JP2008545999A - カラーアクティブマトリクスディスプレイ - Google Patents

Abstract

カラーアクティブマトリクス表示装置を製造する方法は、硬いキャリア基板上にアイランドを形成するステップと、前記硬いキャリア基板上にプラスチック基板を形成するステップと、前記プラスチック基板上に画素回路のアレイを形成するステップと、前記画素回路のアレイの上に表示層を形成するステップとを有する。前記硬いキャリア基板は、この場合、前記プラスチック基板から切り離され、前記プラスチック基板は、この場合、前記アイランドにより規定されたチャネルを持つ。これらは、カラーフィルタ部を規定するように充填される。前記硬いキャリア基板上のプラスチック基板の形成は、後の持ち上げプロセスを使用して、前記回路アレイが非常に薄いプラスチックシート上に作成されることを可能にする。前記カラーフィルタは、この場合、ＬＣセルの外側に作成されることができる。凹部が、前記回路アレイに位置合わせされた前記プラスチック基板に形成され、これらは、例えばインクジェット印刷により、カラーフィルタ材料で充填される。

Description

本発明は、カラーアクティブマトリクス表示装置に関し、具体的にはプラスチック基板を使用するこのような装置の製造に関する。

アクティブマトリクスディスプレイの最も一般的な形式は、アクティブマトリクス液晶ディスプレイ（ＡＭＬＣＤ）である。ＡＭＬＣＤ装置は、通常は、厚さ０．７ｍｍの大きなガラス基板上に作成される。１つのセルに対して２枚の基板が必要とされ、これにより、完成されたディスプレイは、厚さ１．４ｍｍをやや上回る。携帯電話製造者、及び一部のラップトップコンピュータ製造者は、より薄くより軽いディスプレイを必要とし、完成されたセルは、ＨＦ（フッ化水素酸）ソリューションにおいて、典型的には約０．８ｍｍの厚さまで薄くされることができる。携帯電話製造者は、理想的には、ディスプレイが更に薄くなることを望むが、この方法により作成された厚さ０．８ｍｍ以下のセルは、脆弱すぎることがわかっている。

ＨＦ薄層化は、安全且つ経済的に廃棄することが難しい有害化学物質を使用する無駄の多いプロセスなので、魅力的ではない。ガラスの穴あけ作業によるエッチングプロセスの間にいくらかの歩留まり損失（yield loss）も存在する。

代替物として、軽くて頑丈で薄いプラスチックＡＭＬＣＤの魅力が、長い間、認識されている。近年、プラスチックディスプレイに対する関心は、部分的には携帯電話及びＰＤＡにおけるカラーＡＭＬＣＤの増加された使用により、更に増大されている。最近は、プラスチック基板上のＡＭＬＣＤ及び有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）ディスプレイに対する多くの研究が存在している。この関心にもかかわらず、依然として、プラスチックディスプレイの大量生産に対するもっともらしい製造ルートに対する必要性が存在する。

プラスチック基板上の薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）又はディスプレイの製造に関する３つの主な異なる方法が報告されている。これらは、独立した（freestanding）プラスチック基板上に直接的に装置を作成するもの、転写プロセス及び犠牲エッチング（sacrificial etching）である。これらの技術の幾つかの例及びこれらに関連した困難性は、以下に論じられる。

（ｉ）プラスチック基板上に直接的にＡＭＬＣＤを作成する
これは、プラスチック上のＡＭＬＣＤの製造に対する最初のアプローチであり、典型的には、低温多結晶シリコン（ＬＴＰＳ）ＴＦＴ又はアモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）ＴＦＴを使用する。このアプローチには多くの問題が存在し、依然として製造段階に到達していない。

プラスチック基板は、加熱される場合に縮み、フォトリソグラフィ位置合わせ（photolithography alignment）及び基板結合（plate coupling）を難しくするので、ＴＦＴ製造及びセル作成に対するプロセス温度は、制限されなければならない。何時間も基板を事前に加熱することは、プロセス中の収縮の量を減少するが、完全には除去しない。減少されたプロセス温度は、ＴＦＴに関して問題を引き起こす（電気的に安定性の低いａ−Ｓｉ ＴＦＴ、ＬＴＰＳ ＴＦＴに対する低品質なゲート誘電ＳｉＯ₂）。

幾つかの異なる試みが、独立したプラスチック基板上にディスプレイを製造する異なる団体によりなされているが、自動化された工場における基板ハンドリングの問題は解決されていない。ハンドリング、カセットにおける搬送及びフォトレジストスピニング（photoresist spinning）に対してガラス基板の機械的強度に頼っている標準的なＡＭＬＣＤ工場を使用することは不可能である。機械の完全に新しいセットが、プロセスステップごとに開発される必要がある。また、多くの異なる機械製造者からの協調的なアプローチを必要とし、１つのタイプの機器製造者が含まれない場合、又はモジュールの開発に成功しなかった場合には、他の機械に対する全ての労力は無駄になる。

幾つかのグループは、ロール・トゥ・ロール（roll-to-roll）製造を提案しているが、これは、依然として、真空機器における使用及び層の位置合わせに対する深刻な問題を持つ。新しい印刷技術が開発される必要があり、これが、高い歩留まりのプロセス及び上質の位置合わせに対して実際に行われることができるかどうかは不確かである。

ほとんどの独立したプラスチックフィルムは、低い表面品質を持ち、特に、滑らかではない傾向にあり、表面にたくさんのひびを持つ。ガラス基板は機械的に硬く、これにより、穏やかな接触により傷をつけられることはなく、カセットにおいて運ばれることができる。これらのカセットにおいて、ガラスの縁のみが前記カセットに触れ、これにより、前記ガラスのほとんどの領域は全く触れない。これと比較して、プラスチック基板は軟らかく、カセットにおいて運ばれるのに十分に硬くない。これは、他の層と接触して平らにパックされなくてはならないか、又はロールに巻き付けられなくてはならず、この場合、上面及び下面の両方が、機械的応力下で他の層と接触することを意味する。これらのプロセスは、プラスチックの軟らかい表面を損傷する傾向にある。標準的なＡＭＬＣＤ製造において、可能な限り完璧に近いガラス表面を持つように高度な注意が払われ、したがって、傷を付けられた粗いプラスチック表面は、高い歩留まりの大量生産に対する現実的なオプションになりそうはない。表面は、平坦化され、付加的な保護コーティングを与えられることができるが、しかしながら、これは、プロセスステップを追加し、したがってコストを追加する。

