TWI463229B - 畫素陣列及具有此畫素陣列的顯示面板 - Google Patents

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Description

畫素陣列及具有此畫素陣列的顯示面板
本發明是有關於一種畫素陣列及具有此畫素陣列的顯示面板,且特別是有關於一種觸控顯示面板及其畫素陣列。
在現今之資訊社會下,人們對電子產品之依賴性與日俱增。舉凡行動電話(mobile phone)、掌上型電腦(handheld PC)、個人化數位助理(Personal Digital Assistance,PDA)或是智慧型手機(smart phone)等電子產品在生活中隨處可見。為了達到更便利、體積更輕巧化以及更人性化的目的,許多資訊產品已由傳統之鍵盤或滑鼠等輸入裝置,轉變為使用觸控感應顯示面板作為輸入裝置,其中同時具有觸控與顯示功能的觸控式顯示面板更是成為現今最流行的產品之一。
一般而言,觸控式顯示面板分為外貼式(added-type)與內嵌式(in-cell)兩種,內嵌式觸控顯示面板是將觸控感應裝置製作於顯示面板之內,而外貼式觸控顯示面板是將觸控感應裝置貼在顯示面板之外。因為內嵌式觸控顯示面板具有輕薄的優點,最近這幾年來已廣為發展。
習知的內嵌式觸控感應顯示面板中,大多數的讀出線以及感應元件都設置在畫素結構中,而這些讀出線以及感應裝置大都利用金屬製造而成,造成畫素結構的開口率下降,使得使用習知畫素結構的顯示面板亮度降低,進而影響顯示品質。
本發明提供一種畫素陣列及具有此畫素陣列的顯示面板,用以增加內嵌式觸控感應顯示面板中畫素結構的開口率。
本發明提出一種畫素陣列,其包括多個畫素結構,各個畫素結構被兩條相鄰的掃描線及兩條相鄰的資料線所環繞,且設置於一基板上。畫素結構包括一主動元件、一感測元件、一畫素電極、一讀出線以及一電磁干擾遮蔽層。主動元件與一條掃描線以及一條資料線電性連接。畫素電極與主動元件電性連接。感測元件與下一條掃描線以及讀出線電性連接,且讀出線與資料線重疊。電磁干擾遮蔽層覆蓋於資料線,且位於讀出線與資料線之間。
本發明另提出一種顯示面板,其包括一第一基板、一第二基板以及一設置在第一基板與第二基板之間的顯示介質。多條掃描線以及多條資料線設置在第一基板上,且第一基板包括多個設置在靠近掃描線與資料線的交叉處的主動元件。主動元件與一條掃描線以及一條資料線電性連接,且主動元件由前述之掃描線驅動。畫素電極與主動元件電性連接。讀出線與資料線平行設置,且二者分別以不同膜層製作而得。電磁干擾遮蔽層覆蓋在資料線上,且位於讀出線與資料線之間。感測元件與資料線以及讀出線電性連接。
基於上述,本發明中的讀出線設置在資料線的上方或下方,使得畫素結構的開口率大幅增加。此外,由於電磁干擾遮蔽層設置在讀出線與資料線之間,故讀出線上之感測訊號不會被底下的資料線上之驅動訊號所干擾。
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是根據本發明一實施例畫素陣列中畫素結構的上視示意圖,圖3A是圖1中沿著A-A’線的剖面示意圖,而圖3B是圖1中沿著B-B’線的剖面示意圖。在實施例中,畫素陣列包括多個畫素結構Pn ,而至少其中一個畫素結構Pn 如圖1所繪示。請同時參照圖1、圖3A以及圖3B,本實施例之畫素結構Pn 包括一掃描線SLn 、一資料線DLn 、一主動元件T1 、一畫素電極104、一讀出線RLn 、一電磁干擾遮蔽層108以及一感測元件102。在本實施例中,畫素陣列包括多條掃描線(SL1 、…、SLn-1 、SLn 、SLn+1 、…)、多條資料線(DL1 、…、DLn-1 、DLn 、DLn+1 、…)以及多條讀出線(RL1 、…、RLn-1 、RLn 、RLn+1 、…),且每一個畫素結構Pn 都包括一主動元件T1 、一畫素電極104、一感測元件102以及一電磁干擾遮蔽層108。然而,本發明不限於本實施例中主動元件T1 、畫素電極104以及感測元件102的數目。在其他可行的實施例(未繪示)中,每一個畫素結構Pn 都包括主動元件以及畫素電極,而感測元件102只設置在部分畫素結構Pn 中。此外,在本實施例中,畫素結構Pn 更包括一電容電極線CLn 。這表示,畫素陣列更包括多條電容電極線(CL1 、…、CLn-1 、CLn 、CLn+1 、…)。
