TW201836129A - 微型發光二極體及顯示面板 - Google Patents
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Abstract
一種微型發光二極體,包括磊晶疊層、第一電極以及第二電極。第一電極的下表面與磊晶疊層的第一半導體層的上表面接觸。第二電極的上表面與磊晶疊層的第二半導體層的下表面接觸。第一電極的下表面實質上重合於第一半導體層的上表面。第二電極的上表面實質上重合於第二半導體層的下表面。另,一種顯示面板亦被提出。
Description
本發明是有關於一種發光二極體及顯示面板,且特別是有關於一種微型發光二極體(Micro LED, μLED)及應用此微型發光二極體的顯示面板。
隨著光電科技的進步,許多光電元件的體積逐漸往微型化發展。近幾年來由於發光二極體(Light Emitting Diode, LED)製作尺寸上的突破,目前將發光二極體微型化應用於顯示器上的微型發光二極體顯示面板(Micro LED Display Panel)逐漸受到重視。微型發光二極體顯示面板效率高、壽命較長、材料不易受到環境影響而相對穩定,並且可以達到高解析度的影像畫面,因此微型發光二極體顯示面板將成為未來顯示技術的主流。然而,微型發光二極體顯示面板由於其所使用的微型發光二極體晶片尺寸較小,相較於一般發光二極體來說在製程中的困難度相對較高。此外,在微型發光二極體顯示面板在運作過程產生的熱能較容易影響到整體的微型發光二極體的電氣特性。有鑒於此,如何解決製程問題與散熱問題一直是本領域技術人員努力的方向之一。
本發明提供一種微型發光二極體,其能夠使應用此微型發光二極體的顯示面板具有較簡易的製程、良好的散熱效果以及良好的電氣特性。
本發明提供一種顯示面板,其具有較簡易的製程、良好的散熱效果、良好的電氣特性以及良好的製造良率。
在本發明的一實施例中提出一種微型發光二極體,包括磊晶疊層、第一電極以及第二電極。第一電極的下表面與磊晶疊層的第一半導體層的上表面接觸,且第一電極的下表面實質上重合於第一半導體層的上表面。第二電極的上表面與磊晶疊層的第二半導體層的下表面接觸,且第二電極的上表面實質上重合於第二半導體層的下表面。
在本發明的一實施例中提出一種顯示面板,包括背板、第一接合層、多個上述的微型發光二極體以及第二接合層。第一接合層配置於背板上,且與背板電性連接。這些微型發光二極體配置於於第一接合層上,且這些微型發光二極體與第一接合層電性連接。第二接合層電性連接於這些微型發光二極體,且這些微型發光二極體位於第一接合層與第二接合層之間。
在本發明的一實施例中,上述的顯示面板更包括絕緣層。絕緣層配置於任二相鄰的微型發光二極體之間。
在本發明的一實施例中,上述的第二半導體層的側表面與第二電極的上表面之間具有傾斜角,且傾斜角的範圍落在45度至85度之間。
在本發明的一實施例中,上述的第一半導體層的側表面與第一電極的側表面共平面。
在本發明的一實施例中,上述的第一半導體層為P型半導體層,且第二半導體層為N型半導體層。
在本發明的一實施例中,上述的第一電極的厚度大於第一半導體層的厚度。
在本發明的一實施例中,上述的第一電極的厚度與第一半導體層的厚度的比例落在大於1且小於等於10的範圍內。
在本發明的一實施例中,上述的第一電極的材料包括透明或半透明導電材料,且第二電極的材料包括金屬材料。
在本發明的一實施例中,上述的磊晶疊層的剖面的形狀為梯形。
在本發明的一實施例中,上述的磊晶疊層的厚度的範圍落在2微米至6微米的範圍內。
在本發明的一實施例中,上述的磊晶疊層的最大寬度的範圍落在1微米至50微米的範圍內。
在本發明的一實施例中,上述的磊晶疊層的厚度與磊晶疊層的最大寬度的比例落在0.1至1.5的範圍內。
在本發明的一實施例中,上述的背板更包括多個像素,每一像素包括至少三個子像素,至少一微型發光二極體位於一子像素中。
在本發明的一實施例中,上述的顯示面板更包括多個反射元件。一微型發光二極體位於任二相鄰的反射元件之間。
