晶圆级硅基液晶投影组件、系统与方法

摘要

本发明的题目是一种晶圆级硅基液晶投影组件、系统与方法。晶圆级硅基液晶投影组件包括一硅基液晶显示器以及一偏振分光层。硅基液晶显示器以空间调变入射于硅基液晶显示器的光线。偏振分光层以导引至硅基液晶显示器或从硅基液晶显示器出来的光线。晶圆级硅基液晶投影系统的组装方法包括：将一偏振分光晶圆设置于一有源矩阵晶圆上，有源矩阵晶圆包括多个有源矩阵以定义多个液晶显示像素。组装方法还包括：设置一透镜晶圆于偏振分光晶圆上，透镜晶圆包括多个透镜。一种晶圆级偏振分光器的组装方法包括：接合一偏振分光晶圆与至少另一晶圆以形成一堆叠晶圆，偏振分光晶圆包括一偏振分光层，偏振分光层包括多个偏振分光膜带。

权利要求

1.一种晶圆级硅基液晶投影组件，包括：一硅基液晶显示器以空间调变入射于所述硅基液晶显示器的光线；

一偏振分光层以导引至所述硅基液晶显示器或从所述硅基液晶显示器出来的光线；以及一透光导电层，其接触所述偏振分光层内的多个偏振分光组件以作为所述硅基液晶显示器的一电极。

2.如权利要求1所述的晶圆级硅基液晶投影组件，其中所述偏振分光层将光线朝所述硅基液晶显示器反射并传输从所述硅基液晶显示器所接收的光线的至少一部分。

3.如权利要求1所述的晶圆级硅基液晶投影组件，还包括一透镜层以使所述显示器成像。

4.如权利要求3所述的晶圆级硅基液晶投影组件，其中所述偏振分光层设置于所述硅基液晶显示器与所述透镜层之间，以致所述偏振分光层将光线的至少一部分从所述显示器传输至所述透镜层。

5.如权利要求4所述的晶圆级硅基液晶投影组件，其中所述透镜层包括一晶圆级复合透镜。

6.如权利要求1所述的晶圆级硅基液晶投影组件，其实现为一近眼投影机。

7.一种晶圆级硅基液晶投影系统的组装方法，包括：将一偏振分光晶圆设置于一有源矩阵晶圆上，所述有源矩阵晶圆包括多个有源矩阵，以定义多个液晶显示像素；以及设置一透镜晶圆于所述偏振分光晶圆上，所述透镜晶圆包括多个透镜。

8.如权利要求7所述的组装方法，还包括：对准所述透镜晶圆、所述偏振分光晶圆与所述有源矩阵晶圆；以及接合所述透镜晶圆、所述偏振分光晶圆与所述有源矩阵晶圆以形成一堆叠晶圆。

9.如权利要求7所述的组装方法，还包括：分割一堆叠晶圆，所述堆叠晶圆包括所述偏振分光晶圆、所述有源矩阵基板与所述透镜晶圆，以形成多个硅基液晶投影系统。

10.如权利要求7所述的组装方法，还包括：注入液晶于至少一部分的所述偏振分光晶圆以及至少一部分的所述有源矩阵晶圆之间以形成一硅基液晶显示器。

11.如权利要求8所述的组装方法，其中所述对准步骤包括使所述透镜与所述偏振分光晶圆的多个偏振分光膜带分别对准。

12.如权利要求11所述的组装方法，其中所述对准步骤包括使所述偏振分光膜带与所述有源矩阵晶圆的多个有源矩阵分别对准。

13.如权利要求7所述的组装方法，其在设置所述偏振分光晶圆的步骤之前还包括：设置多个液晶于所述有源矩阵晶圆上并对应于所述有源矩阵。

14.如权利要求8所述的组装方法，还包括：分割所述堆叠晶圆以形成多个光学模块；以及注入液晶的一部分于所述有源矩阵晶圆与所述偏振分光晶圆之间以形成所述光学模块的至少一部分。

