TWI435295B - 畫素結構與場發射顯示器 - Google Patents

Description

畫素結構與場發射顯示器

本發明是有關於一種畫素結構，且特別是有關於一種適用於場發射顯示器的畫素結構。

顯示器在人們現今生活中的重要性日益增加，除了使用電腦或網際網路外，電視機、手機、個人數位助理(PDA)、數位相機等，均須透過顯示器控制來傳遞訊息。相較於傳統映像管顯示器，新世代的平面顯示器具有重量輕、體積小、及符合人體健康的優點。

在眾多新興的平面顯示器技術中，場發射顯示器(field emission display，FED)不僅擁有傳統映像管高畫質的優點，且相較於液晶顯示器的視角較小、使用溫度範圍過小、及反應速度慢之缺點而言，場發射顯示器具有高發光效率、反應時間迅速、良好的協調顯示性能、超過100ftL的高亮度、輕薄構造、寬廣視角、工作溫度範圍大、高行動效率等優點。此外，場發射顯示器使用時不需背光模組。所以即使在戶外陽光下使用，依然能夠提供優異的亮度表現。因此，目前場發射顯示器已被視為相當有機會與液晶顯示技術競爭，甚至將其取代的新顯示技術。

本發明提供一種畫素結構，具有降低的寄生電容以維 持良好的電性特性。

本發明提出一種畫素結構，設置於一第一基板上，適用於一場發射顯示器。畫素結構包括一掃描線、一資料線以及一絕緣結構層。掃描線具有一掃描主線以及至少一掃描分支。掃描主線沿一第一方向延伸，掃描分支連接掃描主線。資料線具有一資料主線以及至少一資料分支。資料主線沿一第二方向延伸，資料分支連接資料主線。掃描主線與資料主線相交重疊而定義出一主線重疊區，且掃描分支與資料分支重疊以定義出至少一顯示發射區。絕緣結構層配置於掃描線與資料線之間，且在主線重疊區的資料主線與絕緣結構層具有至少一第一開孔，且在顯示發射區的資料分支與絕緣結構層具有至少一第二開孔。

在本發明之一實施例中，上述之第一開孔包括位於資料主線中的一主線開孔，以及位於絕緣結構層的第一絕緣開孔，該第二開孔包括位於資料分支中的一分支開孔，以及位於絕緣結構層的第二絕緣開孔。

在本發明之一實施例中，上述之第一絕緣開孔由資料線向下延伸的深度小於或等於絕緣結構層的厚度。

在本發明之一實施例中，上述之各第一絕緣開孔的輪廓包圍其所連通的主線開孔的輪廓。

在本發明之一實施例中，上述之第一絕緣開孔的孔徑大於主線開孔，該第二絕緣開孔的孔徑大於該分支開孔。

在本發明之一實施例中，上述之絕緣結構層包括至少一層間絕緣層。至少一層間絕緣層的材質包括矽氧化物、 矽氮化物、矽氮氧化物或其組合。

在本發明之一實施例中，上述之畫素結構更包括一阻抗層，配置於絕緣結構層與掃描線之間。阻抗層的材質包括矽碳化合物、矽碳氧化合物或其組合。

在本發明之一實施例中，上述之畫素結構更包括多個發射源位於第二開孔中，且設置在掃描分支上。另外，畫素結構更包括一陽極設置在一第二基板上，跟發射源相對設置，其中掃描分支作為一陰極，資料分支作為一閘極。

基於上述，為了降低畫素結構中的寄生電容以使畫素結構具有理想的特性，本發明在資料線主線上形成多個主線開孔，這些主線開孔位於掃描線主線與資料線主線重疊的區域中以減少掃描線與資料線之間的重疊面積。另外，本發明的畫素結構更在掃描線與資料線之間的絕緣結構層中設置連通於主線開孔以進一步降低畫素結構中可能存在的寄生電容。

為讓本發明之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1繪示為本發明一實施例的畫素結構，圖2為圖1的畫素結構沿剖線I-I’的剖面示意圖，而圖3為圖1的畫素結構應用於場發射顯示器時，對應圖1之剖線II-II’的示意圖。請同時參照圖1與圖2，畫素結構100配置於基板10上並且包括一掃描線110、一資料線120、一絕緣結構 層130。

