CN1920623A - 反射式单晶硅液晶面板以及使用此液晶面板的投影装置 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种反射式单晶硅液晶(LCOS)面板，其包括一硅基板、一吸收层、一彩色镜(color mirror)、一透明基板以及一液晶层。此硅基板上已配置有一像素阵列。吸收层是配置于像素阵列上。彩色镜是配置于吸收层上，其中此彩色镜会将至少一特定波长范围的光反射，而未被彩色镜反射的光会被吸收层吸收。透明基板配置于硅基板的对向，且透明基板上包括配置有一透明电极。液晶层配置在位于硅基板上的彩色镜与透明电极之间。本发明的反射式单晶硅液晶面板具有高反射率。

Description

反射式单晶硅液晶面板以及使用此液晶面板的投影装置

技术领域

本发明涉及一种液晶面板及显示装置，尤其涉及一种反射式单晶硅液晶面板(loquid 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幕为30寸以下的产品。而对于30寸至60寸左右的显示器，原本以等离子体显示器(Plasma DisplayPanel，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，例如说，反射式投影显示装置(reflective projection displayapparatus)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％)、高解析度(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。

而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面板之间使用分色镜(dichroic mirror)将白光分成红光、绿光以及蓝光三道光束，再分别经由三个LCOS面板的调变以搭载影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影像。但是，分色镜的使用会导致成本的提高，而且光路设计也较为不易。另外，一般反射式LCOS面板是利用形成在硅基底上的金属铝来作为反射层，而此种以金属铝作为反射层的反射式LCOS面板的反射率有限，因而使得投影装置的亮度与对比受到相当的限制。

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，其具有极佳的反射率。

本发明的再一目的是提供一种显影装置，其具有高亮度以及高对比的性质。

本发明提出一种反射式单晶硅液晶(LCOS)面板，其包括一硅基板、一吸收层、一彩色镜(color mirror)、一透明基板以及一液晶层。此硅基板上已配置有一像素阵列。吸收层是配置于像素阵列上，彩色镜是配置于吸收层上，其中此彩色镜会将至少一特定波长范围的光反射，而未被彩色镜反射的光会被吸收层吸收。透明基板是配置于硅基板的对向，且透明基板上包括配置有一透明电极。液晶层是配置在位于硅基板上的彩色镜与透明基板上的透明电极之间。

依照本发明的一优选实施例，上述的吸收层包括一黑色吸光材质，其例如是一金属层。在一优选实施例中，此吸收层的材质包括氮化钛、钨、铬或钼。

依照本发明的一优选实施例，上述的彩色镜是一多层结构。在一实施例中，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。而多层结构的各层的材质例如是选自氧化钽、氧化钛或氧化硅。

依照本发明的一优选实施例，上述彩色镜会反射红光(red)、蓝光(blue)、绿光(green)、青绿光(cyan)、黄光(yellow)及橘红光(magenta)其中一种色光。

依照本发明的一优选实施例，上述彩色镜包括两种彩色反射结构，因而会反射红光、蓝光、绿光、青绿光、黄光及橘红光其中两种色光。

依照本发明的一优选实施例，上述彩色镜包括三种彩色反射结构，因而会反射红光、蓝光、绿光、青绿光、黄光及橘红光其中三种色光。

依照本发明的一优选实施例，上述彩色镜包括四种或以上彩色反射结构，因而会反射红光、蓝光、绿光、青绿光、黄光及橘红光其中四种或以上的色光。

依照本发明的一优选实施例，上述彩色镜会反射红外光。

依照本发明的一优选实施例，上述像素阵列包括多个有源元件以及与有源元件电性连接的多个像素电极。

本发明还提出一种投影装置，其包括一光源系统、至少一偏极化分光装置以及至少一反射式单晶硅液晶面板。光源系统用以提供一白光光束。至少一偏极化分光装置是配置于白光光束的传递路径上。至少一反射式单晶硅液晶面板即是如上所述的反射式单晶硅液晶面板，且此反射式单晶硅液晶面板是配置于偏极化分光装置之后的白光光束传递路径上。

