JP3877707B2

JP3877707B2 - 薄膜装置のプラスチック基板への転写方法及びこれを用いた可撓性液晶ディスプレイの製造方法

Info

Publication number: JP3877707B2
Application number: JP2003145735A
Authority: JP
Inventors: 耀銘蔡; 俊雄方; 政勳蔡
Original assignee: 統寶光電股▲分▼有限公司
Priority date: 2003-05-23
Filing date: 2003-05-23
Publication date: 2007-02-07
Anticipated expiration: 2023-05-23
Also published as: JP2004349520A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プラスチックディスプレイ工程（ｐｌａｓｔｉｃｄｉｓｐｌａｙｐｒｏｃｅｓｓ）に関するもので、特に、薄膜トランジスタ（ｔｈｉｎｆｉｌｍｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ；ＴＦＴ）等の薄膜装置を、プラスチック基板に転写する転写方法及びこれを用いた可撓性液晶ディスプレイの製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
液晶ディスプレイ（liquid crystal display；LCD）は、計算機、時計、ビデオゲーム、オーディオ、ビデオ機器、携帯用コンピューター、車のダッシュボード等、の情報ディスプレイとして幅広く採用されている。LCDは、モバイル機器に幅広く用いられ、特に、軽量は好ましい特徴である。
【０００３】
このような装置に用いられる基板は、０．７〜１．１ｍｍの厚さのガラス基板である。ガラスは単位体積の重量が大きいため、ディスプレイの総重量は使用されるガラス基板の大きさと厚さにより決定される。更に、ガラス基板は、折り曲げにくく、LCDは可撓性が得られなくなる。このことから、基板に用いられる材料の軽量化、可撓性を研究することが重要となる。
【０００４】
あるアプリケーションにおいて、プラスチック基板は、LCDの低重量基板として用いられる。プラスチックの高い強度と可撓性は、可撓性ディスプレイの製造を可能にする。しかし、TFT装置を直接プラスチック基板に形成する等、アクティブ装置を製造する高温処理間、プラスチック基板は、応力と張力を受ける。つまり、プラスチック基板とTFTの薄膜間の膨張率（expansion coefficient）の差は相当大きく、薄膜は熱サイクル工程を繰り返す間、分離或いは亀裂が生じ、装置の信頼性と歩留まり率に深刻な影響を与える。
【０００５】
これを改善する第１の手法として、アジアディスプレイ国際ワークショップ／IDW２００１の３３９〜３４２ページの“Low Temperature Poly−Si TFT LCD Transferred onto Plastic Substrate Using Surface Free Technology by Laser Ablation／Annealing”という論説中、下田氏らにより、高エネルギーレーザーにより、ガラス基板から薄膜装置を剥離する手法が開示されている。同様の手法は、例えば特許文献１にも記載されている。
【０００６】
【特許文献１】
国際公開ＷＯ９８／０９３３３号パンフレット（明細書第２−４頁参照）
【０００７】
また、第２の手法として、情報ディスプレイ学会SID DIGEST２００２の、P１１９６〜P１１９９の“Low Temperature Polycrystalline−silicon TFT color LCD Panel Made of Plastic Substrate”中、浅野氏らにより、HFエッチングによりガラス基板を除去する手法が開示されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記した第１の手法では、高価なレーザー装置を必要とし、コストの上昇という問題がある。一方、上記した第２の手法では、強酸と危険な作業環境により、薄膜装置の損傷を招くという問題がある。
【０００９】
