具有彩色像素阵列的硅基液晶显示装置及其制作方法

专利名称：具有彩色像素阵列的硅基液晶显示装置及其制作方法
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 电一见(rear-projection television)的关键j支术。LCoS显示装置最大的4尤点是在 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(thin film transistor-liquid crystal display, TFT-LCD)不同之处在于TFT隱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)工艺的才支术。
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(colorwheel)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(transmissive interlayer)，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。根据本发明，另提供一种LCoS显示装置的制作方法，首先提供一半导 体基底，再于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、 一第二彩色滤光层、 一第三反射层以及一第三彩色滤光层。 然后，于第三彩色滤光层上形成一第一图案层，其包括一第一曝像区域， 接着进行一第一蚀刻工艺，移除由第一图案层暴露出的部分第三彩色滤光 层与第三反射层，而于第三彩色滤光层中形成一第一开口。接着，在第三 彩色滤光层上形成一第二图案层，其包括一第二曝像区域。然后进行一第 二蚀刻工艺，移除由第二图案层暴露出的部分第三彩色滤光层与第三反射 层，以形成一第二开口。最后，于第一开口或第二开口中形成一第一平坦 层。
根据本发明，又另揭露一种LCoS显示装置，其包括有 一半导体基底， 其表面定义有多个次像素，形成一彩色像素阵列； 一第一反射层、 一第一 彩色滤光层、 一第二反射层、 一第二彩色滤光层、 一第三反射层以及一第 三彩色滤光层依序设于该半导体基底上。该第二彩色滤光层与该第二反射 层具有一第一开口，对应于该半导体基底上的一第一次像素，而该第三彩 色滤光层与该第三反射层具有一第二缺口开口，对应于该半导体基底上的 该第 一次像素与 一 第二次像素。
由于本发明是在各彩色滤光层之间设置反射层，并以反射层当作彩色 滤光层之间的蚀刻停止层，因此可利用蚀刻工艺而于各次像素中定义出不 同的彩色滤光层图案，以筒单工艺制作出LCoS显示面板上的彩色像素阵 列。


图1至图7为本发明具有彩色像素阵列的LCoS显示装置制作方法的第 一实施例的示意图8至图13为本发明具有彩色像素阵列的LCoS显示装置制作方法的 第二实施例的示意图14至图18为本发明LCoS显示面板的第三实例的工艺示意图19至图22为本发明LCoS显示面板的第四实例的工艺示意图。
主要元件符号说明 ,10半导体基底 12 第一反射层14第一分色膜16第一缓冲层
18第二反射层20第二分色膜
22第二緩冲层24第一图案层
26第一曝像区域28第一开口
30第一平坦层32第三反射层
34第三分色膜36第二图案层
38第二曝像区域40第二开口
42第二平坦层44彩色像素阵列
46第一次像素48第二次^象素
50第三次像素52透明基板
54液晶层56透明导电层
58像素电极60接触元件
62接触洞64接触插塞
66接触元件68接触插塞
70像素电极72像素电极
74、78配向膜80LCoS显示面板
100半导体基底102第一反射层
104第'一彩色滤光层106第二反射层
雨第.二彩色滤光层110第三反射层
112第三彩色滤光层114第一次像素
116第二次像素118第三次像素
120彩色像素阵列122第一图案层
124第一曝像区域126开口
128第二图案层130第二曝像区域
132开口134平坦层
136像素电极138接触元件
140接触插塞142第一緩沖层
144接触元件146接触插塞
148第.二緩冲层150第一平坦层
152第二平坦层154像素电极
