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TWI551931B - 顯示器面板 - Google Patents

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TWI551931B
TWI551931B TW104109247A TW104109247A TWI551931B TW I551931 B TWI551931 B TW I551931B TW 104109247 A TW104109247 A TW 104109247A TW 104109247 A TW104109247 A TW 104109247A TW I551931 B TWI551931 B TW I551931B
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TW
Taiwan
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layer
conductive layer
capacitor
metal layer
display panel
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TW104109247A
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TW201634994A (zh
Inventor
陳建宏
Original Assignee
群創光電股份有限公司
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Publication date
Application filed by 群創光電股份有限公司 filed Critical 群創光電股份有限公司
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Priority to US15/077,457 priority patent/US20160282687A1/en
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Publication of TWI551931B publication Critical patent/TWI551931B/zh
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Description

顯示器面板
本發明係關於一種顯示器面板。
液晶顯示裝置(Liquid Crystal Display Apparatus,LCD Apparatus)以其耗電量低、發熱量少、重量輕、以及非輻射性等等優點，已經被使用於各式各樣的電子產品中，並且逐漸地取代傳統的陰極射線管顯示裝置(Cathode Ray Tube Display Apparatus,CRT Display Apparatus)。
一般而言，液晶顯示裝置主要包含一液晶顯示面板(LCD Panel)以及一背光模組(Backlight Module)。其中，液晶顯示面板主要具有一薄膜電晶體基板、一彩色濾光基板以及一夾設於兩基板間的液晶層，且兩基板與液晶層形成複數個陣列設置的畫素。背光模組可將一光源的光線均勻地分佈到液晶顯示面板，並經由各畫素顯示色彩而形成圖案。
其中，在單一畫素結構中，液晶之轉動主要由液晶電容及儲存電容兩端之跨壓來控制。但由於儲存電容係由二個不透光電極層相對設置而形成，因此儲存電容實際上會導致畫素開口率下降。又，在高解析度顯示面板中，單一畫素結構之面積越來越小，也就是液晶電容越來越小，但為了防止畫素結構中的電晶體關閉時，閘-汲電容(Cgd)所造成的回踢電壓(kick-back voltage)值變大，所以儲存電容也需要對應變大，以致畫素開口率進一步下降。