依照本发明的一优选实施例，上述的至少一反射式单晶硅液晶面板为单一片反射式单晶硅液晶面板。

依照本发明的一优选实施例，上述的至少一反射式单晶硅液晶面板包括二片反射式单晶硅液晶面板。

依照本发明的一优选实施例，上述的至少一反射式单晶硅液晶面板包括三片反射式单晶硅液晶面板。

依照本发明的一优选实施例，上述的至少一反射式单晶硅液晶面板包括四片或四片以上反射式单晶硅液晶面板。

依照本发明的一优选实施例，上述的光源系统包括一光源以及至少一光学膜片。光源例如是一弧光灯(arc lamp)、一超高效能(ultra-highperformance，UHP)灯、一卤素灯(halogen lamp)或一金属卤化物灯(metalhalide lamp)。

本发明因于反射式单晶硅液晶面板内所设置的彩色镜可以使特定波长的光可以反射出并且使未被反射的光被吸收，因此可以使反射式单晶硅液晶面板的反射率大幅提升。而若是将此种反射式单晶硅液晶面板应用于投影设备中，不但不需使用分光镜且能够提高显示亮度与对比度。

为让本发明的上述和其他目的、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为依照本发明一优选实施例的反射式单晶硅液晶面板的剖面示意图；

图2A为依照本发明一实施例的彩色镜的上视图；

图2B为依照本发明另一实施例的彩色镜的上视图；

图2C为依照本发明又一实施例的彩色镜的上视图；

图3为依照本发明的优选实施例的单片式液晶面板的投影设备的示意图；

图4为依照本发明的优选实施例的双片式液晶面板的投影设备的示意图；

图5为依照本发明的优选实施例的三片式液晶面板的投影设备的示意图。

主要元件符号说明

100、100a、100b、100c：反射式单晶硅液晶面板

102：硅基板

101：像素阵列

106：吸收层

108：彩色镜

108a：黑矩阵

110、118：配向膜

112：液晶层

114：透明基板

116：透明电极

120、120a、120b：光线

130：像素单元

300、400、500：投影设备

301：光源系统

302：光源

304：光学膜片

306、306a、306b、306c：偏极化分光装置

308：投影镜头

310、312：反射镜

314、316：分光镜

318：合光模块

具体实施方式

图1为依照本发明一优选实施例的反射式单晶硅液晶面板的剖面示意图。如图1所示，反射式单晶硅液晶面板100包括硅基板102、像素阵列101、吸收层106、彩色镜108、液晶层112以及透明基板114。像素阵列101配置于硅基板102上，吸收层106配置于像素阵列101上，而彩色镜108配置于吸收层106上。透明基板114位于硅基板102的对向，且透明基板114上包括配置有一透明电极116，透明电极116的材质例如是氧化铟锡或是氧化铟锌。而液晶层112则是配置于透明基板114上的透明电极116以及硅基板102上的彩色镜108之间。在一优选实施例中，此反射式单晶硅液晶面板100还包括配向膜110、118，其分别是位于彩色镜108与液晶层112之间以及透明电极116与液晶层112之间。

在一优选实施例中，硅基板102上已形成有多个有源元件(未绘示出)，其是利用次微米半导体工艺技术所形成。另外，在硅基板102上配置有与有源元件电性连接的多个像素电极104，像素电极104的材质例如是金属铝。而每一有源元件与每一像素电极104则构成一像素单元130，而这些像素单元130则构成所谓的像素阵列101。此外，配置于硅基板102的对向侧的透明基板114例如是一玻璃基板。此外，位于透明基板114以及硅基板102之间的液晶层112可以是任何已知且适用于反射式单晶硅液晶面板的液晶材料。

特别是，吸收层106会覆盖住像素电极104，且彩色镜108配置于吸收层106上。而且此彩色镜108会将至少一特定波长范围的光反射，而未被彩色镜108反射的光会被位于底下的吸收层106吸收。换言之，当光线120进入彩色镜108之后，特定波长的光120a会被彩色镜108反射出，而其他未被反射的光120b就会被吸收层106吸收。在一实施例中，彩色镜108会对应各像素单元130的像素电极104配置，且在像素单元130的彩色镜108之间还包括配置有一黑矩阵(black matrix)108a。吸收层106包括一黑色吸光材质，其例如是一金属层。在一优选实施例中，此金属层的材质包括氮化钛、钨、铬或钼。另外，彩色镜108例如是一多层结构。在一实施例中，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叠。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108能够反射出特定波长的光(例如是红光、蓝光、绿光、青绿光、黄光或橘红光)，而其他未被反射的光则会穿透彩色镜108到达底下的吸收层106。在一优选实施例中，上述的多层结构的各层的材质是选自氧化钽、氧化钛或氧化硅。在本实施例中，因彩色镜108是由无机材质的多层结构所构成，其具有耐高能量光源照射的优点。

