CN105911739A - 高反射硅基液晶面板 - Google Patents

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Abstract

一种高反射硅基液晶(LCOS)面板，其包括在基板上的像素电极，每一个像素电极具有第一反射率的顶表面。连续的反射涂层覆盖在像素电极和其间的基板表面上，形成多个具有涂层的像素电极，其具有超过第一反射率的增强的反射率。一种用于增加LCOS面板中的像素的反射率的方法，其包括沉积连续的反射涂层覆盖在(1)基板上的多个像素电极，和(2)多个像素间基板之上，及将层沉积在连续的反射涂层上。

Description

高反射硅基液晶面板
技术领域
本发明涉及硅基液晶(LCOS)显示器的制造，且特别是涉及具有增强的反射率的LCOS显示器。
背景技术
LCOS显示器用于消费类电子产品，如手持式投影仪和近眼显示器，并且还具有在光通信技术上的应用。LCOS显示器包括反射式LCOS面板，其包含形成在半导体晶圆上的像素阵列。
发明内容
在实施例中，高反射LCOS面板包括在基板上的像素电极，每一个像素电极具有第一反射率的顶表面。连续的反射涂层覆盖在像素电极和其间的基板表面，形成多个具有涂层的像素电极，其具有超过第一反射率的增强的反射率。
在另一个实施例中，高反射LCOS面板包括在基板上且具有第一反射率的顶表面的像素电极，在每一个像素电极上且具有在基板上方的第一高度的顶表面的反射涂层，及包括在相邻电极之间的基板区域上且具有等于第一高度的第二高度的抗反射涂层，该抗反射涂层和像素电极形成平坦的表面。其上具有反射涂层的像素电极具有超过第一反射率的增强的反射率。其上具有抗反射涂层的基板具有小于基板的反射率的减小的反射率。
在实施例中，用于增加LCOS面板的像素的反射率的方法包括：沉积连续的反射涂层覆盖在(1)基板上的多个像素电极，及(2)多个像素间的基板表面之上，并在连续的反射涂层上沉积层。
附图说明
图1是手持式图像投影仪的投射器组件内的反射LCOS面板的一个示例性使用的图。
图2是图1的投射器组件的详视图。
图3是现有技术的反射LCOS面板的透视图。
图4是图3的现有技术的反射LCOS面板的一部分的横截面图。
图5是实施例的示例性高反射LCOS面板的透视图。
图6是实施例的横截面图，其显示图5的高反射LCOS面板的具有像素间涂层的部分。
图7是实施例的示例性反射器的横截面图，该反射器是由高反射LCOS面板的像素电极上反射涂层所形成。
图8是权利要求7的实施例的反射器的光谱反射率曲线图。
图9是实施例的高反射LCOS面板的两个相邻像素之间的示范性低反射涂层的横截面图。
图10是实施例的图5的高反射LCOS面板的缺少像素间涂层的部分的横截面图。
图11是实施例的图5的高反射LCOS面板的在像素电极之间具有抗反射涂层的部分的横截面图。
图12是图11的高反射LCOS面板的实施例的详细横截面图。
图13是用于增加LCOS面板的像素的反射率的第一方法的实施例的流程图。
图14是用于增加LCOS面板的像素的反射率的第二方法的实施例的流程图。
具体实施方式
图1显示将图像160投射到屏幕150的手持式图像投影仪140，其投射器组件141内的反射LCOS面板100的一个示例性使用。反射LCOS面板100由照明器110照明。反射LCOS面板100可交替地用在不同的显示设备，诸如透视头戴式显示系统。
图2显示投射器组件141的详视图。照明器110向投射器组件141发射S偏振的输出光束290。在图2中，S偏振和p偏振分别是垂直于该图的平面的电场分量，及平行于该图的平面的电场分量。投影器组件141包括反射LCOS面板100、偏振分光器(PBS)的立方体254以及投影仪透镜256。
输出光束290入射在PBS立方体254上。PBS立方体254将输出光束290反射到反射LCOS面板100，其可空间上调制并反射输出光束290为p偏振光束298，p偏振光束298发送通过PBS立方体254而作为投影光束299由投影仪透镜256投射出。投影光束可以成像为图像160。
