TWI413038B - 軟性顯示器元件之製作方法 - Google Patents

Description

軟性顯示器元件之製作方法

本發明係關於一種軟性顯示元件之製作方法，尤指一種軟性顯示元件金屬基板之製作方法。

隨著顯示技術與資訊產品的蓬勃發展，顯示器已從傳統的陰極射線管(cathode ray tube，CRT)進入平面顯示器(flat panel display，FPD)時代。而軟性顯示器(flexible display)更因較習知剛性玻璃面板平面顯示器具有更輕薄、可撓曲、耐衝擊而具安全性，且不受場合、空間限制等特性，儼然成為下世代顯示器發展的新趨勢。

軟性薄膜電晶體(thin film transistor，以下簡稱為TFT)基板是軟性顯示器的重要元件之一，其基板材料的選擇與開發更是軟性顯示器發展上最重要的議題。目前軟性基板材料上的選擇有塑膠基板(plastic substrate)、超薄(thin glass)玻璃基板、以及金屬軟板(metal foil)，其中塑膠基板雖可實現輕薄、耐衝擊、低成本的理想，但塑膠基板具有不耐高溫製程、阻水氣與阻氧氣能力不足與熱膨脹係數較大等問題。超薄玻璃基板雖然具有耐高溫、安定性高等特性，但其仍具有薄化玻璃基板時難以克服的高成本問題，以及較不耐衝擊等缺點。

金屬軟板的耐高溫性質遠高於塑膠與玻璃，其熱膨脹係數較低、阻水氣與阻氧氣能力佳、且具有低靜電效應、製程上的耐化學腐蝕性及較佳安定性、低成本等特點，使得金屬軟板成為較具潛力的軟性TFT基板材料。然而，以金屬軟板作為軟性TFT基板最大的挑戰，在於金屬表面粗糙度的克服。請參閱第1圖，第1圖係為一習知金屬軟性TFT基板之剖面示意圖。如第1圖所示，金屬軟性TFT基板100包含一金屬基底102，金屬基底102的表面平坦度非常差，其均方根(root mean square，RMS)值大於1000埃(angstrom)，因此其上的元件106彷彿製作在高高低低的山峰上，不易製作成功；此外金屬基底102表面上的尖點104甚至會影響其上元件的電特性。為了避免在此高低落差過大的表面上製作元件，業者常有利用化學機械研磨法(chemical mechanical polishing，CMP)、電化學拋光法(electro chemical polishing，ECP)、鏡片拋光技術(super mirror technique)、以及於金屬基底102表面形成一層如第1圖所示的緩衝層108等方法降低表面粗糙度。其中形成緩衝層108的方法除具有可降低金屬基底102的粗糙度的用途外，更可作為金屬基底102與其上元件106的絕緣層，並用來避免金屬基底102上的微粒(particle)110污染元件106，因此最常使用。

值得注意的是，形成緩衝層108此方法仍有幾個缺點：為了確保緩衝層108可以覆蓋所有的尖點104與缺陷而降低金屬基底102的粗糙度，習知的緩衝層108會做的很厚，其厚度介於1～5微米(micrometer，μm)，大大地增加了製程時間與成本、降低軟性顯示器的可撓性。更重要的是，一般緩衝層108包含無機材料如氧化矽等，當氧化矽層厚度增加時，緩衝層108更產生了應力的問題，進而造成裂縫(crack)，影響了緩衝層108所欲提供的上述功能。

因此，如何能成功地提供具有潛力的金屬軟性TFT基板，且能解決金屬軟板作為軟性TFT基板所面臨的表面平坦度缺點，實為軟性TFT基板材料的開發中一重要的課題。

有鑑於此，本發明之一目的係提供金屬TFT基板之製作方法，且該製作方法係可克服金屬軟板表面粗糙度的缺點。

本發明揭露一種軟性顯示器元件之製作方法，其包含以下步驟：提供一承載基底，其上形成有一犧牲層。接下來於犧牲層上形成金屬層與緩衝層，再於緩衝層上形成主動元件。最後對承載基底進行雷射處理，以分離金屬層與承載基底。

根據本發明所提供之製作方法，係藉由承載基底提供剛性穩定的製作平台，使得主動元件得以良好的製作於金屬層與緩衝層上；再藉由雷射處理使具有主動元件的金屬層與緩衝層得以與承載基底分離，將承載基底轉換成軟性的金屬基底，最終獲得金屬軟性TFT基板。

