KR101256395B1 - 컬러 능동 매트릭스 디스플레이 - Google Patents

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이안 디. 프렌치
마크 제이. 차일즈
데이비드 에이. 피쉬
제이슨 알. 헥터
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코닌클리케 필립스 일렉트로닉스 엔.브이.
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Abstract

컬러 능동 매트릭스 디스플레이 디바이스를 제조하는 방법은 단단한 캐리어 기판 위에 섬을 형성하는 단계, 상기 단단한 캐리어 기판 위에 플라스틱 기판을 형성하는 단계, 상기 플라스틱 위에 픽셀 회로의 어레이를 형성하는 단계 및 상기 픽셀 회로의 어레이 위에 디스플레이층을 형성하는 단계를 포함한다. 상기 단단한 캐리어 기판은 이후 상기 플라스틱 기판으로부터 분리되고, 상기 플라스틱 기판은 이후 상기 섬에 의해 한정된 채널을 가진다. 이들이 채워져서 컬러 필터부를 한정한다. 단단한 캐리어 상에서 후속하는 리프트-오프(lift-off) 공정의 사용으로써 플라스틱 기판을 형성하는 것은 상기 회로 어레이가 매우 얇은 플라스틱지(plastic sheets)에서 만들어지는 것을 가능하게 한다. 상기 컬러 필터는 이후 LC 셀의 바깥쪽에서 만들어진다. 상기 회로 어레이가 올라가 있는(registered) 상기 플라스틱 기판에 오목부(depression)가 형성되고, 이들은 예컨대 잉크젯 프린팅과 같은 컬러 필터 물질로 채워진다.

Description

컬러 능동 매트릭스 디스플레이{COLOUR ACTIVE MATRIX DISPLAYS}
본 발명은 컬러 능동 매트릭스 디스플레이 디바이스에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 플라스틱 기판을 사용하는 이러한 디바이스의 제조에 관한 것이다.
능동 매트릭스 디스플레이의 가장 일반적인 형태는 능동 매트릭스 액정 디스플레이(AMLCD)이다. AMLCD 디바이스는 0.7mm 두께의 큰 유리 기판 위에 보통 제조된다. 한 셀에 대해 두 개의 판이 필요하므로, 완성된 디스플레이는 두께 1.4mm를 겨우 넘는다. 이동 전화 제조업체 및 일부 랩톱 컴퓨터 제조업체는 더 얇고 더 가벼운 디스플레이를 요구하여, 완성된 셀은 HF(불화수소산) 용매에서 통상적으로 대략 0.8mm 두께로 얇아질 수 있다. 이동 전화 제조업체는 이상적으로는 훨씬 더 얇은 디스플레이를 원하지만, 이러한 방식으로 만들어진 0.8mm 두께 미만의 셀은 매우 깨지기 쉽다는(fragile) 점이 발견되었다.
HF 씨닝(thinning)이 매력적이지는 않은데, 왜냐하면, 안전하고 경제적으로 처리하기 어려운 위험한 화학물질을 사용하는 것은 소모적인 프로세스이기 때문이다. 또한 유리의 피팅(pitting)으로 인해 에칭 공정 동안 얼마간의 수율 손실이 있다.
일 대안으로서 가볍고, 튼튼하며, 얇은 플라스틱 AMLCD의 매력이 오랫동안 인지되어 왔다. 최근, 플라스틱 디스플레이에의 관심이 훨씬 더 증가했는데, 이는 이동 전화 및 PDA에서 컬러 AMLCD의 증가한 사용에 일부 기인한다. 플라스틱 기판 상 AMLCD 및 유기 발광 다이오드(OLED)에 대해 최근 많은 연구가 있었다. 이러한 관심에도 불구하고, 플라스틱 디스플레이의 양산을 위해 실현 가능한 제조 루트가 여전히 필요하다.
플라스틱 기판 상에서 박막 트랜지스터(TFTs) 또는 디스플레이의 제조를 위해, 세 가지 주요 다른 방법이 보고되었다. 이 방법들은 독립적인(freestanding) 플라스틱 기판상에 디바이스를 직접 형성하는 법, 전달 공정 및 희생 에칭(sacrificial etching)이다. 이들 기술의 몇 가지 예 및 이와 관련한 어려움이 아래에서 논의된다.
(i) 독립적인 플라스틱 기판상에 디바이스를 직접 형성하는 법
이 방법은 플라스틱에 AMLCD의 제조에 대한 첫번째 접근이었으며, 통상적으로는 저온 폴리크리스탈 실리콘{low temperature polycrystalline silicon(LTPS)} TFT 또는 비정질 실리콘{amorphous silicon(a-Si)} TFT가 사용되었다. 이러한 접근법에는 많은 문제점이 있어서, 아직도 제조 단계에 도달하지 못했다.
플라스틱 기판은 가열되면 수축하기 때문에 TFT 제조 및 셀을 만들기 위한 공정 온도가 제한되어야 하는데, 이러한 점은 광리소그래피(photolithography) 정렬과 판 결합(coupling)을 어렵게 한다. 오랜 시간동안 기판을 선가열(preheating)하는 것은 공정 동안 수축량을 감소하지만, 이를 완전히 제거하지는 않는다. 감소한 공정 온도는 TFT에 문제점( 전기적으로 덜 안정적인 a-Si TFT, LTPS TFT에 대해 저품질의 게이트 유전체 SiO2)을 야기한다.
독립적인 플라스틱 기판 상에 디스플레이를 제조하기 위해 다른 파티(parties)에 의해 몇 가지 상이한 시도가 이루어졌지만, 자동화된 팩토리(factories) 내에서 기판 처리의 문제점은 역시 해결되지 않았다. 처리를 위해 유리 기판의 기계적인 강도에 의존하여 카세트로 운반하고 스핀에 광저항을 갖는(photoresist), 표준 AMLCD 팩토리를 사용하는 것은 불가능하다. 완전히 새로운 기계 세트가 모든 단계마다 개발될 필요가 있다. 또한, 많은 다른 기계 제조업체로부터의 조정된 접근법이 필요하며, 만약 임의의 한 타입의 장비 제조 업체가 포함되지 않았다거나, 이들이 성공적으로 모듈을 개발하지 않았다면, 다른 기계상에서의 모든 동작이 허비될 것이다.
몇몇 그룹은 역할별(roll-to-roll) 제조를 제안하였으나, 이것은 진공 장비 에서의 사용 및 정렬층(aligning layer)에 대해 여전히 심각한 문제점을 가진다. 새로운 프린팅 기술이 개발될 필요가 있으며, 이것이 고수율 공정 및 세부 정렬(fine alignment)에 대해 정말 이루어질 수 있는지의 여부는 확실치 않다.
대부분의 독립적인 플라스틱 막은 나쁜 표면 품질을 가지고 있는데, 구체적으로는 이 막들이 매끈하지 않은 경향이 있으며, 표면상에 다수의 균열(crack)을 가진다. 유리 기판은 기계적으로 단단하여, 부드러운 접촉에 의해서는 긁히지 않고, 카세트로 운반될 수 있다. 이들 카세트에 있어서, 단지 유리의 모서리만이 카세트에 접촉하므로, 상기 유리의 대부분의 면적은 절대 접촉되지 않는다. 반면, 플 라스틱 기판은 부드러우며, 카세트로 운반될만큼 충분히 단단하지 않다. 이것은 이 플라스틱 기판들이 다른 층과 닿도록 평평하게 패킹되거나, 또는 롤로 감겨야 함을 의미하는데, 어느 경우에서든, 기계적인 압력이 있으면 윗면과 아래면 둘 다 다른 층과 닿을 것이다. 이들 공정은 플라스틱의 부드러운 표면을 손상시키는 경향이 있다. 표준 AMLCD 제조에 있어서, 가능한 거의 완벽한 유리 표면을 가지기 위해 엄청난 주의가 주어지므로, 긁혀서 거친 플라스틱 표면은 고수율 양산을 위해 실제적인 옵션이 아닐 가능성이 크다. 표면은 평탄해져서 추가적인 보호 코팅이 주어지지만, 이는 공정 단계를 추가시켜 비용을 부가한다.
