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CN111552132A - 一种应用在投影面板上的像素结构及投影面板 - Google Patents

一种应用在投影面板上的像素结构及投影面板 Download PDF

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CN111552132A CN202010244322.6A CN202010244322A CN111552132A CN 111552132 A CN111552132 A CN 111552132A CN 202010244322 A CN202010244322 A CN 202010244322A CN 111552132 A CN111552132 A CN 111552132A
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Abstract

本发明公开了一种应用在投影面板上的像素结构及投影面板。所述的投影面板包括基板、设置在基板上的子像素阵列、第一信号线和第二信号线；所述的第一信号线至少包括一条列数据线，所述的第二信号线至少包括一条行扫描线；所述的子像素阵列由多个像素结构排列得到。所述的像素结构设于基板上，所述的像素结构包括驱动晶体管、透明缓冲绝缘层、像素电极、液晶模组和对置极板，所述驱动晶体管为透明驱动晶体管。透明驱动晶体管以ZnO(氧化锌)作为有源层材料，在可见光下能够保持性能的稳定，因此可以将驱动晶体管置于像素电极下方，光线直接穿过驱动晶体管，从而提高像素点的开口率，而且有利于提高投影亮度。

Description

一种应用在投影面板上的像素结构及投影面板
技术领域
本发明涉及投影面板技术领域，尤其涉及一种应用在投影面板上的像素结构及投影面板。
背景技术
目前常用的投影面板根据技术不同可分为LCD(Liquid Crystal Display：液晶显示)、DLP(Digital Light Processing：数字光处理)、LCOS(Liquid Crystal on Silicon：硅基液晶)三种，其中LCD发展时间最为悠久，技术也相对比较成熟，在价格和图像效果上具有优势。
常用LCD面板中，像素点由TFT(Thin Film Transistor：薄膜晶体管)驱动，目前采用的TFT多为HTPS(High Temperature Poly-Silicon：高温多晶硅)TFT，这种TFT不具有良好的透光性，并且在光照条件下会产生漏电流，因此在像素结构中，通常采用遮光板将TFT区域遮盖起来。由于部分光线被遮挡，投影亮度会下降，并且由于被遮盖的TFT区域占据了一部分像素面积，这会带来开口率的下降。
随着投影面板分辨率的提高，面板上每个像素面积也会相应减小，但是由于晶体管的工艺的限制，很难将晶体管进一步缩小，因此，晶体管会占据像素点相当一部分面积，对于面积小于80um2的像素，晶体管所占面积往往大于20％。因此对于高分辨率的投影面板，由晶体管引起的投影亮度的降低和开口率减小效果更加显著。在实际投影效果中表现为画面出现纱窗感。
发明内容
针对以上问题，本发明提供了一种应用在投影面板上的像素结构及投影面板，通过有效利用每个像素结构的驱动晶体管面积，能够显著提高投影面板的开口率和投影亮度。
本发明采用以下技术方案实现：
一种应用在投影面板上的像素结构，所述的像素结构设于基板上，所述的像素结构包括：驱动晶体管、透明缓冲绝缘层、像素电极、液晶模组和对置极板；所述驱动晶体管为透明驱动晶体管；
所述像素电极设于驱动晶体管上方，用于覆盖整个驱动晶体管；所述的像素电极与驱动晶体管之间通过透明缓冲绝缘层进行隔绝。
上述技术方案中，进一步地，所述的透明缓冲绝缘层，其材料为Al2O3(三氧化二铝)、AlN(氮化铝)、SiN(氮化硅)和SiO2(二氧化硅)透明绝缘材料中的一种或多种，其厚度不小于50nm。
进一步地，所述驱动晶体管包括：自下而上依次设置在所述基板上的源极和漏极、有源层、介电层、栅极；所述源极和漏极位于同一层，有源层与源极漏极相接，有源层通过介电层与栅极进行隔绝；所述栅极在基板上的投影覆盖住源极和漏极之间的有源层面积。
所述驱动晶体管的源极和漏极是对称结构，哪端为源极哪端为漏极由所加电压决定，有些液晶模组可以高电平点亮，有些可以低电平点亮，因此，像素电极既可连接到晶体管的源极也可以连接到漏极。在这里用第一电极和第二电极来代指驱动晶体管的源极和漏极。所述的第一电极和第二电极可以为源极或漏极。
