TWI605288B - 畫素結構與具有此畫素結構的顯示面板 - Google Patents

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Description

畫素結構與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與具有此畫素結構的顯示裝置。
於家用電器設備的各式電子產品之中，應用薄膜電晶體(thin film transistor；TFT)的液晶顯示器已經被廣泛地使用。薄膜電晶體式的液晶顯示器主要是透過薄膜電晶體陣列基板、彩色濾光陣列基板和液晶層構成，其中薄膜電晶體陣列基板上設置有多個以陣列排列的薄膜電晶體，以及，與薄膜電晶體對應配置的畫素電極(pixel electrode)。
再者，隨著液晶顯示器所要求的解析度與色彩對比度日漸提升。對此，找尋下一種新的技術方案達到較佳的顯示品質，實屬當前重要研發課題之一，亦成為當前相關領域亟需改進的目標。
本發明增進畫素結構的出光效率並改善畫素結構的出光視角，使得出光視角可集中在某一範圍內，並具有較 均勻的出光強度。
本發明之一實施方式提供一種畫素結構，包含第一基板、多個薄膜電晶體、波長轉換層及金屬光柵偏振層。薄膜電晶體設置於第一基板的內表面上。金屬光柵偏振層設置於多個薄膜電晶體上。波長轉換層設置於第一基板的內表面與該金屬光柵偏振層之間，其中波長轉換層用以接受波長轉換層與第一基板間的光束，並轉換為波長轉換層所對應的光波段。
於部分實施方式中，畫素結構更包含平坦層。平坦層設置於波長轉換層與金屬光柵偏振層之間。
於部分實施方式中，畫素結構更包含彩色濾光層。彩色濾光層設置於波長轉換層與金屬光柵偏振層之間。
於部分實施方式中，波長轉換層更包含第一轉換部及第二轉換部。第一轉換部用以接收光束，並將光束轉換為第一波長。第二轉換部用以接收光束，並將光束轉換為第二波長。
於部分實施方式中，彩色濾光層更包含第一濾光部及第二濾光部。第一濾光部設置於第一轉換部上。第二濾光部設置於第二轉換部上。
於部分實施方式中，畫素結構更包含光準直層。光準直層設置於畫素電極與波長轉換層之間，其中光準直層更包含反射部與穿透部。
於部分實施方式中，波長轉換層包含第一轉換部與第二轉換部，第一轉換部用以接收光束，並將光束轉換為第一波長，第二轉換部用以接收光束，並將光束轉換為第二波 長，其中光準直層設置於波長轉換層上方，而反射部於波長轉換層的垂直投影位於第一轉換部與第二轉換部之交界處上。
於部分實施方式中，反射部具有第一折射率，穿透部具有第二折射率，且第二折射率大於第一折射率。
於部分實施方式中，波長轉換層與光準直層直接接觸，且波長轉換層具有第三折射率，其中第三折射率大於等於第二折射率。
於部分實施方式中，第一折射率與第三折射率的比值介於0.7~0.9之間。
於部分實施方式中，畫素結構更包括彩色濾光層。彩色濾光層設置於波長轉換層與光準直層之間，彩色濾光層與光準直層直接接觸且彩色濾光層具有第三折射率，且第三折射率大於第二折射率。
於部分實施方式中，畫素結構更包含遮光層，且波長轉換層包含第一轉換部與第二轉換部，第一轉換部用以接收光束，並將光束轉換為第一波長，第二轉換部用以接收光束，並將光束轉換為第二波長，其中遮光層於波長轉換層的垂直投影位於第一轉換部與第二轉換部之交界面上。
於部分實施方式中，畫素結構更包含複數個畫素電極，設置於第一基板的內表面上，且複數個畫素電極分別與所對應的薄膜電晶體電性連接，其中金屬光柵偏振層設置於該波長轉換層與該些畫素電極之間。
於部分實施方式中，金屬光柵偏振層具有多個相互分離的區塊，各個相互分離的區塊與所對應的複數個薄膜電 晶體其中一者電性連接，其中金屬光柵偏振層用以做為一畫素電極。
於部分實施方式中，畫素結構更包括第二基板及另一金屬光柵偏振層。第二基板與第一基板相對設置。另一金屬光柵偏振層設置於第二基板之表面上。
本發明之一實施方式提供一種顯示面板，包括畫素結構、第二基板及顯示介質層。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。
100A、100B、100C、100D、220‧‧‧畫素結構
102、228‧‧‧第一基板
104‧‧‧掃描線
106A、106B、106C、236‧‧‧資料線
108、108’、108”‧‧‧薄膜電晶體
110‧‧‧第一絕緣層
112‧‧‧第二絕緣層
114、230‧‧‧波長轉換層
116、232‧‧‧第一轉換部
118、233‧‧‧第二轉換部
120、234‧‧‧光穿透部
122‧‧‧第一量子點
124‧‧‧第二量子點
126‧‧‧平坦層
128、226、235‧‧‧金屬光柵偏振層
130‧‧‧第三絕緣層
132A、132B、132C、237‧‧‧畫素電極
134‧‧‧彩色濾光層
136‧‧‧第一濾光部
138‧‧‧第二濾光部
140‧‧‧第三濾光部
142‧‧‧光準直層
144‧‧‧反射部
146‧‧‧穿透部
200‧‧‧顯示面板
210‧‧‧背光模組
212‧‧‧導光板
214‧‧‧反射層
216‧‧‧光源
222‧‧‧遮光層
224‧‧‧共用電極
240‧‧‧顯示介質層
