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    一種畫素結構，包括一基板、至少一切換元件、至少一彩色濾光層、一保護層以及至少一畫素電極。基板具有至少一子區域，切換元件設置基板之子區域上，而切換元件具有一閘極絕緣層覆蓋於基板之子區域上，且切換元件連接於至少一資料線與至少一掃描線。彩色濾光層設置於閘極絕緣層上，其中彩色濾光層與切換元件接觸，且與閘極絕緣層接觸。保護層設置於彩色濾光層上，其中彩色濾光片層與保護層被至少一接觸窗所貫穿，且接觸窗暴露出切換元件之一部份。畫素電極設置於保護層上，且經由接觸窗電性連接切換元件。
    公开号:TW201319702A
    申请号:TW100141259
    申请日:2011-11-11
    公开日:2013-05-16
    发明作者:Shiuan-Fu Lin；Cheng-Yue Lin；Kuei-Bai Chen
    申请人:Au Optronics Corp；
    IPC主号:G02F1-00
    专利说明:
    畫素結構與顯示面板
    本申請案是有關於一種畫素結構，且特別是有關於一種整合具彩色濾光層之畫素結構。
    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)、有機電激發光顯示器、場發射顯示器(Field Emission Display，FED)、電漿顯示器(Plasma Display Panel，PDP)等平面顯示器則逐漸地成為未來顯示器之主流。
    一般而言，液晶顯示面板主要是由彩色濾光基板(Color Filter Substrate)、薄膜電晶體陣列基板(Thin Film Transistor Array Substrate)以及配置於此兩基板間的液晶層(Liquid Crystal Layer)所構成。現今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)或是將黑矩陣直接整合於薄膜電晶體陣列基板上(Black matrix on Array,BOA)之技術。
    COA技術包括薄膜電晶體陣列基板的製作以及彩色濾光層的製作，其中薄膜電晶體陣列基板的製作包括第一圖案化金屬層(包含掃描線、閘極、電容下電極等)、閘極絕緣層、圖案化半導體層、第二圖案化金屬層(包含資料線、源極、汲極、電容上電極等)、第一保護層、第二保護層以及畫素電極的製作，而彩色濾光層則是形成在第一保護層與第二保護層之間。詳言之，在製作完第一保護層之後，製造者必須將基板輸送至另一條生產線上進行彩色濾光層的製作，而在完成彩色濾光層之製作後，需再將基板輸送回原本之生產線上進行第二保護層與畫素電極的製作。
    承上述，現行的COA技術通常需面臨成本偏高的窘境，因此，如何快速且有效地降低COA技術的成本，實為此領域之技術人士亟待解決的問題之一。
    本申請案提供一種畫素結構以及具有此畫素結構之顯示面板。
    本申請案提供一種畫素結構，其包括一基板、至少一切換元件、至少一彩色濾光層以及至少一畫素電極。基板具有至少一子區域，切換元件設置基板之子區域上，而切換元件具有一閘極絕緣層覆蓋於基板之子區域上，且切換元件連接於至少一資料線與至少一掃描線。彩色濾光層設置於閘極絕緣層上，其中彩色濾光層與切換元件接觸，且與閘極絕緣層部分接觸。保護層設置於彩色濾光層上，其中彩色濾光片層與保護層被至少一接觸窗所貫穿，且接觸窗暴露出切換元件之一部份。畫素電極設置於保護層上，且經由接觸窗電性連接切換元件。
    在本申請之一實施例中，前述之閘極絕緣層的厚度實質上為3500埃。
    在本申請之一實施例中，當閘極絕緣層的厚度實質上為3500埃時，前述之保護層的厚度實質上介於900至1100埃之間。
    在本申請之一實施例中，閘極絕緣層的厚度實質上為3500埃時，前述之保護層的厚度實質上介於700至1000埃之間。
    在本申請之一實施例中，前述之閘極絕緣層的厚度實質上大於或等於3500埃，且閘極絕緣層的厚度實質上小於4000埃。在此實施例中，保護層的厚度實質上介於900至1100埃之間，或者保護層的厚度實質上介於700至1000埃之間。
    本申請案另提供一種顯示面板，其包括多個如前述的畫素結構、一顯示介質層以及一對向基板。顯示介質層設置畫素結構之上，而對向基板則設置顯示介質層之上。
    在本申請之一實施例中，前述之顯示介質層之材料例如為液晶材料、自發光材料、電泳材料或電潤濕材料。
