TWI671576B - 形成液晶顯示裝置的配向層的方法以及用該方法製造的液晶顯示裝置 - Google Patents

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Abstract

一種形成液晶顯示裝置的配向層的新穎方法，該方法包括以下步驟：提供一基板(例如，處理過的矽晶圓等)，該基板具有沉積於其上的一配向層；及施加來自脈衝雷射的一連串脈衝以使該配向層部分退火並改變其表面形態。該方法可包括以下步驟：在該雷射退火之前，利用旋塗程序將配向層材料(例如，包含SiO2的旋塗式介電質)沉積在基板上。根據雷射掃描軌跡，施加一連串雷射脈衝產生有助於液晶的配向的重複性特徵圖案。本發明亦揭露具有雷射退火配向層的液晶顯示裝置。本發明的配向層快速且廉價地形成，且在長時間和高强度的光應力作用下非常穩健。

Description

形成液晶顯示裝置的配向層的方法以及用該方法製造的液晶顯示裝置
本發明大致上係關於一種液晶顯示(LCD)裝置及其製造方法，尤其是關於一種形成使用在LCD顯示裝置中的配向層的方法。
反射式和穿透式LCD裝置係用於視訊投影儀、背投影電視、計算機顯示器和其它裝置中作為用於產生高品質影像的裝置。第1圖顯示一已知的液晶顯示裝置100，其在本實施例中是一反射式矽基液晶(liquid crystal on silicon,LCOS)光閥。顯示裝置100形成在一矽基板102上，且包括：一積體電路104、一絕緣層106、複數個像素鏡108、一平坦化層110、一保護塗層112、一下液晶配向層114、一液晶層116、一上液晶配向層118、一透明電極層120、一透明(例如，玻璃)基板122、以及一抗反射塗層124。第1圖所示的層厚度並未按比例繪示，而是繪製為清楚可見。
反射鏡108通過形成在絕緣層106中的複數個通孔耦合至電路層104。平坦層110和保護層112為裝置的後續層提供一平坦的、相對穩健的表面。配向層114和118有助於恰當地配向液晶層116。透明電極120(例如氧化銦錫)和抗反射塗層124分別形成在玻璃基板122的底面和頂面上。配向層118形成在透明電極120上。
在操作期間，光穿過顯示裝置100的所有上層124、122、120、118、116、114、112、以及110以照射在像素鏡108上。光從像素鏡108的頂面反射，然後藉由穿過上層110、112、114、116、118、120、122以及124再次從裝置射 出。根據施加在液晶層116上的電場，藉由液晶層116可以改變光的偏極性。當透明電極120保持在一特定電壓時，穿過液晶層116的電場由通過電路層104施加在像素鏡108的電壓來控制。因此，可以單獨地調制入射光的空間像素化部分的偏極化。
配向層114和118提供了配向液晶層116的向列型液晶的手段。藉由在配向層114和118的表面中引起形貌不對稱性來實現這種配向，其控制液晶層116中液晶的整體方向。
形成配向層的一已知方法包括：形成聚醯亞胺層，然後在一預定方向上機械性地摩擦該聚醯亞胺層，以產生形貌不對稱性。聚醯亞胺配向層的一般限制是它們在高强度及/或長時間照射下，不是非常穩定。的確，經過數十小時的光應力之後，聚醯亞胺配向層能劣化足以引起顯示影像中的耀斑(例如，不想要的較亮區域)。並且，經過幾百小時的光應力之後，劣化嚴重到足以在顯示的白色影像中導致永久的黑色區域及/或在黑色影像中導致永久的白色區域。換言之，光應力將導致具有聚醯亞胺配向層的顯示裝置隨時間失效，導致光學性能的降低，昂貴的保固修理/召回及/或失去客戶。
為了解決聚醯亞胺配向層的侷限性，發展出了電子束蒸發的薄膜配向層。通過二氧化矽(SiO2)的傾斜蒸發形成這些蒸發配向層。雖然已經發現這種蒸發的配向層在光應力下是穩定的，但是它們具有若干缺點。首先，真空沉積法既複雜又昂貴，需要固體、高純度SiO2、一保持在高真空下的腔室、以及電子槍和電源。此外，由於緩慢的SiO2生長速率，製造產量也非常低。這些缺點導致顯示裝置的製造更昂貴。
因此，需要一種用於在LCD裝置中形成穩健的配向層之有效且廉價的方法。還需要一種具有在長時間的光應力之後穩定的配向層的LCD裝置。
本發明藉由提供一種利用雷射光對配向層材料(例如旋塗式介電質)進行退火來形成液晶顯示裝置的配向層的新穎方法，克服現有技術中的相關問題。本發明的液晶顯示裝置包括配向層，其在長時間、高强度光應力作用下，非常穩定，以及容易且便宜地以高生產量製造。