(ⅱ) 전달 공정에 의한 플라스틱 디스플레이
이러한 공정의 알려진 예는 세이코 엡손사(Seiko Epson Coporation)에 의해 개발된 소위 SUFTLA 공정이다. 이것은 이중 전달(double transfer) 공정이다. 우선, 저온 폴리크리스탈 실리콘(Low Temperature Polycrystalline Silicon(LTPS)} TFT 어레이는 유리 상에 비정질 실리콘 및 실리콘 디옥사이드 층에서 만들어진다. 이 때 상기 TFT 어레이의 윗부분(top)은 수용성 글루(glue)를 사용하여 플라스틱 기판에 부착되며, TFT층은 상기 유리를 통해 아래 a-Si층을 조사(irradiate)하기 위해 XeCl 레이저를 사용함으로써, 아래 기판으로부터 분리된다.
상기 레이저 빔은 수소 외확산(exodiffusion)을 야기하고, 이러한 방출된 수소는 원래 유리 기판으로부터 TFT 어레이를 들어올린다. 실제적인 이유로 인해, 상기 TFT 어레이는 표준인 기하학적 형상(geometry)을 가지며, LTPS TFT 어레이의 상부가 AMLCD의 LC 물질 쪽으로 향한다. 제 2 플라스틱 막은 영구접착제를 사용하여 TFT 어레이의 바닥에 적층된다(laminated). 이때 상기 어레이는 수용성 접착제를 용해함으로써 제 1 플라스틱막으로부터 분리된다.
이것은 두 개의 전달 공정의 사용으로 인해 비싼 공정이며, 또한 수율 문제점을 가질 것으로 예상된다. 또한 TFT층을 플라스틱 층으로 씌움으로써 양호한 평판 디스플레이를 얻는데 있어서 문제점을 가질 수 있다. TFT 어레이가 최종 플라스틱 기판으로 전달된 이후 셀 제조가 이슈가 되었다. 이것은 두 개의 얇고 유연한 플라스틱지(plastic sheet)가 정확하게 함께 정렬되어 셀 결합과 셀 채움(filling)이 후속될 것을 요한다. 기판 처리 및 정렬에서의 어려움으로 인해 양산시 문제점이 발생한다.
제안되었던 또 하나의 전달 공정은 유리 기판에서 SiO2층 상에 LTPS 어레이를 형성하는 단계를 포함한다. 다시, 제 2 기판이 수용성 글루를 사용하여 TFT 어레이에 부착되지만, 이번에는 유리 기판이 HF에서 에칭되어 없어진다. 이후 상기 어레이는 영구 플라스틱 기판으로 전달되고, 임시 기판은 수용성 글루를 용해함으로써 제거된다. 이것은 레이저 전달 공정을 사용하는 것 대신 유리 기판을 에칭시킴으로써 TFT 어레이가 임시 기판으로 전달된다는 점에 있어서, 위에서 기술된 전달 공정과는 상이하다. 이 공정은 더 나은 수율을 가질 수는 있지만, 전체 유리 기판의 완전한 에칭으로 인해 비싸며 환경적으로 낭비이다.
이들 전달 기술의 한 가지 주요한 이점은 TFT가 최종 플라스틱 기판상에서 만들어지지 않으므로 고온의 공정이 사용될 수 있다는 점이다. 또한, 기판 수축에 대한 문제점도 없는데, 이 기판 수축은, 위에서 설명된 바와 같이, 독립적인 플라스틱 기판 상에서의 TFT 제조의 주요 문제점들 중 하나이다.
(ⅲ) 희생 에칭에 의한 플라스틱 디스플레이
또다른 제안은 단단한 기판 위에 a-Si 층을 사용하는 것으로, 그 위에 플라스틱층의 스핀이 후속된다. 폴리실리콘 TFT는 플라스틱층의 상부에 만들어지고, 에칭 홀(etch holes)은 상기 플라스틱 층과 상기 어레이를 통과해서 만들어진다. 이 때 상기 기판은, 에칭 홀을 통과해서 상기 a-Si 희생층을 용해시키는 에칭 액체에 잠겨서, 상기 플라스틱층과 TFT가 분리되어 나가도록(float off) 한다. 이 공정은 상기 어레이에 흩뿌려진(pepper) 에칭 홀로 인해, 디스플레이를 만드는데 적합하지 않다.
본 출원인은 대안적인 접근법을 제안했는데(단, 아직 발행되지 않음), 이 접근법에 있어서, 기판 배열이 단단한 캐리어 기판과 그 위에 있는 플라스틱 기판을 포함하여 제조된다. 상기 단단한 캐리어 기판은 상기 플라스틱 기판 위에 픽셀 회로와 디스플레이 셀을 형성한 후 플라스틱 기판으로부터 분리된다(released). 이것은 실질적으로 종래의 기판 처리, 공정, 및 셀 제조에 사용되는 것을 가능하게 한다.
레이저 리프트-오프(lift-off) 공정을 포함하는 분리 공정은 상기 플라스틱 기판으로부터 단단한 캐리어 기판을 분리하기 위해 제안되었다.
본 발명은 구체적으로는 컬러 필터를 액정 디스플레이의 능동 판에 통합하는 방법에 관한 것이며, 이러한 통합을 위해 제안된 플라스틱 기판 기술의 사용 방법 을 포함한다.
컬러 필터의, AMLCD의 능동판으로의 통합은 관심을 끌만한 진전으로써 인지되었는데, 왜냐하면, 상기 판에서의 정렬이 표준 컬러필터에 비해 훨씬 더 양호하기 때문에 광학 어퍼쳐(aperture)를 증가시킬 수 있기 때문이다.
AMLCD 제조시 사용된 패턴 정렬의 두 가지 상이한 형태가 존재한다. 제 1 정렬은 광리소그래픽 정렬인데, 이 정렬은 기판 상에서 상이한 금속, 유전체 및 반도체 층의 패턴을 형성하기 위해 사용된다. 이 기술은 매우 정확하며, AMLCD 제조를 위해 현재 2x2 m 크기에 가까워진 기판 상에서 대략 2㎛의 정렬 정확도를 가지는 것으로 보통 인용된다. 실제, 상기 정렬 정확도는 보통 1㎛보다 더 양호하다.
제 2 종류의 정렬은 판-대-판 결합이다. 이것은 LC 셀의 양면을 함께 정렬한다. AMLCD에 대해, 통상적으로 한쪽 판에 능동 매트릭스 어레이가 존재하고, 다른 쪽 판에 컬러 필터, 블랙 마스크 및 ITO가 존재한다.
도 1은 전형적인 능동 매트릭스 액정 디스플레이의 픽셀의 중앙을 통과하는 단면을 도시한다.
상기 디스플레이는 능동 판(1)과 수동 판(2)을 포함한다. 상기 능동 판(1)은 유리 기판(3)위에 형성되고, 통상적으로 0.7mm 두께이고, 박막 픽셀 회로를 운반하며, SiN 패시베이션 층(5) 위에 놓이는 최상위 표면 상에 ITO 픽셀 전극(4)을 가진다. 단지 이들 층의 일부만이 도 1에 도시되며, SiN 게이트 절연체 층(6)과 컬럼 전도체(column conductors) 층(7)을 포함한다.
상기 수동 판(2)은 컬러 필터 (8a,8b)와 블랙 마스크 층(9)을 운반하는데, 이 블랙 마스크 층은 픽셀 전극이 존재하지 않는 픽셀 부분을 감싼다. 도시된 바와 같이, 상기 픽셀 전극 위에 블랙 마스크 층(9)의 오버랩(L2)이 요구되고, 또한 상기 컬럼 전도체(7)와 상기 픽셀 전극(4) 사이에 간격(L1)이 존재한다. 상기 간격(L1)은 용량성 교차-결합(cross-coupling)을 방지하기 위해 약 1㎛보다 더 커야한다. L1은 최대 광리소그래픽 정렬 에러를 고려하고, L2는 최대 판 오정렬을 고려한다.
