CN105319702A - 显示装置与其制造方法 - Google Patents

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刘侑宗
李淂裕
黄建达
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Abstract

本发明公开一种显示装置与其制造方法。显示装置包括:基板，其中该基板包括显示区与位于该显示区外侧的边框区；第一金属层，位于该基板的显示区与该边框区之上，其中位于该边框区的第一金属层作为周边栅极及走线，位于该显示区的第一金属层作为像素栅极及黑色矩阵；第一绝缘层，位于该第一金属层之上；主动层，位于该第一绝缘层之上；第二金属层，位于该主动层之上，其中位于该边框区的该周边栅极、该第一绝缘层、该主动层与该第二金属层构成一周边薄膜晶体管元件，位于该显示区的该像素栅极、该第一绝缘层、该主动层与该第二金属层构成像素薄膜晶体管元件；像素电极层，位于第二金属层之上并位于显示区；以及干涉量测调节器位于像素电极层之上。

Description

显示装置与其制造方法
技术领域
本发明涉及一种显示装置，且特别是涉及一种主动式阵列干涉量测调节器显示装置(activematrixinterferometricmodulator(IMOD)displaydevice)。
背景技术
随着科技的进步，各种的显示器已广泛地应用于许多电子产品中。在各种显示器中，液晶显示器(liquidcrystaldisplay)由于具有轻、低消耗功率、无辐射等优点，目前已应用于各种个人电脑、个人数字助理(personaldigitalassistant,PDA)、手机、电视等。
液晶显示器的基本原理是利用液晶的偏光性(polarization)控制背光源通过滤光片(colorfilter)后光穿透的强度。然而，光经过滤光片之后，光的强度会降低。因此，一种新颖的微机电显示器(Microelectro-mechanicalsystem,MEMSdisplay)开始发展。
在各种微机电显示器中，干涉量测调节器(interferometricmodulator)具有低耗电与广视角等优点而受到重视。干涉量测调节器由两片平行的反射面夹着气隙所组成，当光线照射此结构时，部分的光向上反射，部分的光穿过半透明的上反射面进入气隙，在内部反射。因此，可通过光波的干涉而产生各种颜色的光。
然而，目前的干涉量测调节器(interferometricmodulator,IMOD)显示装置发展尚未成熟，仍面临许多挑战。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供一种显示装置，包括:一基板，其中该基板包括一显示区与位于该显示区外侧的一边框区；一第一金属层，位于该基板的该显示区与该边框区之上，其中位于该边框区的该第一金属层作为一周边栅极及一走线，位于该显示区的该第一金属层作为一像素栅极及一黑色矩阵；一第一绝缘层，位于该第一金属层之上；一主动层，位于该第一绝缘层之上；一第二金属层，位于该主动层之上，其中位于该边框区的该周边栅极、该第一绝缘层、该主动层与该第二金属层构成一周边薄膜晶体管元件，位于该显示区的该像素栅极、该第一绝缘层、该主动层与该第二金属层构成一像素薄膜晶体管元件；一像素电极层，位于该第二金属层之上并位于该显示区；以及一干涉量测调节器(interferometricmodulator,IMOD)位于该像素电极层之上。
本发明还提供一种显示装置的制造方法，包括以下步骤:提供一基板，其中该基板包括一显示区与位于该显示区外侧的一边框区；形成一第一金属层于该基板的显示区与该边框区之上，其中位于该边框区的该第一金属层作为一周边栅极及一走线，位于该显示区的该第一金属层作为一像素栅极及一黑色矩阵；形成一第一绝缘层于该第一金属层之上；形成一主动层于该第一绝缘层之上；形成一第二金属层于该主动层之上，其中位于该边框区的该周边栅极、该第一绝缘层、该主动层与该第二金属层构成一周边薄膜晶体管元件，位于该显示区的该像素栅极、该第一绝缘层、该主动层与该第二金属层构成一像素薄膜晶体管元件；形成一像素电极层于该第二金属层之上；以及形成一干涉量测调节器(interferometricmodulator,IMOD)于该像素电极之上。
附图说明
图1为本发明一实施例显示装置的剖视图；
图2A-图2L为本发明一实施例显示装置的制造方法于各个制作工艺阶段的剖视图。
