CN102279465A - 显示装置、投影装置、近眼显示装置及其形成方法 - Google Patents

Abstract

一种显示装置、投影装置、近眼显示装置及其形成方法，显示装置包括：衬底，位于衬底上的半导体开关阵列；位于半导体开关阵列上的平面导光板，平面导光板包括透明介质层、位于透明介质层内的光路偏转微器件以及电连接器，电连接器与半导体开关阵列电连接；位于平面导光板上的透射光阀阵列，透射光阀阵列具有多个呈阵列排布的透射光阀，电连接器还与透射光阀阵列电连接，半导体开关阵列通过电连接器控制透射光阀的开启、关闭；光路偏转微器件将从平面导光板的侧面射入平面导光板内的光线偏转后射入透射光阀阵列，经透射光阀阵列后出射。可以在有限的面积上实现高分辨率的光调制和显示，是一种新型透射式微显示芯片。

Description

显示装置、投影装置、近眼显示装置及其形成方法

技术领域

本发明涉及显示领域，尤其涉及一种显示装置、投影装置、近眼显示装置及其形成方法。

背景技术

在投影系统中，根据投影原理的不同可以分为反射式投影系统和透射式投影系统。反射式投影系统主要包括：数字光处理投影显示系统(digital lightprocessing projection display system，称为DLP投影显示系统)和硅基液晶投影显示系统(liquid crystal on silicon projection system，称为LCOS投影显示系统)。透射式投影系统主要为液晶投影显示系统(liquid crystal display projectiondisplay system，称为LCD投影显示系统)。

DLP投影显示系统分为单片式DLP投影显示系统和三片式DLP投影显示系统，图16为现有技术中三片式DLP投影显示系统的结构示意图，参考图16，现有的DLP投影显示系统主要包括：光源装置11、会聚透镜12、三个数字微镜芯片(DMD)151、152、153、反射镜13、色分离合成棱镜14、TLR棱镜16、投射透镜17。其中，数字微镜芯片151、152、153是DLP投影显示系统的核心部件，图中虚线标示的是DLP投影显示系统的光路，光源装置11发出的光线经会聚透镜12会聚后入射至反射镜13；反射镜13将光线反射至TLR棱镜16，光线经TLR棱镜16后入射至色分离合成棱镜14；色分离合成棱镜14将光线分离成R、G、B三色后分别入射至三个数字微镜芯片151、152、153；之后，光线经三个数字微镜芯片151、152、153反射后经分离合成棱镜14、TLR棱镜16、投射透镜17后成像。现有技术的DLP投影显示系统中需要由包括数字微镜芯片、分离合成棱镜14、TLR棱镜16的分光光核才能实现，光学系统复杂，不利于缩小投影显示系统的尺寸和体积。

图17为现有技术中LCOS投影显示系统的结构示意图，参考图17，现有的LCOS投影显示系统主要包括：光源装置61、会聚透镜62、反射镜631、棱镜632、633，合色棱镜64，三个偏振分光棱镜651、652、653，三个硅基液晶芯片(LCOS)661、662、663，投射透镜67。其工作原理为：光源装置61发出的光线经会聚透镜62、反射镜631、棱镜632、633后分别入射至三个偏振分光棱镜651、652、653后形成R、G、B三色光后入射至三个硅基液晶芯片661、662、663上，由三个硅基液晶芯片661、662、663反射后经三个偏振分光棱镜651、652、653、合色棱镜64后入射至投射透镜67，经该投射透镜67后成像。现有技术的LCOS投影显示系统需要由包括反射镜、棱镜硅基液晶芯片、合色棱镜、偏振分光棱镜的分光光核才能实现，其光学系统复杂，也不利于缩小LCOS投影显示系统的尺寸和体积。

图18为现有技术中LCD投影显示系统的结构示意图，参考图18，现有的LCD投影显示系统主要包括：光源71、三个分色镜721、722、723、两个反射镜731、732、棱镜组74、三个液晶面板芯片751、752、753、投射透镜76。其工作原理为：光源71发出的白色光线经三个分色镜721、722、723、反射镜731、732后分成R、G、B三基色光，该三基色光透过三个液晶面板芯片751、752、753后经棱镜组74后出射，该出射的光线经投射透镜76后会聚成像。现有技术的LCD投影显示系统需要由包括分色棱镜、反射镜、液晶面板芯片、棱镜组、的分光光核才能实现，其光学系统复杂，也不利于缩小LCD投影显示系统的尺寸和体积。

发明内容

本发明解决的问题是现有技术的投影装置光学系统复杂，不利于缩小尺寸和体积的问题。

为解决上述问题，本发明提供一种显示装置，包括：

衬底，位于所述衬底上的半导体开关阵列；

位于所述半导体开关阵列上的平面导光板，所述平面导光板包括透明介质层、位于透明介质层内的光路偏转微器件以及电连接器，所述电连接器与所述半导体开关阵列电连接；

位于所述平面导光板上的透射光阀阵列，所述透射光阀阵列具有多个呈阵列排布的透射光阀，所述电连接器还与所述透射光阀阵列电连接，所述半导体开关阵列通过所述电连接器控制所述透射光阀的开启、关闭；

所述光路偏转微器件将从平面导光板的侧面射入所述平面导光板内的光线偏转后射入所述透射光阀阵列，经所述透射光阀阵列后出射。

可选的，所述显示装置还包括光源装置，所述光源装置位于所述平面导光板的侧面；

所述光源装置包括光源和整形光学系统，所述光源发出的光线经所述整形光学系统后从所述平面导光板的侧面射入所述平面导光板内。

可选的，所述整形光学系统包括：透明基板以及位于所述透明基板内的微反射镜阵列，所述光源发出的光线经所述微反射镜阵列反射后射出所述透明基板，从平面导光板的侧面射入所述平面导光板内。