    為讓本申請案之上述和其他目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。
    圖1為本申請案一實施例之畫素結構的剖面示意圖，而圖2為畫素結構中掃描線、資料線、切換元件以及畫素電極的佈局示意圖。請參照圖1與圖2，本實施例之畫素結構100包括一基板110、至少一切換元件120、至少一彩色濾光層130、一保護層140以及至少一畫素電極150。基板110具有至少一子區域112，切換元件120設置基板110之子區域112上，而切換元件120具有一閘極絕緣層122覆蓋於基板110之子區域112上，且切換元件120連接於至少一資料線DL(繪示於圖2中)與至少一掃描線SL(繪示於圖2中)。彩色濾光層130設置於閘極絕緣層122上，其中彩色濾光層130與切換元件120接觸，且與閘極絕緣層122部分接觸，保護層140設置於彩色濾光層130上，其中彩色濾光片層130與保護層140被至少一接觸窗W所貫穿，且接觸窗W暴露出切換元件120之一部份。畫素電極150設置於保護層140上，且經由接觸窗W電性連接切換元件120。
    在本實施例中，切換元件120為一底閘極型態之薄膜電晶體。詳言之，切換元件120具有閘極120G、源極120S、汲極120D以及半導體層120C，其中閘極120G設置於基板110之部分子區域112上，閘極絕緣層122覆蓋住閘極120G上並且延伸至基板110之子區域112上，半導體層120C設置於閘極絕緣層122上，且位於閘極120G上方。源極120S與汲極120D分別設置於半導體層120C的不同區域上，並且與半導體層120C形成良好的歐姆接觸(ohmic contact)，其中閘極120G係與掃描線SL連接，源極120S係與資料線DL連接，而汲極120D的部分區域會被接觸窗W所暴露，且汲極120D經由接觸窗W與畫素電極150電性連接。在本實施例中，畫素電極150例如為穿透式電極，或者是半穿透半反射(transflective)電極。
    從圖1可以清楚得知，本實施例之彩色濾光層130與閘極絕緣層122之間不具有其他的介電材料，故彩色濾光層130與切換元件120係直接接觸。此外，彩色濾光層130除了覆蓋閘極絕緣層122以外，還會進一步覆蓋切換元件120。詳言之，彩色濾光層130係與源極120S、汲極120D、部分的半導體層120C以及閘極絕緣層122直接接觸。在本實施例中，彩色濾光層130包括多個彩色濾光薄膜(例如紅色濾光薄膜、綠色濾光薄膜、藍色濾光薄膜)，且各個彩色濾光薄膜130分別對應於其中一個畫素電極150分佈。在本實施例中，各個彩色濾光薄膜130的分佈面積可以略大於畫素電極150的的分佈面積，且各個彩色濾光薄膜可以是呈條狀排列、三角排列(delta arrangement)或其他排列方式。
    在本實施例中，閘極絕緣層122的厚度例如係大於或等於3500埃，但不大於4000埃。當閘極絕緣層122的厚度實質上大於或等於3500埃，但不大於4000埃時，保護層140的厚度例如係介於900至1100埃之間。在其他可行的實施例中，當閘極絕緣層122的厚度實質上大於或等於3500埃，但不大於4000埃時，保護層140的厚度例如係介於700至1000埃之間。
    在一較佳實施例中，閘極絕緣層122的厚度約為3500埃。當閘極絕緣層122的厚度實質上為3500埃時，保護層140的厚度例如係介於900至1100埃之間，或者係介於700至1000埃之間。
    圖3為本申請案一實施例之顯示面板的剖面示意圖。請參照圖3，本實施例之顯示面板D包括多個如前述的畫素結構100、一顯示介質層200以及一對向基板300。顯示介質層200設置畫素結構100之上，而對向基板300則設置顯示介質層200之上。舉例而言，在本實施例中，顯示介質層200之材料例如為液晶材料、自發光材料、電泳材料或電潤濕材料。
    當顯示介質層200為液晶材料時，由於液晶材料為非自發光型材料，因此顯示面板D需搭配背光模組(未繪示)才可顯示出影像。當顯示介質層200為自發光材料、電泳材料或電潤濕材料時，由於顯示介質層200本身會發光，或者本身會反射外界光線，故無須搭配背光模組即可顯示影像。
    在本申請案的畫素結構與顯示面板中，由於省略了彩色濾光層與閘極絕緣層之間保護層的製作，因此可以進一步地降低製造成本。 【實驗例1】