符号说明
10～显示区
11～像素驱动区
12～开口区
20～边框区
21～周边驱动区
22～线路区
100～显示装置
200～像素薄膜晶体管元件
202～基板
204～第一金属层
206～第一绝缘层
207～穿孔(viahole)
208～主动层(有源层)
210～第二金属层
300～干涉量测调节器(IMOD)
302～第二绝缘层
304～像素电极层
306～静止层
307～沟槽
308～牺牲层
310a～第一支撑层
310b～第二支撑层
311～孔洞
312a～第一可移动反射层(movablereflectivelayer)
312b～第二可移动反射层
350～光学间隙
H1、H2、H3～高度
400～周边薄膜晶体管元件
500～走线
具体实施方式
以下特举本发明的实施例，并配合所附的附图作详细说明，而在附图或说明中所使用的相同符号表示相同或类似的部分，且在附图中，实施例的形状或是厚度可扩大，并以简化或是方便标示。再者，附图中各元件的部分将以分别描述说明之，值得注意的是，附图中未绘示或描述的元件，为所属技术领域中具有通常知识者所知的形状，另外，特定的实施例仅为揭示本发明使用的特定方式，其并非用以限定本发明。
本发明提供一种显示装置与其制造方法。图1显示本发明一实施例的显示装置100的剖视图。显示装置100为一种主动式阵列干涉量测调节器显示装置(activematrixinterferometricmodulator(IMOD)displaydevice)，其包括像素薄膜晶体管元件200与干涉量测调节器(interferometricmodulator,IMOD)300。
显示装置200包括基板202，且基板202包括显示区10与位于显示区10外侧的边框区20，其中像素薄膜晶体管元件200与干涉量测调节器(interferometricmodulator,IMOD)300形成于显示区10中。周边薄膜晶体管元件400与走线500形成于边框区20中。
像素薄膜晶体管元件200包括第一金属层204、第一绝缘层206、主动层208与第二金属层210，其中第一金属层204在显示区10中又可称为像素栅极，而第二金属层210在显示区10中又可称为像素源极/漏极。
干涉量测调节器(IMOD)300包括静止层306、支撑层310a与310b、可移动反射层312a与312b，以及介于静止层306与可移动反射层310a之间的光学间隙(opticalgap)350。
如图1中所显示，光学间隙(opticalgap)350的高度会决定所反射光的颜色。在一些实施例中，显示装置100中至少有三个光学间隙350，分别对应红光(R)、绿光(G)、蓝光(B)，且每个光学间隙350各自具有不同高度H1、H2、H3。在一些实施例中，光学间隙350的高度H1大于H2，且高度H2大于高度H3。
周边薄膜晶体管元件400包括第一金属层204、第一绝缘层206、主动层208与第二金属层210，其中第一金属层204在边框区20中又可称为周边栅极，而第二金属层210在边框区20中又可称为周边源极/漏极。
显示区10包括像素驱动区11及与像素驱动区11相邻的开口区12，其中像素薄膜晶体管元件200位于像素驱动区11中，而光学间隙350位于开口区12中。像素薄膜晶体管元件200与光学间隙350相邻但不重叠，故像素薄膜晶体管元件200不会遮蔽光学间隙350而影响开口率。
边框区20包括周边驱动区21及与周边驱动区21相邻的线路区22，其中周边薄膜晶体管元件400位于周边驱动区21中，走线500位于线路区22中，走线500包括第一金属层204。
图2A-图2L显示本发明一实施例显示装置的制造方法于各个制作工艺阶段的剖视图。
请参见图2A，提供基板202。基板202由透明的材料所组成，其材料包括乙烯对苯二甲酸酯(PET)、聚醚砜(PES)、聚丙烯酸酯(PAR)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、聚苯硫醚(PPS)、聚烯丙基(polyallylate)、聚碳酸酯(PC)、或其类似材料。在一些实施例中，基板202为硬质基板或可挠式基板。在一些实施例中，基板202为平面形状、曲面形状或其他不规则形状。
形成第一金属层204于基板202之上。第一金属层204的材料包括钼(Mo)、铝(Al)、铜(Cu)、钛(Ti)、铬(Cr)、钽(Ta)、上述的合金或上述的组合。在一些实施例中，第一金属层204由钼(Mo)/铝(Al)双层所组成。