具体实施例方式
请参考图1至图7，图1至图7为本发明具有彩色像素阵列的LCoS显 示装置制作方法的第一实施例的示意图。在本实施例中，LCoS显示装置为 一反射式彩色LCoS显示装置。首先如图1所示，提供一半导体基底10, 例如为一硅基底其表面包括多个次像素电路及电子元件(未显示)，接着， 依序于半导体基底IO表面形成一第一反射层12、 一第一分色膜14、 一第 一緩冲层16、 一第二反射层18以及一第二分色膜20。其中第一与第二反 射层12、 18可包括具导电性的金属材料，使得第一反射层12可以作为次 像素电极使用。第一分色膜14与第二分色膜20是分别用作一第一彩色滤 光层与一第二彩色滤光层使用，.可包括高反射膜层或分色膜材料。此外， 第一与第二分色膜M、 20优选为无机分色膜，可包括二氧化钛与二氧化硅 等无机材料以不同比例堆叠而成。再者，在第二分色膜20表面也可选择性 形成一第二緩冲层22。值得注意的是，第一与第二緩沖层16、 22是分别设 于第一分色膜14与第二反射层18之间以及第二分色膜20与后续制作的第 三反射层之间，主要作用是在之后的蚀刻工艺中提供緩沖功能，其材料可 分别包括相同于第一与第二分色膜14、 20的材料，例如第一緩沖层16的 材料可以相同于第一分色膜14的表层材料，因此在制作第一分色膜14与 第一緩冲层16时，可将第一分色膜14制作成稍厚于原来预定的厚度，而 将多出来的部分视为第一緩冲层16。然而，第一与第二緩沖层16、 22亦可 包括不同于第一与第二分色膜14、 20的材料，例如包括环氧树脂(epoxy), 以不影响光学作用以及与反射层具有高蚀刻选择比为条件。再者，在其他 实施例中，也可省略制作第一与第二緩冲层16、 22，而直接将第二反射层 18制作于第一分色膜14上。
接着，如图2所示，于半导体基底10上形成一第一图案层24，其可包 括有机材料或光致抗蚀剂材料，经由光刻工艺而于光致抗蚀剂材料上定义 出一第一曝像区域26,可对应于半导体基底10上的至少一第一次像素46 (显示于图6)。接着，以第一图案层24当作蚀刻掩模，移除经由第一图案 层24的第一曝像区域26所暴露出的部分第二緩冲层22、第二分色膜20以 及第二反射层18。在本实施例中，由于第二緩冲层22与第二分色膜20包 括相同的材料，因此第二緩冲层22与第二分色膜20能经由一道蚀刻工艺 而移除，暴露出部分第二反射层18。之后，再以不同蚀刻剂移除被第二分色膜20所暴露出的第二反射层18，直至暴露出第一緩沖层16或第一分色 膜14，而于第二分色膜20与第二反射层18中形成一第一开口 28。在本实 施例中，移除部分第二反射层18的步骤可能会同时移除少量的第一緩冲层 16，而使蚀刻停止在第一缓冲层l'6中，并不会减少第一分色膜14的厚度。 然而，由于第二反射层18包括金属材料，与第一分色膜14或第一緩沖层 16应有较高的蚀刻选择比，因此若能良好控制第二反射层18的蚀刻工艺， 使其几乎不移除下方的材料，则可不需在第一分色膜14上制作第一緩冲层 16。
接着，请参考图3，移除第一图案层24,再于第一开口 28内填入一第 一平坦层30,设于第一分色膜14或第一緩冲层16的表面上，其中第一平 坦层30可包括相同于第一分色膜14或第一缓沖层16的材料，其可以沉积 方式于半导体基底IO表面全面形成，之后再以抛光方式移除多余的第一平 坦层30材料。在其他实施例中，若之前没有在第二分色膜20表面制作一 第二緩沖层22,则可利用高于第二分色膜20表面的第一平坦层30 (图中 未显示)当作第二緩沖层22。
请参考图4，于第一平坦层30与第二缓冲层22或第二分色膜20表面 形成一第三反射层32以及一彩色滤光层，包括分色膜材料，如图中所示的 第三分色膜34。同样地，第三反射层32的材料可相同于第一或第二反射层 12、 18的材料，例如包括金属材料或其他具反射性及导电性的材料。第三 分色膜34优选包括无机分色膜材料，例如二氧化钛、二氧化硅等，以不同 比例堆叠而成。接着，于第三分色膜34上制作一第二图案层36，其可由有 机或光致抗蚀剂材料所形成。第二图案层36包括一第二曝像区域38及第 一曝像区域26,可经由光刻工艺定义出来，并暴露出第三分色膜34，其中 第二曝像区域38可对应于半导体基底IO上的至少一第二次像素48 (显示 于图6)。