根據本發明之一種形成顯示裝置的配向層的方法包括以下步驟：提供具有於其上沉積有配向層材料的一基板；以及將光施加至該配向層材料，以改變該配向層材料的一表面形態。根據一特定方法，提供具有沉積於其上的一配向層材料的一基板的步驟包括：利用一旋塗程序在該基板之上沉積該配向層材料。該配向層材料可包括一旋塗式介電質(spin-on dielectric,SOD)，尤其是具有二氧化矽(SiO2)的SOD。
在另一種特定方法中，將光施加至該配向層材料的步驟包括：施加來自脈衝雷射的一連串脈衝，以使該配向層材料部分退火。例如，藉由沿著一預定路徑在一第一位置將一預定數量的脈衝(例如，一個)施加至該配向層材料以改變靠近該第一位置的該配向層材料的表面形態，然後沿著該預定路徑在一第二位置將該預定數量的雷射脈衝施加至該配向層材料以改變靠近該第二位置的該配向層材料的表面形態，該一連串脈衝相對於該基板沿著該預定路徑能被施加。甚至在更具體的方法中，沿著複數個平行路徑施加一連串脈衝並且定義該等平行路徑使得施加至相鄰平行路徑的脈衝重疊一預定量(例如，大約50%)。
施加來自脈衝雷射的該一連串脈衝的步驟係在該配向層材料的表面上形成一重複性特徵圖案(例如，複數個大體平行的谷部(valleys))。當施加來自脈衝雷射的該一連串脈衝的步驟包括在複數個預定位置中的每一個施加一預定數量脈衝時，然後該複數個預定位置中相鄰位置之間的距離確定了相鄰特徵之間的節距。
關於提供基板的步驟，在一種方法中，該基板包括一矽基板以及形成在該矽基板上的複數個像素鏡，並且該配向層材料沉積在該複數個像素鏡之上。在另一種方法中，該基板包括一透明基板，該透明基板具有形成於其上的一透明電極層，並且該配向層材料沉積在該透明電極層上。
根據本發明一實施例的一種顯示裝置包括一矽基板；形成在該矽基板之上的複數個像素鏡；以及形成在該複數個像素鏡之上的一配向層。該配向層包括在該複數個像素鏡對面的一配向層表面，並且該配向層表面的一表面形態包括形成於其中表示雷射退火的一特徵圖案。相鄰特徵之間的節距可以是大約為兩微米並且該配向層表面的粗糙度平均值(Ra)可以是二奈米和三奈米之間。在特定實施例中，該特徵圖案包括在該配向層表面上定義的一谷部圖案， 其中配向層表面上與谷部有關的區域的材料密度大於配向層其他區域的材料密度，該配向層由該材料製成。該配向層可由一旋塗式介電質(SOD)製成，尤其是由包括二氧化矽的SOD製成。
該顯示裝置可進一步包括一透明基板；以及形成在該配向層與該透明基板之間的一液晶層，其中在該液晶層中之液晶的取向由該特徵圖案控制。該透明基板本身能包括在該透明基板之上形成的一第二配向層，並且該液晶層能形成在該配向層與該第二配向層之間。在這樣的實施例中，該透明基板的該第二配向層能包括面對該液晶層的一第二配向層表面，其中該第二配向層表面的一表面形態包括表示該第二配向層表面已經雷射退火的一第二特徵圖案。
根據本發明的另一種顯示裝置包括一透明基板；形成在該透明基板之上的一透明電極層；以及形成在該透明電極層之上的一配向層(例如，SOD)。在這樣的實施例中，該配向層包括在該透明電極層對面的一配向層表面，該配向層表面的一表面形態包括於其中形成表示雷射退火的一特徵圖案。
100‧‧‧液晶顯示裝置
102‧‧‧矽基板
104‧‧‧積體電路
106‧‧‧絕緣層
108‧‧‧像素鏡
110‧‧‧平坦化層
112‧‧‧保護塗層
114‧‧‧下液晶配向層
116‧‧‧液晶層
118‧‧‧上液晶配向層
120‧‧‧透明電極層
122‧‧‧透明基板
124‧‧‧抗反射塗層
200‧‧‧矽晶圓工件
200A‧‧‧矽晶圓工件
200B‧‧‧矽晶圓工件
200C‧‧‧矽晶圓工件
202‧‧‧矽基板
204‧‧‧積體電路層
206‧‧‧絕緣層
208‧‧‧像素鏡
210‧‧‧平面化層
212‧‧‧保護塗層
214‧‧‧配向層材料/SOD材料
216‧‧‧頂面
218‧‧‧配向層
220‧‧‧谷部
222‧‧‧脊部
250‧‧‧成像器晶片
300‧‧‧透明晶圓工件
300A‧‧‧透明晶圓工件
300B‧‧‧透明晶圓工件
300C‧‧‧透明晶圓工件
302‧‧‧透明基板
304‧‧‧透明電極層
306‧‧‧配向層材料/SOD材料
308‧‧‧頂面
310‧‧‧配向層
312‧‧‧谷部
314‧‧‧脊部
600‧‧‧顯示裝置
602‧‧‧液晶層
700‧‧‧顯微影像
800‧‧‧雷射掃描軌跡
802‧‧‧雷射束
806‧‧‧水平路徑
808‧‧‧水平路徑
810‧‧‧水平路徑
812‧‧‧水平路徑
814‧‧‧水平路徑
816‧‧‧水平路徑
818‧‧‧水平路徑
900‧‧‧强度分布
902‧‧‧水平軸
904‧‧‧垂直軸
1002‧‧‧水平軸
1004‧‧‧垂直軸
1006‧‧‧第一脈衝
