像素單元的製作方法
2023-05-18 16:39:56
專利名稱：像素單元的製作方法
技術領域：
本發明是關於一種像素單元及其控制系統，特別是關於一種可改善色飽和度及亮度的像素單元。
背景技術：
液晶面板主要包括一基板、一彩色濾光板與兩者之間的液晶層。其中基板上具有數組型式的多個薄膜電晶體及一控制電路，主要用以控制圖樣或文字的顯示。彩色濾光板主要提供紅、藍、綠三顏色的配色。但因液晶面板本身並不發光，因此需要一外加面光源以提供均勻、高亮度、廣視角的顯示效果。一般依顯示器的種類，面光源又可分為背光模塊與前光模塊，其中背光模塊位於液晶面板後面，主要用於穿透式顯示器，前光模塊位於液晶面板前面，主要用於反射式與半反射式顯示器。
無論是反射式或穿透式的液晶顯示器，當彩色濾光板的吸收率過大或顏色濃度提高時，穿透率就會大幅降低。因此顯示器的亮度受到極大的限制，在設計高亮度顯示器時必須考慮此一限制。
請參照圖1A，為公知液晶面板的像素單元配置方式。傳統的液晶面板10具有一下基板11及一上基板12，並包含了多個像素單元(pixel)13，每個像素單元13隻包含一紅色子像素(sub-pixel)131、一綠色子像素132及一藍色子像素133。每個子像素均為一立體結構，以紅色子像素131為例，其結構包含一光致抗蝕劑層121形成於上基板12的下表面、一薄膜電晶體111及一像素電極112位於下基板11的上表面，以及位於光致抗蝕劑層121與像素電極112之間的液晶層14。
近來，為了提升液晶面板10亮度而在每個像素單元13中增加了其它顏色的子像素，例如白色子像素。由於液晶面板10的背光源(未圖標)通常為白光，因此只要在上基板12上另增加一透明區即可使每個像素單元均包含紅、綠、藍、白四種子像素。具體的作法如圖1B-圖1C所示，以一透明光致抗蝕劑層124搭配紅綠藍三種光致抗蝕劑層121，122，123而改善像素單元的亮度。圖1B為條狀(stripe)配置；圖1C為馬賽克狀(mosaic)配置。
假設材質本身的穿透率為100％，但由於光致抗蝕劑層121，122，123本身含有色彩，只能容許該色彩的光波通過。對三原色子像素131，132，133其中之一來說，只能容許三種色光的其中一種通過而僅剩下三分之一的亮度。以一個含有三原色子像素131，132，133的像素單元13來說，每個子像素131，132，133的透光面積佔像素單元13透光面積的三分之一，因此一個像素單元13的總透光量為3×1/3×1/3＝1/3。在上基板12加入透明光致抗蝕劑層124後，一個像素單元13含有四個子像素，每個子像素的透光面積佔像素單元11透光面積的四分之一，若透明光致抗蝕劑層124的光穿透率為100％，則此種像素單元的總透光量為3×1/3×1/4+1×1/4＝1/2＞1/3。如此，改變上基板12上的像素配置，將三原色光致抗蝕劑層121，122，123(RGB)改為三原色光致抗蝕劑層121，122，123加上一透明光致抗蝕劑層124(RGB+W)。利用透明區124增加透光量，使得使所有顏色變亮。雖然如此，加入白光混色卻使得畫面偏白，也造成色彩飽和度下降。
