[发明专利]一种带有微滤光片列阵的硅基液晶反射式彩色显示系统

说明书

本发明涉及显示领域，特别是一种硅基液晶反射式彩色显示系统。

近年来，高清晰度电视(HDTV)的技术发展非常迅速，发展起了许多新型的显示技术，如：等离子体显示(PDP)技术、薄膜晶体管(TFT)显示技术、数字微反射镜显示(DMD)技术、以及硅基液晶反射式(LCOS)显示技术等等。其中，LCOS显示技术由于是由已非常成熟的硅基底CMOS工艺和液晶灌装工艺组合而成的，因而具有分辨率高、成本低、容易实现大规模生产等优点，受到人们的青睐，被公认为是下一代的主流显示技术之一。

LCOS显示技术用于彩色显示目前主要有两种方案：三芯片方案和单芯片方案。三芯片方案是采用一套较复杂的光学系统先将白色光分成红、绿、蓝三色光，分别投射到三块LCOS芯片上，经这三块LCOS芯片调制后的三束反射光，再经该光学系统合成彩色图像。这种方案的优点是分辨率高、刷新频率高、理论上的光利用效率高，但它的成本也相对较高，而且由于光学系统较复杂，实际达到的光利用效率并不高(只有30％左右)。目前常用的单芯片方案是采用分时调制的方法来实现的，即在光源前放置一红、绿、蓝三色滤光片飞轮，通过飞轮的高速旋转，使得每一时序只有某一单色光照射到一块LCOS芯片上，然后利用人眼的视觉延迟效应而产生彩色图像。这种方案的结构较简单、成本也较低、也能达到较高的分辨率，缺点是由于液晶的响应时间的限制，这种方案的刷新频率做不高，视觉上会有“拖尾”现象，而且由于在一定时段，只有一种颜色的光起作用，因此这种方案在理论上的光利用效率也只有30％左右。另外，这种方案具有机械运动部件，因而可靠性和耐固性也较差。

本发明的目的在于提供一种结构简单、成本低廉、刷新频率高、光利用效率高、可靠性和耐固性好的单芯片LCOS彩色显示的解决方案。

本发明的方法是首先准备一块用CMOS工艺制作的可寻址象元的硅基片(LCOS基片)，该基片的各象元面上均镀有金属反射层。然后再在另一块镀有透明导电层的透明玻璃基底上，用物理气相沉积或化学气相沉积的方法，镀制微型多层介质光学干涉滤光片列阵，其每个微型滤光片的形状、尺寸均与上述LCOS基片上的象元面一致。微型滤光片共分三类，分别透过红光、绿光、和蓝光，而对其它波长的光则均为反射。这三类微型滤光片呈品字型或梳状排列，周期性交替均匀分布在玻璃基底上。将这两块基片的镀膜面都涂布上液晶定向层，然后再将这两块基片面对面，并使微型滤光片与LCOS象元准直地封装在一起，中间灌注上液晶层，组成LCOS与微型滤光片列阵的组合器件。当白色光线偏振光照射到该组合器件时，一部分光被微型滤光片反射回去，并且不改变其偏振方向，而另一部分光则透过微型滤光片，并穿过液晶层到达LCOS基片的金属反射层上后，再被反射回去，该反射光的偏振方向会随液晶层所加的电压不同而发生变化。因此，采用一个偏振分光棱镜，将该部分反射光与没有经过液晶层的反射光区分开来。这部分经过液晶层的反射光由于已经过LCOS调制，带有图像信息，因而可直接经过一成象系统，作彩色显示用，而那部分没有经过液晶层的反射光则被反射回光源系统，经光源反射镜再反射回来重复利用。因此该方案可有效地利用光源的光能量，其理论上的利用效率可接近100％。而且，它的刷新频率可与三芯片方案相同，但结构简单得多，成本也低得多，可靠性和耐固性也很好。缺点是会略牺牲一点分辨率。但由于它的分辨率是由LCOS基片的象元数决定的，而LCOS基片的象元是用硅片CMOS工艺加工的，提高它的象元数对现代微电子工业来说是相当简单的。因此，这个缺点不会影响它的实际应用。

本发明附图说明如下：

图1为三芯片彩色显示方案的示意图。

图2为分时调制的单芯片彩色显示方案的示意图。

图3为微型滤光片列阵与LCOS基片组合器件的截面结构示意图。

图4为三类微型滤光片的透射光谱曲线(实线：红；虚线：绿；点划线：蓝)。

图5为微型滤光片列阵的平面排列分布示意图。(其中：a为品字型分布；b为梳状分布)

图6为带有微型滤光片列阵的单芯片彩色显示方案的示意图。

下面结合附图对本发明作详细阐述。但并不限制本发明的内容。