CN101063757A - 反射式单晶硅液晶面板 - Google Patents

Abstract

一种反射式单晶硅液晶面板，此反射式单晶硅液晶面板适于使光束偏振，并将光束转换成图像。反射式单晶硅液晶面板包括硅基板、相对基板、液晶层以及偏光元件。其中，硅基板具有像素阵列。相对基板配置于硅基板上方，且相对基板具有透明电极层。液晶层配置于硅基板的像素阵列与相对基板的透明电极层之间。偏光元件配置于硅基板或相对基板上。如上所述，本发明将偏光元件集成于反射式单晶硅液晶面板，可有效地降低投影仪的制造成本、体积以及重量。

Description

反射式单晶硅液晶面板

技术领域

本发明涉及一种液晶面板以及显示装置，尤其涉及一种反射式单晶硅液晶面板(liquid crystal on silicon panel，LCOS panel)以及使用此反射式单晶硅液晶面板的投影装置。

背景技术

近年来，因为液晶显示器(Liquid Crystal Display，LCD)具有外型薄、重量轻、低操作电压、省电、以及无辐射线等优点，已逐渐取代传统的阴极射线管(Cathode Ray Tube，CRT)，而成为显示装置的主流。然而，由于液晶显示器(LCD)技术上的限制，多半只能局限在显示屏为30吋以下的产品。而对于30吋至60吋左右的显示器，原本以等离子体显示器(Plasma Display Panel，PDP)的发展最被看好，然而，因为其成本过高，故无法成为一般消费者所能接受的产品。

因此，对于大尺寸显示装置的发展方向，目前是朝向发展采用投影技术的显示装置，例如反射式投影显示装置(reflective projection display apparatus)与背投影显示装置(rear projection display apparatus)等。反射式投影显示装置与背投影显示装置中会可能使用到反射式单晶硅液晶(LCOS)面板。且由于LCOS面板具有低成本、高开口率(可高达90％)、高分辨率(像素大小可至12μm或更小)等优点，已有许多厂商开始发展此技术。

在目前反射式液晶投影显示装置中，大多是在其白光光源以及LCOS面板之间设置偏振器(polarizer)以及分色镜(dichroic mirror)，且偏振器以及分色镜通常是个别独立的光学元件，并无法与白光光源或LCOS面板有效地整合。其中，偏振器是用以使白光光源偏振，而分色镜可将偏振后的白光分成红光、绿光以及蓝光三道光束，再分别经由三个LCOS面板的调制(modulate)，以搭载图像信号于三道光束中，最后经由双向棱镜与投影镜头等光学元件投影合成图像。在目前的反射式液晶投影显示装置中，偏振器以及分色镜的使用会导致成本的提高，而且光路设计(layout)也较为不易。因此，如何降低反射式液晶投影显示装置的制造成本以及光路设计的复杂度，已成为研发的趋势之一。

发明内容

本发明的目的是提供一种反射式单晶硅液晶面板，其可将光源系统中的偏光元件集成于其中。

为达上述或是其它目的，本发明提出一种反射式单晶硅液晶面板，此反射式单晶硅液晶面板适于使光束偏振，并将光束转换成图像。反射式单晶硅液晶面板包括硅基板、相对基板、液晶层以及偏光元件。其中，硅基板具有像素阵列。相对基板配置于硅基板上方，且相对基板具有透明电极层。液晶层配置于硅基板的像素阵列与相对基板的透明电极层之间。偏光元件配置于硅基板或相对基板上。

在本发明的一实施例中，上述像素阵列包括多个有源元件以及多个与有源元件电连接的像素电极。此外，上述像素电极可为反射电极。

在本发明的一实施例中，上述硅基板还包括配置于像素阵列上的吸收层以及配置于吸收层上的彩色镜。其中，彩色镜会将至少特定波长范围的光束反射，而未被彩色镜反射的光束会被吸收层吸收。

