TW201606998A - 顯示裝置與其製造方法 - Google Patents

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劉侑宗
李淂裕
黃建達
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群創光電股份有限公司
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    • G02B26/00—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements
    • G02B26/001—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements based on interference in an adjustable optical cavity
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81C—PROCESSES OR APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS
    • B81C1/00—Manufacture or treatment of devices or systems in or on a substrate
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Abstract

本發明提供一種顯示裝置。顯示裝置包括：一基板，其中該基板包括一顯示區與位於該顯示區外側之一邊框區；一第一金屬層，位於該基板之顯示區與該邊框區之上，其中位於該邊框區之該第一金屬層作為一週邊閘極及一走線，位於該顯示區之該第一金屬層作為一畫素閘極及一黑色矩陣；一第一絕緣層，位於該第一金屬層之上；一主動層，位於該第一絕緣層之上；一第二金屬層，位於該主動層之上，其中位於該邊框區之該週邊閘極、該第一絕緣層、該主動層與該第二金屬層構成一週邊薄膜電晶體元件，位於該顯示區之該畫素閘極、該第一絕緣層、該主動層與該第二金屬層構成一畫素薄膜電晶體元件；一畫素電極層，位於該第二金屬層之上並位於該顯示區；以及一干涉量測調節器(interferometric modulator,IMOD)位於該畫素電極層之上。

Description

顯示裝置與其製造方法
本發明係有關於一種顯示裝置，且特別是有關於一種主動式陣列干涉量測調節器顯示裝置(active matrix interferometric modulator(IMOD)display device)。
隨著科技的進步，各種的顯示器已廣泛地應用於許多電子產品中。於各種顯示器中，液晶顯示器(liquid crystal display)由於具有輕、低消耗功率、無輻射等優點，目前已應用於各種個人電腦、個人數位助理(personal digital assistant,PDA)、手機、電視等。
液晶顯示器的基本原理係利用液晶的偏光性(polarization)控制背光源通過濾光片(color filter)後光穿透的強度。然而，光經過濾光片之後，光的強度會降低。因此，一種新穎的微機電顯示器(Microelectro-mechanical system,MEMS display)開始發展。
於各種微機電顯示器中，干涉量測調節器(interferometric modulator)具有低耗電與廣視角等優點而受到重視。干涉量測調節器由兩片平行的反射面夾著氣隙所組成，當光線照射此結構時，部分的光向上反射，部分的光穿過半透明的上反射面進入氣隙，在內部反射。因此，可藉由光波的干涉而產生 各種顏色的光。
然而，目前的干涉量測調節器(interferometric modulator,IMOD)顯示裝置發展尚未成熟，仍面臨許多挑戰。