图像160的质量部分地取决于p偏振光束298的强度，其取决于反射LCOS面板100的反射率。反射LCOS面板100包括多个像素所形成的像素阵列226，每一个像素具有像素电极216，其反射率很大程度上决定了反射LCOS面板100的反射率，因此，决定了投影图像的质量。
图3是现有技术的反射LCOS面板300的透视图，其可替代投射器组件141中的LCOS面板100。现有技术的反射LCOS面板300包括半导体晶圆310上的盖玻璃340。液晶层330在盖玻璃340和半导体晶圆310之间。像素阵列226在液晶层330和半导体晶圆310之间。液晶层330的角部未显示出以显示下方的像素阵列226。半导体晶圆310包括控制像素阵列226的每一个像素的多个的接合垫387。
透明导电层338在邻近于液晶层330的盖玻璃340的表面上。为了清楚地说明，图3仅显示在盖玻璃340的突出区域329上的导电层338的部分。堤坝327包含液晶层330。透明导电层338被沉积在玻璃盖340上，且例如是由氧化铟钛(ITO)所形成。
图4是现有技术的反射LCOS面板300的部分的横截面图，其显示半导体晶圆310、像素阵列226、液晶层330、透明导电层338和盖玻璃340的一部分。像素阵列226的像素电极216(1-3)由像素之间的间隙206隔开。像素电极216通常由铝216形成，其具有折射率n，在λ0＝546纳米处n＝0.95+6.4i且当入射介质具有折射率n＝1.0时对应的正入射反射率RAL＝91％。
提高现有技术的反射LCOS面板300的像素电极216的反射率就可以提高投射器组件141所形成的图像160的质量。增加像素的反射率的现有方法包括在每一个像素电极216上沉积反射薄膜涂层。例如，Kuan等人的公开号US2008/0106677的美国专利案，其描述在每一个像素中的红、绿、及蓝等各个子像素的像素电极上的三种不同的反射层。这种方法的缺点是该方法需要对各种类型的子像素电极施加不同的反射涂层。例如，请参考图4，像素电极216(1)、216(2)和216(3)每一个都具有用来反射红、绿、蓝光之一的不同的窄带涂层。因为反射LCOS面板的像素电极的典型宽度小于10微米，故形成对准到像素电极216的不同的窄带反射膜的图案化阵列的过程并不简单。
在所有像素电极上形成跨电磁波谱的可见部分的单一的宽带反射涂层将是一个提高像素电极的反射率的更简单且更具成本效益的方法。在US2008/0106677专利案中，反射LCOS面板的颜色选择性来自反射红、绿、和蓝光之一的各子像素电极。相比之下，具有通用于所有的像素电极的宽带反射涂层的LCOS面板的颜色选择性不会使像素有不同颜色的反射率。相反地，不同颜色的反射率可以由一个如本领域已知的场序法来实现。
图5是高反射LCOS面板500的透视图，其可替代投射器组件141中的LCOS面板100。高反射LCOS面板500包括在半导体晶圆510上的盖玻璃540。液晶层530在盖玻璃540和半导体晶圆510之间。液晶层530的角部未显示出，以显示其下方的像素阵列526。像素阵列526包括多个各具有相应的像素电极516的像素，其在图5中未显示出。半导体晶圆510包括多个控制像素阵列526的每一个像素的接合垫587。
透明导电层538是在邻近于液晶层530的盖玻璃540的表面上。为了清楚地说明，图5仅显示在盖玻璃540的突出区域529上的透明导电层538的一部分。堤坝527包含液晶层530。半导体晶圆510、液晶层530、透明导电层538和盖玻璃540分别类似于图3的半导体晶圆310、液晶层330、透明导电层338及盖玻璃340。
图6是高反射LCOS面板600的一部分的横截面图。高反射LCOS面板600是高反射LCOS面板500的实施例，且包括半导体晶圆510、隔离层612、像素阵列526、反射涂层620、底对准层628、液晶层530、透明导电层538、顶对准层639和盖玻璃540。在某些实施例中，隔离层612可以由氮化硅形成，并包括阻光层614，阻光层可以由光学不透明材料如金属来形成。像素阵列526包括像素电极516(1-3)。像素阵列526的像素电极516(1-3)由像素间隙506分开。阻光层614可以完全地，或部分地由非金属材料形成而不脱离本发明的范围。
