TW201500778A - 畫素結構及具有此畫素結構的顯示面板 - Google Patents

Abstract

一種畫素結構及顯示面板。畫素結構包括主動元件、分享開關元件、保護層、彩色濾光圖案、畫素電極、分享電容器以及遮光材料。保護層覆蓋主動元件及分享開關元件。具有開口的彩色濾光圖案位於保護層上。畫素電極位於彩色濾光圖案上。分享電容器與分享開關元件電性連接，其包括電極線、覆蓋電極線的絕緣層及電極圖案。電極圖案位於絕緣層上，以與電極線產生第一電容耦合效應。保護層覆蓋電極圖案且被開口暴露出來。畫素電極延伸至開口處以與電極圖案產生第二電容耦合效應。遮光材料覆蓋延伸至開口內之畫素電極。

Description

畫素結構及具有此畫素結構的顯示面板

本發明是有關於一種畫素結構及具有此畫素結構的顯示面板，且特別是有關於一種提高顯示品質與顯示效率的畫素結構及具有此畫素結構的顯示面板。

隨著科技的進步，體積龐大的陰極射線管(Cathode Ray Tube，CRT)顯示器已經漸漸地走入歷史。因此，液晶顯示器(Liquid Crystal Display，LCD)、有機發光二極體顯示器(Organic Light Emitting Diode display，OLED display)、電泳顯示器(Electro-Phoretic Display，EPD)、電漿顯示器(Plasma Display Panel，PDP)等顯示面板則逐漸地成為未來顯示器之主流。

近年來，更提出了將彩色濾光層直接整合於薄膜電晶體陣列基板上(Color Filter on Array，COA)或是將黑矩陣製作於薄膜電晶體陣列基板上(Black matrix on Array，BOA)的技術，係將COA基板或BOA基板與另一對向基板組立，並於兩基板間填入顯示介質，以形成顯示面板。由於彩色濾光層是僅直接形成於薄膜電晶 體陣列基板上，因此不會產生對位誤差(misalignment)。而且，此種顯示面板可具有較佳的解析度且其畫素的開口率(aperture ratio)亦較高。然而，由於彩色濾光層具有傾斜邊緣(taper)的開口會使顯示介質錯向排列，因此導致此種顯示面板在彩色濾光層的開口的邊緣處容易發生色偏(color washout)現象以及產生暗線(disclination line)的問題，進而影響顯示品質。

本發明提供一種畫素結構及具有此畫素結構的顯示面板，此畫素結構可用以提高顯示面板的顯示品質與顯示效率。

本發明提出一種畫素結構，其包括第一掃描線、第二掃描線、資料線、第一主動元件、第二主動元件、分享開關元件、保護層、彩色濾光圖案、第一畫素電極、第二畫素電極、分享電容器以及遮光材料。第一主動元件與第一掃描線以及資料線電性連接。第二主動元件與第一掃描線以及資料線電性連接。分享開關元件與第二掃描線以及第二主動元件電性連接。保護層覆蓋第一主動元件、第二主動元件以及分享開關元件。彩色濾光圖案位於保護層上，且彩色濾光圖案具有開口。第一畫素電極位於彩色濾光圖案上且與第一主動元件電性連接。第二畫素電極位於彩色濾光圖案上且與第二主動元件電性連接。分享電容器與分享開關元件電性連接，其中分享電容器包括電極線、絕緣層以及電極圖案。絕緣層覆蓋電極線。電極圖案位於絕緣層上，以與電極線產 生第一電容耦合效應。保護層覆蓋電極圖案，彩色濾光圖案之開口暴露出電極圖案上方之保護層，且第一畫素電極延伸至開口處以與電極圖案產生第二電容耦合效應。遮光材料填入開口內以覆蓋延伸至開口內之第一畫素電極。

本發明另提出一種顯示面板，其包括畫素陣列基板、對向基板以及顯示介質。畫素陣列基板包括多個畫素結構，其中每一畫素結構如上述之畫素結構。對向基板位於畫素陣列基板的對向側。顯示介質位於畫素陣列基板與對向基板之間。