然后，如图5所示，利用第二图案层36当作掩模而进行一蚀刻工艺， 移除被第二图案层36所暴露出的部分第三分色膜34与第三反射层32，直 至暴露出第二缓沖层22或停止在第二分色膜20表面，而在第三分色膜34 与第三反射层32中形成一第二开口 40。如图6所示，移除第二图案层36， 于暴露出的第二分色膜20或第二缓冲层22上形成一第二平坦层42。第二 平坦层42的制作方法可以沉积方式于半导体基底10表面沉积形成，同时填入第二开口40内，之后再以抛光方式移除多余的部分，以使半导体基底
10的表面平坦。如此，便完成本发明彩色LCoS显示装置上彩色滤光层的 制作，形成彩色像素阵列44。
在本实施例中，当光源通过第一、第二与第三分色膜14、 20、 34时， 会被分色膜材料过滤而以不同波长范围的光线射出，例如分别为绿光、红 光及蓝光，因此当光线由彩色像素阵列44上方入射后，会分别被最上层的 第一、第二或第三反射层12、 18、 32反射，穿过最上层的第一、第二或第 三分色膜14、 20、 34而分别形成绿光、红光及蓝光。所以，半导体基底10 表面上具有第一、第二或第三分色膜14、 20、 34的部分可分别定义成彩色 像素阵列44的第一次像素46、第二次像素48及第三次像素50 (蚀刻工艺 后剩下的第三分色膜34即对应于第三次像素50)，并利用充当像素电极的 第一反射层12与MOS晶体管或其他元件相连接来产生彩色图像。
接着，如图7所示，另提供一透明基板52,例如为一玻璃基板或石英 基板，其表面包括一透明导电层56，例如为一氧化铟锡层。将半导体基底 IO上具有彩色像素阵列44的表面朝向透明基板52，并使透明基板52与半 导体基底10平行相对而组合，例如以框胶将透明基板52固定于半导体基 底10之上，再于透明基板52与半导体基底IO之间灌入液晶分子，形成液 晶层54,便完成本发明LCoS显示面板80的制作。此外，为了控制液晶分 子的排列方向，可分别于透明基板52与半导体基底10的内侧表面形成一 配向膜74、 78 (配向膜78即形成于第二平坦层42之上)。
值得注意的是，在本发明的第一实施例中，是于同一 LCoS显示面板 80上制作出具有至少三种颜色的彩色像素阵列44,应用于单片式LCoS显 示器中，因此在半导体基底10上需要设置三层分色膜(第一、第二与第三 分色膜14、 20、 34),并经由二次蚀刻而在分色膜中形成深度不一的第一开 口28与第二开口40,以使第一、第二与第三分色膜14、 20、 34分别在不 同次像素中成为半导体基底10上最表层的分色膜，而使光线以不同颜色射 出。然而，若需要更多颜色的彩色像素阵列，则可在第三分色膜34上另形 成其他分色膜，并重复类似工艺。
再者，本发明彩色像素阵列的制作方法亦可应用于使用二片以上的 LCoS显示器中，例如在同一片LCoS显示面板上制作出只有两种颜色的彩 色像素阵列，如包括绿色/红色或绿色/蓝色的彩色像素阵列，再配合具有其他颜色滤光层的LCoS显示面板与光学引擎，来产生彩色图像。此外，若要 在一片LCoS显示面板上制作只具有两种颜色的彩色像素阵列，依据本发明 方法，则仅需进行一次蚀刻工艺，而使面板表面具有不同的分色膜即可。 以本发明的第 一 实施例为例，具有双色彩色像素阵列的LCoS显示面板的方 法仅需包括图1至图3的工艺。
由于本发明主要提供于同一 LCoS显示面板上制作彩色像素矩阵的制 作方式，因此像素电极或像素电路的制作方法并非本发明重点，然而，为 了能使读者了解本发明彩色像素矩阵制作方法与像素电路工艺的结合与应 用，将于图8至10中简单说明包括接触插塞元件的彩色像素矩阵制作方法。 为便于说明，图式中各元件是沿用图1至图6的元件符号。
请参考图8,首先提供一半导体基底10，于其上定义出多个次像素， 以形成一像素阵列，例如第一次像素46、第二次像素48以及第三次像素 50。半导体基底10表面包括多个像素电路(图未示)，分别设于各次像素 内。然后，于半导体基底IO表面形成一第一反射层12，其包括一像素电极 58以及至少一接触元件60，例如一连接垫，设于第二或第三次像素48、 50 内(图中显示出第二与第三次像素48、 50内分别具有一接触元件60)，且 像素电极58对应于第一次像素46，不与接触元件60相接触。像素电极58 与接触元件60的形成方式可包括先在半导体基底10表面全面形成第一反 射层12，之后进行一光刻暨蚀刻工艺，以制作出像素电极58与接触元件 60。接着，于半导体基底IO表面形成一第一分色膜14,其表面可包括一緩 沖层(图未示)。
