专利名称：透射式硅基液晶显示器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种液晶显示器，尤其是一种透射式硅基液晶显示器，具体地说是一种透射式硅基液晶显示器的制作方法。
背景技术：
目前，硅基液晶显示器，也就是lcos (liquid crystal on silicon)，都是属于反射式液晶器件，具有集成度高、分辨率高、器件本身开口率高的特点，广泛应用与微显示领域。但是这种反射式硅基液晶在光学系统中，需要增加一个额外的偏振分光棱镜pbs 器件，用于将背光源的光照射到lcos器件表面，反射回来的光也是经过pbs器件投射到屏幕或者观察着眼睛，造成整个光路的光利用率降低，光路结构复杂，而且整个模块的体积大，不符合头盔或者近眼显示等领域要求微显示器件体积小、重量轻的特殊要求。而透射式硅基液晶显示器，背光源直接放置于液晶器件后面，不需要额外的pbs 光学器件，具有光路简单、结构紧凑、体积小、重量轻等优势，同时也具有硅基液晶集成度高、分辨率高等优势特点。
发明内容
本发明的目的是针对现的反射式硅基液晶显示器体积大，结构复杂，难以适应小型化需求的问题，发明一种光路简单、结构紧凑、体积小、重量轻的透射式硅基液晶显示器的制作方法。本发明的技术方案是
一种透射式硅基液晶显示器的制作方法，其特征是它包括硅基基板的透明化处理、彩色滤色器的制作、液晶封盒的制作和高亮度背光源的制作；所述的硅基基板的透明化处理是采用绝缘硅片，该绝缘硅片由器件层、绝缘层和衬底层组成，绝缘层的厚度在0. 5^1 μ m, 器件层的厚度在0. 3 1. 5μπι ；利用中间的绝缘层对制作在器件层上的器件进行剥离和转移，使不透明的衬底层变成透明的；所述的彩色滤色器的制作是采用光刻胶掺杂染料进行曝光固化的方式，首先在透明玻璃板上面制作黑矩阵，然后涂覆掺杂红色染料的光刻胶，曝光并固化形成红色的滤色器；再依次制作绿色滤色器和蓝色滤色器，再在制作好的滤色器上面制作保护层并蒸镀透明的ito导电电极，形成图形，完成滤色器的制作；所述的液晶封盒制作是用制作的透明硅基基板和带黑矩阵的公共ito电极基板进行液晶封盒制作单色透射式硅基液晶显示器件，在所述的透明硅基基板和公共ito电极基板上面涂覆聚酰亚胺取向层，并摩擦取向，使液晶分子按设定的方向排列；然后在封框胶里面均勻地掺杂控制液晶盒厚的衬垫料，用丝网印刷的方式印刷到滤色器基板上面，将透明硅基基板和公共ito 电极基板对位贴合，然后热压固化即形成液晶空盒，对空盒进行真空灌注液晶，并封口清洗，贴偏光片，用fpc热压将对位的电极引出，实现电气连接；将带黑矩阵的公共ito电极基板换成彩色滤色器基板进行液晶封盒制作时即可形成彩色的透射式硅基液晶显示器；同样用一体化的彩色的透明硅基基板和带黑矩阵的公共ito电极基板进行液晶封盒制作时也可形成彩色的透射式硅基液晶显示器，所述的一体化的彩色的透明硅基基板是指将经过透明化处理的硅基基板和制作好的彩色滤色器粘接形成的硅基基板和彩色滤色器一体化的结构；所述的高亮度背光源的制作是指选用高效率大功率的led灯管，并在led灯管上面加装反射碗，将led灯的发光角从原来的120° 130°汇聚60° 70°，使出光效率提高，亮度增加，减小功耗。本发明的透射式硅基液晶显示器的制作方法，其特征是它还包括多层分立部件的微组装，所述的多层分立部件的微组是指将透明硅基基板、彩色滤色器、液晶显示介质、偏光片和高亮度背光源组装成透射式硅基液晶显示器。