（ｉｉ）転写プロセスによるプラスチックディスプレイ
このプロセスの既知の例は、セイコーエプソン株式会社により開発されたいわゆるＳＵＦＴＬＡプロセスである。これは、二重転写プロセスである。初めに、低温多結晶シリコン（ＬＴＰＳ）ＴＦＴアレイが、ガラス上のアモルファスシリコン及び二酸化ケイ素層上に作成される。前記ＴＦＴアレイの上端は、この場合、水溶性糊を用いてプラスチック基板に貼り付けられ、ＴＦＴ層は、前記ガラスを通って底部ａ−Ｓｉ層を照射するＸｅＣｌレーザを使用することにより底部基板から解放される。

レーザビームは、水素エキソディフュージョン（hydrogen exodiffusion）を引き起こし、放出された水素は元のガラス基板から前記ＴＦＴアレイを持ち上げる。実際的な理由により、前記ＴＦＴアレイは、ＬＴＰＳ ＴＦＴアレイの上端をＡＭＬＣＤのＬＣ材料に向ける標準的な幾何構成を持つ。第２のプラスチックフィルムは、永久接着剤を使用して前記ＴＦＴの底部にラミネート加工される。前記アレイは、この場合、水溶性接着剤を溶解することにより第１のプラスチックフィルムから切り離される。

これは、２つの転写プロセスの使用により高価なプロセスであり、歩留まり問題を持つと予測される。プラスチック基板に対してＴＦＴ層をラミネート加工することにより良好なフラットディスプレイを得る上での問題も存在しうる。ＴＦＴアレイが最終的なプラスチック基板に転写された後に、この場合、セル製造が問題になる。これは、２つの薄い可撓性プラスチックシートが正確に一緒に位置合わせされ、セル結合及び充填が後に続く必要がある。問題は、基板ハンドリング及び位置合わせの困難性のために大量生産において生じる。

提案されている他の転写プロセスは、ガラス基板上のＳｉＯ₂の層上にＬＴＰＳアレイを形成することを含む。再び、第２の基板は、水溶性糊を用いてＴＦＴアレイに貼り付けられるが、今回、前記ガラス基板は、ＨＦ内でエッチングで除去される。前記アレイは、この場合、永久プラスチック基板に転写され、一時的な基板は、前記水溶性糊を溶解することにより除去される。これは、ＴＦＴアレイが、レーザ転写プロセスを使用する代わりにガラス基板をエッチングすることにより一時的な基板に転写される点で、上に記載された転写プロセスとは異なる。このプロセスは、より良好な歩留まりを持ちうるが、ガラス基板全体の完全なエッチングのため、高価であり、環境的に無駄が多い。

これらの転写技術の１つの主な利点は、ＴＦＴが最終的なプラスチック基板上に作成されず、これにより、高温プロセスが使用されることができることである。また、上に記載されたような、独立したプラスチック基板上のＴＦＴ製造の主要な問題の１つである基板収縮の問題が存在しない。

（ｉｉ）犠牲エッチングによるプラスチックディスプレイ
他の提案は、硬い基板に対するａ−Ｓｉ犠牲層の使用、及びその後のプラスチック層のスピンオン（spinning on）である。ポリシリコンＴＦＴは、前記プラスチック層の上に作成され、前記プラスチック層及びアレイを通るエッチングホールが作成される。前記基板は、この場合、前記エッチングホールを通過する液体エッチングに浸され、前記ａ−Ｓｉ犠牲層を溶解し、前記プラスチック層及びＴＦＴが浮いて離れる（float off）ことを可能にする。このプロセスは、前記アレイに付けられるエッチングホールのため、ディスプレイを作成するのには適していない。

本出願人は、硬いキャリア基板（rigid carrier substrate）及び前記硬いキャリア基板上のプラスチック基板を有する基板構成が製造される代替アプローチを提案している（が、依然として公開されていない）。前記硬いキャリア基板は、前記プラスチック基板上に画素回路及び表示セルを形成した後に前記プラスチック基板から切り離される。これは、実質的に従来の基板ハンドリング、プロセス及びセル作成が採用されることを可能にする。

レーザリフトオフ（laser lift-off）プロセスを有する切り離しプロセス（release process）は、前記プラスチック基板から前記硬いキャリア基板を切り離すために提案されている。

本発明は、特に、カラーフィルタを液晶ディスプレイのアクティブプレート（active plate）上に統合する方法に関し、この統合に対する提案されたプラスチック基板技術の使用を含む。

ＡＭＬＣＤのアクティブプレートに対するカラーフィルタの統合は、前記基板上の位置合わせが大幅に良く、標準的なカラーフィルタと比較して光学的開口率を増大することができるので、魅力的な提案として認識されている。

ＡＭＬＣＤ製造において使用されるパターン位置合わせ（pattern alignment）の２つの異なる形式が存在する。１つ目は、前記基板上に異なる金属、誘電体及び半導体層のパターンを構築するのに使用されるフォトリソグラフィ位置合わせである。この技術は、高度に正確であり、ＡＭＬＣＤ製造に対して、通常は、現在２×２ｍの大きさに近づいている基板上で約２μｍの位置合わせ精度を持つと見積もられている。実際に、前記位置合わせ精度は、通常は１μｍより良い。

第２の種類の位置合わせは、プレート間（plate-to-plate）結合である。これは、ＬＣセルの２つの側面を一緒に位置合わせする。ＡＭＬＣＤに対して、典型的には、一方のプレート上にアクティブマトリクスアレイが存在し、他方のプレート上にカラーフィルタ、ブラックマスク及びＩＴＯが存在する。

図１は、典型的なアクティブマトリクス液晶ディスプレイの画素の中間を通る断面を示す。

前記ディスプレイは、アクティブプレート１及びパッシブプレート（passive plate）２を有する。アクティブプレート１は、典型的には０．７ｍｍの厚さのガラス基板３上に形成され、ＳｉＮ保護層（passivation layer）５の上に重なる最上面上のＩＴＯ画素電極４を持つ薄膜画素回路を持っている。前記層の一部のみが図１に示され、ＳｉＮゲート絶縁層６及び列導体層（column conductor layer）７を含む。