请参考图9，进行另一光刻暨蚀刻工艺，于接触元件60上方的部分第 一分色膜14内形成接触洞62，再于接触洞62之内填入导电材料，以形成 接触插塞64于第一分色膜14内。接着，如图10所示，于半导体基底10 表面形成一第二反射层18，其图案对应于第一次像素46以及第二次像素 48，并包括一接触元件66，设于第三次像素50内的接触插塞62上方，并 通过接触插塞64而与接触元件60电连接。之后，于半导体基底10表面全 面形成一第二分色膜20，并于其中形成一接触插塞68，电连接于接触元件 66与接触元件60。
请参考图11,然后于半导体基底IO表面涂布一第一光致抗蚀剂层作为 第一图案层24，其包括第一曝像区域26,对应于第一次像素46。然后进行一蚀刻工艺，经由第一曝像区域26蚀刻暴露出的第二分色膜20与第二反 射层18，直至第一分色膜14表面，而于第二分色膜20中形成一第一开口 28，设于第一次像素46内。而剩下的第二反射层18位于第二次像素48的 部分，则视为第二次像素48的像素电极70,其通过接触插塞64而电连接 于才妄触元件60。
接着，如图12所示，移除第一图案层24,在半导体基底10上形成一 第一平坦层30,同时填入第一开口28中。之后，依序于半导体基底10表 面形成一第三反射层32以及一第三分色膜34。然后请参考图13,于第三 分色膜34上形成一第二图案层(图未示)，其包括第一与第二曝像区域26、 38,暴露出第一与第二次像素46、 48内的第三分色膜34。以第二图案层当 作蚀刻掩模，进行一蚀刻工艺，移除被第二图案层暴露出的部分第三分色 膜34及其下方的第三反射层32,直至第二分色膜20表面，并于第三分色 膜34中形成一第二开口 40,对应于第一与第二次像素46、 48。最后，于 第二开口 40中填入第二平坦层42。便完成彩色像素阵列44的制作。其中， 剩下的第三反射层32是对应于第三次像素50，且经由接触插塞68而电连 接于接触元件60,用来当作像素电极72使用。
在本发明的其他实施例中，可先将第一、第二、第三分色膜及第一、 第二与第三反射层制作于半导体基底上，再进行蚀刻，定义出各次像素中 的分色膜图案。请参考图14至图18，图14至图18为本发明LCoS显示面 板的第三实例的工艺示意图。首先，如图14所示，提供一半导体基底IOO， 其表面包括多个像素电路或电子元件(图未示)，并定义有多个第一次像素 114、第二次像素116以及第三次像素118,分别表示用来提供不同颜色的 光线，以形成一彩色像素阵列120。然后依序于半导体基底IOO表面形成一 第一反射层102、 一第一彩色滤光层104、 一第二反射层106、 一第二彩色 滤光层108、 一第三反射层110以及一第三彩色滤光层112。其中，第一、 第二与第三彩色滤光层104、 108、 112可包括无机分色膜材料，且第一与 第二彩色滤光层104、108上方可选#^生分别包括一第一与一第二緩沖层(图 未示)，可以相同于第一与第二彩色滤光层104、 108的材料或其他材料制 作，以不影响下方的分色膜的光学作用为条件，其用来在后续蚀刻第二、 第三反射层106、 IIO时提供一緩冲功能，避免伤害下方的分色膜材料。
接着，如图15所示，于第三彩色滤光层112上方形成一第一图案层122,其包括一第一曝像区域124，暴露出对应于第一次像素114的部分第三彩色 滤光层112。然后以第一图案层122当作蚀刻掩模，进行一第一蚀刻工艺， 移除被第一图案层122暴露出的部分第三彩色滤光层112以及其下方的第 三反射层110，直至第二彩色滤光层108表面，同时在第三彩色滤光层112 之中形成一开口 126,对应于第一曝像区域124。
然后，请参考图16,可选择性于开口 126中填入一平坦层(图未示)， 使半导体基底IOO具有一平坦的表面，约略平行于第三彩色滤光层112的 表面。或者，可直接于半导体基底IOO表面形成一第二图案层128,其包括 一第二曝像区域130，暴露出对应于第二次像素116的部分第三彩色滤光层 112。接着，如图17所示，以第二图案层128当作蚀刻掩模，进行一第二 蚀刻工艺，移除暴露出的第三彩色滤光层112、第三反射层IIO、第二彩色 滤光层108以及第二反射层106,直至第一彩色滤光层104表面，在第三与 第二彩色滤光层112、 108以及第三与第二反射层110、 106之中形成一开口 132。
