TWI402935B - 彩色主動矩陣顯示器 - Google Patents

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Description

彩色主動矩陣顯示器
本發明係關於彩色主動矩陣顯示裝置，且更特定言之係關於此等裝置使用塑料基板之製造。
主動矩陣顯示器之最常見形式為一主動矩陣液晶顯示器(AMLCD)。通常在0.7 mm厚之大玻璃基板上製造AMLCD裝置。一單元需要兩個面板，因此製造完成的顯示器僅1.4 mm多厚。行動電話製造商及某些膝上型電腦製造商要求更薄及更輕之顯示器，且製造完成單元可在一HF(氫氟酸)溶液中變得更薄，通常為約0.8 mm厚。行動電話製造商甚至希望顯示器能夠更薄，但是已發現藉由此方法製成之厚度小於0.8 mm之單元非常易碎。
HF減薄並不具吸引力，因為其係一種使用危險化學藥品之不經濟製程，很難安全地且經濟地處理該等危險化學藥品。由於玻璃產生坑洞，在蝕刻製程期間亦存在某些產量損失。
作為替代物之輕、粗糙且薄之塑料AMLCD早已引起注意。最近，吾人對塑料顯示器之興趣不斷增加，部分地歸因於愈來愈多之彩色AMLCD在行動電話及PDA中之使用。最近已針對塑料基板上之AMLCD及有機發光二極體(OLED)顯示器進行了大量研究。儘管引起吾人之興趣，但是仍然需要一用於塑料顯示器之大規模生成的可靠製造途徑。
已報導了用於在塑料基板上製造薄膜電晶體(TFT)或顯示器之三種主要不同方法。該等方法為直接在獨立塑料基板上製造裝置、轉移製程及犧牲蝕刻。下文論述與其相關聯之該等技術中之某些實例及困難。
(i)直接在塑料基板上製造AMLCD
此為在塑料上製造AMLCD之第一方法，且通常使用低溫多晶矽(LTPS)TFT或非晶矽(a－Si)TFT。此方法存在諸多問題且尚未達到製造階段。
必須限制TFT製造及單元製造之製程溫度，因為當塑料基板被加熱時會收縮，此使光微影對準及面板耦合變得困難。歷經若干小時預加熱基板可減小製程期間收縮量，但是不能完全消除收縮。降低製程溫度引起與TFT相關之問題(a－Si TFT電穩定較差、用於LTPS TFT之閘極介電SiO2 之品質較差)。
雖然對於在獨立塑料基板上製造顯示器各方已做出若干不同嘗試，但是在自動化工廠中搬運基板之問題仍未解決。不可能使用標準AMLCD工廠，其依賴於用於搬運之玻璃基板之機械強度、卡閘中傳送及光阻旋塗。需要研製一組完全新的機器用於每一製程步驟。亦需要一種來自諸多不同機器製造商之經協調之方法，且若機器製造商中之任何一類未涉及到，或若機器製造商未成功研製一模組，則其他機器上之所有工作將毫無意義。
若干組提出卷軸式製造，但是用於真空設備及用於校準層時此方法仍然存在若干問題。需要研製新的印刷技術，且此方法是否能夠達成高產量之製程及精確對準尚不確定。
大多數獨立塑料薄膜具有較差之表面品質，詳言之該等塑料薄膜往往不平滑且在其表面上具有諸多裂痕。玻璃基板機械強度較硬，因此輕微接觸不會產生刮痕，且其可在卡閘中載運。在該等卡閘中，僅僅玻璃邊緣與卡閘接觸，使得玻璃之大部分區域不發生接觸。相比之下，塑料基板較軟且其硬度不足以在卡閘中載運。此意謂塑料基板必須平坦地與其他層接觸捆紮，或塑料基板必須卷成滾筒，在此情況下在機械應力下頂部及底部表面均與其他層接觸。此等製程傾向於損壞塑料之軟表面。在標準AMLCD製造中，盡可能小心以使玻璃表面盡可能接近完美，因此被刮傷之粗糙塑料表面不大可能成為用於高產量大規模生產之實際選擇。可使表面平坦化且可提供額外保護塗層，但是此增加了製程步驟且因此導致較高成本。
(ii)藉由轉移製程製造塑料顯示器
此製程之已知實例為由Seiko Epson Corporation研製之所謂的SUFTLA製程。此製程為雙轉移製程。首先，在玻璃上之非晶矽及二氧化矽層上製造低溫多晶矽(LTPS)TFT陣列。然後藉由水可溶膠使TFT陣列頂部黏貼至塑料基板且藉由使用XeCl雷射經由玻璃照射底部a－Si層使TFT層自底部基板分離。