基於上述，在本發明的畫素結構及具有此畫素結構的顯示面板中，保護層覆蓋電極圖案，彩色濾光圖案之開口暴露出電極圖案上方之保護層，且第一畫素電極延伸至開口處以與電極圖案產生第二電容耦合效應。由於本發明的畫素結構之分享電容器具有第一電容耦合效應以及第二電容耦合效應，因此可使分享電容器之電容效應提高，進而提高顯示效率。再者，在本發明中，由於遮光材料填入彩色濾光圖案之開口內，因此可改善在彩色濾光圖案的開口的邊緣處發生色偏現象以及產生暗線的問題，進而提高顯示面板的顯示品質。

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。

10‧‧‧畫素陣列基板

20‧‧‧對向基板

30‧‧‧顯示介質

40‧‧‧框膠

50‧‧‧顯示面板

100、200‧‧‧基板

110‧‧‧畫素陣列

120‧‧‧間隙物

130、180、190‧‧‧畫素結構

132‧‧‧第一圖案層

134‧‧‧第二圖案層

136‧‧‧第三圖案層

138、188、198‧‧‧第四圖案層

140‧‧‧遮光材料

142‧‧‧遮光圖案

150‧‧‧保護層

150a‧‧‧接觸窗

160‧‧‧彩色濾光圖案

160a‧‧‧開口

170‧‧‧電極線

172‧‧‧絕緣層

174‧‧‧電極圖案

210‧‧‧電極層

C_CS‧‧‧分享電容器

C_CS1、C_CS2‧‧‧電容耦合效應

CL‧‧‧共用線

DL_n、DL_n+1‧‧‧資料線

H1、H2‧‧‧高度

I-I’、II-II’‧‧‧線

PE1、PE2‧‧‧畫素電極

SL_n、SL_n+1‧‧‧掃描線

T1、T2‧‧‧主動元件

T3‧‧‧分享開關元件

圖1為依照本發明的一實施例的一種顯示面板的剖面示意圖。

圖2為依照本發明的第一實施例的一種畫素結構的上視示意圖。

圖3為圖2中沿線I-I’及線II-II’的剖面示意圖。

圖4為圖2之畫素結構的等效電路圖。

圖5A至圖5D分別為圖2之畫素結構的第一圖案層、第二圖案層、第三圖案層以及第四圖案層的上視示意圖。

圖6為依照本發明的第二實施例的一種畫素結構的上視示意圖。

圖7A為圖6之畫素結構的第四圖案層。

圖7B為圖6之畫素結構的遮光圖案。

圖8為依照本發明的第三實施例的一種畫素結構的上視示意圖。

圖9A為圖8之畫素結構的第四圖案層。

圖9B為圖8之畫素結構的遮光圖案。

圖1為依照本發明的一實施例的一種顯示面板50的剖面示意圖。請參照圖1，顯示面板50包括畫素陣列基板10、對向基 板20、顯示介質30以及框膠40。顯示面板50例如是液晶顯示面板或是其他形式之顯示面板。

畫素陣列基板10包括基板100、畫素陣列110以及多個間隙物(spacers)120。基板100之材質可為玻璃、石英、有機聚合物或是金屬等等。畫素陣列110配置在基板100上，且畫素陣列110包括多個畫素結構。間隙物120(高度為H1)配置在畫素陣列110上，且間隙物120與對向基板20接觸。關於畫素結構以及間隙物120之設計將於後文中詳細地描述。

對向基板20位於畫素陣列基板10的對向側。對向基板20包括基板200以及電極層210。基板200之材質可為玻璃、石英或有機聚合物等等。電極層210是全面地覆蓋於基板200上。電極層210為透明導電層，其材質包括金屬氧化物，例如是銦錫氧化物或者是銦鋅氧化物。