像素间涂层604是在每对相邻的像素电极516之间。每一个电极516可以由铝形成，并且具有宽度586和高度584。宽度586可以在5微米至10微米之间，例如6.4微米。距离693隔开阻光层614和像素间涂层604。电极516可以由铝以外的金属形成而不脱离本发明的范围。
图7是由像素电极516上的反射涂层720所形成的反射器700的横截面图。反射涂层720是反射涂层620的实施例，并包括八层701-708。层701、703、705和707是由二氧化硅(SiO2)构成。层702、704、706和708由二氧化钛(TiO2)构成。图8是高反射LCOS面板600中的反射器700的仿真的光谱反射率曲线图，其中层701-708的厚度分别为80.32纳米、54.07纳米、92.80纳米、54.25纳米、92.83纳米、42.74纳米、6.17纳米和60.13纳米。模拟是以具有折射率n＝1.0的盖玻璃540上的入射介质来计算。在425和675纳米之间，反射器700具有超过98％的平均反射率，这比现有技术的LCOS面板300内的未具涂层的铝的像素电极216的反射率RAL高7个百分点。
反射涂层720可以是多于或少于七个层的多层涂层而不脱离本发明的范围。至少一层的反射涂层720可以由二氧化硅和二氧化钛之外的其他材料来形成而不脱离本发明的范围。
请参考图6，并沿着其中的轴691，像素间涂层604是在隔离层612和反射涂层620的层701之间。在高反射LCOS面板500的实施例中，像素间涂层604的材料相同于层701的材料。例如，像素间涂层604和层701都是二氧化硅。
高反射LCOS面板600包括隔离层612和底对准层628之间的像素间区域695和相邻的像素电极516之间的像素间基板表面694。在图6中，像素间基板表面694是隔离层612的表面。在没有像素间涂层604和反射涂层620的情况下，像素间区域695的间隙反射率Rg0是由隔离层612的折射率，距离693，和阻光层614的折射率所确定。在像素间涂层604和反射层620存在的情况下，像素间区域695可以具有超过间隙反射率Rg0的间隙反射率Rg1。
反射LCOS面板产生的图像的质量，部分地取决于其具有的低的间隙反射率，也被称为“泄漏”，如高的间隙反射率会减小图像的对比。例如，当LCOS面板600以投射器组件141工作时，像素阵列526内的相邻的像素群组可以被指示显示黑色，使得像素群组不会反射照明器110入射到其上的光。然而，LCOS面板500在对应于像素群组的区域显示黑色的能力，可被与像素群组的像素之间的像素间区域695相关联的间隙反射率所限制，其不管相邻的像素接收到什么信号都会反射来自照明器110的光。
在后面的高反射LCOS面板600的实施例中，像素间区域695会因减少间隙反射率Rg1的方法的不同而有不同的结果。
在高反射LCOS面板600的第一个的实施例中，像素间涂层604是可见波长的吸收材料。例如，像素间涂层604可以由硅形成，其在λ0＝546纳米处具有折射率n＝4.1±0.043i，且在入射介质具有折射率n＝1.0时具有R＝37％的相应的正入射反射率。
在高反射LCOS面板600的第二个实施例中，像素间涂层604是多层涂层，用来在置于隔离层612和反射涂层620之间时，使可见光的反射率最小化。例如，图9是高反射LCOS面板600的在两个相邻的像素电极516之间的低反射涂层900的横截面图。低反射涂层900包括像素间涂层604和反射涂层620，并占据像素间区域695。像素间涂层604可以具有等于像素电极516的高度584的高度984。在这样的情况下，反射涂层620具有跨像素阵列526的平坦的顶表面921，且底对准层628可以被形成在平坦的表面上。为了说明清楚，图9不包括底对准层628、液晶层530、顶对准层639和盖玻璃540。