本發明提供一種顯示裝置，包括：一基板，其中該基板包括一顯示區與位於該顯示區外側之一邊框區；一第一金屬層，位於該基板之該顯示區與該邊框區之上，其中位於該邊框區之該第一金屬層作為一週邊閘極及一走線，位於該顯示區之該第一金屬層作為一畫素閘極及一黑色矩陣；一第一絕緣層，位於該第一金屬層之上；一主動層，位於該第一絕緣層之上；一第二金屬層，位於該主動層之上，其中位於該邊框區之該週邊閘極、該第一絕緣層、該主動層與該第二金屬層構成一週邊薄膜電晶體元件，位於該顯示區之該畫素閘極、該第一絕緣層、該主動層與該第二金屬層構成一畫素薄膜電晶體元件；一畫素電極層，位於該第二金屬層之上並位於該顯示區；以及一干涉量測調節器(interferometric modulator,IMOD)位於該畫素電極層之上。
本發明亦提供一種顯示裝置之製造方法，包括以下步驟：提供一基板，其中該基板包括一顯示區與位於該顯示區外側之一邊框區；形成一第一金屬層於該基板之顯示區與該邊框區之上，其中位於該邊框區之該第一金屬層作為一週邊閘極及一走線，位於該顯示區之該第一金屬層作為一畫素閘極及一黑色矩陣；形成一第一絕緣層於該第一金屬層之上；形成一主動層於該第一絕緣層之上；形成一第二金屬層於該主動層之上，其中位於該邊框區之該週邊閘極、該第一絕緣層、該主動層與該第二金屬 層構成一週邊薄膜電晶體元件，位於該顯示區之該畫素閘極、該第一絕緣層、該主動層與該第二金屬層構成一畫素薄膜電晶體元件；形成一畫素電極層於該第二金屬層之上；以及形成一干涉量測調節器(interferometric modulator,IMOD)於該畫素電極之上。
10‧‧‧顯示區
11‧‧‧畫素驅動區
12‧‧‧開口區
20‧‧‧邊框區
21‧‧‧週邊驅動區
22‧‧‧線路區
100‧‧‧顯示裝置
200‧‧‧畫素薄膜電晶體元件
202‧‧‧基板
204‧‧‧第一金屬層
206‧‧‧第一絕緣層
207‧‧‧穿孔(via hole)
208‧‧‧主動層
210‧‧‧第二金屬層
300‧‧‧干涉量測調節器(IMOD)
302‧‧‧第二絕緣層
304‧‧‧畫素電極層
306‧‧‧靜止層
307‧‧‧溝槽
308‧‧‧犧牲層
310a‧‧‧第一支撐層
310b‧‧‧第二支撐層
311‧‧‧孔洞
312a‧‧‧第一可移動反射層(movable reflective layer)
312b‧‧‧第二可移動反射層
350‧‧‧光學間隙
H1、H2、H3‧‧‧高度
400‧‧‧週邊薄膜電晶體元件
500‧‧‧走線
第1圖顯示本發明一實施例顯示裝置之剖面圖。
第2A-2L圖顯示本發明一實施例顯示裝置之製造方法於各個製程階段的剖面圖。
以下特舉出本發明之實施例，並配合所附圖式作詳細說明，而在圖式或說明中所使用的相同符號表示相同或類似的部分，且在圖式中，實施例之形狀或是厚度可擴大，並以簡化或是方便標示。再者，圖式中各元件之部分將以分別描述說明之，值得注意的是，圖式中未繪示或描述之元件，為所屬技術領域中具有通常知識者所知的形狀，另外，特定之實施例僅為揭示本發明使用之特定方式，其並非用以限定本發明。
本發明提供一種顯示裝置與其製造方法。第1圖顯示本發明一實施例之顯示裝置100之剖面圖。顯示裝置100為一種主動式陣列干涉量測調節器顯示裝置(active matrix interferometric modulator(IMOD)display device)，其包括畫素薄膜電晶體元件200與干涉量測調節器(interferometric modulator,IMOD)300。
顯示裝置200包括基板202，且基板202包括顯示區10與位於顯示區10外側之邊框區20，其中畫素薄膜電晶體元件200 與干涉量測調節器(interferometric modulator,IMOD)300形成於顯示區10中。週邊薄膜電晶體元件400與走線500形成於邊框區20中。
畫素薄膜電晶體元件200包括第一金屬層204、第一絕緣層206、主動層208與第二金屬層210，其中第一金屬層204在顯示區10中又可稱為畫素閘極，而第二金屬層210在顯示區10中又可稱為畫素源極/汲極。
干涉量測調節器(IMOD)300包括靜止層306、支撐層310a與310b、可移動反射層312a與312b，以及介於靜止層306與可移動反射層310a之間的光學間隙(optical gap)350。