可选的，所述光路偏转微器件为微反射镜阵列，所述微反射镜阵列的反射面面向射入平面导光板内的光线，且所述反射面偏离该光线的角度范围为95度至175度。

可选的，射入所述平面导光板内的光线与所述平面导光板的上表面平行；

所述反射镜的垂直高度不超过透明介质层厚度的1/2，反射镜的厚度范围为：200纳米到2微米。

可选的，微反射镜阵列的材料为铝或铝的合金。

可选的，所述电连接器为插栓，所述插栓的底端与所述半导体开关阵列电连接，顶端与所述透射光阀阵列电连接。

可选的，所述透明介质层的材料为氧化硅或氮化硅。

可选的，所述透射光阀阵列包括：位于所述透明介质层上的底层透明基板、位于所述底层透明基板上的底层透明电极、液晶光阀层、顶层透明基板、位于所述顶层透明基板上的顶层透明电极，所述液晶光阀层位于所述顶层透明基板和底层透明基板之间，连接顶层透明电极至外部公共电极、连接底层透明电极并穿过底层透明基板的电连接柱；

所述透射光阀为液晶光阀层中的液晶；

所述连接柱与所述电连接器电连接。

可选的，所述透射光阀阵列包括固定光栅阵列、MEMS透射光阀阵列和透明的盖层；

所述固定光栅阵列位于所述透明介质层上，其包括多个呈阵列排布的固定光栅；

所述MEMS透射光阀阵列位于所述固定光栅阵列之上，其包括多个呈阵列排布的MEMS透射光阀，所述透射光阀为MEMS透射光阀，所述电连接器与所述MEMS透射光阀电连接；

所述透明的盖层位于所述MEMS透射光阀阵列之上。

可选的，还包括：彩色滤光阵列，位于所述透射光阀阵列上，用于对从所述透射光阀阵列出射的光线进行滤光。

本发明还提供一种投影装置，包括：以上任一项所述的显示装置。

可选的，还包括：投射系统，位于所述透射光阀阵列出射光线一侧，接收从所述透射光阀阵列出射的光线，并会聚该光线成像。

本发明还提供一种近眼显示装置，包括：以上任一项所述的显示装置。

本发明还提供一种形成显示装置的方法，包括：

提供衬底，在所述衬底上形成半导体开关阵列；

在所述半导体开关阵列上形成平面导光板，所述平面导光板包括透明介质层、位于所述透明介质层内的光路偏转微器件以及电连接器，所述电连接器与所述半导体开关阵列电连接；

在所述平面导光板上形成透射光阀阵列，所述透射光阀阵列具有多个透射光阀，所述电连接器还与所述透射光阀阵列电连接；

所述光路偏转微器件将从平面导光板的侧面射入所述平面导光板内的光线偏转后射入所述透射光阀阵列，经所述透射光阀阵列后出射。

可选的，在所述半导体开关阵列上形成平面导光板包括：

在所述半导体开关阵列上形成第一透明介质层；

图形化所述第一透明介质层，在所述第一透明介质层内形成凹槽阵列，所述凹槽阵列中每个凹槽具有底部和侧壁，所述侧壁偏离底部的角度范围为95度至175度；

在所述凹槽的侧壁形成反射镜，所述凹槽阵列中的反射镜构成微反射镜阵列，所述反射镜的垂直高度不超过第一透明介质层厚度的1/2，反射镜的厚度范围为：200纳米到2微米，所述微反射镜阵列作为光路微偏转器件；

图形化所述第一透明介质层，在所述第一透明介质层内形成通孔；

在所述通孔内填充导电材料形成插栓，所述插栓的底端和所述半导体开关阵列电连接，所述插栓作为电连接器。

可选的，形成微反射镜阵列之后，图形化所述第一透明介质层，在所述第一透明介质层内形成通孔之前还包括：形成第二透明介质层，覆盖所述微反射镜阵列，所述透明介质层包括第一透明介质层和第二透明介质层。

可选的，所述形成第二透明介质层，覆盖所述微反射镜阵列包括：

形成第二透明介质层，覆盖所述微反射镜阵列、第一透明介质层；

对所述第二透明介质层进行平坦化。

可选的，所述平坦化的方法为化学机械抛光。

可选的，还包括：在所述平面导光板的侧面设置光源装置；

所述光源装置包括光源和整形光学系统，所述光源发出的光线经所述整形光学系统后从所述平面导光板的侧面射入所述平面导光板内；

所述整形光学系统的形成方法包括：

提供透明基板；

图形化所述透明基板，在所述透明基板内形成凹槽阵列，所述透明基板内凹槽阵列的每个凹槽具有底部和侧壁；

在所述透明基板的凹槽阵列的侧壁形成微反射镜阵列，所述光源发出的光线经所述微反射镜阵列反射后射出所述透明基板，从平面导光板的侧面射入所述平面导光板内。

可选的，所述图形化所述第一透明介质层，在所述第一透明介质层内形成凹槽阵列包括：

在所述第一透明介质层上形成光刻胶层；

图形化所述光刻胶层，在所述光刻胶层形成开口，所述开口的侧壁垂直于所述第一透明介质层的上表面；

以所述具有开口的光刻胶层为掩膜干法刻蚀所述第一透明介质层，在所述第一透明介质层形成凹槽阵列。

可选的，所述图形化所述第一透明介质层，在所述第一透明介质层内形成凹槽阵列包括：

在所述第一透明介质层上形成光刻胶层；

图形化所述光刻胶层，在所述光刻胶层形成开口，所述开口的侧壁偏离所述第一透明介质层的上表面的角度范围为95度至175度；

以所述具有开口的光刻胶层为掩膜干法刻蚀所述第一透明介质层，在所述第一透明介质层形成凹槽阵列。

可选的，所述第二透明介质层的材料选自氮化硅、含氧和硅的固态化合物其中之一或他们的任意组合，其形成方法为气相沉积。

可选的，所述反射镜的材料为铝或铝的合金。

可选的，所述通孔内填充的导电材料为铝、铜或钨。

可选的，所述第一透明介质层的材料为氧化硅、含氧和硅的固态化合物其中之一或他们的任意组合；形成透明介质层的方法为气相沉积。

可选的，还包括：在所述透射光阀阵列上形成彩色滤光阵列，用于对从所述透射光阀阵列出射的光线进行滤光。

本发明还提供一种形成投影装置的方法，包括：形成以上任一项所述的显示装置。

可选的，还包括：在所述透射光阀阵列出射光线一侧设置投射系统，接收从所述透射光阀阵列出射的光线，并会聚该光线成像。

本发明还提供一种形成近眼显示装置的方法，包括：形成以上任一项所述的显示装置。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