242‧‧‧顯示介質
250‧‧‧第二基板
1B-1B’‧‧‧線段
A1、A2、A3‧‧‧畫素區域
C1、C2、C3、CA、CB‧‧‧曲線
D1、D2、D3‧‧‧汲極
G1、G2、G3‧‧‧閘極
L1A、L1B、L1C、L2、L3、L1A’、L1B’、L1C’‧‧‧光束
LA、LB、LC‧‧‧光線
S1、S2、S3‧‧‧源極
S10‧‧‧內表面
S20‧‧‧外表面
S30、S60‧‧‧上表面
S40、S70‧‧‧下表面
S50‧‧‧側表面
SE1、SE2、SE3‧‧‧半導體層
T1、T2、T3‧‧‧厚度
θ 1‧‧‧角度
θ c1、θ c2‧‧‧全反射臨界角
第1A圖為本發明的第一實施方式繪示畫素結構的上視示意圖。
第1B圖繪示第1A圖的畫素結構沿線段1B-1B’的剖面示意圖。
第2圖為依據本發明的第二實施方式繪示畫素結構的剖面示意圖，其中第2圖的剖面位置與第1B圖相同。
第3圖繪示比較例的畫素結構、第一實施方式的畫素結構及第二實施方式的畫素結構的色彩空間(color space)圖。
第4A圖為依據本發明的第三實施方式繪示畫素結構的剖面示意圖，其中第2圖的剖面位置與第1B圖相同。
第4B圖繪示射向第4A圖的反射部的光線的路徑示意圖。
第4C圖繪示第4A圖的畫素結構的出光視角與光強度的關係圖。
第5圖為依據本發明的第四實施方式繪示畫素結構的剖面示意圖，其中第5圖的剖面位置與第1B圖相同。
第6圖為依據本發明的第五實施方式繪示顯示面板的剖面示意圖，其中第6圖的剖面位置與第1B圖相似。
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。
然而，某些實施方式可與其他現有技術已知的方法和結構相結合的情況下實施。在以下的描述中，表示特定的結構、尺寸和相關的光學設計等具體細節以提供對本發明的透徹理解。在其他情況下，未對現有技術已知的半導體結構和製造進行特別詳細地描述，以免不必要地模糊本發明。整個說明書中所提到的“本實施方式”是指包括在本發明的特定的結構、尺寸和相關的光學設計至少一個實施方式中。因此，整個說明書中多處出現“本實施方式”不一定是指本發明的相同實施方式。此外，特定的結構、尺寸和相關的光學設計或特性可以任何適當的方式結合一個或多個實施方式中。
本文所使用的“跨越”、“在...上方”、“到”、“在...之間”和“在...上”，可指一層相對於其他層 的相對位置。一層“跨越”另一層、在另一層“上方”或“上”或者鍵合“到”另一層或與另一層“接觸”可為直接與其他層接觸或可具有一個或多個居間層。一層在多層“之間”可為直接與該多層接觸或可具有一個或多個居間層。
請同時查看第1A圖及第1B圖，第1A圖第一實施方式的其中一種畫素結構100A的上視示意圖，而第1B圖繪示第1A圖的畫素結構100A沿線段1B-1B’的剖面示意圖。第1A圖的畫素結構100A係各別以單一個子畫素(例如：子畫素132A、132B或132C)設計為範例，但不限於此。於其它實施例中，畫素結構100A也可包括其他種子畫素設計，例如單一個子畫素包含主畫素(main pixel)結構與次畫素(sub pixel)結構分別對應的主畫素電極(main pixel electrode)與次畫素電極(sub pixel electrode)，且主畫素電極與次畫素電極分別以實質上相同或不同電壓控制達到不同顯示效果，本發明並非以此為限。本發明的畫素結構100A包含第一基板102、掃描線104、資料線(例如：資料線106A、106B或106C)、薄膜電晶體(例如：薄膜電晶體108、108’或108”)、波長轉換層114、金屬光柵偏振層128與畫素電極(例如：畫素電極132A、132B或132C)，第1B圖所繪示的剖面圖僅為其中一種可能的實施例。舉例而言，畫素結構100A包含第一基板102、掃描線104、資料線106A、106B及106C、薄膜電晶體(例如：薄膜電晶體108、108’或108”)、第一絕緣層110、第二絕緣層112、波長轉換層114、平坦層126、金屬光柵偏振層128、第三絕緣層130及畫素電極132A、132B及132C。
第一基板102具有相對的內表面S10及外表面S20，且掃描線104及第一絕緣層110設置於第一基板102的內表面S10上。資料線106A、106B及106C設置於第一絕緣層110上，且掃描線104於第一基板102上的垂直投影相交於資料線106A、106B及106C於第一基板102上的垂直投影，藉以定義出至少一個畫素區域(例如：畫素區域A1、A2及/或A3)，但不限於此。於其它實施例中，至少一個畫素區域可由不同的傳遞訊號線路所定義，例如：資料線與共用電極線(common line)、或是掃描線與共用電極線、或是資料線及/或掃描線與其它傳遞訊號線路。然而，至少一個畫素區域通常會存在畫素電極，因此，可簡化定義為至少一個畫素電極垂直投影於第一基板102上的區域就是至少一個畫素區域。畫素區域A1、A2及A3，舉例而言分別對應薄膜電晶體108、108’及108”。以下僅以薄膜電晶體108為詳述範例，薄膜電晶體108’及108”可以依此類推。薄膜電晶體108設置於第一絕緣層110上，並與掃描線104及資料線106A電性連接。薄膜電晶體108包含半導體層SE1、閘極G1、源極S1及汲極D1，且薄膜電晶體108可分別透過閘極G1及源極S1而與掃描線104及資料線106A電性連接。於部分實施方式中，第一絕緣層110可用以做為閘極絕緣層。第二絕緣層112設置於第一絕緣層110上，並覆蓋資料線106A及薄膜電晶體108。
