像素結構與具有此像素結構的顯示裝置的製作方法

2024-02-16 02:24:15 2

本發明涉及一種像素結構與具有此像素結構的顯示裝置。

背景技術：

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通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像素電極(pixel electrode)。

然而，於液晶顯示器的像素結構之中，液晶層中的液晶分子排列可能會受到結構地形的影響，而使得像素結構無法正常呈現信號。再者，隨著液晶顯示器可提供的解析度日漸提升，此由結構地形對液晶分子所產生的影響也相對更加顯著。對此，如何能有效解決上述問題，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。

技術實現要素：

本發明所要解決的技術問題是針對現有技術的上述缺陷，提供一種像素結構與具有此畫素像素結構的顯示裝置。

為了實現上述目的，本發明提供了一種像素結構，包含凸塊、第一絕緣層、半導體層、第二絕緣層、金屬層及平坦層，其中第一絕緣層可通過凸塊的地形樣貌而突起並形成突起部。藉由突起部的存在，可緩和第二絕緣層及位於金屬層之間的高度差，並連帶緩和平坦層的上表面的地形起伏，以降低後續形成於平坦層上方的液晶分子所受到的地形影響，進而防止液晶分子產生液晶錯向(disclination)的現象。

本發明的一實施方式提供一種像素結構，設置於基板，並包含凸塊、第一絕緣層、半導體層、第二絕緣層、金屬層及像素電極。凸塊設置於基板。第一絕緣層設置於基板並覆蓋凸塊，其中第一絕緣層覆蓋凸塊處具有突起部。半導體層設置於第一絕緣層上，並且至少部分半導體層設置於突起部上方。第二絕緣層設置於第一絕緣層上並覆蓋半導體層，其中第二絕緣層具有通孔，以使部分半導體層未被第二絕緣層覆蓋，其中於一垂直基板的方向上通孔對應於突起部。金屬層通過第二絕緣層的通孔電性連接至半導體層，其中凸塊於基板的垂直投影落於金屬層於基板的垂直投影內。像素電極電性連接半導體層。

於部分實施方式中，像素結構還包含平坦層。平坦層覆蓋金屬層及第二絕緣層，且凸塊位於基板與平坦層之間，其中平坦層具有凹陷部，凹陷部位於平坦層相對於金屬層的上表面，其中凹陷部於基板的垂直投影至少與通孔部分重疊，且凹陷部的最大深度小於100納米(nm)。

