感光區28之剖面圖。如第3A圖所示，在玻璃基板202上沈積一層非晶矽薄膜(未顯示)，並藉由準分子雷射等退火製程，使此非晶矽薄膜再結晶成多晶矽薄膜(未顯示)。然後對此多晶矽薄膜進行微影蝕刻，即可得到所需之半導體層208的圖案。在半導體層208表面沈積一閘極絕緣層210。然後進行一金屬薄膜沈積製程，以於閘極絕緣層210表面形成一層金屬薄膜(未顯示)，並進行微影蝕刻(PEP)，以蝕刻得到閘極金屬211。隨後即可利用閘極金屬211作為自我對準遮罩，對半導體層208進行硼離子佈植製程，以於半導體層208中形成源極213和汲極215。請注意，第一電晶體22亦即包含源極213、汲極215以及閘極金屬211。
接著沉積一層間絕緣層(inter-layer dielectric，ILD)212，並覆蓋閘極金屬211和閘極絕緣層210。。接下來，再進行微影蝕刻用以去除源極213和汲極215上方的部份層間絕緣層212和閘極絕緣層210，直至源極213與汲極215表面，以分別於汲極215與源極213上方形成複數個介層洞。
接下來，進行另一金屬沈積製程以及微影蝕刻以蝕刻出位於紅外發光區26的電源電極金屬層228以及在介層洞表面上之訊號線、汲極金屬等金屬層218，用以分別電連紅外線感光區28上的接源極213和汲極215。接著沈積一平坦保護層(planarization layer)220於電源電極金屬層228、金屬層218和層間絕緣層212之上，並進行微影蝕刻以去除電連接汲極215之金屬層218和電源電極金屬層228上方的部分保護層220並產生電極介層洞於金屬層218上和電源電極金屬層228。
然後，再形成氧化銦錫(Indium Tin Oxide，ITO)之透明導電薄膜(未顯示)於保護層220上，並進行微影蝕刻以定義出適當大小之顯示陽極(Anode)222a、222b。隨後再分別於顯示陽極222a、222b表面形成有機層224a和紅外線發光層224b。請注意，有機層224a和紅外線發光層224b材質皆為相同的有機發光材料，故整個製程只需在蒸鍍像素單元30時，除了蒸鍍原有用來發出三原色之有機層224a之外，再額外將材質為有機發光二極體之紅外線發光層224b蒸鍍上去即可，故高度相容於原本的製程。此外顯示陽極222a和222b之間並不相連，有機層224a和紅外線發光層224b亦不相連。最後，把陰極金屬層226形成於有機層224a和紅外線發光層224b之上即可完成有機發光二極體面板12之製作。顯示陽極222a可接收第一電晶體22傳來的資料訊號，而有機層224a就是依據顯示陽極222a的資料訊號和陰極金屬層226所耦接的電源訊號Vss來決定發出光線之灰階。而電源訊號金屬層228可接收傳來的電源訊號Vdd並將之傳送至顯示陽極222b，紅外線發光層224b則是依據顯示陽極222b的電源訊號Vdd 和陰極金屬層226所耦接的電源訊號Vss來決定發出紅外線。
參閱第4圖和第5圖，第4圖是本發明第二實施例的像素單元30’的等效電路圖，第5圖是第4圖的第一啟動訊號S1，第二啟動訊號S2、第三啟動訊號S3和資料訊號Vdata 的時序圖。在第二實施例中，有機發光二極體顯示面板12包含複數個用來顯示三原色的像素單元30’以及複數個煌外線單元32。像素單元30’包含第一電晶體T1、有機發光二極體24、儲存電容C1和驅動電路40。驅動電路40包含第二電晶體T2、第三電晶體T3、第四電晶體T4、第五電晶體T5和第六電晶體T6。第二電晶體T2耦接於儲存電容C1。第三電晶體T3耦接於第二電晶體T2和儲存電容C1，用來依據第二啟動訊號S2開啟或關閉。第四電晶體耦接於T4儲存電容C1並依第三啟動訊號S3開啟或關閉。第五電晶體T5耦接於第二電晶體T2和第四電晶體T4。第六電晶體T6耦接於第五電晶體T5與有機發光二極體24，並依第三啟動訊號S3開啟或關閉。第二電晶體T2接收第一啟動訊號S1而開啟導通補償電壓V1，使其對儲存電容C1充電。接著，第一電晶體T1和第三電晶體T3接收到第二啟動訊號S2後，會將來自源極驅動器16的資料訊號Vdata 傳送至儲存電容C1。此時，儲存電容C1共儲存了Vdd +Vth 的電量，其中Vth 表示電晶體T5的臨界電壓(threshold voltage)。之後，電晶體T4和T6會依據第三啟動訊號S3而開啟，同時電晶體T2會根據第一電源訊號Vdd 和資料訊號Vdata 的壓差輸出電流。有機發光二極體24就是依據該流經電晶體T2的不同電流產生不同三原色比例的光線，並調和成不同的灰階。