本實施例的波長轉換層114設置於第二絕緣層112上，且波長轉換層114用以接受來自第一基板102的外表面S20的光束(例如：通過畫素區域A1、A2及/或A3之光束L1A、 L1B及/或L1C)。於另一實施例中，波長轉換層114更包含第一轉換部116、第二轉換部118及光穿透部120可分別設置於畫素區域A1、A2及A3。第一轉換部116、光穿透部120及第二轉換部118可為沿掃描線104的延伸方向依序配置在第二絕緣層112上，且第一轉換部116、光穿透部120及第二轉換部118中的相鄰兩者較佳為彼此相抵，但不限於此。於其它實施例中，第一轉換部116、光穿透部120及第二轉換部118中的相鄰兩者可相互分隔開來或者是可相互部份重疊。此外，第一轉換部116、第二轉換部118及光穿透部120之資料線106B及106C投影上方外的區域分別具有厚度T1、T2及T3，T1實質上等於T2，且T2實質上等於T3，以使波長轉換層114可形成相對平坦的上表面，從而便於形成後續結構。此外，雖第1A圖所繪的波長轉換層114由左至右依序為第一轉換部116、光穿透部120及第二轉換部118，然而，第一轉換部116、光穿透部120及第二轉換部118的順序可作變換，例如，於其他實施方式中，波長轉換層114由左至右依序可為第一轉換部116、第二轉換部118及光穿透部120，且第一轉換部116與第二轉換部118為互相毗鄰且相抵、相鄰兩者可相互分隔開來或者是可相互部份重疊。
第一轉換部116、第二轉換部118及光穿透部120分別用以接收光束L1A、L1B及L1C，其中第一轉換部116及第二轉換部118分別將光束L1A及L1B的波長轉換為第一波長及第二波長，舉例而言第一波長約為500奈米(nm)~570奈米(nm)，第二波長約為620奈米(nm)~750奈米(nm)，而光穿透 部120，較佳地，可為透明光阻可使光束L1C穿透，即光穿透部120所通過波長約為光束L1C的波長。舉例而言，光束L1A、L1B及L1C可以是由背光模組(未繪示)中的光源提供，例如：可設置於第一基板102下的直下式背光模組(未繪示)的光源提供，但不限於此。於其它實施例中，背光模組(未繪示)可為側入式背光模組，且背光模組中的光源可設置於第一基板102之側邊，可以第一基板102作為導光板(導引光線之板材)，則第一基板102的內表面S10就為出光面或者是背光模組(未繪示)可為側入式背光模組，且背光模組中的光源可設置於背光模組中導光板(導引光線之板材，未繪示)之側邊，則導光板之出光面就面對第一基板102之外表面S20。前述光束L1A、L1B及L1C的波長較佳可位於藍光(440奈米(nm)~475奈米(nm))的範圍，如此可避免額外設置另一用以提供藍色光的轉換部，減少製程成本與製程步驟。然於其他實施例中，也可不設置背光模組，且於第一基板102與波長轉換層114間設置自發光層(圖未示)，舉例而言自發光層可以為有機發光二極體(OLED)、無機發光二極體或有機-無機混合發光二極體。其中有機發光二極體(OLED)可包括電洞注入層、電洞傳輸層、有機發光層、電子傳輸層與電子注入層或者是其它合適的疊層，而無機發光二極體(micro-LED)包括N型半導體層與P型半導體層或者是N型半導體層、P型半導體層與本徵半導體層I夾設於N型與P型半導體層之間或者是其它合適的疊層。
第一轉換部116及第二轉換部118可分別具有第一量子點(quantum dot，或稱為量子桿)120及第二量子點 124。舉例而言，量子點是例如具有約2~12nm直徑的半導體顆粒。根據量子點顆粒尺寸，它發射具有不同波長的光。舉例而言，當照射藍光或紫外光時，量子點根據量子點的尺寸發射紅光、綠光和藍光中的任何一種光。第一量子點(quantum dot)120及第二量子點124可以發射紅光、綠光和藍光中的任何一種光。
第一量子點122可被背光模組或自發光波段(波長)位於藍光的光束L1A激發，並發射波段落於紅光的光束L2，而第二量子點124可被波段位於藍光的光束L1B激發，並發射波段落於綠光的光束L3。透過第一轉換部116及第二轉換部118，波長轉換層114可將背光模組或自發光所發出光束L1A及L1B轉換為對應的光波段，而光穿透部120將使光束L1C實質上維持原波長，使得畫素結構100A的畫素區域A1、A2及A3分別可提供紅色、藍色及綠色。也就是說，透過波長轉換層114，畫素結構100A可在接受單一原色的情況下，藉由轉換單一原色而提供多種顏色(至少三種不同的顏色)，即依照前述描述，畫素區域A1、A2及A3分別對應的第一轉換部116、第二轉換部118及光穿透部120係可顯示出三種不同的顏色。