15.一种晶圆级偏振分光器的组装方法，包括：接合一偏振分光晶圆与至少另一晶圆以形成一堆叠晶圆，其中所述偏振分光晶圆包括一偏振分光层，所述偏振分光层包括多个偏振分光膜带。

16.如权利要求15所述的组装方法，还包括：分割所述堆叠晶圆以形成多个偏振分光模块，各偏振分光模块包括所述偏振分光膜带的至少其中之一。

17.如权利要求15所述的组装方法，其中所述接合步骤包括：接合所述偏振分光晶圆至一有源矩阵晶圆。

18.如权利要求17所述的组装方法，还包括：设置液晶于所述有源矩阵晶圆上以形成包括多个显示器的一显示晶圆。

19.如权利要求18所述的组装方法，在设置液晶的步骤之前，还包括：形成多个阻隔结构，以至少部分分别包括所述显示器内的多个液晶。

20.如权利要求15所述的组装方法，还包括形成所述偏振分光层，形成所述偏振分光层的步骤包括：堆叠多个基板与多个偏振分光介电膜以形成一堆叠；以及以与所述偏振分光介电膜的所述平面呈一斜角而分割所述堆叠以形成所述偏振分光层。

21.如权利要求20所述的组装方法，其中所述分割步骤包括以与所述偏振分光介电膜的所述平面实质呈45度的方向而分割所述堆叠。

说明书

晶圆级硅基液晶投影组件、系统与方法

技术领域

[0001] 本发明关于一种影像投影机，其使用硅基液晶(LCOS)显示器，特别关于此类型影像投影机的光学组件。

背景技术

[0002] 硅基液晶影像投影机是基于硅基液晶显示器，于此，硅基液晶投影机已应用于多种消费性电子产品，例如手持式投影机以及近眼显示器(near-eye displays)。在硅基液晶投影机内的硅基液晶显示器通过一分光镜(beam splitter)以及一复合透镜(compound lens)来反射光线。于此，硅基液晶显示器、分光镜与复合透镜可称为投影组件。

[0003] 对于硅基液晶影像投影机而言，投影组件的组件的精确对准是必要的，以达到性能需求。在现有的硅基液晶影像投影机中，投影组件是由人工组装而成。然而，若要通过人工组装达到精确的对准，则要花很长的组装时间，并且良率也会下降。

发明内容

[0004] 依据一实施例，一种晶圆级硅基液晶投影组件包括一硅基液晶显示器以及一偏振分光层。硅基液晶显示器以空间调变入射于所述硅基液晶显示器的光线。偏振分光层以导引至所述硅基液晶显示器或从所述硅基液晶显示器出来的光线。

[0005] 依据另一实施例，一种晶圆级硅基液晶投影系统的组装方法包括：将一偏振分光晶圆设置于一有源矩阵晶圆上，有源矩阵晶圆包括多个有源矩阵以定义多个液晶显示像素。组装方法还包括：设置一透镜晶圆于所述偏振分光晶圆上，透镜晶圆包括多个透镜。

[0006] 依据另一实施例，一种晶圆级偏振分光器的组装方法包括：接合一偏振分光晶圆与至少另一晶圆以形成一堆叠晶圆，偏振分光晶圆包括一偏振分光层，偏振分光层包括多个偏振分光膜带。

附图说明

[0007] 图1显示一投影组件，投影组件包括于一近眼显示器内并设置于一眼镜上。

[0008] 图2显示本发明一实施例的一投影组件的光学组件。

[0009] 图3显示本发明一实施例的投影组件的一组装方法以及一相关的示意图。

[0010] 图4显示本发明一实施例的投影组件的多个组件在晶圆级组装而成的一组装方法，并显示一相关的示意图。

[0011] 图5显示图4的方法的另一态样的组装方法。

[0012] 图6显示本发明一实施例的晶圆级硅基液晶投影组件在分割之前的一剖面示意图。

[0013] 图7显示本发明一实施例的一已分割晶圆级硅基液晶投影组件固设于印刷电路板的一剖面示意图。

[0014] 图8绘示本发明一实施例的一晶圆级偏振分光器的一组装方法以及一相关的示意图。

具体实施方式

[0015] 图1显示一投影组件100，其包括于一近眼显示器102内并设置于眼镜104上。近眼显示器102还包括一光源106。在其它实施例中，投影组件100可设置于不同的影像装置，例如设置于一手持影像投影机内。

