LCoS技术特点与发展

摘要

    LCoS属于TFT-LCD新一代的液晶显示产品。预计至2005年，LCoS在背投式投影电视中约占20%的市场份额。本文介绍其技术特点、关键技术、应用领域及发展前景。

    LCoS belong in new generation LCD production of TFT-LCD.LCoS be possessed of about 20% market share in rear projection TV, prefigured to 2005 year. Its technology characteristics,key technology ,application domain and development foreground introduced in this paper.

1.引言

    硅基液晶（Liquid Crystal on Silicon, LCoS）是一种液晶显示器（LCD）的新兴技术，是由Aurora Systems融合半导体CMOS集成电路与液晶两项技术的优势，于2000年开发出的一种高分辨率、低价格反射式新型显示技术。它是一种将LCD直接制于单晶硅片上的新型液晶显示器件。单晶硅片上可将LCD的有源矩阵薄膜晶体管（AMTFT）、外部驱动电路及控制电路等全部制于上面，以此作为LCD的一块基板，与另一块作为公共电极的涂上透明导电层的玻璃基板共同封接成一个薄盒，注入液晶即可制成硅基液晶显示器件（LCoS）。

    众所周知，LCD已经历了TN型、STN型及TFT型等数代的更新，它们都是在LCD自身上下功夫。而目前的LCoS则是将LCD与集成电路（IC）制成一体，这对LCD而言，无疑是一个全新的技术突破，它是TFT-LCD的新一代液晶显示产品。

2.LCoS的技术特点

    LCoS的结构是在硅片上利用半导体工艺制作驱动面板（亦称CMOS-LCD），然后在单晶硅片上通过研磨磨平，并镀上铝（Al）作为反射镜，形成了CMOS基板，再将CMOS基板与涂有透明电极的上玻璃基板粘合，并注入液晶，进行封装而成。LCoS的结构特点决定了其与常规LCD有着众多的不同点，具有一些LCD及任何其他显示器所无法比拟的技术特点。

2.1智能型显示器件

    由于LCoS属于一种将液晶显示器件（LCD）与大规模集成电路（LSIC）制成一体的显示器件，甚至还可将信息处理系统集为一体，故使显示器件自身具有了某些智能功能，可将其称为智能型显示器件。智能型显示器与性能最先进的芯片相结合，不仅能处理极其复杂的运算，而且还能拥有与PC相类似的多种功能。不是PC胜似PC，故智能型显示器将不再是电脑的外围设备而逐渐上升为主流设备，与电脑平起平坐。

    LCD与LSIC是一对孪生兄弟。LCD的轻、薄、小、微（是指功耗）的特点使显示器件的信息显示实现了个人化，而个人化的最终结果为LSIC提供了宽阔的市场发展前景。20世纪70年代，以个人计算器的兴起为标志，LCD与LSIC相互促进、飞速发展，逐步形成了全球的最大产业。90年代，LCD又与LSIC再度结合，实现了便携式电脑（PC）的飞速发展。

    LCD与LSIC这一对双胞胎相互依存、相生相促。LCD离开了LSIC，其轻、薄、小、微的特点便无法实现，假如LSIC不能将其大量而丰富并及时处理的信息利用LCD及时而简便并准确地展示给人们的视觉，亦大大地埋没其性能。它们必须结合为一体方能充分发挥出作用。但遗憾的是，长期以来它们都是两个不同的产品。

    LCoS最终将它们结合成一个产品了，LSIC使LCD增加了智能的功能，LCD使LSIC的智能功能更直接地展示给人们的视觉。

2.2外部引线少、连接简单及整机装配简便

    普通的LCD有大量密集的外部引线，如一个1024×768像素点阵的LCD便有2592条外部引线，给整机装配带来了诸多不便，而LCoS由于是将LCD制于单晶硅片上，LCD的行、列引出线皆通过半导体工艺在硅片内与IC相连接，故留在外部的仅有数条数据控制线、时序线及电源线等。可利用通用连接端口与前级电路相连接，颇为简便。

2.3体积更小、外观更精巧及成本更低廉

    普通的LCD在制造过程中需在玻璃基板上进行光刻，制成像素。通常将像素制至0.28mm已属不易，因在每个像素上还需制出一个有源器件。但LCoS的像素是制在单晶硅片上，硅片采用LSIC的工艺进行加工，可将象像制至4µm以下。故在一个仅零点数英寸的硅片上可制成1024×768像素，甚至1920×1240像素点阵密度的显示产品。显示的信息量密度增大了，而体积却减少了（达0.35~0.5英寸），材料费及成本自然便会大幅度地降低。LCoS可将驱动IC等外部电路完全制于CMOS基板上，减少外部IC的数量及封装成本，并使体积减小。目前试产的LCoS显示屏的成本仅50美元。2.2㎝/1280×1024像素点阵的LCoS芯片价格才150美元，较相同分辨率的LCD和数字微镜（DMD）低得多，将来还会有更大的降价空间。

2.4像素开口率高、分辨率高

    LCoS解决了普通TFT-LCD像素开口率不高的技术难题。像素开口率是指显示像素上有效显示面积所占的比例大小。普通的TFT-LCD需在每个像素面积内划出一个区域来制成场效应三极管和电容，由于普通的TFT-LCD是在玻璃基板非晶硅膜层上制成的，非晶硅或多晶硅层上制作场效应管时，由于非晶硅或多晶硅的电子迁移率低，故场效应管等有源器件所占的面积较大，而LCoS采用单晶硅，其电子迁移率较非晶硅或多晶硅高得多，所以其面积可制成很小，因而其开口率可很高，达96%以上。

    由于LCoS的晶体管及驱动电路皆制于单晶硅基板内，位于反射面之下，并不占用表面面积，故仅有像素间隙才占用开口面积，不像透射式LCD的TFT及导线皆占用开口面积，所以理论上无论是分辨率还是开口率，LCoS都较透射式LCD高。由于LCoS采用半导体方式来控制分辨率，故分辨率很高，通常达到SXGA等级（1280×1024像素），较高的分辨率又导致较小的画面像素，使画质逼真自然。高解析度可随半导体制造过程快速实现微细化，易于提高解析度，尤其适用于便携式咨询设备。迄今，它的制造工艺技术已日臻成熟。

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