パッシブプレート２は、カラーフィルタ８ａ、８ｂ及び前記画素の画素電極が存在しない部分を遮蔽するブラックマスク層９を持っている。図示されるように、前記画素電極に対するブラックマスク層９の重複が必要とされ（Ｌ₂）、列導体７と画素電極４との間にも間隔（Ｌ₁）が存在する。間隔Ｌ₁は、容量性クロス結合（capacitive cross-coupling）を防ぐために約１μｍより大きくなくてはならない。Ｌ₁は、最大フォトリソグラフィ位置合わせ誤差を考慮し、Ｌ₂は、最大のプレートのずれ（misalignment）を考慮する。

いわゆる"高開口率"設計において、画素電極４は、列電極７と重複することができ、これにより前記ブラックマスクの大きさが、寸法Ｌ₂のみにより決定される。

しかしながら、（Ｌ₂に含まれる）プレート間位置合わせの許容誤差は、フォトリソグラフィ位置合わせより大幅に大きい。例えば、接触中及びシールライン（seal lines）が硬化される間に運動が存在することができ、したがって、プレート間結合精度は１０μｍに近い。高品質ディスプレイに対して、光が、所望の光透過レベルを与えるように変調される画素ＩＴＯのみを通過することができることは非常に重要である。

前記画素を迂回して通り、観察者に到達することができる光は、コントラスト比を低下し、黒状態が可能な限り黒くないことを意味する。これは、表示性能を劣化させる。

前記ブラックマスク層は、前記ディスプレイの光学的開口率を減少する。光学的開口率を最大化することは、ディスプレイの輝度を最大化し、消費電力を減少するために重要であり、このプレート間結合精度は、効果的にこれらのパラメータを制限する因子であることができる。

光学的開口率を向上する１つの方法が、前記カラーフィルタを前記アクティブプレートに移動することであると認識されている。これは、ガラス基板に対して２つの方法の一方で行われることができる。両方とも研究において立証されているが、大量生産には使用されていない。

第１の方法は、前記ＴＦＴアレイの下に前記カラーフィルタを配置することである。これが、１５"ＸＧＡモニタの光学的開口率を約６０％から８０％に増大させることができると報告されている。前記カラーフィルタは、通常は、１ないし２μｍの厚さの染色した重合体からなり、これらは、非常にむらのあるプロファイルを与える。これらのむらのある表面上に前記ＴＦＴを加工することに関して深刻な実際的な困難が存在するが、このプロセスの主要な問題はプロセス温度である。前記カラーフィルタは、約１５０℃以上加熱されてはならず、さもなければ劣化し始め、彩度を失う。前記ＴＦＴは、通常は、約３００℃以上で堆積される。この温度は、２００℃近くまで下げられることができるが、２００℃を下回る場合、前記ＴＦＴは、許容可能な表示寿命に対して電気的に不安定になりすぎる。不安定なＴＦＴ又は貧弱な彩度を持つことは許容可能ではない。

第２の技術は、前記ＴＦＴアレイの上にカラーフィルタを持つことである。これを行う最も単純な方法は、標準的なＴＦＴアレイの上にカラーフィルタを単純に載せることである。これは、前記画素電極上に厚い重合体層を配置することが、駆動電力を大幅に増大し、前記重合体における充電動作（charge motion）により残像（image retention）を持ち込むので、実際的ではない。前記ＴＦＴアレイを作成し、前記カラーフィルタを堆積し、次いで前記カラーフィルタ層を通る電気接続を通る前記カラーフィルタ上に前記ＩＴＯを載せることは可能である。これは、全てのカラーフィルタ層における所要の良好な漸減する傾斜、前記堆積に対して制限された温度での高品質ＩＴＯ、及び凹凸のある重合体層の上でのＩＴＯの正確かつ信頼できるパターニングを制御する難しいプロセスである。このプロセスは、製造段階に到達するとは思われない。

前記カラーフィルタを前記アクティブプレートに一体化する第２の主要な利点は、前記パッシブプレートが前記アクティブプレートに対して正確に位置合わせされる必要がないことである。これは、セル作成プロセスを大幅に単純にし、このような高価なプレート結合機器を必要としない。

カラーフィルタをＬＣＤのアクティブプレートに一体化する認識された利益にもかかわらず、このようなディスプレイアーキテクチャの低コストかつ信頼できる実装を提供する解決法は見つかっていない。

本発明によると、
硬いキャリア基板上にアイランド（islands）を形成するステップと、
前記硬いキャリア基板上にプラスチック基板を形成するステップと、
前記プラスチック基板上に画素回路のアレイを形成するステップと、
前記画素回路のアレイ上に表示層を形成するステップと、
前記表示層を形成した後に前記プラスチック基板から前記硬いキャリア基板を切り離すステップであって、前記プラスチック基板が前記アイランドにより規定されたチャネルを持つ、当該切り離すステップと、
カラーフィルタ部を規定するように前記チャネルを充填するステップと、
を有する、カラーアクティブマトリクス表示装置を製造する方法が提供される。

硬いキャリア上でのプラスチック基板の形成は、後のリフトオフプロセスを使用して、前記回路アレイが非常に薄いプラスチックシート上に作成されることを可能にする。前記カラーフィルタは、この場合、ＬＣセルの外側に作成されることができる。前記回路アレイに位置合わせされた前記プラスチック基板内に凹部（depressions）が形成され、これらは、例えばインクジェット印刷により、カラーフィルタ材料で充填される。

前記方法は、第２の基板構成を製造するステップを更に有してもよく、前記画素回路のアレイ上に表示層を形成するステップは、間に電気光学材料を挟んだ第１及び第２の基板構成を取り付けるステップを有し、これにより前記アクティブマトリクス表示装置は、間に前記電気光学材料を挟んだ第１及び第２の基板を有する。

前記第２の基板構成は、第２の硬いキャリア基板、及び前記第２の硬いキャリア基板上の第２のプラスチック基板として構成されることもできる。前記硬いキャリア基板の一方又は両方は、ガラス基板であることができる。

本発明は、
プラスチック基板と、
前記プラスチック基板上に堆積された薄膜画素回路のアレイと、
前記画素回路のアレイ上の表示層と、
前記薄膜画素回路のアレイに対する前記プラスチック基板の反対側におけるチャネルに設けられたカラーフィルタ部のアレイであって、前記チャネルが、前記薄膜画素回路の堆積中に前記プラスチック基板を支持し、前記カラーフィルタ部の設備を可能にするために除去される支持構造により規定される、当該カラーフィルタ部のアレイと、
を有する、カラー表示装置をも提供する。

