CN114047647A - 一种lcos表面微支撑结构及其加工方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种LCOS表面微支撑结构及其加工方法，包括CMOS基板、封装基板和设置在二者之间的取向层，所述封装基板上靠近所述取向层的一侧设有透明电极，所述CMOS基板上靠近所述取向层的一侧设有金属电极，所述金属电极用于反射入射光线并和所述透明电极之间形成导通电势，所述取向层包括初始态和偏转态两个状态，当所述取向层处于初始态时，不改变入射光的偏振方向，当所述取向层处于偏转态时，经过取向层的入射光的偏振方向旋转90度，所述CMOS基板和所述封装基板之间设有微支撑结构，且所述微支撑结构设置在若干金属电极的交点处，微支撑结构的设置能够有效改善LCOS的液晶盒厚，提高了LCOS的结构稳定性和成像质量。

Description

一种LCOS表面微支撑结构及其加工方法
技术领域
本发明涉及LCOS硅基液晶技术领域，更具体的说是涉及一种LCOS表面微支撑结构及其加工方法。
背景技术
目前，对于硅基液晶器件（LCOS）的要求是液晶盒厚的均匀性要比较一致，这样才能保证比较好的成像质量，原因在于LCOS在外加电场作用下的液晶分子的指向矢会在相邻像素之间产生边缘场效应，从而对LCOS盒的相位调制深度和衍射效率产生严重不利的影响，然而LCOS的边缘场效应与像素电极的宽度与液晶盒厚的比值相关，比值越小，相邻像素之间的边缘场效应越强，所以液晶偏转与盒厚是有直接相关性的，盒厚大小直接影响成像质量。
现在的液晶盒厚一般是几百纳米到几个微米，当LCOS尺寸很大时容易发生变形，因此是很难保证盒厚的均匀性的，现有技术中有通过玻璃微珠改善液晶盒厚的方案，玻璃小微珠很方便加工，但是缺点在于，玻璃微珠的分布是分散的、不可控的，容易发生团聚，造成有的地方没有支撑，仍然无法有效改善盒厚，并且团聚在一起的玻璃微珠会影响像素偏转。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种LCOS表面微支撑结构及其加工方法，通过在CMOS基板和所述封装基板之间设有微支撑结构，且所述微支撑结构设置在若干金属电极的交点处，能够有效改善LCOS的液晶盒厚，提高了LCOS的结构稳定性和成像质量。
为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：
一种LCOS表面微支撑结构，包括CMOS基板、封装基板和设置在二者之间的取向层，所述封装基板上靠近所述取向层的一侧设有透明电极，所述CMOS基板上靠近所述取向层的一侧设有金属电极，所述金属电极用于反射入射光线并和所述透明电极之间形成导通电势，所述取向层包括初始态和偏转态两个状态，当所述取向层处于初始态时，不改变入射光的偏振方向，当所述取向层处于偏转态时，经过取向层的入射光的偏振方向旋转90度，所述取向层和所述封装基板之间设有微支撑结构，且所述微支撑结构设置在若干金属电极的交点处。
作为本发明的进一步改进，所述微支撑结构采用绝缘材料制成，且固定安装在所述封装基板上靠近所述取向层的一侧。
作为本发明的进一步改进，所述CMOS基板包括硅片、设置在所述硅片上的CMOS驱动电路以及设置在所述CMOS驱动电路上的金属电极，所述CMOS驱动电路与外部控制电路相连，用于对金属电极的供电通断进行独立控制。
作为本发明的进一步改进，所述金属电极采用铝制成，且相邻金属电极之间设置有隔离结构，且所述隔离结构的顶部与金属电极的顶部处于同一水平面上，取向层设置在金属电极和隔离结构的顶部。
作为本发明的进一步改进，所述微支撑结构为柱状结构，且所述微支撑结构与所述封装基板的连接面以及与所述硅片的连接面均为平面。
作为本发明的进一步改进，所述取向层与透明电极之间灌装有液晶层，所述取向层与透明电极的边缘之间通过胶框进行粘结。