如图9所示，低反射器950包括阻光层614、隔离层612、像素间涂层604和反射涂层620。低反射器950具有的反射率R950小于其上具有隔离层612的阻光层614的反射率。低反射器950具有低的反射率，是因当阻光层614、隔离层612和反射涂层620在给定的预定属性(例如厚度和折射率)的情形下，像素间涂层604被优化，使低反射涂层900的反射率最小化，这些在优化过程中都被锁定。像素间涂层604可以使用市售的薄膜涂层设计软件诸如EssentialMacleod来设计。
图10是高反射LCOS面板1000的横截面图，LCOS面板1000相当于没有像素间涂层604但具有直接沉积在像素间基板表面694的涂层1020的高反射LCOS面板600。涂层1020类似反射涂层620。在图10中，显示涂层1020对像素电极516的表面的保形的程度，其是被用来说明涂层1020不必是完全保形，而并非意在表示较佳的或实际的保形的程度。
涂层1020可以是多层涂层，它们共同被优化以便在像素电极516(第一基板)上时使反射率最大化，而在隔离层612和阻光层614(第2基板)上时使反射率最小化。
图11是高反射LCOS面板1100的一部分的横截面图。高反射LCOS面板1100是高反射LCOS面板500的实施例，其除了像素间区域1195外，类似于高反射LCOS面板600。在高反射LCOS面板1100中，反射涂层620在每一个像素电极516之上，而不跨越像素间区域1195，如图11所示。高反射LCOS面板1100的抗反射涂层1104位在相邻的像素电极516之间并具有高度1110。抗反射涂层1104可使用本领域已知的薄膜设计工具来设计。抗反射涂层1104可以是多层涂层，被设计用来使入射到LCOS面板1100的可见光的反射率最小化。抗反射涂层1104可以被优化，使以单一的入射角，例如垂直入射，或者为一范围的入射角，到达其上的可见光的反射率最小化。
图12是高反射LCOS面板1100的横截面图，其更详细地显示抗反射涂层1104和两个相邻的像素电极516。为了说明清楚，图12不包括底对准层628，液晶层530，顶对准层639，及盖玻璃540。抗反射涂层1104占据像素间区域1195，并具有顶表面1101。在一个实施例中，高度1110可等于像素电极516的高度584和反射涂层620的高度685的总和，使得顶表面921和1101共平面。在这样的情况下，底对准层628可被形成在包括顶表面921和1101的平坦的表面上。在一个实施例中，反射涂层620相同于反射涂层720，如图7所示。
高反射LCOS面板1100可以经由本领域已知的光刻和薄膜沉积过程来修改高反射LCOS面板600而形成。例如，高反射LCOS面板600的低反射涂层900，如图9所示，可以被去除而用高反射LCOS面板1100的抗反射涂层1104来代替，如图12所示。可替换地，高反射LCOS面板1100可以在沉积反射涂层620之前经由沉积抗反射涂层1104来形成。
图13是流程图，其说明用于提高LCOS面板的像素的反射率的示范性方法1300。LCOS面板包括基板上的多个像素电极和各个相邻像素电极之间的多个像素间基板表面。
步骤1302是选择性的。在选择性的步骤1302中，方法1300在每一个像素间基板表面和其上的反射涂层之间形成具有等于像素电极的高度的像素间涂层。像素间涂层和其上的反射涂层形成低反射涂层。其上具有低反射涂层的基板具有小于基板的反射率的减小的反射率。在步骤1302的例子中，像素间涂层604被形成在每一个像素间基板表面694和反射涂层620之间。像素间涂层604和其上的反射涂层620形成低反射涂层900。像素间涂层604可经由本领域已知的薄膜沉积和光刻技术来限制于图9中所示的区域。
在步骤1304中，方法1300沉积连续的反射涂层覆盖在(1)基板上的多个像素电极，及(2)多个像素间基板表面之上。连续的反射涂层可以是多层薄膜涂层，并由本领域中已知的方法来沉积。在步骤1304的例子中，反射涂层620被沉积在像素电极516和像素间基板表面694之上，如图6和9所示。
在步骤1306中，方法1300直接在连续的反射涂层上沉积各层。在步骤1306的例子中，底对准层628上被沉积在反射涂层620上。
