TWI516849B - 畫素結構與顯示面板 - Google Patents

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TWI516849B
TWI516849B TW102140117A TW102140117A TWI516849B TW I516849 B TWI516849 B TW I516849B TW 102140117 A TW102140117 A TW 102140117A TW 102140117 A TW102140117 A TW 102140117A TW I516849 B TWI516849 B TW I516849B
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張琬珩
鄭孝威
范姜士權
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友達光電股份有限公司
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    • H01L27/124—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being other than a semiconductor body, e.g. an insulating body comprising a plurality of TFTs formed on a non-semiconducting substrate, e.g. driving circuits for AMLCDs with a particular composition, shape or layout of the wiring layers specially adapted to the circuit arrangement, e.g. scanning lines in LCD pixel circuits
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    • G02F1/13—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
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Description

畫素結構與顯示面板
本發明是有關於一種畫素結構，特別是有關於一種液晶顯示面板的畫素結構。
液晶顯示面板(Liquid Crystal Display，LCD)為平面薄型的顯示裝置，由一定數量的彩色或黑白畫素組成，放置於光源或者反射面前方。液晶顯示器功耗低，因此倍受工程師青睞，為目前主流的顯示裝置。
在高解析度液晶顯示面板中，共通電極與畫素電極形成一電容，利用共通電極與畫素電極的設計，如此便能製造出電場並通過液晶層，並且利用電場去控制液晶分子的方向，因而操控各畫素的灰階。提升共通電極與畫素電極對於液晶層的操控效率，將能提升液晶顯示面板的穿透率表現。
本發明提供一種畫素結構，用以提升共通電極與畫素電極對於液晶層的操控效率。
根據本發明一實施方式，一種畫素結構，設置於第一基板上，包含掃描線、資料線、主動元件、畫素電極、第一介電層、共通電極以及至少一凸起部。掃描線與資料線位於第一基板上。主動元件電性連接掃描線與資料線。畫素電極位於第一基板上，並電性連接主動元件。第一介電層位於第一基板上，並至少覆蓋畫素電極。共通電極至少部分位於第一介電層上，且共通電極具有至少二個第一電極分支以及位於第一電極分支之間的第一開口，共通電極之第一電極分支與第一開口在垂直投影方向與畫素電極至少部份重疊。凸起部位於第一介電層上，並至少部分位於兩相鄰之第一電極分支之間。