소위 "고 어퍼쳐(high aperture)" 설계에서, 픽셀 전극(4)은 컬럼 전극(7)과 오버랩될 수 있으므로, 블랙 마스크 사이즈는 크기 L2에 의해서만 지시된다.
그러나, (L2에 포함된) 판 대 판 정렬 오차한계(tolerance)는 상기 광리소그래픽 정렬보다 훨씬 크다. 예를 들어, 접촉 동안 및 밀봉 라인(seal line)이 경화되는 동안 일부 움직임이 있을 수 있으므로, 판 대 판 결합 정확도는 10㎛에 가깝다. 고품질 디스플레이를 위해, 광이 픽셀 ITO를 단지 통과만 할 수 있다는 점이 중요한데, 이 픽셀 ITO에서 광은 원하는 광 투과 레벨을 주도록 변조된다.
픽셀 주위를 통과하여 뷰어에게 도달할 수 있는 임의의 광은 콘트라스트 비(contrast ratio)를 더 낮출 것인데, 이는 블랙 상태가 가능한 최대의 블랙이 아님을 의미한다. 이것은 디스플레이 성능을 저하시킨다.
블랙 마스크 층은 디스플레이의 광학 어퍼쳐를 감소시킨다. 광학 어퍼쳐를 최대화하는 것은 디스플레이의 밝기(brightness)를 최대화하고, 전력 소비를 감소하는데 중요하며, 이러한 판 대 판 결합 정확도는 이들 파라미터를 제한하는 효과 적인 인자가 될 수 있다.
상기 광학 어퍼쳐를 개선시키는 한 방법은 컬러 필터를 능동 판으로 옮기는 것으로 인지되어 왔다. 이것은 유리 기판을 위한 두 가지 방법 중 하나에서 이루어질 수 있다. 두 방법 다 연구에서 보여졌지만(demonstrated), 양산에 이용되지는 않는다.
제 1 방법은 컬러 필터를 TFT 어레이 밑에 두는 것이다. 이 방법은 15" XGA 모니터의 광학 어퍼쳐를 약 60%에서 80%까지 증가시킬 수 있는 것으로 보고되었다. 컬러 필터는, 1 내지 2 ㎛ 두께이며 매우 평평하지 않은(uneven) 프로파일을 제공하는, 염색된 폴리머(dyed polymer)로 보통 이루어진다. 이들 평평하지 않은 표면상에서 TFT를 처리하는 데 있어 실제 매우 큰 어려움이 존재하지만, 이러한 공정에 대한 주요 문제점은 공정 온도이다. 컬러 필터는 약 150°C 이상에서 가열되지 않아야 하며, 그렇지 않으면 이 필터들은 저하되기 시작하여 컬러 포화를 상실한다. 상기 TFT는 보통 300°C 이상에서 증착된다. 이 온도는 200°C에 가깝게 낮아질 수 있지만, 만약 200°C보다 낮아지면, TFT는 수용가능한 디스플레이 수명 동안 전기적으로 너무 불안정해진다. 나쁜 컬러 포화나 불안정한 TFT를 가지는 것은 수용될 수 없다.
제 2 기술은 TFT 어레이 위에 컬러 필터를 가지는 것이다. 이를 수행하기 위한 가장 간단한 방법은 표준 TFT 어레이의 가장 위에(top) 컬러 필터를 단순히 놓는 것이다. 이것은 실용적이지 않은데 왜냐하면 상기 픽셀 전극 위에 두꺼운 폴리머 층을 놓는 것은 구동 전압을 상당히 증가시키고 폴리머 내 전하의 움직임으로 인한 잔상(image retention)을 유도하기 때문이다. TFT 어레이를 만들고, 컬러 필터를 증착시킨 후 상기 컬러 필터 위에 상기 컬러 필터층을 통해 전기적 연결을 가지는 ITO를 두는 것이 가능하다. 이것은 모든 컬러 필터층에 잘 감긴(tapered) 경사도, 증착을 위해 제한된 온도를 가지는 고품질 ITO 및 울퉁불퉁한 폴리머 층의 위에서 정확하고 신뢰성 있는 ITO 패터닝을 요구하는 것을 제어하기에 어려운 공정이다. 이 공정은 나타나지 않고 제조 단계로 만들어진다.
컬러 필터를 능동 판으로 통합시키는 것의 제 2 주요 이점은 이때 수동 판이 능동 판으로 정확하게 정렬될 필요가 없다는 점이다. 이것은 셀 제조 공정을 훨씬더 간단하게 하고, 그러한 고가의 판 결합 장비가 필요하지 않게 된다.
컬러 필터를 LCD의 능동 판으로 통합시키는 것의 인지된 이점에도 불구하고, 그러한 디스플레이 아키텍쳐에 저비용이며 신뢰성 있는 구현을 제공하는 어떠한 해법도 발견되지 않았다.
본 발명에 따라, 컬러 능동 매트릭스 디스플레이 디바이스를 제조하는 방법이 제공되며, 상기 방법은
단단한 캐리어 기판 위에 섬(island)을 형성하는 단계;
상기 단단한 캐리어 기판 위에 플라스틱 기판을 형성하는 단계;
상기 플라스틱 기판 위에 픽셀 회로의 어레이를 형성하는 단계;
상기 픽셀 회로의 어레이 위에 디스플레이 층을 형성하는 단계;
상기 디스플레이 층을 형성한 후 상기 플라스틱 기판으로부터 상기 단단한 캐리어 기판을 분리해내는 단계로서, 상기 플라스틱 기판은 상기 섬에 의해 한정된 채널을 가지는, 분리 단계; 및
컬러 필터부를 한정하기 위해 상기 채널을 채우는 단계
를 포함한다.
후속하는 리프트 오프 공정의 사용으로써, 단단한 캐리어 위에 플라스틱 기판을 형성하는 것은 상기 회로 어레이가 매우 얇은 플라스틱지(plastic sheet)에 형성되는 것을 가능하게 한다. 이후 상기 컬러 필터는 LC 셀 바깥에서 만들어진다. 상기 플라스틱 어레이에 레지스터된 플라스틱 기판에 오목부(depression)가 형성되고, 이들은 예컨대, 잉크젯 프린팅과 같은 컬러 필터 물질로 채워진다.
상기 방법은 제 2 기판 배열을 제조하는 단계를 더 포함하는데, 여기서 상기 픽셀 회로의 어레이 위에 디스플레이 층을 형성하는 단계는 전자-광학 물질이 사이에 끼인(sandwiched) 제 1 및 제 2 기판 배열을 장착하는(mounting) 단계를 더 포함하며, 이에 의해 상기 능동 매트릭스 디스플레이 디바이스는 전자-광학 물질이 사이에 낀 제 1 및 제 2 기판을 포함한다.
상기 제 2 기판 배열은 또한 제 2 단단한 캐리어 기판으로서도 배열될 수 있으며, 상기 제 2 단단한 캐리어 기판 위에 제 2 플라스틱 기판이 있게 된다. 상기 단단한 캐리어 기판 중 하나 혹은 둘 다 유리 기판일 수 있다.
본 발명은 또한 컬러 디스플레이 디바이스를 제공하며, 이 디바이스는
플라스틱 기판;
상기 플라스틱 기판 위에 증착된 박막 픽셀 회로의 어레이;
상기 픽셀 회로의 어레이 위에 있는 디스플레이 층; 및
상기 플라스틱 기판의 반대쪽의 채널에서 상기 박막 픽셀 회로의 어레이에 제공된 컬러 필터부의 어레이로서, 상기 채널은 상기 박막 픽셀 회로의 증착동안 상기 플라스틱 기판을 지지하고 상기 컬러 필터부를 제공(provision)할 수 있도록 제거되는 지지 구조에 의해 한정되는, 컬러 필터부의 어레이를 포함한다.