1008‧‧‧第二脈衝
1010‧‧‧第三脈衝
1100‧‧‧方法
1102‧‧‧步驟
1104‧‧‧步驟
1106‧‧‧步驟/方法
1202‧‧‧步驟
1204‧‧‧步驟
1206‧‧‧步驟
1208‧‧‧步驟
1210‧‧‧步驟
1212‧‧‧步驟
1214‧‧‧步驟
參考以下附圖說明本發明，其中相同參考編號實質上表示相同元件，其中：第1圖是顯示一種已知的液晶顯示裝置的剖面圖。
第2圖是顯示用於製造液晶顯示裝置的矽晶圓工件的俯視圖。
第3圖是用於製造液晶顯示裝置的透明晶圓工件的俯視圖。
第4A圖是根據本發明顯示在矽晶圓工件上形成配向層的過程的第一階段中之矽晶圓工件的剖面圖。
第4B圖是顯示在矽晶圓工件上形成配向層的過程的第二階段中之矽晶圓工件的剖面圖。
第4C圖是顯示在矽晶圓工件上形成配向層的過程的第三階段中之矽晶圓工件的剖面圖。
第5A圖是根據本發明顯示在透明晶圓工件上形成配向層的過程的第一階段中之透明晶圓工件的剖面圖。
第5B圖是顯示在透明晶圓工件上形成配向層的過程的第二階段中之透明晶圓工件的剖面圖。
第5C圖是顯示在透明晶圓工件上形成配向層的過程的第三階段中之透明晶圓工件的剖面圖。
第6圖是根據本發明顯示具有光退火的配向層的液晶顯示裝置的剖面圖。
第7圖是根據本發明通過雷射退火形成的配向層的顯微影像。
第8圖是顯示用於使得第4B圖的矽晶圓工件及/或第5B圖的透明晶圓工件的配向層材料退火的一示範性雷射掃描軌跡圖案的示意圖。
第9圖是本發明使用的一示範性雷射束的强度分布的曲線圖。
第10圖是沿著第8圖的掃描軌跡在某些點的第9圖的雷射束的三個連續脈衝的强度分布的曲線圖。
第11圖是根據本發明概括形成顯示裝置的配向層的方法的流程圖。
第12圖是根據本發明概括執行第三步驟(使配向層材料退火)之特定方法的流程圖。
本發明藉由提供一種利用雷射光使旋塗式介電質退火形成液晶顯示裝置的配向層的新方法，克服現有技術中的相關問題。因此，本發明之液晶顯示裝置的特點在於一配向層，該配向層在長時間、高强度光應力作用下，非常穩定、及容易地且便宜地以高生產量製造。在以下說明中，為了提供對本發明透徹理解，闡述了許多具體細節(例如，特定雷射掃描軌跡，雷射特性等)。然而，本領域技術人員可以認識到，除了這些具體細節之外，本發明可以被實施。在其他情況下，已知的晶圓處理實施(例如，旋塗製程、晶圓製備製程)和組件(例如，晶圓處理裝置等)的細節已被省略，以免不必要地模糊本發明。
第2圖是一示範性矽晶圓工件200的俯視圖。矽晶圓工件200是一處理過的矽晶圓，其包括一矽基板202；以及形成在矽基板202上之複數個分離的成像器晶片250。正如本領域技術人員可以理解的，每個成像器晶片250包括一像素鏡陣列(未顯示)。一旦矽晶圓工件200被切割，每個成像器晶片250與分離的矽基液晶(LCOS)顯示裝置相關聯。
第3圖是一示範性透明晶圓工件300的俯視圖。透明晶圓工件300包括一透明基板302(例如，一玻璃晶圓)，該透明基板302上形成各種層如以下所敍述的。在處理之後，透明晶圓工件300與矽晶圓工件200對齊並且切割使得透明晶圓工件300的各部分覆蓋在各個成像器晶片250上，藉此液晶材料可以夾置於其間。
第4A圖是根據本發明顯示在矽晶圓工件200上形成配向層的過程的第一階段中之矽晶圓工件200的剖面圖。因此，在第4A圖中，矽晶圓工件200表示為工件200A。在此，矽晶圓工件200A是準備在其上形成一液晶配向層之一處理過的矽晶圓。在此實施例中，矽晶圓工件200A包括一矽基板202、形成在矽基板202之上的至少一個積體電路層204、形成在積體電路層204的部分之上的一絕緣層206、以及複數個像素鏡208。一平面化層210和一保護塗層212形成在該等像素鏡208之上。應當注意為了清晰，第4A圖(以及隨後圖式中)中描述的層和元件的厚度進行了優化並且不是按比例繪製的。
矽晶圓工件200A的層和元件類似於第1圖中相應的層和元件，因此，不再詳細說明。此外，矽晶圓工件200A本質上是示範性的，並且與已經顯示的相比具有增加的或者更少的層和元件(例如，附加絕緣層等)。
第4B圖根據本發明顯示形成配向層的第二階段，其形成了矽晶圓工件200B。在第4B圖中，一配向層材料214在沉積過程中形成在工件200A之上。在一特別實施例中，配向層材料214是一層旋塗式介電質(SOD)，例如利用一旋塗程序塗覆在保護塗層212之上的旋塗式玻璃(spin-on glass,SOG)。更具體地，SOD材料214包括二氧化矽(SiO2)，因為基於SiO2的SOD係非常耐長時間的光應力，並且隨著退火將變得更緻密。SOD材料214可以塗覆到與光學薄膜相似的厚度。