本発明の例は、ここに添付図面を参照して詳細に記載される。

図２は、本出願人により提案された（依然として公開されていない）プラスチックディスプレイの製造を概略的に示し、最終的な切り離し段階を示す。完成したディスプレイ１０は、ガラス基板１２から切り離され、次いで、携帯電話１４のような装置において使用される。

図３は、基本的な製造概念を説明するのに使用され、ａ−Ｓｉ切り離し層２０を持つガラスキャリア基板１２及びプラスチック基板として機能するプラスチック層２２を示す。この基板構成は、アクティブプレート及びパッシブプレートの基礎を形成することができる。図３は、１つのディスプレイ基板のみを示しているが、実際には、図２に示されるように、大きなガラス基板上に多くのディスプレイが存在する。

切り離し層２０は、ａ−Ｓｉの薄層であってもよく、プラスチック層２２が加えられる前にガラス基板１２上に堆積される。ａ−Ｓｉ切り離し層は、例えば、ＰＥＣＶＤにより付着され、１０ないし５０ｎｍの厚さであることができる。レーザ切り離しプロセスは、前記切り離し層を活性化し、前記ガラスキャリアから前記プラスチック基板を分離するのに使用されることができる。

上記プロセスは、独立したプラスチック層が、ガラス基板から解放された、３．５μｍの厚さのプラスチック層上にアモルファスシリコンＴＦＴを持つように形成されることを可能にする。前記ＴＦＴの電気特性は、ガラス上のＴＦＴと同一である。

前記プラスチック層は、完成したセルの壁の一方になるのに十分に強くなければならない。適切なプラスチック層は、無色ポリイミド、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）、ベンゾシクロブテン（ＢＣＢ）、シリコン又は他のプラスチック層であることができる。前記プラスチック層の厚さは、低コスト及び製造の容易性に対する小さな厚さと強度を与えるより厚い層との間の妥協である。通常は、４ないし５０μｍの範囲内である。切り離し層２０は、ａ−Ｓｉの薄層であってもよく、プラスチック層２２が加えられる前にガラス基板１２上に堆積される。この切り離し層２０は、採用される切り離しプロセスに依存して必要ではないかもしれない。

ａ−Ｓｉ切り離し層は、ＰＥＣＶＤにより付着されることができ、１０ないし５０ｎｍの厚さであることができる。

一例において、前記プラスチック層はスピンコートされる（spin coated）。これは、極度に高品質の表面を与え、必要であれば極度に薄い層を与えることができる。最も重要なことだが、前記プラスチックは、ウェットキャスティング（wet casting）可能である。前記プラスチックは、したがって、代わりに、オフセット平版印刷又はシルクスクリーン印刷のような印刷技術又はブレードを用いて延展することにより前記プラスチックが付着されることができる。他の例において、前記プラスチック層はパリレンであり、パリレン堆積プロセスが使用される。

本発明は、上で概説されたプロセスを使用して、非常に薄いプラスチックシートを用いる前記ＴＦＴアレイに対する前記ガラス基板の置き換え、及び前記ＬＣセルの外側における前記カラーフィルタの堆積に関する。このアプローチは、ＡＭＬＣＤ製造に対するガラスプレートが、完成したセルのガラスをエッチングすることによりおよそ０．３ｍｍに減少されることができるが、０．７ｍｍのオーダの厚さを持つので、通常のガラスディスプレイには適切ではない。しかしながら、前記画素は、５０ないし１００μｍのオーダの幅を持ち、これにより、たとえ前記ガラス基板が０．３ｍｍの厚さであったとしても、前記カラーフィルタは、非常に小さい範囲の観察位置からのＬＣ画素にのみ一致する。

上に記載されたプロセスにより可能にされた小さな基板の厚さは、前記画素回路に対する前記基板の反対側における前記カラーフィルタ層の配置を実際的な提案にし、本発明は、この目的に対する製造方法及び結果として生じるディスプレイ構成を提供する。

図４は、本発明の表示装置を示し、図５は、列ラインの１つの領域内の前記アクティブプレートをより詳細に示す。

アクティブプレート４０は、プラスチック基板４２を持つ。一方には、薄膜画素回路のアレイが設けられる。列電極４４が、前記画素回路の上のパターニングされたＩＴＯ画素電極に加えて図示される。図４に示される例において、パッシブプレート４８もプラスチック基板４９を持ち、これは、パターニングされていない共通電極５０において覆われる。前記パッシブプレートは、偏光子を設けられる。

ＬＣ表示層５４は、前記アクティブプレートと前記パッシブプレートとの間に挟まれる。

本発明によると、カラーフィルタ部のアレイ５５は、前記薄膜画素回路のアレイに対するプラスチック基板４２の反対側におけるチャネル５６において設けられる。これらのカラーフィルタ部は、プラスチック基板４２に対する実質的に平坦な底面を規定するように前記チャネルを充填する。偏光子５７は、前記カラーフィルタを持つプラスチック基板４２の側面に対して設けられる。

図５は、前記構成の異なる層に対する典型的な寸法を示す。プラスチック基板４２の厚さは、好ましくは、５０μｍ以下であり、４μｍの例が図示される。カラーフィルタ部５７は、およそ２μｍの深さのチャネルに埋め込まれる。図５は、ゲート絶縁層５８（４００ｎｍのＳｉＮ）及び画素電極４６（１００ｎｍのＩＴＯ）が形成される平坦化誘電層５９（３μｍのＢＣＢ）をも図示する。

本出願人により提案された前記方法の一例はここに詳細に記載され、ディスプレイは、ガラス基板からのレーザ切り離しを使用して、及び前記ディスプレイの前記カラーフィルタに対してインクジェット印刷を用いて作成される。詳細に示された前記例は、２つの対向する（アクティブ及びパッシブ）基板の間に挟まれたＬＣ材料を持つ液晶表示セルの製造に対するものである。前記方法は、他のバックライト表示技術に適用されることができ、特定の例は、説明のみのためである。図４及び５の装置を製造する方法は、図６を参照して記載される。

