北京微電子技術(shù)研究所（100076）王隆望

     來源：《電子技術(shù)應(yīng)用》

     摘要：討論lcos顯示器的結(jié)構(gòu)和用途，給出了lcos顯示芯片的設(shè)計方法及其實際設(shè)計結(jié)果。lcos顯示屏是一種反射式液晶顯示器，其周邊驅(qū)動器和有源像素矩陣使用cmos技術(shù)制作在單晶硅襯底上，并以晶片為基底液晶盒，因而擁有小尺寸和高顯示分辨率的雙重特性。

     關(guān)鍵詞：硅基液晶（lcos）屏

     片上系統(tǒng)（soc） 版圖 定制設(shè)計

     1 lcos顯示芯片--一類新型的soc芯片

     提到液晶顯示器，人們就會聯(lián)想到筆記本電腦用液晶顯示器，或是大屏幕等離子顯示器。新出現(xiàn)的令人振奮的lcos是制作在單晶硅上的lcd顯示技術(shù)[1]。

     lcos顯示器是一類新型的反射式顯示器，是半導(dǎo)體vlsi技術(shù)和液晶顯示技術(shù)巧妙結(jié)合高新技術(shù)產(chǎn)品，其顯示芯片對角線尺寸為18mm。由于lcos可利用常規(guī)的cmos技術(shù)批量生產(chǎn)，并可隨半導(dǎo)體工藝的發(fā)展進(jìn)一步微型化，同時提高分辨率，lcos顯示器將具備低功耗、微型尺寸、超輕重量等特點，因此在個人便攜顯示應(yīng)用方面非常有優(yōu)勢，特別是功耗遠(yuǎn)低于許多有源矩陣液晶顯示器（amlcd），而生產(chǎn)成本可望與陰極射線管（crt）相比擬。

     盡管lcos顯示屏通常只有指甲大小，相應(yīng)的像素也就非常小，以至不利于肉眼直接分辨，但lcos顯示器都配備有各式各樣的用于放大圖像光學(xué)系統(tǒng)（optical

     engine）：一種是直接投影到視網(wǎng)膜上形成放大的虛像，由此產(chǎn)生了個人用虛擬成像平顯示技術(shù)；另一種是運用屏幕投影形成放大實像，如圖1所示。lcos顯示技術(shù)導(dǎo)致了一類新型的大屏幕平板顯示器件的誕生。

     作為lcos顯示技術(shù)核心的關(guān)鍵部件的單晶硅背板（lcos顯示芯片），是一塊多功能、多結(jié)構(gòu)的片上系統(tǒng)（soc），即整個顯示系統(tǒng)集成在一起18mm左右的晶片上。然而，soc類芯片的設(shè)計必須全盤考慮整個系統(tǒng)的各種情況。正是因為如此設(shè)計周全，與由分離ic組合的顯示系統(tǒng)相比，soc類芯片可以在同樣的工藝技術(shù)條件下實現(xiàn)更高性能的系統(tǒng)指標(biāo)。可以預(yù)計，以系統(tǒng)芯片方式設(shè)計生產(chǎn)的新一代液晶顯示器，其應(yīng)用前景將非常廣闊[2]。

     2 lcos顯示屏

     lcos顯示屏通常分為兩大類：透射型和反射型。雖然它們幾何光學(xué)原理上截然迥異，但都能有選擇地調(diào)制外光源光線而形成圖像。透射型首先在晶片上完成驅(qū)動控制電路的設(shè)計制作，再用剝離（lift-off）技術(shù)[3]或各向異性刻蝕（anisotropic

     etching）技術(shù)[4]分離出管芯，粘附到透明襯底上制成微顯芯片。如此巧妙設(shè)計一方面是利用單晶硅的優(yōu)質(zhì)電學(xué)性能，另一方面則是利用成熟的ic設(shè)計制造技術(shù)。反射型則是直接在晶片上制作驅(qū)動電路和顯示矩陣電路，然后以此為基底封裝液晶材料形成類似傳統(tǒng)lcd（liquid

     crystal display）結(jié)構(gòu)的平板顯示屏。所以常規(guī)ip技術(shù)可直接用于設(shè)計制作硅基液晶顯示屏。

     圖2是筆者運用cadence eda工具，采用0.6μm的n-阱四層金屬cmos工藝規(guī)則設(shè)計的反射式lcos（vga分辨率，時序彩色化）電路結(jié)構(gòu)圖。其電路可劃分為行掃描驅(qū)動器，列數(shù)據(jù)輸入驅(qū)動器（包含dac電路）和顯示驅(qū)動矩陣（有源nmos矩陣）[5]。

     在列數(shù)據(jù)輸入驅(qū)動器中，串行輸入的多位數(shù)字視頻信號通過移位寄存器的作用，依次存入數(shù)字鎖存器，然后在同一讀出信號作用下，配合行掃描信號，同時輸入到各列的數(shù)/模轉(zhuǎn)換器（dac），之后輸出模擬電壓信號作用到像素，因此一幀圖像將被一次一行地傳送到所有列。

     在行掃描驅(qū)動器中，行掃描信號通過另一組移位寄存器作用，產(chǎn)生與數(shù)字視頻信號同步的逐行掃描信號。

     有源顯示驅(qū)動矩陣的每一個像給包括像素開關(guān)（nmos晶體管）、存儲電容和在它們上面的鋁反射電極。nmos晶體管控制列數(shù)據(jù)線對液晶像素的充電，而存儲電容中的充電電荷建立了