显示装置及其制造方法与流程

本发明是关于一种显示装置及其制造方法。

背景技术：

液晶显示装置领域中，液晶显示装置包含阵列基板，彩色滤光片及配置在其间的液晶层。聚合物网络液晶(Polymer Network Liquid Crystal；PNLC)包含高分子聚合物网络以及液晶。液晶分布在聚合物三维网络中，形成连续性的通道网。在不受电场作用下呈现混乱状况，光学上呈现散射态(scattering or hazy type)。而在电场作用时，液晶受上下电场影响而呈现整齐排列，光学上呈现穿透态(transparent type)。由于聚合物网络液晶具有广视角、高反应速度以及低驱动电压等优点，目前已广泛地应用于显示器中。

目前，聚合物网络液晶普遍使用紫外线(UV)聚合反应来进行单体聚合，然而，液晶面板内一般配置了金属线、彩色滤光膜(color filter)与黑色矩阵(black matrix；BM)等结构，这些结构会遮蔽或吸收紫外光并降低单体聚合反应，影响聚合物网络液晶的光电特性。

技术实现要素：

为克服前述的问题，本发明提供一种显示装置及其制造方法，降低了在液晶层进行聚合反应阶段，紫外光受到遮蔽的问题，同时增加了整体液晶层聚合反应的均匀程度，提高了显示装置的光电特性。

本发明的一实施例为一种显示装置，包含绝缘层、元件层、电极、对向基板以及液晶层。绝缘层具有接触洞，其中绝缘层的材料为氧化硅、氮化硅，或氮氧化硅。元件层设置于绝缘层上，元件层包含至少一电子元件。电极设置于绝缘层相对于元件层的表面以及接触洞内，其中电极与至少一电子元件电性连接。液晶层位于电极与对向基板之间。

本发明的另一实施例为一种显示装置，包含绝缘层、元件层、电极、对向基板以及液晶层。绝缘层的材料为聚对苯二甲酸乙二酯、聚萘二甲酸乙二醇、聚醚、聚丙烯、硫化聚丙烯、聚碳酸酯、聚醚酰亚胺、聚苯硫醚、聚氧二甲苯、聚砜或聚邻苯二甲酰胺。元件层设置于绝缘层上，元件层包含至少一电子元件及设置于至少一电子元件上的介电层，且介电层具有接触洞。电极设置于元件层相对于该绝缘层的表面以及接触洞内，其中电极与至少一电子元件电性连接。液晶层位于电极与对向基板之间。

本发明的另一实施例为一种显示装置的制造方法，包含形成元件层于绝缘层上，元件层包含至少一电子元件。于绝缘层上形成接触洞，其中绝缘层的材料为氧化硅、氮化硅或氮氧化硅。形成电极于绝缘层相对于元件层的表面上以及接触洞内，电极与至少一电子元件电性连接。形成液晶层于电极与对向基板之间。

本发明的又一实施例为一种显示装置的制造方法，包含形成元件层于绝缘层上，元件层包含至少一电子元件及设置于至少一电子元件上的介电层，其中绝缘层的材料为聚对苯二甲酸乙二酯、聚萘二甲酸乙二醇、聚醚、聚丙烯、硫化聚丙烯、聚碳酸酯、聚醚酰亚胺、聚苯硫醚、聚氧二甲苯、聚砜或聚邻苯二甲酰胺。于介电层形成接触洞。形成电极于元件层相对于绝缘层的表面上以及接触洞内，电极与至少一电子元件电性连接。形成液晶层于电极与对向基板之间。

附图说明

阅读以下详细叙述并搭配对应的图式，可了解本发明的多个态样。应注意，根据业界中的标准做法，多个特征并非按比例绘制。事实上，多个特征的尺寸可任意增加或减少以利于讨论的清晰性。

图1A至图1I为本发明的部分实施例的显示装置在不同制造阶段的截面图。

图2A至图2I为本发明的部分实施例的显示装置在不同制造阶段的截面图。

其中，附图标记：

10、20 显示装置

100、200 基板

110、210 绝缘层

110a、210a 表面

112、212 接触洞

120、220 元件层

121、221 电子元件

123、223 介电层

130、142、230、242 电极

140、240、166、266 对向基板

140a 侧

144、244 间隔物

150、150’、250、250’ 液晶层

160、260 遮光元件

162、262 彩色滤光片

164、264 保护层

170、270 光处理

180、280 背光模块

1211、2211 栅极

1213、2213 栅极介电质

1215、2215 主动区

1217、2217 漏极

1219、2219 源极

具体实施方式

以下揭露提供众多不同的实施例或范例，用于实施本案提供的主要内容的不同特征。下文描述一特定范例的组件及配置以简化本发明。当然，此范例仅为示意性，且并不拟定限制。举例而言，以下描述“第一特征形成在第二特征的上方或之上”，于实施例中可包括第一特征与第二特征直接接触，且亦可包括在第一特征与第二特征之间形成额外特征使得第一特征及第二特征无直接接触。此外，本发明可在各范例中重复使用元件符号及/或字母。此重复的目的在于简化及厘清，且其自身并不规定所讨论的各实施例及/或配置之间的关系。