在一些实施例中，先利用沉积制作工艺形成金属材料，之后利用光刻图案化(photolithographypatterning)制作工艺及蚀刻制作工艺形成第一电极层204。沉积制作工艺包括物理气相沉积法(PVD)、化学气相沉积法(CVD)或其他合适的制作工艺。光刻图案化制作工艺包括光致抗蚀剂涂布(例如，旋转涂布)、软烘烤(softbaking)、掩模对准(maskaligning)、曝光(exposure)、曝光后烘烤(post-exposurebaking)、显影光致抗蚀剂、冲洗、干燥(例如，硬烘烤)、其他合适的制作工艺及/或上述制作工艺的组合。蚀刻制作工艺包括干式蚀刻(dryetching)、湿式蚀刻(wetetching)及/或其他的蚀刻方法(例如，反应离子蚀刻(reactiveionetching))。
需注意的是，在显示区10的第一金属层204作为像素栅极及黑色矩阵，在边框区20的第一金属层204作为周边栅极及走线，因此，作为像素栅极的第一金属层204与作为黑色矩阵的第一金属层204具有相同高度，两者位于相同的水平面。在现有技术中，会分别形成黑色矩阵与像素栅极，因此，相较于先前技术，本案使用第一金属层同时作为黑色矩阵与像素栅极，因此，本案的制法可节省制作工艺步骤，进而达到节省制作工艺时间与成本。
形成第一金属层204之后，形成第一绝缘层206于第一金属层204之上与基板202之上。第一绝缘层206的材料包括氧化硅、氮化硅、氮氧化硅或上述的组合。在一些实施例中，第一绝缘层206由氧化硅所组成。
请参见图2B，形成第一绝缘层206之后，形成主动层208于第一绝缘层206之上。主动层208的材料包括非晶相硅(a-Si)、低温多晶硅(LTPS)、氧化铟镓锌(IndiumGalliumZincOxide,IGZO)、氧化铟锌(indiumzincoxide,IZO)或上述的组合。
请参见图2C，在线路区22中形成穿孔(viahole)207穿过第一绝缘层206。穿孔207的位置后续用于填充导电材料，以将显示区10或周边驱动区21所产生的信号传导出来。
请参见图2D，在显示区10与边框区20中，形成第二金属层210于主动层208之上。第二金属层210的材料包括钼(Mo)、铝(Al)、钽(Ta)、钨(W)、钛(Ti)、铜(Cu)、上述的合金或上述的组合。在一些实施例中，第二金属层210由钼(Mo)/铝(Al)/钼(Mo)三层材料所组成。在另一些实施例中，第二金属层210由钛(Ti)/铝(Al)/钛(Ti)三层材料所组成。在线路区22中，第二金属层210形成于穿孔207中。
在显示区10的第二金属层210作为像素源极/漏极(S/D)，在周边驱动区21的第二金属层210作为周边源极/漏极(S/D)，因此，作为像素源极/漏极(S/D)的第二金属层210与作为周边源极/漏极的第二金属层210具有相同高度，两者位于相同的水平面。
需注意的是，由第一金属层204所形成的像素栅极、第一绝缘层206、主动层208与第二金属层210于显示区10构成一像素薄膜晶体管元件200。由第一金属层204所形成的周边栅极、第一绝缘层206、主动层208与第二金属层210于周边驱动区21构成一周边薄膜晶体管元件400。
请参见图2E，形成第二绝缘层302于第二金属层210与第一绝缘层206之上。第二绝缘层302的材料包括无机或有机材料，例如氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、光致抗蚀剂或上述的组合。在一些实施例中，第一绝缘层206与第二绝缘层302由相同材料所组成，例如都由氧化硅(SiOx)所组成。
请参见图2F，在形成第二绝缘层302之后，形成沟槽307穿过第二绝缘层302，以暴露第二金属层210。接着，沿着沟槽307顺应性地形成像素电极层304，其中像素电极层304形成于暴露的第二金属层210之上。
像素电极层304由半穿透半反射的材料所组成，例如钼(Mo)或铬(Cr)。在一些实施例中，像素电极层304由钼铬合金所组成。
请参见图2G，形成像素电极层304之后，顺应性形成静止层306于像素电极层304之上与第二绝缘层302之上。静止层306可包括一或多层。静止层306的材料包括氧化硅(SiOx)、氧化铝(AlOx)或上述的组合。在一些实施例中，静止层306由氧化硅(SiOx)/氧化铝(AlOx)双层结构所组成。