顯示介質30位於畫素陣列基板10與對向基板20之間。當顯示面板50為液晶顯示面板時，顯示介質30例如是液晶分子。

框膠40位於畫素陣列基板10與對向基板20之間，且圍繞顯示介質30。框膠40例如是包括密封膠材或是密封膠材與分布於密封膠材內的多個間隙球(未繪示)。

圖2為依照本發明的第一實施例的一種畫素結構130的上視示意圖(為了清楚起見，省略彩色濾光圖案160未繪示)，圖3為圖2中沿線I-I’及線II-II’的剖面示意圖，圖4為圖2之畫素結構130的等效電路圖，而圖5A至圖5D分別為圖2之畫素結構130 的第一圖案層132、第二圖案層134、第三圖案層136以及第四圖案層138的上視示意圖。為了清楚地說明本發明之實施例，圖2僅繪示出圖1之畫素陣列110的其中一個畫素結構，此領域技術人員應可以理解，圖1之畫素陣列110實際上即是由多個圖2所示之畫素結構組成陣列形式所構成。

請同時參照圖2、圖3及圖4，畫素結構130包括掃描線SL_n~SL_n+1(包括第一掃描線SL_n與第二掃描線SL_n+1)、資料線DL_n~DL_n+1、主動元件T1~T2(包括第一主動元件T1與第二主動元件T2)、分享開關元件T3、絕緣層172、保護層150、彩色濾光圖案160、第一畫素電極PE1、第二畫素電極PE2、共用線CL、分享電容器C_CS以及遮光材料140。再者，圖2之畫素結構130可由圖5A至圖5D的第一圖案層132、第二圖案層134、第三圖案層136以及第四圖案層138所構成，而這些圖案層將於後文中進一步說明。

掃描線SL_n~SL_n+1與資料線DL_n~DL_n+1的延伸方向不相同，較佳的是掃描線SL_n~SL_n+1的延伸方向與資料線DL_n~DL_n+1的延伸方向垂直。此外，掃描線SL_n~SL_n+1與資料線DL_n~DL_n+1是位於不相同的膜層，且兩者之間夾有絕緣層(未繪示)。掃描線SL_n~SL_n+1與資料線DL_n~DL_n+1主要用來傳遞驅動此畫素結構130的驅動訊號。掃描線SL_n~SL_n+1與資料線DL_n~DL_n+1一般是使用金屬材料。然而，本發明不限於此。根據其他實施例，掃描線SL_n~SL_n+1與資料線DL_n~DL_n+1也可以使用其他導電材料例如是包 括合金、金屬材料的氧化物、金屬材料的氮化物、金屬材料的氮氧化物或是金屬材料與其它導電材料的堆疊層。

主動元件T1~T2與第一掃描線SL_n以及資料線DL_n電性連接。在此，主動元件T1~T2例如是薄膜電晶體，其包括閘極、通道層、汲極以及源極。閘極與第一掃描線SL_n電性連接，源極與資料線DL_n電性連接。換言之，當有控制訊號輸入第一掃描線SL_n時，第一掃描線SL_n與閘極之間會電性導通；當有控制訊號輸入資料線DL_n時，資料線DL_n會與源極電性導通。通道層位於閘極之上方並且位於源極與汲極的下方。本實施例之主動元件T1~T2是以底部閘極型薄膜電晶體為例來說明，但本發明不限於此。在其他實施例中，主動元件T1~T2也可以是頂部閘極型薄膜電晶體。再者，分享開關元件T3與第二掃描線SL_n+1以及第二主動元件T2電性連接。分享開關元件T3例如是薄膜電晶體。

在主動元件T1~T2的閘極上更覆蓋有絕緣層172，其又可稱為閘極絕緣層。另外，在第一主動元件T1、第二主動元件T2以及分享開關元件T3上可更覆蓋有另一絕緣層，其又可稱為保護層150。絕緣層172與保護層150的材料例如是包括無機材料、有機材料或上述之組合。無機材料例如是包括氧化矽、氮化矽、氮氧化矽或上述至少二種材料的堆疊層。

更詳細來說，畫素陣列110之畫素結構依序包括如圖5A所示之第一圖案層132、如圖5B所示之第二圖案層134、如圖5C所示之第三圖案層136以及如圖5D所示之第四圖案層138堆疊所 構成。各圖案層之詳細說明如下。