掃描線SLn 以及資料線DLn 設置在一基板10上,其中掃描線SLn 與資料線DLn 的延伸方向不同,此外,掃描線SLn 與資料線DLn 屬於不同膜層,且掃描線SLn 與資料線DLn 之間夾有一絕緣層112,以使掃描線SLn 與資料線DLn 彼此電性隔離。掃描線SLn 與資料線DLn 用來傳遞畫素結構Pn 的驅動訊號。
畫素結構Pn 中的主動元件T1 與掃描線SLn 以及資料線DLn 電性連接。在此,主動元件T1 例如是一薄膜電晶體,且此薄膜電晶體包括一閘極G1 、一通道CH1 、一源極S1 以及一汲極D1 ,其中閘極G1 與掃描線SLn 電性連接,源極S1 與資料線DLn 電性連接,而通道CH1 設置在閘極G1 上方,且設置在源極S1 以及汲極D1 下方。此外,請參考圖3A,絕緣層112覆蓋於閘極G1 上方並且位於閘極G1 與通道CH1 之間。在本實施例中,圖中所繪示的主動元件T1 是一種底部閘極型薄膜電晶體,但本發明不限於此。在其他實施例中,主動元件T1 亦可以是一種頂部閘極型薄膜電晶體。
在實施例中,畫素電極104與主動元件T1 電性連接。詳言之,畫素電極104經由接觸窗C1 與主動元件T1 的汲極D1 電性連接,而此接觸窗C1 形成於汲極D1 與畫素電極104的重疊區域上。畫素電極104例如由銦錫氧化物(ITO)、銦鋅氧化物(IZO)之透明導電材料或金屬之反射式導電材料所形成。此外,畫素電極104也可以由一透明導電材料以及一反射式導電材料組成,以形成一半穿透半反射式(transflective)之畫素結構(未繪示)。
在本實施例中,讀出線RLn 位於一資料線DLn+1 上,此設計簡稱為ROD設計。詳言之,讀出線RLn 直接設置在資料線DLn+1 的上方,因此讀出線RLn 與資料線DLn+1 重疊。在其他的實施例中,資料線DLn+1 可位於一讀出線RLn 上,此設計簡稱為DOR設計。詳言之,讀出線RLn 直接設置於資料線DLn+1 的下方,因此讀出線RLn 與資料線DLn+1 重疊。讀出線RLn 與資料線DLn+1 的線寬可以相同或不同。如果讀出線RLn 與資料線DLn+1 有相同的線寬,讀出線RLn 會與資料線DLn+1 完全重疊。如果讀出線RLn 與資料線DLn+1 有不同的線寬,讀出線RLn 的線寬可以大於或小於資料線DLn+1 的線寬。以ROD設計為例,讀出線RLn 與畫素電極104屬於同一層薄膜,這表示,讀出線RLn 與畫素電極104應該是由相同的材料同時形成。此外,請參考圖3B,讀出線RLn 與掃描線SLn 的延伸方向不同,且絕緣層114以及絕緣層116形成於讀出線RLn 與掃描線SLn 之間。
電容電極線CLn 設置在基板10上且與畫素電極104電性耦接。詳言之,電容電極線CLn 設置在畫素電極104的下方,絕緣層112、絕緣層114以及絕緣層116皆位於電容電極線CLn 與畫素電極104之間。此外,電容電極線CLn 與畫素電極104有重疊的區域,電容電極線CLn 與畫素電極104在此重疊區域電性耦接(電容耦合)。因此,畫素電極104的電荷可以儲存在此區域以便形成畫素結構Pn 中的一儲存電容器。在此實施例中,電容電極線CLn 包括一主體以及從主體延伸出的兩分支。主體的延伸方向與掃描線SLn 平行,而兩分支的延伸方向與資料線DLn 平行。本發明亦不限於此電容電極線CLn 的形狀或佈局(layout)。另外,請參考圖2A,在實施例中,電容電極線CLn 與掃描線SLn 同時形成並且屬於同一層薄膜。在一實施例中,畫素結構中的電容電極線(CL1 、…、CLn-1 、CLn 、CLn+1 、…)與一共同電壓電性連接,此共同電壓例如是一直流電壓。