在應用了SOD材料214並且其從可流動形式硬化之後，SOD材料214的頂面216具有一特殊形態，其在第4B圖中代表性的顯示為鋸齒狀。SOD材料214被雷射退火以改變頂面216的形態並且形成能够配向液晶層的液晶的一配向層。
雖然配向層材料214在此敍述為包含SiO2的SOD，配向層材料214可以包括耐光應力並且易於雷射退火的其他材料。此外，顯示在第4A圖和第4B 圖中的過程可以結合，藉此提供具有沉積在其上的配向層材料214之一處理過的矽晶圓工件200B，例如，其中SOD被不同的製造商所使用。
第4C圖根據本發明顯示形成配向層的第三階段，其形成了矽晶圓工件200C。在第4C圖中，SOD材料214已經經過光處理，其改變了頂面216的形態並且形成了配向層218。尤其，一連串雷射脈衝沿著掃描軌跡(見第8圖)施加至SOD材料214上使得SOD材料214部分退火並且緻密。此退火程序改變了與緻密的SOD材料214有關之頂面216部分的形態並且藉此形成一第一特徵圖案220，其在第4C圖中表示為大致平行的谷部220。與未退火(或者較少退火)的SOD材料214部分有關的頂面216部分在雷射退火之前保留了頂面216的大部分形態，因此，定義了插入在該第一特徵圖案220之間的一第二特徵圖案222。在此，該第二特徵圖案222顯示為複數個大致平行的脊部222，其位於谷部220之間。如上所述，與脊部222有關的區域相比，退火程序使得與谷部220有關之區域中的SOD材料214更緻密。
第5A圖是根據本發明顯示在透明晶圓工件300上形成配向層的過程的第一階段中之透明晶圓工件300的剖面圖。因此，在第5A圖中，透明晶圓工件300表示為一透明晶圓工件300A。在此第一階段中，提供一個準備在其上形成液晶配向層的透明晶圓工件300A。在此實施例中，透明晶圓工件300A包括一透明基板302、以及形成在透明基板302上的一透明電極層304(例如，氧化銦錫，ITO)。儘管未顯示，透明晶圓工件300A同樣可包括其他預形成層(例如，抗反射塗層等)。
第5B圖根據本發明顯示形成配向層的第二階段，其形成了透明晶圓工件300B。在第5B圖中，配向層材料306在沉積過程中形成在透明電極層304之上。與配向層材料214相類似，配向層材料306是利用旋塗程序沉積在透明電極層304上之基於SiO2的SOD。在應用了SOD材料306並且SOD材料306從可流動形式硬化之後，SOD材料306的頂面308具有一特殊形態，其在第5B圖中代表性的顯示為鋸齒狀。與之前相類似，顯示在第5A圖和第5B圖中的過程可以結合，藉此提供具有沉積在其上的配向層材料306之一處理過的透明晶圓工件300B。例如，其中SOD被不同的製造商所使用。
第5C圖根據本發明顯示形成配向層的第三階段，其形成了透明晶圓工件300C。在第5C圖中，SOD材料306已經經過光處理，其改變了頂面308的形態並且形成了配向層310。尤其，一連串雷射脈衝沿著掃描軌跡(見第8圖)施加在SOD材料306上使得SOD材料306部分退火並且緻密。此退火程序改變了與緻密的SOD材料306有關的頂面308部分的形態並且藉此形成一第一特徵圖案312，其在第5C圖中表示為大致平行的谷部312。與未退火(或者較少退火)的SOD材料306部分有關的頂面308部分在雷射退火之前保留了頂面308的大部分形態，因此，定義了插入在該第一特徵圖案312之間的一第二特徵圖案314。在此，該第二特徵圖案314顯示為複數個大致平行的脊部314，其位於谷部312之間。與工件200C一樣，SOD材料214在與谷部312有關的區域比在與脊部314有關的區域中更緻密。
第6圖是根據本發明顯示具有雷射退火之配向層218和310之已裝配的LCOS顯示裝置600的剖面圖。如第6圖所示，顯示裝置600包括一部分透明晶圓工件300C，透明晶圓工件300C已經翻轉並且定位在矽晶圓工件200C的相關部分之上，使得配向層218和310面向彼此。一液晶層602形成在配向層218與310之間。
如第6圖所示，分別基於配向層218和310的谷部220和312以及脊部222和314的取向，雷射退火的配向層218和310之改變的表面形態有助於液晶層602的配向。因為配向層218和310是由包含SiO2的SOD製成，它們的表面形態是非常穩健的並且即使在許多小時的高强度光應力之後也不會劣化。本發明因此提供了優於使用有機(例如，聚醯亞胺)配向層之現有技術顯示器之這個非常重要的優點。此外，因為使用在配向層218和310中的SOD是利用一旋塗程序塗覆的，本發明比現有技術的蒸發沉積方法更快速、簡單且低成本地促進了配向層材料的應用。雷射退火程序也比現有技術的蒸發沉積方法更快、更簡單、更便宜。因此，本發明有助於以降低的成本生產具有高壽命的配向層，同時顯著提高了晶圓生產量和裝置生產。