본 발명의 예는 이제 첨부 도면을 참조하여 상세하게 설명될 것이다.
도 1은 종래의 액정 디스플레이의 단면을 도시한 도면.
도 2는 이동 전화에서의 사용을 위해 공통 유리 기판으로부터 분리되는 제조된 디스플레이(본 출원인에 의해 제안되고 본 발명에서 사용된 방법을 사용하여 만들어짐)를 도시한 도면.
도 3은 도 2에서 도시된 분리 공정을 간략하게 설명하기 위해 사용된 도면.
도 4는 본 발명의 디스플레이 디바이스의 단면을 도시한 도면.
도 5는 도 4의 층의 일부를 더 상세하게 도시한 도면.
도 6의 (a) 내지 (i)는 본 발명의 방법의 일 예에 대한 공정 단계를 도시한 도면.
도 7은 상기 분리 공정 파라미터를 더 상세하게 도시한 도면.
도 8은 본 발명의 방법에서 사용된 레이저 분리 공정의 다른 예를 도시한 도면.
도 2는 본 출원인에 의해 제안된 바와 같은(아직 발행되지는 않은) 플라스틱 디스플레이의 제조를 개략적으로 도시하며, 최종 분리 단계를 도시한다. 완성된 디스플레이(10)는 유리 기판(12)으로부터 분리되고, 이후 이동 전화(14)와 같은 디바이스에서 이용된다.
도 3은 기본 제조 개념을 설명하기 위해 사용되며, a-Si 분리층(20)을 가지는 유리 캐리어 기판(12)과 플라스틱 기판으로서 작용하는 플라스틱 층(22)을 도시한다. 이 기판 구성은 능동 판과 수동 판의 기반(basis)을 형성할 수 있다. 도 3은 단지 하나의 디스플레이 기판만을 도시하지만, 실제로 도 2에 도시된 바와 같이 대형 유리 기판 위에 많은 디스플레이가 존재한다.
분리층(20)은 a-Si의 얇은 층일 수 있으며, 플라스틱 층(22)이 추가되기 전에 상기 유리 기판(12)에 증착된다. a-Si 분리층은 예컨대 PECVD에 의해 도포될 수 있으며 10 내지 50nm 두께일 수 있다. 레이저 분리 공정은 상기 분리층을 활성화하고 유리 캐리어로부터 상기 플라스틱 기판을 분리하기 위해 사용될 수 있다.
상기 공정은 독립적인 플라스틱 층이 3.5㎛만큼 얇은 플라스틱 층에 비정질 실리콘 TFT를 사용하여 형성될 수 있게 하는데, 이 플라스틱 층은 유리 기판으로부터 분리된다. 상기 TFT의 전기적 특성은 유리에서의 TFT와 동일하다.
상기 플라스틱 층은 완전한 셀의 벽 중 하나가 될만큼 충분히 튼튼해야 한다. 적합한 플라스틱 층은 무색 폴리이미드(polyimides), 폴리에틸렌 나프탈레이트{polyethylene napthalate(PEN)}, 폴리에테르설폰{polyethersulfone(PES)}, 벤조시클로부텐{benzocyclobutene(BCB)}, 실리콘, 또는 다른 플라스틱 층일 수 있다. 상기 플라스틱 층의 두께는 제조의 용이성 및 저비용을 위한 작은 두께와 강도(strength)를 제공하기 위한 더 두꺼운 층 간의 절충안이다. 이 층은 보통 4 내지 50㎛ 범위 내에 놓일 것이다. 상기 분리층(20)은 a-Si의 얇은 층일 수 있으며, 상기 플라스틱 층(22)이 추가되기 전에 상기 유리 기판(12)에 증착된다. 이 분리층(20)은 사용될 분리 공정에 따라 필요하지 않을 수 있다.
a-Si 분리층은 PECVD에 의해 도포될 수 있으며, 10 내지 50nm 두께일 수 있다.
일 예에서, 상기 플라스틱 층은 스핀 코팅(spin coated)된다. 이것은 매우 고품질의 표면을 제공하여, 필요한 경우 극도로 얇은 층을 제공할 수 있다. 가장 중요하게는, 상기 플라스틱은 습식 주조(wet casting)가 가능하다. 따라서 상기 플라스틱은 대신 오프셋 리소(offset litho) 또는 실크 스크린 프린팅과 같은 프린팅 기술이나 블레이드(blade)를 사용하여 확산시킴으로써 도포될 수 있다. 추가적인 예에서, 상기 플라스틱 층은 파릴렌(parylene)이며, 파릴렌 증착 공정이 사용된다.
본 발명은, 상기 개략적으로 설명된 바와 같은 공정을 사용하는, 매우 얇은 플라스틱지를 갖는 TFT 어레이를 위한 유리 기판으로의 대체(replacement), 및 LC 셀의 바깥에서 컬러 필터의 증착에 관한 것이다. 유리 기판은 완성된 셀의 유리를 에칭시킴으로써 대략 0.3mm로 감소될 수 있음에도 불구하고, 이러한 접근은 일반적인 유리 디스플레이에 대해 적합하지 않은데, 왜냐하면 AMLCD 제조를 위한 유리 기판은 0.7mm 정도의 두께이기 때문이다. 그러나, 픽셀은 50 내지 100㎛ 정도의 폭이므로, 유리 기판이 0.3mm 두께라 할지라도, 상기 컬러 필터는 시청 위치의 매우 작 은 범위로부터 LC 픽셀과 단지 일직선상에 있을 것이다.
위에서 설명된 공정에 의해 가능해진 얇은 기판 두께는 픽셀 회로에 대한 기판의 반대쪽에서 컬러 필터층의 위치지정이 실용적인 제안이 되게 하며, 본 발명은 이러한 목적을 위한 제조 방법 및 결과적인 디스플레이 구성을 제공한다.
도 4는 본 발명의 디스플레이 디바이스를 도시하고, 도 5는 컬럼 라인(column line)중 하나의 영역에서 능동 판을 더 상세하게 도시한다.
능동 판(40)은 플라스틱 기판(42)을 가진다. 박막 픽셀 회로의 어레이가 한쪽에 제공된다. 상기 픽셀 회로 위에 패터닝된 ITO 픽셀 전극 및 컬럼 전극(44)이 도시된다. 도 4에 도시된 예에서, 수동 판(48)은 또한 플라스틱 기판(49)을 구비하며, 이것은 패터닝 되지 않은(non-patterned) 공통 전극(50)으로 덮인다. 상기 수동 판에 편광자(polariser)(52)가 제공된다.
LC 디스플레이층(54)은 상기 능동 판과 수동 판 사이에 삽입된다.
본 발명에 따라, 컬러 필터부(55)의 어레이는 박막 픽셀 회로의 어레이에 대해 플라스틱 기판(42)의 반대쪽 상의 채널(56)에 제공된다. 이들 컬러 필터부가 채널을 채우므로, 이들이 실질적으로 평평한(planar) 바닥 표면을 플라스틱 기판(42)으로 한정한다. 편광자(57)가 컬러 필터가 있는 플라스틱 기판(42) 쪽 위에 제공된다.
도 5는 상기 구조의 상이한 층에 대한 전형적인 크기(dimension)이다. 상기 플라스틱 기판(42)의 두께는 바람직하게는 50㎛ 미만인데, 4㎛인 일 예가 도시되어 있다. 컬러 필터부(57)는 약 2㎛ 깊이로 채널 속으로 움푹 들어가 있다. 도 5는 또 한 게이트 절연체 층(58)(SiN 400nm)과 픽셀 전극(46)(ITO 100nm)이 형성된 평평화 유전체 층(planarizing dielectric layer)(59)(BCB 3㎛)을 도시한다.
