CN101191963A - 可反射出色域的电极结构以及单晶硅面板与显示装置 - Google Patents

Abstract

一种电极结构，包括一基板、一电极结构层以及一色域反射层。基板上包括已形成的一电路。电极结构层位于基板上与该电路耦接。色域反射层位于电极结构层上。当一入射光入射于该色域反射层与该电极结构层时，该色域反射层用以仅会反射特定的一光域。依照所述电极结构，可以制造出反射式单晶硅面板，以及投射式显示装置。

Description

可反射出色域的电极结构以及单晶硅面板与显示装置

技术领域

本发明涉及一种液晶显示技术，且特别是关于使用于液晶显示中的电极结构，其可以反射出特定的色域，且可以应用到反射式的单晶硅(LiquidCrystal On Silicon，LCOS)面板以及投射式显示装置。

背景技术

反射式的单晶硅面板，其主要特征之一在于将大部分的驱动元件形成于下基板上，而液晶层是在下基板与上基板之间。光源是从上基板进入到下基板，由下基板的反射层将光反射。如此，反射光不会被驱动元件等挡住，光的使用率可以提升。

反射式的单晶硅面板可以用来组成投射式显示装置。图1绘示传统的投射式显示装置的结构示意图。参阅图1，一白光束100，入射到一分色镜(Dichroic Mirror)102。分色镜依照光的色域，会将分离出一蓝光束106与一红绿混光束104。红绿混光束104在路径上被一反射镜108反射，进到所要的一路径方向上。接着、红绿混光束104再被一分色镜110分成一红光束112与一绿光束114。对于绿光束114而言，例如会进入一偏振分光镜(PolarizedBeam Splitter，PBS)116。偏振分光镜116例如将具有S-偏振态的光反射，而让具有P-偏振态的光穿过。因此，绿光束114的S-偏振态的部分光束会被偏折90度，进入到一单晶硅面板118。在单晶硅面板118的每一个像素的驱动元件，会驱动属于各别像素的液晶的旋转程度。因此，S-偏振态的入射绿光被单晶硅面板118反射后，随每个像素的驱动会被旋转，而产生具有P-偏振态的部份。因此于反射的绿光中的P-偏振态部份会穿透相同的偏振分光镜116，而得到绿光影像120，其中灰阶度是由液晶的旋转程度所造成的P-偏振态大小来决定。

另外，依照相同的机制，红光束112也通过偏振分光镜122以及单晶硅面板124，产生一红光影像126。又、也依照相同的机制，蓝光束106也通过偏振分光镜130以及单晶硅面板132，产生一蓝光影像134。接着，绿光影像120、红光影像126、与蓝光影像134通过一合光镜136，合成衣彩色影像138，再通过一投射单元140，例如将影像放大成另一影像142，投射到一显示屏幕(未示于图)。

上述图1的传统投射式显示装置，其需要多个分色镜102、110来达成红光、绿光、蓝光分别光束。另外，如果仅使用一般分光镜取代分色镜而分成三个白色光束，则在分别的光路上需要再增加一滤光片，以得到所要的红、绿、蓝的色光，或是依频率观点而言又称为红、绿、蓝的色域。

传统的投射式显示装置需要分色镜或是滤光片，至少使得成本较高装置体积较大。虽然滤光片一般也可以制作在单晶硅面板上，其滤光片是单独增加的元件。换句话说，这些问题包括是由于传统单晶硅面板，除了滤光片外，其对不同的色光没有区分能力。

发明内容

本发明提供一种电极结构，其属于驱动电路的一部分，然而本身能够将所要的色域反射。

本发明提供一种电极结构，由三个单元组成一像素，分别独立反射特定的色域，例如可以直接从白光中反射出红光、绿光、或是蓝光。

本发明提供一种电极结构，以三个组成一像素，分别反射出红光、绿光、或是蓝光，以达到影像显示效果。

本发明提供一种反射式单晶硅面板，利用三个组成一像素的设计，可以达成单片显示效果。

本发明提供一种投射式显示装置，利用单片的反射式单晶硅面板来显示影像，以例如可以减少显示装置的成本、体积或复杂度。

本发明提出一种电极结构，包括一基板、一电极结构层以及一色域反射层。基板上包括已形成的一电路。电极结构层位于基板上与该电路耦接。色域反射层位于电极结构层上。当一入射光入射于该色域反射层与该电极结构层时，该色域反射层用以仅会反射特定的一光域。