在本發明的一實施例中,上述的第二接合層連接於這些微型發光二極體的第一電極的上表面與側表面。
基於上述,在本發明實施例的微型發光二極體中,第一電極的下表面與第一半導體層的上表面實質上重合,且第二電極的上表面與第二半導體層的下表面實質上重合。透過上述重合的設計,本發明實施例的微型發光二極體能夠快速地將熱傳導至外部,因而具有良好的散熱效果以及具有良好的電氣特性。並且,透過上述重合的設計,這些微型發光二極體可以較為穩固地接合於顯示面板的背板上,可使製程較為簡易。由於本發明實施例的顯示面板具有上述的微型發光二極體,因此本發明實施例的顯示面板具有良好的散熱效果以及良好的電氣特性,並且具有良好的製造良率。
為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂,下文特舉實施例,並配合所附圖式作詳細說明如下。
圖1A是本發明的一實施例的顯示面板的局部俯視示意圖。圖1B是圖1A中剖線A-A’的剖面示意圖。請參照圖1A以及圖1B,在本實施例中,顯示面板200具體化為微型發光二極體顯示面板。顯示面板200包括背板210、第一接合層220、多個微型發光二極體100、絕緣層230以及第二接合層240。背板210具有多個像素P(於圖1A中僅示例性地繪示出一個像素P),每一像素P更包括多個子像素SP。像素P例如是包括三個子像素SP1、SP2、SP3,但本發明並不以此為限。第一接合層220配置於背板210上,且與背板210電性連接。這些微型發光二極體100配置於第一接合層220上,且這些微型發光二極體100與第一接合層220電性連接。接著,至少一微型發光二極體100位於一子像素SP中。詳言之,一紅光微型發光二極體100R例如是位於子像素SP1中,一藍光微型發光二極體100B例如是位於子像素SP2中,一綠光微型發光二極體100G例如是位於子像素SP3中,但本發明並不以此為限。這些微型發光二極體100與第一接合層220電性連接。第二接合層240電性連接於這些微型發光二極體100,且這些微型發光二極體100與絕緣層230位於第一接合層220以及第二接合層240之間。在其他未示出的實施例中,顯示面板也可以不包括絕緣層230,本發明並不以此為限制。此處第一接合層220為一非連續圖案化結構,一微型發光二極體100分別對應連接一第一接合層220。在本實施例中,第一接合層220的材料包括金屬材料,例如是金(Au)、銅(Cu)、錫(Sn)、銦(In)、上述材料的合金及上述材料的組成,第二接合層240的材料包括透明或半透明導電材料,例如是薄膜金屬、銦錫氧化物(Indium Tin Oxide, ITO)、導電高分子化合物及石墨烯(Graphene)的組成,但本發明並不以此為限。第二接合層240可被視為共電極(Common Electrode)。請參照圖1B,第二接合層240連接於多個微型發光二極體100的第一電極120的上表面120US與側表面120SS,相較於習知技術中的微型發光二極體顯示面板中的共電極只接合於電極的上表面,本實施例的顯示面板200的第二接合層240與第一電極120具有較大的接觸面積,因此有較佳的歐姆接觸與電流傳導。絕緣層230位於這些微型發光二極體100之間的間隙G,且絕緣層230的材料可為熱固化絕緣材料或是光固化絕緣材料。在本實施例中,絕緣層230的材料例如是光阻(Photo Resist)。特別說明的是,此處絕緣層230配置於二相鄰的微型發光二極體100的第一半導體層112之間且露出第一電極120並形成一平滑曲面,以便於後續製作第二接合層240,使製程良率更佳。此處,第二接合層240分別連接在每一像素P中的所有微型發光二極體100。於未示出的實施例中,第二接合層240亦可整面連結所有像素中的所有微型發光二極體100,在此並不為限。顯示面板200更包括多個連接電極CE電性連接背板210中的驅動單元(未示出)。每一連接電極CE沿著方向D2延伸。每一第二接合層240沿著方向D1延伸。每一連接電極P連接這些第二接合層240。在本實施例中,顯示面板200例如是透過背板210中的驅動單元(未示出)來控制各子像素SP中的微型發光二極體100發光與否,進而控制像素P所顯示的影像。顯示面板200的操作與實施方式可以由所屬技術領域的通常知識獲致足夠的教示、建議與實施說明,因此不再贅述。