[0016] 图2显示一投影组件200的光学组件，投影组件200为投影组件100的一实施例。投影组件200包括晶圆及硅基液晶管芯(die)250、偏振分光体206与复合透镜210。复合透镜210包括多个透镜226、228、229。晶圆级硅基液晶管芯250包括有源矩阵基板222、配向层
243、液晶221、导电膜203以及覆盖玻璃(cover glass)204。有源矩阵基板222固设于一印刷电路板(PCB)201上。

[0017] 晶圆级硅基液晶管芯250为一硅基液晶显示器。偏振分光体206可反射一光源的光线(所述光源未绘示于图2)至硅基液晶管芯250以照射硅基液晶显示器。由硅基液晶显示器所发射的光线至少部分由偏振分光体206传送并由复合透镜210投射以形成硅基液晶显示器的一影像。

[0018] 在投影组件200中，所有的组件以光轴299为中心并维持在组装方向的对准误差内。横向与纵向的对准误差分别指沿坐标系统298的X轴及Z轴的对准误差。

[0019] 图3显示本发明一实施例的投影组件200的一组装方法300以及一相关的示意图320。示意图320仅为说明并非用以限制本发明。举例而言，硅基液晶管芯250的组装方法
300，不同于注入液晶211的方式，在晶圆级并用非晶圆级方法将投影组件200的其余组件接合至硅基液晶管芯250。

[0020] 在步骤302中，组装方法300使一覆盖玻璃对准于一有源矩阵晶圆上。在步骤302的一例子中，组装方法300将覆盖玻璃324对准于有源矩阵晶圆322上。

[0021] 在步骤304中，组装方法300接合一覆盖玻璃与有源矩阵晶圆以形成一堆叠。在步骤304的一例子中，组装方法300接合覆盖玻璃324与有源矩阵晶圆322以形成一堆叠330。覆盖玻324与有源矩阵晶圆分别为图2的覆盖玻璃204与有源矩阵222的例子。

[0022] 在步骤306中，组装方法300将堆叠沿分割线(dicing lines)分割(singulate)以得到多个显示基板。在步骤306的一例子中，组装方法300将堆叠330沿分割线335分割而得到多个显示基板340。

[0023] 在步骤308中，组装方法300注入一液晶于一显示基板的玻璃层与有源矩阵层之间以形成一投影组件的一晶圆级硅基液晶管芯250。在步骤308的一例子中，组装方法300注入一液晶321于显示基板340的玻璃层334与有源矩阵层332之间以例如形成图2的投影组件200的晶圆级硅基液晶管芯250。

[0024] 在步骤306之前，组装方法300可包括增加配向层于有源矩阵晶圆322与覆盖玻璃324上，这不违背本发明的范围。在步骤310中，组装方法300通过将投影组件200(图2)的印刷电路板201、偏振分光体206与透镜226、228、229接合于硅基液晶管芯250而形成图2的投影组件200。

[0025] 在投影组件200中，只有显示基板340是在晶圆级组装而成的。图4显示投影组件的多个组件皆在晶圆级组装而成的一组装方法400，并显示一相关的示意图420。示意图420绘示有源矩阵晶圆422、偏振分光(polarizing beam-separating,PBS)晶圆424以及透镜晶圆426、428、429。各透镜晶圆426、428、429包括相同阵列坐标的一透镜阵列，以致透镜晶圆
426、428、429可通过现有技术而堆叠并对准以形成晶圆级复合透镜。包括于组装方法400的透镜晶圆的数量可不为3，而这并不违背本发明。

[0026] 在图4中，偏振分光晶圆424上的并行线指偏振分光晶圆424内的偏振分光膜带(PBS film bands)460。在一实施例中，偏振分光膜带的间距与透镜晶圆426、428、429上的透镜列的间距相等，并与有源矩阵晶圆422上的有源矩阵442列的间距相等。