本发明又提供一种电极结构，包括一基板、多个电极结构层以及多个色域反射层。该基板包括已形成的一电路。所述多个电极结构层例如是形成于基板上与电路耦接。所述多个色域反射层例如是分别形成于该多个电极结构层上。当一入射光入射于该多个色域反射层与该多个电极结构层时，该多个色域反射层，分别仅会反射一色域。

本发明又提供一种反射式单晶硅面板，包括一第一基板、多个电极结构层、多个色域反射层、配向层、第二基板以及液晶层。所述第一基板包括已形成的一第一电路。所述多个电极结构层例如是形成于该第一基板上与该电路耦接。所述多个色域反射层例如是分别形成于所述多个电极结构层上，其中所述多个色域反射层以三个对应红绿蓝组成一像素。当一入射光入射于所述多个色域反射层与所述多个电极结构层时，所述多个色域反射层，分别仅会反射红光、绿光、与蓝光的其一。配向层是覆盖在该多个色域反射层上方。第二基板例如包括已形成的一第二电路。液晶层是位于第一基板与第二基板之间。

本发明又提供一种投射式显示装置，包括一白光源，用以提供一光束。一反射式单晶硅面板，包括有多个像素，而每一该多个像素通过色域反射层，于接收该光束后可以分别反射出特定的一色域。一偏振分光镜对应该反射式单晶硅面板而设置。其中通过该偏振分光镜将该光束中具有一偏振方向的一偏振光束入射于该反射式单晶硅面板。反射式单晶硅面板对应该些像素分别反射该色域，且通过对该液晶层的控制再改变该偏振光束的该偏振方向，接着进入该偏振分光镜后射出一影像。

依照本发明另一优选实施例所述的电极结构，其中所述色域反射层是所述电极结构层的一表面层。表面层包含多个凹陷区域所构成一光子晶体结构，以对应地反射该光域。

依照本发明另一优选实施例所述的电极结构，其中所述色域反射层是无机材料的一纳米结构层，以对应地反射该光域。又依照另一优选实施例，纳米结构层例如包括一纳米粒子层、或是一量子点层，又或是一光子晶体层。依照本发明的实施例。由于利用色域反射层直接形成于像素电极上，可以直接分别反射出红光、绿光、蓝光。因此，本发明可以减少滤光片或是分色镜的使用。

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1绘示传统的投射式显示装置的结构示意图；

图2绘示作为本发明的理论基础之一的光学干涉现象；

图3绘示依据本发明另一实施例，可以反射出一特定色域的电极结构示意图；

图4绘示依据本发明另一实施例，可以反射出一特定色域的电极结构示意图；

图5绘示依据本发明另一实施例，可以反射出一特定色域的电极结构示意图；

图6绘示依据本发明一实施例，反射式单晶硅面板的结构剖面示意图；

图7绘示依据本发明一实施例，投射式显示装置的结构剖面示意图。

附图标记说明

100               ：光源

102、110          ：分色镜

104、106、112、114：光束

116、122、130     ：偏振分光镜

118               ：单晶硅面板

120、126、134     ：光束

136               ：合光镜

138、142          ：影像

140               ：投射单元

200               ：反射表面

202               ：白光

204、206          ：反射光

300               ：基板

302、306、310     ：电极结构层

304、308、312     ：色域反射层

314               ：射光

316、318、320     ：反射色域

400、402、404     ：色域反射层

500、504、508     ：电极结构层

502、506、510     ：色域反射层

600               ：下基板

602r、602g、602b：电极结构层

604r、604g、604b：色域反射层

606、610        ：配向层

608             ：液晶层

612             ：透明电极层

614             ：上基板

700a、700b、700c：白光束

702a、702b、702c：偏振分光镜

704a、704b、704c：反射式单晶硅面板

706             ：合光镜

708             ：影像

具体实施方式

为了能够进一步改善传统的反射式单晶硅面板，本发明研究光学的色物理现象，进而结论光学干涉现象会与色光相关。图2绘示作为本发明的理论基础之一的光学干涉现象。参阅图2，对于一反射表面200，其上例如形成有多个规则的凹陷沟渠。当具有一频率范围的光，例如白光202入射于反射表面200时，一部份的光204会从沟渠的底部反射，另一部份会从反射表面200的一般表面反射。由于沟渠会造成反射光204、206有一些程度的相位差。如果沟渠的宽度与深度适当的话，针对一特定波长的反射光204、206，由于相位差的因素会产生相消的干涉现象。因此，白色的反射光204、206，经反射干涉后会得到不同于白光的颜色光。