所述的硅基基板的透明化处理是先在器件层上面制作需要的硅基集成电路部分和液晶寻址阵列部分，然后通过光学胶粘接透明基板，使需要的器件层上的集成电路部分的器件转移到另外一个透明基板上面，然后对原来的衬底层进行减薄直至透明；减薄是采用机械减薄的工艺将衬底硅减薄，然后利用绝缘硅片中间的二氧化硅绝缘层作为化学蚀刻剩余衬底层的阻挡层，将衬底层蚀刻掉，直至二氧化硅绝缘层；然后在二氧化硅绝缘层上面采用激光打孔的方式，将需要与外界进行电气连接的部分引出，并蒸镀透明的ito导电层， 光刻形成图形，完成电气连接，实现透明硅基基板的制作。为了防止外界光或者背光源的光在界面处反射的光对器件层上的器件造成损伤， 将公共ito电极基板也制作成带有黑矩阵，然后在黑矩阵上做钝化层，再做公共ito导电电极，以对器件起保护作用。本发明的有益效果
本发明具有光路简单、结构紧凑、可靠性高等优点，可广泛应用于头戴式显示器、视频眼镜、微投影、彩扩机等市场领域。
图1是本发明的soi绝缘硅片的剖面结构示意图。图2是在soi绝缘硅片上制作的ic器件并将电极引到绝缘层上面的结构示意图。图3是本发明的透明的硅基基板结构示意图。图4是本发明的透明硅基基板的面积分配示意图。图5是本发明在玻璃上面制作的黑矩阵的结构示意图。图6是通过光刻制作红色滤色器的示意图。图7是本发明制作的彩色滤色器的剖面示意图。图8是带黑矩阵的公共ito电极基板。图9是加反射碗的高亮度led背光源剖面结构示意图。图10是制作的单色透射式硅基液晶显示器的剖面结构示意图。图11是制作的一种彩色透射式硅基液晶显示器的剖面结构示意图。图12是硅基基板直接转移到彩色滤色器上面，形成彩色的透明硅基基板。图13是制作的一种一体化的彩色硅基液晶显示器的剖面结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。如图1-13所示。一种透射式硅基液晶显示器的制作方法，它包括硅基基板的透明化处理、彩色滤色器的制作、液晶封盒的制作、高亮度背光源的制作、带黑矩阵的公共ito电极基板制作 (图8)和多层分立部件的微组装；所述的硅基基板的透明化处理(如图1-4)是采用绝缘硅片，该绝缘硅片由器件层1、绝缘层2和衬底层3组成，如图1，绝缘层的厚度在0. 5 1 μ m，器件层的厚度在0. 3^1. 5 μ m,制作时先在器件层上面制作需要的硅基集成电路部分和液晶寻址阵列部分，如图2，然后通过光学胶粘接透明基板，使需要的器件层上的集成电路部分的器件转移到另外一个透明基板上面，如图3所示，然后对原来的衬底层进行减薄直至透明， 减薄是采用机械减薄的工艺将衬底硅减薄，然后利用绝缘硅片中间的二氧化硅绝缘层作为化学蚀刻剩余衬底层的阻挡层，将衬底层蚀刻掉，直至二氧化硅绝缘层；然后在二氧化硅绝缘层上面采用激光打孔的方式，将需要与外界进行电气连接的部分引出，并蒸镀透明的导电金属层，光刻形成图形，完成电气连接，实现透明硅基基板的制作，如图4所示，利用中间的绝缘层对制作在器件层上的器件进行剥离和转移，使不透明的衬底层变成透明的。所述的彩色滤色器的制作(如图5-7)是采用光刻胶掺杂染料进行曝光固化的方式，首先在透明玻璃板上面制作黑矩阵，然后涂覆掺杂红色染料的光刻胶，曝光并固化形成红色的滤色器； 再依次制作绿色滤色器和蓝色滤色器，再在制作好的滤色器上面制作保护层并蒸镀透明的 ito导电层，形成图形，完成滤色器的制作。