TWI278990B - Matrix array devices with flexible substrates - Google Patents

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TWI278990B
TWI278990B TW091106663A TW91106663A TWI278990B TW I278990 B TWI278990 B TW I278990B TW 091106663 A TW091106663 A TW 091106663A TW 91106663 A TW91106663 A TW 91106663A TW I278990 B TWI278990 B TW I278990B
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Description

1278990
- 發明領域 本發月與矩p車陣列裝置有關,其包括—薄膜矩陣電路, 其包含承載於-彈性基板上之半導想裝置。該裝置可為一 影像感測器或-平面顯示器,例如:⑯晶顯示器或其它種 類之大面㈣陣電子裝置’諸如薄膜請儲存或記憶裝置 、熱顯像裝置或接觸或指紋感測陣列裝置。 發明背景 目前在薄膜矩陣電路上之發展興趣濃厚,其具薄膜電晶 體fFTS)、薄膜光二極體或其它針對大面積電子應用之非 昂貝基板上之半導體電路構件。亦著重於利用彈性基板(諸 如絕緣聚合物材料或金屬箔)而非習知之玻璃發展彈性裝置 ,俾提供如f曲顯示器或其它矩陣陣列裝置,取代因人體 工學設計、美學或其它緣故採用之簡單平面裝置,例如在 造型電視接收機中採用非習知機殼外型、可攜式顯示裝置 、孩童的玩具及汽車顯示等,其中欲使裝置與所欲合併之 物件外型相符。針對此類目的,裝置可以永久形成所需外 型,例如以製模處理為之。或者裝置可簡單而具彈性,使 其得以重複摺疊或捲動,對可攜式產品之空間節省尤具吸 引力。在彈性基板上之矩陣陣列裝置示例及其製造方法述 如 N.D. Young 等人於 SID Proceeding Euro Display 1996 第 555至 558 頁’名稱為 “AMLCDs and Electronics on Polymer
Substrates”乙文,在此以引用的方式併入本文參考。 一種典型的主動矩陣液晶(LC)顯示裝置,例如US-A-5130829所述,包括一對基板,至少其中之一係可穿透材料 4 本纸張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) 1278990 五 、發明説明( ,而該對基板〜週邊密封,其間置有LC材料,基板件並具間 距構件,俾維持所欲之隔離。一基板之内表面承載一主動 矩陣、薄膜、界定各可定址像素(各含一半導體切換構件)之 行列矩陣之電路,典型為一 TFT(薄膜電晶體)以及可穿透或 反射像素電極。各像素係位於延伸於像素之行列間之各行 列位址線組交點,而TFT則連結於相關行列線與其像素電極 間。其它如彩色顯示器、彩色濾波器構件陣列之基板内表 面一般承載一為陣列中所有像素共用之可穿透電極。構成 胞f陣中之半導體切換構件之TFTs—般係製為個別隔離之 無晶或多晶矽材料或塑膠有機材料之半導體島,其為配置 於基板間,經圖樣化之連續半導體層所界定,留下配置於 行列矩陣中之半導體材料獨立區。 在製彈性裝置時,為考量低成本、質輕與物理彈性, 基板般均採用聚合物材料。一種主動矩陣陣列裝置示例 即採用上述材料,述如us_A_57768〇3。此類矩陣陣列裝置 可繞一軸f曲,亦即永久或暫時為圓柱形,例如使其在未 使用時得以捲起而節省空間。如果半導體島與響曲半經相 較夠小,則此類彎曲一般可相當可靠地使受損威脅降低, 俾不致受此類彎曲過大影響。當其係以金屬形成時,連接 位址線及像素電極可以此方式容忍弯曲。在金屬線及像素 電極包含可穿透傳導性材料(諸如IT〇)的狀況下,為使其具 承又此類f曲效應之能力,一般係以彈性型#印製 件改善之。 — 但在f曲或折f裝置時常導致損壞,尤以非繞單一轴蠻 尽紙張尺腸丨_家料_ -5 1278990 A7