更进一步地，所述的驱动晶体管是以下结构中的一种：水平沟道型、垂直沟道型、共平面电极型、交错电极型。
更进一步地，所述驱动晶体管的有源层的材料为金属氧化物半导体，所述的金属氧化物半导体至少是以下氧化物中的一种：氧化锌、氧化铟、氧化铜、氧化锡，或者是由以下两种或两种以上的元素组成的复合氧化物：锌、铟、锡、镓、钛、铝、银或铜；
所述的有源层中金属氧化物半导体可以是非晶、多晶或单晶结构。
更进一步地，所述驱动晶体管的介电层包括第一介电层和第二介电层，第一介电层与有源层相接触，第二介电层位于第一介电层上端；
所述介电层的材料Al2O3(三氧化二铝)、AlN(氮化铝)、SiN(氮化硅)、SiO2(二氧化硅)等透明绝缘材料中的一种，或者其他的透明介电材料，如AlN(氮化铝)。
更进一步地，所述的第一电极、第二电极和栅极为ZnO(氧化锌)、ITO(氧化铟锡)、IZO(氧化铟锌)、AZO(掺铝氧化锌)、SnO2(二氧化锡)、In2O3(三氧化二铟)等透明导电薄膜中的一种或多种，所述透明导电薄膜也可以为上述金属氧化物与金、铜、银、铝、锡等金属的复合材料，如OMO(氧化物-金属-氧化物)结构。
本发明还提供一种投影面板，所述投影面板包括：基板、以及设置在所述基板上的子像素阵列、第一信号线和第二信号线，所述的第一信号线至少包括一条列数据线，第二信号线至少包括一条行扫描线。所述的子像素阵列中由上述的像素结构排列得到。
上述技术方案中，进一步地，所述像素结构的面积小于80um2，驱动晶体管所占面积大于像素结构面积的20％，任意两个相邻像素电极之间的间距小于2um，针对此种类型的像素结构，本发明产生的效益能较为明显。
上述技术方案中，进一步地，所述的第一信号线和第二信号线的材料可以是铜、金等金属导电材料，石墨烯、ITO等透明导电氧化物薄膜，也可以是上述多种材料的复合结构；所述金属可以是薄膜、纳米线、metal-mash(金属网格)等结构中的一种或多种；
当第一信号线和第二信号线的材料是透明导电薄膜时，由于透明导电薄膜并不会阻挡光线，因此可以将透明导电薄膜部分拓宽，与像素驱动极板在基板上的投影产生重叠。这样可以在不降低其开口率的情况下，尽可能降低走线电阻。
本发明的有益效果在于：
由于透明驱动晶体管具有良好的透光性，并且在光照条件下能保持性能的稳定，因此，光线能够直接穿过晶体管，从而使整个像素点的面积都可以有效利用起来，从而提高像素点的开口率。尤其对于高分辨率的显示面板，由于高分辨率投影面板的像素点面积往往较小，驱动晶体管往往占据更大的像素比例，采用新型像素结构，能对投影面板开口率有一个较大的提升。除此之外，由于新型像素结构有更大的面积通过光线，投影亮度也会有所提升。
附图说明
图1为一种新型的投影显示面板电路示意图；
图2为像素结构中所使用的晶体管剖面结构示意图；
图3为单个新型的像素点结构示意图；
图4为新型的像素点阵列示意图；
图5a为走线为金属时单个像素点结构示意图；
图5b为走线为金属时像素点阵列图；
图6a为走线为ITO时单个像素点结构示意图；
图6b为走线为ITO时像素点阵列图；
图7a为走线为ITO-金属复合结构时单个像素点结构示意图；
图7b为走线为ITO-金属复合结构时像素点阵列图；
图8为ITO-金属复合结构剖面结构示意图；
其中，1：第一信号线、11：材质为金属的第一信号线、12：材质为透明导电薄膜的第一信号线、13：第一信号线上的金属、2：第二信号线、21：材质为金属的第二信号线、22：材质为透明导电薄膜的第二信号线、23：第二信号线上的金属、3：驱动晶体管、31：第一电极、32：有源层、33：第一介电层、34：第二介电层、35：第二电极、36：栅极、4：像素电极、5：通孔、51：第一通孔、52：第二通孔、53：第三通孔、6：基板、7：像素结构、8：对置极板、9：液晶模组、10：透明缓冲绝缘层。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，兹列举较佳实施例并结合附图对本发明作进一步的详细描述。
本发明提供一种应用在投影面板上的像素结构及投影面板，如图1所示，该投影面板包括基板6，第一信号线1和第二信号线2，以及设置在所述基板上的子像素阵列。所述的子像素阵列中由多个像素结构7排列得到，任意两个相邻像素电极之间的间距小于2um。