所述的液晶封盒制作是用制作的透明硅基基板和带黑矩阵的公共ito电极基板进行液晶封盒制作单色透射式硅基液晶显示器件，在所述的透明硅基基板和公共ito电极基板上面涂覆聚酰亚胺取向层，并摩擦取向，使液晶分子按设定的方向排列；然后在封框胶里面均勻地掺杂控制液晶盒厚的衬垫料，用丝网印刷的方式印刷到滤色器基板上面，将透明硅基基板和公共ito电极基板对位贴合，然后热压固化即形成液晶空盒，对空盒进行真空灌注液晶，并封口清洗，贴偏光片，用fpc热压将对位的电极引出，实现电气连接；将带黑矩阵的公共电极基板换成彩色滤色器基板进行液晶封盒制作时即可形成彩色的透射式硅基液晶显示器；同样用一体化的彩色的透明硅基基板和带黑矩阵的公共ito电极基板进行液晶封盒制作时也可形成彩色的透射式硅基液晶显示器，所述的一体化的彩色的透明硅基基板是指将经过透明化处理的硅基基板和制作好的彩色滤色器粘接形成的硅基基板和彩色滤色器一体化的结构；所述的高亮度背光源(图9)的制作是指选用高效率大功率的led灯管，并在led灯管上面加装反射碗，将led灯的发光角从原来的120° 130°汇聚60° 70°，使出光效率提高，亮度增加，减小功耗。为了防止外界光或者背光源的光在界面处反射的光对器件层上的器件造成损伤， 将公共ito电极基板也制作成带有黑矩阵，然后在黑矩阵上做钝化层，再做公共导电电极， 以对器件起保护作用，如图8所示。详述如下
图1是本发明采用的soi绝缘硅片的剖面结构示意图，图中1是制作硅上集成电路部分和寻址阵列的器件硅层，2是二氧化硅绝缘层，3是衬底硅层。二氧化硅绝缘层的厚度一般是0. π μ m，主要是在化学蚀刻衬底硅时起到阻挡层的作用，器件硅层厚度为 0. 3 1. 5 μ m，主要是在上面制作薄膜晶体管等集成电路器件。图2是在绝缘硅片的器件硅层上面制作液晶矩阵寻址阵列和周边驱动控制电路
5部分，主要是cmos开关器件，包括源级4、漏极5、栅极6，并将三个电极引出7。为了实现透明硅基基板，器件硅层由于制作cmos开关器件所占体积很小，占用的面积也小，剩余的硅层虽然很薄但是也是不透明的，需要将没有用到的器件硅层进行透明化处理，通过高温加热将未用到的器件硅层转换成二氧化硅层8，而二氧化硅层是透明的，因此可以保证除做 cmos器件以外的部分也是透明的。为了做透明的硅基基板，应将器件需要与外界电气连接的部分和薄膜晶体管的漏极的电极提前连接到绝缘硅片的二氧化硅绝缘层上面，以方便后续工艺将电极引出。比如cmos开关器件的漏极5通过金属连线8连接到二氧化硅绝缘层上面9上。并充分考虑器件的开口率，器件体积、走线要尽量少，保证器件有一定的开口率。 在器件上面做钝化层10使器件在后续工序中不受损伤，遮光层11使器件在应用过程中，不受外界光的干扰，而引起器件性能的衰退和劣化。图3是用光学胶12和透明基板13进行倒置式单次粘接，光学胶选用透过率高、粘接能力强、可靠性高的市售双组份环氧胶，可以耐后续半导体工艺的酸碱工艺、高温工艺， 实现可靠粘接。以粘接的透明玻璃板作为支撑基板，对绝缘硅片的衬底硅3进行去除直至二氧化硅绝缘层2，去除方法是先采用机械研磨的方法将衬底硅3先从几百微米的厚度磨削到一定厚度，一般是30 μ m左右，再用化学蚀刻的方法将剩余的衬底硅蚀刻掉，可利用二氧化硅绝缘层作为化学刻蚀衬底硅的阻挡层来完成。化学刻蚀可以采用湿法刻蚀的方法， 比如用35%的koh饱和溶液，刻蚀温度控制在90°c左右，利用二氧化硅作为蚀刻的阻挡层， 反应自停止，刻蚀速率大约在3 μ m/min。或者用等离子干法蚀刻的方法，比如icp蚀刻机来蚀刻，也是利用二氧化硅作为硅蚀刻的阻挡层，完成衬底硅的去除。而保留的二氧化硅厚度较薄，本身是透明的。然后在二氧化硅绝缘层上面打孔，将需要引出的电极引出来，并且蒸镀透明的导电电极，光刻形成图形。图3中14是通过激光打孔的工艺，在二氧化硅绝缘层上打孔，并且金属化。