TW201632970A

TW201632970A - 高反射矽基液晶面板

Info

Publication number: TW201632970A
Application number: TW105105734A
Authority: TW
Inventors: 范純聖
Original assignee: 豪威科技股份有限公司
Priority date: 2015-02-25
Filing date: 2016-02-25
Publication date: 2016-09-16
Also published as: CN105911739B; US20160246115A1; TWI611246B; US9958726B2; CN105911739A

Abstract

一種高反射矽基液晶(LCOS)面板，其包括在基板上的像素電極，每一個像素電極具有第一反射率的頂表面。連續的反射塗層覆蓋在像素電極和其間的基板表面上，形成多個具有塗層的像素電極，其具有超過第一反射率的增強的反射率。一種用於增加LCOS面板中的像素的反射率的方法，其包括沉積連續的反射塗層覆蓋在(1)基板上的多個像素電極，和(2)多個電極像素間之基板上，及將層沉積在連續的反射塗層上。

Description

高反射矽基液晶面板

本發明涉及矽基液晶(LCOS)顯示器的製造，且特別是涉及具有增強反射率的LCOS顯示器。

LCOS顯示器用於消費類電子產品，如手持式投影機和近眼顯示器，以及在光通信技術上的應用。LCOS顯示器包括一反射式LCOS面板，其具有在一半導體晶片上形成的一像素陣列。

在實施例中，一高反射LCOS面板包含在一基板上的像素電極，每一個像素電極具有第一反射率的一頂表面。一連續的反射塗層覆蓋在像素電極和其間的基板表面，形成多個受塗層覆蓋的像素電極，該像素電極具有超過該第一反射率的一增強反射率。

在另一個實施例中，一高反射LCOS面板包含在一基板上且具有第一反射率的頂表面的像素電極，在每一個像素電極上且具有在基板上方之第一高度的頂表面的反射塗層，及包括在相鄰電極之間的基板區域上且具有等於第一高度的第二高度的抗反射塗層，該抗反射塗層和像素電極形成平坦的表面。其上具有反射塗層的像素電極具有超過該第一反射率的增強反射率。其上具有抗反射塗層的基板具有小於該基板的反射率的減小反射率。

在實施例中，一用於增加矽基液晶面板上，電極像素的反射率的方法包括：沉積一連續的反射塗層覆蓋在(1)一基板上的多個像素電極，及(2)多個像素間的基板表面之上，並在連續的反射塗層上沉積一層。

100‧‧‧矽基液晶面板

110‧‧‧照明器

140‧‧‧圖像投影機

141‧‧‧投影器組件

150‧‧‧屏幕

160‧‧‧圖像

206‧‧‧間隙

216‧‧‧像素電極

216(1)‧‧‧像素電極(1)

216(2)‧‧‧像素電極(2)

216(3)‧‧‧像素電極(3)

226‧‧‧像素陣列

254‧‧‧偏振分光器(PBS)的立方體

256‧‧‧投影機透鏡

290‧‧‧S偏振的輸出光束

298‧‧‧p偏振光束

299‧‧‧投影光束

300‧‧‧反射LCOS面板

310‧‧‧半導體晶片

327‧‧‧堤壩

329‧‧‧突出區域

330‧‧‧液晶層

338‧‧‧透明導電層

340‧‧‧蓋玻璃

387‧‧‧接合墊

500‧‧‧高反射LCOS面板

506‧‧‧像素間塗層

510‧‧‧半導體晶片

516‧‧‧像素電極

516(1)‧‧‧像素電極(1)

516(2)‧‧‧像素電極(2)

516(3)‧‧‧像素電極(3)