请参见图2H，在形成静止层306之后，形成牺牲层308于静止层306与第二绝缘层302之上。牺牲层308的材料包括钼(Mo)、非晶硅或其他可蚀刻材料。在后续步骤中，当移除牺牲层308之后，会形成光学间隙。因此，如图1所示，为了得到具有不同高度的光学间隙，可依据实际应用需求而设计牺牲层308具有不同的厚度。
请参见图2I，形成牺牲层308之后，形成第一支撑层310a于静止层306与部分的牺牲层308之上。第一支撑层310a的材料包括氧化硅(SiOx)、氮氧化硅(SiON)或上述的组合。在一些实施例中，第一支撑层310a可以是单层或多层结构。在一些实施例中，第一支撑层310a由氧化硅(SiOx)/氮氧化硅(SiON)双层材料所组成。
请参见图2J，形成第一支撑层310a之后，形成第一可移动反射层(movablereflectivelayer)312a于第一支撑层310a之上与牺牲层308之上。第一可移动反射层(movablereflectivelayer)312a的材料包括铝(Al)、铜(Cu)、铬(Cr)、上述的合金或上述的组合。在一些实施例中，第一可移动反射层312a由铝铜合金所组成。
请参见图2K，形成第二支撑层310b于部分的第一可移动反射层312a之上，以暴露出部分的第一可移动反射层312a。第二支撑层310b的材料包括氧化硅(SiOx)、氮氧化硅(SiON)或上述的组合。在一些实施例中，第二支撑层310b可以是单层或多层结构。在一些实施例中，第二支撑层310b与第一支撑层310a的材料都由氧化硅(SiOx)/氮氧化硅(SiON)双层材料所组成。
请参见图2L，顺应性地形成第二可移动反射层312b于第二支撑层310b之上，其中第二可移动反射层312b电性接触暴露的第一可移动反射层312a。在一些实施例中，第二可移动反射层312b由铝铜合金所组成。
此外，在线路区22中，在第二绝缘层302之中形成孔洞311，并沿着孔洞形成第二可移动反射层312b。
之后，进行蚀刻制作工艺，以移除牺牲层308，留下光学间隙350。在一些实施例中，蚀刻制作工艺例如使用含氟的蚀刻剂(如XeF2)，以移除牺牲层308。由静止层306、第一支撑层310a、第二支撑层310b、第一可移动反射层312a、第二可移动反射层312b与光学间隙350构成干涉量测调节器(interferometricmodulator,IMOD)300。于此，完成显示装置100的结构。
需注意的是，本发明的像素薄膜晶体管元件(thinfilmtransistor,TFT)200不位于光学间隙350之下，因此，可提升显示装置100的开口率。
本发明提供一种显示装置与其制造方法。显示装置为一种主动式阵列干涉量测调节器显示装置(activematrixinterferometricmodulator(IMOD)displaydevice)，其包括薄膜晶体管元件与干涉量测调节器(interferometricmodulator,IMOD)。本发明通过将干涉量测调节器整合于薄膜晶体管元件之上，其中第一金属层同时作为黑色矩阵与栅极金属层，第二金属层同时作为导线层与源极/漏极金属层。因此，本发明可节省制作工艺成本与时间。此外，由于像素薄膜晶体管元件不位于光学间隙之下，可提升显示装置的开口率。
在一些实施例中，本发明提供一种显示装置，包括:一基板，其中该基板包括一显示区与位于该显示区外侧的一边框区；一第一金属层，位于该基板的显示区与该边框区之上，其中位于该边框区的该第一金属层作为一周边栅极及一走线，位于该显示区的该第一金属层作为一像素栅极及一黑色矩阵；一第一绝缘层，位于该第一金属层之上；一主动层，位于该第一绝缘层之上；一第二金属层，位于该主动层之上，其中位于该边框区的该周边栅极、该第一绝缘层、该主动层与该第二金属层构成一周边薄膜晶体管元件，位于该显示区的该像素栅极、该第一绝缘层、该主动层与该第二金属层构成一像素薄膜晶体管元件；一像素电极层，位于该第二金属层之上并位于该显示区；以及一干涉量测调节器(interferometricmodulator,IMOD)位于该像素电极层之上。
