CN103513478B

CN103513478B - 显示器

Info

Publication number: CN103513478B
Application number: CN201210223929.1A
Authority: CN
Inventors: 蔡嘉豪; 林志隆
Original assignee: Innolux Shenzhen Co Ltd; Innolux Display Corp
Current assignee: Innolux Shenzhen Co Ltd; Innolux Corp
Priority date: 2012-06-28
Filing date: 2012-06-28
Publication date: 2016-03-09
Anticipated expiration: 2032-06-28
Also published as: CN105607335B; CN103513478A; CN105607335A

Abstract

本发明公开一种显示器，其包括：一第一基板；多条栅极线与多条数据线，定义出一第一色、一第二色、以及一第三色像素区；一第一色、一第二色、以及一第三色像素晶体管，分别位于第一色、第二色、第三色像素区中；一第二基板；以及一黑色矩阵，具有一第一部分以及一第二部分，第一部分由一第一色像素主动层的边缘延伸一第一遮光距离，第二部分由一第三色像素主动层的边缘延伸一大于第一遮光距离的第二遮光距离。

Description

显示器

技术领域

本发明涉及显示器，且特别是涉及具有彩色滤光阵列的显示器。

背景技术

液晶显示装置由于其轻薄及低耗电等优点，已成为当前主流显示装置。液晶显示装置包含一液晶显示面板。液晶显示面板包含一薄膜晶体管(ThinFilmTransistor，TFT)基板、一彩色滤光(ColorFilter，CF)基板以及一夹置于两基板之间的液晶层。

彩色滤光基板具有一基板以及一形成于基板上的彩色滤光层，彩色滤光层由多个红色、绿色、蓝色的彩色像素以及将其等隔开的黑矩阵所构成。黑矩阵具有防止光线照射到薄膜晶体管（当光线照射到薄膜晶体管会使其漏电而造成画质变差）、防止相邻的彩色像素混色、提升对比度等功效。

随着显示器的制作技术提升，逐渐缩小单位像素的面积以期获得更加细腻的画质，然而，随着单位像素的面积逐渐缩小，黑矩阵占据像素的面积比例逐渐增加，以至于大幅压缩像素的开口率。

发明内容

为解决上述问题，本发明一实施例提供一种显示器，包括：一第一基板；多条栅极线与多条数据线，配置于第一基板上，且栅极线与数据线彼此交错，以定义出至少一第一色像素区、至少一第二色像素区、以及至少一第三色像素区；一第一色像素晶体管、一第二色像素晶体管、以及一第三色像素晶体管，分别位于第一色像素区、第二色像素区、第三色像素区中，并分别与对应的栅极线与数据线电连接；一第二基板，配置于第一基板上；以及一黑色矩阵，配置于第一基板与第二基板之间，且对应栅极线与数据线，其中黑色矩阵具有一覆盖第一色像素晶体管的第一部分以及一覆盖第三色像素晶体管的第二部分，第一部分由一第一色像素主动层的边缘沿着一垂直于栅极线的方向延伸一第一遮光距离，第二部分由一第三色像素主动层的边缘沿着方向延伸一第二遮光距离，且第二遮光距离大于第一遮光距离，其中该第一色的波长大于该第三色的波长。