於本發明之一或多個實施方式中，凸起部具有面對第一介電層之底面、與底面相對之頂面以及鄰接底面與頂面之第一斜面。
於本發明之一或多個實施方式中，至少部份之第一電極分支共形地覆蓋第一斜面。
於本發明之一或多個實施方式中，至少部份之第一電極分支覆蓋第一介電層。
於本發明之一或多個實施方式中，凸起部的數量為複數個，且第一電極分支至少其中之一介於兩相鄰之凸起部之間，介於兩相鄰之凸起部之間的第一電極分支共形地覆蓋兩相鄰之凸起部的第一斜面，以及介於兩相鄰之凸起部之間的第一介電層。
於本發明之一或多個實施方式中，共通電極更包含 至少一第二電極分支，位於第一介電層上，第二電極分支在垂直投影方向上與資料線至少部分重疊。
於本發明之一或多個實施方式中，畫素結構更包含圖案化第二介電層，至少部份介於資料線與第一介電層之間，藉此於第一介電層上形成隆起部，第二電極分支至少部分覆蓋隆起部。
於本發明之一或多個實施方式中，畫素結構更包含圖案化第二介電層，位於第一介電層上，至少部份介於第一介電層與第二電極分支之間。
於本發明之一或多個實施方式中，圖案化第二介電層具有至少第二斜面，第二電極分支至少部分覆蓋第二斜面。
於本發明之一或多個實施方式中，第一介電層具有至少一隆起部，第二電極分支至少部分覆蓋隆起部，且第二電極分支在第一基板上的正投影與資料線至少部分重疊。
於本發明之一或多個實施方式中，隆起部具有至少一第二斜面，第二電極分支至少部分覆蓋第二斜面。
於本發明之一或多個實施方式中，位於第二電極分支下方之第一介電層的厚度大於第一電極分支下方之第一介電層的厚度。
根據本發明另一實施方式，一種顯示面板包含第一基板、掃描線、資料線、主動元件、畫素電極、第一介電層、共通電極、至少一凸起部、第二基板以及顯示介質層。 掃描線位於第一基板上。資料線位於第一基板上。主動元件電性連接掃描線與資料線。畫素電極位於第一基板上，並電性連接主動元件。第一介電層位於第一基板上，並至少覆蓋畫素電極。共通電極至少部分位於第一介電層上，且共通電極具有至少二個第一電極分支以及位於第一電極分支之間的第一開口，共通電極之第一電極分支與第一開口在垂直投影方向與畫素電極至少部份重疊。凸起部位於第一介電層上，並至少部分位於兩相鄰之第一電極分支之間。第二基板與第一基板相對設置。顯示介質層設置於第一基板與第二基板之間。
本發明上述實施方式藉由設置凸起部位於兩相鄰之第一電極分支之間，因而使第一電極分支與畫素電極所形成的電場在顯示介質層中變得蜷曲，因而提升顯示介質層的操控效率。另外，在不改變第一電極分支與畫素電極之間的介電層整體厚度的情況下，加厚第二電極分支與資料線之間的介電層厚度，如此將可減少源極驅動晶片的能量消耗，同時卻不會使顯示介質層的操控效率下降。
100‧‧‧畫素結構
110‧‧‧掃描線
120‧‧‧資料線
130‧‧‧主動元件
140‧‧‧畫素電極
150‧‧‧第一介電層
160‧‧‧共通電極
161、161a、161b‧‧‧第一電極分支
163‧‧‧第二電極分支
170‧‧‧凸起部
171‧‧‧底面
173‧‧‧頂面
175‧‧‧第一斜面
180‧‧‧圖案化第二介電層
190‧‧‧隆起部
191‧‧‧第二斜面
200‧‧‧顯示面板
210‧‧‧第一基板
220‧‧‧顯示介質層
230‧‧‧第二基板
240‧‧‧彩色濾光層
250‧‧‧遮光層
300、310、500、510、520‧‧‧曲線
400‧‧‧第一蝕刻區
410‧‧‧第二蝕刻區
A-A’‧‧‧剖面線
FO‧‧‧第一開口
M‧‧‧區域
X‧‧‧斜面長度
Y‧‧‧斜面高度
第1A圖繪示依照本發明一實施方式之顯示面板的剖面圖。
第1B圖繪示第1A圖之畫素結構的上視示意圖。
第2A圖繪示本發明之實施例具有凸起部之畫素結構 在液晶層中所產生的模擬位能分佈。
第2B圖繪示比較例不具有凸起部之畫素結構在液晶層中所產生的模擬位能分布。
第3圖繪示第2A圖與第2B圖的穿透率-位置圖。
第4A圖、第4B圖與第4C圖分別繪示不同實施方式的局部放大圖，其繪示區域如第1A圖之區域M所示。