相較於先前技術，本發明之有機發光二極體顯示裝置之每一單元將有機發光二極體材質之紅外線發光區以及紅外線感光區整合在一起。所以在環境光較弱的環境下，還是可以透過紅外線的大小來感應觸碰單元的座標位置。即使所需觸控位置的部位周圍的圖形為較低灰階之畫面時，也不會因為像素光量不足，而導致無法感應的問題。
雖然本發明已用較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與修改，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準
10．．．有機發光二極體顯示裝置
12．．．有機發光二極體顯示面板
14．．．閘極驅動器
16．．．源極驅動器
18．．．處理單元
15．．．偵測單元
22．．．電晶體
30．．．像素單元
32．．．紅外線單元
34．．．儲存電容
202．．．基板
213．．．源極
215．．．汲極
208．．．半導體層
210．．．閘極絕緣層
211．．．閘極金屬
212．．．層間絕緣層
218．．．金屬層
220．．．平坦保護層
228．．．電源電極金屬層
222a、222b．．．顯示陽極
224a．．．有機層
224b．．．紅外線發光層
24．．．有機發光二極體
25．．．第二電晶體
26‧‧‧紅外線發光區
28‧‧‧紅外線感光區
第1圖係本發明之移位暫存器之有機發光二極體顯示裝置之功能方塊圖。
第2A圖係第1圖之顯示區的等效電路圖。
第2B圖係第1圖之紅外線單元之紅外線發光區的等效電路圖。
第2C圖係第1圖之紅外線單元之紅外線感光區的等效電路圖。
第3A圖係第2B圖之紅外線發光區之剖面圖。
第3B圖係第2C圖之紅外線感光區之剖面圖。
第4圖是本發明第二實施例的像素單元30’的等效電路圖。
第5圖是第4圖的第一啟動訊號、第二啟動訊號、第三啟動訊號和資料訊號的時序圖。
10．．．有機發光二極體顯示裝置
12．．．有機發光二極體顯示面板
14．．．閘極驅動器
16．．．源極驅動器
18．．．處理單元
15．．．偵測單元
30．．．像素單元
32．．．紅外線單元
26．．．紅外線發光區
28．．．紅外線感光區
13．．．基板

Claims (23)

  1. 一種有機發光二極體顯示裝置，其包含一閘極驅動器，用來產生掃描訊號；一源極驅動器，用來產生資料訊號；複數個像素單元，該複數個像素單元係呈矩陣排列，每一像素單元包含：一第一電晶體，用來於接收該掃描訊號時，導通該資料訊號；一驅動電路，用來根據一第一電源訊號和該資料訊號間的壓差產生一驅動電流；一儲存電容，其兩端分別耦接於該驅動電路的輸出端，用來儲存該資料訊號；一有機發光二極體，用來依據該驅動電流產生一光線；複數個紅外線單元，每一紅外線單元包含：一紅外線發光區，用來於接收該第一電源訊號時，發出一紅外線，該紅外線發光區包含：一電源電極金屬層，用來導通該第一電源訊號；一顯示陽極，設置於該電源電極金屬層之上；一發光紅外線發光層，設置於該顯示陽極上；以及一陰極金屬層，設置於該發光紅外線發光層之上；以及一紅外線感光區，用來感應自一反射物反射回來之該紅外線。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之有機發光二極體顯示裝置，其另包含一處理單元，用來依據該紅外線感光區感應之該紅外線，決定該反射物 對應於該等單元之位置。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之有機發光二極體顯示裝置，其另包含一偵測單元，用來偵測該有機發光二極體顯示裝置之環境光的亮度，當該亮度小於一預設值時，啟動該第一電源訊號。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之有機發光二極體顯示裝置，其中該紅外線發光區的材質與該有機發光二極體相同。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之有機發光二極體顯示裝置，其中該驅動電路是一第二電晶體。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之有機發光二極體顯示裝置，其中該儲存電容是連接於該有機發光二極體以及該第二電晶體的控制端。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之有機發光二極體顯示裝置，其中該驅動電路包含：一第二電晶體，耦接於該儲存電容，並受控於一第一啟動訊號；一第三電晶體，耦接該第二電晶體以及該儲存電容，並受控於一第二啟動訊號；一第四電晶體，耦接該儲存電容並受控於一第三啟動訊號；一第五電晶體，耦接該第二電晶體以及該第四電晶體；以及一第六電晶體，耦接該第五電晶體以及該有機發光二極體，並受控於該第三啟動訊號。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之有機發光二極體顯示裝置，其中該第一啟動訊號的觸發時間早於該第二啟動訊號，該第二啟動訊號的觸發時間早於該第三啟動訊號。