在本发明的一实施例中，上述反射式单晶硅液晶面板可进一步包括位于硅基板与液晶层之间的延迟片。

在本发明的一实施例中，上述液晶层的预倾角等于光束的入射角。

在本发明的一实施例中，上述偏光元件为线栅(wire grid)。在一优选实施例中，线栅包括多个彼此平行且等间距(pitch)排列的导线，而每一导线的线宽介于0.02微米至1.5微米之间，且导线之间的间距介于0.02微米至2微米之间。

在本发明的一实施例中，上述相对基板为矩形基板，而导线的延伸方向与相对基板的边缘的夹角为45°。

在本发明的一实施例中，上述偏光元件配置于相对基板上，且偏光元件与液晶层分别位于相对基板的两对侧。

在本发明的一实施例中，上述偏光元件配置于相对基板上，且偏光元件位于液晶层与相对基板之间。

在本发明的一实施例中，上述偏光元件配置于硅基板上，且偏光元件位于液晶层与硅基板之间。

在本发明的一实施例中，上述反射式单晶硅液晶面板可进一步包括配置于硅基板的像素阵列上的第一配向膜以及配置于相对基板的透明电极上的第二配向膜，其中液晶层藉由第一配向膜与第二配向膜进行配向。

在本发明的一实施例中，上述反射式单晶硅液晶面板可进一步包括配置于相对基板上的保护层，以覆盖住偏光元件。

由于本发明将光源系统中的偏光元件集成于反射式单晶硅液晶面板，因此本发明不但可制造出成本低廉的投影装置，且可有效地降低投影装置的整体重量与体积。

为让本发明的上述和其它目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举优选实施例，并配合附图，作详细说明如下。

附图说明

图1A至图1C是依照本发明第一实施例的反射式单晶硅液晶面板的示意图。

图2A至图2C是依照本发明第二实施例的反射式单晶硅液晶面板的示意图。

图3A至图3C是依照本发明第三实施例的反射式单晶硅液晶面板的示意图。

图4A至图4C为彩色镜的上视图。

主要元件符号说明

100、100’、100”：反射式单晶硅液晶面板

110：硅基板

112：像素阵列

120：相对基板

120a：内表面

120b：外表面

122：透明电极

130：液晶层

140：偏光元件

142：介电层

150a：第一配向膜

150b：第二配向膜

160：延迟片

170：吸收层

180：彩色镜

182：黑色矩阵

190：保护层

200、200’、200”：反射式单晶硅液晶面板

300、300’、300”：反射式单晶硅液晶面板

C：导线

具体实施方式

第一实施例

图1A至图1C是依照本发明第一实施例的反射式单晶硅液晶面板的示意图。请参照图1A，本实施例的反射式单晶硅液晶面板100包括硅基板110、相对基板120、液晶层130以及偏光元件140。其中，硅基板110具有像素阵列112。相对基板120配置于硅基板110上方，且相对基板120具有透明电极层122。液晶层130配置于硅基板110的像素阵列112与相对基板120的透明电极层122之间。此外，偏光元件140配置于相对基板110上。

在本实施例中，硅基板110上已形成有多条扫描线、多条数据线、多个有源元件(如薄膜晶体管或其它三端子的有源元件)以及多个与有源元件电连接的像素电极(如铝电极或其它反射特性良好的电极)。硅基板110上的扫描线、数据线、有源元件与像素电极构成所谓的像素阵列112，且像素阵列112是利用光学膜与亚微米半导体工艺技术所形成。

相对基板120例如是玻璃基板或其它高透射率的基板。由图1A可知，透明电极层122位于相对基板120的内表面120a，且透明电极层122通常是耦接至公共电压。在优选实施例中，透明电极层122的材质例如是铟锡氧化物(indium tin oxide，ITO)、铟锌氧化物(indium zinc oxide，IZO)或其它透明导电材料。