平坦層126設置於波長轉換層114上，而金屬光柵偏振層128設置於平坦層126上為範例。於其它實施例中，波長轉換層114之平坦度及/或粗糙度仍可適合金屬光柵偏振層128形成於其上，則金屬光柵偏振層128與波長轉換層114之間可選擇性的不存在平坦層126。其中平坦層126可為單層或多 層結構，且其材料可為有機材料或無機材料舉例而言為氧化矽、氮化矽、氮氧化矽、環氧樹脂、壓克力、聚亞醯胺、或其它合適的材料、或上述至少兩種材料組合，較佳為透明有機材料或透明無機材料，且平坦層126的材料可與光穿透部120較佳係由同一層材料所組成，但不限於此。於其它實施例中，平坦層126的材料可與光穿透部120採用不同材料所組成。金屬光柵偏振層128具有光偏振(polarization)特性，即金屬光柵偏振層128可使對應偏振態的光束穿過，而非對應偏振態的光束將會自金屬光柵偏振層128反射。第三絕緣層130設置於金屬光柵偏振層128上，而畫素電極132A、132B及132C設置於第三絕緣層130上。畫素電極132A、132B及132C分別位於畫素區域A1、A2及A3並與其所對應的薄膜電晶體108、108’、108”的汲極D1、D2、D3透過第三絕緣層130通孔連接。換言之，各畫素區域A1、A2及A3所對應的畫素電極132A、132B、及132C係與金屬光柵偏振層128相互分隔開來，以避免畫素結構100A中的畫素電極132A、132B及132C彼此電性影響中。於其它實施例中，金屬光柵偏振層128亦可作為在第一基板上之共用電極。
然於另一變化實施例中，金屬光柵偏振層128用以做為畫素電極132A、132B、132C，換句話說金屬光柵偏振層128與畫素電極132A、132B、132C係由同一膜層所組成，即第1B圖沒有第三絕緣層130。此變化實施例中的金屬光柵偏振層128具有多個相互分離的區塊(未標示)位於畫素結構100A的畫素區域A1、A2及A3中，且各個分離的區塊分別與 畫素區域A1、A2及A3所對應的薄膜電晶體108、108’、108”至少其中一者電性連接。其中，各個分離的區塊(未標示)分別位於畫素區域A1、A2及A3之俯視圖類似於第1A圖之畫素區域A1、A2及A3所包含之畫素電極132A、132B、132C之俯視圖，於此不再贅言。於再一變形實施例中，各畫素區域A1、A2及A3包含所對應的畫素電極132A、132B、及132C與所對應的多個相互分離的區塊(未標示)之金屬光柵偏振層128，而畫素電極132A、132B、及132C與金屬光柵偏振層128之間仍夾設有第三絕緣層130，且各畫素區域A1、A2及A3所對應的畫素電極132A、132B、及132C可選擇性地與所對應的多個相互分離的區塊(未標示)之金屬光柵偏振層128連接或不連接。舉例而言，當畫素區域A1之畫素電極132A與所對應的區塊連接時，所對應的區塊亦可與畫素電極132A做為畫素區域A1之畫素電極，即畫素電極有分開但連接的二層，其餘畫素區域之關係依此類推；當畫素區域A1之畫素電極132A與所對應區塊之金屬光柵偏振層128不連接時，所對應區塊之金屬光柵偏振層128亦可作為在第一基板上之共用電極，其餘畫素區域之關係依此類推。換言之，各個區塊可對應於薄膜電晶體其中至少一者。此時，二相鄰區塊可選擇的彼此連接或不連接。其中，各個分離的區塊(未標示)分別位於畫素區域A1、A2及A3之俯視圖類似於第1A圖之畫素區域A1、A2及A3所包含之畫素電極132A、132B、132C之俯視圖，於此不再贅言。
於本發明之實施例中，波長轉換層114較佳地位於第一基板102與畫素電極132A、132B或132C之間，而金屬 光柵偏振層128是設置於波長轉換層114與畫素電極132A、132B或132C之間。換言之，金屬光柵偏振層128較佳設置於顯示介質層(未繪示)與波長轉換層114之間，其中顯示介質層例如是液晶層。然而，波長轉換層114所轉換出來的光線(波長)並不具備光偏振特性(即轉換出來的光線(波長)都會往多方向放射，或稱為去偏振(極)性)。但是，經由本實施例前述的配置下，可使波長轉換層114去偏極(振)性(depolarization)有效的改善，換句話說將金屬光柵偏振層128設置於波長轉換層114與畫素電極132A、132B、132C之間，光束L1A’、L1B’、L1C’在進入顯示介質層(圖未示)時能保持對應偏振態，使光通過顯示介質層時有較大的光穿透度，進而增加顯示畫面光穿透度。當有外部光束於金屬光柵偏振層128反射時或畫素結構100A內部光束產生反射時，例如，可能自資料線106A、106B、106C反射回金屬光柵偏振層128，再次進入顯示介質層時能保持對應偏振態，因此，將可增加畫素結構100A的出光效率。相反地，若金屬光柵偏振層128設置於波長轉換層114與第一基板110之間，可能反而讓光穿度下降及/或出光效率變差。
請看到第2圖，第2圖為依據本發明的第二實施方式繪示畫素結構100B的剖面示意圖，其中第2圖的剖面位置與第1B圖相同。本實施方式與第一實施方式的至少一個差異點在於，本實施方式的畫素結構100B更包含彩色濾光層134，且彩色濾光層134設置於波長轉換層114與金屬光柵偏振層128之間，彩色濾光層134包含第一濾光部136、第二濾光部138 及第三濾光部140。第一濾光部136設置於第一轉換部116垂直投影上，第二濾光部138設置於第二轉換部118垂直投影上，而第三濾光部140設置於光穿透部120垂直投影上。