於部分實施方式中，像素結構還包含平坦層與顯示介質層。平坦層覆蓋金屬層及第二絕緣層，且凸塊位於基板與該平坦層之間。顯示介質層設置於平坦層上，並具有多個顯示介質。

於部分實施方式中，凸塊於基板的垂直投影自通孔內沿該金屬層的延伸方向延伸至通孔外。

於部分實施方式中，凸塊的厚度為T1，半導體層的厚度為T2，且1.5≤T1/T2≤5。

於部分實施方式中，凸塊的厚度為T1，且100納米(nm)≤T1≤250納米(nm)。

於部分實施方式中，第一絕緣層及第二絕緣層分別由單層或多個介電層所形成。

於部分實施方式中，金屬層至少部分作為數據線，且至少部分半導體層具有與數據線相同的延伸方向。

於部分實施方式中，至少部分半導體層於垂直基板的方向上與金屬層重疊設置。

於部分實施方式中，像素結構還包含遮光層。遮光層設置以使金屬層位於遮光層與凸塊之間，其中凸塊於基板的垂直投影落於遮光層於基板的垂直投影內。

本發明的一實施方式提供一種顯示裝置，包含顯示面板及像素結構。顯示面板具有顯示區及周邊區，其中周邊區設置以圍繞顯示區。像素結構設置於顯示面板的顯示區內。

以下結合附圖和具體實施例對本發明進行詳細描述，但不作為對本發明的限定。

附圖說明

圖1A為本發明的像素結構於第一實施方式的上視示意圖；

圖1B為圖1A的像素結構的區域B的放大圖；

圖1C為對應圖1B的線段1C-1C的剖面圖；

圖1D為像素結構於部分實施方式的剖面圖，其中圖1D的剖面位置與圖1C相同；

圖1E為對應圖1B的線段1E-1E的剖面圖；

圖1F為圖1C的結構與其上的遮光層的剖面圖；

圖2為本發明的像素結構於第二實施方式的上視示意圖；

圖3為本發明的顯示裝置於部分實施方式的上視示意圖。

其中，附圖標記

100A、100B、208 像素結構

101 基板

102 第一絕緣層

103 柵極線

104 突起部

105 遮光部

106 半導體層

108 第二絕緣層

110 通孔

112 金屬層

113 導體層

114 凸塊

116 平坦層

118 凹陷部

120 第一緩衝層

122 第二緩衝層

124 柵極絕緣層

126 第一隔離層

128 第二隔離層

130 像素電極

132 顯示介質層

134、134』 顯示介質

136 遮光層

138 對向基板

200 顯示裝置

202 顯示面板

204 顯示區

206 周邊區

208 像素結構

1C-1C、1E-1E 線段

D 最大深度

G 段差

L1、L1』、L2、L2』、L3、L3』、L4、L4』 虛線

S 上表面

T1、T2 厚度

W1、W2、W3 寬度

具體實施方式

下面結合附圖對本發明的結構原理和工作原理作具體的描述：

本發明的像素結構包含凸塊、第一絕緣層、半導體層、第二絕緣層、金屬層及平坦層，其中第一絕緣層可通過凸塊的地形樣貌而突起並形成突起部。藉由突起部的存在，可緩和第二絕緣層及位於金屬層之間的高度差，並連帶緩和平坦層的上表面的地形起伏，以降低後續形成於平坦層上方的液晶分子所受到的地形影響，進而防止液晶分子產生液晶錯向(disclination)而造成漏光的現象。

請參照圖1A、圖1B及圖1C，其中圖1A為本發明之像素結構100A於第一實施方式的上視示意圖，圖1B為圖1A的像素結構100A的區域B的放大圖，圖1C為對應圖1B的線段1C-1C的剖面圖。為了清楚表示凸塊114的位置，圖1A、圖1B及圖1C中的凸塊114是以網底形式繪示。像素結構100A可設置於基板101上，並包含第一絕緣層102、柵極線103、遮光部105、半導體層106、第二絕緣層108、金屬層112、凸塊114、平坦層116及像素電極130。

遮光部105，例如遮光金屬，可選擇性地設置於基板101上。柵極線103位於遮光部105上，其與遮光部105之間可設置至少一層絕緣層，柵極線103可同時作為柵極電極與柵極線，而金屬層112可同時作為源極與數據線，且多條柵極線103可與多個金屬層112(例如數據線)彼此交錯共同定義出多個像素區域，其中像素電極130對應設置於所定義出的像素區域之中。金屬層112藉由通孔110與半導體層106連接，而至少部分半導體層106與金屬層112具有相同的延伸方向並於基板101上的垂直投影彼此重疊，至少部分半導體層106與柵極線103垂直交錯。柵極線103、半導體層106、金屬層112與導體層113共同形成電晶體結構，而像素電極130與導體層113電性連接，導體層113與半導體層106電性連接。

凸塊114設置於基板101上，並具有厚度T1。凸塊114可由遮光材料形成，然而本發明不以此為限。於凸塊114是由遮光材料形成的實施方式中，凸塊114的材料可以為金屬材料，且凸塊114的厚度T1可根據金屬材料的遮光特性做調整。舉例而言，若所使用的金屬材料所具有的關於厚度與光穿透率間的特性關係為「當金屬材料的厚度為X單位時，其具有小於0.1％的光穿透率」，則於此特性關係下，凸塊114的厚度T1實質上可大於或等於5X單位且小於或等於15X單位，亦即5X≤T1≤15X。換言之，凸塊114的厚度T1會大於滿足遮光條件時的厚度。上所述的厚度範圍為適用於由金屬材料形成的凸塊114的厚度T1，然而，無論凸塊114是由遮光材料或是非遮光材料形成，凸塊114的厚度T1可大於或等於100納米(nm)且小於或等於250納米(nm)，亦即100納米(nm)≤T1≤250納米(nm)。