雷射光束導致氫外擴散，且釋放氫使TFT陣列自初始玻璃基板剝離。因為實踐原因，TFT陣列具有一標準幾何形狀，即LTPS TFT陣列頂部朝向AMLCD之LC材料。使用一永久性黏接劑使第二塑料薄膜層壓至TFT陣列底部。然後藉由溶解水可溶黏接劑使該陣列自第一塑料薄膜脫開。
因為使用兩個轉移製程，所以此製程為一昂貴製程，且此製程可能存在產量問題。藉由層壓TFT層至塑料基板來獲得良好平坦之顯示器亦可能存在問題。在TFT陣列轉移至最終塑料基板後，接著單元製造成為問題。此要求兩個薄可撓性塑料薄片精確地對準，接著進行單元耦合及填充。由於基板搬運及對準方面之困難，在大規模生產中會出現更多問題。
已提出之另一轉移製程涉及在玻璃基板上之SiO2 層上形成LTPS陣列。再次藉由水可溶膠使第二基板黏貼至TFT陣列上，但是此次於HF中蝕刻玻璃基板。然後該陣列轉移至永久性塑料基板且藉由溶解水可溶膠移除臨時基板。此製程不同於上文所描述之轉移製程，因為該製程藉由蝕刻玻璃基板使TFT陣列轉移至臨時基板而不是使用雷射轉移製程。此製程可具有較佳之產量，但是歸因於整個玻璃基板之完全蝕刻，其較昂貴且環境上不經濟。
該等轉移技術之一主要優點在於TFT未製造於最終塑料基板上使得能夠使用高溫處理。而且，不存在基板收縮問題，如上文所述此為在獨立塑料基板上製造TFT的一主要問題。
(iii)藉由犧牲蝕刻製造塑料顯示器
另一提議為使用在一硬質基板上之a－Si犧牲層，隨後旋塗一塑料層。在塑料層頂部製成多晶矽TFT且穿過塑料層及該陣列製成蝕刻孔。然後使基板浸入蝕刻液，該蝕刻液通過蝕刻孔且溶解a－Si犧牲層，使得塑料層及TFT浮起。因為蝕刻孔散佈(pepper)於該陣列，所以此製程不適合用於製造顯示器。
本發明者提出(但尚未公開)一替代方法，其中製造一包含一硬質載體基板及一在該硬質載體基板上之塑料基板的基板排列。形成覆蓋該塑料基板之像素電路及顯示單元後，使該硬質載體基板自該塑料基板脫開。大體上此使得能夠採用習知基板搬運、處理及單元製造。
已經提出一包含雷射剝離製程之脫開製程用於使硬質載體基板自塑料基板脫開。
本發明係特定關於一種整合彩色濾光片至液晶顯示器之主動面板上的方法，且涉及對此整合所提出之塑料基板技術的使用。
彩色濾光片整合至AMLCD之主動面板上被認為是具有吸引力之建議，因為與標準彩色濾光片相比，由於面板上之對準更佳所以此可增加光孔徑。
存在兩個不同形式之圖案化對準用於AMLCD製造中。第一形式為光微影對準，此用於生成基板上不同金屬、介電質及半導體層之圖案。該技術精確度高，且對於AMLCD製造而言，通常引用在尺寸接近2×2 m之基板上具有大約2 μm之對準精確度。實際上，對準精確度通常比1 μm更佳。
第二對準形式為面板對面板耦合。此使LC單元兩側對準。對於AMLCD而言，通常一面板上存在主動矩陣且另一面板上存在彩色濾光片、黑色遮罩及ITO。
圖1展示穿過一典型主動矩陣液晶顯示器之像素中部之橫截面。
此顯示器包含一主動面板1及一被動面板2。主動面板1形成於一玻璃基板3(通常厚度為0.7 mm)上，且承載薄膜像素電路，ITO像素電極4位於最上表面，最上表面位於一SiN鈍化層5上。圖1僅展示某些層，且包括SiN閘極絕緣層6及行導體層7。
被動面板2承載彩色濾光片8a、8b及一黑色遮罩層9，該遮罩層9屏蔽不存在像素電極之像素部分。如圖所示，要求黑色遮罩層9與像素電極存在一重疊(L2 )，且行導體7與像素電極4之間亦存在一間隔(L1 )。間隔L1 必須大於1 μm以防止電容交叉耦合。L1 考慮最大光微影對準誤差且L2 考慮最大面板對準不良。
在所謂"高孔徑"設計中，像素電極4可與行電極7重疊，使得黑色遮罩尺寸僅由尺寸L2 表示。
然而，面板對面板對準容限(包括於L2 中)比光微影對準大得多。舉例而言，接觸期間可能存在某些滑動且同時固化密封線，所以面板對面板耦合精確度接近10 μm。對於高品質顯示器而言，至關重要的是光僅可透過像素ITO(此處光被調變)以提供所要之光透射水平。
可繞過圖元且到達觀察者之任何光將減小對比率且意謂黑色狀態與其可能達到的黑色不同。此使顯示器效能降級。
黑色遮罩層減小顯示器之光孔徑。對於顯示器之亮度最大化及功率消耗之減小而言，最大化光孔徑非常重要，且此面板對面板耦合精確度可有效地為限制該等參數之因數。