在二氧化硅绝缘层上面，蒸镀透明的金属导电层，通过光刻刻蚀成需要的图形15，完成透明硅基板的电极的引出和电极的透明化制作。图4是制作的透明硅基基板的示意图。硅基基板的薄膜晶体管单元大部分19都是透明的，只有制作薄膜晶体管器件的部分是不透明的，但是只占有限的部分空间，保证了器件的开口率和一定的透过率。16、17、18是周边驱动控制电路部分，20是器件与外界的连接的部分电极。以此透明的硅基基板制作透射式硅基微显示器件，具有结构紧凑、光路简单、 可靠性高、开口率高等优点。图5是在玻璃基板21上面制作黑矩阵22，也是通过光刻工艺制作。图6是在图5的制作有黑矩阵22的玻璃基板21上制作红色滤色器，在制作好黑矩阵的基板上面旋涂有红色染料的光刻胶23，用掩膜板m进行曝光，显影后照射到的部分留下来，并且高温固化成型，形成红色滤色器25。图7是依次采用光刻的方式制作绿色滤色器沈和蓝色滤色器27，并在上面制作钝化层，其保护作用，并且蒸镀透明导电层，光刻形成需要的图形，制作出彩色滤色器。图8是带黑矩阵的公共ito电极基板示意图。在制作黑矩阵的透明基板上面，先做一层钝化层，其保护作用，然后再蒸镀一层透明导电层四，一般用ito电极，并光刻成图形，形成带黑矩阵的公共ito电极基板，黑矩阵的作用是其保护作用，保护对应的硅基基板上面ic器件不被外界光或者返射的光造成损失引起器件的劣化。图9是加反射碗的高亮度led背光源剖面结构示意图。在铝基pcb板33上面排列特殊的led灯管30，led灯管是高效率、大功率的灯管，上面加反射碗31，反射碗的形状做成弧形32，这种特殊的结构可以使led灯管发出的光从原来的120° 130°的发散角聚集到60° 70°，使背光源的出光面的效率提高，亮度提高409γ50%，得到高亮度的背光源。图10是用制作的单色透射式硅基液晶显示器和背光源的显示组件示意图。透明硅基基板和带黑矩阵的公共ito电极基板，先分别涂覆取向剂34，并进行摩擦取向，使液晶分子特定的方向排列。然后在封框胶35里面均勻的掺杂控制液晶盒厚的衬垫料，用丝网印刷的方式印刷到滤色器基板上面，将两块基板对位贴合，然后热压固化起来，形成液晶空盒。对空盒进行真空灌注液晶36，并封口清洗。贴偏光片，用fpc热压将对位的电极引出， 实现电气连接完成透射式硅基液晶显示器的制作。将高亮度背光源加在液晶器件下面，提供背光源，完成微显示器件各个部件的有微组装。图11是制作的一种彩色透射式硅基液晶显示器的剖面结构示意图。用透明的硅基基板和彩色滤色器基板，进行液晶封盒。封盒工艺同单色液晶显示器的封盒工艺类似。图12是硅基基板直接转移到彩色滤色器上面，形成彩色的透明硅基基板，将图2 的硅基基板用光学胶12和图7的彩色滤色器粘接在一起。其中最顶层不是透明的导电层， 而是钝化层37，保护滤色器的作用。形成硅基基板和彩色滤色器一体化的结构。图13是制作的一种一体化的彩色硅基液晶显示器的剖面结构示意图。用一体化的彩色透明硅基基板和带有黑矩阵的公共ito电极基板进行液晶封盒，完成彩色液晶显示器的制作。封盒工艺同单色液晶显示器的封盒工艺类似。根据本发明的制作方法，可制作出单色高亮度的透射式硅基液晶显示器，对角线尺寸为0. 5英寸，分辨率为μχ48，器件的剖面结构如图10所示。本发明未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。
权利要求