應當理解，液晶顯示裝置600可以包括額外的、更少的或替代的元件(例如，圍繞液晶層602的墊圈、抗反射塗層等)，如第6圖所示的那些。另外， 可以改變配向層218和310相對於彼此的取向，例如，當它們耦合在一起時根據基板200C和300C的旋轉取向。
第7圖是根據本發明通過雷射退火形成的配向層218(或者配向層310)的顯微影像700。如影像700中所示，配向層218包括所述第一特徵圖案220和第二特徵圖案222。第一特徵圖案220對應於配向層218的退火部分並且與更緻密的SOD材料214相關聯，而第二特徵圖案222對應於SOD材料214之不緻密的未退火(或者較少退火)的部分。在第7圖中，第一特徵圖案220顯示為大致平行的谷部220的圖案，而第二特徵圖案222顯示為大致平行的脊部222的圖案。
谷部220和脊部222的交替性質使得配向層218具有一致的條紋形狀。在此實施例中，該等谷部220之間的節距大約是2至2.5微米(2.0~2.5μm)。然而，這個節距可以按照需要調整，例如，為了獲得顯示裝置之每個像素的一預定數量的谷部220(或者脊部222)。
第7圖同樣提供關於配向層218的表面形態的其他資訊。例如，第7圖顯示配向層218的退火表面的平均粗糙度(roughness average，Ra)大約是2.5奈米。此外，第7圖顯示出了谷部220和脊部222的位置沿著在配向層218的雷射退火處理期間穿過的掃描軌跡的方向交替布置。在此實施例中，谷部220和脊部222的長方向顯示為大致垂直於掃描方向。在其他實施例中，谷部220和脊部222的長方向可以是傾斜的或者甚至平行於掃描軌跡方向。
同樣應注意為了方便起見退火配向層218的第一特徵圖案220和第二特徵圖案222在此敍述為「谷部」和「脊部」的形式。因此，這些術語不應理解為限制本發明的範圍。例如，在一些情況下或者在一些位置，特點為脊部或者部分脊部的特徵與特點為谷或部分谷部的特徵相比具有更低高度。作為另一個示範，所述特徵圖案220和222同樣可以分別被表徵為平坦部分220和鋸齒狀部分222。重要地，第7圖中顯示的特徵圖案220和222旨在說明本發明的雷射退火程序能够以使得退火的配向層材料214在液晶顯示裝置中用作液晶配向層218這樣期望的方式來改變配向層材料214的表面形態。尤其，本發明的配向層已經將表面形態改變為通過雷射掃描軌跡(見第8圖)部分定義的特徵圖案。依次，液晶層中之液晶的取向同樣根據雷射掃描軌跡由這些特徵來配向和控制(例如，約束)。
第8圖是根據本發明顯示一示範性雷射掃描軌跡800的示意圖，一連串雷射脈衝束802施加至SOD材料214以產生雷射退火配向層218。雖然參考矽晶圓工件200B說明了掃描軌跡800，掃描軌跡800同樣用來退火透明晶圓工件300B的SOD材料306。
如第8圖所示，掃描軌跡800包括複數個平行水平路徑806~818。脈衝雷射(未顯示)沿著這些水平路徑806~818以往復的方式施加雷射束802的一連串脈衝到SOD材料214。掃描軌跡800之從左至右的水平路徑806、810、814、以及818表示為長虛線，反之，掃描軌跡800之從右至左的水平路徑808、812、以及816表示為短虛線。
雷射束802的脈衝沿著水平路徑806從左到右穿過矽晶圓工件200B施加至SOD材料214。一旦穿過矽晶圓工件200B，雷射孔(例如，光束狹縫，未顯示)相對於矽晶圓工件200B重新定位至水平路徑808的開端。然後，來自雷射束802的脈衝沿著水平路徑808從右至左穿過矽晶圓工件200B施加至SOD材料214。一旦穿過矽晶圓工件200B，雷射孔相對於矽晶圓工件200B重新定位至水平路徑810的開端。之後，雷射束802的脈衝沿著水平路徑810從左至右施加至SOD材料214。一旦穿過矽晶圓工件200B，雷射孔相對於矽晶圓工件200B重新定位至水平路徑812的開端。之後，來自雷射束802的脈衝沿著水平路徑812從右到左施加至SOD材料214，以此類推，直到掃描軌跡800完成。
一旦雷射退火完成，矽晶圓工件200C已經形成並且包括具有足以配向液晶層602之一改變的表面形態的一配向層218。參考第7圖，掃描軌跡800形成了跟隨(交替的沿著)水平路徑806~818的掃描方向的第一特徵圖案220和第二特徵圖案222。依次，因為液晶層602中的液晶根據所述特徵圖案220和222的取向配向，液晶的配向同樣至少部分基於雷射掃描軌跡。