因此，如何提供一種顯示器面板，能具備創新設計，以致在提升儲存電容的情況下，仍維持一定的開口率，甚至使開口率提升，進而提升顯示效能。
有鑒於上述課題，本發明之一目的在於提供一種顯示器面板，其具備創新設計，以致在提升儲存電容的情況下，仍維持一定的開口 率，甚至使開口率提升，進而提升顯示效能。
為達上述目的，依本發明之一種顯示器面板包括一主動陣列基板，主動陣列基板具有一透光基板並於其上設有複數個電容結構，該些電容結構中的至少一個包含一第一金屬層、一第一絕緣層、一第二金屬層、一第二絕緣層、一導電層、一第三絕緣層、一透明導電層。第一金屬層位於透光基板上。第一絕緣層位於第一金屬層上。第二金屬層位於第一絕緣層上，並與第一金屬層在透光基板的垂直投影方向上部分重疊。第二絕緣層位於第二金屬層上。導電層位於第二絕緣層上，並與第二金屬層在透光基板的垂直投影方向上部分重疊。第三絕緣層位於導電層上。透明導電層與導電層在空間上絕緣且在透光基板的垂直投影方向上與導電層部分重疊，透明導電層電性連接第二金屬層。
在一實施例中，導電層與第一金屬層連接一共同電位。
在一實施例中，顯示器面板包括一通孔，通孔貫穿第二絕緣層與第三絕緣層，透明導電層經由通孔電性連接第二金屬層。
在一實施例中，導電層的一第一開口大於第二絕緣層的一第二開口。
在一實施例中，第一金屬層、第二金屬層與導電層之材質係分別選自金屬、合金、金屬氧化物、石墨烯、矽烯的至少其中之一，且第一金屬層、第二金屬層與導電層分別是單層或是多層的結構。
在一實施例中，顯示器面板更包含一平坦層，其係位於透明導電層與第三絕緣層之間或導電層與第二絕緣層之間。
在一實施例中，第一金屬層與第二金屬層部分重疊之處係形成一第一電容，導電層與透明導電層部分重疊之處係形成一第二電容，第二電容的電容值與第一電容的電容值之比值係大於1且小於5。
在一實施例中，第二金屬層與導電層部分重疊之處形成一第三電容，第一電容的電容值、第二電容的電容值與第三電容的電容值的三者之總合形成各電容結構的電容值。
在一實施例中，顯示器面板包括一彩色濾光基板(color filter substrate)，彩色濾光基板與主動陣列基板相對設置，且彩色濾光基板與主 動陣列基板之間有一液晶層。主動陣列基板具有複數個畫素單元，各畫素單元對應的該液晶層具有一液晶電容值，且各電容結構的電容值(Cst)與液晶電容值(Clc)的比值大於1.5。
在一實施例中，主動陣列基板具有複數個畫素單元，各畫素單元具有一畫素開口區(area of aperture)，導電層之面積與畫素開口區之面積之比值係小於0.8。
在一實施例中，透明導電層至少部分重疊第二金屬層。
在一實施例中，平坦層的厚度大於第一絕緣層的厚度3倍以上。
在一實施例中，顯示器面板包括一彩色濾光基板，彩色濾光基板與主動陣列基板相對設置，且與主動陣列基板之間有一液晶層。其中，彩色濾光基板的至少一側上設有一電容式觸控結構。
承上所述，在本發明之顯示器面板中，除了傳統的第一金屬層、第二金屬層與透明導電層之外，更設有一導電層，藉由導電層與透明導電層在透光基板的垂直投影方向上部分重疊而加大儲存電容之電容值，並且由於儲存電容的電容值藉由導電層而加大，就可使原有的第一金屬層與第二金屬層所形成之電容的電容值減少，也就是提升畫素開口率。如此，本發明之顯示器面板能在提升儲存電容之電容值的情況下，仍維持一定的開口率，甚至使開口率提升，進而提升顯示效能。
1‧‧‧畫素單元
10、20、30‧‧‧電容結構
101、201、301‧‧‧透光基板
102、202、302‧‧‧通孔
103‧‧‧濾光層
104‧‧‧電容式觸控結構
105‧‧‧畫素開口區
11、21、31‧‧‧第一金屬層
111‧‧‧掃描線
12、22、32‧‧‧第一絕緣層
13、23、33‧‧‧第二金屬層
131‧‧‧資料線
132‧‧‧汲極
133‧‧‧源極
134‧‧‧半導體層
14、24、34‧‧‧第二絕緣層
141‧‧‧第二開口
15、25、35‧‧‧導電層
151‧‧‧第一開口
16、26、36‧‧‧第三絕緣層
17、27、37‧‧‧透明導電層
18、28‧‧‧平坦層
CF‧‧‧彩色濾光基板
LC‧‧‧液晶層