由以上敘述可知，液晶顯示器的亮度受限於光致抗蝕劑層的光穿透率。若要增加透光量，則需要增加白色子像素而改變像素(pixel)的配置。但公知技術無法有效控制白色子像素的透光量，致使增加該部分的透光量後，影響了三原色子像素的色飽和度。本發明改變顯示器的像素結構，同時配合電路控制而提高了顯示器的色飽和度及亮度。
發明內容
本發明的目的在於提供一種像素單元，對固有的紅綠藍三色子像素作光補償，並提供一控制系統計算出最佳的控制信號組合，輸入像素單元的每個子像素以產生最好的混色效果。
本發明的顯示面板的像素單元，包括三個子像素，每個子像素皆可分為一第一光穿透區及一第二光穿透區，該第一光穿透區之內設有一第一電晶體及一第一光致抗蝕劑層，該第二光穿透區之內設有一第二電晶體及一第二光致抗蝕劑層。該第一光致抗蝕劑層與該第二光致抗蝕劑層是形成於一濾光板上，並具有不同的厚度或面積。上述第一電晶體與第二電晶體所接收到的數據信號具有一函數關係，通過該兩數據信號搭配該兩不同厚度或面積的光致抗蝕劑層，使每個子像素皆可產生新的灰階亮度及增加可顯示的顏色數目。
為了對第一電晶體及第二電晶體提供適當的數據信號，本發明並提供一種控制系統對上述像素單元作信號控制。控制系統主要包括一反多任務器(de-multiplexer)及一多任務器(multiplexer)。反多任務器於接受一控制信號後，對該控制信號進行一函數運算以分離出一第一信號，再將該控制信號及該第一信號輸出至多任務器。多任務器接受反多任務器輸出的控制信號及第一信號之後，對該控制信號進行一算法以轉換為一第二信號，再將該第一信號輸出至該第一電晶體，該第二信號輸出至該第二電晶體。
由第一光穿透區及第二光穿透區所組成的像素單元結構，再加上控制系統的電路控制機制，使得平面顯示器亮度上升，色彩飽和度提高。
圖1A為公知液晶面板的像素單元配置方式；圖1B為公知像素單元的條狀配置方式；圖1C為公知像素單元的馬賽克狀配置方式；圖2A為具有本發明像素結構的液晶面板；圖2B為像素單元的薄膜電晶體位置及控制區域；圖3A-圖3B為不同厚度光致抗蝕劑層的濾光板結構；圖4A-圖4C為像素單元中光致抗蝕劑層的覆蓋面積大小及排列狀態；圖5A-圖5E為不同顏色阻合的濾光板結構；圖6A-圖6B為不同顏色排列的濾光板結構；以及圖7為本發明液晶面板的控制系統。
符號說明10 液晶面板(公知)22 像素單元11 基板 30a 濾光板110 薄膜電晶體數組30b 濾光板111 薄膜電晶體30c 濾光板
111r 薄膜電晶體 31 透明光致抗蝕劑層111R 薄膜電晶體 32 透明光致抗蝕劑層112 像素電極 33 透明光致抗蝕劑層12上基板 40a 像素單元121 紅色光致抗蝕劑層 40b 像素單元122 綠色光致抗蝕劑層 40c 像素單元123 藍色光致抗蝕劑層 40d 像素單元124 透明光致抗蝕劑層 40e 像素單元13像素單元 41 透明光致抗蝕劑層131 紅色子像素 42 透明光致抗蝕劑層132 綠色子像素 43 透明光致抗蝕劑層133 藍色子像素 50a 像素單元14液晶層 50b 像素單元20液晶面板(本發明) 51 透明光致抗蝕劑層21濾光板 60 控制系統211 第一光致抗蝕劑層 61 控制信號211r 薄紅色光致抗蝕劑層 62 反多任務器211g 薄綠色光致抗蝕劑層 63 多任務器211b 薄藍色光致抗蝕劑層212 第二光致抗蝕劑層212R 紅色光致抗蝕劑層212G 綠色光致抗蝕劑層212B 藍色光致抗蝕劑層