附图说明

图1为本发明一实施例的以白光照射显示器时，受彩色滤光片滤光而产生的红光、蓝光、绿光、以及原始的白光对显示器的穿透率相对于各色光线波长的关系曲线图；

图2为本发明一实施例的以不同波长的光线照射晶体管时，晶体管的栅源电压与漏源电流的关系曲线图；

图3A为本发明一实施例的显示器的上视图；

图3B为图3A的彩色滤光阵列；

图4A为沿图3A及图3B的A-A’线段的显示器剖面图；

图4B为本发明另一实施例的显示器的剖视图；

图5为沿图3A及图3B的B-B’线段的显示器剖视图；

图6为本发明另一实施例的显示器的上视图。

主要元件符号说明

300、600~显示器；

310~第一基板；

322~栅极线；

324~数据线；

325~漏极；

330R~红色像素晶体管；

332R~红色像素主动层（有源层）；

330G~绿色像素晶体管；

332G~绿色像素主动层；

330B~蓝色像素晶体管；

332B~蓝色像素主动层；

340~第二基板；

350~显示介质；

360~彩色滤光阵列；

362~红色滤光膜；

364~绿色滤光膜；

366~蓝色滤光膜；

368~黑色矩阵；

368R~第一部分；

368B~第二部分；

368G~第三部分；

410、420、430、440、450、460、470、480~绝缘层；

490~像素电极；

B~蓝色像素区；

C~共用电极；

D~数值；

D1~第一遮光距离；

D2~第二遮光距离；

D3~第三遮光距离；

E1、E2、E3~边缘；

G~绿色像素区；

H、H1~穿孔；

L~外界光线；

L_R、L_B~长度；

R~红色像素区；

S1~入光面；

S2~底面；

T~厚度；

V、V1、V2~方向；

W1~宽度；

θ1~入射角；

θ2~折射角。

具体实施方式

以下将详细说明本发明实施例的制作与使用方式。然而应注意的是，本发明提供许多可供应用的发明概念，其可以多种特定型式实施。文中所举例讨论的特定实施例仅为制造与使用本发明的特定方式，非用以限制本发明的范围。此外，在不同实施例中可能使用重复的标号或标示。这些重复仅为了简单清楚地叙述本发明，不代表所讨论的不同实施例及/或结构之间具有任何关连性。再者，当述及一第一材料层位于一第二材料层上或之上时，包括第一材料层与第二材料层直接接触或间隔有一或更多其他材料层的情形。在附图中，实施例的形状或是厚度可能扩大，以简化或是突显其特征。再者，图中未绘示或描述的元件，可为所属技术领域中具有通常知识者所知的任意形式。

本发明通过缩小黑矩阵的方式来提高像素的开口率。以下将先介绍本发明的设计原理。

图1绘示本发明一实施例的以白光照射显示器时，受彩色滤光片滤光而产生的红光、蓝光、绿光、以及原始的白光对显示器的穿透率相对于各色光线波长的关系曲线图。请参照图1，图1所示的穿透率代表光线穿过上基板、偏光片、液晶层等结构而照射到各色像素的晶体管时的穿透率（亦即，可照射到晶体管的光线比例）。由图1可知，红光大约在波长580纳米以下时穿透率几乎为零，绿光则是在波长460纳米以下时穿透率几乎为零，而蓝光则是在短波长区域（560纳米至380纳米）都有一定的穿透率。

图2为不同波长的光线照射晶体管时，晶体管的栅源电压与漏源电流的关系曲线图，数据来源为KamiyaT,NomuraK,andHosonoH,2010Sci.Technol.Adv.Mater.11044305，其中所测试的晶体管的主动层材质为铟镓锌氧化物。由图2可知当晶体管的主动层照射到波长约小于420纳米的光线时，临界电压（thresholdvoltage）会有较大幅度的偏移以及发生漏电现象。

再者，由图1可知，照射到红色像素晶体管的红光以及照射到绿色像素晶体管的绿光几乎不含有波长420纳米以下的光（亦即，红光与绿光在波长小于420纳米的波段中穿透率趋近零），而照射到蓝色像素晶体管的蓝光在波长为420纳米时尚有约10％的穿透率。因此，可缩小不受红光与绿光影响的红色与绿色像素的黑矩阵遮蔽范围。

应了解的是，图2仅显示以铟镓锌氧化物为主动层的特定情况，当主动层为其它半导体材料时，会影响晶体管（的主动层性质）的光线波长也会随之改变，例如在另一实施例中，仅为波长小于580纳米的光线会影响晶体管。

此时，由图1可知，照射到红色像素晶体管的红光几乎不含有波长580纳米以下的光（亦即，红光在波长小于580纳米的波段中穿透率趋近零），而照射到绿色像素晶体管的绿光以及照射到蓝色像素晶体管的蓝光在波长小于580纳米的波段中仍具有一定的穿透率。因此，不受红光影响的红色像素的黑矩阵遮蔽范围则可缩小。