Γ二Π如當所形成之裝置係為部份球形時。在 此狀况下,薄膜層之形變更大並已造成損宝, 引致之斷裂,在半導體或供半導體構件使;之介 ,即使在圖樣化相當小之島時亦然。 冤θ為最 發明概要 、依t發明之—態樣’提供之彈性矩陣陣列裝置包括一承 載於彈性基板表面上之薄膜矩陣電路,其中矩陣電路包含 以規律陣列配置,並佔據基板之各獨立區域之半導體裝置 ,其中與半導體裝置所佔區域遠離之基板選擇區包含弱區 ,該處之基板較具彈性。 依本發明之另一態樣,提供一種彎曲矩陣陣列裝置,其 包括在一基板表面上承載之薄膜矩陣電路,其中矩陣電路 包含以規律矩陣配置之半導體裝置,其並佔據基板之各獨 立區,其中基板包括與半導體裝置所佔區域遠離之選擇區 域之弱區,裝置之彎曲大抵上可容納在該區之基板形變。 此一裝置可藉由將一初始平坦裝置製模使其永久具彎曲外 型為之。 藉由蓄意配置經選擇,進而預定之基體較弱區,接著促 使這些區較基板其它區優先自初始平坦型式彎曲或彎折, 並將這些區域配置遠離形成半導體裝置之半導體島區,當 彎曲或彎折基板時,在這些島之形變以及後續對其部件層 之損耗較低。基板因·彎曲造成之尺寸變化因而導致非等向 性以及可容忍區域,例如僅在相對裸露基板區中’南於半 導體裝置存在區。 -6- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) 1278990 A7 _________B7 五、發明説明(4 "----- 可藉由局部薄化基板產生弱區,例如藉由㈣等為之。 杏另一示例中’此薄化-般可利用多層(二或更多)基板結構 二之其中一之經圖樣化,並在矩陣電路製造後較佳。 或者有其當才木用聚合物基板時,在這些區域之基板材料應 力或熱性質可經刻意改良。例如在基板包含聚合物材料^ 情況下,可藉由將所需區域之聚合物暴露於溶劑中而軟化 之。相反地,可刻意在相對較弱之區域,尤其是承載半導 體裝置區域將聚合物材料硬化,例如藉由暴露於輻射中為 之,俾利相異彎曲。或者可增加聚合物材料經輻射暴露區 以外區域之軟化點,俾利相異製模。 弱區可包括延伸於半導體裝置間基板區之弱線。半導體 裝置係以如行列陣列配置者,這些線可彼此相間延伸於半 導體裝置之列及/或行間。線沿一方向延伸,例如列間,可 促進裝置之圓柱形捲動。線沿列與行間正交方向延伸可促 進更為複雜之彎曲,例如球形製模之所需。 弱線易於以局部降低在這些區域之基板厚度形成之。 或者可以相對硬度較高者形成半導體島下方基板區,例 如使這些島下方區域之基板厚度大於基板其它區域之厚度 為之。 在裝置包括一顯示裝置(具另一相間基板)的情況下,則此 另一基板可具類似弱線。這些弱線延伸於之前首先描述之 基板上之像素電極列及/或行間區域。 圖式簡述 以下即將參閱隨附之圖式,藉由示例描述依本發明之矩 本纸張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X297公釐) 1278990 A7 B7 五、發明説明(6 ) PEDOT聚合物,分別視像素係為反射形或穿透形而定。一 係類似的彈性聚合物材料之相對基板22承載連續可穿透電 極23,其為陣列中所有的顯示構件共用,並為間隔物(未圖 示)與基板20相間。LC方位膜26與27係為連續層,分別覆蓋 承載於基板22與23上之結構。此兩基板之週邊密封,其間 並含液晶材料24。前述由N. Young提出之文中描述典型製 程以及供製造AMLCD之材料採用聚合物基板,茲將其引入 本文供參,並在各方面做進一步詳述。 如該文所述,接著一般承載主動矩陣電路之基板可包括 聚合物材料,諸如聚硫亞胺、聚續綱醚、聚芳香族、高溫 聚酯碳酸鹽、polyethylenenapthalta及聚乙烯對苯二甲酸, 其膜厚度約100-200 μιη。亦如該文所述,供分佈TFTs之半 導體層係如圖樣化一連續層形成之獨立島,各島所佔面積 相當小。並與相關行列位址導體交點相鄰。 此一顯示裝置初始係由一平坦之平面化結構形成,其一 般係可繞一線性軸彎曲為永久或暫態圓柱形,俾形成稍微 彎曲而無不當問題之顯示,其所具彎折半徑不致過低。但 仍可能造成損害。