在一些实施例中，本发明还提供一种显示装置的制造方法，包括以下步骤:提供一基板，其中该基板包括一显示区与位于该显示区外侧的一边框区；形成一第一金属层于该基板的显示区与该边框区之上，其中位于该边框区的该第一金属层作为一周边栅极及一走线，位于该显示区的该第一金属层作为一像素栅极及一黑色矩阵；形成一第一绝缘层于该第一金属层之上；形成一主动层于该第一绝缘层之上；形成一第二金属层于该主动层之上，其中位于该边框区的该周边栅极、该第一绝缘层、该主动层与该第二金属层构成一周边薄膜晶体管元件，位于该显示区的该像素栅极、该第一绝缘层、该主动层与该第二金属层构成一像素薄膜晶体管元件；在该显示区形成一像素电极层于该第二金属层之上；以及形成一干涉量测调节器(interferometricmodulator,IMOD)于该像素电极之上。
虽然结合以上数个优选实施例公开了本发明，然而其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，可作任意的更动与润饰，因此本发明的保护范围应当以附上的权利要求所界定的为准。

Claims (10)

1.一种显示装置，包括:
基板，其中该基板包括显示区与位于该显示区外侧的边框区；
黑色矩阵，位于该显示区；
像素薄膜晶体管元件，位于该显示区并包括：
像素栅极；
第一绝缘层，位于该像素栅极之上；
主动层，位于该第一绝缘层之上；以及
第二金属层，位于该主动层之上；
走线，位于该边框区；
周边薄膜晶体管元件，位于该边框区并包括：
周边栅极；
该第一绝缘层，位于该周边栅极之上；
该主动层，位于该第一绝缘层之上；以及
该第二金属层，位于该主动层之上；
其中该黑色矩阵、该像素栅极、该走线及该周边栅极为第一金属层；
像素电极层，位于该第二金属层之上并位于该显示区；以及
干涉量测调节器(interferometricmodulator,IMOD)位于该像素电极层之上。
2.如权利要求1所述的显示装置，其中该干涉量测调节器(interferometricmodulator,IMOD)包括:
静止层(stationarylayer)，位于该像素电极之上；
支撑层，位于该静止层之上；
可移动反射层(movablereflectivelayer)，位于该支撑层之上，其中该静止层与该可移动反射层间具有一光学间隙(opticalgap)。
3.如权利要求2所述的显示装置，其中该显示区包括一像素驱动区及与该像素驱动区相邻的一开口区，该像素薄膜晶体管元件位于该像素驱动区中，该光学间隙位于该开口区中。
4.如权利要求3所述的显示装置，其中该像素薄膜晶体管元件不与该光学间隙重叠。
5.如权利要求1所述的显示装置，其中该边框区包括一周边驱动区及与该周边驱动区相邻的一线路区，该周边薄膜晶体管元件位于该周边驱动区中，该走线位于该线路区中。
6.一种显示装置的制造方法，包括以下步骤:
提供一基板，其中该基板包括一显示区与位于该显示区外侧的一边框区；
形成一第一金属层于该基板的该显示区与该边框区之上，其中位于该边框区的该第一金属层作为一周边栅极及一走线，位于该显示区的该第一金属层作为一像素栅极及一黑色矩阵；
形成一第一绝缘层于该第一金属层之上；
形成一主动层于该第一绝缘层之上；
形成一第二金属层于该主动层之上，其中位于该边框区的该周边栅极、该第一绝缘层、该主动层与该第二金属层构成一周边薄膜晶体管元件，位于该显示区的该像素栅极、该第一绝缘层、该主动层与该第二金属层构成一像素薄膜晶体管元件；
形成一像素电极层于该第二金属层之上；以及
形成一干涉量测调节器(interferometricmodulator,IMOD)于该像素电极之上。
7.如权利要求6所述的显示装置的制造方法，形成该第二金属层于该主动层之上之后，还包括:
形成一第二绝缘层于该第一绝缘层、该第二金属层之上；
形成一沟槽穿过该第二绝缘层，以暴露该第二金属层；以及
沿着该沟槽形成该像素电极层，其中该像素电极层形成于该暴露的第二金属层之上。
8.如权利要求7所述的显示装置的制造方法，其中形成该干涉量测调节器(IMOD)于该像素电极之上包括以下步骤:
形成一静止层(stationarylayer)于该像素电极之上与第二绝缘层之上；
形成一牺牲层于该静止层之上与该第二绝缘层之上；
形成一支撑层于该静止层与该牺牲层之上；以及
形成一可移动反射层(movablereflectivelayer)于该支撑层之上与该牺牲层之上。
9.如权利要求8所述的显示装置的制造方法，还包括:
移除该牺牲层，以形成一光学间隙(opticalgap)于该静止层与该可移动反射层之间。
10.如权利要求9所述的显示装置的制造方法，其中该像素薄膜晶体管元件不与该光学间隙重叠。
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