感測元件102與掃描線SLn 以及讀出線RLn 電性連接。在本實施例中,感測元件102包括一開關元件T2 以及一光感測元件T3 ,其中開關元件T2 與掃描線SLn 以及讀出線RLn 電性連接,而光感測元件T3 與開關元件T2 電性連接。詳言之,開關元件T2 包括一閘極G2 、一通道CH2 、一源極S2 以及一汲極D2 ,而光感測元件T3 包括一閘極G3 、一通道CH3 、一源極S3 以及一汲極D3 。在開關元件T2 中,通道CH2 設置在閘極G2 的上方以及源極S2 與汲極D2 的下方。在光感測元件T3 中,道通CH3 設置在閘極G3 的上方以及源極S3 與汲極D3 的下方。開關元件T2 中的閘極G2 與掃描線SLn 電性連接,開關元件T2 中的源極S2 與光感測元件T3 中的汲極D3 電性連接,開關元件T2 中的汲極D2 與讀出線RLn 經由接觸窗C4 電性連接,且光感測元件T3 中的閘極G3 以及源極S3 與電容電極線CLn+1 連接。詳言之,光感測元件T3 中的源極S3 是經由導電圖案110、接觸窗C2 以及接觸窗C3 與電容電極線CLn+1 連接。在實施例中,開關元件T2 以及光感測元件T3 分別是以底部閘極型薄膜電晶體為例子進行說明,但是本發明不限於此。在其他可行的本實施例中,開關元件T2 與光感測元件T3亦 可為頂部閘極型薄膜電晶體。此領域具有通常知識者應了解,本發明可以根據電壓的耦接關係,將薄膜電晶體中的汲極以及源極做互相的置換。
電磁干擾遮蔽層108(如圖3A以及圖3B所示)覆蓋資料線DLn+1 ,且設置於讀出線RLn 以及資料線DLn+1 之間。圖1中並未繪示出電磁干擾遮蔽層108,其佈局或排列將於後進行詳述。在本實施列中,電磁干擾遮蔽層108與資料線DLn 以及資料線DLn+1 重疊,且讀出線RLn 與電磁干擾遮蔽層108重疊。電磁干擾遮蔽層108的材料包括一透明導電材料,例如銦錫氧化物(ITO)、銦鋅氧化物(IZO)或一金屬。
承上述,因為讀出線與資料線的重疊,使得畫素結構Pn 的開口率大幅增加,因此具有前述之畫素結構的顯示面板的亮度可以獲得提升,進而改善顯示的品質。此外,由於電磁干擾遮蔽層108介於讀出線與資料線之間,故讀出線上的感測訊號不會被位於下方資料線上的驅動訊號所干擾。傳統上,位於下基板上的資料線與位於上基板上的電極層之間會因為寄生電容的存在而導致資料線產生阻容延遲(RC delay),而在本實施例的顯示面板中,位在資料線與讀出線之間的電磁干擾遮蔽層可減少資料線上的阻容延遲。詳言之,請參照圖3A,由於絕緣層114、絕緣層116以及電磁干擾遮蔽層108具有接觸窗C1 ,電磁干擾遮蔽層108與畫素電極104以及汲極D1 電性連接。換言之,由於電磁干擾遮蔽層108與畫素電極104以及汲極D1 具有相同的電位,故電磁干擾遮蔽層108可以避免資料線DLn+1 上的電磁干擾現象影響讀出線RLn
為了清楚描述畫素結構Pn 中膜層的排列,圖2A至圖2E分別代表畫素結構Pn 中五個膜層的俯視圖。圖2A是圖1中畫素結構Pn 之一第一金屬層(亦稱為M1)的上視示意圖。請參照圖1以及圖2A,第一金屬層包括掃描線SLn 、電容電極線CLn 以及電容電極線CLn+1 。詳言之,掃描線SLn 的一部分區域係用以作為主動元件T1 的閘極G1 ,而掃描線SLn 的其餘部分區域係用以作為開關元件T2 的閘極G2 。在實施例中,圖2A所繪示的元件是以第一光罩製程形成,因此,圖2A中所繪示的這些元件是同時形成且屬於同一層薄膜。在圖2A中的第一金屬層形成之後,接著形成絕緣層112(如圖3A以及圖3B所示)以覆蓋第一金屬層。