如需較複雜外型,例如部份球形,其中 裝置需可延不只一軸彎曲,接著伴隨更大的基板扭曲。造 成基板之大尺寸變化,尤其是承載主動矩陣電路系統處, 導致其表面之薄膜塗料斷裂,尤以TFTs之半導體材料為甚 ,即使已圖樣化為小面積亦·然。同樣地可能發生於絕緣與 介電膜,然金屬一般因延展性較高而可容忍此類彎曲至較 大延伸,不易受到損害。如此類金屬以及IT〇層材料係供像 -9- I紙張尺度適用中國國家標準(CNS) Α4規格(210X297公^---- 1278990 A7 _____B7_ _ _ 五、發明説明(8 ) 至相關像素TFT 12之汲極,其係於像素相關行列位址導體 間重整區域形成’而閘極與源極則分別連結至列與行位址 導體。在此特殊示例中,TFT 12主要係在行導體下方,因 而具緊密配置’例如:如有所需,TFT可橫向位於行列導體 重疊處並緊密相鄰之。 圖5顯示沿線B-B之橫剖圖,闡示TFT 12—般結構。圖樣 化而實際獨立呈島狀之半導體層3〇包含摻雜(n+)源極與汲極 接點區32與33,其中間本質區34則構成通道區,其係在一 絕緣層36上形成,例如矽氧化物或氮化物,並承載於基板 20平面上經與島類似之圖樣化。延伸於半導體層3〇間者係 一閘極介電層37,例如氮化矽。後續以如鋁或鉻等金屬形 成之列位址導體14,於本質區34上方延伸於此層,並充作閘 極之用。 一絕緣層39,其亦為矽氮化物或氧化物,並配置於閘極 與閘極介電層37暴露部份。行位址導體16,其亦為諸如鋁 等金屬,延伸於此結構上並經由在層37與39中形成之接點 、 連結至源極接點區32。故此TFT包括一系列疊置之薄膜層, 其經圖樣化於一島並位於像素相關行列位址導體間重疊區 域之獨立區。 此TFTi汲極接點區30包含一整體橫向投射之延伸30,, 其連結至像素電極18。像素電極18可為金屬(供反射型顯示) 或ITO(供穿透型顯示)。 像素陣列之TFTs係利用習知PECVD與微影製程自配置於 基板20上之共用薄膜層與位址導體組同時製造而成,其中 製程係在大面積絕緣基板上製造薄膜電子構件(構成主動矩 -11 . 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐)
裝 訂
1278990 A7 厂 —_____B7_ 五、發明説明(11 ) 路結構全同於先前具體實施例,其主要差異在於基板2〇經 過改良使得基板之彎曲僅在與TF1^#構位置間隔處,當基板 臂曲時係相對空礦區。爰此,藉由基板2〇在該等區域以外 區域之全面薄化,蓄意將基板製得相對於TFTs下方而較弱 之區域。因此如圖7所示,基板2〇在洽位於構成tfTs之薄膜 層島下方之區域60厚度大於基板其它區域厚度。較厚區6〇 大抵上為圓形較佳,如圖6虛線所示,而非與薄膜島實際外 型相符’在彎曲時,有助於周圍基板之更均勻扭曲。較厚 區域之尺寸稍大於TFT結構,使其稍微延伸於半導體所佔區 域之外,並具一傾斜(角錐形)側壁62 ,有助於避免金屬位址 導體在基板彎曲時斷裂。 在區域62以外之基板2〇厚度與一般習知聚合物基板所採 用者類似,在區域60厚度增加,在這些區域具硬化功能而 能阻止基板彎曲。藉由示例可知聚合物基板2〇整體厚度可 為約100-200 μηι,而薄化區,例如區5〇與52,則約5〇1〇〇 μιη 〇 在上述兩具體實施例中,部份用以形成TFTs而沉積之半 導體與介電薄膜層均經自基板移除,而TFTs除外。但其可 忐非自然發生’這些層中TFTs不需要的區域可能仍殘留, 俾可能簡化裝置製造,但當然這些無用區域在基板彎曲時 可能易於斷裂。 裝置中承載連續共用電極23之第二基板22厚度低於基板 20較佳,俾使其彈性較大。對採用與像素電極相關之彩色 濾波器構件之彩色顯示裝置而言,彩色濾波器構件可承載 -14· 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X 297公董) 1278990 A7 ____ B7 五、發明説明(14 ) 部區域,諸如主動裝置之接點區,並以與半導體和主動裝 置之介電薄膜層類似方式形成於島中。 