作为本发明的进一步改进，所述封装基板和所述微支撑结构为一体结构且均为玻璃材质。
一种LCOS表面微支撑结构的加工方法，所述加工方法包括如下步骤：
步骤S1、对玻璃封装基板进行清洗、烘干、涂光刻胶；
步骤S2、利用预设图案对玻璃封装基板上涂油光刻胶的一侧进行曝光、显影；
步骤S3、按照预设参数对玻璃封装基板进行干法刻蚀或湿法可得到带有微支撑结构的封装基板（此时微结构凸起上有光刻胶）。
步骤S4、在步骤S3中得到的封装基板的表面采用磁控溅射或真空反应蒸发的手段做一层ITO阴极层以形成透明电极。
步骤S5、采用溶脱工艺将微支撑结构顶端的ITO阴极层去除。
作为本发明的进一步改进，还包括在CMOS基板上顶部带有取向层的一侧的四周边缘涂上厚度均匀的胶条，并预留灌注口，然后将步骤S5得到的封装基板粘合在CMOS基板上。
作为本发明的进一步改进，还包括对盖合后的封装基板和CMOS基板之间形成的区域抽真空，然后将一定量的液晶通过灌注口浇入至封装基板和CMOS基板之间形成的区域内。
本发明的有益效果：通过在CMOS基板和所述封装基板之间设有微支撑结构，且所述微支撑结构设置在若干金属电极的交点处，能够有效改善LCOS的液晶盒厚，提高了LCOS的结构稳定性和成像质量。
LCOS表面微支撑结构的加工方法提供了一种在玻璃封装基板上形成微支撑结构的加工方法，可以形成等高的、柱状的、不导电的微支撑结构，并且将微支撑结构设置在若干金属电极的交点处，即金属电极之间设置的隔离结构上，可以有效减少对于液晶偏转的影响，有利于保证盒厚的均匀性的同时提高成像质量。
附图说明
图1为LCOS表面微支撑结构的立体结构示意图；
图2为LCOS表面微支撑结构的加工方法中经过步骤S2得到封装基板的结构示意图；
图3为LCOS表面微支撑结构的加工方法中经过步骤S3得到封装基板的结构示意图；
图4为LCOS表面微支撑结构的加工方法中经过步骤S4得到封装基板的结构示意图；
图5为LCOS表面微支撑结构的加工方法中经过步骤S5得到封装基板的结构示意图。
图中：1、CMOS基板；101、金属电极；102、CMOS驱动电路；103、硅片；104隔离结构；105取向层；2、封装基板；3、液晶；4、微支撑结构；5、透明电极；6、胶框；7、光刻胶。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
参照图1所示，本实施例的第一种具体实施方式，一种LCOS表面微支撑结构4，包括CMOS基板1、封装基板2和设置在二者之间的取向层和液晶3层，所述封装基板2上靠近所述取向层的一侧设有透明电极5（阴极导电材料，一般为ITO），所述CMOS基板1上靠近所述取向层的一侧设有金属电极101，所述金属电极101用于反射入射光线并和所述透明电极5之间形成导通电势，所述取向层包括初始态和偏转态两个状态，当所述取向层处于初始态时，不改变入射光的偏振方向，当所述取向层处于偏转态时，经过取向层的入射光的偏振方向旋转90度，所述取向层和所述封装基板2之间设有微支撑结构4，且所述微支撑结构4设置在若干金属电极101的交点处。通过在取向层和所述封装基板2之间设置微支撑结构4，并且封装基板2和所述微支撑结构4为一体结构且均为玻璃材质，具有一定的支撑强度，形变量小，可以有效改善封装基板2的变形，并且将微支撑结构4设置在若干金属电极101的交点处，可以有效减少对于液晶3偏转的影响，有利于保证盒厚的均匀性的同时提高成像质量。
作为本发明的进一步改进，所述微支撑结构4采用绝缘材料制成，且固定安装在所述封装基板2上靠近所述取向层的一侧，设置为绝缘材料可以避免对金属电极101的影响，增强使用寿命。
