CN106970494A - 像素结构及其形成方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种像素结构及其形成方法，其包含基板、闸极、闸极绝缘层、源极、漏极、多个金属光学结构、像素电极以及共同电极。闸极配置于基板上，闸极绝缘层位于闸极上，源极及漏极配置于闸极绝缘层上，多个金属光学结构埋设于闸极绝缘层中，像素电极电性连接该漏极，且配置于多个金属光学结构上，共同电极配置于多个金属光学结构下。借此，本发明的像素结构，金属光学结构具有散射到达像素结构的光线的功能，因此，当此像素结构设置于液晶显示器中时，金属光学结构能够有效增加背光源利用率，进而提升液晶显示器的辉度。
Description
技术领域
本发明涉及一种像素结构及其形成方法，且特别涉及一种在闸极绝缘层中埋设金属光学结构的像素结构及其形成方法。
背景技术
液晶显示器由于其重量低、体积小、能耗低的优点，而具有相当广泛的应用性。在传统上，边缘场切换(Fringe Field Switching,FFS)液晶显示器(Liquidcrystal display,LCD)的像素结构中的像素电极通常包含条型电极以改善色移的问题。然而，在条型电极的中心区域和边缘区域附近，电力线方向与其他地方不同，因此容易造成液晶分子的排列方向与其他地方不同，使得光线无法顺利通过，而在面板上出现黑纹，导致边缘场切换液晶显示器的辉度及对比度降低，此黑纹一般又称之为向错线(disclination line)。在观看边缘场切换液晶显示器时，黑纹常出现在条型电极的上方以及相邻两条型电极之间狭缝的上方。有鉴于此，边缘场切换液晶显示器中的元件需要进一步的改良，并需要新的形成元件的方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种像素结构及其形成方法，能够轻易地通过调整金属光学结构的结构，最佳化地提高液晶显示器的辉度和对比度。
本发明提供一种像素结构，其包含：闸极配置于基板上；闸极绝缘层位于闸极上；源极及漏极配置于闸极绝缘层上；多个金属光学结构埋设于闸极绝缘层中；像素电极电性连接漏极，且配置于多个金属光学结构上；以及共同电极配置于多个金属光学结构下。
在本发明的一实施例中，闸极绝缘层具有多个沟槽，各金属光学结构位于多个沟槽的其中一个中。
在本发明的一实施例中，多个金属光学结构填满闸极绝缘层的多个沟槽。
在本发明的一实施例中，各金属光学结构覆盖闸极绝缘层的各沟槽的内侧表面，但未填满各沟槽，以在各金属光学结构上形成凹口。
在本发明的一实施例中，沟槽的剖面形状为倒梯形、阶梯形、半椭圆形或其组合。
在本发明的一实施例中，源极及漏极的材料与多个金属光学结构的材料相同。
在本发明的一实施例中，像素电极包含多个条状电极，且相邻的两个条状电极之间具有狭缝，多个金属光学结构与多条状电极平行排列。
在本发明的一实施例中，多个金属光学结构包含至少一个第一金属光学结构以及至少一个第二金属光学结构，且其中在垂直基板的一方向上，第一金属光学结构与多条状电极的其中一条重叠，第二金属光学结构与这些狭缝的其中一个重叠。
本发明提供一种形成像素结构的方法，其包含：在基板上形成闸极及共同电极；在闸极上形成闸极绝缘层；图案化闸极绝缘层以形成多个沟槽；形成源极、漏极及多个金属光学结构，其中各金属光学结构位于多个沟槽的其中一个中，源极及漏极位于闸极绝缘层上；以及在多个金属光学结构上形成像素电极。
在本发明的一实施例中，图案化闸极绝缘层以形成多个沟槽的步骤是借由灰阶光罩进行。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：本发明的像素结构及其形成方法，金属光学结构具有散射到达像素结构的光线的功能，因此，当此像素结构设置于液晶显示器中时，能够有效增加背光源利用率，进而提升液晶显示器的辉度。
附图说明
本发明上述和其他实施例、特征及其他优点参照说明书内容并配合附加图式得到更清楚的了解，其中：
图1是根据本发明的一实施方式所绘示的形成像素结构的流程图；
图2A至图2D是根据本发明的一实施方式所绘示的像素结构在工艺各个阶段中的剖面示意图；
图3A绘示图2D中的像素电极的俯视示意图；
图3B绘示图2D中的源极、漏极和金属光学结构的俯视示意图；