此外，空间相对术语，诸如“下方(beneath)”、“以下(below)”、“下部(lower)”、“上方(above)”、“上部(upper)”等等在本文中用于简化描述，以描述如附图中所图示的一个元件或特征结构与另一元件或特征结构的关系。除了描绘图示的方位外，空间相对术语也包含元件在使用中或操作下的不同方位。此设备可以其他方式定向(旋转90度或处于其他方位上)，而本案中使用的空间相对描述词可相应地进行解释。

图1A至图1I为本发明的部分实施例的显示装置10在不同制造阶段的截面图。请参照图1A，于基板100上形成绝缘层110。于部分实施例中，基板100可为玻璃基板或其他适合的材料。绝缘层110可为单层结构或是多层结构。于部分实施例中，绝缘层110的材料为氧化硅(silicon oxide)、氮化硅(silicon nitride)、氮氧化硅(silicon oxynitride)或其他适合的材料。绝缘层110作为软性基板，于后续的制程步骤当中将与基板100分离。于部分实施例中，绝缘层110与基板100之间可形成界面层，藉此在后续的基板剥离制程中，绝缘层110与基板100可在实质上无应力的状态下分离。

请参照图1B，形成元件层120于绝缘层110上。元件层120包含至少一电子元件121。于本实施例中，电子元件121为薄膜晶体管，包含栅极1211、栅极介电质1213、主动区1215、漏极1217以及源极1219。其中电子元件121的形成方法可包含在绝缘层110上形成栅极1211；于栅极1211上形成栅极介电质1213；在栅极介电质1213上形成主动区1215，主动区1215的材料包含氧化铟镓锌(indium gallium zinc oxide；IGZO)、非晶硅、多晶硅、单晶硅或其他适合的半导体材料，主动区1215可为单层或多层；接着，在主动区1215上形成漏极1217以及源极1219。于部分实施例中，漏极1217以及源极1219为金属。

于部分实施例中，元件层120更包含形成于电子元件121上的介电层123。介电层123可为树酯材料，如环氧树脂(epoxy resin)、丙烯酸树脂(acrylic resin)或类似者。介电层123可为有机材料，如苯并环丁烯(benzocyclobutene)、聚对二甲苯(parylene)或类似者。介电层123亦可为氧化硅、氮化硅、氮氧化硅或上述的组合。于部分实施例中，介电层123可省略。

请参照图1C，配置色层(未标号)于介电层123上方，色层包括了遮光元件160以及彩色滤光片162。于部分实施例中，遮光元件160为黑色矩阵，其材料可为铬(Cr)或是黑色树酯。而彩色滤光片162可包含了红(R)、绿(G)、蓝(B)的彩色滤光片。遮光元件160对应至电子元件121的位置以在绝缘层110的垂直投影上完全重叠或部分重叠电子元件121，藉此阻挡或吸收散射的光线。在本实施例中，先形成彩色滤光片162后，再形成遮光元件160于彩色滤光片162上，但不以此为限，在其他变化例中，可先形成遮光元件160后，再形成彩色滤光片162于遮光元件160上。

接下来，选择性将保护层164(overcoat layer)形成于遮光元件160以及彩色滤光片162上。保护层164可为透光的有机材料或是无机材料。保护层164具有实质上平坦的上表面。接着，配置第一对向基板166于保护层164上。于部分实施例中，第一对向基板166为玻璃基板，或其他适合的材料。选择性地，可利用胶合层将第一对向基板166与色层紧密贴合对组，但不以此为限。在其他变化例中，亦可先形成遮光元件160于第一对向基板166上后，再形成彩色滤光片162于遮光元件160上，之后将此具有第一对向基板166、遮光元件160以及彩色滤光片162的构件与图1B中的结构对组接合，譬如是利用胶合层使其接合。