526‧‧‧像素陣列

527‧‧‧堤壩

529‧‧‧突出區域

530‧‧‧液晶層

538‧‧‧透明導電層

540‧‧‧蓋玻璃

584‧‧‧高度

586‧‧‧寬度

587‧‧‧接合墊

600‧‧‧高反射LCOS面板

604‧‧‧像素間塗層

612‧‧‧隔離層

614‧‧‧阻光層

620‧‧‧反射塗層

628‧‧‧底對準層

639‧‧‧頂對準層

685‧‧‧高度

691‧‧‧軸

693‧‧‧距離

694‧‧‧像素間基板表面

695‧‧‧像素間區域

700‧‧‧反射器

701‧‧‧層

702‧‧‧層

703‧‧‧層

704‧‧‧層

705‧‧‧層

706‧‧‧層

707‧‧‧層

708‧‧‧層

720‧‧‧層

900‧‧‧低反射塗層

921‧‧‧頂表面

950‧‧‧低反射器

984‧‧‧高度

1000‧‧‧高反射LCOS面板

1020‧‧‧塗層

1100‧‧‧高反射LCOS面板

1101‧‧‧頂表面

1104‧‧‧抗反射塗層

1110‧‧‧高度

1195‧‧‧像素間區域

1300‧‧‧方法

1302‧‧‧步驟

1304‧‧‧步驟

1306‧‧‧步驟

1400‧‧‧方法

1410‧‧‧步驟

1420‧‧‧步驟

圖1是一種手持式圖像投影機的一投影器組件內，反射LCOS面板的一示例性使用圖。

圖2是圖1投影器組件的詳視圖。

圖3是習知技術的反射LCOS面板透視圖。

圖4是圖3習知技術反射LCOS面板的一部分橫截面圖。

圖5是在一實施例中，一示例性高反射LCOS面板的透視圖。

圖6是一實施例中的橫截面圖，顯示圖5的高反射LCOS面板中具有像素間塗層的部分。

圖7是一實施例中，一示例性反射器的橫截面圖，該反射器由高反射LCOS面板的像素電極上反射塗層所形成。

圖8是申請專利範圍第7項的實施例的反射器，其光譜反射率曲線圖。

圖9是一實施例中，高反射LCOS面板的兩個相鄰像素間，一例示性低反射塗層的橫截面圖。

圖10是一實施例顯示圖5高反射LCOS面板中缺少像素間塗層的部分橫截面圖。

圖11是一實施例顯示圖5高反射LCOS面板中在像素電極間具有抗反射塗層的部分橫截面圖。

圖12是一實施例，說明圖11高反射LCOS面板的詳細橫截面圖。

圖13是一實施例之流程圖，說明增加LCOS面板的像素反射率的第一方法。

圖14是一實施例之流程圖，說明增加LCOS面板的像素反射率的第二方法。

圖1顯示將圖像160投射到屏幕150的手持式圖像投影機140，其投影器組件141內的反射LCOS面板100的一個示例性使用。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顯示裝置，諸如透視頭戴式顯示系統。

圖2顯示投影器組件141的詳視圖。照明器110向投影器組件141發射S偏振的輸出光束290。在圖2中，S偏振和p偏振分別是垂直於該圖之平面的電場分量，及平行於該圖之平面的電場分量。投影器組件141包括反射LCOS面板100、偏振分光器(PBS)的立方體254以及投影機透鏡256。

輸出光束290入射在PBS立方體254上。PBS立方體254將輸出光束290反射到反射LCOS面板100，其可空間上調製並反射輸出光束290 為p偏振光束298，p偏振光束298發送通過PBS立方體254而作為投影光束299由投影機透鏡256投射出。投影光束可以被成像為圖像160。

圖像160的品質，部份取決於p偏振光束298的強度，其取決於反射LCOS面板100的反射率。反射LCOS面板100包含由多個像素所形成的像素陣列226，每一個像素具有像素電極216，其反射率主要決定反射LCOS面板100的反射率，而決定了投影圖像的品質。

圖3是習知技術的反射LCOS面板300透視圖，其可替代投影器組件141中的LCOS面板100。習知技術的反射LCOS面板300包括半導體晶片310上的蓋玻璃340。液晶層330在蓋玻璃340和半導體晶片310之間。像素陣列226在液晶層330和半導體晶片310之間。液晶層330的角部未顯示出以顯示下方的像素陣列226。半導體晶片310包括控制像素陣列226中每一個像素的多個接合墊387。

透明導電層338在鄰近於液晶層330的蓋玻璃340的表面上。為簡便說明，圖3僅顯示在蓋玻璃340的突出區域329上，的導電層338的一部分。堤壩(Dam)327包含液晶層330。透明導電層338被沉積在玻璃蓋340上，且例如由氧化銦鈦(ITO)所形成。