掃描線110配置於基板10與資料線120之間。絕緣結構層130配置於掃描線110與資料線120之間，以使掃描線110與資料線120彼此電性絕緣。此外，可以選擇性地增加設置阻抗層150(或稱為電阻層；Resistor layer)，配置於絕緣結構層130與掃描線110之間。在本實施例中，絕緣結構層130雖繪示為單層，但在其他實施例或是實際的應用中，絕緣結構層130可以是單層或是多層的疊層，絕緣結構層130包括至少一層或是多層的層間絕緣層，其材質包括矽氧化物、矽氮化物、矽氮氧化物或其組合。另外，阻抗層150的材質包括矽碳化合物、矽碳氧化合物或其組合，其中阻抗層150可以選擇性地配置於畫素結構100中。亦即，在其他的實施例中，畫素結構100可選擇性地不設置有阻抗層150。當然，阻抗層150的設置以及絕緣結構層130的層數可以是實際設計需求而決定，不應特別地用以侷限本發明之精神。

在本實施例中，掃描線110具有一掃描主線112以及至少一掃描分支114。掃描主線112沿一第一方向D1延伸，掃描分支114連接掃描主線112。資料線120具有一資料主線122以及至少一資料分支124。資料主線122沿一第二方向D2延伸，資料分支124連接資料主線122。掃描主線112與資料主線122相交重疊而定義出一主線重疊區A，且掃描分支114與資料分支124重疊以定義出至少一顯示發射區B，掃描分支114與資料分支124更可以構 成沿著第二方向D2其他的顯示發射區(未繪示)。此外，至少一第一開孔142定義在主線重疊區A的資料主線122與絕緣結構層130中，且至少一第二開孔144定義在顯示發射區B的資料分支124與絕緣結構層130中。其中，第一開孔142包括位於資料主線122中的一主線開孔122A，以及位於絕緣結構層130中的一第一絕緣開孔132，第二開孔144包括位於資料分支124中的一分支開孔124A，以及位於絕緣結構層130中的一第二絕緣開孔134。

另外，由圖1與圖3可知，第一絕緣開孔132位於主線重疊區A並連通主線開孔122A，第二絕緣開孔134位於顯示發射區B並連通分支開孔124A。同時，發射源140例如是位於第二開孔144的第二絕緣開孔134中，且可設置在掃描分支114上。具體而言，由圖3可知，畫素結構100應用於場發射顯示器時，可以更包括一陽極160，其設置在一第二基板170上，且陽極160跟發射源140相對設置。此時，掃描分支114例如作為一陰極，而資料分支124例如作為一閘極。此外，如圖5所示，在發射源140與掃描分支114之間可以選擇性地增設一墊層152，例如是鉻層，以增進發射源140的發射效率。若畫素結構100中有設置阻抗層150，墊層152則設置在發射源140與阻抗層150之間。此外，在第一基板10與第二基板170之間設置有間隔物(未繪示)，用以支撐第一基板10與第二基板170，此為該領域通常知識者所熟知，因此不再贅述。

由於設置發射源140的顯示發射區B是位在掃描分支 114上，且對應資料分支124，當顯示發射區B中發生的任何缺陷，例如構件之間的不當短路或是構件之間的不當斷路等，可以獨立地進行修補，而不影響掃描主線112與資料主線122。舉例而言，顯示發射區B中的構件之間發生不當短路時可以利用雷射切割或是其他合適的方法將對應的掃描分支114與資料分支124切斷。此時，掃描主線112與資料主線122仍為連續的傳輸線路而不受修補動作影響。相較於以往設計將發射源直接設置在掃描線與資料線相交處的畫素結構而言，本實施例將掃描線110與資料線120延伸出掃描分支114與資料分支124作為設置發射源140的顯示發射區B使得畫素結構100具有可修補的結構設計，有助於提昇畫素結構100的良率。