図６Ａは、前記ディスプレイのアクティブプレートが加工されるべきガラス基板６０を示す。アイランド６２、例えばＳｉＯ₂又はＳｉＮのアイランドが前記基板上に形成される。これらは、前記カラーフィルタを受ける前記プラスチック基板内のチャネルを規定する。

図６Ｂは、前記基板上に堆積されたａ−Ｓｉ切り離し層６４及び、例えばスピンオンプロセスを使用して付着されるプラスチック層６６を示す。前記プラスチック層は、最終的なディスプレイの前記アクティブプレートを形成するものである。前記プラスチック層は、ＢＣＢ又はエポキシ樹脂のような低複屈折材料である。前記切り離し層は、必要ではないかもしれないが、しかしながら、前記切り離しプロセスに対してプロセス窓を増大させる。

図６Ｃは、（ほとんど）標準的なプロセスを使用してプラスチック表面に作成されているａ−Ｓｉ ＴＦＴアレイを示す。最高プロセス温度は、選択されるプラスチック層に依存するが、前記プラスチックは硬いガラス基板１２にしっかりと固定され、収縮の問題が存在しないので、独立したプラスチックフィルムに対するプロセス温度より高くすることができる。

一例において、前記ＴＦＴアレイは、ＳｉＮ層６８の上に設けられ、前記ＴＦＴは、ゲート金属層７０と、窒化ケイ素ゲート誘電層５８と、誘電層５９と、ＩＴＯ画素電極４６とを有する。前記ＴＦＴは、概略的に７２として示される。この例は、下にＳｉＮ層を持つａ−Ｓｉ ＢＣＥ ＴＦＴを使用する。前記ＴＦＴは、同様に良好にトップゲート又はボトムゲート、ａ−Ｓｉ又はｐｏｌｙ−Ｓｉ ＴＦＴであることができる。

図６Ｄは、ＬＣセルに対する列スペーサ（column spacers）７４の付加を含む、ＬＣセル形成後の構成を示す。これらは、適切な重合体層をインクジェット印刷又はスピンオンすることにより及びフォトリソグラフィによるパターニングのいずれかにより作成されることができる。分散ガラス（dispersed glass）又はプラスチックビーズ又はロッドも、代わりに使用されることができるが、両方の基板に貼りつく列スペーサは、プラスチックセルに増大された機械的強度を与え、前記セルを分離から保護することを助けることができる。

図６Ｄは、独自のガラス基板７６及び切り離し層７８上で支持され、シートＩＴＯ電極５０を持つプラスチック層４９を有するパッシブプレート４８をも示す。前記パッシブプレートのプラスチック基板は、前記アクティブプレートに対して使用されたのと同じプラスチックを使用してもよく、又は異なるプラスチックであってもよい。

図６Ｅは、上に記載されたようにレーザ切り離しプロセスを使用する前記パッシブプレートのガラス支持基板の除去後の構成を示す。

図６Ｆは、上端プレートに加えられた偏光子８０を示す。これは、前記最終的なディスプレイに付加的な強度及び剛性を与える。チップオングラス（chip-on-glass）プロセス又はホイルボンディング（foil bonding）も、このときに行われることができ、プラスチックシートがガラスに依然として堅く貼り付けられ、位置合わせ及び固定を単純化するという利点を持つ。前記ディスプレイの最終的な切り離しの前のこの段階で前記偏光子を付着する利点は、前記ディスプレイが前記ガラスに対する結合により依然として剛性を持つことである。前記偏光子は、上部プラスチック層に付加された強度を与える。

図６Ｇは、上に記載されたレーザ切り離しプロセスを再び使用する、前記アクティブプレートのガラス支持基板の除去後の構成を示す。これは、プラスチック基板４２の下側に前記カラーフィルタを受けるチャネル５６を残す。

図６Ｈに示されるように、カラーフィルタ５５が、好ましくはインクジェットプロセスにより加えられる。プラスチックは、例えば表面をフッ素化することにより、前記プラスチックを親水性にするプラズマ又はウェットプロセスを必要としうる。図６Ｈにおいて、完全に平らに且つ底部プラスチック基板に沿った重合体カラーフィルタが図示される。実際に、カラーフィルタ材料は、おそらくプラスチック表面の上又は下に位置し、追加の平坦化層も、必要であれば使用されることもできる。

図６Ｉは、前記アクティブプレートに対する第２の偏光子５８の追加を示す。前記アクティブプレート偏光子は、この場合、ディスプレイごとに付着されなければならない。

上記の例において、ＬＣセル形成は、詳細に記載されていない。従来のセル作成が使用されるか、又は液晶滴下（drop filling）とも称される、より新しい液晶に対する真空位置合わせ（ＶＡＬＣ、Vacuum Alignment with Liquid Crystal）法が使用されるかに依存して、異なるプロセスが使用されうる。この液晶滴下法において、ＬＣ液滴が、位置合わせ前に前記プレートの一方に載せられ、プレート結合が真空下で実行される。

前記ガラスキャリアプレートは、全ての残余の跡を除去するように取り除かれることができ、この場合、再使用されることができる。

レーザ切り離しプロセスが上に述べられている。実際には、前記プラスチック基板が前記ガラス基板から切り離されることができる少なくとも３つの方法が存在する。使用されることができる方法は、前記ガラス基板と直接的に接触しているプラスチックからのレーザ切り離し、ガラスとプラスチックとの間のシリコン切り離し層を使用するレーザ切り離し、及びシリコン切り離し層を用いるランプ加熱である。これらは、各々以下に論じられる。

（ｉ）ガラス基板からの直接的なレーザ切り離し
レーザ照射（ＸｅＣｌ）が、水晶担体（quartz carrier）を通して使用され、ポリイミドレーザを放出して金属ポリイミド回路を形成する方法が開示されている。１μｍ以下の薄層が、光除去され、良好な機械的インテグリティを持つ独立したポリイミドフィルムを残す。同様のプロセスがＭＥＭＳ製造において使用されているが、今回、前記ポリイミドは、前記レーザ切り離しプロセス後に溶解される犠牲層として使用される。原理的に、これは、追加の切り離し層が堆積又はスピニングされる必要がないので、プラスチックディスプレイを作成する理想的なプロセスである。