图14是流程图，其说明用于提高LCOS面板的像素的反射率的示范性方法1400。在步骤1410中，方法1400在基板上的多个像素电极的每一个上方形成反射涂层。在步骤1410的一个例子中，反射涂层620被形成在隔离层612上的每一个像素电极516上，如图11所示。
在步骤1420中，方法1400在相邻像素之间的基板表面上形成抗反射涂层。在步骤1420的一个例子中，抗反射涂层1104被形成在像素间的基板表面694上。
方法1400产生在像素电极516上方的反射涂层620和在像素间基板表面上方的抗反射涂层1104的图案。这种图案可经由本领域已知的薄膜沉积和光刻技术来形成。
特征的组合：
如上所述的特性以及如下面所述的权利要求可以以各种方式组合，而不脱离本发明的范围。以下的例子说明一些可能的，非限制性的组合：
(A1)，一种高反射LCOS面板可以包括基板上的像素电极及连续的反射涂层，各个像素电极具有第一反射率的顶表面，连续的反射涂层覆盖在像素电极和其间的基板表面上而形成多个具有涂层的像素电极，其具有超过第一反射率的增强的反射率。
(A2)，如(A1)所述的高反射LCOS面板，其中，每一个顶表面可以具有在基板上方的第一高度，并在相邻像素电极之间的基板区域上另包括基板之间的像素间涂层和连续的反射涂层，像素间涂层可以具有等于第一高度的第二高度，使得像素间涂层和像素电极形成平坦的表面。
(A3)，如(A1)和(A2)所述的高反射LCOS面板的至少一个，其中，像素间涂层和其上的连续的反射涂层可以形成在基板上的低反射涂层，基板和低反射涂层共同具有小于基板的反射率的减小的反射率。
(A4)，如(A3)所述的高反射LCOS面板，其中，像素间涂层可包括(1)多个层和(2)吸收材料的至少一种。
(A5)，如(A1)至(A4)所述的高反射LCOS面板的任何一个，其中，增强的反射率在425纳米和675纳米之间的所有波长可以超过第一反射率。
(A6)，如(A1)至(A5)所述的高反射LCOS面板的任何一个，其中，连续的反射涂层可以是多层涂层。
(A7)，如(A1)至(A6)所述的高反射LCOS面板的任何一个，其中，在连续的反射涂层的顶表面上可进一步包括底对准层。
(B1)，高反射LCOS面板可以包括在基板上且具有第一反射率的顶表面的像素电极，在各个像素电极上且具有在基板上方第一高度的顶表面的反射涂层，及在相邻电极间的基板区域上且具有等于第一高度的第二高度的抗反射涂层，抗反射涂层和像素电极形成平坦的表面。其上具有反射涂层的像素电极可具有超过第一反射率的增强的反射率。其上具有抗反射涂层的基板可以具有小于基板的反射率的减小的反射率。
(B2)，如(B1)所述的高反射LCOS面板，其中，抗反射涂层可包括(1)多个层和(2)吸收材料的至少一种。
(B3)，如(B1)和(B2)所述的高反射LCOS面板的至少一个，其中，反射涂层可以是多层涂层。
(B4)，如(B1)至(B3)所述的高反射LCOS面板的任何一个，其中，在反射涂层的顶表面上还可以包括底对准层。
(B5)，如(B1)至(B4)所述的高反射LCOS面板的任何一个，其中，增强的反射率在425纳米和675纳米之间的所有波长可超过第一反射率。
(C)，一种用于增加LCOS面板中像素的方法可以包括沉积连续的反射涂层覆盖在(1)基板上的多个像素电极，和(2)多个像素间基板表面之上。该方法还可以包括将层沉积在连续的反射涂层上。
(C2)，如(C1)所述的方法，其中，层可以是对准层。
(C3)，如(C1)和(C2)所述的方法的至少一个，其中，在沉积连续的反射涂层的步骤之前，还可以包括在每一个像素间基板表面和其上的连续的反射涂层之间形成具有高度等于像素电极的高度的像素间涂层。像素间涂层和其上的反射涂层可以在像素间基板表面上形成低反射涂层，其上具有低反射涂层的基板具有小于基板的反射率的减小的反射率。
(C4)，如(C1)至(C3)所述的方法的任何一个，其中，可以进一步包括除去相邻的像素电极之间的连续的反射涂层和形成相邻的像素电极之间的抗反射涂层的步骤。