此彩色镜108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色光。如图2A所示，其为彩色镜108的上视图。在一实施例中，每一像素单元130上的彩色镜108皆为反射红光(R)。当然，其也可以设计成每一像素单元130上的彩色镜108皆为反射绿光、蓝光、青绿光、黄光或是橘红光(未绘示出)。

在另一实施例中，此彩色镜108包括两种彩色反射结构，因而其可以反射红光、蓝光、绿光、青绿光、黄光或是橘红光其中两种色光。例如，如图2B所示，可反射绿光(G)以及蓝光(B)的两种彩色反射结构对应像素单元130而交错排列。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，此彩色镜108包括三种彩色反射结构，因而其可反射红光、蓝光、绿光、青绿光、黄光与橘红光其中三种色光。例如，如图2C所示，其可反射红光(R)、绿光(G)以及蓝光(B)，且此三种彩色反射结构在第一列是以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。本发明也不限制其排列方式。

依据其他实施例，本发明的彩色镜108也可以设计成可反射红外光。或者是，可将彩色镜108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(未绘示出)。

本发明的反射式单晶硅液晶面板是采用彩色镜来反射出所想要的色光，并且透过吸收层将未被反射的光线吸收，此种反射式单晶硅液晶面板具有极佳的反射率。也就是说，本发明的反射式单晶硅液晶面板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较佳的反射率。

而本发明的反射式单晶硅液晶面板可以应用于单片式液晶面板的投影设备、双片式液晶面板的投影设备、三片式液晶面板的投影设备、四片或更多片液晶面板的投影设备，其详细说明如下。

图3为依照本发明的优选实施例的一种单片式液晶面板的投影设备的示意图。请参照图3，此投影设备300包括一光源系统301、一偏极化分光装置306以及一反射式单晶硅液晶面板100。在一优选实施例中，此投影设备300还包括一投影透镜308。

光源系统301用以提供一白光光束W1。光源系统301包括一光源302以及至少一光学膜片304。光源301例如是一弧光灯(arc lamp)、一超高效能(ultra-high performance，UHP)灯、一卤素灯(halogen lamp)或一金属卤化物灯(metal halide lamp)。光学膜片304包括PS偏振转换器、滤除紫外光或/及红外光的滤光片、积光片、聚光镜或其组合等等。

偏极化分光装置306配置于白光光束W1的传递路径上。反射式单晶硅液晶面板100配置于通过偏极化分光装置306之后的白光光束W2的传递路径上。而此反射式单晶硅液晶面板100即是图1所示的液晶面板，且此反射式单晶硅液晶面板100内的彩色镜可反射红光R、蓝光B、绿光G、青绿光C、黄光Y及橘红光M其中三种色光，在此是以R、G、B三种色光为例来说明。换言之，用于单晶硅液晶面板100内的彩色镜具有三种彩色反射结构(如图2C所示)。

当光源系统301所提供的白光光束W1射至偏极化分光装置306之后，白光光束W1的P偏振或S偏振会被偏极化分光装置306反射而成白光光束W2。接着，当白光光束W2射入反射式单晶硅液晶面板100之后，将会反射出红、绿、蓝(R、G、B)光束。之后红、绿、蓝光(R、G、B)会再经由偏极化分光装置306而反射至投影镜头308，而投影至一荧幕(未绘示)上，以于荧幕上显示出影像。

图4为依照本发明的优选实施例的一种两片式液晶面板的投影设备的示意图。请参照图4，此投影设备400包括一光源系统301、一偏极化分光装置306以及两片反射式单晶硅液晶面板100a、100b。在一优选实施例中，此投影设备400还包括一投影透镜308。

