高密度、高分辨率LCD

自从1968年RCA公司公开动态散射模式（DSM）液晶显示技术以来，液晶显示技术迅速发展，但DSM是功率式显示模式，由于DSM材料稳定性差，对比度低等原因未能得到应用。

70年代初Schadt等人提出TN模式，Gray合成了稳定的TN液晶材料，很快形成了TN LCD产业。TN电光阈值特性差，只能用于分段式数字、字符、静态图形显示。TN显示器应用于数字手表、计算器、仪器仪表、游戏机、家电控制器等。

由于TN LCD显示容量小，应用领域受限制，促使开发STN LCD技术。80年代中期Scheffer等人提出STN显示模式，在TN LCD技术基础上，很快形成STN LCD产业。利用STN电光阈值特性，开发了多路驱动简单矩阵显示技术。STN LCD产品主要应用于BP机、手机、PDA、文字处理机等。

经过十几年的TFT LCD技术的开发，90年代初形成了a-Si TFT LCD产业。TFT LCD技术是TN LCD技术和TFT开关平面阵列技术相结合的技术。克服了TN模式阈值特性不足，大大增加信息显示容量，分辨率已达到QXGA（2048×1536），1600万色，其显示品质与CRT媲美。

但a-Si TFT受载流子迁移率低的制约，不适合应用于高密度高分辨率液晶显示，因而研究开发了p-Si TFT LCD技术，显示像素密度200ppi（pixel per inch)以上，并与周边电路可集成一体化，改善了显示器件的紧凑性和可靠性。p-Si TFT LCD不仅应用直视式显示，例如数码相机，摄像机，笔记本电脑等，而且应用于投影显示(前投影和背投影)和头盔显示等。

为了获得更高密度显示，近来发展起来的LCOS（Liquid Crystal on Silicon）技术是利用Si晶片上MOS器件集成技术和LCD技术相结合的反射式液晶显示技术。其像素密度700ppi以上，主要应用于投影显示和头盔显示。

综上所述，LCD应用领域非常广泛，几乎覆盖所有显示应用领域，同时LCD技术发展速度惊人。据日本夏普公司最近提供数据表明，2000年平板显示市场总产值为208亿美元，其中LCD占87％，2005年预计可到642亿美元，液晶显示占76％。这些数据表明平板显示器市场很大，发展很快。LCD是平板显示的主导技术。

70年代初Brody等人开发了CdSe TFT LCD技术，由于CdSe材料技术不成熟，未能发展成工业化生产技术。借助太阳能电池a-Si材料制备技术和MOS器件集成技术，在玻璃基板上成功地制备了a-Si TFT平面阵列并与液晶显示技术相结合发展了a-Si TFT LCD技术，此技术由玻璃基板转移到单晶硅片上，发展成LCOS技术。

利用单晶硅耐高温性能，容易制造p-Si TFT(MOS)器件，可以集成周边驱动电路和控制电路。利用p-Si高迁移率，可集成高密度TFT平面阵列。因反射式显示几乎不受开口率的限制并且像素尺寸为微米量级，像素密度可达1000ppi。这种硅片上高密度高分辨率像素集成技术完全借助集成电路(IC)技术，是比较成熟的技术。但LCOS显示必须采用投影放大显示，放大倍数20～60倍，要求LCOS像素上缺陷尺寸小于2～5mm。当前LCOS批量生产中遇到成品率较低的问题，其主要原因与制造技术和取向排列技术有关, 表1和表2分别列出非扭曲LC模式和扭曲LC模式。当前LCOS主要用TN模式，表1和表2中不同模式各有优缺点，成为相互有力的竞争者，人们比较看好“V”字型电光效应铁电液晶和垂直排列。还有提高照明光源灯亮度和寿命，改进照明光学系统和投影系统，LCOS将成为背投影数字HDTV和前投影显示的主要候选者。

近来LCOS市场表明，2000年LCOS产值为5亿美元，到2004年预计可达23亿美元，其中背投影占50％以上。

在LCOS器件设计和芯片供应方面,美国Aurora，Three Five System，日本JVC走在前面。近期Three-Five报出COS(含驱动IC)价格为450美元，是投影机透射式p-Si TFT LCD价格的一半，比DLP便宜很多。同时，LCOS前投影机分辨率达到1920×1080，投影机重量不超过3kg，对比度300：1以上。LCOS投影机体积小、重量轻、价格便宜,迎来了LCOS反射式投影机热潮。日本、韩国、中国台湾各公司相继投入LCOS产业，尤其是台湾的前锦科技、台达电子、慧生科技、明基电通等近十家公司投资生产LCOS反射式投影机整机产品。近来从北京投影电视机交流会上看，国内LCOS投影机光学引擎、光源、整机设计及LCOS设计，液晶板制造方面均有研发和向产业化方向转移的趋势，并引起企业家的兴趣。可以预见，我国LCOS投影机产业即将兴起。■