[发明专利]具有彩色像素阵列的硅基液晶显示装置及其制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种彩色硅基液晶(liquid crystal on silicon，LCoS)显示装置，尤其涉及一种反射式彩色LCoS显示装置。

背景技术

LCoS显示装置是反射式液晶投影机(reflective LCoS projector)与背投影电视(rear-projection television)的关键技术。LCoS显示装置最大的优点是在于可大幅降低面板生产成本以及体积轻、薄、短、小，同时另具有高解析度以及低功率等优点。LCoS显示装置与一般薄膜晶体管液晶显示装置(thinfilm transistor-liquid crystal display，TFT-LCD)不同之处在于TFT-LCD上下两面皆是以玻璃作为基底(substrate)，但LCoS显示面板仅有上面采用玻璃，底下的基底则是以半导体材料(例如硅)为主，因此，LCoS显示面板的工艺其实是结合传统液晶显示器与半导体互补式金属氧化物半导体(complementary metal-oxide semiconductor，CMOS)工艺的技术。

LCoS显示装置的主要结构可分为光源模块、LCoS显示面板、分光合光系统等。一般而言，LCoS显示器可依照光学引擎的设计分为三片式(three-panel)及单片式(single panel)两大类。三片式光学引擎是将光源所产生的光束经分光棱镜分为红、蓝、绿光后，再分别将光束投射入三片LCoS面板，最后将投射出的三色图像经过合光系统加以结合，以形成彩色图像。单片式光学引擎是利用色转轮(color wheel)将白光形成循序的红、蓝、绿光，并将此光学三原色光与驱动程式产生的红、蓝、绿画面，同步形成分色图像，再通过人眼视觉暂留的特性，最后在人脑产生彩色的投影画面。

由上述可知，已知LCoS显示面板上很少制作具有不同颜色彩色滤光层的彩色像素阵列，其原因在于使用无机分色膜的微型彩色滤光片在制作上有技术难度高与制作成本高等瓶颈，因此传统单一LCoS显示面板无法将自然光或白光源分光成绿、红、蓝光的光学三原色或其他色光来产生彩色画面，而是必须仰赖前述的色转轮或分光合光系统并搭配多片LCoS显示面板才能显示出彩色画面。所以，已知LCoS显示装置必须包括多片LCoS显示面板及复杂的光学引擎，大幅提高了制作成本，也无法满足缩小产品尺寸的市场需求。

由Gale等人所提出的美国专利案4,534,620号曾提及利用黄色、绿色或青绿色等分色膜堆叠来制作穿透式色彩编码彩色滤光层，但由于不同颜色分色膜的蚀刻选择比低，因此必须使用繁复的工艺，例如同时利用干蚀刻与湿蚀刻工艺，并配合特定抗湿蚀刻的分色膜表层材料，才能制作出特定形状的黄色、青色或青绿色分色膜堆叠结构。此外，Iisaka另提出美国专利案第7,121,669号，揭露在液晶显示装置上制作彩色像素阵列，其制作方式是于玻璃或石英等透明基板先沉积第一层彩色滤光片，对该彩色滤光片进行蚀刻定义出图案后，在其上方形成一较厚的透明层间层(transmissiveinterlayer)，再于该透明层间层上形成第二层彩色滤光片。接着对第二层彩色滤光片蚀刻，然后在其上方形成另一厚透明层间层。如此重复数次工艺，而于透明基板上制作出至少包括三层彩色滤光片加上三层厚透明层间层的厚度的彩色滤光层结构。因此，Iisaka所教导的工艺繁复，导致制作成本提高，且彩色滤光层结构总厚度较厚，亦无法满足缩小显示装置尺寸的需求。

由上述可知，业界仍然缺乏以简单工艺而在半导体基板上制作出多色微型彩色滤光片的先进技术，因此于单一LCoS显示装置上制作出彩色像素阵列的技术仍为业界不断探讨的议题。

发明内容

本发明的主要目的，在于提供一种具有彩色像素阵列的LCoS显示装置及其制作方法，以改善已知LCoS显示装置需要复杂光学引擎与多片LCoS显示面板的问题。

根据本发明，揭露了一种具有彩色像素阵列的LCoS显示装置的制作方法。首先提供一半导体基底，然后在半导体基底上依序形成一第一反射层、一第一彩色滤光层、一第二反射层以及一第二彩色滤光层。在第二彩色滤光层上形成一第一图案层，其具有一第一曝像区域。接着移除由第一图案层所暴露出的部分第二彩色滤光层与第二反射层以形成一第一开口。然后移除该第一图案层，在该第一开口内形成一第一平坦层，以平坦化半导体基底表面。