  9. 如申請專利範圍第7項所述之有機發光二極體顯示裝置，其中該儲存電容是耦接於該第一電源訊號以及該第二電晶體之間。
  10. 如申請專利範圍第1項所述之有機發光二極體顯示裝置，其中該紅外線感光區係一富矽感光元件(silicon ruch sensor)或一PN接面感光元件(P-I-N sensor)或一非晶矽薄膜電晶體感光元件(a-Si TFT sensor)。
  11. 如申請專利範圍第1項所述之有機發光二極體顯示裝置，其中該紅外線感光區包含：一第二電晶體；一顯示陽極，設置於該第二電晶體上；一有機層，設置於該顯示陽極上；以及一陰極金屬層，設置於該有機層之上。
  12. 如申請專利範圍第1項所述之有機發光二極體顯示裝置，其中該第一電晶體之輸入端係耦接於該源極驅動器，該第一電晶體之控制端係耦接於該閘極驅動器，該第一電晶體之輸出端耦接該第二電晶體之控制端，該第二電晶體之輸入端耦接於該第一電源訊號，該第二電晶體之輸出端耦接於該有機發光二極體。
  13. 一種有機發光二極體面板，用於一顯示器上，其包含：一基板，具有一顯示區；複數個像素單元，該複數個像素單元係呈矩陣排列，每一像素單元包含：一第一電晶體，用來於接收該掃描訊號時，導通該資料訊號；一驅動電路，用來根據一第一電源訊號和該資料訊號間的壓差產生 一驅動電流；一儲存電容，其兩端分別耦接於該驅動電路的輸出端，用來儲存該資料訊號；一有機發光二極體，用來依據該驅動電流產生一光線；複數個紅外線單元，每一紅外線單元包含：一紅外線發光區，用來發出一紅外線；以及一紅外線感光區，用來感應自一反射物反射回來之該紅外線，該紅外線感光區包含：一第二電晶體；一顯示陽極，設置於該第二電晶體上；一有機層，設置於該顯示陽極上；以及一陰極金屬層，設置於該有機層之上。
  14. 如申請專利範圍第13項所述之有機發光二極體面板，其中至少有六個像素單元搭配其中一紅外線單元。
  15. 如申請專利範圍第13項所述之有機發光二極體面板，其中該紅外線發光區的材質與該有機發光二極體相同。
  16. 如申請專利範圍第13項所述之有機發光二極體面板，其中該紅外線發光區包含：一電源電極金屬層，用來導通該第一電源訊號；一顯示陽極，設置於該電源電極金屬層之上；一發光紅外線發光層，設置於該顯示陽極上；以及一陰極金屬層，設置於該發光紅外線發光層之上。
  17. 如申請專利範圍第16項所述之有機發光二極體面板，其中當該顯示器的環境光亮度小於一預設值時，啟動該第一電源訊號。
  18. 如申請專利範圍第13項所述之有機發光二極體面板，其中該驅動電路是一第二電晶體。
  19. 如申請專利範圍第17項所述之有機發光二極體面板，其中該儲存電容是連接於該有機發光二極體以及該第二電晶體的控制端。
  20. 如申請專利範圍第13項所述之有機發光二極體面板，其中該驅動電路包含：一第二電晶體，耦接於該儲存電容，並受控於一第一啟動訊號；一第三電晶體，耦接該第二電晶體以及該儲存電容，並受控於一第二啟動訊號；一第四電晶體，耦接該儲存電容並受控於一第三啟動訊號；一第五電晶體，耦接該第二電晶體以及該第四電晶體；以及一第六電晶體，耦接該第五電晶體以及該有機發光二極體，並受控於該第三啟動訊號。
  21. 如申請專利範圍第20項所述之有機發光二極體面板，其中該第一啟動訊號的觸發時間早於該第二啟動訊號，該第二啟動訊號的觸發時間早於該第三啟動訊號。
  22. 如申請專利範圍第20項所述之有機發光二極體面板，其中該儲存電容是耦接於該第一電源訊號以及該第二電晶體之間。
  23. 如申請專利範圍第13項所述之有機發光二極體面板，其中該紅外線感光區係一富矽感光元件(silicon ruch sensor)或一PN接面感光元件(P-I-N sensor)或一非晶矽薄膜電晶體感光元件(a-Si TFT sensor)。
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