圖4是習知技術反射LCOS面板300之一部橫截面圖，其顯示半導體晶片310、像素陣列226、液晶層330、透明導電層338和蓋玻璃340之一部份。像素陣列226的像素電極216(1-3)由像素間的間隙206隔開。像素電極216通常由鋁形成，其具有折射率n，在λ₀=546奈米時，n=0.95+6.4i，以及當入射介質具有折射率n=1.0時，其對應的正入射反射率(Normal-Incidence Reflectivity)RAL=91%。

提高習知技術反射LCOS面板300的像素電極216反射率就可以提高投影器組件141所形成的圖像160品質。增加像素反射率的現有方法包括在每一個像素電極216上沉積反射薄膜塗層。例如，Kuan等人的公開號US2008/0106677的美國專利案中描述在每一個像素中的紅、綠、及藍等各個子像素的像素電極上，三種不同反射層。這種方法的缺點是需要對各種類型的子像素電極施加不同的反射塗層。例如，請參考圖4，像素電極216(1)、216(2)和216(3)每一個都具有用來反射紅、綠、藍光之一的不同的窄帶塗層。因為反射LCOS面板的像素電極的典型寬度小於10微米，形成不同窄帶反射膜的圖案化陣列以對準到像素電極216的製程並不簡單。

在所有像素電極上形成電磁波譜中跨可見光部分的單一寬帶反射塗層將是一個提高像素電極反射率的更簡單且更具成本效益的方法。在US2008/0106677專利案中，反射LCOS面板的顏色選擇性來自反射紅、綠、和藍光之一的各子像素電極。相比之下，具有通用於所有像素電極的寬帶反射塗層的LCOS面板，其顏色選擇性不會使像素有不同顏色的反射率。相反地，不同顏色的反射率可以由習知技術的場序法(Field-Sequential Method)來實現。

圖5是高反射LCOS面板500的透視圖，其可替代投影器組件141中的LCOS面板100。高反射LCOS面板500包含在半導體晶片510上的蓋玻璃540。液晶層530在蓋玻璃540和半導體晶片510之間。液晶層530的角部未顯示出，以顯示其下方的像素陣列526。像素陣列526包括多個各具有相應的像素電極516的像素，其在圖5中未顯示出。半導體晶片510包括多個控制各像素陣列526的接合墊587。

透明導電層538是在鄰近於液晶層530的蓋玻璃540的表面上。為簡便說明，圖5僅顯示在蓋玻璃540的突出區域529上，透明導電層538的一部分。堤壩527包含液晶層530。半導體晶片510、液晶層530、透明導電層538和蓋玻璃540分別類似於圖3的半導體晶片310、液晶層330、透明導電層338及蓋玻璃340。

圖6是高反射LCOS面板600的一部橫截面圖。高反射LCOS面板600是高反射LCOS面板500的實施例，且包含半導體晶片510、隔離層612、像素陣列526、反射塗層620、底對準層628、液晶層530、透明導電層538、頂對準層639和蓋玻璃540。在某些實施例中，隔離層612可以由氮化矽形成，並包括阻光層614，阻光層可以由光學不透明材料如金屬來形成。像素陣列526包括像素電極516(1-3)。像素陣列526的像素電極516(1-3)由像素間隙506分開。在不脫離本發明範圍下，阻光層614可以完全地，或部分地由非金屬材料形成。

像素間塗層604位於每對相鄰像素電極516之間。每一個電極516可以由鋁形成，並且具有寬度586和高度584。寬度586可以在5微米至10微米之間，例如6.4微米。距離693隔開阻光層614和像素間塗層604。在不脫離本發明範圍下，電極516可以由鋁以外的金屬形成。

圖7是由像素電極516上的反射塗層720所形成的反射器700橫截面圖。反射塗層720是反射塗層620的實施例，並包含八層701-708。層701、703、705和707是由二氧化矽(SiO₂)構成。層702、704、706和708由二氧化鈦(TiO₂)構成。圖8是高反射LCOS面板600中反射器700的模擬光譜反射率曲線圖，其中層701-708的厚度分別為80.32奈米、54.07奈米、92.80奈米、54.25奈米、92.83奈米、42.74奈米、6.17奈米和60.13奈米。該模擬是以具有折射率n=1.0的蓋玻璃540上的入射介質來計算。在425和675奈米之間，反射器700具有超過98%的平均反射率，這比習知技術LCOS面板300內未具塗層的鋁像素電極216的反射率RAL高7個百分點。