第一絕緣層102設置於基板101上，並覆蓋凸塊114，其中第一絕緣層102可由單層或多個介電層形成。例如，本實施方式中，第一絕緣層102可由兩層介電層形成，其中之一為第一緩衝層120，而另一為第二緩衝層122。第一緩衝層120為設置於基板101上並覆蓋凸塊114，而第二緩衝層122為覆蓋第一緩衝層120。第一緩衝層120可以是氮化矽(SiNx)或是氮氧化矽(SiOxNy)，而第二緩衝層122可以是氧化矽(SiOx)或是氮氧化矽(SiOxNy)。於本實施方式中，藉由凸塊114的存在，第一絕緣層102可通過凸塊114的地形樣貌而突起並形成突起部104。換言之，第一絕緣層102於覆蓋凸塊114上方會具有突起部104。

半導體層106設置於第一絕緣層102上並至少位於第一絕緣層102的突起部104上，亦即，半導體層106於基板101上的垂直投影會與凸塊114於基板101上的垂直投影至少部分重疊。本實施方式中，凸塊114於基板101上的垂直投影會落至半導體層106於基板101上的垂直投影內，如圖1C所示的虛線L1與虛線L1』之間的半導體層106範圍。具體而言，凸塊114具有寬度W1，而半導體層106具有寬度W2，且凸塊114的寬度W1小於半導體層106的寬度W2，其寬度關係可見於圖1B。此外，半導體層106具有厚度T2，且凸塊114的厚度T1與半導體層106的厚度T2的比值大於或等於1.5且小於或等於5，即1.5≤T1/T2≤5。此外，半導體層106可作為薄膜電晶體(未繪示)的通道區，或是於摻雜後成為薄膜電晶體的源極區與漏極區，其材料可以是復晶矽或金屬氧化物半導體。此外，半導體層106與像素電極130電性連接，例如，其可通過位於其間的導體層113電性連接。

第二絕緣層108設置於第一絕緣層102上並覆蓋半導體層106，其中第二絕緣層108可由單層或多個介電層形成。例如，本實施方式中，第二絕緣層108可由三層介電層形成，其分別為柵極絕緣層124、第一隔離層126及第二隔離層128，其中柵極絕緣層124設置於第一絕緣層102上，柵極線103設置於柵極絕緣層124上，柵極絕緣層124可至少電性隔離第1A圖的柵極線103與半導體層106之間的重疊處。第一隔離層126設置於柵極絕緣層124上，而第二隔離層128設置於第一隔離層126上。第一隔離層126可以是氧化矽(SiOx)、氮化矽(SiNx)或是氮氧化矽(SiOxNy)，而第二隔離層128可以是氮化矽(SiNx)、氧化矽(SiOx)或是氮氧化矽(SiOxNy)。

第二絕緣層108具有通孔110，其中通孔110位於半導體層106上方並穿過柵極絕緣層124、第一隔離層126及第二隔離層128，以使部分半導體層106未被第二絕緣層108覆蓋。換言之，位於通孔110及突起部104之間的半導體層106可通過通孔110而自第二絕緣層108暴露。另一方面，通孔110的設置位置可對應於突起部104的所在位置，例如，於一垂直基板101的方向上通孔110對應於突起部104。此外，依據前述，由於第一絕緣層102是於覆蓋凸塊114上方會具有突起部104，故凸塊114於基板101上的垂直投影會落於第二絕緣層108的通孔110於基板101上的垂直投影的邊界範圍內，如圖1C所示的凸塊114落在虛線L2與虛線L2』之間通孔110的範圍內。