圖1A為本發明第一實施例之顯示器面板之一畫素單元的示意圖。
圖1B為本發明第一實施例之顯示器面板之一電容結構的剖面示意圖，其係沿圖1A之A-A’線之剖面。
圖2為本發明第二實施例之電容結構的示意圖。
圖3為本發明第三實施例之電容結構的示意圖。
以下將參照相關圖式，說明依本發明較佳實施例之一顯示器面板，其中相同的元件將以相同的參照符號加以說明。
先說明的是，本發明之顯示器面板可為一液晶顯示面板，其 中液晶顯示面板可例如為垂直配向模態(vertical alignment mode,VA mode)或扭轉向列模態(twisted nematic mode,TN mode)之顯示面板。
請參考圖1A與圖1B，圖1A為本發明第一實施例之顯示器 面板的一個畫素單元的示意圖，圖1B為圖1A中沿著A-A’線的剖面示意圖，顯示本發明第一實施例的電容結構。如圖1A與圖1B所示，畫素單元1包含圖案化的一第一金屬層11、一第一絕緣層12、一第二金屬層13、一第二絕緣層14、一導電層15、一第三絕緣層16以及一透明導電層17。在本實施例是以一液晶顯示面板為例，此液晶顯示面板具有一主動陣列基板(active array substrate)，此主動陣列基板具有一透光基板101與設於其上的複數個畫素單元以構成一個陣列，每一個畫素單元1具有一主動元件例如是一薄膜電晶體(thin film transistor,TFT)、至少一個電容結構10、圖案化的第二金屬層13所形成的一資料線131、圖案化的第一金屬層11所形成的一掃描線111。在本實施例中，畫素單元1係以涵蓋液晶顯示面板之單一畫素(例如次畫素)的範圍來作說明。如圖1A所示，一個薄膜電晶體包含一汲極132、一源極133與一半導體層134，其中此半導體層134可以是非晶矽(a-Si)、多晶矽(poly-Si)、微晶矽(microcrystal)或氧化銦鎵鋅(Indium Gallium Zinc Oxide，IGZO)…等材質，且掃描線111的線寬可以設計成是大於半導體層134的寬度1微米(μm)以上，其餘部分可由該技術領域者所熟知，故於此不再贅述。
一個電容結構10中，包含有一第一金屬層11、一第一絕緣層12、一第二金屬層13、一第二絕緣層14、一導電層15、一第三絕緣層16以及一透明導電層17。透光基板101可以是一玻璃基板、一塑膠基板或是一高分子薄膜基板(例如是聚酰亞氨，Polyimide)。上述所有的金屬層、絕緣層、導電層、透明導電層等可以是經過黃光微影製程所圖案化的膜層。以下以一個電容結構10的範圍進行說明：圖案化的第一金屬層11設置於一透光基板101上，形成第一電容C1的下電極。第一金屬層11之材質可選自金屬、合金、金屬氧化物、石墨烯、矽烯的至少其中之一，例如包含鋁、銅、銀、鉬、鎢、鉭、 鈦或是這些材質的合金，且第一金屬層11可以是由選自上述材質而構成的單層膜層或是多層膜層。此多層膜層可以是單一種材質一層一層堆疊而成，也可以是不同材質的膜層堆疊而成。在主動陣列基板(例如薄膜電晶體基板)上，第一金屬層11亦可提供作為掃描線111與薄膜電晶體之閘極。
圖案化的第一絕緣層12係設置於上述的第一金屬層11上，其材質可例如包含氧化矽(SiOx)、或氮化矽(SiNx)或其他絕緣材料。在主動陣列基板上，第一絕緣層12亦可提供作為閘極絕緣層。
圖案化的第二金屬層13位於上述第一絕緣層12上，並與第一金屬層11在透光基板101的垂直投影方向上有至少部分重疊。第一金屬層11與第二金屬層13於部分重疊之處係形成一第一電容C1，此時第一金屬層11是第一電容C1的下電極，第二金屬層13是第一電容C1的上電極。第二金屬層13藉由空間上的隔離(spatial insulation)而與第一金屬層11電性絕緣。空間上的隔離例如是包含第二金屬層13藉由第一絕緣層12而與第一金屬層11電性絕緣。第二金屬層13之材質可選自金屬、合金、金屬氧化物、石墨烯、矽烯的至少其中之一，例如包含鋁、銅、銀、鉬、鎢、鉭、鈦或是這些材質的合金。第二金屬層13可以是由選自上述材質所構成的單層膜層或是多層膜層。此多層膜層可以是單一種材質一層一層堆疊而成，也可以是不同材質的膜層堆疊而成。第二金屬層13與第一金屬層11可用相同材質形成，以降低製造成本。在主動陣列基板上，第二金屬層13亦可提供作為資料線131以及薄膜電晶體之汲極132和源極133。