在不脫離本發明範圍下，反射塗層720可以是多於或少於七個層的多層塗層。在不脫離本發明範圍下，反射塗層720中至少一層可以由二氧化矽和二氧化鈦之外的其他材料來形成。

請參考圖6，並沿著其中之軸691，像素間塗層604是在隔離層612和反射塗層620的層701之間。在高反射LCOS面板500的實施例中，像素間塗層604的材料相同於層701的材料。例如，像素間塗層604和層701都是二氧化矽。

高反射LCOS面板600包括隔離層612和底對準層628之間的像素間區域695，和相鄰像素電極516間的像素間基板表面694。在圖6中，像素間基板表面694是隔離層612的表面。在沒有像素間塗層604和反射塗層620之情況下，像素間區域695的間隙反射率Rg0是由隔離層612的折射率、距離693和阻光層614的折射率所確定。在像素間塗層604和反射層620存在之情況下，像素間區域695可以具有超過間隙反射率Rg0的間隙反射率Rg1。

反射LCOS面板產生圖像的品質係一部取決於其具有低間隙反射率，也被稱為“洩漏”(Leakage)，如高的間隙反射率會減小圖像的對比。例如，當LCOS面板600以投影器組件141工作時，像素陣列526內相鄰的像素群組可以被指示顯示黑色，使得像素群組不會反射照明器110入射到其上的光。然而，LCOS面板500在對應於像素群組的區域顯示黑色的能力，由像素群組中像素間的像素間區域695相關的間隙反射率所限制，其將反射來自照明器110的光，無論相鄰的像素接收到什麼信號。

在以下的高反射LCOS面板600的實施例中，像素間區域695 會因減少間隙反射率Rg1的方法不同而有所不同。

在高反射LCOS面板600的第一個的實施例中，像素間塗層604是可見光波長的吸收材料。例如，像素間塗層604可以由矽形成，其在λ₀=546奈米處具有折射率n=4.1±0.043i，且在入射介質具有折射率n=1.0時具有R=37%的相應的正入射反射率。

在高反射LCOS面板600的第二個實施例中，像素間塗層604是多層塗層，用來在置於隔離層612和反射塗層620之間時，使可見光的反射率最小化。例如，圖9是高反射LCOS面板600的在兩個相鄰像素電極516間的低反射塗層900的橫截面圖。低反射塗層900包括像素間塗層604和反射塗層620，並佔據像素間區域695。像素間塗層604可以具有高度984，該高度等於像素電極516的高度584。在這樣的情況下，反射塗層620具有一頂表面921平行於跨像素陣列526，且底對準層628可以被形成在一平坦表面上。為說明簡便，圖9不包括底對準層628、液晶層530、頂對準層639和蓋玻璃540。

如圖9所示，低反射器950包括阻光層614、隔離層612、像素間塗層604和反射塗層620。低反射器950具有的反射率R₉₅₀小於其上具有隔離層612的阻光層614的反射率。低反射器950具有低的反射率，是因當阻光層614、隔離層612和反射塗層620在給定的預定屬性(例如厚度和折射率)情形下，像素間塗層604被最適化，使低反射塗層900的反射率最小化，這些在最適化過程中都被鎖定。像素間塗層604可以使用市售的薄膜塗層設計軟體(如Essential Macleod)來設計。

圖10是高反射LCOS面板1000的橫截面圖，LCOS面板1000相當於沒有像素間塗層604但具有直接沉積在像素間基板表面694的塗層1020的高反射LCOS面板600。塗層1020類似反射塗層620。在圖10中顯示塗層1020對像素電極516的表面保形程度(Degree of Conformality)，係以說明塗層1020不必是完全保形(Perfectly Conformal)，而並非暗示較佳的或實際的保形程度。