请参考图18,移除第二图案层128,然后于开口 132与开口 126中形 成一平坦层134。其制作方法可于半导体基底IOO表面全面沉积一平坦层材 料(图未示)，然后再以抛光方式，将高于第三彩色滤光层112的平坦层材 料移除，使平坦层材料的表面约略相同于第三彩色滤光层112。其中，平坦 层134的材料可包括第一、第二或第三彩色滤光层104、 108、 112的材料， 例如包括二氧化硅或二氧化钛等无机材料或其他不影响第一、第二或第三 彩色滤光层104、 108、 112的光学作用的材料。
因此，由彩色像素阵列120上方入射的光线，可分别被最表层的第二、 第一或第三反射层106、 102、 IIO反射向上射出，分别呈瑪出各第一、第 二与第三次像素114、 116、 118中最上层的第二、第一或第三彩色滤光层 108、 104、 112分色后的彩色光线，例如为红光、蓝光与绿光。
在本发明的其他实施例中，前述第二蚀刻工艺亦可只蚀刻至第三反射 层110即停止，使得第一、第二次像素114、 116的表层皆为第二彩色滤光 层108。在此情况下，由彩色像素阵列120向上反射的光线仅会产生对应第 二彩色滤光层108与第三彩色滤光层112的两种彩色光线。因此，利用本 发明方法与精神，可于同 一彩色像素阵列或同一 LCoS面板的不同区域上形 成具有不同彩色光线组成的像素，例如可依据前述工艺方法，视需要在半导体基底上形成多层彩色滤光层和反射层(或蚀刻停止层)，在不同像素中 具有多种开口深度或结构，便可于不同像素中分别产生一至三种、甚至更 多种颜色的彩色光线。此外，在第三实施例中虽然没有教导如何制作像素电极以及第一、第二与第三彩色滤光层104、 108、 112之间的接触插塞，但本领域技术人员应可轻易结合前述实施例中的工艺来同时制作接触插塞、接触电或其他电子元件与本发明彩色像素阵列120。再者，本领域技术人员亦可结合前述实 施例的方法，另提供一透明基板与液晶分子，以与半导体基底100结合而 制作LCoS显示装置。请参考图19至图22,图19至图22为本发明制作丄CoS显示装置彩色 像素阵列的第四实施例的工艺示意图，本实施例图式中的元件是沿用图14至图18的元件符号。首先，如图19所示，提供一半导体基底100,其表面 定义有多个次像素，为简化说明，本实施例仅以一组包括一第一次像素114、 一第二次像素116及一第三次像素118的像素作为说明。接着，在其上方形 成一第一反射层102。第一反射层102包括一像素电极136设于第一次像素 114中以及二接触元件138分别设于第二次像素116与第三次像素118中， 其中像素电极136与接触元件138分别电连接于第一、第二与第三次像素 114、 116、 118内的像素电路或电子元件(图未示)。第一反射层102的制 作方法可以金属材料或其他导电材料于半导体基底100表面沉积一反射层， 之后再以光刻暨蚀刻工艺定义制作出像素电极136与接触元件138。然后，在半导体基底100表面形成一第一彩色滤光层104以及一第一 緩冲层142。第一緩冲层142的材料可相同于第一彩色滤光层104,并以增 厚预定的第一彩色滤光层104的厚度来当作第一緩冲层142。接着移除部分 第一彩色滤光层104与第一緩冲层142，而于接触元件138上的第一彩色滤 光层104内形成接触洞，再于接触洞内填入导电材料，以形成接触插塞140。 然后在半导体基底100上依序形成一第二反射层106、 一第二彩色滤光层 108以及一第二緩冲层148，同样地，第二緩冲层148的材料可类似于第二 彩色滤光层108的材料。第二反射层106对应于第三次像素118的区域包 括一接触元件144,且第二反射层106另覆盖了半导体基底IOO上对应于第 一与第二次^^素114、 116的部分。接着，于第二彩色滤光层108与第二緩 冲层148中形成一接触插塞146,-没于接触元件144上方，并通过接触元件144与接触插塞140而与第三次像素118内的接触元件138电连接。