第二絕緣層14係設置於第二金屬層13上，其材質可例如包含氧化矽(SiOx)、或氮化矽(SiNx)或其他絕緣材料。
圖案化的導電層15位於第二絕緣層14上，並與第二金屬層13在透光基板101的垂直投影方向上有至少部分重疊。第二金屬層13與導電層15於部分重疊之處形成一第三電容C3，此時第二金屬層13是第三電容C3的下電極，導電層15是第三電容C3的上電極。導電層15藉由空間上的隔離(spatial insulation)而與第二金屬層13電性絕緣，空間上的隔離例如是包含導電層15藉由第二絕緣層14而與第二金屬層13電性絕緣。導電層15之材質可例如選自金屬、合金、金屬氧化物、石墨烯、矽烯的至少 其中之一，例如包含鋁、銅、銀、鉬、鎢、鉭、鈦或是這些材質的合金。金屬氧化物例如是透明導電氧化物(transparent conducting oxides,TCO)。且導電層15可以是由選自上述材質所構成的單層膜層或是多層膜層。此多層膜層可以是單一種材質一層一層堆疊而成，也可以是不同材質的膜層堆疊而成另外，在本實施例中，第一金屬層11與導電層15係連接一共同電位(common voltage level)。
圖案化之第三絕緣層16係設置於導電層15上，其材質可例如包含氧化矽(SiOx)、或氮化矽(SiNx)或其他絕緣材料。
另外，本實施例之液晶畫素結構可更包含一平坦層18，平坦層18係位於透明導電層17與第三絕緣層16之間。平坦層18之材質例如包含低介電光阻材料。另外，平坦層18的厚度可大於第一絕緣層12的厚度3倍以上。
圖案化的透明導電層17與導電層15在空間上絕緣(spatial insulation)且在透光基板101的垂直投影方向上與導電層15部分重疊。另外，透明導電層17可更可在透光基板101的垂直投影方向上至少部分重疊第二金屬層13。透明導電層17與導電層15於部分重疊之處形成一第二電容C2，此時導電層15是第二電容C2的下電極，透明導電層17是第二電容C2的上電極。透明導電層17藉由空間上的隔離(spatial insulation)而與導電層15電性絕緣，空間上的隔離例如是包含透明導電層17藉由第三絕緣層16而與導電層15電性絕緣。在本實施例中，透明導電層17更藉由平坦層18而與導電層15電性絕緣。在主動陣列基板上，透明導電層17係作為畫素電極(pixel electrode)並例如與薄膜電晶體之汲極132電性連接。透明導電層17之材質包含透明導電氧化物，透明導電氧化物例如但不限於為銦錫氧化物(indium-tin oxide,ITO)或銦鋅氧化物(indium-zinc oxide,IZO)。另外，顯示器面板更包括一通孔102，其係貫穿第二絕緣層14與第三絕緣層16，透明導電層17經由通孔102電性連接第二金屬層13。於此，通孔102係更貫穿平坦層18。另外，如圖1B所示，導電層15的一第一開口151大於第二絕緣層14的一第二開口141，因此透明導電層17與導電層15在空間上是電性絕緣。
在本實施例中，第一電容C1的電容值、第二電容C2的電容值與第三電容C3的電容值的三者之總合形成各電容結構10的電容值。另外，如圖1B所示，顯示器面板可更包括一彩色濾光基板(color filter substrate)CF，其係與主動陣列基板相對設置，且彩色濾光基板CF與主動陣列基板之間有一液晶層LC。另外，一濾光層103係設置於彩色濾光基板CF上，且彩色濾光基板CF的至少一側上設有一電容式觸控結構104以提供觸控功能，於此電容式觸控結構104係以設置於彩色濾光基板CF遠離液晶層LC之一側為例。其中，主動陣列基板具有複數個畫素單元1，各畫素單元1對應的液晶層LC具有一液晶電容值，且各電容結構10的電容值(Cst)與液晶電容值(Clc)的比值大於1.5。圖1B所示的電容式觸控結構104是以設置在彩色濾光基板CF的上表面為例子，但在另一實施例也可以設置在濾光層103與彩色濾光基板CF之間，或是在彩色濾光基板CF的上下兩側上都可以設置有電容式觸控結構104(未繪示)。電容式觸控結構104的材質可以採用例如氧化銦錫(ITO)、氧化銦鋅(IZO)、石墨烯(graphene)、矽烯(Silicene)、奈米金屬絲、金屬(圖案化成金屬網格細線，光穿透的開口率大於90%，金屬細線寬度介於0.08微米~8微米)…等。