在本實施例中，雷射束802是矩形形狀(例如，27mm×6μm)並且脈衝施加至SOD材料214，該雷射束802的長方向通常定向為垂直於沿著水平路徑806~818的掃描方向。然而，可以利用相對於軌跡掃描方向的其他雷射束取向(例如，傾斜、平行等)。同樣應理解或者藉由相對於產生雷射束802的孔移動矽晶圓工件200B或者藉由相對於矽晶圓工件200B移動雷射束802(例如，機械地或光學地)都可以完成掃描軌跡800。
第8圖同樣顯示每個隨後的水平路徑與先前的水平路徑重疊一預定量，在本實施例中大約是50%。例如，水平路徑808與水平路徑806大約重疊50%該水平路徑810與水平路徑808大約重疊50%，以此類推。因此，沿著一個水平路徑施加之來自雷射束802的脈衝同樣與沿著先前的水平路徑施加的脈衝重疊該預定量。重疊確保了在雷射退火之後形成的配向層218的特徵圖案(例如，谷部220和脊部222)被明確定義。雖然在第8圖中使用了50%的重疊，其他的重疊(例如：40%、60%等)同樣可以被使用。作為另一個選擇，軌跡800在矽基板202的頂部和底部包括額外的水平路徑以確保水平路徑806的上半部分和水平路徑818的下半部分的重疊覆蓋。
顯示在第8圖中的掃描軌跡800和雷射束802本質上是示範性的。因此，應當理解可以根據需要使用其他掃描軌跡和雷射束幾何形狀。例如，如果使用沿垂直(y)方向延伸晶圓200B的整個直徑的雷射束，那麽將需要更少的(例如，僅一個)水平通過。另一個極端，如果使用了小的圓點光束，那麽掃描軌跡可以包括更多水平通過。作為又一示範，可以沿著垂直或傾斜路徑施加雷射脈衝。作為另一個示範，雷射束802的長方向可以取向為平行於或者傾斜於掃描軌跡的路徑，如上所述。考慮到本發明，這些和其他替換方案是顯而易見的。
同樣應注意為了清楚起見第8圖中的水平路徑806~818顯示為延伸超過晶圓200B的界限。然而，應理解來自雷射束802的脈衝不需要施加到晶圓200B的界限外及/或不需要在配向層214沒有必要退火的情況中施加。
第9圖是沿著雷射束802的短方向的寬度的强度分布900的曲線圖。沿著水平軸902顯示脈衝寬度(以微米為單位，μm)，而沿著垂直軸904顯示作為完全强度(%)百分比的强度。如圖所示，雷射束802沿著其脈衝寬度具有高斯强度分布。用於表徵高斯脈衝寬度的常見統計參考是「半高全寬」(full width of half maximum,FWHM)。FWHM指的是在其最大强度的一半(50%)處測量的雷射束802的全寬。
在一特別實施例中，在FWHM具有6微米(6μm)寬度的雷射束802可以用於退火配向層218和310。這樣的雷射束802同樣具有在光譜的綠色區域中的波長(例如，515nm)、300~500奈秒(ns)的脈衝持續時間、以及0.5~3.0焦耳/平方厘米(J/cm2)的能量密度以促進退火。在這些規範中，如果雷射束在每個脈衝之 間移動2微米(2μm)，在10千赫(kHz)的雷射脈衝速率下大約20μm每秒的線性掃描速率是可能的。
第10圖是雷射束802的三個連續脈衝的强度分布的曲線圖，沿著第8圖所示的掃描軌跡800的水平路徑806在某個任意位置施加三個連續脈衝以使SOD材料214退火。沿著水平軸1002顯示沿水平路徑806的位置(以μm為單位)，而沿著垂直軸1004顯示作為全强度(%)百分比的雷射束802的每個脈衝的强度。與第9圖類似，顯示了雷射束802的寬度(例如，6μm尺寸)的强度分布。雖然相對於SOD材料214說明了第10圖，以下說明同樣適用於透明晶圓工件300B的SOD材料306。
雷射束802的第一脈衝1006(顯示為實線)施加至SOD材料214，其强度峰值沿著水平路徑806在一第一位置(在該示範中x=2μm)。然後將矽晶圓工件200B及/或雷射束802的位置移動一預定量使得雷射束802沿著水平路徑806將一第二位置作為目標。然後，雷射束802的第二脈衝1008(顯示為長虛線)施加至SOD材料214，其强度峰值在該第二位置(在該示範中x=4μm)。然後將矽晶圓工件200B及/或雷射束802的位置沿著水平路徑806移動該預定量到一第三位置。在那，雷射束802的第三脈衝1010(顯示為短虛線)施加至SOD材料214，其强度峰值在該第三位置(在該示範中x=6μm)。
在此實施例中連續雷射脈衝之間的預定距離已經設定為2微米。因此，沿著掃描軌跡800的水平路徑806每兩微米施加雷射束802脈衝。之後，沿著每個連續水平路徑808~818在預定距離處施加脈衝直到完成了掃描軌跡800。然而，對於水平路徑808、812、以及816，脈衝位置從右邊移動至左邊。