圖2B是圖1中畫素結構Pn 之半導體層的上視示意圖。請參照圖1以及圖2B,半導體層係形成於絕緣層112上方,且包括主動元件T1 中的通道CH1 、開關元件T2 中的通道CH2 以及光感測元件T3 中的通道CH3 。半導體層可由一非晶矽層以及一摻雜非晶矽層形成。在本實施例中,圖2B中所繪示的元件是以第二光罩製程形成,因此,圖2B所示的這些元件是同時形成且屬於同一層薄膜。根據本發明之另一實施例,除了主動元件T1 中的通道CH1 、開關元件T2 中的通道CH2 以及光感測元件T3 中的通道CH3 之外,半導體層更包括多個介層圖案(未繪示)介於電容電極線與資料線之間及/或介於掃描線與資料線之間,這些介層圖案可用以避免電容電極線與資料線之間及/或介於掃描線與資料線之間的短路現象。
圖2C是圖1中畫素結構Pn 之一第二金屬層(亦稱為M2)的上視示意圖。請參照圖1以及圖2C,第二金屬層包括資料線DLn 、資料線DLn+1 、主動元件T1 中的源極S1 與汲極D1 、開關元件T2 中的源極S2 與汲極D2 以及光感測元件T3 中的源極S3 與汲極D3 。在本實施例中,圖2C中所繪示的元件是以第三光罩製程形成,因此,圖2C所示的這些元件是同時形成且屬於同一層薄膜中。在圖2C中的第二金屬層形成之後,接著形成絕緣層114(如圖3A及圖3B所示)以覆蓋第二金屬層,此絕緣層114具有保護層之功能。
圖2D是圖1中畫素結構之一電磁干擾遮蔽層108的上視示意圖。請參照圖2C、圖3A以及圖3B,電磁干擾遮蔽層108與圖2C中第二金屬層皆採用第三光罩製程中的同一張光罩來製作,因此電磁干擾遮蔽層108與圖2C中第二金屬層的圖案相同。電磁干擾遮蔽層108之材質例如為一透明導電材料或一金屬。
在圖2D中的電磁干擾遮蔽層108形成之後,接著形成絕緣層116(如圖3A以及圖3B所示)以覆蓋於電磁干擾遮蔽層108,此絕緣層116可用以作為保護層。接著,透過第四光罩製程圖案化絕緣層116、絕緣層114以及電磁干擾遮蔽層108,以形成接觸窗C1 、C2 、C3 、C4
圖2E是圖1中畫素結構Pn 之一導電層的上視示意圖。請參照圖1以及圖2E,導電層包括讀出線RLn 、讀出線RLn-1 、畫素電極104以及導電圖案110。在本實施例中,圖2E中所示的元件是藉由第五光罩製程形成,因此,圖2E所示的這些元件是同時形成且屬於同一層薄膜。
圖4是根據本發明一實施例中顯示面板的剖面示意圖。請參照圖4,實施例中的顯示面板包括一第一基板10、一第二基板20以及一位於第一基板10與第二基板20之間的顯示介質30。
第一基板10之材質例如為玻璃、石英、有機材料或是金屬,第一基板10上形成有一畫素陣列12,且此畫素陣列12例如為圖1中所示的畫素陣列。
第二基板20之材質例如為玻璃、石英、有機材料或是上述類似物。在本實施例中,電極層22係設置於第二基板20上,且電極層22例如是透明電極層。此透明電極層之材質例如是由銦錫氧化物(ITO)或銦鋅氧化物(IZO)。電極層22完全覆蓋於第二基板20上且電性耦接至一共同電壓,此共同電壓例如是直流電壓。此外,在本發明之其他實施例中,可選擇性地設置一彩色濾光層(未繪示),而彩色濾光層包括紅色、綠色以及藍色濾光層於第二基板20上。此外,亦可選擇性地設置一光遮蔽層(未繪示)於第二基板20上,此光遮蔽層(黑矩陣)例如係設置在各個彩色濾光層(紅色、綠色以及藍色濾光層)之間。或者,進一步透過上述彩色濾光層與黑矩陣兩者間的排列組合,以達到所欲之功效,例如阻絕可見光僅讓近紅外光穿透。