（ｉｉ）ａ−Ｓｉ切り離し層を使用するレーザ切り離し
第２の方法は、いわゆるＳＵＦＴＬＡプロセスにおいて使用される、ａ−Ｓｉ切り離し層を用いるレーザ切り離しプロセスを使用することである。図７は、プラズマ化学気相成長法（ＰＥＣＶＤ、Plasma Enhanced Chemical Vapour Deposition）により作成された４０ｎｍ ａ−Ｓｉ切り離し層１２４を使用してガラスキャリア１２２に付着された２０μｍポリイミドプラスチック基板１２０を示す。

ポリイミド１２０は、金属マスク層を使用してドライエッチングされる。ａ−Ｓｉ切り離し層１２２もドライエッチングされ、ポリイミドアイランドの周りにむき出しの基板を残す。前記ガラスの底部全体にわたりＸｅＣｌレーザ線ビーム１２６を走査することは、ａ−Ｓｉを融解させ、水素を放出させる。前記ポリイミドは、この場合、前記ガラスの表面からきれいに切り離される。

（ｉｉｉ）ａ−Ｓｉ切り離し層及びランプ又は電熱器加熱を使用する切り離し
ａ−Ｓｉ切り離し層に対するレーザ照射の代わりに、前記ａ−Ｓｉは、高速熱プロセス（ＲＴＰ、Rapid Thermal Processing）に対して設計されたランプにより、又は電熱器（hotplate）上へサンプルを下げることにより高速に加熱されることができる。

上記のレーザ切り離しの例は、ポリイミドプラスチック基板の使用に言及し、電子装置に対するプラスチック基板としてのポリイミドの使用は、過去に提案されている。これは、非常に強力であり、切り離し後に良い機械的特性を持つが、強い複屈折を持つ。これは、反射型及び発光型ディスプレイ及びセンサに対する基板として適しているが、透過型ＬＣＤにはあまり適していないことを意味する。

したがって、代替的なプラスチック層に対する要望が存在する。ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）及びポリエチレンテレフタラート（ＰＥＴ）のような、ディスプレイ基板に対して使用されている一部のプラスチックは、熱押出し（thermal extrusion）によってのみ作成されることができる。これらを薄いフィルムとしてガラス基板に付着する単純な方法は存在しない。

前記基板に対する１つの好適な代替プラスチック材料はパリレンであり、レーザ切り離しプロセスは、このプラスチック材料に対して適切である。

パリレンは、（カテーテルのような）手術用ツール及び（人工股関節及び心臓弁のような）手術用インプラントに対するコーティング層、並びに高機能（high specification）回路基板及び航空宇宙用部品に対するコーティングとして幅広く使用されている。

パリレンは、熱的に押し出される又は液体として付着されるのではなく、３つの異なる真空槽（vacuum chambers）における３段階真空プロセスにより堆積される。３つの堆積ステップは、
（ｉ）真空槽Ａ内のおよそ１５０℃における固体二量体の昇華（sublimation）。
（ｉｉ）次いで、前記二量体が、約６８０℃における真空炉（真空槽Ｂ）を通過し、ここで熱分解により砕かれ、安定な単量体を形成する。
（ｉｉｉ）次いで、前記単量体が、堆積槽Ｃに入り、ここで前記基板表面において同時に吸収及び重合される。

前記基板は、堆積中に室温であり、したがって、全ての高温堆積プロセスの特徴である応力が冷却中に前記層に組み込まれない。

パリレンの他の著しい特徴は、
（ｉ）これは、完璧に近い絶縁保護コーティング（conformal coating）を持ち、使用される低圧堆積プロセスのため、小さな空間を埋めることができる。これは、完全にピンホールの無いバリアコーティングであると見なされる。
（ｉｉ）これは、良好な耐化学性を持ち、一般的な溶媒において不溶性であり、酸及び塩基にさらされる攻撃に耐える。
（ｉｉｉ）これは、高度に透明である。特に、これは、およそ同じスペクトル範囲に対して１７３７ガラスと実質的に同じ透明度を持つ。
（ｉｖ）これは、高い絶縁耐力（＞５ＭＶ／ｃｍ）及び２．６５の誘電率を持つ。
（ｖ）これは、気体及び液体に対する優秀なバリア性質を持つ。これは、水分汚染及びイオン汚染がＬＣ材料に入らないことが重要であるＬＣセルに対して潜在的に極度に重要である。
（ｖｉ）パリレンは、自立膜（self-supporting membrane）として良好な機械的特性を持つ。これは、例えば弁及びラウドスピーカに対する自立構造及び膜としての、マイクロ電気機械スイッチ（ＭＥＭＳ）における既知の使用により立証されている。

熱耐久性は、プラスチック基板に対する最大の問題の１つである。パリレンは、空気中で１０６℃における１０００００時間の耐久性を持ち、不活性雰囲気において２００°における１０００００時間以上の耐久性を持つと見積もられる。パリレンＣは、パリレンの最も一般的な形式であり（他の形式はパリレンＤ及びパリレンＮである）、この応用に対して好適なオプションであり、２８０℃の融解温度を持つ。パリレンの最大プロセス温度は、したがって、２２０ないし２６０℃の範囲内である。

上で説明された切り離しプロセスを立証する基板材料としてのパリレンの実験的使用の例は、ここに説明される。

アモルファスシリコン切り離しプロセスが使用され、この目的で、２０ｎｍの水素化ａ−Ｓｉ：Ｈが、３００℃でガラス基板上に堆積された。使用された前記ａ−Ｓｉ：Ｈは、およそ７原子百分率の水素を含む。

次いで、パリレンＣの１０μｍコーティングが、堆積された。

図８に示されるように、走査ＸｅＣｌエキシマレーザを用いるレーザ切り離しプロセスが採用された。

図８は、ガラス基板１４０と、１０μｍパリレンプラスチック基板１４２と、２０ｎｍのａ−Ｓｉ切り離し層１４４とを示す。

ＸｅＣｌレーザビーム１４６を提供するレーザは、ガラス基板１４０の裏側を通るように向けられ、ａ−Ｓｉ：Ｈ層１４４は、３０８ｎｍにおける青色レーザ光を非常に強力に吸収する。前記レーザのフルエンスは、前記ａ−Ｓｉ：Ｈをちょうど融解するように調節された。