本发明观察到上述的光学物理现象后，更进一步研究发现这种光学物理现象确实在材料物理的研究领域中曾被提出，又甚至也发生在日常生活的物品上，例如蛋白石的彩色现象。又、一些昆虫表面或鱼鳞的色彩现象，也有一部分是由于光学特殊干涉所产生的。

就物理的角度而言，这些干涉现象例如是由于光子晶体的结构、或是无机材料的纳米粒子或量子点等等，根据粒子大小或排列，以使能将对应的特定光域内的光反射。

本发明根据研究结果而提出在一电极上形成一色域反射层。如此电极在电性操作的同时，也可以反射出一特定的颜色。色域反射层的作用是可以反射出所要的色域，能达到此效果的材料皆可适，然而以无机材料为优选。这是因为无机材料例如可以耐高温，允许高强度的入射光而长时间照射。特别是，当此电极应用在显示器上的像素电极时，其会长时间被光源照射。而为了增加亮度，光源采用高强度的光源。因此，无机材料较为适当，但是不是本发明的唯一限制。以下举一些实施例作为说明，但是本发明不仅受限于所举实施例。

图3绘示依据本发明实施例，可以反射出一特定色域的电极结构示意图。参阅图3，在一基板300上形成有多个电极结构层302、306、310。这里、电极结构层的数量可随实际需要而形成，此实施例仅取三个作为说明。又，可了解地，在基板300上也会有一些驱动的电路与电极结构层302、306、310电耦接，其细部于此描述省略。

电极结构层302例如是用来反射红光。例如可产反射出红光色域的一色域反射层304，例如金纳米粒子层或量子点层，形成于电极结构层302上。纳米粒子的材料例如是金纳米粒子。一般而言，此反射现象是量子效应，当粒径等于或大于入射光的波长时，粒子会吸收及反射入射光。然而，当粒径远小于入射光的波长时，吸收的效应就相对大很多。

金纳米粒子会与波长约500nm的光产生明显共振。当吸收这些光能量后，金纳米粒子的自由电子云会被极化，而随着光波的频率震荡。同时，绿光与蓝光会被金纳米粒子吸收。通过控制金纳米粒子的大小与形状，其对红光的反应可以增强，以达到有效反射出红光的效果。因此，电极结构层302配合红光的色域反射层304，可以作为红光像素电极。

依照类似的物理现象，例如银纳米粒子可以产生绿光，而镓纳米粒子可以产生蓝光。换句话说，绿光的色域反射层308，例如银的纳米粒子层或量子点层，被形成于电极结构层306上，以构成绿光像素电极。又，蓝光的色域反射层312，例如镓的纳米粒子层或量子点层，被形成于电极结构层310上，以构成绿光像素电极。这些纳米粒子可以直接形成于电极上，如此在应用上纳米粒子可以取代颜色的滤光片。另外也不需要利用分色镜来分离色域。例如，对应相同的入射白光314，会反射出对应红、绿、蓝色域的反射色域316、318、320。这些像素电极结构应用在液晶式的影像显示技术上，例如可以简化在光路上的光学元件，进而也缩小整体的体积。另外还有其应用会描述于后。

如前述，纳米粒子不是制作色域反射层的唯一方法。以下再举光子晶体的实施例，其也可以达到相同的效果。一般可以看的光子晶体对色域的反应现象，例如是光学多层膜。由于周期排列的多层介质膜会造成一维的光子能隙，使一些波段的光子无法穿越，而达到高效率的反射。而具有二维或是三维的周期性排列结构就是所谓的光子晶体，可以有很多的应用。在本发明，光子晶体是用来与电极结构层一起使用，以达到可以反色特定色域的像素电极结构，进而可以应用在影像显示技术上。

图4绘示依据本发明另一实施例，可以反射出一特定色域的电极结构示意图。参阅图4，在电极结构层302、306、310上也可以形成对应不同色域的色域反射层400、402、404，例如是由光子晶体所构成。光子晶体的材料例如是SiO₂的粒子叠堆所成。通过控制SiO₂的粒子大小，例如就可以分别仅反射红、绿、蓝的色域。而SiO₂粒子例如可以利用印刷(Printing)的方式涂布于电极结构层上。如此，此实施例的色域反射层400、402、404，也具有与色域反射层304、308、312相同的效果。