1.一种透射式硅基液晶显示器的制作方法，其特征是它包括硅基基板的透明化处理、彩色滤色器的制作、液晶封盒的制作和高亮度背光源的制作；所述的硅基基板的透明化处理是采用绝缘硅片，该绝缘硅片由器件层、绝缘层和衬底层组成，绝缘层的厚度在 0. 5^1 μ m,器件层的厚度在0. 3^1. 5 μ m ；利用中间的绝缘层对制作在器件层上的器件进行剥离和转移，使不透明的衬底层变成透明的；所述的彩色滤色器的制作是采用光刻胶掺杂染料进行曝光固化的方式，首先在透明玻璃板上面制作黑矩阵，然后涂覆掺杂红色染料的光刻胶，曝光并固化形成红色的滤色器；再依次制作绿色滤色器和蓝色滤色器，再在制作好的滤色器上面制作保护层并蒸镀透明的导电金属，形成图形，完成滤色器的制作；所述的液晶封盒制作是用制作的透明硅基基板和带黑矩阵的公共ito电极基板进行液晶封盒制作单色透射式硅基液晶显示器件，在所述的透明硅基基板和公共ito电极基板上面涂覆聚酰亚胺取向层，并摩擦取向，使液晶分子按设定的方向排列；然后在封框胶里面均勻地掺杂控制液晶盒厚的衬垫料，用丝网印刷的方式印刷到滤色器基板上面，将透明硅基基板和公共 ito电极基板对位贴合，然后热压固化即形成液晶空盒，对空盒进行真空灌注液晶，并封口清洗，贴偏光片，用fpc热压将对位的电极引出，实现电气连接；将带黑矩阵的公共ito电极基板换成彩色滤色器基板进行液晶封盒制作时即可形成彩色的透射式硅基液晶显示器；同样用一体化的彩色的透明硅基基板和带黑矩阵的公共ito基板进行液晶封盒制作时也可形成彩色的透射式硅基液晶显示器，所述的一体化的彩色的透明硅基基板是指将经过透明化处理的硅基基板和制作好的彩色滤色器粘接形成的硅基基板和彩色滤色器一体化的结构；所述的高亮度背光源的制作是指选用高效率大功率的led灯管，并在led灯管上面加装反射碗，将led灯的发光角从原来的120° 130°汇聚60° 70°，使出光效率提高，亮度增加，减小功耗。
2.根据权利要求1所述的透射式硅基液晶显示器的制作方法，其特征是它还包括多层分立部件的微组装，所述的多层分立部件的微组是指将透明硅基基板、彩色滤色器、液晶显示介质、偏光片和高亮度背光源组装成透射式硅基液晶显示器。
3.根据权利要求1所述的透射式硅基液晶显示器的制作方法，其特征是所述的硅基基板的透明化处理是先在器件层上面制作需要的硅基集成电路部分和液晶寻址阵列部分，然后通过光学胶粘接透明基板，使需要的器件层上的集成电路部分的器件转移到另外一个透明基板上面，然后对原来的衬底层进行减薄直至透明；减薄是采用机械减薄的工艺将衬底硅减薄，然后利用绝缘硅片中间的二氧化硅绝缘层作为化学蚀刻剩余衬底层的阻挡层，将衬底层蚀刻掉，直至二氧化硅绝缘层；然后在二氧化硅绝缘层上面采用激光打孔的方式，将需要与外界进行电气连接的部分引出，并蒸镀透明的导电金属层，光刻形成图形，完成电气连接，实现透明硅基基板的制作。
4.根据权利要求1所述的透射式硅基液晶显示器的制作方法，其特征是为了防止外界光或者背光源的光在界面处反射的光对器件层上的器件造成损伤，将公共导电基板也制作成带有黑矩阵，然后在黑矩阵上做钝化层，再做公共ito透明电极，以对器件起保护作用。
全文摘要
一种透射式硅基液晶显示器的制作方法，其特征是它包括硅基基板的透明化处理、彩色滤色器的制作、液晶封盒的制作、高亮度背光源的制作及显示器件的多层分立部件的微组装方法。利用本发明制作的显示器具有光路简单、结构紧凑、可靠性高等优点，广泛应用于头戴式显示器、视频眼镜、微投影、彩扩机等市场领域。
文档编号h01l21/77gk102436095sq201210001370
公开日2012年5月2日 申请日期2012年1月6日 优先权日2012年1月6日
发明者余雷, 杨洪宝, 樊卫华, 洪乙又, 王绪丰, 铁斌 申请人:中国电子科技集团公司第五十五研究所