除此之外，對畫素結構100而言，掃描線110與資料線120兩者之間所產生的寄生電容越大，則因為寄生電容而產生的不良電性特性，例如RC延遲等，將因應而生。其中，掃描線110與資料線120之間的寄生電容符合下列公式：C=εA/d，其中C為寄生電容，ε為掃描線110與資料線120之間之介質的介電係數，A為掃描線110與資料線120的重疊面積，而d為掃描線110與資料線120之間的距離。

由上述公式可知，掃描線110與資料線120的重疊面積越大，則對於畫素結構100的特性越不利。因此，為了降低掃描線110與資料線120之間的寄生電容，在本實施例中，資料主線122具有至少一主線開孔122A，其位於主 線重疊區A中。在資料主線122上設置主線開孔122A有助於減少資料主線122與掃描主線112之間的重疊面積，因而可以降低兩者之間的寄生電容。

此外，絕緣結構層130具有至少一第一絕緣開孔132。第一絕緣開孔132連通於主線開孔122A，且各第一絕緣開孔132的孔徑O1大於其所連通的主線開孔122A的孔徑O2。同時，第一絕緣開孔132的輪廓實質上包圍其所連通的主線開孔122A的輪廓。所以，在第一絕緣開孔132的面積範圍內，掃描主線112與資料主線122間的介質為空氣，而無絕緣結構層130。由於，空氣的介電係數小於絕緣結構層130的介電係數，所以根據上述公式，掃描主線112與資料主線122間的介質為空氣時兩者之間的寄生電容會小於掃描主線112與資料主線122間的介質為絕緣結構層130時兩者之間的寄生電容。也就是說，絕緣結構層130中的第一絕緣開孔132大於主線開孔122A的設計有助於進一步降低掃描線110與資料線120之間的寄生電容而提昇畫素結構100的品質，特別是改善畫素結構100的電性特性。以絕緣結構層130使用氧化矽層為例，氧化矽的介電係數約為3.9，空氣的介電係數約為1.0，當未使用第一開孔142時，電容值例如是162500pF/μm，製作第一開孔142之後，電容值可降低到102083pF/μm，約可降低30%的電容值，可以大幅度地降低驅動所需的電力。

具體而言，第一絕緣開孔132由資料線120向下延伸的深度H實質上可以小於或等於絕緣結構層130的厚度 T。舉例而言，絕緣結構層132由N層層間絕緣層所構成時，第一絕緣開孔132的深度H可以是M層層間絕緣層的厚度，其中M小於或等於N。當M小於N時，則絕緣結構層130中至少有一層層間絕緣層仍覆蓋於掃描線110上方，有助於地避免掃描線110被第一絕緣開孔132暴露出來。此時，掃描線110不容易與資料線120短路在一起。當然，本發明不以此為限，以畫素結構100的設計而言，絕緣結構層130與掃描線110之間設置有阻抗層150。所以，第一絕緣開孔132由資料線120向下延伸的深度H等於絕緣結構層130的厚度T時，掃描線110仍被阻抗層110所覆蓋而不會被第一絕緣開孔132暴露出來，也就不容易與資料線120短路在一起。因此，第一絕緣開孔132的深度H可以視整體結構設計而決定。

詳言之，圖4繪示為本發明一實施例之製作主線開孔與第一絕緣開孔的流程。請參照圖4，在步驟a中，將多個微粒子20灑佈於基板10上。此時，基板10上已經形成有掃描線110、絕緣結構層130以及阻抗層150,其中絕緣結構層130可以由多層層間絕緣層所構成，但本發明不特別地侷限層間絕緣層的數量。另外，微粒子20可以是奈米粒子或是其他微小的粒子。

接著，進行步驟b，於基板10上沉積導電材料層30，其中導電材料層30局部地沉積於微粒子20上而局部地沉積於絕緣結構層130上。然後，如步驟c所示，以毛刷或是其他合適的工具移除微粒子20。如此一來，導電材料層 30可以形成如步驟d所繪示的具有多個主線開孔122A的資料主線122。

然後，如步驟e所示，以資料主線122為罩幕進行蝕刻製程以在絕緣結構層130中形成多個第一絕緣開孔132。在此所採用的蝕刻製程可以包括先後進行的乾蝕刻步驟以及濕蝕刻步驟。乾蝕刻步驟可以先在深度方向上移除部份的絕緣結構層130，而後續的濕蝕刻步驟可以在寬度方向上移除部份的絕緣結構層130。