换言之，可根据使用的主动材料的不同，而选择缩小不受入射光线影响的像素（例如红色像素、或是红色像素及绿色像素）所在的黑矩阵，以增加像素的开口率。

图3A绘示本发明一实施例的显示器的上视图，图3B绘示图3A的彩色滤光阵列。图4A绘示沿图3A的A-A’线段的显示器剖视图。图5绘示沿图3A的B-B’线段的显示器剖视图。值得注意的是，为简化起见，图3A省略绘示第一基板、第二基板、显示介质与绝缘层，图5省略绘示第二基板与彩色滤光阵列。

请参照图3A与图4A，本实施例的显示器300包括一第一基板310、多条栅极线322、多条数据线324、多个红色像素晶体管330R、多个绿色像素晶体管330G、多个蓝色像素晶体管330B、一第二基板340、一显示介质350、以及一彩色滤光阵列360。

请参照图3A，栅极线322与数据线324配置于第一基板310上，且栅极线322与数据线324彼此交错，以定义出多个红色像素区R、多个绿色像素区G、以及多个蓝色像素区B。在本实施例中，栅极线322之间彼此平行，数据线324之间彼此平行。在本实施例中，相同颜色的像素区排列成一行。在其他实施例中，相同颜色的像素区可排列于不同行中，例如可呈棋盘式排列、或是其他适合的排列方式。

请参照图3A，红色像素晶体管330R、绿色像素晶体管330G、以及蓝色像素晶体管330B分别位于红色像素区R、绿色像素区G、蓝色像素区B中，并分别与对应的栅极线322与数据线324电连接。

请参照图4A，第二基板340配置于第一基板310上。第一基板310与第二基板340例如为透明基板，如玻璃基板或是塑胶基板。显示介质350配置于第一基板310与第二基板340之间。在一实施例中，显示介质350可为一液晶层，且显示器300可为一液晶显示器。在另一实施例中，显示介质350可为一有机发光层，且显示器可为一有机发光二极管显示器。

请参照图3A与图4A，彩色滤光阵列360配置于第一基板310与第二基板340之间，并位于第二基板340上。彩色滤光阵列360包括一对应红色像素区R的红色滤光膜362、一对应绿色像素区G的绿色滤光膜364、一对应蓝色像素区B的蓝色滤光膜366、以及一对应栅极线322与数据线324的黑色矩阵368。

图4B绘示本发明另一实施例的显示器的剖视图。如图4B所示，在另一实施例中，显示器400B的黑色矩阵368配置于第一基板310与第二基板340之间，并位于第二基板340上，且对应栅极线322与数据线324，值得注意的是，显示器400B可仅包括黑色矩阵368而不包括其他颜色的滤光膜。

请再次参照图3A，黑色矩阵368具有一覆盖红色像素晶体管330R的第一部分368R、一覆盖蓝色像素晶体管330B的第二部分368B、以及一覆盖绿色像素晶体管330G的第三部分368G。第一部分368R由一红色像素主动层332R的边缘E1沿着一垂直于栅极线322的方向V延伸一第一遮光距离D1。

详细而言，在一实施例中，垂直于栅极线322的方向V可包括方向V1及/或方向V2，方向V1、V2彼此相对，且第一部分368R可由红色像素主动层332R的相对二边缘E1沿着方向V1、V2延伸第一遮光距离D1。第二部分368B由一蓝色像素主动层332B的边缘E2沿着方向V延伸一第二遮光距离D2，且第二遮光距离D2大于第一遮光距离D1。

第一遮光距离D1例如约为1.5微米～21.9微米。第二遮光距离D2例如约为1.6微米～22微米。第二遮光距离D2与第一遮光距离D1的差例如约为0.1微米～20.5微米。第二遮光距离D2与第一遮光距离D1的比值例如约为1.001至15之间。第一部分368R在方向V上的宽度W1例如约为6微米～46.8微米。