請同時參照圖2以及圖5A，畫素結構130的第一圖案層132包括掃描線SL_n~SL_n+1、資料線DL_n~DL_n+1、共用線CL、主動元件T1~T2以及分享開關元件T3。掃描線SL_n~SL_n+1與資料線DL_n~DL_n+1屬於不同的膜層，而共用線CL例如是與掃描線SL_n~SL_n+1屬於同一膜層。主動元件T1~T2以及分享開關元件T3則分別與對應的掃描線SL_n~SL_n+1、資料線DL_n~DL_n+1以及共用線CL電性連接。另外，畫素結構130的第一圖案層132還包括電極線170以及電極圖案174。電極線170與共用線CL連接，電極線170例如是與掃描線SL_n~SL_n+1、共用線CL及主動元件T1~T2的閘極屬於同一膜層。電極圖案174例如是與資料線DL_n~DL_n+1屬於同一膜層。

請同時參照圖2以及圖5B，畫素結構130的第二圖案層134包括彩色濾光圖案160，彩色濾光圖案160具有開口160a。彩色濾光圖案160位於保護層150上，且彩色濾光圖案160具有傾斜邊緣的開口160a。彩色濾光圖案160例如是包括紅、綠、藍色濾光圖案。

請同時參照圖2以及圖5C，畫素結構130的第三圖案層136包括第一畫素電極PE1與第二畫素電極PE2。第一畫素電極PE1位於彩色濾光圖案160上。部分第一畫素電極PE1延伸至開口160a處，且經由接觸窗150a與第一主動元件T1電性連接。第二畫素電極PE2位於彩色濾光圖案160上且與第二主動元件T2 電性連接。第一畫素電極PE1與第二畫素電極PE2可進一步包括各種形狀的配向狹縫(未繪示)。

承上所述，如圖2所示，共用線CL位於第一畫素電極PE1與第二畫素電極PE2下方，因此共用線CL分別與第一畫素電極PE1以及第二畫素電極PE2形成金屬層/絕緣層/銦錫氧化物(Metal/Insulator/ITO，MII)型態的儲存電容。

此外，分享電容器C_CS與分享開關元件T3電性連接。分享電容器C_CS是由電極線170、絕緣層172以及電極圖案174構成。絕緣層172覆蓋電極線170。電極圖案174位於絕緣層172上，以與電極線170產生金屬層/絕緣層/金屬層(Metal/Insulator/Metal，MIM)型態的第一電容耦合效應C_CS1。保護層150覆蓋電極圖案174，彩色濾光圖案160之開口160a暴露出電極圖案174上方之保護層150，且部分第一畫素電極PE1延伸至開口處160a以與電極圖案174產生金屬層/絕緣層/銦錫氧化物(Metal/Insulator/ITO，MII)型態的第二電容耦合效應C_CS2，如圖2以及圖3所示。由於本發明的畫素結構130之分享電容器C_CS具有第一電容耦合效應C_CS1以及第二電容耦合效應C_CS2，因此可使分享電容器C_CS之電容效應提高。

再者，請同時參照圖2以及圖5D，畫素結構130的第四圖案層138是由遮光材料140與間隙物120所構成。遮光材料140覆蓋第一掃描線SL_n、第二掃描線SL_n+1以及資料線DL_n~DL_n+1。

更詳細而言，請同時參照圖2、圖3以及圖5D，遮光材 料140(高度為H2)填入開口160a內，以覆蓋延伸至開口160a內之部分第一畫素電極PE1。值得一提的是，由於遮光材料140填入開口160a，因此遮光材料140與位於彩色濾光圖案160上之第一畫素電極PE1或第二畫素電極PE2共平面(亦即，彩色濾光圖案160的開口160a被遮光材料140填平)。如此一來，顯示介質30便不會在開口160a的邊緣處因膜層高低變化所導致急遽的傾倒方向變化。亦即，上述之設計可達到避免造成顯示介質30錯向的現象，進而降低漏光及增加對比，並提高顯示品質。