在步驟e中，由於第一絕緣開孔132是以資料主線122為罩幕所蝕刻而成的，第一絕緣開孔132可以連通於主線開孔122A。此外，在上述濕蝕刻步驟完成後，可形成弧形側壁，如圖2所示。此外，亦可適當控制蝕刻條件，使第一絕緣開孔132呈角錐狀，形成斜向側壁(未圖示)。第一絕緣開孔132的孔徑大於主線開孔122A的孔徑而第一絕緣開孔132的輪廓可以包圍主線開孔122A的輪廓。進一步而言，步驟e所採用的蝕刻製程可以經由適當的調整以決定第一絕緣開孔13的深度以及側壁輪廓。

值得一提的是，圖4雖表示為第一絕緣開孔132與主線開孔122A的製作流程，但在這樣的製作流程中可以同時地形成圖3所繪示的分支開孔124A與第二絕緣開孔134。也就是說，本實施例不需以額外的步驟來製作第一絕緣開孔132與主線開孔122A，而不會造成製作時程的延長或是製程成本的增加。當然，上述製作流程僅是舉例說明之用，並非意圖以上面所描述的步驟來侷限本發明。任何 所屬技術領域中所使用的圖案化製程都可以應用於本發明而在絕緣結構層130與資料線120上形成所需的第一開孔與第二開孔。

綜上所述，本發明將掃描線與資料線所延伸出來的分支重疊以構成設置發射源的顯示發射區。如此一來，一但顯示發射區內的構件發生缺陷，可以對掃描線與資料線所延伸出來的分支進行修補而使畫素結構具有可修補的特性。另外，在掃描線與資料線的主線重疊區上設置有多個位在資料線上的開孔，可減少掃描線與資料線的主線重疊面積而降低掃描線與資料線之間的寄生電容。同時，主線重疊區中的絕緣結構層可以設置有絕緣開孔，以進一步降低掃描線與資料線之間的寄生電容。因此，本發明的適用於場發射顯示器的畫素結構中，掃描線與資料線之間的寄生電容可以顯著地下降而使畫素結構具有理想的電性特性。

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，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，故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‧‧‧基板

20‧‧‧微粒子

30‧‧‧導電材料層

100‧‧‧畫素結構

110‧‧‧掃描線

112‧‧‧掃描主線

114‧‧‧掃描分支

120‧‧‧資料線

122‧‧‧資料主線

122A‧‧‧主線開孔

124‧‧‧資料分支

124A‧‧‧分支開孔

130‧‧‧絕緣結構層

132‧‧‧第一絕緣開孔

134‧‧‧第二絕緣開孔

140‧‧‧發射源

142‧‧‧第一開孔

144‧‧‧第二開孔

150‧‧‧阻抗層

152‧‧‧墊層

160‧‧‧陽極

170‧‧‧第二基板

A‧‧‧主線重疊區

B‧‧‧顯示發射區

D1‧‧‧第一方向

D2‧‧‧第二方向

H‧‧‧深度

I-I’、II-II’‧‧‧剖線

O1、O2‧‧‧孔徑

T‧‧‧厚度

圖1繪示為本發明一實施例的畫素結構。

圖2為圖1的畫素結構沿剖線I-I’的剖面示意圖。

圖3為圖1的畫素結構應用於場發射顯示器時，對應 圖1之剖線II-II’的示意圖。

圖4繪示為本發明一實施例之製作主線開孔與第一絕緣開孔的流程。

圖5為圖1的畫素結構應用於場發射顯示器時，對應圖1之剖線II-II’的示意圖。

100‧‧‧畫素結構

110‧‧‧掃描線

112‧‧‧掃描主線

114‧‧‧掃描分支

120‧‧‧資料線

122‧‧‧資料主線

122A‧‧‧主線開孔

124‧‧‧資料分支

124A‧‧‧分支開孔

132‧‧‧第一絕緣開孔

134‧‧‧第二絕緣開孔

140‧‧‧發射源

142‧‧‧第一開孔

144‧‧‧第二開孔

A‧‧‧主線重疊區

B‧‧‧顯示發射區

D1‧‧‧第一方向

D2‧‧‧第二方向

I-I’、II-II’‧‧‧剖線

Claims (14)