在本實施例中,背板210具體化為薄膜電晶體(Thin Film Transistor, TFT)基板。在其他的實施例中,背板210可以是半導體(Semiconductor)基板、次黏著基台(Submount)、互補式金屬氧化物半導體(Complementary Metal-Oxide-Semiconductor, CMOS)電路基板、矽基液晶(Liquid Crystal on Silicon, LCOS)基板或者是其他具有驅動單元的基板,本發明並不以此為限制。
請參照圖1B,在本實施例中,微型發光二極體100具體化為垂直型發光二極體(Vertical Type LED)。每一微型發光二極體100包括磊晶疊層110、第一電極120以及第二電極130。磊晶疊層110包括第一半導體層112、發光層114以及第二半導體層116。在本實施例中,第一半導體層112為作為提供電洞的P型半導體層,且其材料包括Ⅱ-Ⅵ族材料(例如:P型鋅化硒(p-ZnSe))或Ⅲ-Ⅴ族材料(例如是P型砷化鋁鎵(p-AlGaAs)、P型磷砷化鎵(p-GaAsP)、P型磷化鋁鎵銦(p-AlGaInP)、P型磷化鎵鋁(p-AlGaP) 、P型氮化銦鎵(p-InGaN)、P型氮化鋁(p-AlN)、P型氮化銦(p-InN)、P型氮化鋁鎵(p-AlGaN)、P型氮化鋁銦鎵(p-AlInGaN)、P型氮化鎵(p-GaN)或是P型磷化鎵(p-GaP)),但不以此為限。第二半導體層116為作為提供電子的N型半導體層,且其材料包括Ⅱ-Ⅵ族材料(例如:N型鋅化硒(n-ZnSe))或Ⅲ-Ⅴ族材料(例如是N型砷化鋁鎵(n-AlGaAs)、N型磷砷化鎵(n-GaAsP)、N型磷化鋁鎵銦(n-AlGaInP)、N型磷化鎵鋁(n-AlGaP) 、N型氮化銦鎵(n-InGaN)、N型氮化鋁(n-AlN)、N型氮化銦(n-InN)、N型氮化鋁鎵(n-AlGaN)、N型氮化鋁銦鎵(n-AlInGaN)、N型氮化鎵(n-GaN)或是N型砷化鎵(n-GaAs)),但不以此為限。在其他的實施例中,第一半導體層112也可以是作為提供電子的N型半導體層,第二半導體層116也可以是作為提供電洞的P型半導體層。在另一實施例中,第一半導體層112與第二半導體層116也可以是作為其他用途的半導體層,並不限定於用途係為要提供載子的半導體層,換言之,第一半導體層112也可以是刻意不摻雜的半導體層,第二半導體層116也可以是刻意不摻雜的半導體層,本發明並不以第一半導體層112以及第二半導體層的用途為限制。發光層114位於第一半導體層112與第二半導體層116之間,且發光層114例如是由彼此交替堆疊的多層氮化銦鎵以及多層氮化鎵(InGaN/GaN)所構成的多重量子井結構(Multiple Quantum Well, MQW)。第一電極120與第二電極130分別位於磊晶疊層110的兩側。第一電極120配置於第一半導體層112上,且第一電極120的下表面120DS與磊晶疊層110的第一半導體層112的上表面112US接觸。第二半導體層116配置於第二電極130上,且第二電極130的上表面130US與磊晶疊層110的第二半導體層116的下表面116DS接觸。第一電極120與第二電極130分別與磊晶疊層110電性連接。第一電極120的下表面120DS實質上重合於第一半導體層112的上表面112US。第二電極130的上表面130US實質上重合於第二半導體層116的下表面116DS。更具體而言,第一電極120的下表面120DS的面積與形狀分別實質上相同於第一半導體層112的上表面112US的面積與形狀。第二電極130的上表面130US的面積分別實質上相同於第二半導體層116的下表面116DS的面積。並且,第一電極120的下表面120DS的面積與第一半導體層112的上表面112US的面積的比例落在0.95至1.05的範圍內。第二電極130的上表面130US的面積與第二半導體層116的下表面116DS的面積的比例落在0.95至1.05的範圍內。換言之,在上述的面積比例範圍內,上述表面的面積可被視為實質上相同。