本发明的显示装置将透射式光阀阵列与半导体开关阵列分开设置，用平面导光板作为中间结合形成纵向集成，将显示装置所需光源从平面导光板边沿侧向引入，通过平面导光板中的光路微偏转器件(在具体实施例中为微反射镜阵列)为透射光阀阵列提供透射调制及显示背光照射。可以通过微加工技术，将透射光阀阵列、光路微偏转器件(具体实施例中为微反射镜阵列)、半导体开关阵列微型化，在有限的面积上实现高分辨率的光调制和显示，是一种新型透射式微显示芯片。

本发明的显示装置可以用于投影显示方面和近眼直接显示方面。当用于投影显示，和传统的反射式投影技术、传统的透射式投影技术不同，这种透射式微显示芯片，利用较薄的平面导光板，可以不需要反射式投影系统和透射式投影系统所必需的分光光核，因此结构简单，可以大大缩小投影系统的尺寸和体积。

当用于近眼直接显示装置如头盔显示时，同样可以消除对于反射式微显示所需的外部分光光学系统，结构简单，可以大大缩小近眼直接显示装置的尺寸和体积。

附图说明

图1为发明第一具体实施例的显示装置的剖面结构示意图；

图2为发明第二具体实施例的显示装置的剖面结构示意图；

图3为发明第三具体实施例的显示装置的剖面结构示意图；

图4为发明第四具体实施例的显示装置的剖面结构示意图；

图5是本发明具体实施例的形成显示装置的方法的流程示意图；

图6～图15为本发明具体实施例的形成显示装置的方法的剖面结构示意图；

图16为现有技术中三片式DLP投影显示系统的结构示意图；

图17为现有技术中LCOS投影显示系统的结构示意图；

图18为现有技术中LCD投影显示系统的结构示意图。

具体实施方式

为了使本领域技术人员可以更好的理解本发明，下面结合附图和具体实施例详细说明本发明的显示装置。

参考图1，本发明第一具体实施例的显示装置包括：衬底20，位于所述衬底20上的半导体开关阵列21；位于所述半导体开关阵列21上的平面导光板，所述平面导光板包括透明介质层22、位于所述透明介质层22内的光路偏转微器件以及电连接器，所述电连接器与所述半导体开关阵列21电连接；位于所述平面导光板上即透明介质层22上的透射光阀阵列25，所述透射光阀阵列25具有多个呈阵列排布的透射光阀，所述电连接器还与所述透射光阀阵列25电连接，所述半导体开关阵列21通过所述电连接器控制所述透射光阀的开启、关闭；所述光路偏转微器件将从平面导光板的侧面射入所述平面导光板内的光线偏转后射入所述透射光阀阵列25，经所述透射光阀阵列25后出射。

本发明第一具体实施例中，显示装置还包括光源装置30，位于所述平面导光板的侧面，其发出的光线从平面导光板或者说透明介质层22的侧面射入平面导光板或者说透明介质层22内，经所述光路偏转微器件偏转后射入所述透射光阀阵列25，经所述透射光阀阵列25后出射。

本发明第一具体实施例中，衬底20的材料可以为单晶或非晶结构的硅或硅锗；也可以是绝缘体上硅(SOI)；或者还可以包括其它的材料，例如砷化镓等III-V族化合物。

本发明第一具体实施例中，电连接器为插栓24，其材料为铜或钨。插栓的底端与半导体开关阵列21电连接，顶端与透射光阀阵列25电连接。

本发明第一具体实施例中，所述光源装置30包括光源31和整形光学系统32，所述光源31发出的光线经所述整形光学系统32后从平面导光板或者说透明介质层22的侧面射入平面导光板或者说透明介质层22内。在该具体实施例中，光源31可以为激光、LED光源等。

在该具体实施例中，整形光学系统将光源31发出的射入该整形光学系统内的光线经过折射、反射后射出，该射出的光线与透明介质层22的上表面、下表面平行，当然，此处所描述的平行并不代表射出的光线与透明介质层22的上表面、下表面严格平行，可以为近似平行，允许有一定的误差，只要不影响显示装置的显示效果即可。

需要说明的是，在本发明中描述的整形光学系统是发明人自己定义的光学系统，其为一种形象的说法，意指该光学系统将射入其内的光线经折射和/或反射后变为需要方向的光线后出射。

在该第一具体实施例中，整形光学系统32包括：透明基板321以及位于所述透明基板321内的微反射镜阵列322，所述光源31发出的光线经所述微反射镜阵列322反射后射出所述透明基板321，从平面导光板的侧面射入所述平面导光板内。具体的光路为：光源31发出的光线首先射入透明基板321内，在透明基板321内传播至微反射镜阵列322的反射面上，经微反射镜阵列322的反射面反射后从透明基板321内射出，该射出的光线与透明介质层22的上表面、下表面平行，射入透明介质层22内。其中，微反射镜阵列322与光源31射入该微反射镜阵列322光线之间的夹角范围需要根据实际的情况确定，在光源31发出的光线入射在微反射镜阵列322上经微反射镜阵列322反射后近似与透明介质层22的上下表面平行射入透明介质层22内时，如果入射至微反射镜阵列322上的光线垂直于透明基板321的上下表面，则微反射镜阵列322的反射面与该光线的夹角近似为45度。此处只是举例说明，不对本发明造成限制，需要根据实际情况进行调整。微反射镜阵列322的材料为铝或铝的合金。