본 출원인에 의해 제안된 일 예가 이제 상세하게 설명될 것이며, 여기서 디스플레이가 유리 기판으로부터 레이저 분리를 이용하여 만들어지고, 상기 디스플레이의 컬러 필터를 위한 잉크젯 프린팅을 구비할 것이다. 상세하게 도시된 상기 예는 액정 디스플레이 셀의 제조에 대한 것이며, 이 액정 디스플레이 셀은 두 개의 대향 기판(능동 및 수동) 사이에 삽입된 LC 물질을 가진다. 상기 방법은 다른 후면 발광(backlit) 디스플레이 기술에 응용가능하며, 특정 예는 단지 예시를 위한 것이다. 도 4 및 5의 디바이스를 제조하는 방법은 도 6을 참조하여 설명될 것이다.
도 6의 (a)는 유리 기판(60)을 도시하며, 이 위에서 디스플레이 능동 판이 처리될 것이다. 섬(island)(62)은 기판 위에서 형성되며, 예컨대 SiO2 또는 SiN 섬이다. 이 섬들은 컬러 필터를 받아들이기 위해 플라스틱 기판에서 채널을 한정한다.
도 6의 (b)는 기판에 증착된 a-Si 분리 층(64)과 예컨대 스핀-온(spin-on) 공정을 사용하여 도포된 플라스틱 층(66)을 도시한다. 상기 플라스틱 층은 최종 디스플레이의 능동 판을 형성하는 것이다. 상기 플라스틱 층은 BCB나 에폭시(epoxy)와 같은 낮은 복굴절(birefringence) 물질이다. 상기 분리 층은 필요하지 않을 수도 있지만, 상기 분리 공정을 위해 공정 창(process window)을 증가시킨다.
도 6의 (c)는 (거의) 표준 공정을 사용하여 플라스틱 표면상에 만들어진 a- Si TFT 어레이를 도시한다. 최대 공정 온도는 선택된 플라스틱 층에 의존할 것이지만, 독립적인 플라스틱 막에 대한 온도보다는 높을 수 있는데, 왜냐하면 상기 플라스틱은 단단한 유리 기판(12)에 대해 안전하게 고정되며 수축에 대한 어떠한 문제점도 존재하지 않기 때문이다.
일 예로, TFT 어레이는 SiN 층(68) 위에 제공되며, 상기 TFT는 게이트 금속층(70), 실리콘 니트라이드(silicon nitride) 게이트 유전체 층(58), 유전체 층(59) 및 ITO 픽셀 전극(46)을 포함한다. 상기 TFT는 72와 같이 개략적으로 도시된다. 본 예는 TFT 아래에 SiN층을 구비한 a-Si BCE TFT를 사용한다. 상기 TFT는 상부 게이트 또는 하부 게이트, a-Si 혹은 poly-Si TFT와 동일할 수 있다.
도 6의 (d)는 LC 셀 형성 후의 구조를 도시하며, 상기 LC 셀에 대한 컬럼 스페이서(column spacer)(74)의 추가를 포함한다. 이들은 잉크젯 프린팅 혹은 적합한 폴리머 층에서의 스핀 중 하나에 의해 만들어질 수 있으며, 이후 광리소그래피에 의한 패터닝에 의해 만들어진다. 분산형 유리 혹은 플라스틱 비드(beads) 혹은 로드(rod) 역시 대신 사용될 수 있지만, 양 기판에 붙어 있는 컬럼 스페이서는 기계적인 강도가 증가한 플라스틱 셀을 제공하여 셀이 분리되는 것을 보호하는 것을 돕는다.
도 6의 (d)는 자신의 유리 기판(76)과 분리층(78)에서 지지되며, 시트 ITO 전극(50)을 구비한 플라스틱 층(49)을 포함하는 수동 판(48)을 도시한다. 상기 수동 판의 플라스틱 기판(49)은 능동 판에 대해 사용된 것과 동일한 플라스틱을 사용할 수 있거나 또는 상이한 플라스틱일 수 있다.
도 6의 (e)는 상기 설명된 바와 같은 레이저 분리 공정을 사용하여, 수동 판의 기판을 지지하는 유리를 제거한 후의 구조를 도시한다.
도 6의 (f)는 상부 판에 추가된 편광자(80)를 도시한다. 이것은 최종 디스플레이의 추가적인 강도와 견고함을 제공한다. 칩-온-유리(chip-on-glass) 공정 혹은 포일 결합(foil bonding) 역시 이때 발생할 수 있으며, 플라스틱지가 여전히 유리에 견고하게 부착되어 있으며, 정렬과 고정의 간편화라는 이점을 가진다. 디스플레이의 최종 분리 이전에, 이 단계에서 편광자를 제공하는 것의 이점은 역시 디스플레이가 유리와의 결합으로 인해 여전히 견고성(rigidity)을 가진다는 점이다. 편광자는 또한 상부 플라스틱 층으로의 추가된 강도를 제공한다.
도 6의 (g)는 상기 설명된 바와 같은 레이저 분리 공정을 다시 사용하여, 능동 판의 기판을 지지하는 유리를 제거한 후의 구조를 도시한다. 이것은 컬러 필터를 받아들이기 위한 채널(56)을 갖는 플라스틱 기판(42)의 아래쪽에 남는다.
도 6의 (h)에 도시된 바와 같이, 이후 컬러 필터(55)가, 바람직하게는 잉크젯 공정에 의해 추가된다. 플라스틱은 예컨대 표면을 플루오르화 함으로써 이러한 플라스틱을 친수성으로 만드는 습식 공정 또는 플라즈마 공정이 요구되었을 수 있다. 도 6의 (h)에서, 폴리머 컬러 필터는 완벽하게 평평하며, 하부 플라스틱 기판과 일직선상에 있는 것으로 도시된다. 실제로, 컬러 필터 물질은 상기 플라스틱 표면 위에 혹은 아래에 놓일 수 있으며, 필요한 경우 추가적인 평탄화 층 역시 사용될 수 있다.
도 6의 (i)는 제 2 편광자(58)가 능동 판에 추가된 것을 도시한다. 상기 능 동 판 편광자는 이 경우 디스플레이마다(display by display) 적용될 수 있다.
상기 예에서, LC 셀 형성은 상세히 기재되지 않았다. 종래의 셀 제조가 사용되는지의 여부에 따라, 혹은 때로 드롭 필링(drop filling)으로 지칭되는, 더 새로운 액정을 구비한 진공 정렬{Vacuum Alignment with Liquid Crystal(VALC)} 방법에 따라 상이한 공정이 사용되었을 수 있다. 이러한 드롭 필링 방법에 있어서, LC 방울(droplet)은 정렬 및 판 결합이 진공상태에서 이루어지기 전에 상기 판 중 하나에 놓인다.
상기 유리 캐리어 판은 모든 나머지 자국을 제거하도록 클리닝되고, 이후 재사용될 수 있다.
레이저 분리 공정이 위에서 언급되었다. 실제로 상기 플라스틱 기판이 상기 유리 기판으로부터 분리될 수 있는 적어도 세 가지 방법이 존재한다. 사용될 수 있는 방법은 상기 유리 기판과 직접 접촉하는 플라스틱으로부터의 레이저 분리, 유리와 플라스틱 사이에 실리콘 분리층을 사용하는 레이저 분리, 및 실리콘 분리층을 구비한 램프 가열이다. 이들은 각각 아래에서 논의된다.
(i) 유리 기판으로부터 직접 레이저 분리
레이저 조사(laser irradiation)(XeCl)가 수정(quartz) 캐리어를 통과해 사용되어 폴리이미드 층을 분리하고 금속-폴리이미드 회로를 형성하는 방법이 공개되었다. 1㎛ 미만인 얇은 층은 광-삭마되어(photo-ablated) 남은 독립적인 폴리이미드 막이며, 좋은 기계적 무결성(integrity)을 가진다. 유사한 공정이 MEMS 제조에 사용될 수 있지만, 이번에는 상기 폴리이미드가 희생층으로서 사용되었는데, 이 희 생층은 레이저 분리 공정 후에 용해된다. 이론적으로는, 이것은 플라스틱 디스플레이를 만들기 위한 이상적인 공정인데, 왜냐하면 증착되거나 스핀될 어떠한 추가적인 분리층도 요구하지 않기 대문이다.
