LCoS(硅基液晶)芯片设计与应用前瞻

功率损耗是制允集成电路的一个重要因素，而CMOS电路的主要特点就是低功耗。由于LCoS芯片上的像素尺寸非常小（7～20μm），制作相应微滤色片（microfilter）的工艺复杂，且成本高。通常采用无微滤色片工艺，在单片LCoS芯片上使用时间混色模式（时序彩色化）实现彩色显示。表面上看时序彩色模式的LCoS芯片，要求其帧频为普通VGA显示的3倍以上来刷新屏幕，似乎功耗会增加许多倍 ，但实际并非如此。在图2所的实际电路结构中，我们设计了行锁存器。这样，就可以采用逐行写入方式，把每场的图像信号输入到像素显示矩阵中。纵向数据驱动器中视频串-行转换移位寄存器的工作频率约为25MHz，其它大部分电路的时钟频率不超过300kHz。LCoS芯片的功耗包括以下三部分：

（1）静态功耗Ps。由反向漏电流造成的直流功耗，CMOS电路一般可以忽略不计。

（2）动态功耗PD。主要指逐行写入图像信号时，每行像素（电容）充放电产生的交流功耗。

（3）场反转功耗PF。上盖板电极作周期性电场反转需要的功耗。

综合以上三项功耗，总的功耗为

P=Ps+PD+PF≈PD+PF    (1)

可采用数字电路瞬态功耗估算公式得到：

P=CL fc VDD2     (2)

这里，每个象素的电容量CP约为0.2pF,

每行象素的电容量为：

Crow=640×CP=128pF     (3)

每屏象素的电容量为：

Cpanel=480×Crow=61.44nF     (4)

另外，已知逐行写放频率接近300kHz，场反转频率150Hz，VDD=5V,把这些值连同（2）、（3）、（4）式代入（1）式，得到LCoS芯片的功耗估计值：

P=Crow f行 VDD2+Cpanel f场 VDD 2≈1.2nW

可见，LCoS显示器的确属于低功耗器件。

我们利用0.6μm CMOS工艺设计制作的LCoS芯片，象素截跟为12μm；象素驱动矩阵的占有面积为（640×12）μm（480×12）μm=7.68mm×5.68mm×5.76mm。考虑到需要预留液晶盒的胶线封装区，最后整个LCoS显示芯片的尺寸为：11.0mm×9.4mm，对角线约为15mm。