硅基液晶面板及其制作方法

文档序号:2744328
专利名称:硅基液晶面板及其制作方法
技术领域
本发明涉及一种硅基液晶显示面板,尤指一种在彩色滤光阵列上依序设置无机 薄膜与有机薄膜的硅基液晶显示面板。
背景技术
随着数字时代的来临,数字信号播送形式与显示技术的改变,使近年来各种不 同于传统阴极射线管(cathode ray tube,CRT)显示器的各类平面显示器,如液晶显示器 (liquid crystal display, LCD)、场发身寸显不器(field emissiondisplay, FED)、有机发光 二极管(organic light emitting diode, OLED)显示器以及等离子体显示器(plasma display panel, PDP)等广泛地被应用于日常生活上。除此之外,由于微型显示器(micro-display)可利用光学方式将影像放大至超过 上述平面显示器的尺寸,故更符合超大尺寸显示的需求。且微型显示器可应用于各类型 的显示器,如LCD或OLED显示器,举例来说,应用于LCD的微型显示器即称为微型 液晶面板。微型显示器因其成像方式的不同可概分为穿透式及反射式两大类。穿透式液 晶微型显式面板主要是建构于玻璃基板上,其运作时光线透过显示面板;反射式液晶微 型面板则建构于硅基板上,因此亦称为硅基液晶(liquid crystal on silicon, LCoS)面板。 LCoS面板是利用硅晶片作为基板,并以金属氧化物半导体晶体管(MOS transistor)取代 薄膜晶体管,且与一般LCD面板利用透明导电材料作为像素电极不同,LCoS面板以金属 材料作为像素电极,通过光线反射的原理成像,因而称之为反射式液晶微型面板。不论是穿透式或反射式的微型显示器,面板上都需要有彩色滤光阵列(color filter array)的制作与设置。已知制作彩色滤光阵列的方式主要先制作出用来投射不同色彩的 彩色滤光片(color filters),然后再覆盖一层由四乙氧基硅烷(tetraethoxysilane,TEOS)所 构成的材料层在彩色滤光片上,并以化学机械抛光(chemical mechanical polishing,CMP) 工艺对材料层进行平坦化步骤。然而,利用此化学机械抛光对彩色滤光片进行的平坦化 步骤仍有高低落差的问题,使制作出的微型显示器无法呈现出完美的显示画面,例如在 显示画面上产生色偏(discoloration)与牛顿环(Newtonring)等现象。

发明内容
因此本发明是提供一种硅基液晶面板及其制作方法,以解决上述现今面板所产 生的问题。本发明优选实施例是披露一种硅基液晶(LCoS)面板,其包含基底,基底上设有 至少一金属氧化物半导体晶体管;像素电极阵列设于基底上;多个具有至少两种不同色 彩的彩色滤光片(COlOTfilter)设于像素电极阵列上,相邻的该多个彩色滤光片间均具有间 隔(gap),且至少两个彩色滤光片为非共平面;无机薄膜设于彩色滤光片上及该多个间隔 内;以及有机薄膜全面性设于无机薄膜表面。本发明另一实施例是披露一种制作硅基液晶面板的方法,包含有下列步骤。首先提供基底,且基底上设有至少一金属氧化物半导体晶体管,然后形成像素电极与多个具有至少两种不同色彩的彩色滤光片于基底上,相邻的该多个彩色滤光片之间均具有间 隔,且至少两个彩色滤光片为非共平面。接着形成无机薄膜于彩色滤光片上及该多个间 隔内,并全面性形成有机薄膜于无机薄膜表面。


图1至图4为本发明优选实施例制作硅基液晶面板的示意图。附图标记说明12半导体基底 14像素电极层16反射层 18彩色滤光片20彩色滤光阵列22间隔24无机薄膜 26有机薄膜28下配向膜 30液晶层32上基板 34基板36透明导电层 38上配向膜40像素电极 42金属氧化物半导体晶体管元件44内层介电层
具体实施例方式请参照图1至图4,图1至图4为本发明优选实施例制作硅基液晶面板的示意 图。如图1所示,首先提供半导体基底12,例如硅基底,然后依序形成呈阵列状的像素电极层14、反射层16以及由多个彩色滤光片 (color filters) 18所构成的彩色滤光阵列20在半导体基底12上。半导体基底12上设有多 个利用标准半导体工艺所制作的金属氧化物半导体(MOS)晶体管元件42,例如互补式金 属氧化物半导体晶体管等以及内层介电层44覆盖于金属氧化物半导体晶体管元件42上, 用来驱动像素电极层14中的像素电极40。其中,各像素电极40分别为独立的铝金属层, 而选择性设置的反射层16,其可为具高反射系数的介电材料层全面性覆盖在各像素电极 40表面,或是金属层分别对应设置在各像素电极40表面,用来反射经彩色滤光片18过滤 的入射光线。