通過雷射束802的一連串脈衝而傳遞至SOD材料214的能量使SOD材料214退火，並且藉此產生了第7圖所顯示的第一特徵圖案(谷部)220以及第二特徵圖案(脊部)222。此外，施加雷射脈衝(例如：脈衝1006、1008以及1010)的位置之間的節距確定了配向層218的特徵之間的節距。例如，如果施加雷射脈衝的位置之間的節距改變，那麽谷部220之間的節距以及脊部222之間的節距將同樣改變。改變節距是可預期的，例如，為了確保特定數量的特徵(例如，谷部)位於像素陣列中的每個像素上。配向層218的谷部220的位置通常對應於雷射脈衝1006、1008以及1010的强度峰值的位置。在此示範中，谷部220大約位於x=2 μm,x=4μm,x=6μm處等並且具有大約2μm節距。然而，高於10微米和低於0.2微米的間距是可能的。
在以上示範中，沿著水平路徑808~818在每個位置施加雷射束802的一個脈衝。然而，在某些情況下，期望的是在每個位置施加雷射束802的多個脈衝，例如，對於較低功率的雷射器或其中需要傳遞更多的能量以改變配向層材料214的表面形態。
參考第11圖至第12圖現在說明本發明的方法。為了清楚說明起見，參考先前敍述實施例的特定元件說明這些方法。然而，應當注意其他元件，考慮到本發明無論是否在此明確說明或創建，都可以替代所引用的那些元件，而不脫離本發明的範圍。因此，應當理解本發明的方法並不局限於執行任何特殊功能的任何特別元件。此外，在此呈現的方法的一些步驟不一定按照顯示的順序發生。例如，在一些情況中，兩個或多個方法步驟可以同時發生。在此公開的方法的這些和其他變化是顯而易見的，尤其考慮到先前在此提供的本發明的說明，並且認為在本發明的全部範圍之內。
第11圖是根據本發明概括形成顯示裝置的配向層的一種方法1100的流程圖。在第一步驟1102中，提供使用在一個或多個顯示裝置(例如，矽晶圓工件200A、透明晶圓工件300A)的製造中的一處理過的基板。在第二步驟1104中，配向層材料(例如，包含SiO2的SOD)例如利用旋塗程序沉積在基板之上。然後，在第三步驟1106中，光(例如，來自脈衝雷射的一連串脈衝1006~1010)施加至配向層材料以改變其表面形態使得退火的配向層材料充分地促進隨後形成的液晶層的液晶的配向。
第12圖是概括用於執行方法1100的步驟1106(利用光使配向層材料退火)的方法的流程圖。在第一步驟1202中，處理過的基板可選地加載至一晶圓處理設備中並且經歷任何可期望的初始對準和配向過程(例如，相對於雷射孔定位晶圓等)。然後，在第二步驟1204中，例如藉由移動基板、移動脈衝雷射的孔徑、調整指引來自脈衝雷射器的雷射束的方向的光學系統等等，瞄準用於施加雷射束之處理過的基板上的一第一預定位置。然後，在第三步驟1206中，一預定數量的雷射脈衝(例如，一個等)在該第一預定位置施加至基板的配向層材料。然後，在第四步驟1208中，進行檢查以確定是否已經達到了雷射掃描軌跡(例 如，掃描軌跡800)的當前路徑(例如，水平路徑806)的末端。如果沒有達到末端，那麽在第五步驟1210中，瞄準在處理過的基板上的一下一個預定位置(例如，移動目標位置2μm)並且方法返回到步驟1206使得該預定數量的雷射脈衝在下一位置處施加至配向層材料。
然而，如果在步驟1208中，確定已經達到了雷射掃描軌跡的當前路徑的末端，那麽該方法繼續到第六步驟1212。在第六步驟1212中，確定掃描軌跡的另一條路徑(例如，水平路徑808)是否需要被穿過和退火。如果需要，那麽在第七步驟1214中，瞄準下一個路徑以相對於先前路徑提供一預定重疊(例如，50%)。然後，方法1106進行至瞄準下一個路徑的第一預定位置的第二步驟1204。然而，如果在步驟1212中，確定沒有另外的路徑需要退火(例如，完成了全部掃描軌跡)，那麽方法1106結束並且基板可以從晶圓處理裝置上可選擇地移除。
本發明的具體實施例的描述現在完成。在不脫離本發明的範圍的情況下，許多所描述的特徵可以被替換、改變或省略。例如，替代的雷射掃描軌跡(例如，垂直)和雷射束尺寸可以替代雷射掃描軌跡800和雷射束802。作為另一個示範，其它期望的特徵圖案可以被雷射退火到配向層的表面中代替所示的條紋特徵220和222。從所示的特定實施例中的這些和其它偏離對於本領域技術人員是顯而易見的，特別是鑒於前述公開內容。

Claims (24)

  1. 一種形成顯示裝置的配向層的方法，該方法包括：提供一基板，該基板具有沉積在其上的一配向層材料；以及將光施加至該配向層材料，該施加光的步驟改變該配向層材料的一表面的一表面形態，其中，將光施加至該配向層材料的該步驟包括：施加來自一脈衝雷射的一連串脈衝以對該配向層材料部分進行退火；以及該配向層材料包括氧化物。