在该具体实施例中，整形光学系统也可以为一系列光学元件的组合，本领域技术人员根据光学元件的基本功能以及本发明中整形光学系统的作用，可以毫无疑问的推知该整形光学系统的结构。

在该第一具体实施例中，所述光路偏转微器件为微反射镜阵列23，微反射镜阵列23的反射面231面向射入透明介质层22内的光线，且所述反射面偏离所述光线的角度d范围为95度至175度。射入该微反射镜阵列23上的光线经其反射后射入透射光阀阵列25，经透射光阀阵列25后射出。需要说明的是，光路偏振微器件不限于微反射镜阵列23，可以是其他的元件，只要确保从光源装置30中出射的光线射入至光路偏振微器件上时，该光路偏振微器件可以使光线按照设定的光路传播即可。

在该具体实施例中，射入所述透明介质层22内的光线与所述透明介质层22的上表面平行，所述反射面231的顶端与所述透明介质层22的上表面相平，并且反射面偏离射入其上的光线的角度d范围为95度至175度，也就是说，反射面偏离透明介质层22的底面的角度为5度到85度。在该具体实施例中，微反射镜阵列23的垂直高度h不超过透明介质层22高度的1/2，厚度L在200纳米到2微米之间。在该具体实施例中，微反射镜阵列23的材料为铝或铝的合金。

需要说明的是，由于该具体实施例中，从整形光学系统中出射的光线平行透明介质层22的上表面射入透明介质层22内，因此微反射镜阵列23的反射面偏离透明介质层22的底面的角度为5度到80度。但本发明不限于从整形光学系统32中出射的光线平行透明介质层22的上表面射入透明介质层22内，只要满足微反射镜阵列23反射面偏离所述光线的角度d范围为95度至175度的范围即可。

在该第一具体实施例中，微反射镜阵列23中的每一个微反射镜在平面导光板的四个侧面方向上均具有反射面，这样光源装置的放置位置则不限于显示装置的一个侧面，可以在四个侧面的其中任意一面或者相对的两个侧面均可。当然，不限于微反射镜阵列23在平面导光板的四个侧面方向上均具有反射面，在任意一个侧面方向上具有反射面即可，这样光源装置的放置位置根据微反射镜阵列23中微反射镜的反射面的位置做相应的调整。

本发明具体实施例中，透明介质层22的材料为氮化硅、含氧和硅的固态化合物例如氧化硅其中之一或他们的任意组合，本实施例中为氧化硅，也可以为本领域技术人员公知的其他材料。

需要说明的是，本发明中透明介质层22的下表面指与半导体开关阵列21接触的面，上表面指与下表面相对的面。

本发明中，衬底20上形成有半导体开关阵列21，本发明具体实施例中，半导体开关阵列21为TFT开关阵列，但是本发明的半导体开关阵列21不限于TFT开关阵列，可以为本领域技术人员公知的其他半导体开关阵列，例如利用CMOS工艺形成的CMOS半导体开关阵列。

在该第一具体实施例中，所述透射光阀阵列25包括位于所述透明介质层22上的底层透明基板251、位于所述底层透明基板251上的底层透明电极(图中未示)、液晶光阀层252、顶层透明基板253、位于所述顶层透明基板253上的顶层透明电极(图中未示)，所述液晶光阀层252位于所述顶层透明基板253和底层透明基板251之间，所述透射光阀为液晶光阀层252中的液晶254；连接顶层透明电极至外部公共电极、连接底层透明电极并穿过底层透明基板251的电连接柱；所述连接柱与所述电连接器电连接。

该第一具体实施例中，在插栓24上形成有全反射镜(total internalreflection，TIR)241，入射至该全反射镜241的光线没有到达临界角时，一部分透射一部分反射，在临界角时全反射，这样从反射面231反射的光线如果入射在该全反射镜241上被反射至反射面231上，可以经该微反射镜阵列231继续反射从透射光阀阵列25出射，因此可以减少插栓位置上的光的损失，增加光的利用率。

本发明具体实施例中，透射光阀阵列25上形成有彩色滤光阵列26，在其他实施例中，如果不需要显示彩色图像，则不需要形成彩色滤光阵列26。

本发明的显示装置将透射式光阀阵列与半导体开关阵列分开设置，用平面导光板作为中间结合形成纵向集成，将显示装置所需光源从平面导光板边沿侧向引入，通过平面导光板中的光路微偏转器件(在具体实施例中为微反射镜阵列)为透射光阀阵列提供透射调制及显示背光照射。可以通过微加工技术，将透射光阀阵列、光路微偏转器件(具体实施例中为微反射镜阵列)、半导体开关阵列微型化，在有限的面积上实现高分辨率的光调制和显示，是一种新型透射式微显示芯片。

以上所述的第一具体实施例的显示装置，可以应用于显示器领域，也可以应用于投影显示方面和近眼直接显示方面，当应用于投影显示装置时，投影显示装置包括以上所述的显示装置。参考图1，投影装置还包括：位于所述透射光阀阵列25出射光线一侧的投射系统40，接收从所述透射光阀阵列25出射的光线，并会聚该光线成像。该投射系统40包括若干光学成像器件，此为本领域公知技术，在此不做赘述。为了使形成的图像显示出来，还包括：在所述投射系统40会聚光线成像的位置设置屏幕(图中未示)。

当应用于投影装置时，投影装置的工作原理为：光源装置30发出白色光线从平面导光板的侧面射入平面导光板内，该白色光线经平面导光板内的为反射镜阵列23反射后经透射光阀阵列25后出射，之后经过彩色滤光阵列26后分成R、G、B三基色光后射入投射系统40，该投射系统40会聚R、G、B三基色光线成像。因此，本发明的显示装置用于投影显示时，和传统的反射式投影技术、传统的透射式投影技术不同，这种透射式微显示芯片，利用较薄的平面导光板，可以不需要反射式投影系统和透射式投影系统所必需的分光光核，因此结构简单，可以大大缩小投影系统的尺寸和体积。