承上述,在本實施例的微型發光二極體100中,第一電極120與第一半導體層112彼此接觸的二表面120DS、112US兩者實質上重合,且第二電極130與第二半導體層116彼此接觸的二表面130US、116US兩者實質上重合,本實施例的微型發光二極體100能夠快速地將熱傳導至外部,因而具有良好的散熱效果以及具有良好的電氣特性。並且,透過上述重合的設計,這些微型發光二極體100可以較為穩固地接合於顯示面板200的背板100上,可使製程較為簡易。由於本實施例的顯示面板200具有上述的微型發光二極體100,因此本實施例的顯示面板200具有良好的散熱效果以及良好的電氣特性,並且具有良好的製造良率。
在本實施例中,第一半導體層112的側表面112SS與第一電極120的側表面120SS共平面,亦即第一半導體層112的側表面112SS與第一電極120的側表面120SS之間為無傾斜角。第二半導體層116的側表面116SS與第二電極130的上表面130US之間具有傾斜角θ。第二電極130的側表面130SS與第二電極130的上表面130US垂直。較佳地,傾斜角θ係為一銳角,且此銳角的範圍落在45度至85度之間。具體而言,此處磊晶疊層110的剖面的形狀為梯形,更具體而言,此處磊晶疊層110的剖面的形狀為正梯形。由於梯形的銳角的位置是鄰近背板210,可使後續製作於微型發光二極體100上的製程,例如是微型發光二極體100與第二接合層240的接合製程,將可有更佳的製作良率。
在本實施例中,磊晶疊層110的厚度110t的範圍落在2微米至6微米的範圍內,但本發明並不以此為限。磊晶疊層110的最大寬度W的範圍落在1微米至50微米的範圍內,但本發明並不以此為限。磊晶疊層110的厚度110t與磊晶疊層110的最大寬度W的比例落在0.1至1.5的範圍內,可使微型發光二極體100結構於高溫高壓製程過程中(例如將微型發光二極體100接合至第一接合層220時)較不易造成微型發光二極體100碎裂,而有較好的製作良率。
另一方面,第一電極120的厚度120t的範圍例如是落在1000埃(Angstrom)至10000埃的範圍內。相較於習知微型二極體而言,由於本實施例的微型發光二極體100具有較厚的電極設計,因此具有較佳的光電特性。並且,於後續製作共電極(第二接合層240)於第一電極120上時可有較佳的製程裕度。第一電極120的厚度120t大於第一半導體層112的厚度112t。較佳地,第一電極120的厚度120t與第一半導體層112的厚度112t的比例落在大於1且小於等於10的範圍內。由於本實施例的微型發光二極體100的第一電極120的厚度120t相較於第一半導體層112的厚度112t為厚,以便於後續製作第二接合層240,可有較佳的製程良率與電流傳導效率。此外,在本實施例中,第一電極120的材料包括透明或半透明導電材料,且例如是銦錫氧化物(ITO)、導電高分子化合物及石墨烯(Graphene),但本發明並不以此為限。第二電極130的材料包括金屬材料,且例如是鉑(Pt)、鎳(Ni)、鈦(Ti)、金(Au)、鉻(Cr)、上述之合金及上述材料之組合,但本發明並不以此為限。由於第一電極120的材料係為透明或半透明導電材料,其具有高穿透率,因此微型發光二極體100所發出的光束L較不易被第一電極120所吸收,而能夠穿透第一電極120而出射於外部。詳細來說,第一電極120的材料的光穿透率例如是在大於等於80%且小於等於100%的範圍內,本發明並不以此為限制。
在此必須說明的是,下述實施例沿用前述實施例的部分內容,省略了相同技術內容的說明,關於相同的元件名稱可以參考前述實施例的部分內容,下述實施例不再重複贅述。