彩色滤光阵列20的制作可先在半导体基底12上形成具有单一色彩的滤光 层(图未示),然后对此滤光层进行图案转移工艺,例如以图案化光致抗蚀剂层对滤光层 进行蚀刻工艺后于半导体基底12上形成彩色滤光片18。接着重复进行滤光层沉积与图案 转移工艺,以在半导体基底12上形成多个由不同波长范围或包含不同颜色染料的彩色滤 光片18所构成的彩色滤光阵列20。在本实施例中,彩色滤光片18为具有过滤入射光线 功能的有机化学物质,例如将丙烯酸树脂(acrylic resin)和不同颜色的色素和染料混合所 构成,不局限于此,又可由具有不同折射率所构成的分色片(dichroic filters)所构成。本 发明的彩色滤光片18优选包含红色滤光片、绿色滤光片以及蓝色滤光片等至少三种颜色 的组合,但彩色滤光片18的颜色不局限于此。另外,彩色滤光片18经由这些图案转移 过程后于各彩色滤光片18之间优选形成多个间隔(gaps) 22,且至少两个彩色滤光片18为 非共平面(not coplanar)。
然后如图2所示,全面性形成无机薄膜24覆盖于彩色滤光片18上并填满各彩 色滤光片18之间的间隔22。在本实施例中,无机薄膜24优选以旋转涂布(spin coating) 工艺来形 成,但不局限于此,又可依照工艺需求以等离子体辅助化学气相沉积(PECVD) 等方式来达成。其次,无机薄膜24是选自旋涂式玻璃(spin on glass,SOG)薄膜、场氧 化旋涂式玻璃(field oxidespin-on-glass, FOX SOG)薄膜、等离子体增强氧化层(plasma enhanced oxide, PE-oxide)及四乙氧基硅烷(tetraethoxysilane,TEOS)等材料的至少一者 或上述材料的任意组合,其厚度主要介于2100埃(angstrom)至3100埃,且优选为2600 埃。如图3所示,然后全面性涂布有机薄膜26于无机薄膜24表面。在本实施例 中,有机薄膜26优选由负型光致抗蚀剂所构成,例如可选自平坦化光致抗蚀剂(planar photoresist)及缓冲层式光致抗蚀剂(buffer layer photoresist)等材料的至少一者或上述材料 的任意组合。另外,有机薄膜26的厚度约略为无机薄膜24的五倍厚度,例如介于10000 埃至12000埃,且优选为11000埃。随后可形成下配向膜28于有机薄膜26上,以完成 硅基液晶面板的下基板的制作。值得注意的是,通过无机薄膜24与有机薄膜26所带来 的平坦化效果,本发明可解决已知以化学机械抛光对覆盖彩色滤光片上薄膜进行平坦化 工艺的缺点,例如可大幅改善显示画面上容易产生色偏(discoloration)与牛顿环(Newton ring)的机率,进而投射出更佳的显示画面。然后如图4所示,进行硅基液晶面板的后段工艺,例如依序形成一液晶层30以 及一上基板32于设有彩色滤光阵列20之下基板上,其中上基板32的制作包括基板34、 透明导电层36以及上配向膜38设于基板34下表面。基板34为可透光的透明基板,例 如玻璃基板或石英基板等。透明导电层36选自透明导电材料,例如氧化铟锡(indium tin oxide, ITO)、氧化铟锌(indiumzinc oxide,IZO)、氧化铟锡锌(ITZO)、掺铝的氧化 锌(aluminum zinc oxide, AZO)、掺错的氧化锌 ZZO (zirconium—zinc oxide)与掺镓氧化 锌(gallium zincoxide,GZO)等透明导电氧化物(transparent conducting oxide,TCO)所构 成。上配向膜38与下配向膜28的作用在于使液晶层30的液晶分子于未受电压偏转时得 以朝预定方向倾倒,以精确控制透光量。至此即完成本发明优选实施例的LCoS面板的 制作。请在参照图4,图4另披露本发明优选实施例的硅基液晶(LCoS)面板结构。如 图中所示,硅基液晶面板主要包含基底12、多个彩色滤光片18设于基底12上且彩色滤光 片18之间具有多个间隔22、无机薄膜24全面性设于各彩色滤光片18上并填满间隔22、 有机薄膜26全面性设于无机薄膜24表面、下配向膜28设于有机薄膜26表面、液晶层30 设于下配向膜28上以及上基板32设于液晶层30上。上基板32包含由玻璃或石英所构 成的透明基板34、透明导电层36以及上配向膜38。其中,彩色滤光片18可具有不同颜色染料或不同波长范围,例如包含红色滤光 片、绿色滤光片以及蓝色滤光片。无机薄膜24是选自旋涂式玻璃(spin on glass, SOG) 薄膜、场氧化旋涂式玻璃(field oxide spin-on-glass, FOXSOG)薄膜、等离子体增强氧 化层(PE-oxide)及四乙氧基硅烷(TEOS),而有机薄膜26则优选由负型光致抗蚀剂所构 成,例如可选自平坦化光致抗蚀剂(planar photoresist)及缓冲层式光致抗蚀剂(buffer layer photoresist)。