具體實施例方式
現配合圖示詳述本發明像素單元及其控制系統，並列舉較佳實施例說明如下請參照圖2A，為具有本發明像素結構的液晶面板。液晶面板20具有一基板11、一液晶層14及一濾光板21。基板11上具有一薄膜電晶體數組110包括多個薄膜電晶體111與多個像素電極112。濾光板21下表面具有至少一第一光致抗蝕劑層211及一第二光致抗蝕劑層212，並且第一光致抗蝕劑層211的光穿透率大於第二光致抗蝕劑層212，一較佳實施方式為使第一光致抗蝕劑層211厚度薄於第二光致抗蝕劑層212。圖中，第一光致抗蝕劑層211為薄紅色光致抗蝕劑層211r、一薄綠色光致抗蝕劑層211g或薄藍色光致抗蝕劑層211b，第二光致抗蝕劑層212為較厚的紅色光致抗蝕劑層212R、一綠色光致抗蝕劑層212G或藍色光致抗蝕劑層212B。薄膜電晶體數組110、濾光板21與中間的液晶層14共同形成多個像素單元22。
請參照圖2B，像素單元22的子像素包含至少兩薄膜電晶體111R，111r，分別設置於基板11上彼此相鄰的一第一光穿透區11a及一第二光穿透區11b中，其中第一光穿透區11a是作為光補償之用。濾光板21位於薄膜電晶體數組110上方，並以第一光致抗蝕劑層211覆蓋第一光穿透區11a，以及第二光致抗蝕劑層212覆蓋第二光穿透區11b。圖2A顯示一較佳實施例中，像素單元22包括六個光穿透區(未標號)配置為二列三行。相對於光穿透區的配置位置，濾光板21的薄紅色光致抗蝕劑層211r、紅色光致抗蝕劑層212R、薄綠色光致抗蝕劑層211g、綠色光致抗蝕劑層212G、薄藍色光致抗蝕劑層211g及藍色光致抗蝕劑層212B亦配置為二列三行而形成不同厚度的光致抗蝕劑層交錯排列的型態。
圖3A-圖3B顯示不同厚度光致抗蝕劑層排列於濾光板21上的結構。圖3A的六個光致抗蝕劑層是相對於同一像素單元的六個光穿透區。紅色光致抗蝕劑層212R、綠色光致抗蝕劑層212G及藍色光致抗蝕劑層212B配置於第一列，均為厚的光致抗蝕劑層。薄紅色光致抗蝕劑層211r、薄綠色光致抗蝕劑層211g、薄藍色光致抗蝕劑層211g配置於第二列使像素單元第二列子像素的光致抗蝕劑層厚度小於第一列子像素的光致抗蝕劑層厚度。圖3B則為紅色光致抗蝕劑層212R、綠色光致抗蝕劑層212G及藍色光致抗蝕劑層212B配置於不同列的情況。因此，當圖3A中位於同一行的紅色光致抗蝕劑層212R與薄紅色光致抗蝕劑層211r的位置對調、綠色光致抗蝕劑層212G與薄綠色光致抗蝕劑層211g的位置對調或藍色光致抗蝕劑層212B與薄藍色光致抗蝕劑層211b的位置對調時，所形成的像素單元結構均不脫離本發明範圍。
請參照圖4A-圖4C，為像素單元中，光致抗蝕劑層的覆蓋面積大小及排列狀態。圖4A中，濾光板30a包括六個光致抗蝕劑層，上方列中三個薄透明光致抗蝕劑層31，32，33的覆蓋面積均大於下方列的紅色光致抗蝕劑層212R、綠色光致抗蝕劑層212G及藍色光致抗蝕劑層212B。圖4B中，濾光板30b上方列中三個薄透明光致抗蝕劑層31，32，33的覆蓋面積均等於下方列的紅色光致抗蝕劑層212R、綠色光致抗蝕劑層212G及藍色光致抗蝕劑層212B。圖4C中，濾光板30c上方列中三個薄透明光致抗蝕劑層31，32，33的覆蓋面積均小於下方列的紅色光致抗蝕劑層212R、綠色光致抗蝕劑層212G及藍色光致抗蝕劑層212B。圖4A-圖4C中，任意一行的光致抗蝕劑層的覆蓋面積關係均可互相對調，例如將圖4A的薄透明光致抗蝕劑層31和紅色光致抗蝕劑層212R位置互換。