そこで、本発明は、可撓性LCDの提供を可能にすることを目的とする。さらに、TFT工程中、過熱によるダメージを受けることなく、薄膜トランジスタTFT等の薄膜装置を、プラスチック基板に転写する方法を提供することをもう一つの目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するため、本発明は、薄膜装置をプラスチック基板に転写する転写方法を提供する。
【００１１】
その方法によれば、含銀のバッファ層がガラス基板上に形成される。薄膜装置を含む転写層は、含銀のバッファ層の一部上に形成され、少なくとも一つの第一ホールが前記転写層を貫通して、含銀バッファ層を露出し、含銀バッファ層のエッジも露出される。少なくとも一つの第二ホールを備える第一プラスチック層は、リムーバブルゲルにより、前記転写層に接着し、前記第二ホールは前記第一ホールに対応し、前記第一プラスチック層の一部は、含銀バッファ層のエッジ上に配置される。含銀バッファ層は酸化されて膨張し、含銀バッファ層と転写層とを分離する。第二プラスチック層は転写層に接着する。リムーバブルゲルが取り除かれ、第一プラスチック層を除去する。
【００１２】
本発明は、銀の膨張特性により、TFT工程の過熱によりダメージを受けることなく、薄膜装置をガラス基板からプラスチック基板に転写する。よって、本発明は、可撓性LCD製造に適用できる。さらに、本発明の方法は、高価なレーザー装置、強酸によるガラス基板の除去を必要とせず、コスト削減、作業場の安全等、公知技術の欠点を改善する。
【００１３】
【発明の実施の形態】
上述した本発明の目的、特徴、及び長所をいっそう明瞭にするため、以下に本発明の好ましい実施の形態を挙げ、図面を参照しながらさらに詳しく説明する。
【００１４】
本発明は、薄膜トランジスタTFT、薄膜ダイオードTFDなどの薄膜装置を、プラスチック基板に転写する方法を提供する。以下では、例として、TFTアレイを画素駆動素子アレイとして、プラスチックシートに転写する方法について説明する。
【００１５】
図１〜図７は、本発明による転写方法を示す断面図である。
【００１６】
図１において、酸化ケイ素層（SiO_ｘ）１１０と含銀（silver（Ag）−containing）バッファ層１２０とが、ガラス基板１００に連続して形成される。ガラス基板１００と含銀バッファ層１２０との間の接着強度は、その間に形成された酸化ケイ素層１１０により改善される。ガラス基板１００は、好ましくは耐熱ガラス基板であるのがよい。
【００１７】
ここで、酸化ケイ素層１１０は、厚さが２００〜１０００ÅのSiO_２で、化学気相蒸着（chemical vapor deposition；CVD）により形成される。含銀バッファ層１２０は、厚さが２０００〜５０００Åの銀（Ag）で、スパッタリングにより形成される。
【００１８】
図２において、複数のTFTアレイ２４０を備える転写層２２０は、含銀バッファ層１２０の一部上に形成される。少なくとも一つの第一ホール（スルーホール）２１０は転写層２２０を貫通して、ホール２１０内で、転写層２２０を露出する。また、転写層２２０のエッジ１２５も露出する。好ましくは、転写層２２０のエッジ１２５の幅“Ｗ”は、約１０〜２０ｍｍである。さらに好ましくは、Ｗは１５ｍｍである。
【００１９】
TFTアレイ２４０の形成工程の例が記述される。つまり、TFT構造はボトムゲート型、或いはトップゲート型である。図３は、トップゲート型の製造工程を示すが、これに限定されるものではない。CVDにより、SiO_２、或いは、SiNのバッファ層（図示しない）が、含銀バッファ層１２０上に形成される。その後、チャネル層となる半導体層２２２がバッファ層（図示しない）の一部に形成される。半導体層２２２は、蒸着、或いはパターンにより形成されるシリコン層である。
【００２０】
次に、ゲート絶縁層２２４が、半導体層２２２と含銀バッファ層１２０上に形成される。ゲート絶縁層２２４は、CVDにより形成されたSiO_２層である。その後、ゲート２２６が蒸着とパターンにより、ゲート絶縁層２２４の一部上に形成される。ゲート２２６はドープポリシリコン、金属、或いは合金層である。ゲート２２６をマスクとして、イオン注入（ion−implantation）が半導体層２２２で実行される。ソース領域２２８とドレイン領域２３０がゲート２２６両側の半導体層２２２に形成される。
【００２１】
