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《南开大学》 2003年
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LCoS(硅基液晶)显示器设计

代永平  
【摘要】:本篇论文研究设计了一类硅基液晶(Liquid Crystal on Silicon,简称LCoS)显示器,其中主要涉及到两款不同用途的LCoS 显示芯片研制。LCoS 显示器是一种“夹心结构”——单晶硅基底片和镀有ITO 膜的玻璃片“夹”(封装)一层液晶材料。我们把视频转换电路、行扫描驱动电路和象素矩阵制作在硅基底上,而ITO 膜用作公共电极,液晶材料则工作在固定频率的交流信号下(场反转模式)。LCoS 设计成快速响应光阀,通过调制每个象素对入射光(来自时序光源)的反射程度(灰度)实现图像显示。 实际上,LCoS 显示技术是硅半导体平面技术与平板显示技术发展到相对成熟阶段相结合而诞生,因而具有了VLSI 技术的全部设计特征,然而就其功能与应用领域而言,LCoS 显示器仍是显示市场的一个产品。 本篇论文的研究工作不仅仅是局限于设计出两款可实现的LCoS 显示芯片(其中一款已在首钢日电成功流片,并封装成液晶盒实现了视频图像显示),更重要的是使人们能够对LCoS 电路设计、版图设计、相关制作工艺和系统设计有足够的了解。论文大致可分为四个部分。 第一部分(第1、2 章)阐明本篇论文的立题意义,综述液晶平板显示器应具备的基本性能。第二部分(第3、4 章)是本篇论文研究工作的理论基础,其间全面概述了目前系统芯片(SoC)物理设计方法,涉及到各种设计流程、工艺流程、EDA 辅助设计软件等,还介绍了具体的数模混合基本电路单元。第三部分(第5、6、7 章)基于前面对液晶显示器的认识,对SoC 物理设计方法的掌握,并结合已具备的数模混合电路经验,系统论述并设计了两款LCoS 显示器,一款是可用于近眼显示系统的场序彩色化微型LCoS 显示器,另一款是可用于投影显示系统的单色LCoS 显示器,该单色LCoS 显示芯片已成功流片,论文中将给出芯片实物照片、光学性能实测结果和所显示的视频图像。第四部分(第8、9 章)概述了LCoS 显示器制造工艺,总结了本篇论文的设计要点,而且对论文工作进行深层次的挖掘,尝试着提出建立硅基显示芯片的IP 模块,并探讨相应的设计方法。 本篇论文主要创新点有四个方面: (1) 不连续场序光脉冲彩色模式设计。 (2) 低功耗数模转换器设计。 (3) 公共电极场反转低压驱动液晶显示设计。 (4) 建立硅基液晶显示芯片的IP 重用设计模块。 另外,本篇论文还有一个独到之处,即论文中相关的研究工作没有仅仅停留在理论研究和计算机辅助设计,而是进一步把研究工作实物化,根据实际CMOS 生产线的工艺要求,设计了一类用于投影显示系统的单色LCoS 显示芯片,并付诸生产流片,论文中给出相应生产出的芯片实物照片和光学性能实测结果。
【学位授予单位】:南开大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2003
【分类号】:TN873

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