请参照图1D，执行基板剥离制程，藉此将基板100与绝缘层110分离。基板100剥离之后，曝露出绝缘层110的一表面110a。

请参照图1E，形成接触洞112。接触洞112贯穿绝缘层110以及元件层120的电子元件121(如图1B所示)的栅极介电质1213，并暴露出电子元件121的漏极1217。详细而言，形成接触洞112的步骤是先将显示装置10(如图1D的剥离基板100后的显示装置10)翻转，使得绝缘层110的表面110a朝上。接着，于绝缘层110上形成遮罩层，遮罩层经图案化以形成开口，其中开口定义接触洞112的位置。接着，对绝缘层110以及栅极介电质1213执行蚀刻制程，藉此形成接触洞112。可使用干蚀刻、湿蚀刻，或其他适合的蚀刻技术来形成接触洞112，此外，可将漏极1217作用为上述绝缘层110以及栅极介电质1213的蚀刻制程的蚀刻停止层。

请参照图1F，形成第一电极130于绝缘层110的表面110a以及接触洞112内。第一电极130与元件层120内的电子元件121电性连接。详细而言，第一电极130是通过接触洞112与漏极1217电性连接。从另一角度而言，第一电极130形成于绝缘层110相对于元件层120的表面110a上。于部分实施例中，第一电极130可包括金属氧化物例如氧化铟锡(ITO)、氧化铟锌(IZO)、氧化铝锌(AZO)、氧化铝铟(AIO)、氧化铟(InO)、氧化镓(gallium oxide；GaO)；纳米碳管、纳米银颗粒；厚度小于60纳米(nm)的金属或合金、有机透明导电材料或其它适合的透明导电材料。此外，形成第一电极130的方法类似于图1E，先将图1E的显示装置10翻转，使得绝缘层110的曝露的表面110a以及接触洞112朝上。再藉由适合的沉积技术(如电子束蒸发、化学气相沉积或物理气相沉积等适合的技术)形成第一电极130。此外，第一电极130可进一步进行图案化以获得所欲的功能电路。

请参照图1G，配置一第二对向基板140于第一电极130的对侧。其中第二对向基板140上形成有第二电极142。第二电极142的材料可类似于第一电极130的材料。此外，可在第二电极142与第一电极130之间配置间隔物144，以在第二对向基板140(或第二电极142)与第一电极130之间形成间隙G，间隙G用以在后续步骤中填充液晶材料。

请参照图1H，于间隙G内填充液晶材料，藉此在第二对向基板140(或第二电极142)与第一电极130之间形成液晶层150。于部分实施例中，液晶层150的材料为混合单体的液晶材料或其他液晶材料。

接着，对液晶层150执行光处理170。于本实施例中，光处理170例如经由对液晶层150照射紫外光(UV)，藉此让液晶层150的单体进行聚合反应以形成液晶层150’(如图1I)，液晶层150’的材料为聚合物网络液晶、聚合物网络液晶(Polymer Network Liquid Crystal)、聚合物分散型液晶(Polymer Dispersed Liquid Crystal)或胆固醇液晶(Cholesteric Liquid Crystal)等等，此步骤举例为光聚合导致相分离(Photopolymerization induced phase separation)。详细而言，光处理170是由第二对向基板140远离第一电极130的一侧140a对液晶层150执行。换句话说，紫外光乃是通过第二对向基板140以及第二电极142对液晶层150中的单体进行聚合反应。

本实施例中，液晶层150与元件层120及遮光元件160分别配置于绝缘层110的相对两侧。因此，在单体的聚合反应期间，紫外光可直接地通过第二对向基板140以及第二电极142对液晶层150中的单体进行聚合反应，而不会受到元件层120中电子元件121的金属配线、彩色滤光片162或遮光元件160的影响(如：紫外光受到遮蔽或是被吸收)。此外，将液晶层150配置于绝缘层110的另一侧使得第一电极130与第二电极142提供大体上平坦的表面，让液晶材料可均匀地分布于液晶层150内。通过此配置，液晶层150’具有更好的光电特性。

参照图1I，配置背光模块180。于本实施例中，背光模块180配置于液晶层150’相对于遮光元件160(或彩色滤光片162)的一侧。因此，背光模块180、液晶层150、元件层120以及彩色滤光片162(或遮光元件160)于图1I中是由下而上依序排列的。换句话说，光线先经由背光模块180提供后，经由液晶层150’，再通过彩色滤光片162(或遮光元件160)射出。具体而言，光线先经过液晶层150，再经过彩色滤光片162会具有较佳的色彩以及光学表现。于部分实施例中，背光模块180可为直下式背光模块或侧光式背光模块。