一種公認的改良光孔徑之方法為將彩色濾光片移至主動面板上。對於玻璃基板而言可以兩種方式中之一者達成此目的。兩者皆在研究中得到證實，但是尚未用於大規模生產。
第一方法為將彩色濾光片置放於TFT陣列下方。已報導此可使15"XGA監視器之光孔徑自60%增加至80%。彩色濾光片通常由1至2 μm厚之染料聚合物製成且其具有一非常不平坦之輪廓。在該等不平坦表面上處理TFT存在若干實踐困難，但是此製程之主要問題為處理溫度。彩色濾光片不得被加熱至大約150℃以上，否則彩色濾光片開始降級且丟失其色彩飽和度。TFT通常於300℃以上沈積。此溫度可降至接近200℃，但是若溫度低於200℃，則對於可接收顯示器壽命而言TFT變得電學上太不穩定。色彩飽和度差或TFT不穩定係不可接受的。
第二方法為使彩色濾光片位元於TFT陣列上方。達成此目的之最簡單方法為將彩色濾光片簡單地置放於標準TFT陣列頂部上。此方法不具實際可行性，因為將一較厚聚合物層置放於圖元電極上方明顯增加了驅動電壓且歸因於聚合物中之電荷移動而引起影像滯留。有可能製成TFT陣列，沈積彩色濾光片，然後將ITO置放於彩色濾光片上方，經由彩色濾光片層電連接。對於在所有彩色濾光片層上控制所要求之良好梯度斜坡、限制沈積溫度獲得高品質ITO及在粗糙聚合層頂部獲得ITO之精確且可靠的圖案而言，此製程為一困難製程。此製程尚未進入製造階段。
整合彩色濾光片至主動面板內之第二主要優點在於被動面板無需精確地對準主動面板。此使得單元製造製程得以簡化且無需此昂貴的面板耦合設備。
儘管意識到整合彩色濾光片至LCD之主動面板內的優點，但是尚未發現可提供製造此顯示器結構之低成本及可靠實施之解決方法。
根據本發明，提供一種製造一彩色主動矩陣裝置之方法，其包含：形成在一硬質載體基板上之島狀物；形成一在該硬質載體基板上之塑膠基板；形成一在該塑膠基板上之圖元電路陣列；形成一在該圖元電路陣列上之顯示器；形成該顯示層後使該硬質載體基板自該塑膠基板脫開，該塑膠基板具有由該等島狀物界定之通道；及填充該等通道以界定彩色濾光片部分。
藉由使用一緊接剝離製程，一塑膠基板在一硬質載體上之形成使得該等電路陣列能夠於非常薄之塑膠薄片上製成。然後彩色濾光片可於LC單元之外部製成。在與該電路陣列配對之該塑料基板中形成凹陷，且例如藉由噴墨印刷用彩色濾光片材料來填充該等凹陷。
該方法可進一步包含製造一第二基板排列，且其中形成一在像素電路陣列上之顯示層包含安裝第一及第二基板排列以及夾於兩者之間的電光材料，藉此主動矩陣顯示裝置包含第一及第二基板以及夾於兩者之間的電光材料。
該第二基板排列亦可排列為一第二硬質載體基板及一在該第二硬質載體基板上之第二塑料基板。該等硬質載體基板中之一者或兩者可為玻璃基板。
本發明亦提供一種彩色顯示裝置，其包含：一塑料基板；一沉積在該塑料基板上之薄膜像素電路陣列；一在該像素電路陣列上之顯示層；及一彩色濾光片部分之陣列，其位於塑料基板與薄膜像素電路陣列相對之側上的通道中，該等通道由薄膜像素電路沉積期間支撐塑料基板之支撐結構所界定，且移除該支撐結構以提供彩色濾光部分。
圖2例示性展示本申請人所提出(且尚未公開)之塑料顯示器之製造，且展示最終脫開階段。製造完成之顯示器10自一玻璃基板12脫開且然後用於諸如行動電話14之裝置中。
圖3用於說明基本製造概念，且展示具有一a－Si脫開層20及一塑膠層22之玻璃載體基板12，該塑膠層22充當一塑膠基板。此基板組態可形成主動面板及被動面板之基底。圖3僅展示一顯示基板，但如圖2所示實務中在大玻璃基板上可存在許多顯示器。
脫開層20可為a－Si薄層，且在添加塑膠層22之前沈積於玻璃基板12上。舉例而言，a－Si脫開層可藉由PECVD塗覆且厚度可為10至15 nm。一雷射脫開製程可用於活化脫開層且使塑膠基板與玻璃載體分隔開。
上文之製程能夠形成一具有塑膠層上之非晶矽TFT之3.5 μm薄的獨立塑膠層，其已自一玻璃基板分離。TFT電特性與玻璃上之TFT一致。