1. 一種畫素結構，設置於一第一基板上，適用於一場發射顯示器，其包括：一掃描線，具有一掃描主線以及至少一掃描分支，該掃描主線沿一第一方向延伸，該掃描分支連接該掃描主線；一資料線，具有一資料主線以及至少一資料分支，該資料主線沿一第二方向延伸，且該第一方向與該第二方向相交，該資料分支連接該資料主線，該掃描主線與該資料主線相交重疊而定義出一主線重疊區，且該掃描分支與該資料分支重疊以定義出至少一顯示發射區；以及一絕緣結構層，配置於該掃描線與該資料線之間，且該主線重疊區的該資料主線與該絕緣結構層具有至少一第一開孔，且該顯示發射區的該資料分支與該絕緣結構層具有至少一第二開孔。
2. 如申請專利範圍第1項所述之畫素結構，其中該第一開孔包括位於該資料主線中的一主線開孔，以及位於該絕緣結構層的該第一絕緣開孔，該第二開孔包括位於該資料分支中的一分支開孔，以及位於該絕緣結構層的該第二絕緣開孔。
3. 如申請專利範圍第2項所述之畫素結構，其中該第一絕緣開孔由該資料線向下延伸的深度小於或等於該絕緣結構層的厚度。
4. 如申請專利範圍第2項所述之畫素結構，其中各該第一絕緣開孔的輪廓包圍其所連通的該主線開孔的輪 廓。
5. 如申請專利範圍第2項所述之畫素結構，其中該第一絕緣開孔的孔徑大於該主線開孔，該第二絕緣開孔的孔徑大於該分支開孔。
6. 如申請專利範圍第1項所述之畫素結構，其中該絕緣結構層包括至少一層間絕緣層。
7. 如申請專利範圍第6項所述之畫素結構，其中該至少一層間絕緣層的材質包括矽氧化物、矽氮化物、矽氮氧化物或其組合。
8. 如申請專利範圍第1項所述之畫素結構，更包括一阻抗層，配置於該絕緣結構層與該掃描線之間。
9. 如申請專利範圍第8項所述之畫素結構，其中該阻抗層的材質包括矽碳化合物、矽碳氧化合物或其組合。
10. 如申請專利範圍第1項所述之畫素結構，更包括多個發射源位於該第二開孔中，且設置在該掃描分支上。
11. 如申請專利範圍第10項所述之畫素結構，更包括一墊層，配置於該發射源與該掃描線之間。
12. 如申請專利範圍第10項所述之畫素結構，更包括一第二基板，跟該第一基板相對設置，該第二基板包括一陽極設置在該第二基板上，跟該些發射源相對設置，其中該掃描分支作為一陰極，該資料分支作為一閘極。
13. 一種場發射顯示器，包括：一第一基板；多條掃描線，每一掃描線具有一掃描主線以及至少一 掃描分支，該掃描主線沿一第一方向延伸，該掃描分支連接該掃描主線；多條資料線，每一條資料線具有一資料主線以及至少一資料分支，該資料主線沿一第二方向延伸，且該第一方向與該第二方向相交，該資料分支連接該資料主線，該些掃描主線與該些資料主線相交重疊而定義出複數個主線重疊區，且該些掃描分支與該些資料分支重疊以定義出複數個顯示發射區；一絕緣結構層，配置於該些掃描線與該些資料線之間，且每一該主線重疊區的該資料主線與該絕緣結構層具有至少一第一開孔，且每一該顯示發射區的該資料分支與該絕緣結構層具有至少一第二開孔；以及多個發射源，分別位於該第二開孔中。
14. 如申請專利範圍第13項所述之場發射顯示器，更包括一第二基板，跟該第一基板相對設置，該第二基板包括一陽極設置在該第二基板上，跟該些發射源相對設置，其中該掃描分支作為一陰極，該資料分支作為一閘極。