请参照图3A与图3B，在一实施例中，红色滤光膜362在方向V上的长度L_R大于蓝色滤光膜366在方向V上的长度L_B。红色滤光膜362与蓝色滤光膜366在方向V上的长度L_R、L_B的比值例如为1.01至3.5之间。红色滤光膜362与蓝色滤光膜366在方向V上的长度L_R、L_B的差值例如约为0.2微米～41微米。在一实施例中，显示器300的位于红色像素区R的开口率约为21％至96％。在一实施例中，显示器的位于蓝色像素区B的开口率约为20％至95％。以264ppi(pixelsperinch)为例，红色像素区R的开口率约为54.4％，蓝色像素区B的开口率约为49.6％。蓝色像素区B的开口面积与红色像素区R的开口面积的比值约为0.2到0.99。值得注意的是，在高像素排列时，黑矩阵影响总开口率的情形越明显，也就是说当单位像素越高时，像素的总开口率越低。

第三部分368G由一绿色像素主动层332G的边缘E3沿着方向V延伸一第三遮光距离D3。在本实施例中，第二遮光距离D2大于第三遮光距离D3。在一实施例中，第一遮光距离D1大抵等于第三遮光距离D3。

在本实施例中，红色像素主动层332R、蓝色像素主动层332B、以及绿色像素主动层332G的材质为一只会受到波长小于420纳米的光线影响的半导体材料。值得注意的是，前述『影响』是指『对半导体材料产生电性上的影响』。举例来说，对于一具有该半导体材料的晶体管而言，相对于未照射光线的晶体管电性，照射到该波长的光线的晶体管的临界电压会偏移超过3伏特、及/或产生超过10^-11安培的漏电流。红色像素主动层332R、蓝色像素主动层332B、以及绿色像素主动层332G的材质例如为一氧化半导体材料（例如铟镓锌氧化物）。

由前述可知，本实施例的主动层采用只会受到波长小于420纳米的光线影响的半导体材料，而在红、蓝、绿三色光中只有蓝光具有波长小于420纳米的光线，因此，可缩小不受红光与绿光影响的红色像素区R与绿色像素区G的黑色矩阵368，进而提升红色像素区R与绿色像素区G的开口率。

请参照图3A与图4A，在一实施例中，当显示器300的外界环境的折射率为n₁，显示器的第二基板340与蓝色像素主动层332B之间的部分的整体折射率与厚度分别为n₂、T，则第二遮光距离D2大于等于数值D，数值D符合下列公式（1）：

D=tan(sin^-1(n₁/n₂))*T公式（1）

请参照图4A，公式（1）的推导方式为：假设彩色滤光阵列360的入光面S1与蓝色像素主动层332B的底面S2之间存在一间距（亦即，厚度T），且外界光线L可以入射角θ1射入入射面S1，之后，在显示器300中以折射角θ2前进。由于需使黑色矩阵可完整遮蔽照射向主动层的光线，因此，在此假设入射角θ1为最大入射角（90度），并依序进行下列公式（2）～（4）的推导而得出公式（1）。

n₂*sin(θ₂)=n₁*sin90°公式（2）

θ₂=sin^-1(n₁/n₂)公式（3）

tan(sin^-1(n₁/n₂))=D/T公式（4）

D=tan(sin^-1(n₁/n₂))*T公式（1）

在一实施例中，折射率n₁为1、折射率n₂为1.566、且厚度T为10.5微米、数值D为8.77。当第二遮光距离D2大于数值D时，第二遮光距离D2为数值D加上一制作工艺对位误差约为3微米，故第二遮光距离D2于此实施例中约为11.77微米。