塗層1020可以是多層塗層，以共同被最適化以在像素電極516(第一基板)上時使反射率最大化，而在隔離層612和阻光層614(第2基板)上時使反射率最小化。

圖11是高反射LCOS面板1100的一部橫截面圖。高反射LCOS面板1100是高反射LCOS面板500的實施例，其除了像素間區域1195外，類似於高反射LCOS面板600。在高反射LCOS面板1100中，反射塗層620在每一個像素電極516之上，而不跨越像素間區域1195，如圖11之所示。高反射LCOS面板1100的抗反射塗層1104位在相鄰的像素電極516之間並具有高度1110。抗反射塗層1104可使用本領域已知的薄膜設計工具來設計。抗反射塗層1104可以是多層塗層，以使入射到LCOS面板1100的可見光的反射率最小化。抗反射塗層1104可以被最適化，以使在單一入射角(例如垂直入射，或者為一範圍的入射角)下，到達其上的可見光的反射率最小化。

圖12是高反射LCOS面板1100的橫截面圖，更詳細地顯示抗反射塗層1104和兩個相鄰的像素電極516。為簡便說明，圖12不包括底對準層628，液晶層530，頂對準層639，及蓋玻璃540。抗反射塗層1104佔據像素間區域1195，並具有頂表面1101。在一個實施例中，高度1110可等於像素電極516的高度584和反射塗層620的高度685的總和，使得頂表面921和1101共平面。在這樣的情況下，底對準層628可被形成在包括頂表面921和1101的平坦的表面上。在一個實施例中，反射塗層620相同於反射塗層720，如圖7之所示。

高反射LCOS面板1100可以經由本領域已知的光刻和薄膜沉積過程來修改高反射LCOS面板600而形成。例如，高反射LCOS面板600的低反射塗層900，如圖9之所示，可以被去除而用高反射LCOS面板1100的抗反射塗層1104來代替，如圖12之所示。另外，高反射LCOS面板1100可以在沉積反射塗層620之前經由沉積抗反射塗層1104來形成。

圖13是流程圖，其說明用於提高LCOS面板像素的反射率的例示性方法1300。LCOS面板包括基板上的多個像素電極和各個相鄰像素電極間的多個像素間基板表面。

步驟1302是選擇性的。在選擇性的步驟1302中，方法1300在每一個像素間基板表面和其上的反射塗層之間形成具有等於像素電極的高度的像素間塗層。像素間塗層和其上的反射塗層形成低反射塗層。其上具有低反射塗層的基板具有減小的反射率，小於基板的反射率。在步驟1302的例子中，像素間塗層604被形成在每一個像素間基板表面694和反射塗層620之間。像素間塗層604和其上的反射塗層620形成低反射塗層900。像素間塗層604可經由本領域已知的薄膜沉積和光刻技術以被限制在圖9中所示的區域。

在步驟1304中，方法1300沉積連續的反射塗層覆蓋在(1)基板上的多個像素電極，及(2)多個像素間基板表面之上。連續的反射塗層可以是多層薄膜塗層，並由本領域中已知的方法來沉積。在步驟1304的例子中，反射塗層620被沉積在像素電極516和像素間基板表面694之上，如圖6和9之所示。

在步驟1306中，方法1300直接在連續的反射塗層上沉積一層。在步驟1306的例子中，底對準層628上被沉積在反射塗層620上。

圖14是流程圖，其說明用於提高LCOS面板像素的反射率的例示性方法1400。在步驟1410中，方法1400在基板上多個像素電極的每一個上方形成反射塗層。在步驟1410的一個例子中，反射塗層620被形成在隔離層612上的每一個像素電極516上，如圖11之所示。

在步驟1420中，方法1400在相鄰像素之間的基板表面上形成抗反射塗層。在步驟1420的一個例子中，抗反射塗層1104被形成在像素間的基板表面694上。

方法1400產生在像素電極516上方的反射塗層620和在像素間基板表面上方的抗反射塗層1104的圖案。這種圖案可經由本領域已知的薄膜沉積和光刻技術來形成。

特徵的組合：

在不脫離本發明的範圍下，以上所述的特性以及以下所述的申請專利範圍可以以各種方式組合。以下的例子說明一些可能但非限制性的組合：

(A1)，一種高反射LCOS面板可以包括一基板上的像素電極及連續的反射塗層，各個像素電極具有第一反射率的頂表面，連續的反射塗層覆蓋在像素電極和其間的基板表面上而形成多個具有塗層的像素電極，其具有超過第一反射率的增強反射率。