於第一濾光部136與第一轉換部116的組合中，第一轉換部116內的第一量子點122可透過受激發而發出具有第一波長的光束，而第一濾光部136可使具有第一波長的光束通過。藉由此組合，可以避免第一轉換部116、第二轉換部118與光穿透部120三者發生混色現象，藉以提升對應波長的色純度。同樣地，第二濾光部138及第三濾光部140分別可使具有對應波長的光束通過，故其可提升對應波長的色純度。藉由此配置，提升畫素結構100B的色純度將可連帶提高畫素結構100B的色域範圍，從而提升畫素結構100B的顯色能力。
具體而言，如第3圖所示，第3圖繪示比較例的畫素結構、第一實施方式的畫素結構100A及第二實施方式的畫素結構100B的色彩空間(color space)圖，其中比較例的畫素結構類似第1B圖所示的畫素結構，然而比較例的畫素結構內並沒有設置波長轉換層114及金屬光柵偏振層128。第3圖中，橫軸為國際照明委員會(CIE)1931色彩空間的X座標軸，縱軸為CIE 1931色彩空間的Y座標軸，曲線C1、C2及C3分別表示比較例的畫素結構、第一實施方式的畫素結構100A及第二實施方式的畫素結構100B的色彩空間，其中，X與Y座標軸皆無單位。
曲線C1的紅、綠、藍三頂點的座標分別落在(0.644,0.333)、(0.304,0.606)、(0.154,0.056)，曲線C2 的紅、綠、藍三頂點的座標分別落在(0.605,0.307)、(0.192,0.610)、(0.155,0.021)，曲線C3的紅、綠、藍三頂點的座標分別落在(0.709,0.290)、(0.198,0.748)、(0.155,0.037)。曲線C3涵蓋的色域範圍大於曲線C2涵蓋的色域範圍，且曲線C2涵蓋的色域範圍也大於曲線C1涵蓋的色域範圍。由此可知，第一實施方式及第二實施方式的畫素結構可達到較比較例廣的色域範圍。
請看到第4A圖，第4A圖為依據本發明的第三實施方式繪示畫素結構100C的剖面示意圖，其中第2圖的剖面位置與第1B圖相同。本實施方式與第一實施方式的至少一個差異點在於，畫素結構100C更包含光準直層142，光準直層142設置於波長轉換層114與畫素電極132A、132B、132C之間，其可用以提升畫素結構100C的出光準直性。
光準直層142設置於波長轉換層114上方並夾於波長轉換層114與平坦層126之間，且光準直層142較佳為與波長轉換層114直接接觸。於其它實施例中，若本實施例不設置平坦層126，則光準直層142設置於波長轉換層114與金屬光柵偏振層128之間，且光準直層142不同的表面分別與波長轉換層114及金屬光柵偏振層128接觸。光準直層142包含反射部144與穿透部146，其中穿透部146設置於兩相鄰的反射部144之間，且與穿透部146較佳與反射部144彼此相抵，換句話說反射部144於波長轉換層114的垂直投影會位於第一轉換部116與光穿透部120之交界處上或第二轉換部118與光穿透部120之交界處上。此外，於其他實施方式中，當波長轉換層114 的第一轉換部116及第二轉換部118為互相緊鄰時，反射部144於波長轉換層114的垂直投影會位於第一轉換部116與第二轉換部118之交界處上。此外，於部分實施方式中，穿透部146與平坦層126可透過同一製程形成。或是，於其他實施方式中，穿透部146與平坦層126也可分別透過不同製程形成。
請再看到第4B圖，第4B圖繪示射向第4A圖的反射部144的光線的路徑示意圖。第4B圖中，射向反射部144的光線可分作光線LA、光線LB及光線LC，其中光線LA為自波長轉換層114(請見第4A圖)的第一轉換部116射向反射部144之底面，而光線LB及光線LC為自穿透部146射向反射部144之側邊。本實施方式中，反射部144及穿透部146可為透光材料，反射部144具有第一折射率N1，穿透部146具有第二折射率N2，而波長轉換層114(請見第4A圖)的第一轉換部116具有第三折射率N3，且N3N2>N1。此外，第一折射率N1與第三折射率N3的比值可介於0.7~0.9之間，即0.9(N1/N3)0.7。
於此配置下，當光線LA抵達第一轉換部116與反射部144之間的界面時，若其於反射部144的入射角大於或約等於第一轉換部116與反射部144之間的全反射臨界角θ c1時，光線LA將會產生全反射。其中，全反射臨界角θ c1係以正交於反射部144底面之基準線(垂直虛線)與光線LA間之夾角。另一方面，當光線LB抵達穿透部146與反射部144之間的界面時，若其於反射部144的入射角大於穿透部146與反射部144之間的全反射臨界角θ c2，則光線LB也會自反射部144反射，並於反射後朝畫素電極132A(請見第4A圖)行進。其中， 全反射臨界角θ c2係以正交於反射部144側邊之基準線(水平虛線)與光線LB間之夾角。也就是說，當畫素結構100C中有部分光束偏離原預計出光路線時，可透過發生於反射部144的全反射，而使得光束於反射後朝畫素結構100C的底部或是朝畫素電極132A、132B、132C行進，藉以防止畫素結構100C產生混色的狀況。