请参照图3A、图3B、图4A、图5，详细而言，本实施例的显示器300的一种制作方法可例如包括：于第一基板310上形成栅极线322；在第一基板310上形成绝缘层410以覆盖栅极线322；在绝缘层410上形成红色、蓝色、以及绿色像素主动层332R、332B、332G；于绝缘层410上形成覆盖红色、蓝色、以及绿色像素主动层332R、332B、332G的绝缘层420；在绝缘层420中形成多个穿孔H以暴露出红色、蓝色、以及绿色像素主动层332R、332B、332G；在绝缘层420上形成数据线324，数据线324透过穿孔H分别与红色、蓝色、以及绿色像素主动层332R、332B、332G连接；在绝缘层420上形成绝缘层430、440；在绝缘层440上形成多个共用电极C；在绝缘层440上形成绝缘层450以覆盖共用电极C；形成多个贯穿绝缘层430、440、450且暴露出漏极325的穿孔H1；在绝缘层450上形成多个像素电极490，像素电极490分别经由穿孔H1连接漏极325，其中共用电极C位于像素电极490的下方；在绝缘层450上形成绝缘层460以覆盖像素电极490；在第二基板340上依序形成彩色滤光阵列360、绝缘层470、480；将第二基板340配置于第一基板310上，并将前述主被动元件夹于其间；在第二基板340与第一基板310之间形成显示介质350。

值得注意的是，在形成彩色滤光阵列360时，可视外界光波长对各像素区中主动层的影响，针对主动层的遮光距离来调整黑色矩阵。在一实施例中，垂直于栅极线322的方向V可包括方向V1及/或方向V2，方向V1、V2彼此相对，且第一部分368R可由红色像素主动层332R的相对二边缘E1沿着方向V1、V2延伸第一遮光距离D1。第二部分368B由一蓝色像素主动层332B的边缘E2沿着方向V延伸一第二遮光距离D2，且第二遮光距离D2大于第一遮光距离D1。

此外，本实施例是以横向电场驱动型（IPS，In-PlaneSwitching）的液晶显示器为例，但不限于此，本发明可应用于各种显示器中，例如扭曲向列型（TN，TwistedNematic）的液晶显示器、或是垂直配向型（VA，VerticalAlignment）的液晶显示器。

图6绘示本发明另一实施例的显示器的上视图。值得注意的是，为简化起见，图6省略绘示第一基板、第二基板、显示介质与绝缘层。本实施例相似于图3A及图3B的实施例，两者的差异之处在于本实施例的显示器600的第三遮光距离D3大于第一遮光距离D1。亦即，本实施例的黑色矩阵368的遮蔽绿色像素主动层332G的部分大于遮蔽红色像素主动层332R的部分。在一实施例中，第二遮光距离D2大抵等于第三遮光距离D3。

在一实施例中，红色像素主动层332R、蓝色像素主动层332B、以及绿色像素主动层332G的材质为一只会受到波长小于580纳米的光线影响的半导体材料。

由前述可知，本实施例的主动层采用只会受到波长小于580纳米的光线影响的半导体材料，而在红、蓝、绿三色光中只有蓝光与绿光具有波长小于580纳米的光线，因此，只需加大（黑色矩阵368的覆盖蓝色与绿色像素晶体管330B、330G的）第二与第三部分368B、368G的第二与第三遮光距离D2、D3即可有效防止晶体管受到光线的影响。如此一来，不受光线影响的红色像素区R可具有较大的开口率。

由前述可知，本发明通过缩小位于不受入射光线影响的像素（例如红色像素）中的黑矩阵的方式来提高像素的开口率。

虽然结合以上较佳实施例揭露了本发明，然而其并非用以限定本发明的范围，任何所属技术领域中熟悉此技术者，在不脱离本发明的精神和范围内，可做些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围应以附上的权利要求所界定的为准。

Claims

1.一种显示器，包括：

第一基板；

多条栅极线与多条数据线，配置于该第一基板上，且该些栅极线与该些数据线彼此交错，以定义出至少一第一色像素区、至少一第二色像素区、以及至少一第三色像素区；

第一色像素晶体管、第二色像素晶体管、以及第三色像素晶体管，分别位于该第一色像素区、该第二色像素区、该第三色像素区中，并分别与对应的该些栅极线与该些数据线电连接，其中该第一色像素晶体管、该第二色像素晶体管、以及该第三色像素晶体管分别包括第一色像素主动层、第二色像素主动层、以及第三色像素主动层；