    本實驗例1中，所使用的顯示面板為穿透式液晶顯示面板，而與此穿透式液晶顯示面板搭配的背光模組是採用冷陰極燈管作為光源。此外，在此穿透式液晶顯示面板中，其畫素結構如前述之圖1與圖2所繪示，閘極絕緣層122的厚度為3500埃，申請人改變保護層140的厚度並且模擬出穿透式液晶顯示面板所顯示之紅色色座標、綠色色座標、藍色色座標、白色色座標、色域(NTSC%)、背光效率(BL eff.)以及總效率(Total eff.)。模擬結果如下表1所示，其中PV2=100代表保護層140(材質為氮化矽)的厚度為100埃，而STD代表保護層140的厚度為1000埃(PV2=1000)，但在彩色濾光層130與閘極絕緣層122之間具有厚度約為1000埃的保護層(材質為氮化矽)。
    從表1可知，相較於STD(即彩色濾光層130與閘極絕緣層122之間具有厚度約為1000埃的保護層，且PV2=1000)，當保護層400的厚度為900埃、1000埃、1100埃(即PV2=900、PV2=1000、PV2=1100)，且彩色濾光層130與閘極絕緣層122之間不具有任何介電層時，其總效率(Total eff.)分別為+0.26%、+0.38%、+0.09%。換言之，當閘極絕緣層122的厚度實質上為3500埃，且背光模組是採用冷陰極燈管作為光源時，保護層140的較佳厚度係介於900至1100埃之間。 【實驗例2】
    本實驗例2中，所使用的顯示面板為穿透式液晶顯示面板，而與此穿透式液晶顯示面板搭配的背光模組是採用白色發光二極體作為光源，且此白色發光二極體之組成如藍色發光二極體晶片、紅色螢光粉以及綠色螢光粉，或其他可作為白光光源之組成。此外，在此穿透式液晶顯示面板中，其畫素結構如前述之圖1與圖2所繪示，閘極絕緣層122的厚度為3500埃，申請人改變保護層140的厚度並且模擬出穿透式液晶顯示面板所顯示之紅色色座標、綠色色座標、藍色色座標、白色色座標、色域(NTSC%)、背光效率(BL eff.)以及總效率(Total eff.)。模擬結果如下表1所示，其中PV2=100代表保護層140(材質為氮化矽)的厚度為100埃，而STD代表保護層140的厚度為1000埃(PV2=1000)，但在彩色濾光層130與閘極絕緣層122之間具有厚度約為1000埃的保護層(材質為氮化矽)。
    從表2可知，相較於STD(即彩色濾光層130與閘極絕緣層122之間具有厚度約為1000埃的保護層，且PV2=1000)，當保護層400的厚度為700埃、800埃、900埃、1000埃(即PV2=700、PV2=800、PV2=900、PV2=1000)，且彩色濾光層130與閘極絕緣層122之間 不具有 任何介電層時，其總效率(Total eff.)分別為+0.16%、+0.91%、+1.07%、+0.06%。換言之，當閘極絕緣層122的厚度實質上為3500埃，背光模組是採用白色發光二極體作為光源，且此白色發光二極體包括藍色發光二極體晶片、紅色螢光粉以及綠色螢光粉時，保護層140的較佳厚度係介於700至1000埃之間。 【實驗例3】
    本實驗例3中，所使用的顯示面板為穿透式液晶顯示面板，而與此穿透式液晶顯示面板搭配的背光模組是採用白色發光二極體作為光源，且此白色發光二極體之組成如藍色發光二極體晶片以及黃色螢光粉，或其他可作為白光光源之組成。此外，在此穿透式液晶顯示面板中，其畫素結構如前述之圖1與圖2所繪示，閘極絕緣層122的厚度為4000埃，申請人改變保護層140的厚度並且模擬出穿透式液晶顯示面板所顯示之紅色色座標、綠色色座標、藍色色座標、白色色座標、色域(NTSC%)、背光效率(BL eff.)以及總效率(Total eff.)。模擬結果如下表1所示，其中PV2=100代表保護層140(材質為氮化矽)的厚度為100埃，而STD代表保護層140的厚度為1000埃(PV2=1000)，但在彩色濾光層130與閘極絕緣層122之間具有厚度約為1000埃的保護層(材質為氮化矽)。
    從表3可知，相較於STD(即彩色濾光層130與閘極絕緣層122之間具有厚度約為1000埃的保護層，且PV2=1000)，當保護層400的厚度為700埃、800埃、900埃、1000埃(即PV2=700、PV2=800、PV2=900、PV2=1000)，且彩色濾光層130與閘極絕緣層122之間不具有任何介電層時，其總效率(Total eff.)分別為+0.18%、+0.89%、+1.00%、+0.52%。換言之，當閘極絕緣層122的厚度實質上為4000埃，背光模組是採用白色發光二極體作為光源，且此白色發光二極體包括藍色發光二極體晶片以及黃色螢光粉時，保護層140的較佳厚度係介於700至1000埃之間。