塑膠層必須足夠堅固以作為製造完成單元之一壁。適當之塑膠層可為無色聚醯亞胺、聚萘二酸乙二酯(PEN)、聚醚碸(PES)、苯並環丁烯(BCB)、聚矽氧或其他塑膠層。可在低成本且製造容易之小厚度與特定強度之較厚層之間權衡決定塑膠層之厚度。厚度通常在4至50 μm之範圍內。脫開層20可為a－Si薄層，且在添加塑膠基板22之前沈積於玻璃基板12上。視所採用之脫開製程而定，可不需要此脫開層22。
a－Si脫開層可藉由PECVD塗覆且厚度可為10至50 nm。
在一實例中，旋塗塑膠層。此提供一極高品質表面且(視需要)可提供一極薄之層。最重要的是，該塑膠能夠濕式澆鑄。因此作為替代，塑膠可藉由刮刀塗覆或諸如平版或絲網印刷之印刷技術實施。在另一實例中，該塑膠層為聚對二甲苯基，且使用聚對二甲苯基沉積製程。
本發明係關於使用如上文所述之製程藉由一非常薄之塑料薄片替代用於TFT陣列之玻璃基板，且係關於LC單元之外側上彩色濾光片之沉積。此方法不適於正常玻璃顯示器，因為用於AMLCD製造之玻璃面板具有約0.7 mm之厚度，儘管此厚度可藉由蝕刻製造完成單元之玻璃減小至約0.3 mm。然而，像素具有約50至100 μm之寬度，因此即使玻璃基板厚度為0.3 mm，彩色濾光片亦僅自一非常小之觀察位置範圍與LC像素對準。
藉由上文所描述之製程能夠達成之較小基板厚度，提出一彩色濾光片層定位於基板與像素電路相對之側上之實踐建議，且本發明提供一達成此目的之製造方法，以及所得顯示組態。
圖4展示本發明之顯示裝置，且圖5更詳細地展示一行線區域中之主動面板。
主動面板40具有一塑料基板42。在其一側提供薄膜像素電路陣列。圖中展示行電極44，以及像素電路頂部之圖案化ITO像素電極。在圖4所示之實例中，被動面板48亦具有一塑料基板49，且該塑料基板49覆蓋未圖案化之共同電極50。被動面板具有一偏光板52。
一LC顯示層54夾於主動與被動面板之間。
根據本發明，一彩色濾光片陣列部分55提供於塑料基板42與薄膜像素電路陣列相對之側上的通道56中。該等彩色濾光片部分填充該等通道以界定塑料基板42之大體平坦底部表面。提供一偏光板57於塑料基板42具有彩色濾光片之側上。
圖5展示該結構之不同層的典型尺寸。塑料基板42之厚度較佳小於50 μm，且所示實例為4 μm。彩色濾光片部分57凹入大約2 μm深之通道內。圖5亦展示閘極絕緣層58(400 nm之SiN)及一平坦介電層59(3 μm之BCB)，像素電極46(100 nm之ITO)形成於平坦介電層59上。
現在詳細描述一本申請案提出之方法的實例，且其中使用雷射自玻璃基板脫開來製造顯示器，且藉由噴墨印刷來塗覆顯示器之彩色濾光片。所示實例詳細係用於製造具有夾於兩相對基板(主動及被動)之間的LC材料之液晶顯示單元。該方法可用於其他背光顯示技術，且該特定實例僅用於說明。下文將參考圖6描述圖4及圖5之裝置的製造方法。
圖6A展示玻璃基板60，顯示主動面板將被加工於該玻璃基板上。島狀物62形成於基板上，例如SiO2 或SiN島狀物。該等島狀物將界定塑料基板中用於容納彩色濾光片之通道。
圖6B展示沉積於基板上之a－Si脫開層64及(例如)使用旋塗製程可進行塗覆之塑料層66。該塑料層將形成最終顯示器之主動面板。該塑料層為低雙折射率材料，諸如BCB或環氧樹脂(epoxy)。脫開層並非必需，但是其增加了脫開製程之處理窗。
圖6C展示使用(幾乎)標準處理在塑料表面上所製造之a－Si TFT陣列。最大處理溫度視所選之塑膠層而定，但是其高於獨立塑膠薄膜之溫度，因為塑膠被牢固地固著至硬質玻璃基板12且不存在收縮問題。
在一實施例中，在SiN層68上提供TFT陣列，且TFT包含一閘極金屬層70、氮化矽閘極介電層58、介電層59及ITO圖元電極46。元件符號72示意性展示TFT。此實例使用具有位於TFT下方之SiN層的a-Si BCE TFT。TFT可等價為頂部閘極或底部閘極、a-Si或多晶矽TFT。
圖6D展示LC單元形成(包括LC單元之行間隔物74的添加)後之結構。可藉由噴墨印刷或旋塗於一適當聚合物層上且然後藉由光微影圖案化來製成該等結構。作為替代，亦可使用分散之玻璃或塑膠珠粒或桿，但是黏貼至兩基板之行間隔物可增加塑膠單元之機械強度且有助於保護單元不分開。