如第1圖中所顯示，光學間隙(optical gap)350的高度會決定所反射光的顏色。在一些實施例中，顯示裝置100中至少有三個光學間隙350，分別對應紅光(R)、綠光(G)、藍光(B)，且每個光學間隙350各自具有不同高度H1、H2、H3。在一些實施例中，光學間隙350的高度H1大於H2，且高度H2大於高度H3。
週邊薄膜電晶體元件400包括第一金屬層204、第一絕緣層206、主動層208與第二金屬層210，其中第一金屬層204在邊框區20中又可稱為週邊閘極，而第二金屬層210在邊框區20中又可稱為週邊源極/汲極。
顯示區10包括畫素驅動區11及與畫素驅動區11相鄰的開口區12，其中畫素薄膜電晶體元件200位於畫素驅動區11中，而光學間隙350位於開口區12中。畫素薄膜電晶體元件200與光學間隙350相鄰但不重疊，故畫素薄膜電晶體元件200不會遮蔽光學間隙350而影響開口率。
邊框區20包括週邊驅動區21及與週邊驅動區21相鄰 的線路區22，其中週邊薄膜電晶體元件400位於週邊驅動區21中，走線500位於線路區22中，走線500包括第一金屬層204。
第2A-2L圖顯示本發明一實施例顯示裝置之製造方法於各個製程階段的剖面圖。
請參見第2A圖，提供基板202。基板202由透明的材料所組成，其材料包括乙烯對苯二甲酸酯(PET)、聚醚碸(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)、或其類似材料。在一些實施例中，基板202為硬質基板或可撓式基板。在一些實施例中，基板202為平面形狀、曲面形狀或其他不規則形狀。
形成第一金屬層204於基板202之上。第一金屬層204之材料包括鉬(Mo)、鋁(Al)、銅(Cu)、鈦(Ti)、鉻(Cr)、鉭(Ta)、上述之合金或上述之組合。在一些實施例中，第一金屬層204由鉬(Mo)/鋁(Al)雙層所組成。
在一些實施例中，先利用沉積製程形成金屬材料，之後利用微影圖案化(photolithography patterning)製程及蝕刻製程形成第一電極層204。沉積製程包括物理氣相沉積法(PVD)、化學氣相沉積法(CVD)或其他合適的製程。微影圖案化製程包括光阻塗佈(例如，旋轉塗佈)、軟烘烤(soft baking)、罩幕對準(mask aligning)、曝光(exposure)、曝光後烘烤(post-exposure baking)、顯影光阻、沖洗、乾燥(例如，硬烘烤)、其他合適的製程及/或上述製程之組合。蝕刻製程包括乾式蝕刻(dry etching)、濕式蝕刻(wet etching)及/或其他的蝕刻方法(例如，反應離子蝕刻(reactive ion etching))。
需注意的是，於顯示區10之第一金屬層204作為畫素閘極及黑色矩陣，於邊框區20之第一金屬層204作為週邊閘極及走線，因此，作為畫素閘極的第一金屬層204與作為黑色矩陣的第一金屬層204具有相同高度，兩者位於相同的水平面。於習知技術中，會分別形成黑色矩陣與畫素閘極，因此，相較於先前技術，本案使用第一金屬層同時作為黑色矩陣與畫素閘極，因此，本案的製法可節省製程步驟，進而達到節省製程時間與成本。
形成第一金屬層204之後，形成第一絕緣層206於第一金屬層204之上與基板202之上。第一絕緣層206之材料包括氧化矽、氮化矽、氮氧化矽或上述之組合。在一些實施例中，第一絕緣層206由氧化矽所組成。
請參見第2B圖，形成第一絕緣層206之後，形成主動層208於第一絕緣層206之上。主動層208之材料包括非晶相矽(a-Si)、低溫多晶矽(LTPS)、氧化銦鎵鋅(Indium Gallium Zinc Oxide,IGZO)、氧化銦鋅(indium zinc oxide,IZO)或上述之組合。
請參見第2C圖，在線路區22中形成穿孔(via hole)207穿過第一絕緣層206。穿孔207的位置係後續用於填充導電材料，以將顯示區10或週邊驅動區21所產生的訊號傳導出來。