上述第一光致抗蝕劑層211可能為單色光致抗蝕劑層或透明光致抗蝕劑層。例如，透明、紅色、綠色、藍色或其它顏色的光致抗蝕劑層。三個子像素的第一光致抗蝕劑層211的顏色組合及排列順序亦不需局限，例如紅-綠-藍、紅-藍-綠、白-白-藍或其它排列組合皆可視需要而定。
請參照圖5A-圖5D，第一光致抗蝕劑層211亦可能為部分彩色光致抗蝕劑層或部分透明光致抗蝕劑層的組合構造。請參照圖5A-圖5C及圖5D，濾光板40a，40c，40d皆包括一透明光致抗蝕劑層41包圍薄紅色光致抗蝕劑層211r，且與薄紅色光致抗蝕劑層211r共同覆蓋第一光穿透區11a。在圖5A中，透明光致抗蝕劑層41的覆蓋面積小於薄紅色光致抗蝕劑層211r的覆蓋面積。在圖5C中，透明光致抗蝕劑層41的覆蓋面積大於薄紅色光致抗蝕劑層211r的覆蓋面積。另外，紅、綠、藍三色子像素的第二光穿透區11b亮度是分別通過第一光穿透區11a內透明光致抗蝕劑層41，42及43，或彩色光致抗蝕劑層211r，211g及211b的厚度或面積來調節。圖5D則是要單獨增加像素單元中藍色的灰階亮度，並加深藍色的飽和度，因此濾光片40d上只有綠色光致抗蝕劑層212G搭配薄藍色光致抗蝕劑層211b，再以透明光致抗蝕劑層42增加亮度。
請參照圖6A-圖6B，第一光致抗蝕劑層211與第二光致抗蝕劑層可以是不同顏色的彩色光致抗蝕劑層。圖6A中，濾光板50a是以薄藍色光致抗蝕劑層211b搭配紅色光致抗蝕劑層212R。圖6B則顯示第一光穿透區11a內的薄藍色光致抗蝕劑層211b、薄綠色光致抗蝕劑層211g或薄紅色光致抗蝕劑層211r的覆蓋面積約與透明光致抗蝕劑層51的覆蓋面積相等。如此，在像素單元顯示單一顏色時，可以比傳統的像素單元配置提供更高的亮度，且保持色飽和度。
結合圖3A-圖3B的不同厚度光致抗蝕劑層的概念及圖5A-圖5D，圖6B的面積分布型態，濾光板21的第一光致抗蝕劑層211可以是由厚度或面積不同的透明光致抗蝕劑層與彩色光致抗蝕劑層所組成，兩者共同覆蓋第一光穿透區11a。在一較佳實施例中，彩色光致抗蝕劑層薄於透明光致抗蝕劑層以兼顧亮度與顏色補償，第二光致抗蝕劑層212則為較厚的單色光致抗蝕劑層。為兼顧色飽和度，第二光致抗蝕劑層212的覆蓋總面積最好大於第一光致抗蝕劑層211。本發明結構是針對人眼對顏色的感覺所設計的，可使人眼以為顯示器的亮度提高，並使灰階亮度可以分得更細，增加可顯示的顏色種類，其應用於一穿透式液晶面板更能顯現其效果。