图3C绘示图2D中的闸极绝缘层的俯视示意图；
图4是根据本发明的一实施方式所绘示的液晶显示器的局部剖面示意图；
图5是根据本发明的一实施方式所绘示的金属光学结构的剖面示意图；以及
图6A至图6E是根据本发明的一实施方式所绘示的像素结构的局部剖面示意图。
具体实施方式
以下将以图式公开本发明的多个实施方式，为明确说明起见，许多实务上的细节将在以下叙述中一并说明。然而，应了解到，这些实务上的细节不应用以限制本发明。此外，为简化图式起见，一些现有惯用的结构与元件在图式中将以简单示意的方式绘示。
为了解决液晶显示器中的黑纹问题，本发明提供一种像素结构及其形成方法。在闸极绝缘层中埋设金属光学结构时，由于金属光学结构具有散射到达像素结构的光线的功能，因此，当此像素结构设置于液晶显示器中时，金属光学结构能够有效增加背光源利用率，进而提升液晶显示器的辉度。
本发明提供一种形成像素结构的方法，请同时参阅图1和图2A至图2D。图1是根据本发明的一实施方式所绘示的形成像素结构的方法100。方法100包含操作110、操作120、操作130以及操作140。图2A至图2D是根据本发明的一实施方式所绘示的像素结构200在工艺各个阶段中的剖面示意图。虽然下文中利用一系列的操作或步骤来说明在此公开的方法，但是这些操作或步骤所示的顺序不应被解释为本发明的限制。例如，某些操作或步骤可以按不同顺序进行及/或与其它步骤同时进行。此外，并非必须执行所有绘示的操作、步骤及/或特征才能实现本发明的实施方式。此外，在此所述的每一个操作或步骤可以包含多个子步骤或动作。
在操作110，如图2A所示，在基板210上形成闸极220、储存电容电极222和共同电极224。储存电容电极222电性连接共同电极224。
在操作120，如图2B所示，形成闸极绝缘层230覆盖闸极220、储存电容电极222和共同电极224，图案化闸极绝缘层230以形成多个沟槽232，并在闸极绝缘层230上形成主动层240。更详细地说，多个沟槽232是位于共同电极224上，且暴露出内侧表面234，主动层240是位于闸极220上。在一实施方式中，图案化闸极绝缘层230以形成这些沟槽232是借由灰阶光罩进行。值得注意的是，在传统形成像素结构的工艺中，本来就需要利用光罩对于闸极绝缘层进行图案化工艺，而本发明利用灰阶光罩取代传统工艺中的光罩，因此可以同时对于闸极绝缘层230进行传统工艺中所需的图案化工艺，并且形成沟槽232，因此，形成沟槽232的步骤能够整合到传统工艺中的步骤中，而不会增加传统工艺中所需的光罩数目。
在操作130，如图2C所示，在主动层240上形成源极252、漏极254，并形成多个金属光学结构256，各金属光学结构256位于这些沟槽232的其中一个中。其中在一实施方式中，同时形成源极252、漏极254及金属光学结构256，因此源极252及漏极254的材料与金属光学结构256的材料相同，由于形成金属光学结构256的步骤能够整合到传统工艺的形成源极及漏极的步骤中，因此，形成金属光学结构256的步骤并不会使现有的形成像素结构的方法变得更为复杂。
在操作140，如图2D所示，形成保护层260覆盖源极252、漏极254、闸极绝缘层230及金属光学结构256，并在保护层上形成像素电极270，且电性连接漏极254。保护层260有经过图案化，因此能够暴露出漏极254，使得漏极254与像素电极270能够直接接触。通过进行上述操作110至140，形成像素结构200。在一实施方式中，像素电极270的材料可为氧化铟锡。
请参阅图2D，在像素结构200中，闸极220、储存电容电极222和共同电极224配置于基板210上。闸极绝缘层230位于闸极220、储存电容电极222和共同电极224上。多个金属光学结构256埋设于闸极绝缘层230中。主动层240配置于闸极绝缘层230上。源极252及漏极254配置于主动层240上。闸极220、主动层240、源极252和漏极254构成薄膜电晶体。保护层260位于源极252、漏极254、闸极绝缘层230及金属光学结构256上，像素电极270位于保护层260上，且电性连接漏极254，共同电极224位于金属光学结构256下。值得注意的是，多个金属光学结构256位于共同电极224和像素电极270之间。