上述一些实施例的色域反射层是形成于电极结构层上的膜层。然而，根据光子晶体的特性，色域反射层也可以直接形成于电极结构的表层区域。图5绘示依据本发明另一实施例，可以反射出一特定色域的电极结构示意图。参阅图5，例如在电极结构层500、504、508的表层区域，可以直接形成光子晶体的色域反射层502、506、510，其例如是利用规则排列的凹孔构成光子晶体的特性。凹孔的形状可以依照所要的色域做实际设计与变化。凹孔的晶体密度是决定色域的主要因素，因此不同色域会对应不同的光子晶体。又，凹孔也可以填入其它材料不同于电极结构的材料，以达到光子晶体的结构。

接着，根据上述的有不同色域的像素电极，可以用红、绿、蓝的三个电极作为一组，以构成一像素。其可以应用在反射式单晶硅面板上。图6绘示依据本发明一实施例，反射式单晶硅面板的结构剖面示意图。参阅图6，反射式单晶硅面板，例如包括下基板600；多个电极结构层602r、602g、602b；多个色域反射层604r、604g、604b；配向层(alignment layer)606；上基板614；以及液晶层608。

下基板600上包括已形成的电路，例如是驱动电路，与电极结构层602r、602g、602b电耦接，而形成下基板600上。这里仅以一个像素的三个电极结构层602r、602g、602b为例，分别是对应红、绿、蓝的次像素。色域反射层604r、604g、604b分别形成于这些电极结构层602r、602g、602b上。色域反射层以三个对应红绿蓝组成一像素，当白色的入射光入射于这些色域反射层与电极结构层时，色域反射层604r、604g、604b分别仅会反射红光、绿光、与蓝光的其一。

又、一般为便于控制液晶的旋转，在与液晶层608接触的表面会有一配向层606，以促成液晶分子有优选的初始排列方向。如果提升配向层606的平坦度，则配向的效果会更佳。本发明实施例的配向层606覆盖在该多个色域反射层604r、604g、604b上方。由于本发明的色域反射层允许一平坦度，因此也保证配向层606的平坦度。

接着，上基板614设置于下基板600的上方，而液晶层608设置于上基板614与下基板600之间。一般本领域技术人员可了解，下基板600与上基板614还会包括其结构与电路。例如，上基板614更包含有一透明电极层612，例如是铟锡氧化层(ITO)作为另一电极。又，与液晶层608的接口也例如包括另一配向层610。

在本发明实施例的反射式单晶硅面板，由于像素电极结构的电极结构层上已形成对应不同色域的色域反射层，因此当白光入射于不同色域的次像素上时，会反射出例如红、绿、蓝光。

上述的反射式单晶硅面板是针对单片式的显示机制而设计，因此一像素含有三个色域的次像素。如果采用三片式的机制，则可以有三个色域的反射式单晶硅面板，分别处理属于不同色域的影像，而后才组合成实际影像。

以下举三片式的投射式显示装置为例做说明。图7绘示依据本发明一实施例，投射式显示装置的结构剖面示意图。参阅图7，三个白光束700a、700b、700c分别进入偏振分光镜702a、702b、702c，再由本发明对应红绿蓝色域的反射式单晶硅面板704a、704b、704c反射而进入合光镜706。合光镜706将三个颜色的影像结合成一实际影像708，其机制与图1相似，不予详细描述。然而，本实施例的反射式单晶硅面板是利用色域反射层的机制达到红绿蓝的色域控制。

又，如果采用单片反射式单晶硅面板的设计，则可以采用如图6的设计。如此，只要一个光路即可。因为是单片式的设计，图6的合光镜708也可以被省去。例如仅取白光束700a，而反射式单晶硅面板704a则以图6的反射式单晶硅面板取代即可。

换句话说，本发明的投射式显示装置例如可以包括一白光源，用以提供一光束。一反射式单晶硅面板，包括有多个像素，每一该多个像素通过在一像素电极上的一色域反射层，于接收该光束后，分别反射出特定的一色域。一偏振分光镜对应该反射式单晶硅面板而设置。其中通过该偏振分光镜将该光束中具有一偏振方向的一偏振光束入射于该反射式单晶硅面板。反射式单晶硅面板对应该些像素分别反射该色域，且通过对该液晶层的控制再改变该偏振光束的该偏振方向，接着进入该偏振分光镜后射出一影像。