本发明的显示装置也可以应用于近眼直接显示方面，当应用于近眼直接显示方面时，近眼显示装置包括以上所述的显示装置。参近眼显示的原理和投影显示的原理基本相同，因此当用于近眼直接显示装置如头盔显示时，同样可以消除对于反射式微显示所需的外部分光光学系统，结构简单，可以大大缩小近眼直接显示装置的尺寸和体积。

图2为第二实施例的显示装置的剖面结构示意图，该第二具体实施例在第一实施例的显示装置的基础上增加了微透镜阵列27，微透镜阵列27位于所述彩色滤光阵列26上，包括多个呈阵列排布的微透镜271，用于将所述彩色滤光阵列26出射的光线会聚后出射至所述投影系统40。

在该第二实施例中，如果不需要显示彩色图像，则不需要形成彩色滤光阵列26，微透镜阵列27位于所述透射光阀阵列25上，包括多个呈阵列排布的微透镜271，用于将所述透射光阀阵列25出射的光线会聚后出射至所述投影系统40。

图3为本发明第三具体实施例的显示装置的剖面结构示意图，该第三实施例的显示装置的透射光阀阵列25与第一实施例不同，参考图3，所述透射光阀阵列25包括：包括固定光栅阵列251a、MEMS透射光阀阵列252a和透明的盖层253a；固定光栅阵列251a位于所述透明介质层22上，该固定光栅阵列251a包括呈阵列排布的多个固定光栅(图中未示出具体细节)；MEMS透射光阀阵列252a位于所述固定光栅阵列251a之上，该MEMS透射光阀阵列252a包括呈阵列排布的多个MEMS透射光阀254a，在该第三实施例中，透射光阀阵列中的透射光阀为MEMS透射光阀254a，所述半导体开关阵列21与所述MEMS透射光阀电连接控制所述MEMS透射光阀的开启、关闭；透明的盖层253a位于所述MEMS透射光阀阵列254a之上，该透明的盖层53a的材料为氧化硅，当然也可以为其他的透明材料，透明的盖层253a保护MEMS透射光阀不受外界的空气、杂质、湿气等的干扰。其中，MEMS透射光阀254a具有固定电极和可动电极，半导体开关阵列21分别通过插栓24与固定电极、可动电极电连接，半导体开关阵列21通过插栓24控制固定电极、可动电极的电势差，可以控制MEMS透射光阀的移动，以使MEMS透射光阀与固定光栅配合控制透光MEMS透射光阀的光线。

关于该第三具体实施的显示装置的其他细节可以参考第一具体实施例，在此不做赘述。

图4为第四实施例的显示装置的剖面结构示意图，该第四具体实施例在第三实施例的显示装置的基础上增加了微透镜阵列27，微透镜阵列27位于所述彩色滤光阵列26上，包括多个呈阵列排布的微透镜271，用于将所述彩色滤光阵列26出射的光线会聚后出射至所述投影系统40。

在该第四实施例中，如果不需要显示彩色图像，则不需要形成彩色滤光阵列26，微透镜阵列27位于所述透射光阀阵列25上，包括多个呈阵列排布的微透镜271，用于将所述透射光阀阵列25出射的光线会聚后出射至所述投影系统40。

下面说明本发明具体实施例的形成显示装置的方法。

图5是本发明具体实施例的形成显示装置的方法的流程示意图，参考图1，本发明具体实施例的形成显示装置的方法包括：

步骤S11，提供衬底，在所述衬底上形成半导体开关阵列；

步骤S12，在所述半导体开关阵列上形成平面导光板，所述平面导光板包括透明介质层、位于所述透明介质层内的光路偏转微器件以及电连接器，所述电连接器与所述半导体开关阵列电连接；

步骤S13，在所述平面导光板上形成透射光阀阵列，所述透射光阀阵列具有多个透射光阀，所述电连接器还与所述透射光阀阵列电连接；所述光路偏转微器件将从平面导光板的侧面射入所述平面导光板内的光线偏转后射入所述透射光阀阵列，经所述透射光阀阵列后出射。

其中，步骤S12中，在所述半导体开关阵列上形成平面导光板包括：

在所述半导体开关阵列上形成第一透明介质层；

图形化所述第一透明介质层，在所述第一透明介质层内形成凹槽阵列，所述凹槽阵列中每个凹槽具有底部和侧壁，所述侧壁偏离底部的角度范围为95度至175度；

在所述凹槽的侧壁形成反射镜，所述凹槽阵列中的反射镜构成微反射镜阵列，所述反射镜的垂直高度不超过第一透明介质层厚度的1/2，反射镜的厚度范围为：200纳米到2微米，所述微反射镜阵列作为光路微偏转器件；

形成第二透明介质层，覆盖所述微反射镜阵列；

图形化所述第一透明介质层，在所述第一透明介质层内形成通孔；

在所述通孔内填充导电材料形成插栓，所述插栓的底端和所述半导体开关阵列电连接，所述插栓作为电连接器。

图6～图15是本发明具体实施例的形成显示装置的方法的剖面结构示意图，结合参考图5和图6～图15详述本发明具体实施例的形成显示装置的方法。

结合参考图5和图6，执行步骤S11，提供衬底20，在所述衬底20上形成有半导体开关阵列21。在本发明具体实施例中，半导体开关阵列21为TFT开关阵列，其形成方法为本领域技术人员的公知技术，在此不做赘述。但半导体开关阵列21不限于TFT开关阵列，也可为本领域技术人员公知的其他半导体开关阵列，例如利用CMOS工艺形成的CMOS半导体开关阵列，图中没有示意出半导体开关阵列21的具体结构，仅以方框表示。衬底20的材料可以为单晶或非晶结构的硅或硅锗；也可以是绝缘体上硅(SOI)；或者还可以包括其它的材料，例如砷化镓等III-V族化合物。该半导体开关阵列21用来与之后形成的透射光阀阵列电连接，控制透射光阀阵列中的透射光阀的开启、关闭。