圖6D亦展示支撐於其玻璃基板76及脫開層78上之被動面板48，且其包含一具有未圖案化之共同電極50之塑料基板49。被動面板之塑膠基板49可使用用於主動面板之相同塑膠或可為一不同塑膠。
圖6E展示使用上文所描述之雷射脫開製程移除被動面板之玻璃支撐基板後之結構。
圖6F展示添加至頂板之偏光板80。此使得最終顯示器具有額外之強度及硬度。此時亦可採用玻璃覆晶接合技術製程(chip-on-glass process)或箔接合，其優點在於塑膠薄片仍然牢固地黏貼至玻璃，從而簡化了對準及固定。在顯示器最終脫開之前，在此階段塗覆偏光板之優點亦在於顯示器仍然具有硬度，因為其耦合至該玻璃。該偏光板亦可增加頂部塑料層之強度。
圖6G展示再次使用上文所描述之雷射脫開製程移除主動面板之玻璃支撐基板後之結構。此留下了具有用於容納彩色濾光片之通道56的塑料基板42之下側。
如圖6H所示，接著較佳藉由噴墨製程添加彩色濾光片55。視需要塑料可需要一電漿或濕式製程以使該塑料具有親水性，例如藉由氟化該表面。在圖6H中，所展示之聚合物彩色濾光片較佳為平坦的且與底部塑料基板對準。實務中，彩色濾光片材料較佳位於塑料表面上方或下方且視需要亦可使用一額外偏光層。
圖6I展示添加第二偏光板58至主動面板。在此情況下，必須逐個顯示器地塗覆主動面板偏光板。
在上文之實例中，未詳細描述LC單元形成。視使用習知單元製造法或較新的真空對準液晶(VALC)方法(有時被稱為液滴填充)而定，可使用不同的製程。在此液滴填充方法中，在對準之前使LC小液滴位於一板上且在真空中進行板耦合。
可清潔玻璃載體板以移除所有殘餘物軌跡，且然後可再次使用。
上文已提及一雷射脫開製程。實務中至少存在三種方式可使塑料基板自玻璃基板脫開。可使用之方法為自直接與玻璃基板接觸之塑料雷射脫開、使用玻璃與塑料之間的矽脫開層之雷射脫開及燈加熱一矽脫開層。下文將論述該等方法中之每一者。
(i)直接自一玻璃基板進行雷射脫開
已揭示一種方法，其中穿過石英載體使用雷射照射(XeCl)使聚醯亞胺層脫開以形成金屬－聚醯亞胺電路。光切除一薄層(小於1 μm)從而剩下具有良好機械完整性之獨立聚醯亞胺薄膜。類似製程已用於MEMS製造中，但是此次聚醯亞胺用作一犧牲層，雷射脫開製程後使其溶解。原理上此製程為製造塑料顯示器之理想製程，因為其不需要沉積或旋塗任何額外之脫開層。
(ii)使用一a－Si脫開層進行雷射脫開
第二方法為使用具有一a－Si脫開層之雷射脫開製程，如在所謂SUFTLA製程中所使用之製程。圖7展示使用40 nm之a－Si脫開層124附著至玻璃載體122之20 μm厚之聚醯亞胺塑料基板120，該脫開層124藉由電漿增強化學氣體沉積(PECVD)製成。
使用一金屬遮罩層對聚醯亞胺120進行乾式蝕刻。對a－Si脫開層124亦進行乾式蝕刻以剩下一環繞聚醯亞胺島狀物之裸基板。橫跨玻璃基板底部掃描XeCl雷射線光束126使a－Si熔融且釋放氫。然後聚醯亞胺自玻璃表面清潔地脫開。
(iii)使用a－Si脫開層及燈或加熱板加熱進行脫開
作為雷射照射a－Si脫開層之替代，a－Si可藉由為快速熱處理(RTP)所設計之燈或藉由使樣品降至加熱板上來快速加熱。
上文之雷射脫開實例指使用聚醯亞胺塑料基板，過去已經提出聚醯亞胺用作電子裝置之塑料基板。此實例非常堅固且脫開後具有良好之機械特性，但是其具有較高雙折射率。此意謂該實例適合充當用於反射式及發射式顯示器及感應器之基板，但不適合用於透射式LCDs。
因此，需要研製一替代塑料層。已用於顯示器基板之某些塑料僅可藉由熱擠壓製成，諸如聚萘二酸乙二酯(PEN)、聚醚碸(PES)及聚乙烯對苯二甲酸酯(PET)。不存在將此等作為薄膜塗覆於玻璃基板上之簡單方法。
用於基板之一較佳替代塑料材料為聚對二甲苯基，且一雷射脫開製程適用於此塑料材料。
聚對二甲苯基廣泛用作外科工具(諸如導管)、外科植入物(諸如人造髖及心臟瓣膜)之塗層及高規格電路板及航空元件之塗層。
在三個不同真空腔室中藉由三階段真空製程沉積聚對二甲苯基，而不是熱擠壓或作為液體塗覆。三個沉積步驟為：(i)在腔室A中於大約150℃下使固體二聚體昇華。