金屬層112設置於第二絕緣層108上，並通過第二絕緣層108的通孔110電性連接至半導體層106。亦即，金屬層112可通過通孔110而接觸由通孔110所暴露的半導體層106，以形成其間的電性連接。此外，凸塊114於基板101上的垂直投影會落於金屬層112於基板101上的垂直投影內，如圖1C的虛線L3與虛線L3』之間金屬層112的範圍內。具體而言，金屬層112具有寬度W3，且凸塊的寬度W1小於金屬層112的寬度W3，其寬度關係可見於圖1B。藉由此尺寸配置關係，所設置的凸塊114不會影響到像素結構100A的開口率。此外，金屬層112於基板101的垂直投影落於像素電極130於基板101的垂直投影之外，其中金屬層112可作為像素結構100A的數據線，以使像素電極130可通過柵極線103、半導體層106及金屬層112驅動。另一方面，前述位於半導體層106與像素電極130之間的導體層113可以是與金屬層112通過同一工藝形成，即導體層113與金屬層112可由同一膜材形成。

此外，雖圖1B及圖1C所繪的金屬層112的寬度W3為大於半導體層106的寬度W2，然而，於其他實施方式中，金屬層112的寬度W3可小於或等於半導體層106的寬度W2，例如，請看到圖1D，圖1D為像素結構於部分實施方式的剖面圖，其中圖1D的剖面位置與圖1C相同。圖1D中，金屬層112的寬度小於半導體層106的寬度，故虛線L1與虛線L1』之間的半導體層106範圍會大於虛線L3與虛線L3』之間金屬層112的範圍，然而，無論半導體層106與金屬層112的寬度關係為何，凸塊114於基板101上的垂直投影仍會落於半導體層106與金屬層112於基板101上的垂直投影內。換言之，凸塊114的寬度仍是小於半導體層106與金屬層112的其中任一者的寬度。

請再回到圖1B及圖1C。藉由以上配置，由於第一絕緣層102可通過凸塊114而於其覆蓋凸塊114處形成突起部104，故第二絕緣層108與位於突起部104上方之通孔110內的金屬層112之間的地形段差可被縮減，例如，請看到圖1B與圖1E，其中圖1E為對應圖1B的線段1E-1E的剖面圖，其主要為通孔110內的金屬層112與通孔110外的金屬層112之間存在段差G。藉由前述配置，當第二絕緣層108上的金屬層112經由通孔110與半導體層106接觸時，也能使金屬層112段差G減小。

具體而言，基板101與位於通孔110內的金屬層112之間垂直距離可因突起部104的存在而增加，以緩和第二絕緣層108的上表面與位於通孔110內的金屬層112的上表面之間的高度差，並藉以提供做為平坦層116的設置面，請見以下說明。

如圖1B所示，平坦層116覆蓋第二絕緣層108及金屬層112，其中平坦層116具有相對基板101的上表面S。當平坦層116形成於第二絕緣層108及金屬層112上之後，平坦層116的上表面S會具有對應第二絕緣層108及金屬層112的起伏地形。例如，由於部分金屬層112會落入於通孔110之中並與半導體層106接觸，故平坦層116的上表面S對應通孔110處會有些微凹陷。

對此，由於凸塊114及突起部104可緩和第二絕緣層108的上表面與位於通孔110內的金屬層112的上表面之間的高度差，此些微凹陷的下陷程度也會被緩和。具體而言，圖1C中，平坦層116會具有凹陷部118，且凹陷部118於基板101上的垂直投影與通孔110於基板101上的垂直投影至少部分重疊，其中凹陷部118具有最大深度D，且凹陷部118的最大深度D小於100納米(nm)。藉由緩和凹陷部118的下陷程度，平坦層116的上表面S所具有的地形起伏也相對會被緩和，以避免後續結構會受到地形起伏的影響。舉例而言，如圖1C所示，設置於平坦層116上的顯示介質層132具有多個顯示介質134，其中顯示介質134可以是液晶分子，且部分顯示介質134於基板101的垂直投影落於凸塊114於基板101的垂直投影內，例如顯示介質134』。由於平坦層116的上表面S的地形起伏已相對被緩和，故可降低顯示介質134』所受到的地形影響，進而防止錯向現象的產生，例如可防止液晶錯向現象的產生，進而避免產生漏光。