结合参考图5和图12，执行步骤S12，在所述半导体开关阵列21上形成平面导光板，所述平面导光板包括透明介质层22、位于所述透明介质层22内的光路偏转微器件以及电连接器，所述电连接器与所述半导体开关阵列21电连接。本发明具体实施例中，光路偏转微器件为微反射镜阵列23，电连接器为插栓24。

在所述半导体开关阵列21上形成平面导光板的方法具体为：

参考图7，在所述半导体开关阵列21上形成第一透明介质层221。在本发明具体实施例中，第一透明介质层221的材料为氮化硅、含氧和硅的固态化合物例如氧化硅其中之一或他们的任意组合，本实施例中为氧化硅，也可以为本领域技术人员公知的其他透明的介质材料。形成第一透明介质层221的方法为气相沉积。

参考图9，图形化所述第一透明介质层221，在所述第一透明介质层221内形成凹槽阵列53，所述凹槽阵列53中每个凹槽具有底部和侧壁，所述侧壁偏离底部的角度c范围为95度至175度。凹槽阵列53的深度不超过第一透明介质层221的厚度的1/2。

在第一实施例中，图形化所述第一透明介质层221，在所述第一透明介质层221内形成凹槽阵列53的方法为：参考图8a，在所述第一透明介质层221上形成光刻胶层51a；图形化所述光刻胶层，在所述光刻胶层形成开口52a，在图8a所示的具体实施例中，所述开口52a的侧壁垂直于所述第一透明介质层221的上表面，开口52a的俯视形状为矩形；参考图9，以所述具有开口52a的光刻胶层51a为掩膜干法刻蚀所述第一透明介质层221，在所述第一透明介质层形成凹槽阵列53，所述凹槽阵列53具有底部和侧壁，所述侧壁偏离底部的角度范围c为95度至175度，凹槽阵列53具有四个侧壁，每个侧壁偏离底部的角度范围c均为95度至175度。其中，可以通过控制干法刻蚀中离子的能量、剂量等形成凹槽阵列53。

在第二实施例中，所述图形化所述第一透明介质层221，在所述第一透明介质层221内形成凹槽阵列53包括：参考图8b，在所述第一透明介质层221上形成光刻胶层51b；图形化所述光刻胶层51b，在所述光刻胶层51b形成开口52b，所述开口52b的俯视图形为矩形环，所述开口52b的侧壁偏离所述第一透明介质层221的上表面的角度e范围为95度至175度；参考图9，以所述具有开口52b的光刻胶层为掩膜干法刻蚀所述第一透明介质层221，在所述第一透明介质层221形成凹槽阵列53，凹槽阵列53具有底部和侧壁，所述侧壁偏离底部的角度范围c为95度至175度，凹槽阵列53具有四个侧壁，每个侧壁偏离底部的角度范围c均为95度至175度。

参考图11，利用气相沉积方法在所述凹槽的侧壁形成反射镜，所述凹槽阵列中的反射镜构成微反射镜阵列23，反射镜的材料为铝或铝的合金。具体为：参考图10，在凹槽阵列53的侧壁、底部、第一透明介质层221的上表面形成反射层23′；参考图11，去除第一透明介质层221上表面上的反射层，保留凹槽阵列53的侧壁和底部的反射层作为微反射镜阵列，微反射镜阵列23的反射面偏离第一透明介质层221下表面的角度d范围为95度至175度。在本发明的具体实施例中，凹槽的四个侧壁均形成有反射镜，这样光源装置30可以设置于显示面板的四个侧面中的任意一面或者相对的两个侧面，利用与侧面相应的凹槽侧壁的反射镜反射光线。

在本发明的其他实施例中，微反射镜阵列可以是多列反射镜，每一列上的反射镜为一整体，而不是由多个反射镜构成一列微反射镜，在该实施例中开口52b为长条状开口，也就是说，开口52b的剖面为梯形，开口52b为一个连通的长条。在该实施例中，则在开口52b的呈长条的两侧壁的微反射镜可以作为本发明中的微反射镜使用。光源装置则需要置于呈长条的两侧壁的微反射镜其中之一对应的侧面或者两相对的侧面。

继续参考图11，形成第二透明介质层222，覆盖所述微反射镜阵列23，使微反射镜阵列23嵌在第一透明介质层221和第二透明介质层222之间。第二透明介质层222可以仅覆盖微反射镜阵列23，其表面与第一透明介质层的表面相平，此处相平并不意味着两者严格相平，允许一定工艺条件下存在一定的误差。第二透明介质层222也可以为既覆盖微反射镜阵列23，也覆盖第一透明介质层221。在图11中第二透明介质层222仅覆盖微反射镜阵列23，没有覆盖第二透明介质层。第二透明介质层222的材料为氮化硅、含氧和硅的固态化合物例如氧化硅其中之一或他们的任意组合，本实施例中为氧化硅，也可以为本领域技术人员公知的其他透明的介质材料。形成第二透明介质层222的方法为气相沉积，利用气相沉积形成第二透明介质层222，覆盖所述第一透明介质层、微反射镜阵列，利用化学机械抛光的方法对第二透明介质层222进行平坦化。第一透明介质层221和第二透明介质层222构成了透明介质层22。

参考图12，图形化所述第一透明介质层221，在所述第一透明介质层221内形成通孔；在所述通孔内填充导电材料形成插栓24，所述插栓24的底端与所述半导体开关阵列21电连接，具体为与半导体开关阵列21中的开关电连接，具体的连接方式为公知技术，此不做赘述。在所述通孔内填充导电材料形成插栓24，该导电材料可以为铝、铜或者钨。在图11所示的具体实施例中，第二透明介质层222没有覆盖第一透明介质层221，当在其他实施例中，第二透明介质层222覆盖第一透明介质层221时，需要图形化第一透明介质层221和第二透明介质层222，在第一透明介质层221和第二透明介质层222中形成通孔。

本发明具体实施例中，形成插栓24后，在插栓24上形成有全反射镜(totalinternal reflection，TIR)241，全反射镜241的材料需要根据透明介质层22、插栓24的材料进行确定。