[0027] 在偏振分光晶圆424的一实施例中，偏振分光膜带460可为现有的多层薄膜偏振层，例如一MacNeille偏振层。在其它实施例中，偏振分光膜带460可基于多层薄膜结构，其由Li and Dobrowolski,Appl.Opt.Vol.35,p.2221(1996)所描述。在其它实施例中，偏振分光晶圆424可使用不同的偏振机构，例如线栅(wire-grid)，这不违背本发明。

[0028] 在一实施例中，偏振分光晶圆424包括一透光导电膜，例如是氧化铟锡(ITO)，其沉积于偏振分光晶圆424面对有源矩阵晶圆422的一侧。在一实施例中，偏振分光晶圆424包括一配向层。这样，偏振分光晶圆424的作用如分光组件与一基板以具有透光导电层及/或配向层，以形成投影组件的一硅基液晶显示器。通过上述偏振分光晶圆424的两种功能，就不需要一额外的覆盖玻璃层设置于有源矩阵晶圆422上，就如图2的投影组件200的覆盖玻璃204。在一实施例中，偏振分光晶圆424包括一抗反射(AR)涂布与透光导电膜，并且偏振分光膜设置于所述两者之间。

[0029] 在步骤401中，组装方法400接收一有源矩阵晶圆、一偏振分光晶圆424以及透镜晶圆。在步骤401的一例子中，组装方法接收一有源矩阵晶圆411、一偏振分光晶圆424以及透镜晶圆426、428、429。有源矩阵晶圆422上的虚线网格表示阻隔结构(dam structures)423。有源矩阵晶圆422包括多个有源矩阵442，如有源矩阵442(1)，其位于阻隔结构423之间。为清楚示意，有源矩阵442(1)为图上所示的有源矩阵晶圆422的唯一有源矩阵。有源矩阵晶圆
422可包括下述的任一，就如现有技术所知，一第二配向层、一反射层以及一电极。

[0030] 在步骤402中，组装方法400沉积液晶于有源矩阵晶圆上。在步骤402的一例子中，组装方法400沉积液晶421，其由有源矩阵晶圆422上的(-)所标示。有源矩阵晶圆422上的沉积位置对应于有源矩阵晶圆422的各别有源矩阵442。

[0031] 在步骤402的一例子中，液晶沉积可为一滴下式液晶注入法(ODF)，其中液晶沉积于有源矩阵晶圆422上的对应有源矩阵442的位置。其它液晶沉积方法亦可应用于组装方法400而不违背本发明。阻隔结构423包括各液晶421至有源矩阵晶圆422的各别位置。

[0032] 在步骤403中，组装方法将偏振分光晶圆设置于有源矩阵晶圆上。在一例子中，组装方法400将偏振分光晶圆424设置于有源矩阵晶圆422上。

[0033] 在步骤404中，组装方法400将透镜晶圆设置于偏振分光晶圆上，在一例子中，组装方法400将透镜晶圆426、428、429设置于偏振分光晶圆424上。

[0034] 在步骤406中，组装方法400使偏振分光晶圆424与透镜晶圆对准于有源矩阵晶圆422之上。在一例子中，组装方法400使偏振分光晶圆424与透镜晶圆426、428、429对准于有源矩阵晶圆422之上。偏振分光晶圆424被对准以致偏振分光膜带460以有源矩阵晶圆422内的各有源矩阵442列之上为中心。

[0035] 晶圆422、426、428、429被对准，使得在一定的对准误差内，透镜晶圆429的各透镜中心与透镜晶圆428的一透镜中心、透镜晶圆426的一透镜中心与晶圆422上的一有源矩阵的中心共线。偏振分光晶圆424被对准，使得在一定的对准误差内，偏振分光膜带460与透镜晶圆426、428、429的透镜列以及有源矩阵晶圆422上的有源矩阵442列对准。步骤406可使用任何已知晶圆级光学装置的对准方法。