預期傳導性材料可顯現較大彈性,例如可利用傳導聚合 物旋上(spin-on)材料或可印製糊狀物取代供位址導體使用 之金屬。 雖然在上述具體實施例中已採用聚合物材料做為基板, 預期彈性金屬箔可用以取代為局部薄化(例如藉由蝕刻為之) 界定之弱區。 雖然本發明已參考主動矩陣液晶顯示裝置描述之,尤其 應瞭解其在相異顯示材料(例如場致發光材料)之矩陣顯示裝 置以及其他類型之矩陣陣列裝置(具矩陣構件之規律矩陣, 包含主動半導體裝置)中施用亦具類似優點。厚者之示例包 含大面積影像感測器,其採用之光感測性像素包括一光二 極體或類似元件、主動矩陣接觸感測矩陣、薄膜資料儲存 及記憶裝置。這些相異類型之薄膜電子陣列裝置僅需使用 一基板。 總結此揭示,一矩陣陣列裝置,例如一主動矩陣陣列裝 置、影像感測器等,包括一承載於彈性基板上之矩陣電路 ,其中電路包含佔獨立區域之半導體裝置陣列,諸如tfTs 。遠離半導體裝置之基板選擇區域形成弱區,俾促進基板 彈性而在裝置彎曲時優先於該區域發生,俾降低對半導體 裝置之損害威脅。例如這些區域可能包括延伸於半導體裝 置間之弱區,其可藉由基板之局部薄化形成,或藉由對基 板材料之處理而改良其於預定區域之硬度。 -17- 1278990 A7 B7 五、發明説明(15 ) 由本揭示之_閱讀,熟悉此技藝者對其他改良將顯而易見 。此類改良可包含其它在此矩陣陣列裝置領域中已知之特 性,採用相容基板與其部件,可用以取代或加入此處已述 之特性。 -18- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐)

Claims (1)

1278990 … 第091106663號專利申請案 中文申請鼻利範圍替換本Γ92车12月) 六、申請專利範園 2. 3. 4. 5. 6. 7. 一種彈性矩陣陣列裝置,其包括在一彈性基板上之薄膜 矩陣電路,其中矩陣電路包含以規律矩陣配置之薄膜半 導體裝置,其並佔據基板之各獨立區,其中與薄膜半導 體裝置所佔區域遠離之基板選擇區包括弱區,在該處之 基板較具彈性。 一種彎曲矩陣陣列裝置,其包括在一彈性基板上之薄膜 矩陣電路,其中矩陣電路包含以規律矩陣配置之薄膜半 導體裝置,其並佔據基板之各獨立區,其中基板包括與 薄膜半導體裝置所佔區域遠離之選擇區域之弱區,裝置 之彎曲大體上可容納在該區之基板變形。 如申請專利範圍第1或2項之裝置,其中弱區包括基板之 局部較薄區。 如申請專利範圍第3項之裝置,其中局部較薄區係經由 對基板之選擇性蝕刻形成。 如申請專利範圍第3項之裝置,其中基板包括一薄片結構 ’其具至少兩^ ’其中一I經圖樣化形成局部薄區。 如申請專利範圍第1或2項之裝置,其中弱區包括基板材 料硬度較半導體裝置所佔基板區域低之基板區域。 如申請專利範圍第1項之裝置,其中基板包括聚合物材 裝 訂 線 料 8. 9. 如申請專利範圍第1項之裝置 導體裝置之基板區間弱線。 如申請專利範圍第8項之震置 其中弱區延伸為承載半 其中半導體裝置係以行 列陣列配置,以及其中弱區包括沿陣列延伸於半導體裝 本紙張尺度適用中0 S家標準(CNS) 297公釐). 1278990 六、申請專利範園 置之列及/或行間。 1〇· 範圍第1項之裝置,其中基板承載半導體裝 置之獨立區較基板其他區域厚。 其中半導體裝置各包 其中半導體裝置包括 u.如申請專利範圍第1或2項之裝置 括形成一島之半導體膜。 12_如申請專利範圍第丨或2項之裝置 薄膜電晶體。 其中裝置包括一主動 13 ·如申請專利範圍第1或2項之裝置 矩陣顯示裝置,其具顯示像素,以及其中各體 均連結至承載於基板上之各像素電極。 14·如中請專利範圍第13項之裝置,其中裝置包括—主動矩 陣液晶顯示裝置’其包含另一彈性基板,固接於承載矩 陣電路之基板,而液晶材料係配置於基板間。 15.如申請專利範圍第14項之裝置,其中另一基板具有在該 處形成之弱線。 -2 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X 297公董)
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