融解すると、前記ａ−Ｓｉ：Ｈは沸騰し、水素を放出する。ａ−Ｓｉ：Ｈ融解及び水素放出の組み合わせは、前記パリレンを前記ガラス基板から持ち上げる。

実行された実験において、パルスレーザが使用され、照射領域は、パリレン持ち上げプロセスを実施するために段階的に移動された（矢印１４８）。前記ＸｅＣｌレーザは、パルス化され、フラッシュごとにおよそ２０×０．５ｍｍの面積を照射した。各照射の後に、前記レーザは、一連の重複する線を与えるように０．４ｍｍだけ移動された。

しかしながら、レーザの大面積単一パルス及び強力なランプアニーリングを含む、照射により前記ａ−Ｓｉ：Ｈを融解する如何なるプロセスも採用されることができる。

これらの実験は、前記パリレン層が、前記プラスチック基板から容易に除去されることができ、持ち上げられ、巻かれることができるような良好な機械的特性を持つことが立証された。

前記パリレンは、ＡＭＬＣＤ工業において使用される標準的なガラスであるコーニング１７３７ガラス単独と同様の高い光学的透過率を持つ。

切り離されたパリレンフィルムは、偏光子を使用するディスプレイ応用での使用に対する適切性を決定するためにライトボックス（light box）における直交する偏光子の間にも配置され、動作がポリイミドフィルムと比較される。この構成において、前記パリレンは、実質的に全ての光を吸収するのに対し、かなりの量が前記ポリイミドを透過する。ポリイミドは、偏光された光を異なる量だけ回転させ、光減衰の損失を起こす、高い複屈折を持つことが知られている。前記パリレンフィルムの高い減衰は、ＬＣＤに対する基板材料として使用する適切性を立証する。

パリレンは非常に滑らかであり、これは、ＴＦＴ及びディスプレイを作成するために前記パリレンに他の薄いフィルムを接着させるのが難しいことを意味することができる。これは、通常は、プラスチック基板に対して、他の層を堆積する前に表面にＡｒプラズマを照射することにより解決されることができる。他の前処理動作が実行されてもよく、例えば、オルガノ‐シランの多分子層が付着されることができ、接着プロモータとして機能する。

前記ガラス基板は、パリレン堆積プロセスの前に除去されることができ、これにより、油分及びイオンのような表面汚染がコーティングプロセスの前に除去される。従来の溶媒が、除去プロセスを実行するために使用されることができる。

上記の例は、前記プラスチック基板を形成するためにスピンコーティング又はパリレンプロセスを使用する。他の適切なウェットキャスティングプロセスは、印刷及び拡散（spreading）を含む。

前記基板は、標準的なガラス基板、又は青色光吸収層でコーティングされたガラス基板のいずれかであることができる。選択は、使用されるプラスチック及びレーザ切り離し特性に依存する。

前記プラスチック層の上に付着されたパッシブ層は、通常は望ましい。適切な層タイプは、プラズマ化学気層成長法（ＰＥＣＶＤ）又はスパッタリングにより堆積された窒化ケイ素又は酸化ケイ素である。

このＴＦＴアレイ製造は、ａ−Ｓｉ又は低温ｐｏｌｙ−Ｓｉ（ＬＴＰＳ）ＴＦＴに対するごく標準的なアレイプロセス条件下で実行されることができる。堆積された層が高い機械的応力を持たないことを保証するために幾つかの小さなプロセス変更が存在しなければならないかもしれない。プラスチックの非常に薄い層でコーティングされた標準的なガラス基板及び標準的なＴＦＴアレイプロセスの使用は、このプロセスが既存のＴＦＴ製造プラントで使用されることができることを意味する。

ＴＦＴは、上記のＬＣＤの例だけでなく、複数の異なるディスプレイタイプを多重化するアクティブ装置素子として使用されることができる。どのようなディスプレイタイプであっても、前記ディスプレイは、前記ＴＦＴアレイが依然としてガラス上にくっついている間に製造される。これは、標準的なディスプレイ製造ツール及び技術が使用されることができ、プラスチックの薄層の存在が重大な違いを引き起こさないことを意味する。ディスプレイドライバは、このときに前記ディスプレイに固着されることもできる。

前記プラスチック層は、この場合、一例においては、青色レーザを前記ガラス基板を通して照射し、前記プラスチック（又は青色光吸収層）の底面にあてることにより、前記ガラス基板から取り外される。この目的に対するレーザは、通常は、前記ディスプレイの全部の面積を覆うように走査されなければならない。３０８ｎｍ及び３５１ｎｍの波長を持つパルスエキシマレーザは、ガラスから黄色ポリイミド層を取り外すのに首尾よく使用されることができ、プラスチック層の下にアモルファスシリコンを設けることにより、ポリイミド、ＢＣＢ、シリコン及びパリレンは、前記ガラスから首尾よく切り離されることができる。

ポリイミドのような黄色プラスチックは、前記ガラス基板を通るＵＶレーザ光の吸収により直接的にレーザ切り離しされることができる。一般に、黄色基板は、発光型又は反射型ディスプレイ、例えば反射型ＬＣＤ、電気泳動ディスプレイ（Ｅ−Ｉｎｋ）又はＯＬＥＤ若しくはＡＭＰＬＥＤのような上方放射発光型ディスプレイ（upward emitting emissive display）でのみ使用されることができる。

ＵＶレーザ光を吸収しない（ＢＣＢ、シリコン及びパリレンのような）透明プラスチックは、上述されたアモルファスシリコン層のような下にある吸収／切り離し層を必要とする。しかしながら、適切な吸収又は切り離し層は、アモルファスシリコンだけでなく、Ｃｒ又は場合によりポリイミドのような黄色プラスチックをも含む。

透明プラスチックは、透過型及び半透過型ＬＣＤ並びに下方放射（downward emitting）ＯＬＥＤ及びＰＬＥＤを含む全てのディスプレイタイプで使用されることができる。

ａ−Ｓｉのような切り離し層は、プロセスウィンドウを増大し、前記プラスチック層に対する損傷を減少し、前記ガラス上にプラスチック残留物が存在しないことを確かにするために黄色プラスチックの下で使用されることもできる。前記アモルファスシリコンからの水素も、重合体層を下にある基板から持ち上げ、これは前記切り離しプロセスをより信頼できるものにすることができる。