在本实施例中，位于硅基板110的像素阵列112与相对基板120的透明电极层122之间的液晶层130可以是任何已知且适用于反射式单晶硅液晶面板100的液晶材料。此外，为了使液晶层130中的液晶分子能够依照设计需求而整齐地排列，本实施例的反射式单晶硅液晶面板100可进一步包括第一配向膜150a以及第二配向膜150b，其中第一配向膜150a配置于硅基板110的像素阵列112上，而第二配向膜150b则配置于相对基板120的透明电极122上。由图1A可知，第一配向膜150a与第二配向膜150b可对液晶层130进行配向，以使液晶层130中的液晶分子能够依照设计需求而整齐地排列。

在一优选实施例中，液晶层130中液晶分子的预倾角(pre-tilt angle)等于入射至反射式单晶硅液晶面板100的光束的入射角，如此，反射式单晶硅液晶面板100在暗状态下的漏光现象可以获得改善，以使得反射式单晶硅液晶面板100所显示的图像对比度(contrast ratio)提高。一般而言，液晶分子的预倾角以及光束的入射角会介于0.5°至8°之间。

值得注意的是，由于本发明的反射式单晶硅液晶面板100具有内建型态的偏光元件140，因此本发明的反射式单晶硅液晶面板100不需与光学引擎(optical engine)中的偏振器与检偏器(analyzer)搭配。由图1A可知，本实施例的偏光元件140为配置在相对基板120的外表面120b上的线栅。换言之，偏光元件140(线栅)与液晶层130分别位于相对基板120的两对侧。具体而言，线栅包括多个彼此平行且等间距排列的导线C(如铝金属线)，而每一导线C的线宽介于0.02微米至1.5微米之间，且导线C之间的间距介于0.02微米至2微米之间。

如上所述，导线C的延伸方向会直接影响到通过线栅后的光线的偏振方向(polarization)。在本实施例的反射式单晶硅液晶面板100中，通过线栅之后的光线为线偏振光(linear polarized light)，且此线偏振光的偏振方向会与导线C的延伸方向垂直。在本发明的一优选实施例中，相对基板120为矩形基板，而导线C的延伸方向与相对基板120的边缘的夹角例如为45°。当然，本发明可依据产品的实际需求而调整导线C的延伸方向，以期获得具有特定偏振方向的线偏振光。

请参照图1A，为了保护偏光元件140(线栅)，本实施例的反射式单晶硅液晶面板100可进一步包括配置于相对基板120的外表面120b上的保护层190，以覆盖住偏光元件140(线栅)。在本实施例中，保护层190例如是高透射率的介电层。

接着请参照图1B，图1B中的反射式单晶硅液晶面板100’与图1A中的反射式单晶硅液晶面板100相似，只是主要差异之处在于：图1B中的反射式单晶硅液晶面板100’中具有配置于硅基板110与液晶层130之间的延迟片160。由图1B可知，延迟片160位于第一配向膜150a与像素阵列112之间。在本实施例中，延迟片160例如是四分之一波片(quarter wave plate)或其它具有不同相位延迟(phase retardation)的延迟片。

接着请参照图1C，图1C中的反射式单晶硅液晶面板100”与图1B中的反射式单晶硅液晶面板100’相似，只是主要差异之处在于：图1C中的反射式单晶硅液晶面板100”具有吸收层(absorption layer)170以及彩色镜(colormirror)180。在图1C中，吸收层170以及彩色镜180可有效改善反射式单晶硅液晶面板100”的反射率，进而改善整体的显示质量。由图1C可知，吸收层170是配置于像素阵列112上，而彩色镜180则是配置于吸收层170上(即彩色镜180与延迟片160之间)。其中，彩色镜180会将至少特定波长范围的光束反射，而未被彩色镜180反射的光束便会被吸收层170所吸收。