請參照圖7，為本發明液晶面板的控制系統。以圖2B為例，輸入第一電晶體111R的數據信號與輸入第二電晶體111r的數據信號具有一函數關係，例如一映像函數，並以一控制系統60執行運算。控制系統60主要包括一反多任務器62(de-multiplexer)及一多任務器63(multiplexer)。反多任務器62於接受一控制信號61後，對控制信號61進行一函數運算以分離出一第一信號，再將控制信號61及該第一信號輸出至多任務器63。同時參照圖2B，多任務器63接受反多任務器62輸出的控制信號61及第一信號之後，對控制信號61進行一算法以轉換為一第二信號，再將該第一信號輸出至第一光穿透區11a內的薄膜電晶體111r，該第二信號則輸出至第二光穿透區11b內的薄膜電晶體111R。圖7中的紅光區PR、綠光區PG與藍光區PB為上述的第二光穿透區11b，而紅光補償區AR、綠光補償區AG與藍光補償區AB為上述的第一光穿透區11a。
在電路控制上，輸入的控制信號61包含三個子信號R，G，B。首先經由反多任務器62將子信號R，G，B信號分開，再以三個映像函數(mappingfunction)進行函數運算之後展開成子信號R與其對應的第一信號WR、子信號G與其對應的第一信號WG、子信號B與其對應的第一信號WB。獨立的子信號R，G，B再經由多任務器63進行一算法以轉換為第二信號R″，G″，B″，並將第二信號R″，G″，B″分別送入紅色子像素的紅光區PR、綠色子像素的綠光區PG與藍色子像素的藍光區PB，而第一信號WR，WG，WB則分別送入紅光補償區AR、綠光補償區AG與藍光補償區AB。
反多任務器62的映像函數功用在於計算出三個第一信號WR，WG，WB，使得三個子像素的第一光穿透區能與其第二光穿透區搭配產生最好的顏色效果，可使色彩飽度提高或是亮度提高。
控制系統60中，第二信號R″，G″，B″產生信號的方式是依第一信號WR，WG，WB與子信號R，G，B決定，第一信號WR，WG，WB則依照子信號R，G，B經過反多任務器62的映像函數所決定。第一光穿透區與第二光穿透區則由不同的薄膜電晶體來控制電壓。其中反多任務器62還包含一切換單元64以選擇是否對控制信號61進行映像函數運算以分離出第一信號WR，WG，WB。第一信號WR，WG，WB可為強制關閉或開啟該第一光穿透區的電壓信號或電流信號。
本發明所提供的像素單元及控制系統，與公知技術相互比較時，更具備下列特性及優點1.本發明提出一種由三個子像素的六個光穿透區所組成的像素單元結構，再加上IC電路控制機制，使得液晶面板亮度上升，色彩飽和度提高。
2.本發明的像素單元中，所有子像素均有二個光穿透區。其中第一光穿透區的功用在可增加像素單元的光通量，使得液晶面板整體亮度上升，色彩飽和度提高。
3.針對傳統透明(W)、紅(R)、綠(G)、藍(B)配色所產生的色差加以修正，以提升色彩準確性與飽和度。
4.針對不同環境下的使用者，可利用調變機制，強制將所有第一光穿透區關閉，如此可適合文書處理時的畫面亮度表現，強制將單色子像素的所有第一光穿透區打開時，則可使得液晶面板亮度上升，色彩飽和度提高，適合遊戲或繪圖之用。
上列詳細說明是針對本發明較佳實施例的具體說明，惟上述實施例並非用以限制本發明的專利範圍，凡未脫離本發明技藝精神所為的等效實施或變更，均應包含於本案的權利要求中。
權利要求
1.一種顯示面板的像素單元，包括三個子像素，其中至少一子像素分為一第一光穿透區及一第二光穿透區，該第一光穿透區之內設有一第一電晶體，該第二光穿透區之內設有一第二電晶體；以及一濾光板，位於該三個子像素之上，具有一第一光致抗蝕劑層對應於該第一光穿透區，以及一第二光致抗蝕劑層對應於該第二光穿透區，該第一光致抗蝕劑層薄於該第二光致抗蝕劑層，其中輸入該第一電晶體的數據信號與輸入該第二電晶體的數據信號具有一函數關係，通過該兩數據信號搭配該兩不同厚度的光致抗蝕劑層，使每個子像素產生新的灰階亮度及增加可顯示的顏色數目。