此两片式液晶面板的投影设备400中与上述单片式液晶面板的投影设备300相同或相似的组成构件以相同的标号表示，且在此不再赘述。在此两片式液晶面板的投影设备400中，在偏极化分光装置306其中两侧分别配置有反射式单晶硅液晶面板100a、100b。在一优选实施例中，反射式单晶硅液晶面板100a会反射出一种色光，其例如是红光(R)，因此单晶硅液晶面板100a的彩色镜的上视图如图2A所示。而反射式单晶硅液晶面板100b会反射出两种色光，其例如是绿光(G)以及蓝光(B)，因此单晶硅液晶面板100b的彩色镜的上视图如图2B所示。当然，也可以设计成反射式单晶硅液晶面板100a会反射出其他种色光，且反射式单晶硅液晶面板100b会反射出另外两种色光。

在此，是以反射式单晶硅液晶面板100a会反射出红光(R)，而反射式单晶硅液晶面板100b会反射出绿光(G)以及蓝光(B)为例来作详细说明。当光源系统301所提供的白光光束W1射至偏极化分光装置306之后，白光光束W1的P偏振或S偏振会穿透偏极化分光装置306而成白光光束W2。白光光束W1的S偏振或P偏振会被偏极化分光装置306反射而成白光光束W3。接着，当白光光束W2射入反射式单晶硅液晶面板100a之后，将会反射出红光光束(R)。而且红光光束(R)将会经由偏极化分光装置306而反射至投影镜头308。另外，白光光束W3射入反射式单晶硅液晶面板100b之后，将会反射出绿、蓝(G、B)光束。之后，绿、蓝光(G、B)会穿透偏极化分光装置306而射入投影镜头308。如此，红、绿、蓝光(R、G、B)会经由投影镜头308而投影至一荧幕(未绘示)上，以于荧幕上显示出影像。

图5为依照本发明的优选实施例的一种三片式液晶面板的投影设备的示意图。请参照图5，此投影设备500包括一光源系统301、偏极化分光装置306a、306b、306c以及三片反射式单晶硅液晶面板100a、100b、100c。在一优选实施例中，此投影设备500还包括反射镜310、312、分光镜314、316、一合光模块318以及一投影透镜308。同样的，此投影设备500中与先前单片式投影设备相同的构件以相同的标号表示，且在此不再赘述。

在一实施例中，此三片式液晶面板的投影设备500所使用的反射式单晶硅液晶面板100a、100b、100c分别可反射出单一种色光，在此是以红、绿、蓝(R、G、B)光束为例来说明，因此各反射式单晶硅液晶面板100a、100b、100c的彩色镜为单一彩色反射结构(例如是图2A所示)。

而光源系统301所产生的白光光束W1首先会经由反射镜310而改变其行进方向。藉由分光镜314可使白光光束W1分成反射的白光W2以及穿透的白光W3。

在白光W3方面，会先经由反射镜312而改变其行进方向。之后，白光W3会射入偏极化分光装置306c。然后，白光W3的P偏振或S偏振会经由偏极化分光装置306c反射而传递到反射式单晶硅液晶面板100c。紧接着，反射式单晶硅液晶面板100c会反射出蓝光(B)，且蓝光B会穿透偏极化分光装置306c。

在白光W2方面，会经由分光镜316而再分成穿透与反射的白光W4、W5。白光W4会通过分光镜316并传递至偏极化分光装置306a。然后，白光W4的P偏振或S偏振会经由偏极化分光装置306a反射而传递到反射式单晶硅液晶面板100a。紧接着，反射式单晶硅液晶面板100a会反射出红光(R)，且红光R会穿透偏极化分光装置306a。类似地，白光W5会被分光镜316反射至偏极化分光装置306b。然后，白光W5的P偏振或S偏振会经由偏极化分光装置306b反射而传递到反射式单晶硅液晶面板100b。紧接着，反射式单晶硅液晶面板100b会反射出绿光G，且绿光G会穿透偏极化分光装置306b。

最后，红光R、绿光G及蓝光B会入射至合光模块318。合光模块318例如至少包括一双向棱镜。红光R、绿光G及蓝光B在经过合光后即可藉由投影镜头308而投影在一荧幕(未绘示)上，以于荧幕上显示出影像。