在本实施例中,无机薄膜24的厚度是介于2100埃至3100埃,且优选为2600埃,而有机薄膜26的厚度是介于10000埃至12000埃,且优选为11000埃。另需注意的是,本发明虽优选将由多个彩色滤光片18所构成的彩色滤光阵列20制作于半导体基底12上,但不局限于这个设计,又可将彩色滤光阵列20以及设于其上的 无机薄膜24与有机薄膜26 —同制作在上基板32下表面,亦即形成于玻璃基板或石英基 板等的透明基板表面,而不制作于包含MOS晶体管元件与像素电极的硅基底上,此实施 例也属本发明所涵盖的范围。综上所述,本发明主要先以旋转涂布工艺覆盖无机薄膜在用来形成彩色滤光阵 列的彩色滤光片表面以及各彩色滤光片之间的间隔内,然后再全面性涂布有机薄膜于无 机薄膜表面。通过这两层薄膜所带来的平坦化效果,本发明可提供相较已知以化学机械 抛光进行平坦化步骤更低成本及更短时间的工艺,且可在节省能源(如不需经高温热工 艺来沉积无机薄膜)下提供光学特性更佳的LCoS面板,进而改良后续封装的良率。以上所述仅为本发明的优选实施例,凡依本发明权利要求所做的等同变化与修 饰,皆应属本发明的涵盖范围。
权利要求
1.一种硅基液晶面板,包含基底,该基底上设有至少一金属氧化物半导体晶体管; 像素电极阵列设于该基底上;多个具有至少两种不同色彩的彩色滤光片设于该像素电极阵列上,相邻的该多个彩 色滤光片间均具有间隔,且至少两个彩色滤光片为非共平面; 无机薄膜设于该多个彩色滤光片上及该多个间隔内;以及 有机薄膜全面性设于该无机薄膜表面。
2.如权利要求1所述的硅基液晶面板,其中该多个彩色滤光片包含红色滤光片、绿色 滤光片或蓝色滤光片。
3.如权利要求1所述的硅基液晶面板,其中该无机薄膜是选自旋涂式玻璃薄膜、场氧 化旋涂式玻璃薄膜、等离子体增强氧化层及四乙氧基硅烷。
4.如权利要求1所述的硅基液晶面板,其中该有机薄膜是选自平坦化光致抗蚀剂及缓 冲层式光致抗蚀剂。
5.如权利要求1所述的硅基液晶面板,其中该有机薄膜包含负型光致抗蚀剂。
6.如权利要求1所述的硅基液晶面板,其中该无机薄膜的厚度是介于2100埃至3100埃。
7.如权利要求1所述的硅基液晶面板,其中该有机薄膜的厚度是介于10000埃至 12000 埃。
8.一种制作硅基液晶面板的方法,包含提供基底,该基底上设有至少一金属氧化物半导体晶体管; 形成像素电极阵列于该基底上;形成多个具有至少两种不同色彩的彩色滤光片于该像素电极阵列上,相邻的该多个 彩色滤光片之间均具有间隔,且至少两个彩色滤光片为非共平面; 形成无机薄膜于该多个彩色滤光片上及该多个间隔内;以及 形成有机薄膜于该无机薄膜表面。
9.如权利要求8所述的方法,其中该多个彩色滤光片包含红色滤光片、绿色滤光片或 蓝色滤光片。
10.如权利要求8所述的方法,另包含利用旋转涂布工艺来形成该无机薄膜。
11.如权利要求8所述的方法,其中该无机薄膜是选自旋涂式玻璃薄膜、场氧化旋涂 式玻璃薄膜、等离子体增强氧化层及四乙氧基硅烷。
12.如权利要求8所述的方法,其中该有机薄膜是选自平坦化光致抗蚀剂及缓冲层式 光致抗蚀剂。
13.如权利要求8所述的方法,其中该有机薄膜包含负型光致抗蚀剂。
14.如权利要求8所述的方法,其中该无机薄膜的厚度是介于2100埃至3100埃。
15.如权利要求8所述的方法,其中该有机薄膜的厚度是介于10000埃至12000埃。
全文摘要
本发明披露一种硅基液晶(LCoS)面板及其制作方法,该硅基液晶(LCoS)面板包含基底,基底上设有至少一金属氧化物半导体晶体管;像素电极阵列设于基底上;多个具有至少两种不同色彩的彩色滤光片(color filter)设于像素电极阵列上,相邻的该多个彩色滤光片间均具有间隔(gap),且至少两个彩色滤光片为非共平面;无机薄膜设于彩色滤光片上及该多个间隔内;以及有机薄膜全面性设于无机薄膜表面。通过这两层薄膜所带来的平坦化效果,本发明可提供相较已知以化学机械抛光进行平坦化步骤更低成本及更短时间的工艺,且可在节省能源(如不需经高温热工艺来沉积无机薄膜)的情况下提供光学特性更佳的LCoS面板,进而改良后续封装的良率。
文档编号G02F1/1362GK102023436SQ20091017513
公开日2011年4月20日 申请日期2009年9月16日 优先权日2009年9月16日
发明者吴沂庭, 王冠雄 申请人:联华电子股份有限公司
再多了解一些
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