(A2)，如(A1)所述的高反射LCOS面板，其中，每一個頂表面可以具有在基板上方的第一高度，並在相鄰像素電極之間的基板區域上另包括基板之間的像素間塗層和連續的反射塗層，像素間塗層可以具有等於第一高度的第二高度，使得像素間塗層和像素電極形成平坦的表面。

(A3)，如(A1)和(A2)所述的高反射LCOS面板之至少一個，其中，像素間塗層和其上的連續的反射塗層可以形成在基板上的低反射塗層，基板和低反射塗層共同具有小於基板反射率的減小反射率。

(A4)，如(A3)所述的高反射LCOS面板，其中，該像素間塗層可包括(1)多個層和(2)吸收材料的至少一種。

(A5)，如(A1)至(A4)所述的高反射LCOS面板之任何一個，其中，該增強反射率在425奈米和675奈米之間的所有波長可以超過該第一反射率。

(A6)，如(A1)至(A5)所述的高反射LCOS面板之任何一個，其中，該連續的反射塗層可以是多層塗層。

(A7)，如(A1)至(A6)所述的高反射LCOS面板之任何一個，其中，在該連續的反射塗層的頂表面上可進一步包括一底對準層。

(B1)，高反射LCOS面板可以包括在基板上且具有第一反射率的頂表面的像素電極，在各個像素電極上且具有在基板上方第一高度的頂表面的反射塗層，及在相鄰電極間的基板區域上且具有等於第一高度的第二高度的抗反射塗層，該抗反射塗層和像素電極形成平坦的表面。其上具有反射塗層的像素電極可具有超過第一反射率的一增強反射率。其上具有抗反射塗層的基板可以具有小於基板的反射率的一減小反射率。

(B2)，如(B1)所述的高反射LCOS面板，其中，抗反射塗層可包括(1)多個層和(2)吸收材料的至少一種。

(B3)，如(B1)和(B2)所述的高反射LCOS面板的至少一個，其中，該反射塗層可以是多層塗層。

(B4)，如(B1)至(B3)所述的高反射LCOS面板的任何一個，其中，在該反射塗層的頂表面上還可以包括一底對準層。

(B5)，如(B1)至(B4)所述的高反射LCOS面板的任何一個，其中，該增強反射率在425奈米和675奈米之間的所有波長可超過該第一反射率。

(C1)，一種用於增加LCOS面板中像素反射率的方法可以包括沉積一連續的反射塗層覆蓋在(1)一基板上的多個像素電極，和(2)多個像素間基板表面之上。該方法還可以包括將層沉積在連續的反射塗層上。

(C2)，如(C1)所述的方法，其中，該層可以是一對準層。

(C3)，如(C1)和(C2)所述的方法的至少一個，其中，在沉積該連續的反射塗層的步驟之前，還可以包括在每一個像素間基板表面和其上的該連續的反射塗層之間形成具有一高度等於一像素電極的高度的像素間塗層。該像素間塗層和其上的該反射塗層可以在該像素間基板表面上形成一低反射塗層，其上具有低反射塗層的該基板具有小於該基板本身反射率的減小反射率。

(C4)，如(C1)至(C3)所述的方法的任何一個，其中，可以進一步包括除去相鄰的像素電極之間的該連續的反射塗層和形成相鄰的像素電極之間的抗反射塗層的步驟。

(C5)，如(C4)所述的方法，其中，該連續的反射塗層可以具有在該基板上方的一第一高度的頂表面，而該抗反射塗層可以具有在該基板上方的等於該第一高度的一第二高度的頂表面。

在不脫離本發明的範圍的情況下，上述的方法和系統可以作出改變。因此應當指出的是，包含在上述的說明或顯示在附圖中的事項應當被解釋為說明性的而不是限制性的。下面的申請專利範圍旨在涵蓋本文中所描述的所有一般的和特別的特徵，以及本發明的方法和系統的所有陳述，其中，因語言之因素而落入其間的範圍。

510‧‧‧晶片