作为本发明的进一步改进，所述CMOS基板1包括硅片103、设置在所述硅片103上的CMOS驱动电路102以及设置在所述CMOS驱动电路上的金属电极101，所述CMOS驱动电路与外部控制电路相连，用于对金属电极101的供电通断进行独立控制；所述金属电极101采用铝制成，且相邻金属电极101之间设置有隔离结构（具体隔离结构可以设置为二氧化硅，使其填平金属电极101之间形成的槽，保证金属电极101与隔离结构的顶端处于同一平面上），且所述隔离结构的顶部与金属电极101的顶部处于同一水平面上，取向层设置在金属电极101和隔离结构的顶部，保证取向层的平整。微支撑结构4设置在隔离结构的上方，避免对液晶3层的阻挡，提高成像质量。
作为本发明的进一步改进，所述微支撑结构4为柱状结构，且所述微支撑结构4与所述封装基板2的连接面以及与所述硅片103的连接面均为平面。设计成柱状结构可以在减少微支撑结构4的截面面积的同时最大限度的保证支撑强度，最大限度的避免对液晶3层的阻挡。目前的半导体加工工艺完全可以把柱状结构的顶部加工成平面，且保证足够的精度，由此可以保证支撑的稳定性。
作为本发明的进一步改进，所述取向层与透明电极5之间灌装有液晶3层，所述取向层与透明电极5的边缘之间通过胶框6进行粘结，胶框6的设置一方面可以实现对液晶3层的防护，实现封装基板2与CMOS基板1之间的连接，另一方面，当温度环境发生变化，玻璃封装基板2与CMOS基板1的膨胀系数不一致，玻璃封装基板2发生弯曲变形时，由于柱状结构的存在，可以将玻璃封装基板2稳定的支撑起来，稳定保持盒厚，这时由胶框6分担变形应力的释放（柱状结构的刚度大于胶框6的刚度）。
一种LCOS表面微支撑结构4的加工方法，所述加工方法包括如下步骤：
步骤S1、对玻璃封装基板2进行清洗、烘干、涂光刻胶7；
步骤S2、利用预设图案对玻璃封装基板2上涂油光刻胶7的一侧进行曝光、显影；经过步骤S2得到封装基板2的结构示意图如图2所示，经过曝光、显影后的封装基板2表面出现光刻胶7图案。
步骤S3、按照预设参数对玻璃封装基板2进行干法刻蚀或湿法可得到带有微支撑结构4的封装基板2；
经过步骤S3得到封装基板2的结构示意图如图3所示，此时微结构凸起上有光刻胶7。
步骤S4、在步骤S3中得到的封装基板2的表面采用磁控溅射或真空反应蒸发的手段做一层ITO阴极层以形成透明电极5。经过步骤S4得到封装基板2的结构示意图如图4所示，
步骤S5、采用溶脱工艺（lift-off）将微支撑结构4顶端的ITO阴极层去除，获得具有ITO的封装玻璃结构。经过步骤S5得到封装基板2的结构示意图如图5所示，通过上述步骤S1-S5实现了对于带有微支撑结构4的封装基板2的制作，并且通过该方法制得的微支撑结构4顶部的也是去除了ITO阴极层的，制成了完全绝缘的微支撑结构4。
由于半导体的光刻工艺的加工精确度可以达到很高的水平，形变比较小，采用该种方法得到的微支撑结构4容易精确的控制微支撑结构4的高度。
作为本发明的进一步改进，LCOS表面微支撑结构4的加工方法还包括在CMOS基板1上顶部带有取向层的一侧的四周边缘涂上厚度均匀的胶条，并预留灌注口，然后将步骤S5得到的封装基板2粘合在CMOS基板1上。以及，对盖合后的封装基板2和CMOS基板1之间形成的区域抽真空，然后将一定量的液晶3通过灌注口浇入至封装基板2和CMOS基板1之间形成的区域内，由此实现了整个大尺寸LCOS表面微支撑结构4的加工及封装过程。
工作原理：通过在CMOS基板1和所述封装基板2之间设有微支撑结构4，且微支撑结构4设置在若干金属电极101的交点处，能够有效改善LCOS的液晶3盒厚，提高了LCOS的结构稳定性和成像质量。
LCOS表面微支撑结构4的加工方法提供了一种在玻璃封装基板2上形成微支撑结构4的加工方法，可以形成等高的、柱状的、不导电的微支撑结构4，并且将微支撑结构4设置在若干金属电极101的交点处，即金属电极101之间设置的隔离结构上，可以有效减少对于液晶3偏转的影响，有利于保证盒厚的均匀性的同时提高成像质量。