第5圖繪示依照本發明另一實施方式之畫素結構的剖面圖。
第6圖繪示依照本發明再一實施方式之畫素結構的剖面圖。
第7A圖繪示依照本發明又一實施方式之畫素結構在圖案化前的剖面圖。
第7B圖繪示第7A圖之畫素結構在圖案化後的剖面圖。
第8A圖繪示依照本發明一實施方式之畫素結構，在其第二電極分支沒有製程偏移時的剖面示意圖。
第8B圖繪示依照本發明一實施方式之畫素結構，在其第二電極分支有製程偏移時的剖面示意圖。
第9圖繪示依照本發明複數個實施例之穿透率偏差-斜面斜率圖。
以下將以圖式揭露本發明之複數個實施方式，為明確說明起見，許多實務上的細節將在以下敘述中一併說明。然而，應瞭解到，這些實務上的細節不應用以限制本 發明。也就是說，在本發明部分實施方式中，這些實務上的細節是非必要的。此外，為簡化圖式起見，一些習知慣用的結構與元件在圖式中將以簡單示意的方式繪示之。
請同時參照第1A圖與第1B圖，其中第1A圖繪示依照本發明一實施方式之顯示面板200的剖面圖，第1B圖繪示第1A圖之畫素結構100的上視示意圖，且第1A圖的剖面位置可如第1B圖之線段A-A’所繪示。
本實施方式之顯示面板200包含第一基板210、畫素結構100、顯示介質層220以及第二基板230。畫素結構100設置於第一基板210上，且此畫素結構100包含掃描線110、資料線120、主動元件130、畫素電極140、第一介電層150、共通電極160以及至少一凸起部170。掃描線110位於第一基板210上。資料線120位於第一基板210上。 主動元件130電性連接掃描線110與資料線120。畫素電極140位於第一基板210上，並電性連接主動元件130。第一介電層150位於第一基板210上，並至少覆蓋畫素電極140。共通電極160至少部分位於第一介電層150上，且共通電極160具有至少二個第一電極分支161以及位於第一電極分支161之間的第一開口FO。共通電極160之第一電極分支161與第一開口FO在垂直投影方向與畫素電極140至少部份重疊。凸起部170位於第一介電層150上，並至少部分位於兩相鄰之第一電極分支161之間。第二基板230與第一基板210相對設置。顯示介質層220設置於第一基板210與第二基板230之間。
具體而言，顯示介質層220可為液晶層，亦可為電潤濕材料層等，但不限於此。應了解到，以上所舉之顯示介質層220的具體實施方式僅為例示，而非用以限制本發明，本發明所屬技術領域中具有通常知識者，可依實際需要，彈性選擇顯示介質層220的具體實施方式。
第2A圖繪示本發明之實施例具有凸起部之畫素結構在液晶層中所產生的模擬位能分佈。第2B圖繪示比較例不具有凸起部之畫素結構在液晶層中所產生的模擬位能分布。第3圖繪示第2A圖與第2B圖的穿透率-位置圖。在液晶顯示面板中，若共通電極與畫素電極所形成的電場，在液晶層中是較蜷曲(twisted)的，則其將具有較強的液晶分子扭轉能力，因而將具有較好的液晶效率，以及較高的穿透率。如第2A圖與第2B圖所繪示，由於第2A圖中的畫素結構100具有凸起部170，第2A圖中的位能分佈較第2B圖的曲折，因而第2A圖中的電場具有較強的液晶分子扭轉能力。第2A圖與第2B圖中的圓圈與橢圓表示液晶分子被扭轉的幅度，可以明顯看出第2A圖中的液晶分子被扭轉的幅度較第2B圖大。因此，如第3圖所繪示，本發明實施例的曲線300繪示具有凸起部之畫素結構的穿透率，比較例的曲線310繪示不具有凸起部之畫素結構的穿透率，其中具有凸起部之畫素結構的穿透率明顯較不具有凸起部之畫素結構的穿透率高。
如第1A圖與第1B圖所繪示，具體而言，凸起部170可位於第一開口FO內。應了解到，以上所舉之凸起部 170的設置位置僅為例示，而非用以限制本發明，本發明所屬技術領域中具有通常知識者，可依實際需要，彈性選擇凸起部170的設置位置。
具體而言，顯示面板200更可包含彩色濾光層240與遮光層250。彩色濾光層240設置於第二基板230面對顯示介質層220的一面，並對應於畫素電極140。遮光層250亦設置於第二基板230面對顯示介質層220的該面，並位於彩色濾光層240的相對兩側。