(ii)然後二聚體通過約680℃之真空爐(腔室B)，此處二聚體藉由高溫分解(pyrolosis)裂化以形成一穩定單體。
(iii)然後該單體傳輸進入沉積腔室C內，此處該單體被同時吸附且於基板表面上聚合。
沉積期間該基板處於室溫下，因此在冷卻過程中各層中不產生應力，此為所有高溫沉積製程之特徵。
聚對二甲苯基之其他顯著特徵為：(i)聚對二甲苯基具有完美之等形塗層(conformal coating)，且歸因於使用低壓沉積製程，聚對二甲苯基可填入小間隙中。聚對二甲苯基被認為是完全沒有小孔之障壁塗層。
(ii)聚對二甲苯基具有良好之耐化學性、不溶解於普通溶劑且抵抗曝露至酸及鹼之侵蝕。
(iii)聚對二甲苯基具有高度透明。詳言之，聚對二甲苯基具有大體等於1737玻璃之透明度，覆蓋大約相同之光譜範圍。
(iv)聚對二甲苯基具有高介電強度(>5 MV/cm)及2.65之介電常數。
(v)聚對二甲苯基對氣體及液體具有出色之障壁特性。對於LC單元而言，此特性潛在地極其重要，其重要性在於濕氣及離子污染物無法穿透進入LC材料。
(vi)作為自我支撐膜，聚對二甲苯基具有良好之機械特性。此可藉由其已知在微機電開關(MEMS)中之使用來說明，例如作為閥及揚聲器之自我支撐結構及膜。
對塑料基板而言，耐熱性為最大問題之一。聚對二甲苯基在空氣中於106℃下具有100000 Hrs之耐久性且在惰性氣體中於200℃下具有大於100000 Hrs之耐久性。聚對二甲苯基C為聚對二甲苯基之最常見形式(其他形式為聚對二甲苯基D及聚對二甲苯基N)且對於此應用而言，聚對二甲苯基C為較佳選擇，且聚對二甲苯基C具有280℃之熔融溫度。因此聚對二甲苯基之最大處理溫度在220℃至260℃之範圍內。
現在將說明使用聚對二甲苯基作為基板材料以說明上文所說明之脫開製程的實驗實例。
使用一非晶矽脫開製程，且為達成此目的於300℃下使20 nm之氫化a－Si：H沈積於玻璃基板上。所使用之a－Si：H含有大約7原子%之氫。
然後沈積10 μm之聚對二甲苯基C塗層。
如圖8所示，採用具有一掃描XeCl準分子雷射之雷射脫開製程。
圖8展示玻璃基板140、10 μm之聚對二甲苯基塑膠基板142及20 nm之a－Si脫開層144。
提供XeCl雷射光束146之雷射被導向穿過玻璃基板140之背面，且a－Si：H層144極其強烈地吸收308 nm之藍色雷射光。調整雷射之通量(fluence)以便其僅熔融a－Si：H。
在熔融過程中，a－Si：H滾成球且釋放氫。a－Si：H熔融物及釋放氫之組合使聚對二甲苯基自玻璃基板剝離。
在執行實驗中，使用一脈衝雷射且逐步(沿箭頭148)移動曝露區域以實施聚對二甲苯基剝離製程。脈衝啟動XeCl雷射且每一閃光照射大約20×0.5 mm之面積。在每一曝露後，雷射移動0.4 mm以提供一系列重疊線。
然而，可採用藉由照射熔融a－Si：H之任何製程，包括大面積雷射單脈衝及強燈光退火。
該等實驗說明聚對二甲苯基層可容易地自塑料基板移除，且具有良好之機械特性，使得可拾起且滾動聚對二甲苯基。
聚對二甲苯基具有類似於單獨Corning 1737玻璃之高光透射率，該玻璃為用於AMLCD工業之標準玻璃。
脫開之聚對二甲苯基薄膜亦置放於燈光箱(light box)上之交叉偏光板之間以確定在顯示器應用中使用偏光板之適用性，且與一聚醯亞胺薄膜比較效能。在此排列中，聚對二甲苯基大體吸收所有光，同時大量光透射過聚醯亞胺。已知聚醯亞胺具有高雙折射率，此使偏振光旋轉不同之量且導致消光之損耗。聚對二甲苯基薄膜之消光說明其適合用作LCD之基板材料。
聚對二甲苯基非常光滑，此意謂很難使其他薄膜黏附其上以製造TFT及顯示器。對於塑料基板而言，通常此問題可藉由在沉積其他層之前使該表面曝露於Ar電漿來解決。可進行其他預處理操作，例如可塗覆有機矽烷之多分子層以充當助黏劑。
在聚對二甲苯基沉積製程之前可清潔玻璃基板以便在塗覆製程前移除諸如油及離子之表面污染物。可使用習知溶劑來執行該清潔製程。
上文之實例使用旋塗或聚對二甲苯基製程以形成該塑料基板。其他適當濕式澆鑄製程包括印刷及塗佈。
該基板可為標準玻璃基板或塗覆有藍色光吸收層之玻璃基板。該選擇視所用之塑料及雷射脫開特性而定。