此外，由於光線LC於反射部144的入射角θ 1會小於穿透部146與反射部144之間的全反射臨界角θ c2，故光線LC會在折射後進入反射部144，其中折射後的光線LC會偏離穿透部146與反射部144之間界面的法線，藉以提高光準直性。其中，入射角θ 1係以正交於反射部144側邊之基準線(水平虛線)與光線LC間之夾角。改善後的出光視角可如第4C圖所示，其中第4C圖繪示第4A圖的畫素結構100C的出光視角與光強度的關係圖。第4C圖中，橫軸為畫素結構的出光視角，單位為度，縱軸為畫素結構的出光強度，其中出光強度經規一化，單位為百分比。曲線CA為未設置光準直層的畫素結構，曲線CB為設置有光準直層的畫素結構，即如第三實施方式的畫素結構。由第4C圖可知，設置有光準直層的畫素結構的出光視角可集中在約-60度(負60°)至約+60度(正60°)，並具有較均勻的出光強度。
此外，雖本實施方式的反射部144是使用具透光性的材料形成。於另一變化實施例中，反射部144也可以為不透光材質例如為黑色矩陣。然而，於其他實施方式中，反射部144也可使用具光反射性的材料，像是金屬。然而，當反射部 144為不透光或反射性材料時，第4B圖的折射或反線光線就不會進入反射部144內部，然後再離開反射部144頂面。
請看到第5圖，第5圖為依據本發明的第四實施方式繪示畫素結構100D的剖面示意圖，其中第5圖的剖面位置與第1B圖相同。本實施方式與第三實施方式的至少一個差異點在於，本實施方式的畫素結構100D更包含彩色濾光層134，彩色濾光層134設置於波長轉換層114與光準直層142之間，並與光準直層142直接接觸。彩色濾光層134包含第一濾光部136、第二濾光部138及第三濾光部140。第一濾光部136設置於第一轉換部116上，第二濾光部138設置於第二轉換部118上，而第三濾光部140設置於光穿透部120上。此外，波長轉換層114(例如：第一轉換部116、第二轉換部118及光穿透部120)與彩色濾光層134(例如：第一濾光部136、第二濾光部138及第三濾光部140)的折射率實質上相同，即波長轉換層114與彩色濾光層134皆大於光準直層142的反射部144及穿透部146的折射率。此外，第一轉換部116與第一濾光部136關係、第二轉換部118與第二濾光部138以及光穿透部120與第三濾光部140關係可參閱前述實施例，於此不再贅言。
本實施方式中，波長轉換層114與彩色濾光層134的組合可提升畫素結構100D的顯色能力，而彩色濾光層134與光準直層142的組合可防止畫素結構100D產生混色的狀況，並改善畫素結構100D的出光視角，其機制可雷同前述實施方式，在此不再贅述。
上述實施方式的各元件組合方式可呈現不同的 出光效率及色飽和度。具體來說，請看到表一，表一為比較例與不同實施方式的出光效率及色飽和度的量測結果。
表一中，比較例為未使用波長轉換層、金屬光柵偏振層及光準直層的畫素結構，即比較例的畫素結構類似第1B圖所示的畫素結構，但是比較例的畫素結構內並沒有設置波長轉換層及金屬光柵偏振層。而如前所述，第一實施方式的畫素結構為包含波長轉換層及金屬光柵偏振層，第三實施方式的畫素結構為包含波長轉換層、金屬光柵偏振層及光準直層，第四實施方式的畫素結構為包含波長轉換層、彩色濾光層、金屬光柵偏振層及光準直層。於量測結果中，比較例的出光效率以X表示，而第一實施方式、第三實施方式、第四實施方式的出光校率分別為1.3X、2.2X、1.98X，即分別為比較例的出光效率的1.3倍、2.2倍、1.98倍。比較例、第一實施方式、第三實施方式、第四實施方式的色飽和度則分別為NTSC規定下的72%、80%、80%、120%。由表一可知，上述實施方式的各元件組合方式可增進畫素結構的出光效率及色飽和度。
此外，上述各實施方式的畫素結構皆可應用成為顯示面板，例如，可再設置第二基板，並將顯示介質填充於第一基板與第二基板之間，從而完成顯示面板的組裝。顯示面板也可不包括背光模組，使用自發光顯示介質層。另一實施方式如第6圖所示，第6圖為依據本發明的第五實施方式繪示顯示面板200的剖面示意圖，其中第6圖的剖面位置與第1B圖相似。本實施方式的顯示面板200可視為第一實施方式的畫素結構100A的應用。顯示面板200包含背光模組210、畫素結構220、顯示介質層240及第二基板250，其中本實施方式的畫素結構220配置可雷同第一實施方式的畫素結構100A配置，然而，本實施方式的畫素結構220更包含另一金屬光柵偏振層226。亦即，畫素結構220包含兩個金屬光柵偏振層。於其它實施例中，畫素結構220可更包含遮光層222與共用電極224其中至少一者於第二基板250上。
第二基板250與畫素結構220的第一基板228相對設置，且第二基板250具有上表面S30及下表面S40，第二基板250的上表面S30及下表面S40分別背向及面向畫素結構220的第一基板228。顯示介質層240設置於第一基板228與第二基板250之間。顯示介質層240具有多個顯示介質242，而顯示介質242例如可以是液晶分子。