請參見第2D圖，在顯示區10與邊框區20中，形成第二金屬層210於主動層208之上。第二金屬層210之材料包括鉬(Mo)、鋁(Al)、鉭(Ta)、鎢(W)、鈦(Ti)、銅(Cu)、上述之合金或上述之組合。在一些實施例中，第二金屬層210由鉬(Mo)/鋁(Al)/鉬(Mo)三層材料所組成。在另一些實施例中，第二金屬層210由鈦(Ti)/鋁(Al)/鈦(Ti)三層材料所組成。在線路區22中，第二金屬層 210形成於穿孔207中。
於顯示區10之第二金屬層210作為畫素源極/汲極(S/D)，於週邊驅動區21之第二金屬層210作為週邊源極/汲極(S/D)，因此，作為畫素源極/汲極(S/D)的第二金屬層210與作為週邊源極/汲極的第二金屬層210具有相同高度，兩者位於相同的水平面。
需注意的是，由第一金屬層204所形成之畫素閘極、第一絕緣層206、主動層208與第二金屬層210於顯示區10構成一畫素薄膜電晶體元件200。由第一金屬層204所形成之週邊閘極、第一絕緣層206、主動層208與第二金屬層210於週邊驅動區21構成一週邊薄膜電晶體元件400。
請參見第2E圖，形成第二絕緣層302於第二金屬層210與第一絕緣層206之上。第二絕緣層302之材料包括無機或有機材料，例如氧化矽、氮化矽、氮氧化矽、光阻或上述之組合。在一些實施例中，第一絕緣層206與第二絕緣層302由相同材料所組成，例如皆由氧化矽(SiOx)所組成。
請參見第2F圖，於形成第二絕緣層302之後，形成溝槽307穿過第二絕緣層302，以暴露第二金屬層210。接著，沿著溝槽307順應性地形成畫素電極層304，其中畫素電極層304形成於暴露的第二金屬層210之上。
畫素電極層304由半穿透半反射之材料所組成，例如鉬(Mo)或鉻(Cr)。在一些實施例中，畫素電極層304由鉬鉻合金所組成。
請參見第2G圖，形成畫素電極層304之後，順應性形 成靜止層306於畫素電極層304之上與第二絕緣層302之上。靜止層306可包括一或多層。靜止層306之材料包括氧化矽(SiOx)、氧化鋁(AlOx)或上述之組合。在一些實施例中，靜止層306由氧化矽(SiOx)/氧化鋁(AlOx)雙層結構所組成。
請參見第2H圖，於形成靜止層306之後，形成犧牲層308於靜止層306與第二絕緣層302之上。犧牲層308之材料包括鉬(Mo)、非晶矽或其他可蝕刻材料。於後續步驟中，當移除犧牲層308之後，會形成光學間隙。因此，如第1圖所示，為了得到具有不同高度之光學間隙，可依據實際應用需求而設計犧牲層308具有不同的厚度。
請參見第2I圖，形成犧牲層308之後，形成第一支撐層310a於靜止層306與部分的犧牲層308之上。第一支撐層310a之材料包括氧化矽(SiOx)、氮氧化矽(SiON)或上述之組合。在一些實施例中，第一支撐層310a可以是單層或多層結構。在一些實施例中，第一支撐層310a由氧化矽(SiOx)/氮氧化矽(SiON)雙層材料所組成。
請參見第2J圖，形成第一支撐層310a之後，形成第一可移動反射層(movable reflective layer)312a於第一支撐層310a之上與犧牲層308之上。第一可移動反射層(movable reflective layer)312a之材料包括鋁(Al)、銅(Cu)、鉻(Cr)、上述之合金或上述之組合。在一些實施例中，第一可移動反射層312a由鋁銅合金所組成。
請參見第2K圖，形成第二支撐層310b於部分的第一可移動反射層312a之上，以暴露出部分的第一可移動反射層 312a。第二支撐層310b之材料包括氧化矽(SiOx)、氮氧化矽(SiON)或上述之組合。在一些實施例中，第二支撐層310b可以是單層或多層結構。在一些實施例中，第二支撐層310b與第一支撐層310a之材料皆由氧化矽(SiOx)/氮氧化矽(SiON)雙層材料所組成。
請參見第2L圖，順應性地形成第二可移動反射層312b於第二支撐層310b之上，其中第二可移動反射層312b電性接觸暴露的第一可移動反射層312a。在一些實施例中，第二可移動反射層312b由鋁銅合金所組成。
此外，於線路區22中，於第二絕緣層302之中形成孔洞311，並沿著孔洞形成第二可移動反射層312b。
