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。     

1.6 cm SVGA LCoS微型显示器的研制

介绍了我国自主开发研制的分辨率为800×600(SVGA)、以单晶硅为基底的微型液晶显示器--LCoS(Liquid-Crystal-on-Silicon,硅基液晶)显示器,并展示LCoS微显示器系统电路结构、显示芯片物理结构、微显光机放大原理、以及相关视频显示图像,从一个侧面反映了中国的LCoS显示技术研发水平.     

硅基微显示芯片综述

增强现实技术是元宇宙重要的人机交互平台,其中光学成像部件和微显示屏是成像质量的关键。目前有5种微显示器件：硅基液晶、硅基OLED、硅基micro LED、digital light processing(DLP)、激光扫描振镜。将着重介绍不同微显示屏的组成结构、工艺流程、硅基驱动方式、发展现状及面临的挑战。在硅基驱动部分,将从像素驱动的不同电路和不同驱动电路的优缺点入手,分析不同显示技术在硅基部分的设计和指标挑战。对目前不同技术所能达到的指标进行汇总比较。讨论硅基背板的设计关注点和发展趋势。最后,对不同微显示芯片的应用场景和发展进行讨论。     

新型近眼显示系统的分析与设计

显示技术是信息技术中的一个重要领域,在百舸争流的现代显示技术中,以多晶硅薄膜晶体管、硅基液晶和有机发光二极管等为代表的微显示技术近年来发展迅速,成了众多研究人员和投资者所注目的热点。本文对基于LCoS微显示器的近眼显示系统进行了较为详细的分析,并介绍了系统电路和简单放大光学系统的设计方法。．     

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。     

中科院微电子所在微显示项目研究上取得突破

近日,中科院微电子所硅器件与集成技术研究室（一室）微显示驱动课题组在杜寰研究员的带领下,依托863课题,与浙江大学合作,成功研制出基于硅基液晶（LiquidCrystalonSilicon,LCoS）微显示芯片,分辨率为SVGA（800×600）彩色的微型投影显示器。     

微型显示器及其应用

介绍了微型显示器及其应用,比较了不同微显技术的产品性能,同时分析了微显市场,概述了微显技术在中国的发展.     

（100）与（111）晶面硅基金属整片键合后选择性去衬底技术

采用硅基金属整片键合后选择性去衬底技术,通过热压键合技术将（100）晶面硅与（111）晶面硅高温键合,利用聚二甲基硅氧烷保护（100）晶面硅衬底,再粗化（111）晶面硅衬底加快其刻蚀速率,后通过湿法选择性刻蚀去除（111）晶面硅衬底。此技术在不损伤硅基驱动芯片的前提下实现了选择性去除硅基氮化镓外延衬底,是一种材料混合集成的新技术,有望应用于自对准硅基Micro-LED微显示器件制程和光电子器件集成领域。     

硅基液晶显示器与虚拟成像技术的融合途径研究

文章阐述了硅基液晶显示器的原理及优势,并明确了虚拟成像技术的特点及优势,指出了虚拟成像在设备方面的局限性,并对硅基液晶显示器与虚拟成像技术的融合途径进行了探讨。     

混合扭曲向列相模式的液晶盒参数对硅基液晶显示器的影响

90°混合扭曲向列相液晶(MTN)模式因其良好的关态色散特性、低驱动电压而被应用于小型或者微型硅基液晶显示器(LCOS)。针对MTN模式,模拟研究了液晶弹性常数、介电各向异性、预倾角以及盒厚变化对显示效果的影响,研究结果为硅基液晶显示器的开发提供了一定的理论依据。     

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.     

Si基OLED微显示器阳极图案化研究

在传统的Si基OLED微显示器像素阳极工艺流程基础上,提出利用互补金属氧化物半导体(CMOS)工艺制作像素阳极的一次图案化工艺,从而精简工艺流程,节省投资。分析了常规CMOS工艺中Al作为像素阳极表面材料对OLED微显示器光电性能的影响,开发了一种Si芯片作为微显示器基板,最小像素面积为12mm×4mm,在其表面制作有机发光材料,形成Si基OLED微显示器。实验结果表明,在5V驱动电压下,本文研制的OLED微显示器发光强度可达1 000cd/m2以上,电流密度0.1mA/mm2以上,光电响应速度280ns以下,表明利用常规CMOS工艺开发Si基微显示器的可行性。     

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。     

硅基液晶显示器研究进展

硅基液晶（Liquid Crystal on Silicon)显示器是一种反射式液晶显示器，其周边驱动器和有源像素矩阵使用CMOS技术制作在单晶硅上，并以该晶片为基底封装液晶盒，因而拥有小尺寸和高显示分辨率的双重特性。详细讨论了LCoS显示器的结构和用途，展示了LCoS显示芯片的实际设计结果及其设计方法。     

CMP平坦化技术在LCoS显示器中的应用

作为一类新型LCD技术的LCoS显示屏是一种反射式液晶显示器,其镜面反射电极的平整性了整个显示器的亮度和对比度等主要显示参数。本文详细讨论了CMP技术在LCoS液晶显示器中实现平坦化的机理。     

LCoS微型显示器军事应用研究

介绍国外在微型显示器军事应用方面的状况，提出研发LCoS微型显示器配置我国士兵，着重论述了笔者在LCoS微型显示器方面的最新研究成果。     

无线OLED微显示器系统的设计与实现

针对现有微显示器系统采用硅基液晶(LCOS)带来的功耗、用户体验不佳,以及图像发送端和微显示器之间一般通过物理电线连接,或者采用传输效率不高的无线图像传输协议等问题,采用OLED微显示器和基于非压缩数据的无线图像数据传输协议WHDI的无线传输模块,利用FPGA EP2C8Q208C8作为核心控制器件,设计了主控制器以及OLED微显示器的驱动与控制模块,从而完成了整个无线OLED微显示器系统的设计,实现了高清图像的无线实时传输和显示。     

基于有机发光二极管的微型显示器基板电路设计

文章介绍了一款分辨率为160×120的有机发光二极管微型显示系统,本设计采用电流驱动方案实现微型显示系统需要的微量级电流需求,同时采用电流型数模转换器实现16级灰度显示。采用中芯国际的CMOS 0.35μm工艺实现了结构紧凑、制造成本低廉的一款实用型微型显示器。