另外，在本實施例中，由於液晶的驅動主要由共同電極與畫素電極所形成之液晶電容來控制，若位於畫素電極之下並耦接共同電壓之導電層的面積大太則會影響液晶之驅動。因此，如圖1A所示，在本實施例中，導電層15之面積與畫素單元1之一畫素開口區(area of aperture)105之面積的比值係小於0.8。此外，在透光基板101之垂直方向上，導電層15係由透明導電層17所覆蓋，如此亦可達到上述之功效。需注意者，上述二條件不需同時成立。
圖2為本發明第二實施例之電容結構20的示意圖，電容結構20設置於一透光基板201上，且包含一第一金屬層21、一第一絕緣層22、一第二金屬層23、一第二絕緣層24、一導電層25、一第三絕緣層26、一透明導電層27以及一平坦層28。由於電容結構20之特徵大部分與第一實施例之電容結構10相同，以下主要說明二者之相異處。
如圖2所示，與第一實施例之電容結構10主要不同在於， 電容結構20之平坦層28係設置於第二絕緣層24上並位於第二絕緣層24與導電層25之間。此外，導電層25之材質係為透明導電氧化物例如氧化銦錫(ITO)、氧化銦鋅(IZO)，或是石墨烯(graphene)、矽烯(Silicene)…等透明導電材質。在本實施例中，第一金屬層21與第二金屬層23部分重疊之處係形成一第一電容C1，導電層25與透明導電層27部分重疊之處係形成一第二電容C2，且第二電容C2的電容值與第一電容C1的電容值之比值係大於1且小於5。再者，如同第一實施例，導電層25之面積與畫素單元1之一畫素開口區105之面積的比值係小於0.8。第二金屬層23與導電層25於部分重疊之處形成一第三電容C3，此時第二金屬層23是第三電容C3的下電極，導電層25是第三電容C3的上電極。第一電容C1的電容值、第二電容C2的電容值與第三電容C3的電容值的三者之總合形成一個電容結構20的電容值。
圖3為本發明第三實施例之電容結構30的示意圖，電容結 構30設置於一透光基板301上，且包含一第一金屬層31、一第一絕緣層32、一第二金屬層33、一第二絕緣層34、一導電層35、一第三絕緣層36以及一透明導電層37。由於電容結構30之特徵大部分與第一實施例之電容結構10相同，以下主要說明二者之相異處。
如圖3所示，與上述實施例之電容結構10主要不同在於， 電容結構30並無設置平坦層。此外，導電層35之材質係為透明導電氧化物例如氧化銦錫、氧化銦鋅，或是石墨烯、矽烯…等透明導電材質。在本實施例中，第一金屬層31與第二金屬層33部分重疊之處係形成一第一電容C1，導電層35與透明導電層37部分重疊之處係形成一第二電容C2，且第二電容C2的電容值與第一電容C1的電容值之比值係大於1且小於5。另外，本實施例之透明導電層37係經由一通孔302電性連接第二金屬層33。於此，通孔302係貫穿第三絕緣層36及第二絕緣層34。第二金屬層33與導電層35於部分重疊之處形成一第三電容C3，此時第二金屬層33是第三電容C3的下電極，導電層35是第三電容C3的上電極。第一電容C1的電容值、第二電容C2的電容值與第三電容C3的電容 值的三者之總合形成一個電容結構30的電容值。
綜上所述，在本發明之顯示器面板中的電容結構，除了傳統的第一金屬層、第二金屬層與透明導電層之外，更設有一導電層，藉由導電層與透明導電層在透光基板的垂直投影方向上部分重疊而加大儲存電容之電容值，並且由於儲存電容的電容值藉由導電層而加大，就可使原有的第一金屬層與第二金屬層所形成之電容的電容值減少，也就是第二金屬層的面積可適度的縮小，進而提升畫素開口率。如此，本發明之顯示器面板能在提升儲存電容之電容值的情況下，仍維持一定的開口率，甚至使開口率提升，進而提升顯示效能。前述所有實施例的第一金屬層、第二金屬層與導電層之材質係可以分別選自金屬、合金、金屬氧化物、石墨烯、矽烯的至少其中之一，且第一金屬層、第二金屬層與導電層可以分別是單層或是多層的結構。