其中，需要说明的是，形成微反射镜阵列23和形成插栓24没有先后之分，可以先形成微反射镜阵列23后形成插栓24，也可以先形成插栓24后形成微反射镜阵列23。

结合参考图5和图13，执行步骤S13，在所述透明介质层22上形成透射光阀阵列25，所述透射光阀阵列25具有多个透射光阀，所述半导体开关阵列21通过所述电路连接器与所述透射光阀阵列25电连接，用于控制所述透射光阀的开启、关闭。

其中透射光阀阵列25可以为图1所示的第一具体实施例中描述的透射光阀阵列，可以为图3所示的第三具体实施例中描述的透射光阀阵列，透射光阀阵列25的形成方法为本领域公知技术，在此不做赘述。

之后，参考图14，本发明具体实施例中，在透射光阀阵列25上形成彩色滤光阵列26，在其他实施例中，如果不需要显示彩色图像，则不需要形成彩色滤光阵列26。当本发明的显示装置应用于投影仪领域时，在彩色滤光阵列26上可以形成微透镜阵列27，包括多个呈阵列排布的微透镜271，用于将所述透射光阀阵列25出射的光线会聚后出射至所述投影系统40。

接着，参考图15，本发明具体实施例的显示装置的形成方法还包括：在所述平面导光板的侧面设置光源装置30；所述光源装置包括光源31和整形光学系统32，所述光源31发出的光线经所述整形光学系统32后从所述平面导光板的侧面射入所述平面导光板内。以上所述的电源装置30的内容可以援引于此。所述整形光学系统32的形成方法包括：提供透明基板321；图形化所述透明基板321，在所述透明基板内形成凹槽阵列，所述透明基板内凹槽阵列的每个凹槽具有底部和侧壁；在所述透明基板的凹槽阵列的侧壁形成微反射镜阵列322；所述光源发出的光线经所述微反射镜阵列322反射后射出所述透明基板321，从平面导光板的侧面射入所述平面导光板内。其中，微反射镜阵列322与光源31射入该微反射镜阵列322光线之间的夹角范围需要根据实际的情况确定，即透明基板321内的凹槽的侧壁与底部之间的角度范围需要根据实际情况确定，具体细节请参考以上对显示装置的相应的描述。关于形成整形光学系统32的形成方法与形成平面导光板的方法类似，在此不做详细描述。

参考图15，本发明的投影装置的形成方法包括以上所述的显示装置的形成方法。还包括：在所述透射光阀阵列25出射光线一侧设置投射系统40，接收从所述透射光阀阵列25出射的光线，并会聚该光线成像。

本发明的显示装置也可以用于近眼显示装置，因此本发明的近眼显示装置的形成方法包括以上所述的显示装置的形成方法。

本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (30)

1.一种显示装置，其特征在于，包括：

衬底，位于所述衬底上的半导体开关阵列；

位于所述半导体开关阵列上的平面导光板，所述平面导光板包括透明介质层、位于透明介质层内的光路偏转微器件以及电连接器，所述电连接器与所述半导体开关阵列电连接；

位于所述平面导光板上的透射光阀阵列，所述透射光阀阵列具有多个呈阵列排布的透射光阀，所述电连接器还与所述透射光阀阵列电连接，所述半导体开关阵列通过所述电连接器控制所述透射光阀的开启、关闭；

所述光路偏转微器件将从平面导光板的侧面射入所述平面导光板内的光线偏转后射入所述透射光阀阵列，经所述透射光阀阵列后出射。

2.如权利要求1所述的显示装置，其特征在于，所述显示装置还包括光源装置，所述光源装置位于所述平面导光板的侧面；

所述光源装置包括光源和整形光学系统，所述光源发出的光线经所述整形光学系统后从所述平面导光板的侧面射入所述平面导光板内。

3.如权利要求2所述的显示装置，其特征在于，所述整形光学系统包括：透明基板以及位于所述透明基板内的微反射镜阵列，所述光源发出的光线经所述微反射镜阵列反射后射出所述透明基板，从平面导光板的侧面射入所述平面导光板内。

4.如权利要求1所述的显示装置，其特征在于，所述光路偏转微器件为微反射镜阵列，所述微反射镜阵列的反射面面向射入平面导光板内的光线，且所述反射面偏离该光线的角度范围为95度至175度。

5.如权利要求4所述的显示装置，其特征在于，射入所述平面导光板内的光线与所述平面导光板的上表面平行；

所述反射镜的垂直高度不超过透明介质层厚度的1/2，反射镜的厚度范围为：200纳米到2微米。

6.如权利要求3或4或5所述的显示装置，其特征在于，微反射镜阵列的材料为铝或铝的合金。

7.如权利要求1所述的显示装置，其特征在于，所述电连接器为插栓，所述插栓的底端与所述半导体开关阵列电连接，顶端与所述透射光阀阵列电连接。

8.如权利要求1所述的显示装置，其特征在于，所述透明介质层的材料为氧化硅或氮化硅。

9.如权利要求1所述的显示装置，其特征在于，所述透射光阀阵列包括：位于所述透明介质层上的底层透明基板、位于所述底层透明基板上的底层透明电极、液晶光阀层、顶层透明基板、位于所述顶层透明基板上的顶层透明电极，所述液晶光阀层位于所述顶层透明基板和底层透明基板之间，连接顶层透明电极至外部公共电极、连接底层透明电极并穿过底层透明基板的电连接柱；

所述透射光阀为液晶光阀层中的液晶；

所述连接柱与所述电连接器电连接。

10.如权利要求1所述的显示装置，其特征在于，所述透射光阀阵列包括固定光栅阵列、MEMS透射光阀阵列和透明的盖层；

所述固定光栅阵列位于所述透明介质层上，其包括多个呈阵列排布的固定光栅；

所述MEMS透射光阀阵列位于所述固定光栅阵列之上，其包括多个呈阵列排布的MEMS透射光阀，所述透射光阀为MEMS透射光阀，所述电连接器与所述MEMS透射光阀电连接；