  2. 根據申請專利範圍第1項所述之形成顯示裝置的配向層的方法，其中，該一連串脈衝相對於該基板沿著一預定路徑來施加。
  3. 根據申請專利範圍第2項所述之形成顯示裝置的配向層的方法，進一步包括：沿著該預定路徑在一第一位置將一預定數量的脈衝施加至該配向層材料以改變靠近該第一位置的該配向層材料的該表面形態；以及沿著該預定路徑在一第二位置將該預定數量的雷射脈衝施加至該配向層材料以改變靠近該第二位置的該配向層材料的該表面形態。
  4. 根據申請專利範圍第3項所述之形成顯示裝置的配向層的方法，其中，該預定數量是一個。
  5. 根據申請專利範圍第2項所述之形成顯示裝置的配向層的方法，其中：沿著複數條平行路徑施加該一連串脈衝；以及定義該等平行路徑使得該等平行路徑中之相鄰平行路徑的暴露區域重疊一預定量。
  6. 根據申請專利範圍第5項所述之形成顯示裝置的配向層的方法，其中，該預定量大約為50%。
  7. 根據申請專利範圍第1項所述的方法，其中，施加來自該脈衝雷射的該一連串雷射脈衝的該步驟在該配向層材料的該表面上產生一重複性特徵圖案。
  8. 根據申請專利範圍第7項所述之形成顯示裝置的配向層的方法，其中，施加來自該脈衝雷射的該一連串脈衝的該步驟包括在複數個預定位置中的每一個施加一預定數量的脈衝；以及該複數個預定位置的相鄰位置之間的距離確定該特徵的相鄰特徵之間的一節距。
  9. 根據申請專利範圍第7項所述之形成顯示裝置的配向層的方法，其中，該特徵圖案包括複數個大體平行的谷部。
  10. 根據申請專利範圍第1項所述之形成顯示裝置的配向層的方法，其中，該配向層材料包括旋塗式介電質(SOD)。
  11. 根據申請專利範圍第10項所述之形成顯示裝置的配向層的方法，其中，該SOD包括二氧化矽。
  12. 根據申請專利範圍第1項所述的方法，其中，提供該基板的該步驟包括利用一旋塗程序將該配向層材料沉積在該基板之上。
  13. 根據申請專利範圍第12項所述之形成顯示裝置的配向層的方法，其中，該配向層材料包括旋塗式介電質(SOD)。
  14. 根據申請專利範圍第1項所述之形成顯示裝置的配向層的方法，其中：該基板包括一矽基板以及形成在該矽基板上的複數個像素鏡；以及該配向層材料沉積在該複數個像素鏡之上。
  15. 根據申請專利範圍第1項所述之形成顯示裝置的配向層的方法，其中：該基板包括一透明基板，該透明基板具有形成於其上的一透明電極層；以及該配向層材料沉積在該透明電極層之上。
  16. 一種顯示裝置，包括：一矽基板；複數個像素鏡，形成在該矽基板之上；以及一配向層，形成在該複數個像素鏡之上，其中該配向層包括在該複數個像素鏡對面的一配向層表面，以及該配向層表面的一表面形態包括形成於其中的一特徵圖案，該特徵圖案表示有雷射退火，以及其中該配向層包括氧化物。
  17. 根據申請專利範圍第16項所述的顯示裝置，其中，該特徵圖案包括定義在該配向層表面上的一谷部圖案。
  18. 根據申請專利範圍第17項所述的顯示裝置，其中，與該谷部有關的區域的材料密度大於該配向層的其他區域的材料密度，該配向層由該材料製成。
  19. 根據申請專利範圍第16項所述的顯示裝置，其中，該配向層包括一旋塗式介電質(SOD)。
  20. 根據申請專利範圍第19項所述的顯示裝置，其中，該SOD包括二氧化矽。
  21. 根據申請專利範圍第16項所述的顯示裝置，進一步包括：一透明基板；以及一液晶層，形成在該配向層與該透明基板之間，其中在該液晶層中之液晶的取向由該特徵圖案控制。
  22. 根據申請專利範圍第16項所述的顯示裝置，進一步包括：一透明基板；一第二配向層，形成在該透明基板之之上；以及一液晶層，形成在該配向層與該第二配向層之間，其中該第二配向層包括面對該液晶層的一第二配向層表面，以及該第二配向層表面的一表面形態包括形成於其中的一第二特徵圖案，該第二特徵圖案表示有雷射退火。
  23. 一種顯示裝置，包括：一透明基板；一透明電極層，形成在該透明基板之上；以及一氧化物配向層，形成在該透明電極層之上，其中該氧化物配向層包括在該透明電極層對面的一配向層表面，以及該配向層表面的一表面形態包括形成於其中的一特徵圖案，該特徵圖案表示有雷射退火。
  24. 根據申請專利範圍第23項所述的顯示裝置，其中，該氧化物配向層包括一旋塗式介電質。
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