[0036] 在步骤407中，组装方法400层迭晶圆，如已知技术所述。

[0037] 在步骤408中，组装方法400接合有源矩阵晶圆、偏振分光晶圆以及透镜晶圆以形成一晶圆堆叠。在一例子中，组装方法400接合晶圆422、424、426、428、429以形成一晶圆堆叠430。

[0038] 在步骤410中，组装方法400沿分割线分割晶圆堆叠，以产生多个晶圆级硅基液晶投影组件。在步骤410的一例子中，组装方法400沿分割线435分割晶圆堆叠430，以产生多个晶圆级硅基液晶投影组件450。

[0039] 图5显示另一组装方法500，其与方法400相似，只是液晶是在分割步骤410之后沉积，而不是在其之前。其中，步骤501、503、504、506、507、508、510分别与方法400的步骤401、403、404、406、407、408、410相同。

[0040] 组装方法500的接合步骤508产生晶圆堆叠530，除了底层、有源矩阵晶圆422以及其未包括液晶421之外，其与晶圆堆叠430相同，阻隔结构423支持一空气间隙，空气间隙位于有源矩阵晶圆422与偏振分光晶圆424之间，液晶可在分割之后通过空气间隙而沉积。

[0041] 对于方法400的步骤410得到晶圆级硅基液晶投影组件450，反而方法500的步骤510得到多个投影器管芯(projector dies)540。投影器管芯540与硅基液晶投影组件450相同，除了前者缺少液晶421。

[0042] 在步骤512中，方法500注入一液晶521至位于投影器管芯540的基板层532与薄膜层434之间的空气间隙内，以形成一晶圆级硅基液晶投影组件450。在方法500的一实施例中，液晶注入步骤512可使用现有方法，如真空虹吸(vacuum-siphon)方法或一侧边注入(side-injection)方法。

[0043] 图6显示图4的晶圆堆叠430的一实施例的一剖面630以及从分割线635的分割形成的各晶圆级硅基液晶投影组件650。剖面630包括硅基液晶层660、偏振分光层624以及复合晶圆透镜610。

[0044] 硅基液晶660包括有源矩阵晶圆422、下配向层443以及液晶621。阻隔结构623包括液晶621。在图6所示的晶圆堆叠430的实施例中，下配向层443沉积于有源矩阵晶圆422上。有源矩阵442(图4)位于有源矩阵晶圆422内。

[0045] 偏振分光层624对应图4的偏振分光晶圆424。偏振分光层624包括非必要的抗反射涂层624(4)、偏振分光层624(3)、透光导电层624(2)以及上配向层624(1)。偏振分光层624(3)包括一偏振分光膜带460(图4)，其位于一对分割线635之间。液晶621位于上配向层624(1)与下配向层443之间。在一实施例中，偏振分光膜带460实质指向与硅基液晶层660的平面呈45度的方向。

[0046] 不违背本发明的精神，液晶可从剖面630省略，以致剖面630显示图5的晶圆堆叠530的一实施例的一剖面。液晶621可在沿分割线635分割之后再增加，其依据方法500(图5)的步骤512以形成包括液晶621的各晶圆级组件650。因此，晶圆级硅基液晶投影组件650可通过方法400(图4)或方法500(图5)而组装。

[0047] 图7显示晶圆级硅基液晶投影系统700的一实施例。投影系统700包括一晶圆级投影组件650(图6)。晶圆级硅基液晶投影组件650为晶圆级硅基液晶投影组件450的一实施例。

[0048] 晶圆级硅基液晶投影组件650包括硅基液晶段760、偏振分光段724以及复合晶圆级透镜610。硅基液晶段760包括有源矩阵晶圆722，其包括一有源矩阵442(图4)以及一反射膜。有源矩阵晶圆722支持液晶621(图6)于上配向层724(1)与下配向层743之间。上配向层724(1)与下配向层743分别为图6的上配向层624(1)、643的部分，并由沿分割线635(图6)的分割所形成。阻隔结构623(图6)包括液晶621(图6)。