此外，共通電極163更可包含至少一第二電極分支163，此第二電極分支163位於第一介電層150上，且第二電極分支163在垂直投影方向上與資料線120至少部分重疊。為了避免資料線120的訊號干擾而造成暗態漏光，設置第二電極分支163在資料線120上方，可以屏蔽資料線120所產生的電場。
請參照第4A圖、第4B圖與第4C圖，第4A圖、第4B圖與第4C圖分別繪示不同實施方式的局部放大圖，其繪示區域如第1A圖之區域M所示。如第4A圖、第4B圖與第4C圖所繪示，凸起部170可具有面對第一介電層150之底面171、與底面171相對之頂面173以及鄰接底面171與頂面173之第一斜面175。
如第4A圖所繪示，上述之第一電極分支可分為兩部分，其中一部分為第一電極分支161a，另一部分為第一電極分支161b。第一電極分支161a共形地覆蓋第一斜面175。換句話說，第一電極分支161a有一部份設置於第一 斜面175上，而這些第一電極分支161a的其餘部份則設置於第一介電層150上。另外，第一電極分支161b覆蓋第一介電層150。換句話說，第一電極分支161b完全設置在第一介電層150上。
如第4B圖所繪示，所有第一電極分支161皆共形地覆蓋第一斜面175。換句話說，所有第一電極分支161皆有一部份設置於第一斜面175上，而這些第一電極分支161的其餘部份則設置於第一介電層150上。
如第4C圖所繪示，凸起部170的數量為複數個，且第一電極分支161至少其中之一介於兩相鄰之凸起部170之間，介於兩相鄰之凸起部170之間的第一電極分支161共形地覆蓋兩相鄰之凸起部170的第一斜面175，以及介於兩相鄰之凸起部170之間的第一介電層150。
藉由讓凸起部170具有斜面結構，並且設置部份第一電極分支161共形地覆蓋第一斜面175，將可以使第一電極分支161與畫素電極140所形成的電場在顯示介質層170中變得更加蜷曲，因而將具有更強的扭轉液晶分子能力以及較好的液晶效率，相對地具有較高的穿透率。
參照第5圖，其繪示依照本發明另一實施方式之畫素結構100的剖面圖。畫素結構100更可包含圖案化第二介電層180，至少部份介於資料線120與第一介電層150之間，藉此於第一介電層150上形成隆起部190，第二電極分支163至少部分覆蓋隆起部190。
藉由設置第二電極分支163於隆起部190上，將減 少在第二電極分支163與金屬層重疊區域的寄生電容，因而可以減少源極驅動晶片提供訊號時的能量消耗，同時因為第一電極分支161與畫素電極140的設置位置並沒有改變，因而液晶效率不會受到影響。具體而言，位於第二電極分支163下方之介電層，比如第一介電層150與圖案化第二介電層180，的厚度大於第一電極分支161下方之介電層，比如第一介電層150，的厚度。
關於第5圖中畫素結構100的製程，首先提供第一基板210並形成畫素電極140與資料線120於第一基板210上。然後，形成圖案化第二介電層180於第一基板210上，此圖案化第二介電層180將覆蓋資料線120。之後，再形成第一介電層150於第一基板210上，此第一介電層150將覆蓋畫素電極140與圖案化第二介電層180上，因而形成隆起部190。最後，再分別形成第一電極分支161與第二電極分支163於第一介電層150上，其中第二電極分支163設置於隆起部190上。
第6圖繪示依照本發明再一實施方式之畫素結構100的剖面圖。第6圖與第5圖的主要差異在於，圖案化第二介電層180位於第一介電層150上並形成隆起部190，且至少部份介於第一介電層150與第二電極分支163之間。
關於第6圖中畫素結構100的製程，首先提供第一基板210，並形成畫素電極140與資料線120於第一基板210上。然後，形成第一介電層150於第一基板210上，此第一介電層將覆蓋畫素電極140與資料線120。之後，再形 成圖案化第二介電層180於第一介電層150上，因而形成隆起部190。最後，再形成第一電極分支161於第一介電層150上，第二電極分支163於隆起部190上。