如图2所示，每个像素结构包括：制备在基板上的驱动晶体管3，透明缓冲绝缘层10，像素点驱动面板4，液晶模块9以及对置极板8。其中，所述驱动晶体管3包括第一电极31、第二电极35、有源层32、第一介电层33、第二介电层34以及栅极36。所述驱动晶体管3的有源层32在基板6上的投影区域，与第二电极35和第一电极31在基板6上的投影区域存在重叠和非重叠的部分。所述有源层32在基板6上的投影区域，与栅极36在基板6上的投影区域存在重叠和非重叠的部分。其中，所述透明缓冲绝缘层10淀积在驱动晶体管3之上，起到隔绝像素电极4的电学干扰和保护驱动晶体管3的作用，像素电极4位于透明缓冲绝缘层10之上，通过第一通孔51与驱动晶体管3的第二电极35相连，像素电极覆盖住驱动晶体管3，从而保证开口率。所述像素结构的面积小于80um2，驱动晶体管所占面积大于像素结构面积的20％。
如图3所示为单个像素点结构7示意图。第一信号线1与驱动晶体管3的第一电极33相连，第二信号线2与驱动晶体管3的栅极36相连。在此基础上，如图4所示，将单个像素结构7在基板6上依次排列，形成阵列结构，为了更大利用投影面板上的面积，像素电极之间的间距一般要小于2um。在另一些实施例中，也可以将像素点交错排列。
所述驱动晶体管3的制备方法如下：
在基板6上形成第一电极31和第二电极35，通过光刻刻蚀等工艺图形化。所述第一电极31和第二电极35材料为透明导电薄膜ITO。第一信号线1可以与第一电极31同层，也可以另起一层，通过第二通孔52与驱动晶体管3的第一电极31相连。
在形成第一电极31之后，形成有源层32。所述有源层材料为ZnO(氧化锌)，或IGZO(氧化铟镓锌)等透明半导体材料。
在形成有源层32后马上形成一层较薄的第一介电层33，有源层32和第一层介电层33可以一起图形化，这样可以保护有源层32在制备过程中不被空气所影响。
在形成有源层32和第一层介质层33后，再形成一层较厚的第二介电层34，起隔绝有源层32和栅极36的主要作用。介电层材料为Al2O3或者其他透明绝缘材料。
在形成两层介电层之后，再形成一层栅极36并图形化，栅极36材料是透明导电薄膜ITO。第二信号线2可以与栅极36位于同层，也可以另起一层，通过第三通孔53与驱动晶体管3的栅极36相连。在图形化栅极时，选择lift-off(剥离)工艺，这样可以避免刻蚀对下层结构的损伤。
至此，驱动晶体管3的制备完成，在制备完驱动晶体管3后，在驱动晶体管3上制备像素电极4，制备过程如下：
在形成栅极36之后，淀积一层较厚的透明缓冲绝缘层10，第一可以保护驱动晶体管3，第二可以减小像素电极4与驱动晶体管3之间的寄生电容，减小像素电极4对驱动晶体管3的电学干扰。
在形成透明缓冲绝缘层10之后，进行光刻刻蚀，刻出所述第一通孔51。
在刻出第一通孔51之后，淀积一层ITO作为像素电极4并图形化。
在另一些实施例中，薄膜晶体管3还可以是是以下结构：水平、垂直沟道型，共平面电极型，交错电极型。
在另一些实施例中，除了使用单个晶体管驱动像素点，还可以使用2T1C、3T1C等多个驱动晶体管的驱动电路来驱动像素点。
可选地，本发明实例提供的信号线可以是透明导电薄膜ITO、mental-mesh，也可以是金属，或者是金属和ITO的复合结构。所述金属可以选自铝(Al)、金(Au)、铜(Cu)等金属中的一种或多种。
如图5a所示，当走线为金属(即信号线选择与源漏极不同的材料)时，材质为金属的第一信号线11与驱动晶体管3的第一电极31通过第二通孔52连接，材质为金属的第二信号线21与栅极36通过第三通孔53进行连接，信号线位于像素点之间，线宽小于10um，保证投影面板的开口率。在此基础上形成的阵列结构如图5b所示。
如图6a所示，图中12为材质为透明导电薄膜的第一信号线，22为材质为透明导电薄膜的第二信号线。当信号线的材料是ITO或mental-mesh等透明导电薄膜时，信号线电阻较大，为了减小信号线的电阻，可以将材质为透明导电薄膜的第一信号线12和材质为透明导电薄膜的第二信号线22线宽进行拓宽至与像素点发生重叠。由于信号线是透明导电薄膜，所以并不会遮挡光线，不会对开口率造成影响。在此基础上形成的阵列结构如图6b所示。
如图7a所示，为了进一步减小信号线的电阻，信号线可以是金属与透明导电薄膜的叠加在一起的双层结构，如图中13为第一信号线上的金属，23为第二信号线上的金属，透明导电薄膜与金属组成双层结构。在此基础上形成的阵列结构如图7b所示。
图8是ITO-金属复合结构剖面结构示意图，此时信号线是由金属与透明导电薄膜叠加在一起的双层结构，金属与ITO通过通孔进行连接。金属位于像素点之间，同时为了尽量减小电阻，ITO可以扩展至与像素点在面板上的投影重叠。