圖2為本發明之另一實施例之顯示面板的局部剖面示意圖。請參照圖2,本實施例之顯示面板200’大致類似於圖1A以及圖1B之顯示面板200,而兩者的主要差異如下所述。在本實施例中,顯示面板200’更包括多個反射元件250。反射元件250的材料包括金屬材料或者是其他具有反射能力的材料,本發明並不以此為限制。一微型發光二極體100位於任二相鄰的反射元件250之間。這些微型發光二極體100與這些反射元件250例如是共同設置於背板210的表面210S上。反射元件250的高度HR
係為反射元件250最遠離背板210的表面至背板210的表面210S高度。發光層114的高度HE
係為發光層114至背板210的表面的高度。反射元件250的高度HR
相對於磊晶疊層110的發光層114的高度HE
為高。因此,當微型發光二極體100被驅動而發光時,微型發光二極體100所發出的光束L中大部分的光束L1大致沿著正向方向D3傳遞。光束L中部分的光束L2則沿著微型發光二極體100左右兩側的方向傳遞。接著,光束L2被反射元件250反射後並大致沿著正向方向D3出射。因此,本實施例的顯示面板200’透過反射元件250的設置可以進一步地提升顯示面板200’的畫面亮度。特別說明的是,反射元件250亦可與背板210一體成型製作,在此並不為限。
圖3為本發明之又一實施例之顯示面板的局部剖面示意圖。請參照圖3,本實施例之顯示面板200”大致類似於與圖1A以及圖1B之顯示面板200,而兩者的主要差異如下所述。圖1B的第一接合層220為非連續結構。本實施例之第一接合層220’為連續結構,這些微型發光二極體100與第一接合層220’電性連接。在其他未示出的實施例中,第一接合層220’例如是具有多個凹部與凸部的連續結構。這些微型發光二極體100例如是分別設置於第一接合層220’的這些凹部,其中凸部可高於微型發光二極體100的發光層114高度,使凸部可反射微型發光二極體100所發出的光束L以增加正向出光,本發明並不以此為限制。
綜上所述,在本發明實施例的微型發光二極體中,第一電極的下表面與第一半導體層的上表面實質上重合,且第二電極的上表面與第二半導體層的下表面實質上重合。透過上述重合的設計,本發明實施例的微型發光二極體能夠快速地將熱傳導至外部,因而具有良好的散熱效果以及具有良好的電氣特性。並且,透過上述重合的設計,這些微型發光二極體可以較為穩固地接合於顯示面板的背板上,而使製程較為簡易。由於本發明實施例的顯示面板具有上述的微型發光二極體,因此本發明實施例的顯示面板具有良好的散熱效果以及良好的電氣特性,並且具有良好的製造良率。再者,在本發明實施例的微型發光二極體中,第一電極的厚度大於第一半導體層的厚度,並且,透過將磊晶疊層的剖面的形狀設計為梯形,以便於後續製作第二接合層。
雖然本發明已以實施例揭露如上,然其並非用以限定本發明,任何所屬技術領域中具有通常知識者,在不脫離本發明的精神和範圍內,當可作些許的更動與潤飾,故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。
100、100R、100G、100B‧‧‧微型發光二極體
110‧‧‧磊晶疊層
110t、112t、116t、120t‧‧‧厚度
112‧‧‧第一半導體層
114‧‧‧發光層
116‧‧‧第二半導體層
120‧‧‧第一電極
120SS、112SS、116SS、130SS‧‧‧側表面
120DS、116DS‧‧‧下表面
120US、112US、130US‧‧‧上表面
130‧‧‧第二電極
200、200’、200”‧‧‧顯示面板
210‧‧‧背板
220、220’‧‧‧第一接合層
210S‧‧‧表面
230‧‧‧絕緣層
240‧‧‧第二接合層
250‧‧‧反射元件
D1、D2、D3‧‧‧方向
HR、HE‧‧‧高度
G‧‧‧間隙
L、L1、L2‧‧‧光束
CE‧‧‧連接電極
P‧‧‧像素
SP、SP1、SP2、SP3‧‧‧子像素
W‧‧‧最大寬度
θ‧‧‧傾斜角
A-A’‧‧‧剖線
圖1A是本發明的一實施例的顯示面板的局部俯視示意圖。 圖1B是圖1A中剖線A-A’的剖面示意圖。 圖2是本發明的另一實施例的顯示面板的局部剖面示意圖。 圖3是本發明的又一實施例的顯示面板的局部剖面示意圖。
Claims (22)