次に、SiO_２層などの絶縁層２３２が、ゲート２２６とゲート絶縁層２２４上に蒸着する。その後、フォトリソグラフィ、エッチング、蒸着により、ソース電極２３４はソース領域２２８に電気的に接続され、ドレイン電極２３６はドレイン領域２３０に電気的に接続する。これにより、TFTアレイ２４０が得られる。
【００２２】
次に、パッシベーション層２３８が、TFTアレイ２４０と絶縁層２３２上に形成される。パッシベーション層２３８は、蒸着により形成されたSiN、SiO_２、リン珪酸ガラス（phosphosilicate glass；PSG）、或いはボロンドープPSG（boron doped PSG）層である。更に、平坦化工程（planarization procedure）が実行されて、パッシベーション層２３８の表面を滑らかにする。よって、図３で示されるように、TFTアレイ２４０を備える転写層２２０は、絶縁材（絶縁層２２４、２３２、２３８）からなる。
【００２３】
ここで注意すべきことは、含銀バッファ層１２０を露出するホール２１０は、各絶縁層（絶縁層２２４、２３２、パッシベーション層２３８）を蒸着した後、前もって、形成されていることである。しかし、ホール２１０も、フォトリソグラフィを実行することにより、転写層２２０を蒸着した後形成される。つまり、本工程の目的は、ホール２１０を形成して、含銀バッファ層１２０を露出することである。なお、ホール２１０を形成する方法は、上述した本発明の方法に限定されるものではない。
【００２４】
さらに、ホール２１０の位置は、好ましくは、LCDパネルの所定のスクライブライン（scribe line）で、画素領域のダメージを避ける。
【００２５】
図４において、少なくとも一つの第二ホール３１０を備える第一プラスチック層３２０は、リムーバブルゲルにより、転写層２２０に接着される。第一プラスチック層３２０の厚さは、約０．４ｍｍである。リムーバブルゲルは、例えば、日本化薬株式会社のKAYATORON ML−３６００P５A水溶性ゲルである。第二ホール３１０は、第一ホール２１０に対応し、第一プラスチック層３２０の一部は、含銀バッファ層１２０のエッジ１２５上に位置する。好ましくは、転写層２２０と第一プラスチック層３２０上に、少なくとも一つのアライメントマスク（alignment mask）（図示しない）があり、互いに正確に対応している。注意すべきことは、リムーバブルゲルを塗布する時、第一ホール２１０と第二ホール３１０にかからないようにすることである。
【００２６】
図５において、含銀バッファ層１２０（エッジ１２５とホール１２０の一部）は、酸化されて膨張し、含銀バッファ層１２０と転写層２２０を分離する。酸化方法は例えば、酸素プラズマ（oxygen plasma）工程４１０である。これにより、図６に示されるように、転写層２２０はガラス基板１００から分離される。
【００２７】
図５において、酸化中、含銀バッファ層１２０のエッジ１２５が膨張し、推力“Ｆ”を生じて、転写層２２０と第一プラスチック層３２０を押す。ホール２１０中の含銀バッファ層１２０も、酸化中に膨張し、剥離を加速する。さらに、酸素プラズマ工程４１０は、含銀バッファ層１２０内で、内部応力／張力を生じ、剥離を加速する。酸素プラズマ工程４１０は、１００〜１５０℃、１〜２Ｐａ及び、RFパワー（RF power）は、３０００〜５０００Ｗの環境下で実施される。
【００２８】
図７において、第二プラスチック層６２０は、恒久的な接着剤６１０により、転写層２２０に接着される。第二プラスチック層６２０の厚さは、０．４ｍｍである。恒久的な接着剤は、スリーボンド社のTB３０２１J非水溶性接着剤などである。ゲルは水溶性であるため、第一プラスチック層３２０はその後、除去される。第一、或いは第二プラスチック層３２０、６２０は、例えば、PET、PC、エポキシ等の感熱材である。よって、第二プラスチック６２０（下基板となる）上に形成される薄膜装置２４０が得られる。
【００２９】
図８は、本発明の方法を可撓性LCDの製造に適用したものを示す図である。複数の画素電極７１０は、転写層２２０上に形成され、TFTアレイ２４０のソース電極２３４、或いはドレイン電極２３６に、電気的に接続されている。画素電極７１０はインジウムスズ酸化物ITO、或いはAl電極である。第二プラスチック層６２０（下基板）と反対の透明可撓性板７２０が提供される。透明可撓性板７２０は上基板となる。ITO層などのコモン電極７３０が透明可撓性板７２０の内側に形成される。その後、液晶材は第二プラスチック層６２０と透明可撓性板７２０間のスペースを充填し、ディスプレイ層７４０を形成する。