[0049] 偏振分光段724从偏振分光晶圆424形成并包括上配向层724(1)、一透光导电膜724(2)、一偏振分光组件724(3)以及一抗反射涂布724(4)。透光导电膜724(2)、偏振分光组件724(3)以及抗反射涂布724(4)分别为图6的透光导电膜624(2)、偏振分光层624(3)以及抗反射涂层624(4)的部分，并由沿分割线635(图6)的分割所形成。复合晶圆级透镜610包括晶圆级透镜726、728、729。晶圆级透镜726、728、729分别从透镜晶圆426、428、429所形成。晶圆级硅基液晶投影组件750固设于印刷电路板701上。

[0050] 在图7中，晶圆级硅基液晶投影组件700被光源106所照射。光源106可包括非必要的准直光学组件108。光源106可为任何已知的光源。例如，光源106可包括至少一发光二极管，所述发光二极管发出相同、重迭或不重迭的波长的光线。

[0051] 在光源106与晶圆级硅基液晶投影组件750的一实施例中，光源106发出s偏振输入照光(s-polarized input illumination)790，其入射于偏振分光组件724(3)。在图7中，s偏振与p偏振分别指电场分量垂直于图平面与平行于图平面者。输入照光790为光源106射出的全部照光的s偏振分量，其亦可包括p偏振分量。

[0052] 偏振分光组件724(2)的偏振分光膜带460通过液晶621反射输入照光790，液晶621空间调变照光790。有源矩阵晶圆722通过液晶621将至少一部分的输入照光790反射回来。有源矩阵晶圆722的各别像素可设定来改变光线的偏振态，所述光线通过相关液晶621的子像素而传输。在一像素的照亮状态中，通过液晶721的两次传输(double-pass)使照光790的偏振态转向以产生至少包括一p偏振态的被发射光线。发射光线的P偏振分量通过偏振分光体724(2)传输并由复合晶圆级透镜710投射，而形成输出照光791。

[0053] 晶圆级硅基液晶投影组件650较图2的投影组件200更优，在至少两方面：对准与尺寸。因为晶圆级硅基液晶投影组件450的光学组件在晶圆级被对准，就不太会有横向的对准误差，反而投影组件200较会出现横向的对准误差，因为投影组件200的光学组件由人工对准。晶圆级硅基液晶投影组件450相较于投影组件200，空间效率更佳，因为后者需要在偏振分光体206与有源矩阵基板222之间设置一覆盖玻璃204。

[0054] 图8绘示一晶圆级方法800以及一相关的示意图820，以组装包括一偏振分光器的多个光学系统。在步骤801中，方法800形成一偏振分光晶圆，偏振分光晶圆包括偏振分光层，偏振分光层包括多个偏振分光带。在步骤801的一例子中，方法800形成偏振分光晶圆824，偏振分光晶圆824包括偏振分光层，偏振分光层包括多个偏振分光带860。

[0055] 在一实施例中，偏振分光晶圆824包括一基板，并且偏振分光层设置于基板上。基板可作用如一硅基液晶组件的一配向层，就如在图4至图7中所描述的。

[0056] 在步骤802中，方法800接合偏振分光晶圆至一晶圆以形成一堆叠晶圆。在一例子中，方法800接合偏振分光晶圆824至晶圆822以形成一堆叠晶圆830。

[0057] 在一实施例中，晶圆822为一硅基液晶晶圆，例如图4的有源矩阵晶圆422。在另一实施例中，晶圆822为一透镜晶圆，例如图4的透镜晶圆424。

[0058] 在非必要的步骤804中，方法800分割堆叠晶圆以形成多个包括一偏振分光器的光学系统。在一例子中，方法800分割堆叠晶圆830。

[0059] 在未脱离本发明的精神与范围下，可以对上述方法及系统进行修改或变更，需注意者，在以上说明书及附图中所述仅为举例性，而非为限制性者。权利要求可涵盖所述的一般及特定特征，而本发明的方法及系统的范围中的所有陈述，其仅为语言问题，皆应落在权利要求的范围。