由图1C可知，彩色镜180位于像素阵列112中的各个像素电极的上方，且各个彩色镜180之间还包括配置有黑矩阵(black matrix)182。此外，吸收层170可以是黑色吸光材质，如氮化钛、钨、铬或钼等吸光材质。值得注意的是，本实施例的彩色镜180例如是多层结构，而此多层结构包括至少一高折射率膜层以及至少一低折射率膜层，且高折射率膜层以及低折射率膜层彼此交迭。藉由高折射率膜层以及低折射率膜层材质、厚度的选择与搭配，可以使得此多层结构的彩色镜180能够反射出特定波长的光(例如是红光、蓝光、绿光、青绿光、黄光、橘红光、红外光等)，而其它未被反射的光则会穿透彩色镜180到达底下的吸收层170。在一优选实施例中，构成彩色镜180的材质例如是氧化钽、氧化钛或氧化硅等。由于彩色镜180是由无机材质所构成，因此彩色镜180具有耐高能量光源照射的优点。

此彩色镜180可以为单一彩色反射结构，因此其可以反射红光、蓝光、绿光、青绿光、黄光及橘红光其中一种彩色光。如图4A所示，每一像素单元上的彩色镜180皆为反射红光(R)之用。当然，彩色镜180也可以设计成每一像素单元上的彩色镜180皆为反射绿光、蓝光、青绿光、黄光或是橘红光之用。

在另一实施例中，像素阵列112上方所配置的彩色镜180包括两种彩色反射结构，因而彩色镜180可以反射红光、蓝光、绿光、青绿光、黄光或是橘红光其中两种色光。如图4B所示，能够反射绿光(G)以及蓝光(B)的两种彩色镜180彼此交错排列。当然，本发明并不限制其排列方式。另外，上述两种彩色反射结构可以是红光、蓝光、绿光、青绿光、黄光与橘红光任两种的组合。

在另一优选实施例中，像素阵列112上方所配置的彩色镜180包括三种彩色反射结构，因而彩色镜180可反射红光、蓝光、绿光、青绿光、黄光与橘红光其中三种色光。例如，如图4C所示，能够反射红光(R)、绿光(G)以及蓝光(B)的三种彩色镜180在第一列是以RGB的顺序排列，第二列是以BRG的顺序排列。同样的，本发明并不限制其排列顺序以及排列方式。

如上所述，本发明可将彩色镜180设计成具有四种或四种以上的彩色反射结构，因而可反射红光、蓝光、绿光、青绿光、黄光与橘红光其中四种或以上的色光。

本发明的反射式单晶硅液晶面板100”是采用彩色镜180来反射出所想要的色光，并且透过吸收层170将未被反射的光线吸收，此种反射式单晶硅液晶面板100”具有甚佳的反射率。也就是说，本发明的反射式单晶硅液晶面板100”相较于传统单纯使用金属铝作为反射层的反射式单晶硅液晶面板来说，具有更好的反射率。

第二实施例

图2A至图2C是依照本发明第二实施例的反射式单晶硅液晶面板的示意图。请同时参照图2A至图2C，图2A至图2C的反射式单晶硅液晶面板200、200’、200”分别与第一实施例中的反射式单晶硅液晶面板100、100’、100”相类似，只是主要差异之处在于：本实施例的反射式单晶硅液晶面板200、200’、200”中的偏光元件140(线栅)配置于相对基板120的内表面120a上。具体而言，偏光元件140位于液晶层130与相对基板120之间。

由图2A至图2C可知，位于相对基板120的内表面120a上的偏光元件140(线栅)被介电层142所覆盖，且覆盖住偏光元件140(线栅)的介电层142具有平坦的表面，而透明电极层122会形成在介电层142所提供的平坦表面上。

第三实施例

图3A至图3C是依照本发明第三实施例的反射式单晶硅液晶面板的示意图。请同时参照图3A至图3C，图3A至图3C的反射式单晶硅液晶面板300、300’、300”分别与第一实施例中的反射式单晶硅液晶面板100、100’、100”相类似，只是主要差异之处在于：本实施例的反射式单晶硅液晶面板300、300’、300”中的偏光元件140(线栅)配置于硅基板110上。具体而言，偏光元件140位于液晶层130与硅基板110之间。