2.如權利要求1所述的像素單元，其中該第一光致抗蝕劑層是包括一透明光致抗蝕劑層包圍一彩色光致抗蝕劑層而共同覆蓋該第一光穿透區。
3.如權利要求2所述的像素單元，其中該透明光致抗蝕劑層的面積大於該彩色光致抗蝕劑層的面積。
4.如權利要求2所述的像素單元，其中該透明光致抗蝕劑層的面積小於該彩色光致抗蝕劑層的面積。
5.如權利要求1所述的像素單元，其中該第一光致抗蝕劑層為一透明光致抗蝕劑層與一彩色光致抗蝕劑層並列地覆蓋該第一光穿透區。
6.如權利要求1所述的像素單元，其中該第一光致抗蝕劑層的面積等於該第二光致抗蝕劑層的面積。
7.如權利要求1所述的像素單元，其中該第一光致抗蝕劑層的面積大於該第二光致抗蝕劑層的面積。
8.如權利要求1所述的像素單元，其中該第一光致抗蝕劑層的面積小於該第二光致抗蝕劑層的面積。
9.如權利要求1所述的像素單元，其中該第一光致抗蝕劑層的顏色不同於該第二光致抗蝕劑層的顏色。
10.如權利要求1所述的像素單元，其中該第一光致抗蝕劑層的顏色相同於該第二光致抗蝕劑層的顏色。
11.一種顯示面板的像素單元，包括三個子像素，其中至少一子像素分為一第一光穿透區及一第二光穿透區，該第一光穿透區之內設有一第一電晶體，該第二光穿透區之內設有一第二電晶體；以及一濾光板，位於該三個子像素之上，具有一透明光致抗蝕劑層對應於該第一光穿透區，以及一彩色光致抗蝕劑層對應於該第二光穿透區，該透明光致抗蝕劑層的面積不等於該彩色光致抗蝕劑層的面積，其中輸入該第一電晶體的數據信號與輸入該第二電晶體的數據信號具有一函數關係，通過該兩數據信號搭配該兩不同面積的光致抗蝕劑層，使每個子像素產生新的灰階亮度及增加可顯示的顏色數目。
12.如權利要求11所述的像素單元，其中該透明光致抗蝕劑層包圍另一彩色光致抗蝕劑層於該第一光穿透區之內。
13.如權利要求12所述的像素單元，其中該透明光致抗蝕劑層的面積大於該第一光穿透區之內的彩色光致抗蝕劑層的面積。
14.如權利要求12所述的像素單元，其中該透明光致抗蝕劑層的面積小於該第一光穿透區之內的彩色光致抗蝕劑層的面積。
15.如權利要求11所述的像素單元，其中該透明光致抗蝕劑層與另一彩色光致抗蝕劑層並列於該第一光穿透區之內。
全文摘要
一種顯示面板的像素單元，包括三個子像素，每個子像素皆可分為一第一光穿透區及一第二光穿透區，該第一光穿透區之內設有一第一電晶體及一第一光致抗蝕劑層，該第二光穿透區之內設有一第二電晶體及一第二光致抗蝕劑層。該第一光致抗蝕劑層與該第二光致抗蝕劑層是形成於一濾光板上，並具有不同的厚度或面積。上述第一電晶體與第二電晶體所接收到的數據信號具有一函數關係，通過該兩數據信號搭配該兩不同厚度或面積的光致抗蝕劑層，使每個子像素皆可產生新的灰階亮度及增加可顯示的顏色數目。
文檔編號G02F1/1335GK1932608SQ200510102819
公開日2007年3月21日 申請日期2005年9月13日 優先權日2005年9月13日
發明者貝志駿, 胡至仁, 張志明, 蘇睦仁 申請人:友達光電股份有限公司