之後，進行蝕刻製程，以移除犧牲層308，留下光學間隙350。在一些實施例中，蝕刻製程例如使用含氟的的蝕刻劑(如XeF2)，以移除犧牲層308。由靜止層306、第一支撐層310a、第二支撐層310b、第一可移動反射層312a、第二可移動反射層312b與光學間隙350構成干涉量測調節器(interferometric modulator,IMOD)300。於此，完成顯示裝置100之結構。
需注意的是，本發明之畫素薄膜電晶體元件(thin film transistor,TFT)200不位於光學間隙350之下，因此，可提升顯示裝置100之開口率。
本發明提供一種顯示裝置與其製造方法。顯示裝置為一種主動式陣列干涉量測調節器顯示裝置(active matrix interferometric modulator(IMOD)display device)，其包括薄膜電晶體元件與干涉量測調節器(interferometric modulator,IMOD)。本發明藉由將干涉量測調節器整合於薄膜電晶體元件之上，其中 第一金屬層同時作為黑色矩陣與閘極金屬層，第二金屬層同時作為導線層與源極/汲極金屬層。因此，本發明可節省製程成本與時間。此外，由於畫素薄膜電晶體元件不位於光學間隙之下，可提升顯示裝置之開口率。
在一些實施例中，本發明提供一種顯示裝置，包括：一基板，其中該基板包括一顯示區與位於該顯示區外側之一邊框區；一第一金屬層，位於該基板之顯示區與該邊框區之上，其中位於該邊框區之該第一金屬層作為一週邊閘極及一走線，位於該顯示區之該第一金屬層作為一畫素閘極及一黑色矩陣；一第一絕緣層，位於該第一金屬層之上；一主動層，位於該第一絕緣層之上；一第二金屬層，位於該主動層之上，其中位於該邊框區之該週邊閘極、該第一絕緣層、該主動層與該第二金屬層構成一週邊薄膜電晶體元件，位於該顯示區之該畫素閘極、該第一絕緣層、該主動層與該第二金屬層構成一畫素薄膜電晶體元件；一畫素電極層，位於該第二金屬層之上並位於該顯示區；以及一干涉量測調節器(interferometric modulator,IMOD)位於該畫素電極層之上。
在一些實施例中，本發明亦提供一種顯示裝置之製造方法，包括以下步驟：提供一基板，其中該基板包括一顯示區與位於該顯示區外側之一邊框區；形成一第一金屬層於該基板之顯示區與該邊框區之上，其中位於該邊框區之該第一金屬層作為一週邊閘極及一走線，位於該顯示區之該第一金屬層作為一畫素閘極及一黑色矩陣；形成一第一絕緣層於該第一金屬層之上；形成一主動層於該第一絕緣層之上；形成一第二金屬層於該主動層之上，其中位於該邊框區之該週邊閘極、該第一絕緣層、該主動 層與該第二金屬層構成一週邊薄膜電晶體元件，位於該顯示區之該畫素閘極、該第一絕緣層、該主動層與該第二金屬層構成一畫素薄膜電晶體元件；於該顯示區形成一畫素電極層於該第二金屬層之上；以及形成一干涉量測調節器(interferometric modulator,IMOD)於該畫素電極之上。
雖然本發明已以數個較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作任意之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為准。
10‧‧‧顯示區
11‧‧‧畫素驅動區
12‧‧‧開口區
20‧‧‧邊框區
21‧‧‧週邊驅動區
22‧‧‧線路區
100‧‧‧顯示裝置
200‧‧‧畫素薄膜電晶體元件
202‧‧‧基板
204‧‧‧第一金屬層
206‧‧‧第一絕緣層
208‧‧‧主動層
210‧‧‧第二金屬層
300‧‧‧干涉量測調節器(IMOD)
302‧‧‧第二絕緣層
304‧‧‧畫素電極層
306‧‧‧靜止層
310a‧‧‧第一支撐層
310b‧‧‧第二支撐層
312a‧‧‧第一可移動反射層(movable reflective layer)
312b‧‧‧第二可移動反射層
350‧‧‧光學間隙
H1、H2、H3‧‧‧高度
400‧‧‧週邊薄膜電晶體元件
500‧‧‧走線

Claims (10)