【００３０】
従って、本発明は、高温工程で薄膜装置が高熱のダメージを受けることなく、薄膜装置（薄膜トランジスタ）をガラス基板からプラスチック基板に転写することが出来る。本発明は、可撓性LCD製造に適用することが出来る。さらに、本方法は、高価なレーザー装置や、強酸によりガラス基板を除去する必要がなく、コスト削減、作業場の安全等、公知技術の欠点を改善するものである。
【００３１】
本発明では好ましい実施例を前述の通り開示したが、これらは決して本発明に限定するものではなく、当該技術を熟知する者なら誰でも、本発明の精神と領域を脱しない範囲内で各種の変動や潤色を加えることができ、従って本発明の保護範囲は、特許請求の範囲で指定した内容を基準とする。
【００３２】
【発明の効果】
以上のように、本発明の転写方法によれば、高温工程で薄膜装置が高熱のダメージを受けることなく、薄膜装置をガラス基板からプラスチック基板に転写することが出来る。そして、この転写方法により可撓性LCDを提供することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の具体例による薄膜装置をプラスチック基板に転写する製造工程を示す図である。
【図２】本発明の具体例による薄膜装置をプラスチック基板に転写する製造工程を示す図である。
【図３】本発明の具体例による薄膜装置をプラスチック基板に転写する製造工程を示す図である。
【図４】本発明の具体例による薄膜装置をプラスチック基板に転写する製造工程を示す図である。
【図５】本発明の具体例による薄膜装置をプラスチック基板に転写する製造工程を示す図である。
【図６】本発明の具体例による薄膜装置をプラスチック基板に転写する製造工程を示す図である。
【図７】本発明の具体例による薄膜装置をプラスチック基板に転写する製造工程を示す図である。
【図８】本発明の転写方法を可撓性LCDの製造に応用した例の図である。
【符号の説明】
１００…基板
１１０…酸化ケイ素層（SiO_ｘ）
１２０…含銀バッファ層
１２５…エッジ
２１０…第一ホール
２２０…転写層
２２２…半導体層
２２４…ゲート絶縁層
２２６…ゲート
２２８…ソース領域
２３０…ドレイン領域
２３２…絶縁層
２３４…ソース電極
２３６…ドレイン電極
２３８…パッシベーション層
２４０…TFTアレイ
３１０…第二ホール
３２０…第一プラスチック層
４１０…酸素プラズマ工程
６１０…接着剤
６２０…第二プラスチック層
７１０…画素電極
７２０…透明可撓性板
７３０…コモン電極
７４０…ディスプレイ層

Claims

薄膜装置をプラスチック基板に転写する転写方法であって、
ガラス基板を提供する工程と、
酸化ケイ素層（SiO_ｘ）を前記ガラス基板に形成する工程と、
含銀バッファ層を前記酸化ケイ素層に形成する工程と、
少なくとも一つの第一ホールを有し、薄膜装置を備える転写層を、前記含銀バッファ層の一部上に形成すると共に、前記含銀バッファ層のエッジを露出する工程と、
水溶性ゲルにより、少なくとも一つの第二ホールを備える第一プラスチック層を前記転写層に接着し、前記第二ホールは前記第一ホールに対応し、前記第一プラスチック層の一部は前記含銀バッファ層のエッジ上に位置する工程と、
酸素プラズマにより、前記含銀バッファ層を酸化して膨張させ、前記含銀バッファ層を前記転写層から剥離する工程と、
非水溶性接着剤により、第二プラスチック層を前記転写層に接着する工程と、
前記水溶性ゲルを取り除いて、前記第一プラスチック層を除去する工程と、
を備えることを特徴とする薄膜装置のプラスチック基板への転写方法。
前記含銀バッファ層の厚さは、２０００〜５０００Åであることを特徴とする請求項１に記載の薄膜装置のプラスチック基板への転写方法。
前記含銀バッファ層は絶縁層を含むことを特徴とする請求項１に記載の薄膜装置のプラスチック基板への転写方法。
前記薄膜装置は薄膜トランジスタであることを特徴とする請求項１に記載の薄膜装置のプラスチック基板への転写方法。
前記含銀バッファ層のエッジの幅は、１０〜２０ｍｍであることを特徴とする請求項１に記載の薄膜装置のプラスチック基板への転写方法。
請求項１ないし５のいずれかによる転写方法を用いて前記第二プラスチック層に接着した前記転写層上に、画素電極、ディスプレイ層、コモン電極、透明可撓性板を形成して可撓性液晶ディスプレイを製造することを特徴とする可撓性液晶ディスプレイの製造方法。