图2A至图2I为本发明的部分实施例的显示装置20在不同制造阶段的截面图。请参照图2A，于基板200上形成绝缘层210。于部分实施例中，基板200可为玻璃基板或其他适合的材料。绝缘层210的材料举例为聚对苯二甲酸乙二酯(polyethylene terephthalate；PET)、聚萘二甲酸乙二醇(polyethylene naphthalate；PEN)、聚醚(polyethersulfone；PES)、聚丙烯(polypropylene)、硫化聚丙烯(polypropylene sulfide)、聚碳酸酯(polycarbonate)、聚醚酰亚胺(polyetherimide；PEI)、聚苯硫醚(polyphenylene sulfide；PPS)、聚氧二甲苯(polyphenylene oxide；PPO)、聚砜(polysulfone)或聚邻苯二甲酰胺(polyphthalamide；PPA)。绝缘层210作为软性基板，于后续的制程步骤当中将与基板200分离。于部分实施例中，绝缘层210与基板200之间可形成有界面层，藉此在后续的基板剥离制程中，基板200可在实质上无应力的状态下剥离。

请参照图2B，形成元件层220于基板200及绝缘层210上。元件层220包含至少一电子元件221。于本实施例中，电子元件221为薄膜晶体管，包含栅极2211、栅极介电质2213、主动区2215、漏极2217以及源极2219。其中电子元件221的形成方法可包含在绝缘层210上形成栅极2211。于栅极2211上形成栅极介电质2213；在栅极介电质2213上形成主动区2215，主动区2215的材料包含氧化铟镓锌、非晶硅、多晶硅、单晶硅或其他适合的半导体材料。主动区2215可为单层或多层；接着，在主动区2215上形成漏极2217以及源极2219。于部分实施例中，漏极2217以及源极2219为金属。

于部分实施例中，元件层220更包含形成于电子元件221上的介电层223。介电层223可为树酯材料，如环氧树脂、丙烯酸树脂或类似者。介电层223可为有机材料，如苯并环丁烯、聚对二甲苯或类似者。介电层223亦可为绝缘材料，如氧化硅、氮化硅、氮氧化硅或上述的组合。于部分实施例中，介电层223可省略。

请参照图2C，形成接触洞212。接触洞212贯穿介电层223，并暴露出漏极2217。详细而言，形成接触洞212的步骤包含先于介电层223上形成遮罩层(未绘示)，遮罩层经图案化以形成开口，其中开口定义接触洞212的位置。接着，执行蚀刻制程以去除部分的介电层223，藉此形成接触洞212。上述蚀刻制程包含干蚀刻、湿蚀刻或其他适合的蚀刻技术来形成接触洞212。此外，可将漏极2217特征作用为介电层223的蚀刻停止层。

请参照图2D，形成第一电极230于介电层223的表面以及接触洞212内。第一电极230实质上与元件层220内的电子元件221电性连接。详细而言，第一电极230通过接触洞212与漏极2217电性连接。从另一角度而言，第一电极230形成于元件层220的介电层223相对于绝缘层210的表面。于部分实施例中，第一电极230可包括金属氧化物例如氧化铟锡、氧化铟锌、氧化铝锌、氧化铝铟、氧化铟、氧化镓；纳米碳管、纳米银颗粒；厚度小于60纳米(nm)的金属或合金、有机透明导电材料或其它适合的透明导电材料。可藉由适合的沉积技术(如电子束蒸发、化学气相沉积、物理气相沉积等适合的技术)形成第一电极230。此外，第一电极230可进一步进行图案化以获得所欲的功能电路。

请参照图2E，配置第一对向基板240于第一电极230的对侧。其中第一对向基板240上形成有第二电极242。第二电极242的材料可类似于第一电极230的材料。此外，可在第二电极242与第一电极230之间配置间隔物244，以在第一对向基板240(或第二电极242)与第一电极230之间形成间隙G，间隙G用以在后续步骤中填充液晶材料。

请参照图2F，于间隙G内填充液晶材料，藉此在第一对向基板240(或第二电极242)与第一电极230之间形成液晶层250。于部分实施例中，液晶层250的材料为混合单体的液晶材料或其他液晶材料。

接着，对液晶层250执行光处理270。于本实施例中，光处理270例如经由对液晶层250照射紫外光(UV)，藉此让液晶层250的单体进行聚合反应以形成液晶层250’(如图2G)，液晶层250’的材料为聚合物网络液晶、聚合物分散型液晶(Polymer Dispersed Liquid Crystal)或胆固醇液晶(Cholesteric Liquid Crystal)，此步骤举例为光聚合导致相分离(Photopolymerization induced phase separation)。详细而言，光处理270是由第一对向基板240远离第一电极230的一侧对液晶层250执行。换句话说，紫外光乃是通过第一对向基板240以及第二电极242对液晶层250中的单体进行聚合反应。