然后， 再于第二緩冲层148或第二彩色滤光层108上形成一第三反射层110以及 一第三彩色滤光层112。请参考图20,接着在第三彩色滤光层112表面形成一第一图案层122, 其包括一第一曝像区域124，暴露出第三彩色滤光层112对应于第一次像素 114的部分。接着以第一图案层122当作蚀刻掩模而移除暴露出的部分第三 彩色滤光层112及其下方的部分第三反射层110、第二緩冲层148、第二彩 色滤光层108及第二反射层106，直至第一缓冲层142表面，并形成一开口 126。此外，剩下的第二反射层106对应于第二次像素116的部分则被当作 第二次像素116的像素电极154。接着如图21所示，于开口 126中形成一第一平坦层150，其材料可相 同于第一緩冲层142的材料，以沉积方式形成于半导体基底100表面，并 选择性以抛光工艺移除多余的第一平坦层150材料。然后，于第一平坦层 150以及第三彩色滤光层112之上形成一第二图案层128，其包括一第二曝 像区域130,对应于第二次像素116。然后如图22所示，利用第二图案层128当作掩模，移除其所暴露出的 第一平坦层150、第三彩色滤光层112与第三反射层110，直至第二缓冲层 148表面，而于第三彩色滤光层112与第三反射层110中形成一开口 132, 对应于第二次像素116。之后移除第二图案层128，并于半导体基底100上 形成一第二平坦层152，同时使第二平坦层152填入开口 132内。第二平坦 层152的材料可相同于第二緩沖层148或第二彩色滤光层108的材料。接 着进行一抛光工艺，将第三彩色滤光层112表面上的第一与第二平坦层150、 152移除，便完成本发明彩色像素阵列120的制作。相较于已知技术，由于本发明LCoS显示装置的制作方法是使三层反射 层穿插设于第一、第二与第三彩色滤光层之间，并利用包括金属材料的反 射层与彩色滤光层材料具有不同蚀刻特性的性质，因此可以利用简单的蚀 刻工艺分别定义出各次像素中的第一、第二与第三彩色滤光层时，可利用 反射层当作蚀刻停止层，而避免在蚀刻工艺中破坏反射层下方的彩色滤光 层，以在各次像素内提供具有不同图案的第一、第二与第三彩色滤光层。 因此，各次像素可以通过其表面上的第一、第二与第三彩色滤光层分別将 光线分光成不同色光，而在同一LCoS显示面板上产生提供光线，进而产生彩色图像。再者，由于本发明LCoS显示装置是于单一LCoS显示面板上制 作彩色像素阵列，因此可以简化已知LCoS显示装置中的复杂光学引擎，例 如光学引擎中不再需要分光和光系统与色转轮，也仅需要一个白光源，便 可利用本发明具有彩色像素阵列的LCoS显示装置产生彩色的图像，大幅节 省工艺成本与产品尺寸。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均等 变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。
权利要求
1.一种具有彩色像素阵列的硅基液晶显示装置的制作方法，其包括有提供半导体基底；于该半导体基底上依序形成第一反射层、第一彩色滤光层、第二反射层以及第二彩色滤光层；于该第二彩色滤光层上形成第一图案层，其包括第一曝像区域；移除由该第一图案层暴露出的部分该第二彩色滤光层与该第二反射层，并在该第二彩色滤光层内形成第一开口；移除该第一图案层；以及于该第一开口内形成第一平坦层，以平坦化该半导体基底表面。
2. 如权利要求1所述的制作方法，其中移除该部分该第二彩色滤光层 以及该第二反射层的方法包括移除由该第一图案层暴露出的部分该第二彩色滤光层，直至暴露出该 第二反射层；以及移除由该第二彩色滤光层所暴露出的部分该第二反射层，直至暴露出 该第一彩色滤光层。
3. 如权利要求1所述的制作方法，其中该方法在形成该第二反射层之 前，另包括先于该第一彩色滤光层上形成第一緩沖层。
4. 如权利要求3所述的制作方法，其中该第一緩冲层包括相同于该第 一彩色滤光层的材料。
5. 如权利要求3所述的制作方法，其中该第一緩冲层的材料不相同于 该第一彩色滤光层的材料。
6. 如权利要求5所述的制作方法，其中该第一緩冲层的材料包括环氧 树脂。