具体安装时，经过LCOS表面微支撑结构4加工方法获得具有ITO的封装玻璃结构，下一步要在在CMOS基板1上顶部带有取向层的一侧的四周边缘涂上厚度均匀的胶条，并预留灌注口，然后将具有ITO的玻璃封装基板2粘合在CMOS基板1上。以及，对盖合后的封装基板2和CMOS基板1之间形成的区域抽真空，然后将一定量的液晶3通过灌注口浇入至封装基板2和CMOS基板1之间形成的区域内，由此实现了整个大尺寸LCOS表面微支撑结构4的加工及封装过程。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

Claims (10)

1.一种LCOS表面微支撑结构，包括CMOS基板(1)、封装基板(2)和设置在二者之间的取向层，其特征在于，所述封装基板(2)上靠近所述取向层的一侧设有透明电极(5)，所述CMOS基板(1)上靠近所述取向层的一侧设有金属电极(101)，所述金属电极(101)用于反射入射光线并和所述透明电极(5)之间形成导通电势，所述取向层包括初始态和偏转态两个状态，当所述取向层处于初始态时，不改变入射光的偏振方向，当所述取向层处于偏转态时，经过取向层的入射光的偏振方向旋转90度，所述取向层和所述封装基板(2)之间设有微支撑结构(4)，且所述微支撑结构(4)设置在若干金属电极(101)的交点处。
2.根据权利要求1所述的LCOS表面微支撑结构，其特征在于，所述微支撑结构(4)采用绝缘材料制成，且固定安装在所述封装基板(2)上靠近所述取向层的一侧。
3.根据权利要求2所述的LCOS表面微支撑结构，其特征在于，所述CMOS基板(1)包括硅片(103)、设置在所述硅片(103)上的CMOS驱动电路(102)以及设置在所述CMOS驱动电路上的金属电极(101)，所述CMOS驱动电路与外部控制电路相连，用于对金属电极(101)的供电通断进行独立控制。
4.根据权利要求3所述的LCOS表面微支撑结构，其特征在于，所述金属电极(101)采用铝制成，且相邻金属电极(101)之间设置有隔离结构，且所述隔离结构的顶部与金属电极(101)的顶部处于同一水平面上，取向层设置在金属电极(101)和隔离结构的顶部。
5.根据权利要求4所述的LCOS表面微支撑结构，其特征在于，所述微支撑结构(4)为柱状结构，且所述微支撑结构(4)与所述封装基板(2)的连接面以及与所述取向层的连接面均为平面。
6.根据权利要求5所述的LCOS表面微支撑结构，其特征在于，所述取向层与透明电极(5)之间灌装有液晶(3)层，所述取向层与透明电极(5)的边缘之间通过胶框(6)进行粘结。
7.根据权利要求6所述的LCOS表面微支撑结构，其特征在于，所述封装基板(2)和所述微支撑结构(4)为一体结构且均为玻璃材质。
8.一种应用于权利要求1-7中任一项权利要求所述的LCOS表面微支撑结构的加工方法，其特征在于，所述加工方法包括如下步骤：
步骤S1、对玻璃封装基板(2)进行清洗、烘干、涂光刻胶(7)；
步骤S2、利用预设图案对玻璃封装基板(2)上涂油光刻胶(7)的一侧进行曝光、显影；
步骤S3、按照预设参数对玻璃封装基板(2)进行干法刻蚀或湿法可得到带有微支撑结构(4)的封装基板(2)；
步骤S4、在步骤S3中得到的封装基板(2)的表面采用磁控溅射或真空反应蒸发的手段做一层ITO阴极层以形成透明电极(5)；
步骤S5、采用溶脱工艺将微支撑结构(4)顶端的ITO阴极层去除。
9.根据权利要求8所述的加工方法，其特征在于，还包括在CMOS基板(1)上顶部带有取向层的一侧的四周边缘涂上厚度均匀的胶条，并预留灌注口，然后将步骤S5得到的封装基板(2)粘合在CMOS基板(1)上。
10.根据权利要求9所述的加工方法，其特征在于，还包括对盖合后的封装基板(2)和CMOS基板(1)之间形成的区域抽真空，然后将一定量的液晶(3)通过灌注口浇入至封装基板(2)和CMOS基板(1)之间形成的区域内。
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