在本實施例中,顯示介質30係設置在第一基板10與第二基板20之間,其例如為一液晶材料。然而,本發明不限定顯示介質30必須是液晶材料,顯示介質30亦可以是其他顯示材料,如有機發光材料、電泳顯示材料或電漿顯示材料。
在第一基板10、第二基板20以及顯示介質30形成圖4中的顯示面板之後,便完成了多個畫素單元(如圖5所示)的製作,每一個畫素單元對應一個畫素結構。圖5中是一相當於圖4中顯示面板之畫素單元的等效電路。請參照圖5,除了畫素結構Pn 之外,液晶電容C1c 也形成於每一畫素單元中。液晶電容C1c 是由第一基板10上畫素結構Pn 的畫素電極(如圖4所示)、第二基板上20的電極層22以及介於畫素結構Pn 與電極層22之間的液晶材料30所構成。
在本實施例中,第二基板20上的電極層22係耦接至一共同電壓(Vcom ),而此共同電壓例如是直流電壓。電容電極線(CL1 、…、CLn-1 、CLn 、CLn+1 、…)也與上述共同電壓電性連接。因此,每一畫素單元之液晶電容C1c 的一端與上述之共同電壓(Vcom )電性連接。所以,在畫素結構中,開關元件T2 與主動元件T1 分別電性連接於兩條相鄰的掃描線SLn 與掃描線SLn-1 。也就是說,當主動元件T1 與感測元件102分享共同掃描線SLn 時,主動元件T1 與感測元件102會分別與不同的電容電極線CLn+1 及電容電極線CLn 電性耦接。
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。
Pn ...畫素結構
SLn ...掃描線
DLn ...資料線
T1...主動元件
104...畫素電極
RLn ...讀出線
108...電磁干擾遮蔽層
102...感測元件
CLn ...電容電極線
112、114、116...絕緣層
G1 、G2 、G3 ...閘極
CH1 、CH2 、CH3 ...通道
S1 、S3 、S3 ...源極
D1 、D2 、D3 ...汲極
T2 ...開關元件
T3 ...光感測元件
C1 、C2 、C3 、C4 ...接觸窗
110...導電圖案
10‧‧‧第一基板
20‧‧‧第二基板
12‧‧‧畫素陣列
22‧‧‧電極層
30‧‧‧顯示介質
Clc ‧‧‧液晶電容
Vcom ‧‧‧共同電壓
圖1是根據本發明一實施例之畫素陣列中的畫素結構的上視示意圖。
圖2A是圖1中畫素結構的第一金屬層的上視示意圖。
圖2B是圖1中畫素結構的半導體層的上視示意圖。
圖2C是圖1中畫素結構的第二金屬層的上視示意圖。
圖2D是圖1中畫素結構的電磁干擾遮蔽層(EMI shielding layer)的上視示意圖。
圖2E是圖1中畫素結構的導電層的上視示意圖。
圖3A是圖1中沿著A-A’線的剖面示意圖。
圖3B是圖1中沿著B-B’線的剖面示意圖。
圖4是根據本發明一實施例之顯示面板的剖面示意圖。
圖5是根據本發明一實施例之畫素結構的等效電路圖。
Pn ...畫素結構
SLn-1 、SLn ...掃描線
DLn 、DLn+1 ...資料線
RLn-1 、RLn ...讀出線
CLn 、CLn+1 ...電容電極線
T1 ...主動元件
T2 ...開關元件
T3 ...光感測元件
102...感測元件
G1 、G2 、G3 ...閘極
S1 、S3 、S3 ...源極
D1 、D2 、D3 ...汲極
CH1 、CH2 、CH3 ...通道
C1 、C2 、C3 、C4 ...接觸窗
110...導電圖案
104...畫素電極

Claims (17)