本發明之畫素結構220以具有遮光層222及共用電極224為範例，則遮光層222及共用電極224設置於第二基板250的下表面S40，且共用電極224覆蓋遮光層222，其中遮光層222例如可以是黑色矩陣(black matrix；BM)。遮光層222 於畫素結構220的波長轉換層230的垂直投影至少落於第一轉換部232與光穿透部234之交界面上或第二轉換部233與光穿透部234之交界面上，亦即，遮光層222於波長轉換層230的垂直投影會位於第一轉換部232與光穿透部234的相抵處或第二轉換部233與光穿透部234的相抵處。此外，於其他實施方式中，當波長轉換層230的第一轉換部232及第二轉換部233為毗鄰且彼此相抵時，遮光層222於波長轉換層230的垂直投影會位於第一轉換部232與與第二轉換部233之交界處上，即位於其相抵處。此外，雖第6圖所繪的遮光層222是設置於第二基板250的下表面S40，然而，於其他實施方式中，遮光層222也可以是設置於第一基板228上。另一方面，除了遮光層222外，由於資料線236於波長轉換層230的垂直投影也會落於第一轉換部232與光穿透部234之交界面上或第二轉換部233與光穿透部234之交界面上，故資料線236也可做為遮光功能。
金屬光柵偏振層226設置於第二基板250的上表面S30，但不限於此。於其它實施例中，金屬光柵偏振層226也可選擇性的設置於第二基板250的下表面S40。在畫素結構220中，金屬光柵偏振層235、畫素電極237、顯示介質層240、共用電極224、金屬光柵偏振層226的組合可定義顯示面板200的顯示狀態，更具體而言，顯示面板200可藉由畫素結構220的畫素電極237及共用電極224的電位驅動狀態，而定義其顯示狀態。
背光模組210可以如前述實施例所述，例如：側入式或直下式，本實施方式以側入式的背光模組210為例。側 入式的背光模組210，例如：可包含導光板212、反射層214及光源216。導光板212具有側表面S50及相對的上表面S60與下表面S70，且背光模組210透過導光板212的上表面S60與畫素結構220的第一基板228連接。光源216設置於導光板212的側表面S50，並朝導光板212內發射光束，而反射層214設置於導光板212的下表面S70。
本發明前述實施例中的薄膜電晶體108、108’與108”其中至少一者係以底閘型電晶體為範例，例如：薄膜電晶體108之半導體層SE1位於閘極G1之上，其餘薄膜電晶體108’與108”可依此類推，但不限於此。於其它實施例中，薄膜電晶體108、108’與108”其中至少一者係以頂閘型電晶體，例如：薄膜電晶體108之半導體層SE1位於閘極G1之下，其餘薄膜電晶體108’與108”可依此類推，或者是其它合適類型的電晶體。半導體層(例如：半導體層SE1、SE2或SE3)可為單層或多層結構，且其材料包含非晶矽、奈米晶矽、微晶矽、多晶矽、單晶矽、奈米碳管(桿)、氧化物半導體材料、有機半導體材料、或其它合適的材料。本發明前述實施例中，畫素電極(例如：畫素電極132A、132B與132C其中至少一者)與所對應的薄膜電晶體之汲極(例如：薄膜電晶體108之汲極D1、薄膜電晶體108’之汲極D2與薄膜電晶體108”之汲極D3其中至少一者)連接的位置是位於畫素電極(例如：畫素電極132A、132B與132C其中至少一者)所在的位置內，但不限於此。於其它實施例中，畫素電極(例如：畫素電極132A、132B與132C其中至少一者)與所對應的薄膜電晶體之汲極(例如：薄膜電晶 體108之汲極D1、薄膜電晶體108’之汲極D2與薄膜電晶體108”之汲極D3其中至少一者)連接的位置是位於掃描線104上或是其它合適的位置。本發明前述實施例中的畫素區域A1~A3其中至少一者之投影形狀可為多邊形，例如：三角形、四邊形、五邊形、六邊形、圓形、或其它合適的投影形狀。本發明前述實施例中的畫素區域A1~A3其中至少一者係為直立設置為範例，但不限於此。於其它實施例中，畫素區域A1~A3其中至少一者亦可為橫躺(躺平)設置。於本發明實施例之金屬光柵偏振層128、226及/或235可為線柵偏振片(即實質上平行排列的多個金屬線來篩選光線，線偏振方向與金屬線排列方向一致的光線可以通過，反之則被反射及/或折射)為範例，但不限於此。於其它實施例中，金屬光柵偏振層128、226及/或235可為圓偏振片，例如螺旋狀金屬線柵，但不限於此。任二相鄰金屬線之間具有間隙，以讓任二相鄰金屬線分隔，金屬線之寬度可為微米或奈米等級，金屬光柵偏振層128、226及/或235可為單層或多層結構，且其材料包含金屬、金屬合金、前述材料之氧化物、前述材料之氮化物、前述材料之氮氧化物或其它合適材料。於其它實施例中，金屬光柵偏振層128、226及/或235之材料可為遮光材料(例如：黑色光阻等等)、導電膠、有機導電材料、或其它材料(例如：有機或無機材料)。
綜上所述，本發明的畫素結構包含波長轉換層、金屬光柵偏振層，且前述二者元件也可選擇性的與其它元件(例如：彩色濾光層及光準直層其中至少一者)配置。金屬光柵偏振層可使無法穿透的光束於其上發生反射，藉以增加光束再 次穿透金屬光柵偏振層的機會，從而增進畫素結構的出光效率。舉例而言，若波長轉換層與彩色濾光層直接接觸，且其組合可使提升畫素結構的色純度，並連帶提高畫素結構的色域範圍，從而提升畫素結構的顯色能力。光準直層可改善畫素結構的出光視角，使得出光視角可集中在某一範圍內，並具有較均勻的出光強度。上述各元件的多個組合方式可使畫素結構呈現出不同的出光效率及色飽和度。此外，具有不同組合方式的畫素結構也皆可應用成為顯示面板。