此外，請再看到圖1F，其中圖1F為圖1C的結構與其上的遮光層136的剖面圖，像素結構100A也可包含遮光層136，其中遮光層136可設置於對向基板138上，且位於平坦層116的上方，且金屬層112位於遮光層136與凸塊114之間。凸塊114於基板101的垂直投影會落於遮光層136於基板101的垂直投影內，如虛線L4與虛線L4』之間的範圍所示，藉由此尺寸配置關係，所設置的凸塊114將不會影響到像素結構100A的開口率，故像素結構100A可在維持開口率的情況下，緩和第二絕緣層108及通孔110內金屬層112之間的高度差。此外，於其他實施方式中，凸塊114於基板101的垂直投影落於金屬層112於基板101的垂直投影與遮光層136於基板101的垂直投影的其中至少一者內即可。

請再看到圖2，其中圖2為本發明的像素結構100B於第二實施方式的上視示意圖，且圖2的視角與圖1B相同。本實施方式與第一實施方式的至少一個差異點在於，本實施方式的凸塊114具有較大的面積，而使得凸塊114於基板101的垂直投影可自通孔110內沿金屬層112的延伸方向延伸至通孔110外。對此，在寬度不改變的情況下增加凸塊114的長度，而由於凸塊114的設置位置可對應地自通孔110內延伸至通孔110外，故像素結構100B的設計可更具有彈性。此外，凸塊114於基板101的垂直投影仍會落於金屬層112於基板101的垂直投影內，以使所設置的凸塊114不會影響到像素結構100B的開口率。

上述第一實施方式或第二實施方式中的像素結構100A或100B可被應用於顯示裝置之中，舉例而言，請看到圖3，其中圖3為本發明的顯示裝置200於部分實施方式的上視示意圖。顯示裝置200包含顯示面板202及像素結構208。顯示面板202具有顯示區204及周邊區206，其中周邊區206設置以圍繞顯示區204。像素結構208設置於顯示面板202的顯示區204內，其中所設置的像素結構208可為前述第一實施方式或第二實施方式所描述的像素結構100A或100B(即包含設置於其中的凸塊)。此外，為了不使圖示過於複雜，故圖3所繪的像素結構208數量為一個。

顯示區204可通過其內的液晶分子(未繪示)而輸出影像畫面，同前所述，由於包含凸塊的像素結構208可緩和結構內的地形下陷程度，故可防止顯示區204的液晶分子產生液晶錯向的現象，進而防止顯示區204有無法正常輸出畫面或亮暗不均的問題。另一方面，由於周邊區206不需輸出影像畫面，故可彈性選擇是否設置包含凸塊的像素結構於周邊區206內。例如，於部分實施方式中，包含凸塊的像素結構208為只設置於顯示區204中，而設置於周邊區206的像素結構未包含凸塊。然而，並不以此為限，於其他實施方式中，包含凸塊的像素結構208也可皆設置於顯示區204及周邊區206中。

綜上所述，本發明的像素結構包含凸塊、第一絕緣層、半導體層、第二絕緣層、金屬層及平坦層，其中第一絕緣層可通過凸塊的地形樣貌而突起並形成突起部。藉由突起部的存在，可緩和第二絕緣層及位於金屬層之間的高度差，並連帶緩和平坦層的上表面的地形起伏，以降低後續形成於平坦層上方的液晶分子所受到的地形影響，進而防止液晶分子產生液晶錯向的現象。另一方面，凸塊的面積可小於金屬層及遮光層的面積，以使凸塊的存在不會影響到像素結構的開口率。亦即，像素結構可在維持開口率的情況下，緩和第二絕緣層及金屬層之間的高度差。

當然，本發明還可有其它多種實施例，在不背離本發明精神及其實質的情況下，熟悉本領域的技術人員當可根據本發明作出各種相應的改變和變形，但這些相應的改變和變形都應屬於本發明所附的權利要求的保護範圍。