  1. 一種畫素陣列,具有多個畫素結構,至少其中一個畫素結構包括:兩條相鄰的掃描線及兩條相鄰的資料線,環繞著該畫素結構並設置於一基板上;一主動元件,與其中一條該掃描線以及一畫素電極電性連接;一讀出線,位於該資料線上;一電磁干擾遮蔽層,位於該讀出線與該資料線之間,並與該畫素電極電性連接;一感測元件,與讀出線電性連接;一第一絕緣層,配置於該資料線以及該電磁干擾遮蔽層之間;以及一第二絕緣層,配置於該電磁干擾遮蔽層以及該讀出線之間。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之畫素陣列,更包括一顯示介質設置在該基板以及一對向基板之間。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之畫素陣列,其中該讀出線與該畫素電極屬於同一層薄膜。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之畫素陣列,其中該電磁干擾遮蔽層與該資料線重疊,且該讀出線與該電磁干擾遮蔽層重疊。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之畫素陣列,其中該電磁干擾遮蔽層的材料包括一導電材料或一金屬。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之畫素陣列,其中該主動元件包括一與該掃描線電性連接之閘極、一與該資料線電性連接之源極以及一與該畫素電極電性連接之汲極,且該電磁干擾遮蔽層的圖案輪廓與該源極、該汲極以及該資料線的圖案輪廓實質上相同。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之畫素陣列,其中該畫素結構更包括一與該畫素電極電性耦接之電容電極線。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之畫素陣列,其中該感測元件包括:一開關元件,與該掃描線以及該讀出線電性連接;以及一光感測元件,與該開關元件電性連接。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之畫素陣列,其中該感測元件與該掃描線連接,且該掃描線不與該主動元件耦接。
  10. 一種顯示面板,包括:一第一基板,具有多條掃描線以及多條資料線,而該第一基板包括:多個主動元件,靠近於該掃描線以及該資料線的交叉處設置,且各該主動元件分別由對應的掃描線驅動;一畫素電極,與該主動元件電性連接;一讀出線,與該資料線重疊;一電磁干擾遮蔽層,位於該讀出線以及該資料線之間,並與該畫素電極電性連接; 一感測元件,與該讀出線電性連接;一第二基板,相對於該第一基板;一顯示介質,位於該第一基板與該第二基板之間;一第一絕緣層,配置於該資料線以及該電磁干擾遮蔽層之間;以及一第二絕緣層,配置於該電磁干擾遮蔽層以及該讀出線之間。
  11. 如申請專利範圍第10項所述之顯示面板,其中該讀出線與該資料線利用不同的製程製作。
  12. 如申請專利範圍第10項所述之顯示面板,其中該讀出線與該畫素電極屬於同一層薄膜。
  13. 如申請專利範圍第10項所述之顯示面板,其中該電磁干擾遮蔽層位於該資料線上方,且該讀出線位於該電磁干擾遮蔽層上方。
  14. 如申請專利範圍第10項所述之顯示面板,其中該電磁干擾遮蔽層的材料包括一導電材料或一金屬。
  15. 如申請專利範圍第10項所述之顯示面板,其中該主動元件包括一與該掃描線電性連接之閘極、一與該資料線電性連接之源極以及一與該畫素電極電性連接之汲極,該電磁干擾遮蔽層的圖案輪廓與該源極、該汲極以及該資料線的圖案輪廓實質上相同。
  16. 如申請專利範圍第10項所述之顯示面板,其中該讀出線位於該資料線以及該電磁干擾遮蔽層上方。
  17. 如申請專利範圍第10項所述之顯示面板,其中該感測元件包括: 一開關元件,與該掃描線以及該讀出線電性連接;以及一光感測元件,與該開關元件電性連接。
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