第7A圖繪示依照本發明又一實施方式之畫素結構100在圖案化前的剖面圖。第7B圖繪示依照本發明又一實施方式之畫素結構100在圖案化後的剖面圖。如第7B圖所繪示，第一介電層150可具有至少一隆起部190，第二電極分支163至少部分覆蓋隆起部190，且第二電極分支163在垂直投影方向與資料線120至少部分重疊。
關於第7A圖與第7B圖中畫素結構100的製程，首先提供第一基板210，並形成畫素電極140與資料線120於第一基板210上。然後，形成第一介電層150於第一基板210上，此第一介電層150將覆蓋畫素電極140與資料線120。之後，再分別對於第一蝕刻區400與第二蝕刻區410進行蝕刻，並因而形成隆起部190與凸起部170。最後，再分別形成第一電極分支161與第二電極分支163於第一介電層150上，其中第二電極分支163設置於隆起部190上。
需要特別注意的是，關於第5圖與第6圖中的凸起部170，並沒有描述相關的製程細節。凸起部170可以使用類同於第5圖與第6圖中隆起部190的製程方式形成，也就是利用形成圖案化介電層的方式形成。
另外，共通電極160的不同電極分支如第一電極分支161與第二電極分支163可互相電連接。應了解到，以 上所舉之共通電極160的具體實施方式僅為例示，而非用以限制本發明，本發明所屬技術領域中具有通常知識者，可依實際需要，彈性選擇共通電極160的具體實施方式。
第8A圖繪示依照本發明一實施方式之畫素結構，在其第二電極分支163沒有製程偏移時的剖面示意圖。第8B圖繪示依照本發明一實施方式之畫素結構，在其第二電極分支163有製程偏移時的剖面示意圖。如第8A圖所繪示，隆起部190(或圖案化第二介電層)可具有至少一第二斜面191，第二電極分支163至少部分覆蓋第二斜面191。
由於在實際的製程中，可能會發生偏移的情況，也就是如第8B圖所繪示的情況，如此情況將會造成液晶效率偏差，相對地造成穿透率偏差(deviation)。若隆起部190或圖案化第二介電層具有第二斜面191，則可以減少製程偏差對於穿透率的影響。此原由為在第二電極分支163與第一介電層150(見第1圖)下方之畫素電極140(見第1圖)之間具有一電場，此電場在第二電極分支163受到製程偏差時會有劇烈變化，而具有第二斜面191可減小製程偏差發生時的電場分布變化。若第二斜面191的斜率倒數X/Y大於1，更可以進一步地顯著減少製程偏差對於液晶效率的影響。第9圖繪示依照本發明複數個實施例之穿透率偏差-斜面斜率圖，其中曲線500繪示隆起部之高度為200nm之穿透率偏差、曲線510繪示隆起部之高度為400nm之穿透率偏差以及曲線520繪示隆起部之高度為600nm之穿透率偏差。不管考慮曲線500、510以及520，皆可以明顯發現當 第二斜面191的斜率倒數X/Y大於1時，製程偏差對於穿透率的影響顯著減少。
本發明上述實施方式藉由設置凸起部170位於兩相鄰之第一電極分支161之間，因而使共通電極160與畫素電極140所形成的電場在顯示介質層170中變得曲折，因而提升顯示介質層170的操控效率，進而提升顯示介質層170的穿透率。另外，在不改變畫素電極140與第一電極分支161之間的介電層整體厚度的情況下，加厚第二電極分支163與資料線120之間的介電層厚度，如此將可減少源極驅動晶片的能量消耗，同時卻不會使顯示介質層170的操控效率下降。
雖然本發明已以實施方式揭露如上，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潤飾，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。
100‧‧‧畫素結構
120‧‧‧資料線
140‧‧‧畫素電極
150‧‧‧第一介電層
160‧‧‧共通電極
161‧‧‧第一電極分支