- 一種微型發光二極體,包括: 磊晶疊層; 第一電極,具有下表面,所述下表面與所述磊晶疊層的第一半導體層的上表面接觸,且所述第一電極的所述下表面實質上重合於所述第一半導體層的所述上表面;以及 第二電極,具有上表面,所述上表面與所述磊晶疊層的第二半導體層的下表面接觸,且所述第二電極的所述上表面實質上重合於所述第二半導體層的所述下表面。
- 如申請專利範圍第1項所述的微型發光二極體,其中所述第二半導體層的側表面與所述第二電極的所述上表面之間具有傾斜角,且所述傾斜角的範圍落在45度至85度之間。
- 如申請專利範圍第1項所述的微型發光二極體,其中所述第一半導體層的側表面與所述第一電極的側表面共平面。
- 如申請專利範圍第1項所述的微型發光二極體,其中所述第一半導體層為P型半導體層,且所述第二半導體層為N型半導體層。
- 如申請專利範圍第1項所述的微型發光二極體,其中所述第一電極的厚度大於所述第一半導體層的厚度。
- 如申請專利範圍第5項所述的微型發光二極體,其中所述第一電極的厚度與所述第一半導體層的厚度的比例落在大於1且小於等於10的範圍內。
- 如申請專利範圍第1項所述的微型發光二極體,其中所述第一電極的材料包括透明或半透明導電材料,且所述第二電極的材料包括金屬材料。
- 如申請專利範圍第1項所述的微型發光二極體,其中所述磊晶疊層的剖面的形狀為梯形。
- 如申請專利範圍第1項所述的微型發光二極體,其中所述磊晶疊層的厚度的範圍落在2微米至6微米的範圍內。
- 如申請專利範圍第1項所述的微型發光二極體,其中所述磊晶疊層的最大寬度的範圍落在1微米至50微米的範圍內。
- 如申請專利範圍第1項所述的微型發光二極體,其中所述磊晶疊層的厚度與所述磊晶疊層的最大寬度的比例落在0.1至1.5的範圍內。
- 一種顯示面板,包括: 背板; 第一接合層,配置於所述背板上,且與所述背板電性連接; 多個微型發光二極體,配置於所述第一接合層上且所述多個微型發光二極體與所述第一接合層電性連接,其中每一所述微型發光二極體包括: 磊晶疊層; 第一電極,具有下表面,所述下表面與所述磊晶疊層的第一半導體層的上表面接觸,且所述第一電極的所述下表面實質上重合於所述磊晶疊層的第一半導體層的上表面;以及 第二電極,具有上表面,所述上表面與所述磊晶疊層的第二半導體層的下表面接觸,且所述第二電極的所述上表面實質上重合於所述磊晶疊層的第二半導體層的所述下表面;以及 第二接合層,電性連接於所述多個微型發光二極體,且所述多個微型發光二極體位於所述第一接合層與所述第二接合層之間。
- 如申請專利範圍第12項所述的顯示面板,更包括絕緣層,其中所述絕緣層配置於任二相鄰的所述微型發光二極體之間。
- 如申請專利範圍第12項所述的顯示面板,其中所述第二半導體層的側表面與所述第二電極的所述上表面之間具有傾斜角,且所述傾斜角的範圍落在45度至85度之間。
- 如申請專利範圍第12項所述的顯示面板,其中所述第一半導體層的側表面與所述第一電極的側表面共平面。
- 如申請專利範圍第12項所述的顯示面板,其中所述第一半導體層為P型半導體層,且所述第二半導體層為N型半導體層。
- 如申請專利範圍第12項所述的顯示面板,其中所述第一電極的厚度大於所述第一半導體層的厚度。
- 如申請專利範圍第17項所述的顯示面板,其中所述第一電極的厚度與所述第一半導體層的厚度的比例落在大於1且小於等於10的範圍內。
- 如申請專利範圍第12項所述的顯示面板,其中所述第二接合層連接於所述多個微型發光二極體的所述第一電極的上表面與側表面。
- 如申請專利範圍第12項所述的顯示面板,其中所述磊晶疊層的剖面的形狀為梯形。
- 如申請專利範圍第12項所述的顯示面板,其中所述背板更包括多個像素,其中每一所述像素包括至少三個子像素,其中至少一所述微型發光二極體位於一所述子像素中。
- 如申請專利範圍第12項所述的顯示面板,更包括多個反射元件,其中每一所述微型發光二極體位於任二相鄰的所述反射元件之間。
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