(ii) a- Si 분리층을 이용한 레이저 분리
제 2 방법은 소위 SUFTLA 공정에서 사용된 바와 같이, a-Si 분리층을 가지고 레이저 분리 공정을 사용하는 것이다. 도 7은 40nm a-Si 분리층(124)을 사용하여 유리 캐리어(122)에 접착된 20㎛ 폴리이미드 플라스틱 기판(120)을 도시하는데, 이 분리층은 플라즈마 향상된 화학 증기 증착{Plasma Enhanced Chemical Vapour Deposition(PECVD)}에 의해 만들어진다.
상기 폴리이미드(120)는 금속 마스크 층을 사용하여 건식 에칭된다. 상기 a-Si 분리층(122) 또한 건식 에칭되어 폴리이미드 섬 주위의 원래의(bare) 기판을 남겨둔다. 유리의 하부를 통해 XeCl 레이저선 빔(126)을 주사하는 것은 상기 a-Si가 녹고 수소가 분리되는 것을 야기한다. 이 때 상기 폴리이미드는 유리의 표면으로부터 깨끗하게 분리된다.
(ⅲ) a- Si 분리층 및 램프 또는 열판 가열을 이용한 분리
a-Si 분리층의 레이저 조사에 대한 대안으로서, a-Si는 급속 열 공정{Rapid Thermal Processing(RTP)}을 위해 설계된 램프에 의해, 혹은 샘플을 열판으로 낮춤으로써 급속히 가열될 수 있다.
상기 레이저 분리 예는 폴리이미드 플라스틱 기판의 사용을 지칭하며, 전자 디바이스에 대한 플라스틱 기판으로서의 폴리이미드의 사용은 과거에 제안되었다. 이것은 매우 강하며 분리 후 좋은 기계적 특성을 가지지만, 강한 복굴절을 가진다. 이것은, 그러한 레이저 조사법이 반사형 및 발광형 디스플레이 및 센서에 대한 기판으로서는 적합하지만 투과형 LCD에 대해서는 덜 적합함을 의미한다.
따라서 대안적인 플라스틱 층에 대한 요구가 존재한다. 디스플레이 기판을 위해 사용되는 일부 플라스틱은 예컨대 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN), 폴리에테르설폰(PES) 및 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)와 같은 열 압출(thermal extrusion)에 의해서만 만들어질 수 있다. 박막으로서 이들 플라스틱을 유리 기판에 도포하는 간단한 방법이 존재하지 않는다.
상기 기판을 위한 일 바람직한 대안 플라스틱 물질은 파릴렌이고, 레이저 분리 공정이 이 플라스틱 물질에 대해 적합하다.
파릴렌은 수술용 도구{예컨대, 도뇨관(catheters)}, 외과 보형물(예컨대 인공 고관절 및 인공 심장 판막)을 위한 코팅층 및 고규격(high specification)의 회로판 및 비행기 구성품을 위한 코팅재로서 널리 사용된다.
파릴렌은 액체로서 도포되거나 열압출된다기보다는 세 개의 상이한 진공 챔버 내에 3단계 진공 공정에 의해 증착된다. 상기 3가지 증착 단계는:
(i) 챔버(A)에서 대략 150°C에서 고체 디머(dimer)의 승화
(ⅱ) 이후, 상기 디머는 약 680°C에서 진공 용광로(챔버 (B))를 통과하는데, 이 챔버에서 디머는 열분해에 의해 깨져서 안정적인 모노머(monomer)를 형성한다.
(ⅲ) 이후, 상기 모노머는 증착 챔버(C)를 통과하는데, 이 챔버에서 모노머 는 기판 표면에 동시에 흡수되어 중합된다.
상기 기판은 증착 동안 실온에 있으며, 냉각 동안 상기층으로 형성되는 어떠한 응력(stress)도 없는데, 이것은 모든 고온 증착 공정의 특징이다.
파릴렌은 다른 주목할만한 특징은:
(i) 파릴렌은 거의 완벽한 정합 코팅(conformal coating)을 구비하며, 사용된 저압 증착 공정으로 인해, 작은 공간을 채울 수 있다. 이는 완벽하게 핀홀이 없는(pinhole free) 장벽 코팅으로 간주된다.
(ⅱ) 파릴렌은 좋은 화학 저항을 구비하며, 일반적인 용매에 녹지 않고, 산과 염기로의 노출로 인한 공격에 저항한다.
(ⅲ) 파릴렌은 매우 투명하다. 특히, 그것은 대략 동일한 스펙트럼 범위에 대한 1737개의 유리와 실질적으로 동일한 투명도를 가진다.
(ⅳ) 파릴렌은 높은 유전 강도(>5 MV/cm) 및 2.65의 유전 상수를 가진다.
(ⅴ) 파릴렌은 기체 및 액체에 대해 훌륭한 장벽 특성을 가진다. 이것은 잠재적으로 LC 셀을 위해 너무나 중요한데, 이 셀에서, 습기 및 이온 불순물이 LC 물질로 들어가지 않는 것이 중요하다.
(ⅵ) 파릴렌은 자기 지지 멤브레인으로서 좋은 기계적 특성을 가진다. 이것은 예컨대 밸브 및 스피커에 대한 멤브레인 및 자립형 구조로서, 마이크로 전자기계적 스위치{micro electromechanical switches(MEMS)}에서 알려진 사용에 의해 시연될 수 있다.
열적 내구성(thermal endurance)은 플라스틱 기판에 대한 가장 큰 이슈 중 하나이다. 파릴렌은 공기 중 106℃에서 100 000 시간의 내구성을 가지며, 불활성 환경(inert atmosphere)에서 200℃에서 100 000 시간보다 더 큰 내구성을 가지는 것으로 인용된다. 파릴렌C는, 가장 일반적인 형태의 파릴렌이고(그 외 다른 형태는 파릴렌 D 및 파릴렌 N이다) 본 출원을 위해 바람직한 옵션이며, 280℃의 녹는점(melting temperature)을 가진다. 따라서 파릴렌의 최고 공정 온도는 220 내지 260℃의 범위 내에 있다.
상기 설명된 분리 공정을 시연하기 위해, 기판 물질로서 파릴렌의 실험적인 사용예가 이제 설명될 것이다.
비정질 실리콘 분리 공정이 사용되었고, 이러한 목적을 위해 수소첨가된(hydrogenated) a-Si:H 20nm가 300℃에서 유리 기판상에 증착되었다. 상기 사용된 a-Si:H는 대략 7원자%의 수소를 포함한다.
이후, 10㎛의 파릴렌C 코팅이 증착되었다.
도 8에 도시된 바와 같이, XeCl 엑시머 레이저 주사 단계를 구비한 레이저 분리 공정이 사용되었다.
도 8은 유리 기판(140), 10㎛의 파릴렌 플라스틱 기판(142) 및 20nm a-Si 분리층(144)을 도시한다.
XeCl 레이저 빔(146)을 제공하는 레이저가 유리 기판(140)의 후면을 통과하도록 조준되었고, 상기 a-Si:H 층(144)은 308nm에서 청색 레이저 광을 매우 강력하게 흡수한다. 상기 레이저의 영향력이 조정되었으므로, 단지 상기 a-Si:H를 녹였다.
녹일 때, 상기 a-Si:H는 둥글게 뭉쳐서(balls up) 수소를 분리한다. a-Si:H의 용융과 수소 분리의 결합은 상기 파릴렌을 상기 기판으로부터 떨어지도록 들어올린다.
실시된 실험에서, 펄스화된(pulsed) 레이저가 사용되었고, 노출 영역이 단계를 따라 이동되어서{화살표(148)} 상기 파릴렌 리프트-오프(lift-off) 공정이 구현되었다. 상기 XeCl 레이저가 펄스화되어, 각 플래시마다 대략 20 x 0.5 mm 의 영역을 조사한다. 각 노출 이후에, 상기 레이저는 0.4mm만큼 이동되어서 일련의 오버랩 라인을 제공한다.