163‧‧‧第二電極分支
170‧‧‧凸起部
200‧‧‧顯示面板
210‧‧‧第一基板
220‧‧‧顯示介質層
230‧‧‧第二基板
240‧‧‧彩色濾光層
250‧‧‧遮光層
A-A’‧‧‧剖面線
FO‧‧‧第一開口
M‧‧‧區域

Claims (14)

  1. 一種畫素結構，設置於一第一基板上，該畫素結構包含：一掃描線，位於該第一基板上；一資料線，位於該第一基板上；一主動元件，電性連接該掃描線與該資料線；一畫素電極，位於該第一基板上，並電性連接該主動元件；一第一介電層，位於該第一基板上，並至少覆蓋該畫素電極；一共通電極，至少部分位於該第一介電層上，且該共通電極具有至少二個第一電極分支以及位於該些第一電極分支之間的一第一開口，該共通電極之該些第一電極分支與該第一開口在一垂直投影方向與該畫素電極至少部份重疊，該共通電極更包含至少一第二電極分支，位於該第一介電層上，該第二電極分支在垂直投影方向上與該資料線至少部分重疊；以及至少一凸起部，位於該第一介電層上，並至少部分位於兩相鄰之該些第一電極分支之間。
  2. 如請求項1所述之畫素結構，其中該凸起部具有面對該第一介電層之一底面、與該底面相對之一頂面以及鄰接該底面與該頂面之一第一斜面。
  3. 如請求項2所述之畫素結構，其中至少部份之該些第一電極分支共形地覆蓋該第一斜面。
  4. 如請求項3所述之畫素結構，其中至少部份之該些第一電極分支覆蓋該第一介電層。
  5. 如請求項2所述之畫素結構，其中該凸起部的數量為複數個，且該些第一電極分支至少其中之一介於兩相鄰之該些凸起部之間，介於該兩相鄰之該些凸起部之間的該第一電極分支共形地覆蓋該兩相鄰之該些凸起部的該些第一斜面，以及介於該兩相鄰之該些凸起部之間的該第一介電層。
  6. 如請求項1所述之畫素結構，更包含：一圖案化第二介電層，至少部份介於該資料線與該第一介電層之間，藉此於該第一介電層上形成一隆起部，該第二電極分支至少部分覆蓋該隆起部。
  7. 如請求項6所述之畫素結構，其中該隆起部具有至少一第二斜面，該第二電極分支至少部分覆蓋該第二斜面。
  8. 如請求項7所述之畫素結構，其中該第二斜面具有一斜率倒數，且該斜率倒數大於1。
  9. 如請求項1所述之畫素結構，更包含：一圖案化第二介電層，位於該第一介電層上，至少部份介於該第一介電層與該第二電極分支之間。
  10. 如請求項9所述之畫素結構，其中該圖案化第二介電層具有至少一第二斜面，該第二電極分支至少部分覆蓋該第二斜面。
  11. 如請求項1所述之畫素結構，其中該第一介電層具有至少一隆起部，該第二電極分支至少部分覆蓋該隆起部，且該第二電極分支在在一垂直投影方向與該資料線至少部分重疊。
  12. 如請求項11所述之畫素結構，其中該隆起部具有至少一第二斜面，該第二電極分支至少部分覆蓋該第二斜面。
  13. 如請求項1所述之畫素結構，其中位於該第二電極分支下方之該第一介電層的厚度大於該第一電極分支下方之該第一介電層的厚度。
  14. 一種顯示面板，包含：一第一基板；一掃描線，位於該第一基板上；一資料線，位於該第一基板上； 一主動元件，電性連接該掃描線與該資料線；一畫素電極，位於該第一基板上，並電性連接該主動元件；一第一介電層，位於該第一基板上，並至少覆蓋該畫素電極；一共通電極，至少部分位於該第一介電層上，且該共通電極具有至少二個第一電極分支以及位於該些第一電極分支之間的一第一開口，該共通電極之該些第一電極分支與該第一開口在一垂直投影方向與該畫素電極至少部份重疊，該共通電極更包含至少一第二電極分支，位於該第一介電層上，該第二電極分支在垂直投影方向上與該資料線至少部分重疊；至少一凸起部，位於該第一介電層上，並至少部分位於兩相鄰之該些第一電極分支之間；一第二基板，與該第一基板相對設置；以及一顯示介質層，設置於該第一基板與該第二基板之間。
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