請參閱第2圖至第8圖，其為本發明軟性顯示器元件製作方法之一較佳實施例。如第2圖所示，本發明首先提供一承載基底200，其定義有一第一表面202與一相對之第二表面204。承載基底200為一透光性基底，其可包含玻璃、石英或藍寶石等透光性材料。隨後係於承載基底200之第一表面202形成一犧牲層210，犧牲層210之厚度係小於500埃。在本較佳實施例中，犧牲層210係藉由一化學氣相沈積(chemical vapor deposition，以下簡稱為CVD)製程形成於第一表面202上，且包含非晶矽材料。值得注意的是，在CVD製程中，亦可藉由矽甲烷(silane，SiH4)與氫的加入與調整，增加犧牲層210的氫含量。另外，更可在CVD製程之後，對犧牲層210進行一氫離子佈植製程或氫離子電漿處理，用以增加犧牲層210之氫含量。

請參閱第3圖。接下來於犧牲層210上形成一金屬層220；於此實施例中，金屬層220係包含不鏽鋼(stainless steel)，其可藉由濺鍍(sputter)或銀膠塗佈(silver paste coating)等方式形成犧牲層210上。值得注意的是，當金屬層220係藉由濺鍍或銀膠塗佈等方式形成於犧牲層210上時，其表面平坦度將大為改善。金屬層220之厚度係可小於2μm，因此本實施例所提供之軟性顯示器元件更可為一具有超薄金屬基板之軟性顯示器元件。

請參閱第4圖。接下來於金屬層220上形成一緩衝層230，緩衝層230係用以平坦化金屬層220之表面，以及避免金屬層220與後續製程中形成的元件產生的電容偶合效應，因此緩衝層230係可包含絕緣之有機材料或無機材料如氧化矽、氮化矽等，以提供金屬層220與元件間的電性隔離。值得注意的是，由於緩衝層230下方的金屬層220之表面平坦度已大為改善，因此緩衝層230無須為配合金屬層220之平坦度而增加本身的厚度，即可達到平坦化目的。當緩衝層230包含有機材料時，其厚度可為數微米之內；而當緩衝層230包含無機材料如本較佳實施例所揭露之氧化矽時，緩衝層230之厚度係可減少至數千埃之內。因此，緩衝層230不會影響到軟性顯示器元件的可撓特性。且因氧化矽層之厚度由習知之1～5μm減少至數千埃之內，而習知技術中因氧化矽層具較大厚度而產生的應力問題，即可藉此實施例消失；繼而本發明所提供之製作方法更可減少緩衝層中裂縫的發生。

而在形成緩衝層230之後，即可開始形成主動元件；此種主動元件之結構可依整體設計而有多種不同變化。請參閱第5圖至第7圖，此為本發明所提供之一實施例；其在形成緩衝層230之後製作的主動元件，結構如圖中的如薄膜電晶體(TFT)240與畫素電極260。如第5圖所示，於緩衝層230上形成TFT240的一閘極金屬層242。接下來如第6圖所示，於閘極金屬層242上形成一閘極絕緣層244、一半導體層246與一源極/汲極金屬層248。如第7圖所示，隨後於源極/汲極金屬層248與閘極絕緣層244上形成一具有開口圖案之背向通道保護層(back-channel passivation，BP)250，如一絕緣之氮化矽層，與畫素電極260，如一氧化銦錫(indium tin oxide，ITO)層或氧化銦鋅(indium zinc oxide，IZO)層。畫素電極260係如第7圖所示，藉由背向通道保護層250之開口與源極/汲極金屬層248電性連接。如上之TFT 240的各層與畫素電極260之製作，可藉由多道沈積製程與微影暨蝕刻製程(photo-etching-process，PEP)完成；而其相關之製程可由業界週知之技術達成，故此不再加以贅述。

請參閱第8圖，於完成此實施例之主動元件後，亦即，完成TFT 240與畫素電極260的製作後，則對承載基底200與金屬層220進行一分離處理。在本較佳實施例中，分離處理可為一雷射處理270，如一氯化氙準分子雷射處理(XeCl eximer Laser)。其對承載基底200之第二表面204施以一波長約為308奈米(nanometer，nm)的雷射，由於承載基底200透光的特性，雷射的能量會由第二表面204直接穿透承載基底200而到達犧牲層210。也就是說，在雷射處理270時，犧牲層210會吸收雷射的能量，使得非晶矽材料被轉換成多晶矽材料。與此同時，犧牲層220內的氫原子將被釋放出來而產生氫爆(hydrogen decrepitation)，並導致金屬層220與承載基板200分離；而分離後的金屬層220即成為軟性顯示器元件的可撓性基板。另外值得注意的是，在雷射處理270後，犧牲層210仍附著於承載基底200上而與金屬層220分離，因此可藉由其他處理移除承載基底200上的犧牲層210，而讓承載基底200回復初始狀態，因此可供再次使用，繼而可節省整體的承載基底200使用成本。