  1. 一種顯示裝置，包括：一基板，其中該基板包括一顯示區與位於該顯示區外側之一邊框區；一黑色矩陣，位於該顯示區；一畫素薄膜電晶體元件，位於該顯示區並包括：一畫素閘極；一第一絕緣層，位於該畫素閘極之上；一主動層，位於該第一絕緣層之上；以及一第二金屬層，位於該主動層之上；一走線，位於該邊框區；一週邊薄膜電晶體元件，位於該邊框區並包括：一週邊閘極；該第一絕緣層，位於該週邊閘極之上；該主動層，位於該第一絕緣層之上；以及該第二金屬層，位於該主動層之上；其中該黑色矩陣、該畫素閘極、該走線及該週邊閘極為一第一金屬層；一畫素電極層，位於該第二金屬層之上並位於該顯示區；以及一干涉量測調節器(interferometric modulator,IMOD)位於該畫素電極層之上。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之顯示裝置，其中該干涉量測調節器(interferometric modulator,IMOD)包括：一靜止層(stationary layer)，位於該畫素電極之上；一支撐層，位於該靜止層之上；一可移動反射層(movable reflective layer)，位於該支撐層之上，其中該靜止層與該可移動反射層間具有一光學間隙(optical gap)。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之顯示裝置，其中該顯示區包括一畫素驅動區及與該畫素驅動區相鄰的一開口區，該畫素薄膜電晶體元件位於該畫素驅動區中，該光學間隙位於該開口區中。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之顯示裝置，其中該畫素薄膜電晶體元件不與該光學間隙重疊。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之顯示裝置，其中該邊框區包括一週邊驅動區及與該週邊驅動區相鄰的一線路區，該週邊薄膜電晶體元件位於該週邊驅動區中，該走線位於該線路區中。
  6. 一種顯示裝置之製造方法，包括以下步驟：提供一基板，其中該基板包括一顯示區與位於該顯示區外側之一邊框區；形成一第一金屬層於該基板之該顯示區與該邊框區之上，其中位於該邊框區之該第一金屬層作為一週邊閘極及一 走線，位於該顯示區之該第一金屬層作為一畫素閘極及一黑色矩陣；形成一第一絕緣層於該第一金屬層之上；形成一主動層於該第一絕緣層之上；形成一第二金屬層於該主動層之上，其中位於該邊框區之該週邊閘極、該第一絕緣層、該主動層與該第二金屬層構成一週邊薄膜電晶體元件，位於該顯示區之該畫素閘極、該第一絕緣層、該主動層與該第二金屬層構成一畫素薄膜電晶體元件；形成一畫素電極層於該第二金屬層之上；以及形成一干涉量測調節器(interferometric modulator,IMOD)於該畫素電極之上。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之顯示裝置之製造方法，形成該第二金屬層於該主動層之上之後，尚包括：形成一第二絕緣層於該第一絕緣層、該第二金屬層之上；形成一溝槽穿過該第二絕緣層，以暴露該第二金屬層；以及沿著該溝槽形成該畫素電極層，其中該畫素電極層形成於該暴露的第二金屬層之上。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之顯示裝置之製造方法，其中形成該干涉量測調節器(IMOD)於該畫素電極之上包括以下步驟： 形成一靜止層(stationary layer)於該畫素電極之上與第二絕緣層之上；形成一犧牲層於該靜止層之上與該第二絕緣層之上；形成一支撐層於該靜止層與該犧牲層之上；以及形成一可移動反射層(movable reflective layer)於該支撐層之上與該犧牲層之上。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之顯示裝置之製造方法，尚包括：移除該犧牲層，以形成一光學間隙(optical gap)於該靜止層與該可移動反射層之間。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之顯示裝置之製造方法，其中該畫素薄膜電晶體元件不與該光學間隙重疊。
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