Claims (10)

1.一种应用在投影面板上的像素结构，其特征在于，所述的像素结构设于基板上，所述的像素结构包括：驱动晶体管、透明缓冲绝缘层、像素电极、液晶模组和对置极板；所述驱动晶体管为透明驱动晶体管；
所述像素电极设于驱动晶体管上方，用于覆盖整个驱动晶体管；
所述的透明缓冲绝缘层设于像素电极与驱动晶体管之间。
2.根据权利要求1所述的应用在投影面板上的像素结构，其特征在于，所述的透明缓冲绝缘层的材料为三氧化二铝、氮化铝、氮化硅和二氧化硅透明绝缘材料中的一种或多种，其厚度不小于50nm。
3.根据权利要求1所述的应用在投影面板上的像素结构，其特征在于，所述的驱动晶体管包括自下而上依次设置在基板上的源极和漏极、有源层、介电层、栅极，所述源极和漏极位于同一层，有源层与源极漏极相接，有源层通过介电层与栅极进行隔绝，所述栅极在基板上的投影覆盖住源极和漏极之间的有源层面积；所述像素电极与驱动晶体管的源极或漏极通过通孔相连。
4.根据权利要求1或3所述的应用在投影面板上的像素结构，其特征在于，所述的驱动晶体管是以下结构中的一种：水平沟道型、垂直沟道型、共平面电极型、交错电极型。
5.根据权利要求3所述的应用在投影面板上的像素结构，其特征在于，所述驱动晶体管的有源层的材料为金属氧化物半导体，所述的金属氧化物半导体至少是以下氧化物中的一种：氧化锌、氧化铟、氧化铜、氧化锡，或者是由以下两种或两种以上的元素组成的复合氧化物：锌、铟、锡、镓、钛、铝、银或铜；
所述的有源层中金属氧化物半导体可以是非晶、多晶或单晶结构。
6.根据权利要求3所述的应用在投影面板上的像素结构，其特征在于，所述驱动晶体管的介电层包括第一介电层和第二介电层，第一介电层与有源层相接，第二介电层位于第一介电层上端；
所述介电层的材料为三氧化二铝、氮化铝、氮化硅、二氧化硅透明绝缘材料中的一种。
7.根据权利要求3所述的应用在投影面板上的像素结构，其特征在于，所述驱动晶体管的源极、漏极和栅极为氧化锌、氧化铟锡、氧化铟锌、掺铝氧化锌、二氧化锡、三氧化二铟透明氧化物导电薄膜中的一种或多种，或者上述金属氧化物与金、铜、银、铝、锡金属的复合材料。
8.一种投影面板，其特征在于，包括基板、设置在所述基板上的子像素阵列、第一信号线和第二信号线；所述的第一信号线至少包括一条列数据线，所述的第二信号线至少包括一条行扫描线；所述的子像素阵列由多个如权利要求1-7任一项所述的像素结构排列得到。
9.根据权利要求8所示为的投影面板，其特征在于，所述像素结构的面积小于80um2，驱动晶体管所占面积大于像素结构面积的20％，任意两个相邻的像素电极之间的间距小于2um。
10.根据权利要求8所述的投影面板，所述的第一信号线和第二信号线的材料为金属、透明导电氧化物薄膜、或金属和透明导电氧化物薄膜的复合结构；
所述金属为薄膜、纳米线、金属网格结构中的一种或多种；
当第一信号线和第二信号线的材料为透明导电氧化物薄膜时，第一信号线和第二信号线可拓宽至与像素电极在基板上的投影产生重叠。
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