7. 如权利要求1所述的制作方法，其中该方法另包括有 于该第一平坦层表面与该第二彩色滤光层上依序形成第三反射层以及第三彩色滤光层于该第三彩色滤光层上形成第二图案层，其包括第二曝像区域与该第 一曝像区域；移除由该第二图案层暴露出的部分该第三彩色滤光层与该第三反射层，并形成第二开口；以及于该第二开口内形成第二平坦层，以平坦化该半导体基底表面。
8. 如权利要求7所述的制作方法，其中该第一曝像区域与该第二曝像 区域分别对应于该半导体基底上的至少一第一次像素与至少一第二次像 素，剩余的该第三彩色滤光层则对应于该半导体基底上的至少一第三次像素。
9. 如权利要求7所述的制作方法，其中该第三反射层包括金属材料。
10. 如权利要求7所述的制作方法，其中该方法在形成该第三反射层 之前，另包括先于该第二彩色滤光层表面形成第二緩冲层。
11. 如权利要求1所述的制作方法，其中该第一反射层包括 像素电极，对应于该第一曝像区域；以及至少 一接触元件设于该第 一曝像区域之外的该半导体基底上。
12. 如权利要求11所述的制作方法，其中该方法另包括在该第一彩 色滤光层内形成接触插塞，对应于该接触元件，且该接触插塞是用来电连 接该接触元件以及该第二反射层。
13. 如权利要求12所述的制作方法，其中形成该接触插塞的步骤包括有移除部分该第 一彩色滤光层，以于该接触元件上的该第 一彩色滤光层 中形成接触洞；以及于该接触洞填入导电材料，以形成该接触插塞。
14. 如权利要求1所述的制作方法，其中该第一反射层与该第二反射 层分别包括金属材料。
15. 如权利要求1所述的制作方法，其中该第一平坦层包括该第一彩 色滤光层的材料。
16. 如权利要求1所述的制作方法，其中该第一彩色滤光层与该第二 彩色滤光层可将自然光过滤，以分别提供波长范围不相同的第 一 色光与第 二色光。
17. 如权利要求16所述的制作方法，其中该第一色光与该第二色光 分別为蓝光与绿光、蓝光与红光、或者绿光与红光。
18. 如权利要求1所述的制作方法，其中该方法另包括在该半导体基 底上形成配向膜。
19. 如权利要求18所述的制作方法，其中该方法另包括有 提供透明基板，其表面具有透明导电层； 组合该透明基板与该半导体基底；以及 于该透明基板与该半导体基底之间灌入液晶材料。
20. 如权利要求1所述的制作方法，其中该第一彩色滤光层与该第二 彩色滤光层分别包括无机分色膜材料。
21. 如权利要求1所述的制作方法，其中该第一与该第二图案层分别 包括光致抗蚀剂材料。
22. —种具有彩色像素阵列的硅基液晶显示装置的制作方法，其包括有提供半导体基底；于该半导体基底上依序形成第一反射层、第一彩色滤光层、第二反射层、第二彩色滤光层、第三反射层以及第三彩色滤光层；于该第三彩色滤光层上形成第一图案层，其包括第一曝像区域；进行第 一 蚀刻工艺，移除由该第 一 图案层暴露出的部分该第三彩色滤光层与该第三反射层，以于该第三滤光层中形成第一开口；于该第三彩色滤光层上形成第二图案层，其包括第二曝像区域； 进行第二蚀刻工艺，移除由该第二图案层暴露出的部分该第三彩色滤光层与该第三反射层，以形成第二开口；以及于该半导体基底表面的该第一开口或该第二开口内形成第一平坦层。
23. 如权利要求22所述的制作方法，其中该第一蚀刻工艺另包括移 除被该第 一 图案层所暴露出的该第二彩色滤光层以及该第二反射层。
24. 如权利要求22所述的制作方法，其中该第二蚀刻工艺另包括移 除被该第二图案层所暴露出的该第二彩色滤光层以及该第二反射层。
25. 如权利要求22所述的制作方法，其中该方法另包括在形成该第 二图案层之前，先于该第一开口内形成第二平坦层。
26. 如权利要求22所述的制作方法，其中该方法另包括形成第一緩 沖层以及第二緩沖层，分别设于该第二反射层之下以及该第三反射层之下。
27. 如权利要求26所述的制作方法，其中该第一緩冲层与该第二緩 冲层分别包括相同于该第 一彩色滤光层与该第二彩色滤光层的材料。
28. 如权利要求26所述的制作方法，其中该第一缓冲层与该第二緩冲层的材料不相同于该第 一 、第二与第三彩色滤光层的材料。
29. 如权利要求28所述的制作方法，其中该第一緩沖层或该第二緩 冲层的材料包括环氧树脂。
30. 如权利要求22所述的制作方法，其中该第一曝像区域与该第二 曝像区域分别对应于该半导体基底上的至少一第一次像素与一第二次像 素，而剩余的该第三彩色滤光层对应于该半导体基底上的至少一第三次像 素。