雖然本發明已以多種實施方式揭露如上，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。
100A‧‧‧畫素結構
102‧‧‧第一基板
106B、106C‧‧‧資料線
110‧‧‧第一絕緣層
112‧‧‧第二絕緣層
114‧‧‧波長轉換層
116‧‧‧第一轉換部
118‧‧‧第二轉換部
120‧‧‧光穿透部
122‧‧‧第一量子點
124‧‧‧第二量子點
126‧‧‧平坦層
128‧‧‧金屬光柵偏振層
130‧‧‧第三絕緣層
132A、132B、132C‧‧‧畫素電極
1B-1B’‧‧‧線段
L1A、L1B、L1C、L2、L3、L1A’、L1B’、L1C’‧‧‧光束
S10‧‧‧內表面
S20‧‧‧外表面
T1、T2、T3‧‧‧厚度

Claims (18)

  1. 一種畫素結構，包含：一第一基板；複數個薄膜電晶體，設置於該第一基板的內表面上；一金屬光柵偏振層，設置於該些薄膜電晶體上；一波長轉換層，設置於該第一基板的內表面與該金屬光柵偏振層之間，其中該波長轉換層用以接受來自該波長轉換層與第一基板間的一光束，並將該光束的波長轉換為該波長轉換層所對應的光波段；以及一光準直層，設置於該金屬光柵偏振層與該波長轉換層之間，其中該光準直層更包含一反射部與一穿透部。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的畫素結構，更包含一平坦層，設置於該波長轉換層與該金屬光柵偏振層之間。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的畫素結構，更包含一彩色濾光層，設置於該波長轉換層與該金屬光柵偏振層之間。
  4. 如申請專利範圍第3項所述的畫素結構，其中該波長轉換層更包含：一第一轉換部，用以接收該光束，並將該光束轉換為一第一波長；以及 一第二轉換部，用以接收該光束，並將該光束轉換為一第二波長。
  5. 如申請專利範圍第4項所述的畫素結構，其中該彩色濾光層更包含：一第一濾光部，設置於該第一轉換部上；以及一第二濾光部，設置於該第二轉換部上。
  6. 如申請專利範圍第1項所述的畫素結構，其中該波長轉換層包含一第一轉換部與一第二轉換部，該第一轉換部用以接收該光束，並將該光束轉換為一第一波長，該第二轉換部用以接收該光束，並將該光束轉換為一第二波長，其中該光準直層設置於該波長轉換層上方，而該反射部於該波長轉換層的垂直投影位於該第一轉換部與該第二轉換部之交界處上。
  7. 如申請專利範圍第6項所述的畫素結構，其中該反射部具有一第一折射率，該穿透部具有一第二折射率，且該第二折射率大於該第一折射率。
  8. 如申請專利範圍第7項所述的畫素結構，其中該波長轉換層與該光準直層直接接觸，該波長轉換層具有一第三折射率，其中該第三折射率大於等於該第二折射率。
  9. 如申請專利範圍第8項所述的畫素結構，其中該第一折射率與該第三折射率的比值介於0.7~0.9之間。
  10. 如申請專利範圍第7項所述的畫素結構，更包含：一彩色濾光層，設置於該波長轉換層與該光準直層之間，該彩色濾光層與該光準直層直接接觸且該彩色濾光層具有一第三折射率，且該第三折射率大於該第二折射率。
  11. 如申請專利範圍第10項所述的畫素結構，其中該第一折射率與該第三折射率的比值介於0.7~0.9之間。
  12. 如申請專利範圍第1項所述的畫素結構，更包含一遮光層，其中該波長轉換層包含一第一轉換部與一第二轉換部，該第一轉換部用以接收該光束，並將該光束轉換為一第一波長，該第二轉換部用以接收該光束，並將該光束轉換為一第二波長，其中該遮光層於該波長轉換層的垂直投影位於該第一轉換部與該第二轉換部之交界面上。
  13. 如申請專利範圍第1項所述的畫素結構，更包含複數個畫素電極，設置於該第一基板的內表面上，且該些畫素電極分別與所對應的該些薄膜電晶體電性連接，其中該金屬光柵偏振層，設置於該波長轉換層與該些畫素電極之 間。
  14. 如申請專利範圍第13項所述的畫素結構，其中該金屬光柵偏振層可作為於該第一基板上之一共用電極。
  15. 如申請專利範圍第14項所述的畫素結構，其中該金屬光柵偏振層包含多個相互分離的區塊，且各該相互分離的區塊對應的該些薄膜電晶體其中至少一者。
  16. 如申請專利範圍第1項所述的畫素結構，其中該金屬光柵偏振層具有多個相互分離的區塊，各該相互分離的區塊與所對應的該些薄膜電晶體其中一者電性連接，且該金屬光柵偏振層用以做為一畫素電極。
  17. 如申請專利範圍第1項所述的畫素結構，更包含：一第二基板，與該第一基板相對設置；以及另一金屬光柵偏振層，設置於該第二基板之表面上。
  18. 一種顯示面板，包含：如申請專利範圍第1至第16項之任一項所述的畫素結構；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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