硅基微显示技术

使用硅基微显示技术制造的显示器具有尺寸小、低功耗、图像大的特点,特别适用于移动式个人显示器的投影系统。在各类硅基微显示器中,硅基液晶微显具有明显优势。本文介绍了主要微显示技术及其应用产品,同时分析了微显市场,概述了微显技术在中国的发展。     

硅基微显示器发展现状与研究进展

硅基微显示器以单晶硅为衬底,背板中集成CMOS驱动电路,具有体积小、像素密度高、开关速度快、功耗低等特性,在近眼显示、投影、增强现实/虚拟现实（AR/VR）等领域具有广泛应用。综述数字微镜器件（DMD）、硅基液晶（LCoS）、硅基有机发光（OLED on silicon）、硅基二极管发光（硅基micro-LED）4种硅基微显示器,重点论述硅基OLED和硅基micro-LED的关键技术和研究进展。这些硅基微显示器具有主动发光、高分辨率、高刷新率、高对比度、低功耗等突出特点,在近眼显示领域拥有巨大的应用潜力。     

分辨率为800×600的硅基OLED微显示驱动芯片设计

设计了一款用于驱动分辨率为800×600的OLED微显示器的驱动芯片,利用10位的DAC将数字视频信号转成模拟信号,然后经过两个8位DAC实现数据的偏压和增益调整,可以适应微显示器在不同环境下对亮度和对比度的需要。像素电路采用了改进型的电压型驱动方式,能够在较宽的OLED公共阴极电压范围内维持很大的电流比率。该电路采用0.35μm 2P4M混合信号工艺完成了设计,进行了流片验证,已在芯片表面成功制作了OLED阵列,实现了微显示器的静态和动态画面显示,微显示器亮度可达11 000cd/m2,在此条件下,对比度可达到10 000∶1。     

一种新型硅基液晶微显示器件像素电路的研究

设计了一种新型硅基微显示器件场缓存像素电路结构，并通过SPICE模拟与其他像素电路做比较，分析了其电路特点。新型像素结构可使在电压保持期间影响液晶电容电压的晶体管数量降到最低，从而提高了像素电容的电压保持率，降低了闪烁，并减小了电磁干扰对像素电压的影响，提高了器件可靠性，同时提高了对光照的承受能力及对温度变化的适应能力，改善了显示品质，适用于高亮度显示器件。     

基于CPLD的Si基液晶芯片显示驱动

以复杂可编程逻辑器件(CPLD))作为QVGA微显示视频核心控制单元,搭建LCOS微显示芯片驱动系统.通过对CPLD编程产生与微显示芯片相匹配的控制信号与显示数据信号,实现对显示芯片的驱动控制,向微显示芯片输入16帧顺序16级灰度电压测试信号以测试像素的灰度响应.测试结果表明电压灰度响应正确,通过控制行列坐标的方式产生测试图像,驱动微显示芯片显示出测试图像,验证了LCOS微显示芯片显示功能的正确性,显示效果良好,视频刷新频率可达到60 Hz.     

硅基液晶显示器(LCoS)核心——显示系统芯片的设计分析

LCoS的核心－－显示芯片既不同于普遍的IC芯片,又非传统的TFT－LCD驱动电路与显示矩阵简单组合的芯片,而是一块多功能、多结构、与现代CMOS制造工艺息息相关的片上系统（SOC：system on chip),即整个显示系统集成到一个芯片上,因此SOC类芯片的设计必须全盘考虑整个系统的各种情况,也正是因为如此综合周全,与普通IC组成的系统相比,SOC可以在同样的工艺技术条件下,实现更高性能的系统指标。以新型的系统芯片方式设计生产的新一代微型显示器－－LCoS应用前景预计将非常广阔。     

LCoS微显示背投呈现勃勃生机

经去年挺住阵痛开始复苏以来，LCoS（硅基液晶）继续发展。今年是1080p全高清（Full HD）元年，LCD、PDP、DLP等纷纷迈向全高清，LCoS已全面进入全高清时代。LCoS产品目前有前投和背投两种，它是LCD投影及DLP投影的强有力的竞争者。     

一种应用于硅基OLED微显示驱动芯片的负压DC-DC变换器的设计

设计了一款应用于硅基OLED微显示驱动芯片的Cuk型DC-DC变换器,用于给硅基OLED的公共阴极提供负电压,输出电压范围为0~-4V,可以实现动态可调。Cuk变换器采用单周期和III型补偿的混合控制方式,使电路获得了良好的抗输入扰动性和负载调整率。该变换器使用0.35μm CMOS工艺模型进行设计,工作在2 MHz开关频率。仿真结果显示,在150mA负载跳变时,瞬态恢复时间为24μs,过冲电压为33.47 mV,同时负载调整率为0.003 mV/mA,输出电压的纹波小于5mV。     