    雖然本申請案已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本申請案，任何熟習此技藝者，在不脫離本申請案之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，因此本申請案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
    110．．．基板
    112．．．子區域
    120．．．切換元件
    120G．．．閘極
    120S．．．源極
    120D．．．汲極
    120C．．．半導體層
    122．．．閘極絕緣層
    130．．．彩色濾光層
    140．．．保護層
    150．．．畫素電極
    W．．．接觸窗
    SL．．．掃描線
    DL．．．資料線
    D．．．顯示面板
    200．．．顯示介質層
    300．．．對向基板
    圖1為本申請案一實施例之畫素結構的剖面示意圖。
    圖2為畫素結構中掃描線、資料線、切換元件以及畫素電極的佈局示意圖。
    圖3為本申請案一實施例之顯示面板的剖面示意圖。
    100．．．畫素結構
    110．．．基板
    112．．．子區域
    120．．．切換元件
    120G．．．閘極
    120S．．．源極
    120D．．．汲極
    120C．．．半導體層
    122．．．閘極絕緣層
    130．．．彩色濾光層
    140．．．保護層
    150．．．畫素電極
    W．．．接觸窗
    权利要求:
    Claims (16)
    [1] 一種畫素結構，包括：一基板，具有至少一子區域；至少一切換元件，設置於基板之該子區域上，其中該切換元件具有一閘極絕緣層覆蓋於該基板之該子區域上，且該切換元件連接於至少一資料線與至少一掃描線；至少一彩色濾光層，設置於該閘極絕緣層上，其中該彩色濾光層與該切換元件接觸，並與該閘極絕緣層部分接觸；一保護層，設置於該彩色濾光層上，其中該彩色濾光片層與該保護層被至少一接觸窗所貫穿，且該接觸窗暴露出該切換元件之一部份；以及至少一畫素電極，設置於該保護層上，且經由該接觸窗電性連接該切換元件。
    [2] 如申請專利範圍第1項所述之畫素結構，其中該閘極絕緣層的厚度實質上為3500埃。
    [3] 如申請專利範圍第1項所述之畫素結構，其中該保護層的厚度實質上介於900至1100埃之間。
    [4] 如申請專利範圍第1項所述之畫素結構，其中該保護層的厚度實質上介於700至1000埃之間。
    [5] 如申請專利範圍第1項所述之畫素結構，其中該閘極絕緣層的厚度實質上大於或等於3500埃，且該閘極絕緣層的厚度實質上小於4000埃。
    [6] 如申請專利範圍第5項所述之畫素結構，其中該保護層的厚度實質上介於900至1100埃之間。
    [7] 如申請專利範圍第5項所述之畫素結構，其中該保護層的厚度實質上介於700至1000埃之間。
    [8] 一種顯示面板，包括：多個如申請專利範圍第1項所述的畫素結構；一顯示介質層，設置於該些畫素結構之上；以及一對向基板，設置該顯示介質層之上。
    [9] 如申請專利範圍第8項所述之顯示面板，其中該顯示介質層之材料包括液晶材料、自發光材料、電泳材料或電潤濕材料。
    [10] 如申請專利範圍第8項所述之畫素結構，其中該彩色濾光層與該切換元件接觸。
    [11] 如申請專利範圍第8項所述之畫素結構，其中該閘極絕緣層的厚度實質上為3500埃。
    [12] 如申請專利範圍第8項所述之畫素結構，其中該保護層的厚度實質上介於900至1100埃之間。
    [13] 如申請專利範圍第8項所述之畫素結構，其中該保護層的厚度實質上介於700至1000埃之間。
    [14] 如申請專利範圍第8項所述之畫素結構，其中該閘極絕緣層的厚度實質上大於或等於3500埃，且該閘極絕緣層的厚度實質上小於4000埃。
    [15] 如申請專利範圍第14項所述之畫素結構，其中該保護層的厚度實質上介於900至1100埃之間。
    [16] 如申請專利範圍第15項所述之畫素結構，其中該保護層的厚度實質上介於700至1000埃之間。
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