由以上可知，本发明的反射式单晶硅液晶面板可以应用于单片式、双片式或是三片式液晶面板的投影设备。当然，也可以应用至四片或四片以上液晶面板的投影设备。特别是，由于本发明的反射式单晶硅液晶面板具有高反射率，因此将其应用于投影设备中可以提高其亮度与对比度。而且，因本发明的投影设备不需使用分色镜，因此可以降低制造成本及使投影设备中光路设计简化。

特别是，若是将本发明的反射式单晶硅液晶面板应用于单片式或双片式液晶面板的投影设备，还具有可缩小投影设备的光机体积以及可以再简化投影设备光路设计的优点。

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，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的前提下，可作些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视所附权利要求所界定者为准。

Claims (20)

1.一种反射式单晶硅液晶面板，包括：

一硅基板，其中该硅基板上包括配置有一像素阵列；

一吸收层，配置于该像素阵列上；

一彩色镜，配置于该吸收层上，其中该彩色镜会将至少一特定波长范围的光反射，而未被该彩色镜反射的光会被该吸收层吸收；

一透明基板，配置于该硅基板的对向，且该透明基板上包括配置有一透明电极；以及

一液晶层，配置在位于该彩色镜与该透明电极之间。

2.如权利要求1所述的反射式单晶硅液晶面板，其中该吸收层包括一黑色吸光材质。

3.如权利要求2所述的反射式单晶硅液晶面板，其中该黑色吸光材质包括一金属层。

4.如权利要求3所述的反射式单晶硅液晶面板，其中该金属层的材质包括氮化钛、钨、铬或钼。

5.如权利要求1所述的反射式单晶硅液晶面板，其中该彩色镜是一多层结构。

6.如权利要求5所述的反射式单晶硅液晶面板，其中该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。

7.如权利要求5所述的反射式单晶硅液晶面板，其中该多层结构的各层的材质是选自氧化钽、氧化钛或氧化硅。

8.如权利要求1所述的反射式单晶硅液晶面板，其中该彩色镜会反射红光、蓝光、绿光、青绿光、黄光及橘红光其中一种色光。

9.如权利要求1所述的反射式单晶硅液晶面板，其中该彩色镜包括两种彩色反射结构，因而会反射红光、蓝光、绿光、青绿光、黄光及橘红光其中两种色光。

10.如权利要求1所述的反射式单晶硅液晶面板，其中该彩色镜包括三种彩色反射结构，因而会反射红光、蓝光、绿光、青绿光、黄光及橘红光其中三种色光。

11.如权利要求1所述的反射式单晶硅液晶面板，其中该彩色镜包括四种或以上的彩色反射结构，因而会反射红光、蓝光、绿光、青绿光、黄光及橘红光其中四种或以上的色光。

12.如权利要求1所述的反射式单晶硅液晶面板，其中该彩色镜会反射红外光。

13.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与该些有源元件电性连接的多个像素电极。

14.一种投影装置，包括：

一光源系统，其用以提供一白光光束；

至少一偏极化分光装置，其配置于该白光光束的传递路径上；以及

至少一反射式单晶硅液晶面板，其是如权利要求1所述，且该反射式单晶硅液晶面板配置于该偏极化分光装置之后的该白光光束传递路径上。

15.如权利要求14所述的投影装置，其中该至少一反射式单晶硅液晶面板为单一片反射式单晶硅液晶面板。

16.如权利要求14所述的投影装置，其中该至少一反射式单晶硅液晶面板包括二片反射式单晶硅液晶面板。

17.如权利要求14所述的投影装置，其中该至少一反射式单晶硅液晶面板包括三片反射式单晶硅液晶面板。

18.如权利要求14所述的投影装置，其中该至少一反射式单晶硅液晶面板包括四片或四片以上反射式单晶硅液晶面板。

19.如权利要求14所述的投影装置，其中该光源系统包括一光源以及至少一光学膜片。

20.如权利要求19所述的投影装置，其中该光源包括一弧光灯、一超高效能灯、一卤素灯或一金属卤化物灯。

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