上述のように、液晶ディスプレイは、本発明から利益を得ることができるディスプレイ技術の一例というだけである。例えば、ポリマＬＥＤ下方放射表示装置に応用されてもよい。本発明は、ＬＣＤと同様に、ＯＬＥＤ（有機ＬＥＤ）、ＰＬＥＤ（ポリマＬＥＤ）、ＥＬ（エレクトロルミネセンス）及びＰＤＬＣ（高分子分散ＬＣ）ディスプレイにおいて応用を見つけることができる。特に、本発明は、光が底部基板に入射する透過型、下方放射又は反射型ディスプレイに対して関心がある。

反射型ディスプレイの一例は、電気泳動ディスプレイであるが、例えば干渉変調を使用するＭＥＭベース技術も存在する。このタイプのディスプレイは、複数の空洞の深さを持つことによりカラーにされることができるが、代わりに、単一の空洞の深さが、本発明のカラーフィルタ設計と併せて使用されることができる（黒及び白の反射操作を与える）。

様々な他の修正例が、当業者に明らかである。

従来の液晶ディスプレイを断面において示す。 携帯電話で使用するための、共通ガラス基板から切り離された（本出願人により提案され、本発明において使用される方法を使用して作成された）製造されたディスプレイを示す。 図２に示される切り離しプロセスを簡単に説明するために使用される。 本発明の表示装置を断面において示す。 図４の層の一部をより詳細に示す。 本発明の一例に対するプロセスステップを示す。 本発明の一例に対するプロセスステップを示す。 本発明の一例に対するプロセスステップを示す。 本発明の一例に対するプロセスステップを示す。 本発明の一例に対するプロセスステップを示す。 本発明の一例に対するプロセスステップを示す。 本発明の一例に対するプロセスステップを示す。 本発明の一例に対するプロセスステップを示す。 本発明の一例に対するプロセスステップを示す。 切り離しプロセスパラメータをより詳細に示す。 本発明の方法において使用されるレーザ切り離しプロセスの他の例を示す。

Claims (24)

1. カラーアクティブマトリクス表示装置を製造する方法において、
   硬いキャリア基板上にアイランドを形成するステップと、
   前記硬いキャリア基板上にプラスチック基板を形成するステップと、
   前記プラスチック基板上に画素回路のアレイを形成するステップと、
   前記画素回路のアレイ上に表示層を形成するステップと、
   前記表示層を形成した後に前記プラスチック基板から前記硬いキャリア基板を切り離すステップであって、前記プラスチック基板が前記アイランドにより規定されたチャネルを持つ、当該切り離すステップと、
   カラーフィルタ部を規定するように前記チャネルを充填するステップと、
   を有する方法。
2. 前記チャネルを充填するステップが、前記チャネル内にカラーフィルタを印刷するステップを有する、請求項１に記載の方法。
3. 前記印刷するステップがインクジェット印刷を有する、請求項２に記載の方法。
4. 前記硬いキャリア基板がガラス基板を有する、請求項１ないし３のいずれか一項に記載の方法。
5. 前記プラスチック基板と前記硬いキャリア基板との間に切り離し層を形成するステップを更に有する、請求項１ないし４のいずれか一項に記載の方法。
6. 各画素回路が、少なくとも薄膜トランジスタを有する、請求項１ないし５のいずれか一項に記載の方法。
7. 各薄膜トランジスタがアモルファスシリコンＴＦＴを有する、請求項６に記載の方法。
8. 前記切り離すステップがレーザプロセスによる、請求項１ないし７のいずれか一項に記載の方法。
9. 前記プラスチック基板に偏光子を追加するステップを更に有する、請求項１ないし８のいずれか一項に記載の方法。
10. 前記方法が、第２の基板構成を製造するステップを更に有し、前記画素回路のアレイ上に表示層を形成するステップが、間に電気光学材料を挟んだ第１及び第２の基板構成を取り付けるステップを有し、前記アクティブマトリクス表示装置が、これにより、間に前記電気光学材料を挟んだ第１及び第２の基板を有する、請求項１ないし９のいずれか一項に記載の方法。
11. 前記第２の基板構成を製造するステップが、第２の硬いキャリア基板及び前記第２の硬いキャリア基板上の第２のプラスチック基板を設けるステップを有する、請求項１０に記載の方法。
12. 前記第２の硬いキャリア基板がガラス基板を有する、請求項１１に記載の方法。
13. 前記第２のプラスチック基板と前記第２の硬いキャリア基板との間に第２の切り離し層を更に有する、請求項１１又は１２に記載の方法。
14. 前記第２のプラスチック基板から前記第２の硬いキャリア基板を切り離すステップを更に有する、請求項１１ないし１３のいずれか一項に記載の方法。
15. 前記第２のプラスチック基板から前記第２の硬いキャリア基板を切り離すステップが、レーザプロセスによる、請求項１４に記載の方法。
16. 前記第２のプラスチック基板に偏光子を追加するステップを更に有する、請求項１４又は１５に記載の方法。
17. 前記第２の基板構成を製造するステップが、上端導電層を設けるステップを更に有する、請求項１０ないし１６のいずれか一項に記載の方法。
18. 前記上端導電層がＩＴＯ層を有する、請求項１７に記載の方法。
19. 前記又は各プラスチック基板を形成するステップが、スピンオンプロセスを使用して硬いキャリア基板にプラスチックコーティングを付着するステップを有する、請求項１ないし１８のいずれか一項に記載の方法。
20. 前記又は各プラスチック基板がパリレンを有する、請求項１ないし１９のいずれか一項に記載の方法。
21. プラスチック基板と、
    前記プラスチック基板上に堆積された薄膜画素回路のアレイと、
    前記画素回路のアレイ上の表示層と、
    前記薄膜画素回路のアレイに対する前記プラスチック基板の反対側におけるチャネルに設けられたカラーフィルタ部のアレイであって、前記チャネルが、前記薄膜画素回路の堆積中に前記プラスチック基板を支持し、前記カラーフィルタ部の設備を可能にするように取り除かれる支持構成により規定される、当該カラーフィルタ部のアレイと、
    を有するカラー表示装置。
22. 前記プラスチック基板の最大の厚さが５０μｍより小さい、請求項２１に記載の装置。
23. 前記装置が第２の基板構成を更に有し、前記表示層が、第１の基板と第２の基板との間に挟まれた電気光学材料を有する、請求項２１又は２２に記載の装置。
24. 前記電気光学材料がＬＣ材料を有する、請求項２３に記載の装置。