高密度、高分辨率LCD

自從1968年RCA公司公開動態散射模式（DSM）液晶顯示技術以來，液晶顯示技術迅速發展，但DSM是功率式顯示模式，由于DSM材料穩定性差，對比度低等原因未能得到應用。

70年代初Schadt等人提出TN模式，Gray合成了穩定的TN液晶材料，很快形成了TN LCD產業。TN電光閾值特性差，只能用于分段式數字、字符、靜態圖形顯示。TN顯示器應用于數字手表、計算器、儀器儀表、游戲機、家電控制器等。

由于TN LCD顯示容量小，應用領域受限制，促使開發STN LCD技術。80年代中期Scheffer等人提出STN顯示模式，在TN LCD技術基礎上，很快形成STN LCD產業。利用STN電光閾值特性，開發了多路驅動簡單矩陣顯示技術。STN LCD產品主要應用于BP機、手機、PDA、文字處理機等。

經過十幾年的TFT LCD技術的開發，90年代初形成了a-Si TFT LCD產業。TFT LCD技術是TN LCD技術和TFT開關平面陣列技術相結合的技術。克服了TN模式閾值特性不足，大大增加信息顯示容量，分辨率已達到QXGA（2048×1536），1600萬色，其顯示品質與CRT媲美。

但a-Si TFT受載流子遷移率低的制約，不適合應用于高密度高分辨率液晶顯示，因而研究開發了p-Si TFT LCD技術，顯示像素密度200ppi（pixel per inch)以上，并與周邊電路可集成一體化，改善了顯示器件的緊湊性和可靠性。p-Si TFT LCD不僅應用直視式顯示，例如數碼相機，攝像機，筆記本電腦等，而且應用于投影顯示(前投影和背投影)和頭盔顯示等。

為了獲得更高密度顯示，近來發展起來的LCOS（Liquid Crystal on Silicon）技術是利用Si晶片上MOS器件集成技術和LCD技術相結合的反射式液晶顯示技術。其像素密度700ppi以上，主要應用于投影顯示和頭盔顯示。

綜上所述，LCD應用領域非常廣泛，幾乎覆蓋所有顯示應用領域，同時LCD技術發展速度驚人。據日本夏普公司最近提供數據表明，2000年平板顯示市場總產值為208億美元，其中LCD占87％，2005年預計可到642億美元，液晶顯示占76％。這些數據表明平板顯示器市場很大，發展很快。LCD是平板顯示的主導技術。

70年代初Brody等人開發了CdSe TFT LCD技術，由于CdSe材料技術不成熟，未能發展成工業化生產技術。借助太陽能電池a-Si材料制備技術和MOS器件集成技術，在玻璃基板上成功地制備了a-Si TFT平面陣列并與液晶顯示技術相結合發展了a-Si TFT LCD技術，此技術由玻璃基板轉移到單晶硅片上，發展成LCOS技術。

利用單晶硅耐高溫性能，容易制造p-Si TFT(MOS)器件，可以集成周邊驅動電路和控制電路。利用p-Si高遷移率，可集成高密度TFT平面陣列。因反射式顯示幾乎不受開口率的限制并且像素尺寸為微米量級，像素密度可達1000ppi。這種硅片上高密度高分辨率像素集成技術完全借助集成電路(IC)技術，是比較成熟的技術。但LCOS顯示必須采用投影放大顯示，放大倍數20～60倍，要求LCOS像素上缺陷尺寸小于2～5mm。當前LCOS批量生產中遇到成品率較低的問題，其主要原因與制造技術和取向排列技術有關, 表1和表2分別列出非扭曲LC模式和扭曲LC模式。當前LCOS主要用TN模式，表1和表2中不同模式各有優缺點，成為相互有力的競爭者，人們比較看好“V”字型電光效應鐵電液晶和垂直排列。還有提高照明光源燈亮度和壽命，改進照明光學系統和投影系統，LCOS將成為背投影數字HDTV和前投影顯示的主要候選者。

近來LCOS市場表明，2000年LCOS產值為5億美元，到2004年預計可達23億美元，其中背投影占50％以上。

在LCOS器件設計和芯片供應方面,美國Aurora，Three Five System，日本JVC走在前面。近期Three-Five報出COS(含驅動IC)價格為450美元，是投影機透射式p-Si TFT LCD價格的一半，比DLP便宜很多。同時，LCOS前投影機分辨率達到1920×1080，投影機重量不超過3kg，對比度300：1以上。LCOS投影機體積小、重量輕、價格便宜,迎來了LCOS反射式投影機熱潮。日本、韓國、中國臺灣各公司相繼投入LCOS產業，尤其是臺灣的前錦科技、臺達電子、慧生科技、明基電通等近十家公司投資生產LCOS反射式投影機整機產品。近來從北京投影電視機交流會上看，國內LCOS投影機光學引擎、光源、整機設計及LCOS設計，液晶板制造方面均有研發和向產業化方向轉移的趨勢，并引起企業家的興趣。可以預見，我國LCOS投影機產業即將興起。■