本发明由于利用色域反射层直接形成于像素电极上，可以直接分别反射出红光、绿光、蓝光。因此，本发明可以减少滤光片或是分色镜的使用。另外，由于色域反射层是无机材料，因此可以耐高亮度的光源。又，由于色域反射层提供良好的平坦度，也有助于配向层的平坦度，而达到优选的液晶配向效果。

Claims (20)

1.一种电极结构，包括：

一基板，包括已形成的一电路；

一电极结构层，形成于该基板上与该电路耦接；以及

一色域反射层，形成于该电极结构层上，其中当一入射光入射于该色域反射层与该电极结构层时，该色域反射层用以仅会反射特定的一光域。

2.如权利要求1所述的电极结构，其中该色域反射层是该电极结构层的一表面层，该表面层包含多个凹陷区域所构成一光子晶体结构，以对应地反射该光域。

3.如权利要求1所述的电极结构，其中该色域反射层是无机材料的一纳米结构层，以对应地反射该光域。

4.如权利要求3所述的电极结构，其中该纳米结构层包括一纳米粒子层、或是一量子点层。

5.如权利要求3所述的电极结构，其中该纳米结构层包括一光子晶体层。

6.一种电极结构，包括：

一基板，包括已形成的一电路；

多个电极结构层，形成于该基板上与该电路耦接；以及

多个色域反射层，分别形成于该多个电极结构层上，其中当一入射光入射于该多个色域反射层与该多个电极结构层时，该多个色域反射层分别仅会反射一色域。

7.如权利要求6所述的电极结构，其中分别的该多个色域反射层是该多个电极结构层的一表面层，该表面层包含有一光子晶体结构，以对应地反射该色域。

8.如权利要求6所述的电极结构，其中分别的该多个色域反射层是无机材料的一纳米结构层，以对应地反射该色域。

9.如权利要求8所述的电极结构，其中该纳米结构层包括一纳米粒子层、或是一量子点层。

10.如权利要求8所述的电极结构，其中该纳米结构层包括一光子晶体层。

11.如权利要求6所述的电极结构，其中该多个色域反射层是以三个组合成一像素，分别反射出红光、绿光、与蓝光。

12.一种反射式单晶硅面板，包括：

一第一基板，包括已形成的一第一电路；

多个电极结构层，形成于该第一基板上与该电路耦接；

多个色域反射层，分别形成于该多个电极结构层上，其中该多个色域反射层以三个对应红绿蓝组成一像素，当一入射光入射于该多个色域反射层与该多个电极结构层时，该多个色域反射层分别仅会反射红光、绿光、与蓝光的其一；

一配向层，覆盖在该多个色域反射层上方；

一第二基板，包括已形成的一第二电路；以及

一液晶层，位于该第一基板与该第二基板之间。

13.如权利要求12所述的反射式单晶硅面板，其中分别的该多个色域反射层是该电极结构层的一表面层，该表面层包含有一光子晶体结构，以对应地反射该色域。

14.如权利要求12所述的反射式单晶硅面板，其中分别的该多个色域反射层是无机材料的一纳米结构层，以对应地反射该色域。

15.如权利要求14所述的反射式单晶硅面板，其中该纳米结构层包括一纳米粒子层、或是一量子点层。

16.如权利要求14所述的反射式单晶硅面板，其中该纳米结构层包括一光子晶体层。

17.一种投射式显示装置，包括：

一白光源，用以提供至少一光束；

至少一反射式单晶硅面板，包括有多个像素，每一该多个像素通过在一像素电极上的一色域反射层，于接收该光束后，分别反射出特定的一色域；以及

至少一偏振分光镜，对应该反射式单晶硅面板而设置，

其中通过该偏振分光镜，将该光束中具有一偏振方向的一偏振光束入射于该反射式单晶硅面板，该反射式单晶硅面板对应该些像素分别反射该色域，且通过对该液晶层的控制再改变该偏振光束的该偏振方向，接着进入该偏振分光镜后射出一影像。

18.如权利要求17所述的投射式显示装置，其中该反射式单晶硅面板的该多个像素以三个组合成一像素，分别对应一红色域、一绿色域、以及一蓝色域。

19.权利要求17所述的投射式显示装置，其中该反射式单晶硅面板的数量为对应一红色域、一绿色域、以及一蓝色域的三片，分别的该三片反射式单晶硅面板的该多个像素具有相同色域。

20.如权利要求17所述的投射式显示装置，其中该色域反射层包括一纳米结构层或是一光子晶体层。

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