微显示技术的进展

简单介绍以微显示为基础的背投影显示系统的技术和市场。着重论述LCoS、DLP/DMD、和多晶硅LCD微显示器这三种主要技术的优缺点及它们的发展前景。     

一种新型硅基OLED微显示像素电路

在硅基OLED微显示器中,为了解决很小的像素驱动电流的难题,论文提出了一种像素电路。此像素电路由2个PMOS、2个NMOS、1个存储电容、1个OLED和4根信号线组成。并且利用HSPICE基于TSMC 0.35μm CMOS 5V工艺的参数进行了仿真验证。在此像素电路中,当OLED发光时流过OLED的电流是恒定的,并且通过控制OLED的发光时间来实现不同的灰度。此像素电路完全由数字信号控制,能实现精确的灰度调节。通过6个子场,实现了21级灰度,进而论证了实现64级灰度(0~63)的可能性。当OLED发光时,流过的恒定电流是35.3nA。     

LCoS显示芯片设计与应用

LCoS显示芯片是一种反射式液晶显示器，其周边驱动器和有源象素矩阵使用CMOS技术制作在单晶硅衬底上，并以该晶片为基底封装液晶盒，因而拥有了小尺寸和高显示分辨率的双重特性。本文详细讨论了LCoS显示芯片的结构和用途，展示了LCoS显示芯片的设计方法及其实际设计结果。     

一种驱动MOS管工作在饱和区的硅基OLED微显示像素电路

硅基OLED微显示中为了在极小的像素面积内实现微小的OLED工作电流,其像素驱动电路的驱动MOS管一般工作在亚阈值区,存在OLED电流对驱动MOS管的阈值电压和栅源电压失配敏感、外围电路复杂等问题,如果驱动MOS管工作在饱和区则可避免这些问题,但为了获得微小的驱动电流,必须采用尺寸大的倒比MOS管,这又与极小的像素面积冲突。本文提出了一种采用脉宽调制(PWM)技术、驱动MOS管工作在饱和区的OLED微显示像素驱动电路,PWM信号减少了一帧内OLED的实际工作时间,OLED的脉冲电流变大,使驱动MOS倒比管的尺寸减小;由于PWM信号占空比小,同时实现了OLED微小的平均像素驱动电流和亮度。结果表明PWM信号占空比为3%时,实现的OLED驱动电流和像素亮度范围分别为27pA~2.635nA、2.19~225.1cd/m~2,同时采用双像素版图共用技术,在15μm×15μm的像素面积内实现了像素驱动电路的版图设计。     

设计硅基微显芯片的IP模块

本文首先归纳出硅基微型显示器驱动电路的共同特征，然后按照有效的模块设计方法，采用EDA工具为硅基微显芯片建立实用而可靠的IP模块库，并且示例如何运用CADENCE设计软件完成相关建库工作，最后结合具体工艺讨论IP模块的后仿真技巧。     

LCoS平板微显示驱动技术研究

研究了硅基液晶(LCoS)微显示驱动电路的制备工艺、电路设计、版图绘制以及显示功能测试.采用化学机械抛光(CMP)工艺实现硅片表面平坦化方案,满足了LCoS微显示对表面平整度的要求;合理布设两层金属布线,巧妙实现遮光作用;利用剥离的方法制备Ag反射电极,解决了Ag工艺与标准CMOS集成电路工艺的兼容问题;在硅基片上制作出U形PAD,通过导电胶与公共电极ITO相接.电路设计中采用了对台阶电平计数的办法实现DA转换的功能,既降低了电路设计难度,又方便测试过程中对灰度电平的调整.制备出LCoS微显示驱动面板,实现了QVGA分辨率、16级灰度LCoS、帧频50 HZ的视频显示.     

硅基微机械加工技术

阐明了微机电系统（MEMS）的学科内涵,概述了体微机械加工技术、表面微机械加工技术和复合微机械加工技术的特点,运用具体实例对三种硅基微机械加工技术的基本制作工艺过程进行了讨论。     

硅基OLED微显示技术的优势与发展现状

硅基OLED微显示器件以单晶硅芯片为基底,像素尺寸为传统显示器件的1/10。基于其技术优势和广阔的应用市场,它有望在军事以及消费类电子领域掀起近眼显示的新浪潮。     

硅基有机发光微显示像素驱动电路设计

由于微型显示像素面积的限制,硅基有机发光微显示像素驱动电路需要实现足够小的驱动电流.文章提出的三管电压控制型像素驱动电路与常规的采用电流镜电路的电流控制型像素驱动电路都能实现微显示所需的小电流驱动.利用Synopsys公司的H-spice软件对两种电路仿真比较,发现电流控制型电路具有线性灰度和较宽的有效灰度范围,但是通过调整电压控制型电路中与OLED并联的晶体管的宽长比,即可使其有效灰度范围与电流控制型电路可比.同时也发现电流控制型电路的功耗是电压控制型电路的4倍以上,且电路形式较复杂,工艺要求较高.所以三管电压控制型电路更适合于硅基有机发光微显示驱动电路.     

硅基微静电马达

本文介绍了硅基微静电马达的设计考虑、制作工艺和测量结果。该马达结构上的改进主要体现在两方面：通过在微马达转子的下面集成光伏器件实现了对马达转速的片内检测，这对于研究微马达动力学和构成ＭＥＭＳ有着重要的意义；利用复合膜牺牲层技术制成了一种锥状轴承，该轴承能够减小马达的摩擦力矩。微静电马达转子直径分１００μｍ和１２０μｍ两种，定子与转子极之间的空气间隙有２μｍ、３μｍ和４μｍ三种。初步测量结果表明该马