当像素结构200设置于液晶显示器中时，可以通过薄膜电晶体、共同电极224和像素电极270调控液晶分子的排列，以控制光线的穿透率。当光线到达闸极绝缘层230时，金属光学结构256能够散射光线，因此，能够改善黑纹问题，有效增加背光源利用率，进而提升液晶显示器的辉度。在一实施方式中，本发明的像素结构200为像素阵列基板的像素单元，像素阵列基板包含多条资料线、多条扫描线和像素结构200，资料线与扫描线绝缘相交以定义出多个像素区域，由闸极220、主动层240、源极252和漏极254所构成的薄膜电晶体设置于资料线和扫描线的相交处，闸极220电性连接至扫描线，源极252电性连接至资料线，漏极254电性连接至像素电极270，共同电极224、金属光学结构256和像素电极270配置于像素区域中。
在一实施方式中，金属光学结构256的材料为钼(Mo)、铝(Al)、钛(Ti)、钽(Ta)、铜(Cu)、锡(Sn)、镍(Ni)、金(Au)、银(Ag)、钨(W)、铬(Cr)铂(Pt)、合金或其组合。在一实施方式中，金属光学结构256为单层金属层或是金属叠层。
如图2D所示，闸极绝缘层230具有多个沟槽232，各金属光学结构256位于这些沟槽232的其中一个中，这些金属光学结构256填满闸极绝缘层230的多个沟槽232，完全覆盖沟槽232的内侧表面234。虽然图2D所示的沟槽232形状为倒梯形，但并不以此为限，因为任何形状的沟槽中所形成的金属光学结构皆会具有散射光线的功能。
图3A绘示图2D中的像素电极270的俯视示意图。像素电极270包含多个条状电极272，且相邻的两个条状电极272之间具有狭缝274。图3A的像素电极270为一种实施例的狭缝电极，但本发明并不限于此，像素电极270可以为各种具有梳状结构的狭缝电极。传统上，狭缝电极能够改善色移的问题，且能够扩大视角。
图3B绘示图2D中的源极252、漏极254和金属光学结构256的俯视示意图。将图3A及图3B重叠后，可以看出这些金属光学结构256与这些条状电极272平行排列。更详细地说，金属光学结构256与条状电极272的其中一条重叠，且与狭缝274的其中一个重叠。如同背景技术所述，在观看液晶显示器时，黑纹常出现在条型电极的上方以及相邻两条型电极之间狭缝的上方，因此，由于在黑纹可能发生的位置附近，光线本来就不易穿透，因此将金属光学结构256设置于黑纹可能发生的位置下，所遮蔽的光线较少。因此，本发明的具有金属光学结构256的像素结构200可以用以解决各种显示器中所发生的黑纹问题，并维持狭缝电极原本所具有的低色偏、高对比和广视角的优点。
图3C绘示图2D中的闸极绝缘层230的俯视示意图。闸极绝缘层230具有多个沟槽232以供金属光学结构256填入。
图4是根据本发明的一实施方式所绘示的液晶显示器的局部剖面示意图。液晶显示器包含像素结构200的元件、偏光片410、增亮膜420、背光源430、彩色层440、盖板450、液晶分子470。为了简化说明，在图4的局部剖面示意图中仅绘示出部分的像素结构200的元件。金属光学结构256包含第一金属光学结构256A以及第二金属光学结构256B。在垂直基板210的一方向d上，第一金属光学结构256A与条状电极272的其中一条重叠，第二金属光学结构256B与狭缝274的其中一个重叠。当光460从背光源430发射出来，穿过增亮膜420、偏光片410、基板210、共同电极224和闸极绝缘层230之后，光460会被金属光学结构256散射，经由金属光学结构256的侧壁所反射的光线能够穿过金属光学结构256之间的空隙出射，而经由金属光学结构256的底部所反射的光线会到达增亮膜420，被增亮膜420反射后再度出射，而增加了背光源利用率，进而提升液晶显示器400的辉度。在一实施方式中，条状电极272的宽度大于该些金属光学结构256的宽度。在一实施方式中，液晶显示器为边缘场切换液晶显示器。
图5是根据本发明的一实施方式所绘示的金属光学结构256的剖面示意图，其剖面形状为倒梯形。在一实施方式中，金属光学结构256的底部宽度D为1微米至3微米。在一实施方式中，金属光学结构256的侧壁与上表面之间具有一夹角θ，夹角θ为45度至80度。