그러나, 조사에 의해 a-Si:H를 녹이는 임의의 공정이 사용될 수 있으며, 상기 공정은 레이저의 큰 영역의 단일 펄스 및 또한 강한 램프 어닐링(annealing)을 포함한다.
이들 실험은, 파릴렌 층이 플라스틱 기판으로부터 쉽게 제거되고, 좋은 기계적 특성을 가지므로 집어 올려지거나 말릴 수 있음을 보여주었다.
상기 파릴렌은, 코닝 1737(the Corning 1737) 유리 단독과 유사하게, 높은 광학 투과를 가지는데, 이 코닝 1737 유리는 AMLCD 산업에서 사용되는 표준 유리이다.
상기 분리된 파릴렌 막은 편광자를 사용하는 디스플레이 응용에 사용하기 위한 적합성을 결정하기 위해 광 박스에서 또한 교차 편광자(cross polariser) 사이에 배치될 수 있으며, 그 성능은 폴리이미드 막과 비교되었다. 이러한 배열에서, 파릴렌은 실질적으로 모든 광을 흡수하는 반면, 상당량은 폴리이미드를 통해 투과 되었다. 폴리이미드가 높은 복굴절성을 가지는 것이 알려져 있는데, 이러한 복굴절성은 분극된 광이 상이한 양만큼 회전되는 것을 야기하며, 광 감광(light extinction)의 손실을 초래한다. 상기 파릴렌 막의 높은 흡광도는 LCD의 기판 물질로서 사용하는데 대한 파릴렌 막의 적합성을 보여준다.
파릴렌은 매우 매끄러운데, 이는 TFT 및 디스플레이를 만드는데 있어 파릴렌에 접착하기 위한 다른 박막을 얻는 것이 어려움을 의미한다. 이러한 점은 플라스틱 기판을 다른 층을 증착하기 전에 Ar 플라즈마에 표면을 노출시킴으로써 보통 해결될 수 있다. 다른 전-처리(pre-treatment) 동작이 실행될 수 있는데, 예컨대, 유기실란(organo-silane)의 다중-분자층(multi-molecular layer)이 접착 촉진제로서의 기능으로 사용될 수 있다.
유리 기판은 파릴렌 증착 공정 이전에 씻어질 수 있으므로, 기름이나 이온과 같은 표면 오염물질은 코팅 공정 이전에 제거된다. 종래의 용매가 세정 공정을 수행하는데 사용될 수 있다.
상기 예들은 플라스틱 기판을 형성하기 위한 스핀 코팅 혹은 파릴렌 공정을 사용한다. 다른 적합한 습식 주조(wet casting) 공정은 프린팅 및 분사(spreading)를 포함한다.
상기 기판은 표준 유리 기판 혹은 청색 광 흡수층으로 코팅된 유리 기판 중 하나일 수 있다. 선택은 사용되는 플라스틱 혹은 레이저 분리 특성에 의존한다.
패시베이션 층은 일반적으로 바람직하게는 상기 플라스틱 층 위에 제공된다. 적합한 층 타입은 플라즈마 증가된 화학 증기 증착(PECVD) 혹은 스퍼터 링(sputtering)에 의해 증착된 실리콘 질화물이나 실리콘 산화물이다.
TFT 어레이 제조는 a-Si 혹은 저온 폴리 실리콘{Low Temperature Poly-Si(LTPS)} TFT에 대한 상당한 표준의 어레이 공정 아래서 수행될 수 있다. 상기 증착된 층이 높은 기계적 압력을 가지지 않음을 보증하기 위한 일부 작은 공정 변화가 있어야 할 것이다. 매우 얇은 플라스틱 층으로 코팅된 표준 유리 기판 및 표준 TFT 어레이 공정의 사용은 이러한 공정이 기존의 TFT 제조 공정(plant)에도 사용될 수 있음을 의미한다.
TFT는 상기 LCD 뿐만 아니라 몇몇 상이한 디스플레이 타입의 다중화를 위한 능동 디바이스 요소로서도 사용될 수 있다. 디스플레이 타입이 무엇이든 간에, 상기 디스플레이는 TFT 어레이가 여전히 유리에 부착되어 있는 동안 제조될 것이다. 이것은 표준 디스플레이 제조 툴과 기술이 사용될 수 있으며, 얇은 플라스틱 층의 존재가 어떠한 큰 차이점도 야기하지 않을 것임을 의미한다. 이때 디스플레이 구동기 역시 디스플레이에 결합될 수 있다.
상기 플라스틱 층은 이후 유리 기판으로부터 제거되는데, 일예로, 상기 유리기판을 통해 청색 레이저를 비추어 상기 플라스틱의 바닥(또는 청색 광 흡수층)을 침에 의해서이다. 이러한 목적을 위한 레이저는 일반적으로 상기 디스플레이의 전체 면적을 커버하도록 주사되어야 한다. 308nm 및 351nm의 파장을 가지는 펄스화된 엑시머 레이저는 유리로부터 황색(yellow) 폴리이미드 층을 제거하는데 성공적으로 사용될 수 있으며, 플라스틱층 아래에 비정질 실리콘을 제공함으로써, 폴리이미드, BCB, 실리콘 및 파필렌은 상기 유리로부터 성공적으로 분리될 수 있다.
예컨대 폴리이미드와 같은 임의의 황색 플라스틱은 상기 유리 기판을 통해 UV레이저 광의 흡수에 의해 직접적으로 레이저 분리될 수 있다. 일반적으로 황색 기판은 단지 발광형 혹은 반사형 디스플레이, 즉 예컨대, 반사형 LCD, 전기영동 디스플레이(E-Ink)나, 혹은 상향 발광하는(upward emitting) 발광형 디스플레이, 즉 예컨대 OLED나 AMPLED와 함께 사용될 수 있다.
UV 레이저 광을 흡수하지 않는 깨끗한 플라스틱(예컨대, BCB, 실리콘 및 파릴렌)은 상기 언급된 비정질 실리콘층과 같은 아래에 놓인 흡수/분리층을 필요로 한다. 그러나, 적합한 흡수 혹은 분리층은 비정질 실리콘 뿐만 아니라, 크롬(Cr) 혹은 가능하게는 폴리이미드와 같은 황색 플라스틱도 포함한다.
깨끗한 플라스틱은 투과형 혹은 투과반사형(transflective) LCD와 하향 발광하는(downward emitting) OLED 및 PLED를 포함한 모든 디스플레이 타입에 사용될 수 있다.
a-Si와 같은 분리층이 황색 플라스틱 아래에 사용될 수 있어서, 공정 창을 증가시키고 상기 플라스틱층에 대한 임의의 손상을 감소시키며, 상기 유리 위에 어떠한 플라스틱 잔여물도 있지 않음을 보증한다. 비정질 실리콘으로부터의 수소는 또한 상기 폴리머층을 들어올려서 상기 아래에 놓인 기판으로부터 떨어지게 하는데, 이 과정은 분리 공정을 보다 신뢰성 있도록 할 수 있다.
위에서 언급된 바와 같이, 액정 디스플레이는 본 발명으로부터 이익을 얻을 수 있는 디스플레이 기술의 일 예에 불과하다. 예를 들어, 본 발명은 폴리머 LED 하향 발광형 디스플레이 디바이스에 적용될 수 있다. 본 발명은 LCD 뿐만 아니라, OLED(유기 LED), PLED(폴리머 LED), EL(전자발광체), 및 PDLC(폴리머 분산형 LC) 디스플레이에서도 응용예를 찾을 수 있다. 특히, 본 발명은, 광이 바닥 기판에 입사하는 투과형, 하향 발광형 혹은 반사형 디스플레이에 주목한다.