31. 如权利要求22所述的制作方法，其中该第一反射层包括 像素电极，对应于该第一曝像区域；以及至少 一接触元件设于该曝像区域以外的该半导体基底上。
32. 如权利要求31所述的制作方法，其中该方法另包括在该第一彩 色滤光层内形成接触插塞，对应于该接触元件，且该接触插塞是用来电连 接该接触元件以及该第二反射层。
33. 如权利要求32所述的制作方法，其中形成该接触插塞的步骤包 括有移除部分该第一彩色滤光层，以于该接触元件上的该第一彩色滤光层 中形成接触洞；以及于该接触洞填入导电材料，以形成该接触插塞。
34. 如权利要求22所述的制作方法，其中该第一反射层、该第二反 射层与该第三反射层分别包括金属材料。
35. 如权利要求22所述的制作方法，其中该第一彩色滤光层、该第 二彩色滤光层及该第三彩色滤光层可将自然光过滤，以分别提供波长范围 不相同的第一色光、第二色光及第三色光。
36. 如权利要求35所述的制作方法，其中该第一色光、第二色光及 第三色光分别为绿光、蓝光及红光。
37. 如权利要求22所述的制作方法，其中该方法另包括在该第一平 坦层之上形成配向膜。
38. 如权利要求37所述的制作方法，其中该方法另包括有 提供透明基板，其表面具有透明导电层； 组合该透明基板与该半导体基底；以及于该透明基底与该半导体基底之间灌入液晶材料。
39. 如权利要求22所述的制作方法，其中该第一彩色滤光层、该第 二彩色滤光层与该第三彩色滤光层分别包括无机分色膜材料。
40. 如权利要求22所述的制作方法，其中该第一与该第二图案层分 别包括光致抗蚀剂材料。
41. —种具有彩色像素阵列的硅基液晶显示装置，其包括有 半导体基底，其表面定义有多个次像素，形成彩色像素阵列； 第一反射层以及第一彩色滤光层设于该半导体基底上；第二反射层以及第二彩色滤光层设于该第 一彩色滤光层上，且该第二 彩色滤光层与该第二反射层具有第一开口 ，对应于该半导体基底上的第一 次像素；以及第三反射层以及第三彩色滤光层设于该第二彩色滤光层上，且该第三 彩色滤光层与该第三反射层具有第二开口 ，对应于该半导体基底上的该第 一次像素与第二次像素。
42. 如权利要求41所述的硅基液晶显示装置，其另包括有平坦层设 于该第一开口与该第二开口内。
43. 如权利要求42所述的硅基液晶显示装置，其中该平坦层包括有 第一平坦层设于该第一开口内；以及 第二平坦层设于该第二开口内。
44. 如权利要求41所述的硅基液晶显示装置，其另包括第一緩冲层 设于该第一彩色滤光层与该第二反射层之间。
45. 如权利要求41所述的硅基液晶显示装置，其另包括第二緩冲层 设于该第二彩色滤光层与该第三反射层之间。
46. 如权利要求41所述的硅基液晶显示装置，其中该第一反射层包 括有像素电极，对应于该第一次像素；以及 接触元件，设于该第二次像素内或第三次像素内。
47. 如权利要求46所述的硅基液晶显示装置，其中该接触元件不与 该像素电极相接触。
48. 如权利要求46所述的硅基液晶显示装置，其另包括第一接触插 塞设于该第 一彩色滤光层内，并电连接于该接触元件与该第二反射层。
49. 如权利要求48所述的硅基液晶显示装置，其另包括第二接触插塞设于该第二彩色滤光层内，并电连接于该接触元件、该第二反射层以及 该第三反射层。
50. 如权利要求41所述的硅基液晶显示装置，其中该第二反射层包括有像素电极，对应于该第二次像素；以及接触元件，设于第三次像素内，且该接触元件不与该像素电极相接触。
51. 如权利要求41所述的硅基液晶显示装置，其中该第三反射层包 括有像素电极，对应于第三次像素。
52. 如权利要求41所述的硅基液晶显示装置，其中该第一彩色滤光 层、该第二彩色滤光层以及该第三彩色滤光层分别包括无机分色膜材料。
53. 如权利要求41所述的硅基液晶显示装置，其中该硅基液晶显示 装置为反射式硅基液晶显示装置。
全文摘要
本发明提供一种具有彩色像素阵列的硅基液晶显示装置的制作方法，其是通过在不同彩色滤光层之间设置反射层，并以反射层当作彩色滤光层之间的蚀刻停止层，而利用蚀刻工艺于各次像素中定义出不同的彩色滤光层图案。
文档编号G03F7/00GK101320175SQ20071010823
公开日2008年12月10日 申请日期2007年6月4日 优先权日2007年6月4日
发明者刘彦秀 申请人:联华电子股份有限公司