根據本發明提供之軟性顯示器元件之製作方法，首先係提供了剛性的承載基底200，使得犧牲層210、後續作為金屬軟板的金屬層220、緩衝層230與主動元件如TFT 240等膜層可於承載基底200上先行完成製作，確保元件製作的良率。接下來利用分離處理，如雷射處理270…等方法所提供的能量，而使得犧牲層產生氫爆造成金屬層220與承載基底200的分離，成功地獲得所欲取得的可撓性金屬軟板。由於本發明中金屬層220係藉由濺鍍或銀膠塗佈等方式形成於犧牲層210上，因此其表面平坦度大為改善，使得後續形成於金屬層220上的緩衝層230厚度亦可隨之降低，避免了因緩衝層230過厚造成的可撓性降低問題與應力、裂縫等問題。

也就是說，根據本發明所提供之方法，係可輕易地完成軟性顯示器元件金屬基底的製作，取得金屬軟板耐高溫、低熱膨脹係數、較佳阻水氣阻氧氣能力、低靜電效應等優點。且由於金屬軟板較佳阻水氣、阻氧氣的特性，根據本發明所提供之方法製作而得的軟性顯示器金屬基底，亦適合作為非液晶型顯示器之基底，如有激發光二極體(organic light-emitting diode，OLED)顯示器之基底，以克服有機發光材料對水氣與氧氣的敏感問題，因此可不限於上述LCD TFT基板之製作。同時藉由濺鍍或銀膠塗佈等方式改善了金屬軟板最大的缺點，即表面平坦度的問題，也因此可降低緩衝層的厚度，更加避免了緩衝層230過厚造成的可撓性降低問題與應力、裂縫等問題。此外，由於本發明所提供承載基底係可重複利用，更可節省承載基底之使用成本。

100．．．金屬軟性薄膜電晶體基板

102．．．金屬基底

104．．．尖點

106．．．元件

108．．．緩衝層

110．．．微粒

200．．．承載基底

202．．．第一表面

204．．．第二表面

210．．．犧牲層

220．．．金屬層

230．．．緩衝層

240．．．薄膜電晶體

242．．．閘極金屬層

244．．．閘極絕緣層

246．．．半導體層

248．．．源極/汲極金屬層

250．．．背向通道保護層

260．．．畫素電極

270．．．雷射處理

d．．．線寬

第1圖係為一習知金屬軟性TFT基板之剖面示意圖。

第2圖至第8圖所繪示為本發明所提供之軟性顯示器元件之製作方法之一較佳實施例之示意圖。

200．．．承載基底

204．．．第二表面

220．．．金屬層

240．．．薄膜電晶體

244．．．閘極絕緣層

248．．．源極/汲極金屬層

260．．．畫素電極

244．．．閘極絕緣層

Claims (14)

1. 一種軟性顯示器元件之製作方法，其包含：提供一承載基底，且該承載基底上形成有一犧牲層；該犧牲層上形成一金屬層與一緩衝層；於該緩衝層上形成至少一主動元件；以及對該承載基底進行一雷射處理，以分離該金屬層與該承載基底。
2. 如申請專利範圍第1項所述之製作方法，其中該承載基底係包含透光性基底。
3. 如申請專利範圍第1項所述之製作方法，其中該犧牲層包含非晶矽(amorphous silicon)材料。
4. 如申請專利範圍第3項所述之製作方法，其中該非晶矽材料係藉由該雷射處理轉化成為一多晶矽材料。
5. 如申請專利範圍第3項所述之製作方法，其中該犧牲層係藉由化學氣相沈積(chemical vapor deposition)製程形成該承載基底之該第一表面上。
6. 如申請專利範圍第5項所述之製作方法，其中該CVD製程中更進一步包含矽甲烷(silane，SiH4)與氫之加入。
7. 如申請專利範圍第5項所述之製作方法，更包含一氫離子佈植製程，進行於該CVD製程之後，用以增加該犧牲層之氫含量。
8. 如申請專利範圍第5項所述之製作方法，更包含一氫離子電漿處理，進行於該CVD製程之後，用以增加該犧牲層之氫含量。
9. 如申請專利範圍第1項所述之製作方法，其中該犧牲層之厚度係小於500埃(angstrom)。
10. 如申請專利範圍第1項所述之製作方法，其中該金屬層包含不鏽鋼。
11. 如申請專利範圍第10項所述之製作方法，其中該金屬層係藉由濺鍍(sputter)或銀膠塗佈(silver paste coating)等方法形成於該犧牲層上。
12. 如申請專利範圍第1項所述之製作方法，其中該金屬層之厚度係小於2微米(micrometer，μm)。
13. 如申請專利範圍第1項所述之製作方法，其中該緩衝層係包含氧化矽、氮化矽或有機材料。
14. 如申請專利範圍第1項所述之製作方法，其中該雷射處理更進一步包括氯化氙準分子雷射處理(XeCl eximer Laser)。