在本實施例中，間隙物120與遮光材料140的材質相同，且間隙物120的高度H1大於遮光材料140的高度H2。間隙物120與遮光材料140的材質例如是黑色感光有機材料。間隙物120與遮光材料140的形成方法例如是先塗佈遮光材料層，再使用半調式光罩(half tone mask)以進行曝光及顯影製程而形成具有不同高度的間隙物120與遮光材料140。在本發明中，由於間隙物120與遮光材料140可用同一製程步驟形成，因此可簡化製程流程，進而可縮短製程時間。

在本發明的第一實施例中，遮光材料140覆蓋第一掃描線SL_n、第二掃描線SL_n+1以及資料線DL_n~DL_n+1。然而，本發明不限於此。在本發明的其他實施例中，畫素結構可更包括遮光圖案142，詳細說明如下。

圖6為依照本發明的第二實施例的一種畫素結構180的上視示意圖(為了清楚起見，省略彩色濾光圖案160未繪示)，而圖 7A為圖6之畫素結構180的第四圖案層188。圖6所示之畫素結構180的第一、第二以及第三圖案層與上述圖2之實施例之第一、第二以及第三圖案層相同或相似，因此相同的元件以相同的符號表示，且不再重複說明。圖6與上述圖2的第一實施例不同之處在於畫素結構的第四圖案層188不同。詳言之，圖6與圖7A所示之畫素結構180的第四圖案層188之遮光材料140是覆蓋第一掃描線SL_n以及第二掃描線SL_n+1。另外，圖6之畫素結構180還進一步包括遮光圖案142，如圖7B所示，其中遮光圖案142覆蓋資料線DL_n~DL_n+1。在此，遮光圖案142與遮光材料140的材質不相同。遮光圖案142的材質例如是黑矩陣材料(例如是黑色樹脂)，遮光材料140的材質例如是黑色感光材料。在此，遮光圖案142例如是設置在第三圖案層136(即畫素電極PE1、PE2)之下方，且遮光材料140例如是設置在第三圖案層136(即畫素電極PE1、PE2)之上方。

圖8為依照本發明的第三實施例的一種畫素結構190的上視示意圖(為了清楚起見，省略彩色濾光圖案160未繪示)，而圖9A為圖8之畫素結構190的第四圖案層198。圖8所示之畫素結構190的第一、第二以及第三圖案層與上述圖2之實施例之第一、第二以及第三圖案層相同或相似，因此相同的元件以相同的符號表示，且不再重複說明。圖8與上述圖2的第一實施例不同之處在於畫素結構的第四圖案層198不同。詳言之，圖8與圖9A所示之畫素結構190的第四圖案層198之遮光材料140至少是填入開 口160a內。另外，圖8之畫素結構190還進一步包括遮光圖案142，如圖9B所示，其中遮光圖案142覆蓋第一掃描線SL_n、第二掃描線SL_n+1以及資料線DL_n~DL_n+1，且遮光圖案142裸露出填入開口160a內之遮光材料140。在此，遮光圖案142與遮光材料140的材質不相同。遮光圖案142的材質例如是黑矩陣材料(例如是黑色樹脂)，遮光材料140的材質例如是黑色感光材料。在此，遮光圖案142例如是設置在第三圖案層136(即畫素電極PE1、PE2)之下方，且遮光材料140例如是設置在第三圖案層136(即畫素電極PE1、PE2)之上方。

綜上所述，在本發明的畫素結構及具有此畫素結構的顯示面板中，保護層覆蓋電極圖案，彩色濾光圖案之開口暴露出電極圖案上方之保護層，且第一畫素電極延伸至開口處以與電極圖案產生第二電容耦合效應。由於本發明的畫素結構之分享電容器具有第一電容耦合效應以及第二電容耦合效應，因此可使分享電容器之電容效應提高，進而提高顯示效率。再者，在本發明中，由於遮光材料填入彩色濾光圖案之開口內，因此可改善在彩色濾光圖案的開口的邊緣處發生色偏現象以及產生暗線的問題，進而提高顯示面板的顯示品質。