所述透明的盖层位于所述MEMS透射光阀阵列之上。

11.如权利要求1所述的显示装置，其特征在于，还包括：彩色滤光阵列，位于所述透射光阀阵列上，用于对从所述透射光阀阵列出射的光线进行滤光。

12.一种投影装置，其特征在于，包括：权利要求1～11任一项所述的显示装置。

13.如权利要求12所述的投影装置，其特征在于，还包括：投射系统，位于所述透射光阀阵列出射光线一侧，接收从所述透射光阀阵列出射的光线，并会聚该光线成像。

14.一种近眼显示装置，其特征在于，包括：权利要求1～11任一项所述的显示装置。

15.一种形成显示装置的方法，其特征在于，包括：

提供衬底，在所述衬底上形成半导体开关阵列；

在所述半导体开关阵列上形成平面导光板，所述平面导光板包括透明介质层、位于所述透明介质层内的光路偏转微器件以及电连接器，所述电连接器与所述半导体开关阵列电连接；

在所述平面导光板上形成透射光阀阵列，所述透射光阀阵列具有多个透射光阀，所述电连接器还与所述透射光阀阵列电连接；

所述光路偏转微器件将从平面导光板的侧面射入所述平面导光板内的光线偏转后射入所述透射光阀阵列，经所述透射光阀阵列后出射。

16.如权利要求15所述的形成显示装置的方法，其特征在于，

在所述半导体开关阵列上形成平面导光板包括：

在所述半导体开关阵列上形成第一透明介质层；

图形化所述第一透明介质层，在所述第一透明介质层内形成凹槽阵列，所述凹槽阵列中每个凹槽具有底部和侧壁，所述侧壁偏离底部的角度范围为95度至175度；

在所述凹槽的侧壁形成反射镜，所述凹槽阵列中的反射镜构成微反射镜阵列，所述反射镜的垂直高度不超过第一透明介质层厚度的1/2，反射镜的厚度范围为：200纳米到2微米，所述微反射镜阵列作为光路微偏转器件；

图形化所述第一透明介质层，在所述第一透明介质层内形成通孔；

在所述通孔内填充导电材料形成插栓，所述插栓的底端和所述半导体开关阵列电连接，所述插栓作为电连接器。

17.如权利要求16所述的形成显示装置的方法，其特征在于，形成微反射镜阵列之后，图形化所述第一透明介质层，在所述第一透明介质层内形成通孔之前还包括：形成第二透明介质层，覆盖所述微反射镜阵列，所述透明介质层包括第一透明介质层和第二透明介质层。

18.如权利要求17所述的形成显示装置的方法，其特征在于，所述形成第二透明介质层，覆盖所述微反射镜阵列包括：

形成第二透明介质层，覆盖所述微反射镜阵列、第一透明介质层；

对所述第二透明介质层进行平坦化。

19.如权利要求18所述的形成显示装置的方法，其特征在于，所述平坦化的方法为化学机械抛光。

20.如权利要求15所述的形成显示装置的方法，其特征在于，还包括：在所述平面导光板的侧面设置光源装置；

所述光源装置包括光源和整形光学系统，所述光源发出的光线经所述整形光学系统后从所述平面导光板的侧面射入所述平面导光板内；

所述整形光学系统的形成方法包括：

提供透明基板；

图形化所述透明基板，在所述透明基板内形成凹槽阵列，所述透明基板内凹槽阵列的每个凹槽具有底部和侧壁；

在所述透明基板的凹槽阵列的侧壁形成微反射镜阵列，所述光源发出的光线经所述微反射镜阵列反射后射出所述透明基板，从平面导光板的侧面射入所述平面导光板内。

21.如权利要求16所述的形成显示装置的方法，其特征在于，所述图形化所述第一透明介质层，在所述第一透明介质层内形成凹槽阵列包括：

在所述第一透明介质层上形成光刻胶层；

图形化所述光刻胶层，在所述光刻胶层形成开口，所述开口的侧壁垂直于所述第一透明介质层的上表面；

以所述具有开口的光刻胶层为掩膜干法刻蚀所述第一透明介质层，在所述第一透明介质层形成凹槽阵列。

22.如权利要求16所述的形成显示装置的方法，其特征在于，所述图形化所述第一透明介质层，在所述第一透明介质层内形成凹槽阵列包括：

在所述第一透明介质层上形成光刻胶层；

图形化所述光刻胶层，在所述光刻胶层形成开口，所述开口的侧壁偏离所述第一透明介质层的上表面的角度范围为95度至175度；

以所述具有开口的光刻胶层为掩膜干法刻蚀所述第一透明介质层，在所述第一透明介质层形成凹槽阵列。

23.如权利要求17所述的形成显示装置的方法，其特征在于，所述第二透明介质层的材料选自氮化硅、含氧和硅的固态化合物其中之一或他们的任意组合，其形成方法为气相沉积。

24.如权利要求16或20所述的形成显示装置的方法，其特征在于，所述反射镜的材料为铝或铝的合金。

25.如权利要求16所述的形成显示装置的方法，其特征在于，所述通孔内填充的导电材料为铝、铜或钨。

26.如权利要求16所述的形成显示装置的方法，其特征在于，所述第一透明介质层的材料为氧化硅、含氧和硅的固态化合物其中之一或他们的任意组合；形成透明介质层的方法为气相沉积。

27.如权利要求15所述的形成显示装置的方法，其特征在于，还包括：在所述透射光阀阵列上形成彩色滤光阵列，用于对从所述透射光阀阵列出射的光线进行滤光。

28.一种形成投影装置的方法，其特征在于，包括：形成权利要求15～27任一项所述的显示装置。

29.如权利要求28所述的形成投影装置的方法，其特征在于，还包括：在所述透射光阀阵列出射光线一侧设置投射系统，接收从所述透射光阀阵列出射的光线，并会聚该光线成像。

30.一种形成近眼显示装置的方法，其特征在于，包括：形成权利要求15～27任一项所述的显示装置。

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