通常需要在塑料層上塗覆一鈍化層。適當之層類型為藉由電漿增強化學氣體沉積(PECVD)或濺鍍沉積之氮化矽或氧化矽。
可在對於a－Si或低溫多晶矽(LTPS)TFT而言之標準陣列處理條件下執行TFT陣列製造。必須具有某些小的製程變化以確保所沉積之層不具有較高機械應力。使用塗覆有非常薄塑料層之標準玻璃基板及標準TFT陣列處理意謂此製程可用於現有之TFT製造工廠中。
TFT可用作用於多路複用若干不同顯示器類型之主動裝置元件，而不僅僅是上文之LCD實例。無論顯示器類型如何，製造顯示器時TFT陣列仍然黏貼在玻璃上。此意謂可使用標準顯示器製造工具及技術且塑料薄層之存在不會導致任何顯著不同。此時，顯示器驅動器亦可接合至顯示器。
然後，在一實例中藉由照射藍色雷射光透過玻璃基板至塑料底部(或藍色光吸收層)以自玻璃基板移除該塑料層。為達成此目的，通常必須掃描該雷射以覆蓋顯示器之整個區域。具有308 nm及351 nm波長之脈衝準分子雷射器可成功地用於自玻璃移除黃色聚醯亞胺層，且藉由提供塑料層下方之非晶矽，可使聚醯亞胺、BCB、聚矽氧及聚對二甲苯基自玻璃成功地脫開。
諸如聚醯亞胺之任何黃色塑料可直接藉由吸收透過玻璃基板之UV雷射光進行雷射脫開。通常黃色基板僅可用於發射式或反射式顯示器(例如反射式LCD)、電泳顯示器(E－Ink)或向上發光之發射式顯示器(諸如OLED或AMPLED)。
不吸收UV雷射光之透明塑料(諸如BCB、聚矽氧及聚對二甲苯基)需要一下方吸收/脫開層，諸如上文提及之非晶矽層。然而，適當之吸收或脫開層不僅包括非晶矽，而且亦包括Cr或可能之黃色塑料，諸如聚醯亞胺。
透明塑料可用於所有顯示器類型，包含透射式及半透反射式LCD及向下發光之OLED及PLED。
在黃色塑料下方亦可使用諸如a－Si之脫開層以增加處理窗、減小對塑料層之損害及確保玻璃上不存在塑料殘餘物。來自非晶矽之氫亦使聚合層自下方基板剝離，其可使脫開製程更加可靠。
如上文所提及，液晶顯示器僅為可自本發明獲益之顯示器技術之一實例。舉例而言，本發明可應用於向下發光顯示器裝置之聚合物LED。本發明可應用於OLED(有機LED)、PLED(聚合物LED)、EL(電致發光)及PDLC(聚合物分散LC)顯示器，以及LCD。詳言之，本發明可應用於透射式、向下發光式或反射式顯示器(其中光入射至基板底部)。
反射式顯示器之一實例為電泳顯示器，但是亦存在基於MEM之技術，例如使用干涉量測調變。此類型之顯示器可藉由具有多個腔室厚度產生顏色，而不是本發明可使用與彩色濾光片關聯之一單一腔室厚度(提供黑色及白色反射操作)之設計。
熟習此項技術者應易瞭解各種不同修改。
1．．．主動面板
2．．．被動面板
4．．．ITO像素電極
5．．．SiN鈍化層
6．．．SiN閘極絕緣層
7．．．行導體層/行電極
8a．．．彩色濾光片
8b．．．彩色濾光片
9．．．黑色遮罩層
10．．．製造完成之顯示器
12．．．玻璃基板
14．．．行動電話
20．．．a－Si脫開層
22．．．塑料層
40．．．主動面板
42．．．塑料基板
44．．．行電極
46．．．像素電極
48．．．被動面板
49．．．塑料基板
50．．．共同電極
52．．．偏光板
54．．．LC顯示層
55．．．彩色濾光片陣列部分
56．．．通道
57．．．偏光板
58．．．閘極絕緣層
59．．．介電層
60．．．玻璃基板
62．．．島狀物
64．．．脫開層
66．．．塑料層
68．．．SiN層
70．．．閘極金屬層
72．．．TFT
74．．．行間隔物
76．．．玻璃基板
78．．．脫開層
80．．．偏光板
120．．．聚醯亞胺塑料基板
122．．．玻璃載體
124．．．脫開層
126．．．雷射線光束
140．．．玻璃基板
142．．．塑料基板
144．．．脫開層
146．．．光束
圖1展示一習知液晶顯示器之橫截面；圖2展示用於行動電話中自一共同玻璃基板脫開所製造之顯示器(使用由本案申請者所提出且在本發明中使用之方法製成)；圖3用於簡單地說明圖2所示之脫開製程；圖4展示本發明之顯示裝置的橫截面；圖5更詳細地展示圖4中之某些層；圖6A至6I展示本發明方法之一實例之處理步驟；圖7更詳細地展示脫開製程參數；且圖8展示本發明之方法中所使用之雷射脫開製程之另一實施例。