第二基板，配置于该第一基板上；以及

黑色矩阵，配置于该第一基板与该第二基板之间，且对应该些栅极线与该些数据线，

其中该黑色矩阵具有一覆盖该第一色像素晶体管的第一部分以及一覆盖该第三色像素晶体管的第二部分，该第一部分由该第一色像素主动层的边缘沿着一垂直于该些栅极线的方向延伸一第一遮光距离，该第二部分由该第三色像素主动层的边缘沿着该方向延伸一第二遮光距离，且该第二遮光距离大于该第一遮光距离，其中该第一色的波长大于该第三色的波长。

2.如权利要求1所述的显示器，其中该第一色为红色以及该第三色为蓝色。

3.如权利要求1所述的显示器，其中该黑色矩阵还具有一覆盖该第二色像素晶体管的第三部分，且该第三部分由该第二色像素主动层的边缘沿着该方向延伸一第三遮光距离，且该第二遮光距离大于该第三遮光距离。

4.如权利要求3所述的显示器，其中该第一遮光距离大抵等于该第三遮光距离。

5.如权利要求3所述的显示器，其中该第一色像素主动层、该第二色像素主动层、以及该第三色像素主动层的材质为只会受到波长小于420纳米的光线影响的半导体材料。

6.如权利要求5所述的显示器，其中该第一色像素主动层、该第二色像素主动层、以及该第三色像素主动层的材质为铟镓锌氧化物。

7.如权利要求1所述的显示器，其中该黑色矩阵还具有一覆盖该第二色像素晶体管的第三部分，且该第三部分由该第二色像素主动层的边缘沿着该方向延伸一第三遮光距离，且该第三遮光距离大于该第一遮光距离。

8.如权利要求7所述的显示器，其中该第二遮光距离大抵等于该第三遮光距离。

9.如权利要求7所述的显示器，其中该第一色像素主动层、该第二色像素主动层、以及该第三色像素主动层的材质为一会受到波长小于580纳米的光线影响的半导体材料。

10.如权利要求1所述的显示器，其中该第二遮光距离与该第一遮光距离的比值为1.001至15。

11.如权利要求1所述的显示器，其中该第一遮光距离约为1.5微米～21.9微米。

12.如权利要求1所述的显示器，其中该第二遮光距离约为1.6微米～22微米。

13.如权利要求1所述的显示器，其中该第二遮光距离与该第一遮光距离的差约为0.1微米～20.5微米。

14.如权利要求1所述的显示器，其中当该显示器的外界环境的折射率为n₁，该显示器的该第二基板与该第三色像素主动层之间的部分的整体折射率与厚度分别为n₂、T，则该第二遮光距离大于等于数值D，数值D符合下列公式(1)：

D＝tan(sin^-1(n₁/n₂))*T公式(1)。

15.如权利要求1所述的显示器，还包括：

显示介质，配置于该第一基板与该第二基板之间。

16.如权利要求15所述的显示器，其中该显示介质包括液晶层，或是有机发光层。

17.如权利要求1所述的显示器，还包括：

对应该第一色像素区的第一色滤光膜；

对应该第二色像素区的第二色滤光膜；以及

对应该第三色像素区的第三色滤光膜。

18.如权利要求17所述的显示器，其中该第一色滤光膜在该方向上的长度大于该第三色滤光膜在该方向上的长度。

19.如权利要求17所述的显示器，其中该第一色滤光膜与该第三色滤光膜在该方向上的长度比值为1.01至3.5。

20.如权利要求17所述的显示器，其中该第一色滤光膜与该第三色滤光膜在该方向上的长度差值约为0.2微米～41微米。

21.如权利要求1所述的显示器，其中该第三色像素区的开口面积与该第一色像素区的开口面积的比值为0.2到0.99。

22.如权利要求1所述的显示器，其中该第一色像素主动层、该第二色像素主动层、以及该第三色像素主动层的材质为一氧化半导体材料。