图6A至图6E是根据本发明的一实施方式所绘示的像素结构的局部剖面示意图。如图6A所示，沟槽232a的剖面形状为倒梯形，各金属光学结构256a覆盖闸极绝缘层230的各沟槽232a的内侧表面234a，但未填满各沟槽232a，以在各金属光学结构235a上形成凹口510，凹口510被保护层260填满。如图6B所示，沟槽232b的剖面形状为阶梯形，各金属光学结构256b覆盖闸极绝缘层230的各沟槽232b的内侧表面234b，但未填满各沟槽232b，以在各金属光学结构235b上形成凹口520，凹口520被保护层260填满。如图6C所示，沟槽232c的剖面形状为半椭圆形，各金属光学结构256c覆盖闸极绝缘层230的各沟槽232c的内侧表面234c，但未填满各沟槽232c，以在各金属光学结构235c上形成凹口530，凹口530被保护层260填满。
如图6D所示，沟槽232d包含大小不一的半椭圆形沟槽，金属光学结构256d覆盖闸极绝缘层230的各沟槽232d的内侧表面234d。如图6E所示，沟槽232d包含大小不一的倒梯形沟槽，金属光学结构256e填满闸极绝缘层230的沟槽232e。本发明的金属光学结构的形状是由沟槽的形状所决定，因此，可以根据不同的设计需求，将金属光学结构设计成各种不同的大小和形状，也可以在基板之中同时埋设不同形状的金属光学结构。利用本发明的形成像素结构的方法，金属光学结构能够被弹性地设计，以达到最佳的降低黑纹且提高液晶显示器辉度的效果。
综上所述，本发明提供一种像素结构及其形成方法，金属光学结构具有散射到达像素结构的光线的功能，因此，当此像素结构设置于液晶显示器中时，能够有效增加背光源利用率，进而提升液晶显示器的辉度。此外，形成金属光学结构的步骤也能够整合到现有的形成像素结构的工艺中，并且本发明的方法能够轻易地通过调整金属光学结构的结构，最佳化地提高液晶显示器的辉度和对比度。
虽然本发明已经以实施方式公开如上，以上所述仅为本发明的优选实施例，并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种变动与修饰，皆应属本发明的涵盖范围，因此本发明的保护范围当视权利要求所界定者为准。
Claims (10)
1.一种像素结构，其特征在于，所述像素结构包含：
闸极，其配置于基板上；
闸极绝缘层，其位于所述闸极上；
源极及漏极，其配置于所述闸极绝缘层上；
多个金属光学结构，其埋设于所述闸极绝缘层中；
像素电极，其电性连接所述漏极，且配置于所述多个金属光学结构上；以及
共同电极，其配置于所述多个金属光学结构下。
2.如权利要求1所述的像素结构，其特征在于，所述闸极绝缘层具有多个沟槽，各所述金属光学结构位于所述多个沟槽的其中一个中。
3.如权利要求2所述的像素结构，其特征在于，所述多个金属光学结构填满所述闸极绝缘层的所述多个沟槽。
4.如权利要求2所述的像素结构，其特征在于，各所述金属光学结构覆盖所述闸极绝缘层的各所述沟槽的内侧表面，但未填满各所述沟槽，以在各所述金属光学结构上形成凹口。
5.如权利要求2所述的像素结构，其特征在于，所述沟槽的剖面形状为倒梯形、阶梯形、半椭圆形或其组合。
6.如权利要求1所述的像素结构，其特征在于，所述源极及所述漏极的材料与所述多个金属光学结构的材料相同。
7.如权利要求1所述的像素结构，其特征在于，所述像素电极包含多个条状电极，且相邻的两个所述条状电极之间具有狭缝，所述多个金属光学结构与所述多条状电极平行排列。
8.如权利要求7所述的像素结构，其特征在于，所述多个金属光学结构包含至少一个第一金属光学结构以及至少一个第二金属光学结构，且其中在垂直所述基板的一方向上，所述第一金属光学结构与所述多条状电极的其中一条重叠，所述第二金属光学结构与所述狭缝的其中一个重叠。
9.一种形成像素结构的方法，其特征在于，所述形成像素结构的方法包含：
在基板上形成闸极及共同电极；
在所述闸极上形成闸极绝缘层；
图案化所述闸极绝缘层以形成多个沟槽；
形成源极、漏极及多个金属光学结构，其中各所述金属光学结构位于所述多个沟槽的其中一个中，所述源极及所述漏极位于所述闸极绝缘层上；以及
在所述多个金属光学结构上形成像素电极。
10.如权利要求9所述的形成像素结构的方法，其特征在于，图案化所述闸极绝缘层以形成所述多个沟槽的步骤是借由灰阶光罩进行。
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