请参照图2G，执行基板剥离制程，藉此将基板200与绝缘层210分离。基板200剥离之后，绝缘层210的一表面210a曝露。

请参照第2H图，配置色层(未标号)于绝缘层210下方使得绝缘层210位于色层以及元件层220之间，色层包括遮光元件260以及彩色滤光片262。于部分实施例中，遮光元件260为黑色矩阵，其材料可为铬或是黑色树酯。而彩色滤光片262可包含红、绿、蓝的彩色滤光片。遮光元件260对应至电子元件221的位置以在绝缘层210的垂直投影上完全重叠或部分重叠电子元件221，藉此阻挡或吸收散射的光线。

此外，保护层264形成于绝缘层210与彩色滤光片262之间。保护层264可为透光的有机材料或是无机材料。保护层264可作为绝缘层210与彩色滤光片262之间的附着层，使彩色滤光片262附着于绝缘层210上。接着，配置第二对向基板266于彩色滤光片262上。于部分实施例中，第二对向基板266为玻璃基板或其他适合的材料。于部分实施例中，第二对向基板266与彩色滤光片262可配置有另一保护层。在其他变化例中，亦可先形成遮光元件260于第一对向基板266上后，再形成彩色滤光片262于遮光元件160上，之后将此具有第一对向基板266、遮光元件260以及彩色滤光片262的构件与图2G中的已与基板200分离的结构对组接合，譬如是利用胶合层使其接合。然而，在其他变化例中，亦可先形成彩色滤光片262于第一对向基板266上后，再形成遮光元件260于彩色滤光片262上，之后将此具有第一对向基板266、彩色滤光片262以及遮光元件260的构件与图2G中的已与基板200分离的结构对组接合，譬如是利用胶合层使其接合。

本实施例中，液晶层250’以及遮光元件260分别配置于绝缘层210的相对两侧，且元件层220配置于液晶层250’与绝缘层210之间。因此，在液晶层250的聚合反应期间，紫外光可直接地通过第一对向基板240以及第二电极242对液晶层250进行聚合反应，而不会受到元件层220中电子元件221的金属配线、彩色滤光片262或遮光元件260的影响(如：紫外光受到遮蔽或是被吸收)。此外，第一电极230与第二电极242提供大体上平坦的表面，让液晶材料可均匀地分布于液晶层250’内。通过此配置，液晶层250’具有更好的光电特性。

参照图2I，配置背光模块280。于本实施例中，背光模块280配置于液晶层250’相对于遮光元件260(或彩色滤光片262)的一侧。因此，背光模块280、液晶层250’、元件层220以及彩色滤光片262(或遮光元件260)于图2I中是由上而下依序排列的。换句话说，光线是先经由背光模块280提供后，经由液晶层250’，再通过彩色滤光片262(或遮光元件260)射出。具体而言，光线先经过液晶层250’，再经过彩色滤光片262会具有较佳的色彩以及光学表现。于部分实施例中，背光模块280可为直下式背光模块或是侧光式背光模块。

本发明通过基板分离技术，将液晶层与遮光元件分别设置于绝缘层的两侧。使得液晶层在进行聚合反应的期间，不会受到遮光元件或是电子元件的金属配线的影响，进而导致入射光(如紫外光)遭到遮蔽或是吸收。换句话说，此配置的优点在于让液晶层中的单体可以在最低遮蔽的状态下进行聚合反应，使得液晶层各处能产生均匀的聚合反应，进而增加显示器整体的光电特性。

本发明基于上述结构，进一步将背光模块配置于液晶层相对于彩色滤光片(或遮光元件)的一侧。光线先经由背光模块280提供后，经由液晶层250，再通过彩色滤光片262(或遮光元件260)射出。具体而言，光线先经过液晶层，再经过彩色滤光片而射出。此配置可使具显示装置有较佳的色彩以及光学表现。

上文概述了若干实施例的特征，以便本领域熟习此项技艺者可更好地理解本揭示案的态样。本领域熟习此项技艺者应当了解到他们可容易地使用本揭示案作为基础来设计或者修改其他制程及结构，以实行相同目的及/或实现相同优势的。本领域熟习此项技艺者亦应当了解到，此类等效构造不脱离本揭示案的精神及范畴，以及在不脱离本揭示案的精神及范畴的情况下，其可对本文进行各种改变、取代及变更。