40．．．主動面板
42．．．塑料基板
44．．．行電極
46．．．像素電極
48．．．被動面板
49．．．塑料基板
50．．．共同電極
52．．．偏光板
54．．．LC顯示層
55．．．彩色濾光片部分
56．．．通道
57．．．偏光板

Claims (24)

  1. 一種製造一彩色主動矩陣顯示裝置之方法，其包含：形成在一硬質載體基板(60)上之島狀物(62)；形成一在該硬質載體基板上之塑料基板(42、66)；形成一在該塑料基板上之像素電路陣列(46、72)；形成一在該像素電路陣列(46、72)上之顯示器；在形成該顯示層後使該硬質載體基板(60)自該塑料基板脫開，該塑料基板(42、66)具有由該等島狀物界定之通道(56)；及填充該等通道以界定彩色濾光片部分(55)。
  2. 如請求項1之方法，其中填充該等通道包含印刷彩色濾光片(55)至該等通道內。
  3. 如請求項2之方法，其中該印刷包含噴墨印刷。
  4. 如前述請求項中任一項之方法，其中該硬質載體基板(60)包含一玻璃基板。
  5. 如請求項1或2之方法，其進一步包含在該塑料基板(66)與該硬質載體基板(60)之間形成一脫開層(64)。
  6. 如請求項1或2之方法，其中每一像素電路包含至少一薄膜電晶體(72)。
  7. 如請求項6之方法，其中每一薄膜電晶體(72)包含一非晶矽TFT。
  8. 如請求項1或2之方法，其中藉由一雷射製程執行該脫開。
  9. 如請求項1或2之方法，其進一步包含添加一偏光板(58)至該塑料基板。
  10. 如請求項1或2之方法，其進一步包括製造一第二基板排列(48)，且其中形成一在該像素電路陣列上之顯示層包含安裝第一(40)及第二(48)基板排列，該等兩個基板之間夾有電光材料，藉此該主動矩陣顯示裝置包含該第一及該第二基板，該等兩個基板之間夾有該電光材料。
  11. 如請求項10之方法，其中製造該第二基板排列(48)包含提供一第二硬質載體基板(76)，及一在該第二硬質載體基板上之第二塑料基板(49)。
  12. 如請求項11之方法，其中該第二硬質載體基板(76)包含一玻璃基板。
  13. 如請求項11之方法，其進一步包含一在該第二塑料基板(49)與該第二硬質載體基板(76)之間的第二脫開層(78)。
  14. 如請求項11之方法，其進一步包含使該第二硬質載體基板(76)自該第二塑料基板(49)脫開。
  15. 如請求項14之方法，其中藉由一雷射製程執行該第二硬質載體基板自該第二塑料基板之該脫開。
  16. 如請求項14之方法，其進一步包含添加一偏光板(80)至該第二塑料基板。
  17. 如請求項10之方法，其中製造該第二基板排列進一步包含提供一頂部導電層(50)。
  18. 如請求項17之方法，其中該頂部導電層(50)包含一ITO層。
  19. 如請求項1或2之方法，其中形成該或每一塑料基板包含使用一旋塗製程塗覆一塑料塗層至一硬質載體基板。
  20. 如請求項1或2之方法，其中該或每一塑料基板包含聚對二甲苯基。
  21. 一種彩色顯示裝置，其包含：一塑料基板(42)；一沉積在該塑料基板(42)上之薄膜像素電路陣列(46、72)；一在該像素電路陣列上之顯示層；及一彩色濾光片陣列部分(55)，其位於該塑料基板(42)與該薄膜像素電路陣列(46、72)相對之側上的通道(56)中，該等通道由在該等薄膜像素電路沉積期間支撐該塑料基板之一支撐結構(60、62)所界定，且移除該支撐結構以提供該等彩色濾光部分(55)。
  22. 如請求項21之裝置，其中該塑料基板(42)之最大厚度小於50 μm。
  23. 如請求項21或22之裝置，其進一步包含一第二基板排列(48)，且其中該顯示層包含夾於該第一與該第二基板(40、48)之間的電光材料。
  24. 如請求項23之裝置，其中該電光材料包含LC材料。
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