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。

120‧‧‧間隙物

140‧‧‧遮光材料

150‧‧‧保護層

150a‧‧‧接觸窗

160‧‧‧彩色濾光圖案

160a‧‧‧開口

170‧‧‧電極線

172‧‧‧絕緣層

174‧‧‧電極圖案

C_CS‧‧‧分享電容器

C_CS1、C_CS2‧‧‧電容耦合效應

SL_n‧‧‧掃描線

H1、H2‧‧‧高度

I-I’、II-II’‧‧‧線

PE1‧‧‧畫素電極

Claims (12)

1. 一種畫素結構，包括：一第一掃描線、一第二掃描線以及一資料線；一第一主動元件，與該第一掃描線以及該資料線電性連接；一第二主動元件，與該第一掃描線以及該資料線電性連接；一分享開關元件，與該第二掃描線以及該第二主動元件電性連接；一保護層，覆蓋該第一主動元件、該第二主動元件以及該分享開關元件；一彩色濾光圖案，位於該保護層上，且該彩色濾光圖案具有一開口；一第一畫素電極，位於該彩色濾光圖案上且與該第一主動元件電性連接；一第二畫素電極，位於該彩色濾光圖案上且與該第二主動元件電性連接；以及一分享電容器，與該分享開關元件電性連接，其中該分享電容器包括：一電極線；一絕緣層，覆蓋該電極線；以及一電極圖案，位於該絕緣層上，以與該電極線產生一第一電容耦合效應，其中，該保護層覆蓋該電極圖案，該彩色濾光圖案之 該開口暴露出該電極圖案上方之該保護層，且該第一畫素電極延伸至該開口處以與該電極圖案產生一第二電容耦合效應；一遮光材料，填入該開口內以覆蓋延伸至該開口內之該第一畫素電極。
2. 如申請專利範圍第1項所述的畫素結構，其中該遮光材料與位於該彩色濾光圖案上之該第一畫素電極或第二畫素電極共平面。
3. 如申請專利範圍第1項所述的畫素結構，更包括多個間隙物(spacers)，其中該間隙物與該遮光材料的材質相同，且該些間隙物的高度大於該遮光材料的高度。
4. 如申請專利範圍第1項所述的畫素結構，其中該遮光材料更覆蓋該第一掃描線、該第二掃描線以及該資料線。
5. 如申請專利範圍第1項所述的畫素結構，更包括一遮光圖案，覆蓋該資料線，且該遮光材料覆蓋該第一掃描線以及該第二掃描線，其中該遮光圖案與該遮光材料的材質不相同。
6. 如申請專利範圍第1項所述的畫素結構，更包括一遮光圖案，覆蓋該第一掃描線、該第二掃描線以及該資料線，且該遮光圖案裸露出填入該開口內之該遮光材料，其中該遮光圖案與該遮光材料的材質不相同。
7. 一種顯示面板，包括：一畫素陣列基板，其包括多個畫素結構，其中每一畫素結構如申請專利範圍第1項所述； 一對向基板，位於該畫素陣列基板的對向側；以及一顯示介質，位於該畫素陣列基板與該對向基板之間。
8. 如申請專利範圍第7項所述的顯示面板，其中該畫素陣列基板更包括多個間隙物，該些間隙物與該遮光材料的材質相同，且該些間隙物與該對向基板接觸。
9. 如申請專利範圍第7項所述的顯示面板，其中該遮光材料與位於該彩色濾光圖案上之該第一畫素電極或第二畫素電極共平面。
10. 如申請專利範圍第7項所述的顯示面板，其中該遮光材料更覆蓋該第一掃描線、該第二掃描線以及該資料線。
11. 如申請專利範圍第7項所述的顯示面板，其中該畫素陣列基板更包括一遮光圖案，覆蓋該資料線，該遮光材料覆蓋該第一掃描線以及該第二掃描線，且該遮光圖案與該遮光材料的材質不相同。
12. 如申請專利範圍第7項所述的顯示面板，其中該畫素陣列基板更包括一遮光圖案，覆蓋該第一掃描線、該第二掃描線以及該資料線，該遮光圖案裸露出填入該開口內之該遮光材料，且該遮光圖案與該遮光材料的材質不相同。