由图3A至图3C可知，位于硅基板110上的偏光元件140(线栅)被介电层142所覆盖，且覆盖住偏光元件140(线栅)的介电层142具有平坦的表面，而第一配向膜会形成在介电层142所提供的平坦表面上。

综上所述，本发明的反射式单晶硅液晶面板至少具有下列优点：

1.本发明的反射式单晶硅液晶面板将偏光元件(线栅)集成于其中，使得进入反射式单晶硅液晶面板的光线能够被内建的偏光元件所偏振，故本发明不需要与其它的偏振器或是检偏器搭配。如此，不但可以有效降低投影装置的制造成本，且可有效地降低投影装置的整体重量与体积。

2.本发明的反射式单晶硅液晶面板同时将彩色镜、吸收层以及偏光元件(线栅)集成于其中，如此设计可进一步降低投影装置的制造成本、整体重量以及体积。

虽然本发明已以优选实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许更动与润饰，因此本发明的保护范围当视权利要求所界定者为准。

Claims (14)

1.一种反射式单晶硅液晶面板，适于使光束偏振，并将该光束转换成图像，该反射式单晶硅液晶面板包括：

硅基板，具有像素阵列；

相对基板，配置于该硅基板上方，且该相对基板具有透明电极层；

液晶层，配置于该硅基板的该像素阵列与该相对基板的该透明电极层之间；以及

偏光元件，配置于该硅基板或该相对基板上。

2.如权利要求1所述的反射式单晶硅液晶面板，其中该像素阵列包括：

多个有源元件；以及

多个像素电极，与该些有源元件电连接。

3.如权利要求2所述的反射式单晶硅液晶面板，其中该些像素电极为反射电极。

4.如权利要求1所述的反射式单晶硅液晶面板，其中该硅基板还包括：

吸收层，配置于该像素阵列上；以及

彩色镜，配置于该吸收层上，其中该彩色镜会将至少特定波长范围的光束反射，而未被该彩色镜反射的光束会被该吸收层吸收。

5.如权利要求1所述的反射式单晶硅液晶面板，还包括位于该硅基板与液晶层之间的延迟片。

6.如权利要求1所述的反射式单晶硅液晶面板，其中该液晶层的预倾角等于该光束的入射角。

7.如权利要求1所述的反射式单晶硅液晶面板，其中该偏光元件为线栅。

8.如权利要求7所述的反射式单晶硅液晶面板，其中该线栅包括多个彼此平行且等间距排列的导线，而每一该些导线的线宽介于0.02微米至1.5微米之间，且该些导线之间的间距介于0.02微米至2微米之间。

9.如权利要求7所述的反射式单晶硅液晶面板，其中该相对基板为矩形基板，而该些导线的延伸方向与该相对基板的边缘的夹角为45°。

10.如权利要求1所述的反射式单晶硅液晶面板，其中该偏光元件配置于该相对基板上，且该偏光元件与该液晶层分别位于该相对基板的两对侧。

11.如权利要求1所述的反射式单晶硅液晶面板，其中该偏光元件配置于该相对基板上，且该偏光元件位于该液晶层与该相对基板之间。

12.如权利要求1所述的反射式单晶硅液晶面板，其中该偏光元件配置于该硅基板上，且该偏光元件位于该液晶层与该硅基板之间。

13.如权利要求1所述的反射式单晶硅液晶面板，还包括：

第一配向膜，配置于该硅基板的该像素阵列上；以及

第二配向膜，配置于该相对基板的该透明电极上，其中该液晶层藉由该第一配向膜与该第二配向膜进行配向。

14.如权利要求1所述的反射式单晶硅液晶面板，还包括保护层，配置于该相对基板上以覆盖住该偏光元件。

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