(C5)，如(C4)所述的方法，其中，连续的反射涂层可以具有在基板上方的第一高度的顶表面，而抗反射涂层可以具有在基板上方的等于第一高度的第二高度的顶表面。
在不脱离本发明的范围的情况下，上述的方法和系统可以作出改变。因此应当指出的是，包含在上述的说明或显示在附图中的事项应当被解释为说明性的而不是限制性的。下面的权利要求旨在涵盖本文中所描述的所有一般的和特别的特征，以及本发明的方法和系统的所有陈述，其中，只是因为语言的关系，它们可以说都落入其间的范围。

Claims (17)

1.一种高反射硅基液晶LCOS面板，其包括：
在基板上的像素电极，每一像素电极设有具有第一反射率的顶表面；以及
覆盖在所述像素电极和其间的基板表面上的连续的反射涂层，形成多个具有涂层的像素电极，其具有超过所述第一反射率的增强反射率。
2.如权利要求1所述的高反射LCOS面板，其中每一顶表面位于在所述基板上方的第一高度处并进一步包括在相邻的像素电极之间的基板区域上，在所述基板和所述连续的反射涂层之间的像素间涂层，所述像素间涂层具有等于所述第一高度的第二高度，使得所述像素间涂层和像素电极形成平坦表面。
3.如权利要求2所述的高反射LCOS面板，其中所述像素间涂层和在其上的所述连续的反射涂层形成在所述基板上的低反射涂层，所述基板和所述低反射涂层共同具有小于所述基板的反射率的减小反射率。
4.如权利要求2所述的高反射LCOS面板，其中所述像素间涂层包括(1)多个层和(2)吸收材料中的至少一种。
5.如权利要求1所述的高反射LCOS面板，其中所述增强反射率在425纳米和675纳米之间的所有波长超过所述第一反射率。
6.如权利要求1所述的高反射LCOS面板，其中所述连续的反射涂层是多层涂层。
7.如权利要求1所述的高反射LCOS面板，其中还包括在所述连续的反射涂层的顶表面上的底对准层。
8.一种高反射硅基液晶LCOS面板，其包括：
在基板上且设有具有第一反射率的顶表面的像素电极；
在每一像素电极上且具有在所述基板上方位于第一高度的顶表面的反射涂层；和
在相邻电极之间的基板区域上且具有等于所述第一高度的第二高度的抗反射涂层，所述抗反射涂层和像素电极形成平坦表面；
所述像素电极于其上具有所述反射涂层，其具有超过所述第一反射率的增强反射率；
所述基板于其上具有所述抗反射涂层，其具有小于所述基板的反射率的减小反射率。
9.如权利要求8所述的高反射LCOS面板，其中所述抗反射涂层包括(1)多个层和(2)吸收材料中的至少一种。
10.如权利要求8所述的高反射LCOS面板，其中所述反射涂层是多层涂层。
11.如权利要求8所述的高反射LCOS面板，其中还包括在所述反射涂层的顶表面上的底对准层。
12.如权利要求8所述的高反射LCOS面板，其中所述增强反射率在425纳米和675纳米之间的所有波长超过所述第一反射率。
13.一种用于增加硅基液晶LCOS面板中像素的反射率的方法，其包括：
沉积连续的反射涂层，其覆盖在(1)多个在基板上的像素电极，以及(2)多个像素间的基板表面两者上；和
将层沉积在所述连续的反射涂层上。
14.如权利要求13所述的方法，其中所述层是对准层。
15.如权利要求13所述的方法，其中在所述沉积所述连续的反射涂层的步骤前还包括：
在每一像素间的基板表面和其上的所述连续的反射涂层之间，形成具有等于像素电极的高度的像素间涂层，所述像素间涂层和其上的所述反射涂层形成在所述像素间的基板表面上的低反射涂层，所述基板于其上设有所述低反射涂层，于其上设有所述低反射涂层的所述基板具有小于所述基板的反射率的减小反射率。
16.如权利要求13所述的方法，其中，还包括
除去相邻的像素电极之间的所述连续的反射涂层的部分；和
形成在相邻的像素电极之间的抗反射涂层。
17.如权利要求16所述的方法，其中所述连续的反射涂层具有在所述基板上方位于第一高度的顶表面，抗反射涂层具有在所述基板上方位于等于所述第一高度的第二高度的顶表面。
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