반사형 디스플레이의 예가 전기 영동 디스플레이인 경우에도, 예컨대 간섭계 변조를 사용하는 MEM 기반 기술이 존재할 수 있다. 이러한 타입의 디스플레이는 복수의 캐비티 두께를 가짐으로써 컬러가 만들어질 수 있지만, 대신 단일 캐비티 두께가 (흑백 반사 동작을 제공하여)본 발명의 컬러 필터 설계와 관련하여 사용될 수 있다.
다른 다양한 변경이 당업자에게 명백할 것이다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 컬러 능동 매트릭스 디스플레이 디바이스에 이용가능하며, 보다 구체적으로는 플라스틱 기판을 사용하는 이러한 디바이스에 이용가능하다.

Claims (24)

  1. 컬러 능동 매트릭스 디스플레이 디바이스를 제조하는 방법으로서,
    단단한(rigid) 캐리어 기판(60) 위에 섬(island)(62)을 형성하는 단계와,
    상기 단단한 캐리어 기판 위에 플라스틱 기판(42,66)을 형성하는 단계와,
    상기 플라스틱 기판 위에 픽셀 회로의 어레이(46,72)를 형성하는 단계와,
    상기 픽셀 회로의 어레이(46,72)위에 디스플레이층을 형성하는 단계와,
    상기 디스플레이층을 형성한 후 상기 플라스틱 기판으로부터 상기 단단한 캐리어 기판(60)을 분리하는 단계로서, 상기 플라스틱 기판(42,66)은 상기 섬에 의해 한정된 채널(56)을 가지는, 분리 단계와,
    컬러 필터부(55)를 한정하기 위해 상기 채널을 채우는 단계
    를 포함하는, 컬러 능동 매트릭스 디스플레이 디바이스를 제조하는 방법.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 채널을 채우는 단계는 컬러 필터(55)를 채널에 프린팅하는 단계를 포함하는, 컬러 능동 매트릭스 디스플레이 디바이스를 제조하는 방법.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 프린팅은 잉크젯(ink jet) 프린팅을 포함하는, 컬러 능동 매트릭스 디스플레이 디바이스를 제조하는 방법.
  4. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 단단한 캐리어 기판(60)은 유리 기판을 포함하는, 컬러 능동 매트릭스 디스플레이 디바이스를 제조하는 방법.
  5. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 플라스틱 기판(66)과 상기 단단한 캐리어 기판(60) 사이의 분리층(64)을 형성하는 단계를 더 포함하는, 컬러 능동 매트릭스 디스플레이 디바이스를 제조하는 방법.
  6. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서, 각 픽셀 회로는 적어도 박막 트랜지스터(72)를 포함하는, 컬러 능동 매트릭스 디스플레이 디바이스를 제조하는 방법.
  7. 제 6항에 있어서, 각각의 박막 트랜지스터(72)는 비결정(amorphous) 실리콘 TFT을 포함하는, 컬러 능동 매트릭스 디스플레이 디바이스를 제조하는 방법.
  8. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 분리는 레이저 공정에 의한 것인, 컬러 능동 매트릭스 디스플레이 디바이스를 제조하는 방법.
  9. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서, 편광자(58)를 상기 플라스틱 기판에 추가하는 단계를 더 포함하는, 컬러 능동 매트릭스 디스플레이 디바이스를 제조하는 방법.
  10. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서, 제 2 기판 배열(48)을 제조하는 단계를 더 포함하고, 여기서 픽셀 회로의 어레이 위에 디스플레이층을 형성하는 단계는 전자-광학 물질이 사이에 삽입된 제 1 기판(40) 및 제 2 기판(48)을 장착하는 단계를 더 포함하며, 이로써 능동 매트릭스 디스플레이 디바이스가 전자-광학 물질이 사이에 삽입된 제 1 기판 및 제 2 기판을 포함하는, 컬러 능동 매트릭스 디스플레이 디바이스를 제조하는 방법.
  11. 제 10항에 있어서, 상기 제 2 기판 배열(48)을 제조하는 단계는 제 2 단단한 캐리어 기판(76)과, 상기 제 2 단단한 캐리어 기판 위에 제 2 플라스틱 기판(49)을 제공하는 단계를 포함하는, 컬러 능동 매트릭스 디스플레이 디바이스를 제조하는 방법.
  12. 제 11항에 있어서, 상기 제 2 단단한 캐리어 기판(76)은 유리 기판을 포함하는, 컬러 능동 매트릭스 디스플레이 디바이스를 제조하는 방법.
  13. 제 11항에 있어서, 상기 제 2 플라스틱 기판(49)과 상기 제 2 단단한 캐리어 기판(76) 사이에 제 2 분리층(78)을 더 포함하는, 컬러 능동 매트릭스 디스플레이 디바이스를 제조하는 방법.
  14. 제 11항에 있어서, 상기 제 2 플라스틱 기판(49)으로부터 제 2 단단한 캐리어 기판(76)을 분리하는 단계를 더 포함하는, 컬러 능동 매트릭스 디스플레이 디바이스를 제조하는 방법.
  15. 제 14항에 있어서, 제 2 플라스틱 기판으로부터 제 2 단단한 캐리어 기판을 분리하는 상기 단계는 레이저 공정에 의한 것인, 컬러 능동 매트릭스 디스플레이 디바이스를 제조하는 방법.
  16. 제 14항에 있어서, 편광자(80)를 상기 제 2 플라스틱 기판에 추가하는 단계를 더 포함하는, 컬러 능동 매트릭스 디스플레이 디바이스를 제조하는 방법.
  17. 제 10항에 있어서, 상기 제 2 기판 배열을 제조하는 단계는 상부(top) 도전층(50)을 제공하는 단계를 더 포함하는, 컬러 능동 매트릭스 디스플레이 디바이스를 제조하는 방법.
  18. 제 17항에 있어서, 상기 상부 도전층(50)은 ITO 층을 포함하는, 컬러 능동 매트릭스 디스플레이 디바이스를 제조하는 방법.
  19. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 플라스틱 기판 혹은 각 플라스틱 기판을 형성하는 단계는 스핀-온(spin-on)공정을 사용하여 단단한 캐리어 기판에 플라스틱 코팅을 가하는 단계를 포함하는, 컬러 능동 매트릭스 디스플레이 디바이스를 제조하는 방법.
  20. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 플라스틱 기판 혹은 각 플라스틱 기판은 파릴렌(parylene)을 포함하는, 컬러 능동 매트릭스 디스플레이 디바이스를 제조하는 방법.
  21. 컬러 디스플레이 디바이스로서,
    공간으로 분리된 다수의 섬을 포함하는 단단한 캐리어 기판(60);
    일정한 두께를 갖고, 섬(island)과 분리공간을 포함하는 단단한 캐리어 기판(60)을 덮고, 섬(island)과 분리공간의 경계를 유지하도록 하는 플라스틱 기판(42);
    상기 섬(island)과 상기 분리공간을 덮는 상기 플라스틱 기판(42) 위에 증착되는 박막 픽셀 회로의 어레이(46,72);
    상기 픽셀 회로의 어레이 위에 있는 디스플레이층;
    상기 단단한 캐리어 기판(60)이 분리되었을 때, 상기 플라스틱 기판(42)에 있는 경계로 인해 형성되는 채널(56); 및
    상기 박막 픽셀 회로의 어레이(46,72)에 대해 상기 플라스틱 기판(42)의 반대쪽에 있는 채널(56)에 제공되는 컬러 필터부(55)의 어레이를 포함하는 컬러 디스플레이 디바이스.
  22. 제 21항에 있어서, 상기 플라스틱 기판(42)의 최대 두께는 50㎛ 미만인, 컬 러 디스플레이 디바이스.
  23. 제 21항 또는 제 22항에 있어서, 제 2 기판 배열(48)을 더 포함하며, 여기서 상기 디스플레이층은 제 1 기판 및 제 2 기판(40,48) 사이에 낀 전자-광학 물질을 포함하는, 컬러 디스플레이 디바이스.
  24. 제 23항에 있어서, 상기 전자-광학 물질은 LC 물질을 포함하는, 컬러 디스플레이 디바이스.
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