以上所述僅為舉例性，而非為限制性者。任何未脫離本發明之精神與範疇，而對其進行之等效修改或變更，均應包含於後附之申請專利範圍中。
10‧‧‧電容結構
101‧‧‧透光基板
102‧‧‧通孔
103‧‧‧濾光層
104‧‧‧電容式觸控結構
11‧‧‧第一金屬層
12‧‧‧第一絕緣層
13‧‧‧第二金屬層
14‧‧‧第二絕緣層
141‧‧‧第二開口
15‧‧‧導電層
151‧‧‧第一開口
16‧‧‧第三絕緣層
17‧‧‧透明導電層
18‧‧‧平坦層
CF‧‧‧彩色濾光基板
LC‧‧‧液晶層

Claims (9)

  1. 一種顯示器面板，包括：一主動陣列基板，包含一透光基板與複數個電容結構，該些電容結構設於該透光基板上且該些電容結構中的至少一個包含：一第一金屬層，位於該透光基板上；一第一絕緣層，位於該第一金屬層上；一第二金屬層，位於該第一絕緣層上，並與該第一金屬層在該透光基板的垂直投影方向上部分重疊；一第二絕緣層，位於該第二金屬層上；一導電層，位於該第二絕緣層上，並與該第二金屬層在該透光基板的垂直投影方向上部分重疊；一第三絕緣層，位於該導電層上；以及一透明導電層，與該導電層在空間上絕緣且在該透光基板的垂直投影方向上與該導電層部分重疊，該透明導電層電性連接該第二金屬層；其中該主動陣列基板具有複數個畫素單元，各該畫素單元具有一畫素開口區，該導電層之面積與該畫素開口區之面積之比值係小於0.8。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之顯示器面板，其中該導電層與該第一金屬層連接一共同電位。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之顯示器面板，其中該些電容結構的至少一個更包括一通孔，貫穿該第二絕緣層與該第三絕緣層，該透明導電層經由該通孔電性連接該第二金屬層。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之顯示器面板，其中該導電層的一第一開口大於該第二絕緣層的一第二開口。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之顯示器面板，其中該第一金屬層、該第二金屬層與該導電層之材質係分別選自金屬、合金、金屬氧化物、石墨烯、矽烯的至少其中之一，且該第一金屬層、該第二金屬層與該導電層分別是單層或是多層的結構。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之顯示器面板，其中該些電容結構的至少一 個更包含：一平坦層，其係位於該透明導電層與該第三絕緣層之間、或該導電層與該第二絕緣層之間。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之顯示器面板，其中該第一金屬層與該第二金屬層部分重疊之處係形成一第一電容，該導電層與該透明導電層部分重疊之處係形成一第二電容，該第二電容的電容值與該第一電容的電容值之比值係大於1且小於5。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之顯示器面板，其中該第二金屬層與該導電層部分重疊之處形成一第三電容，該第一電容的電容值、該第二電容的電容值與該第三電容的電容值的三者之總合形成各該電容結構的電容值。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之顯示器面板，更包括：一彩色濾光基板，與該主動陣列基板相對設置，該彩色濾光基板與該主動陣列基板之間有一液晶層；其中各該畫素單元對應的該液晶層具有一液晶電容值，且各該電容結構的電容值與該液晶電容值的比值大於1.5。
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