在红外场景时代下的硅液晶空间光调制器 摘要
液晶空间光调制器正在成为一种可行的替代红外发射现场的投影显示引擎阵列。液晶空间光调制器的一些优点包括成本低，重量轻（使便携式测试发动机），无坏点无频闪场景生成。其他的优势，包括高效率的运作，可扩展体系结构体感温度高仿真和潜力。我们讨论了最近开发的高电压512x512液晶硅空间光调制器。设计的考虑和设备性能的实验数据进行了介绍。
关键词：液晶，空间光调制器，红外场景投影
1.简介
外动态显示能力，主要是需要在专用硬件在环（半实物）场景模拟实验室，在红外传感器的特点和测试。红外光谱显示的目的是生成逼真的场景有足够的精度,不能分辨红外传感器的从自然场景仿真。迄今为止，红外设计系统巨大，价格昂贵，每种只有特定系统。但是，价格低廉，轻量级的便携的红外光谱场景投影系统使之成为可能。便携式检测系统将允许在该领域的光电和红外成像传感器，同时本身的运作平台上安装。
图1.原型硅液晶（LCOS的）的空间光调制器（SLM）的发电系统的场景。 * jstockley@bnonlinear.com;电话1 303 604-0077，传真：1 303 604-0066; bnonlinear.com
为了满足这种需求，博尔德非线性系统（BNS）构建了一个原型的硅液晶（LCOS）的空间光调制器（SLM）为红外场景生成。SLM原型如图1。组件包括用于显示的液晶可持续红外场
景生成器，周边驱动电路和冷却系统。
液态晶体硅器件上结合了硅集成电路芯片的小型电子产品的液晶材料的光调制能力。 LCOS技术最早是出现在20世纪90年代初在消费市场的数码投影机。此外，这些设备已被证明可以轻松接近自己的眼睛，当摄像机和数码相机取景器。 LCOS的能力的规模，使其成为首选的高清晰度（HDTV）的投影系统。
1.1红外显示技术
在过去的二十年间，红外成像探测器在军事领域的使用不断增加。据要求测试社区，以配合这些发展的步伐。由于传感器的复杂性增加，因此需要能够模拟精度的红外显示自然红外环境。过去许多场景投影技术与之相关的优点和缺点。
发射极电阻阵列，其中每个元素产生红外能量，是最普遍的技术。然而，然而这些设备可以只支持由单一供应商且非常昂贵，这主要是由于有限的红外场景投影机市场。由于这些设备只限于红外操作，是很难产生的多波段的场景。更令人不安的是，在（> 1000 ℃）的极端温度下的发射像素电阻材料变得不稳定，并最终熔化[1]。此外，像素是人为操控不了的。
数字微反射镜器件（DMD），如在商业使用的可见场景投影机，是大批量生产，价格低廉。 LCOS显示一样，DMD的设备技术的支持，用于数字投影机和投影电视的巨大消费市场。然而，DMD的显示设备是二进制，因此必须在一个跳动脉冲编码调制方案用于生成灰度。这种运作模式是扫描传感器不能接受的。虽然这些设备的帧速率是优秀的，我们必须最终选择高帧速率和幅度分辨率（灰度级）。此外，DMD的像素间距小装置（<15微米），他们因此在红外波段高衍射。 在80年代末，很大的关注使用LC材料在红外与光寻址光阀(LCLVs)和可调的光谱过滤器[2]。在休斯研究实验室的科学家首次成功地表征休斯LC材料的红外吸收能力和发展了LC材料适宜的红外光谱[3]。这些器件证明了LC材料在红外的可行性。自那时起已经在液晶材料研究的液晶显示产业带动取得了巨大的进步。这导致了一套新型的高速液晶材料和结构套作为支持驱动电路和包装技术的增长。 当克服其缺点从成本、性能和灵活性的角度看，我们主张液晶在半导体设备的最佳特征结合其他场景投影技术。底板的制造,使用同样的铸造厂用来制造计算机芯片制造来源,以保证可得到的永远是相同的。【超大规模集成电路系统输出的制作是多元的晶圆,或100的底板,导致极低的单位废弃成本。此外,创新由计算机产业,超大规模集成电路系统制造一些资金充足方案。】将来产品改进可以利用这些创新(更高的电压、小微影、更高的像素)
与LCOS技术，输出光调制的硅底板相对独立的主要以一个数组的形式返回铝像素都作为镜子和电极。光学调制，而不是取决于使用的晶体液，其覆盖层的厚度和玻璃的类型。这意味着，一个共同的超大规模集成电路底板可对可见光，近红外，中波红外和长波红外显示引擎使用。同样的底板，也可使用的液晶材料在各种不同的调制方式造成的。这种灵活性对红外光谱是特别重要的，在许多LC材料可能被速度限制。
1.2 LCOS显示建设
一个典型的硅器件液晶是设计制造的第一个硅底板芯片。这就需要学习所有细
节的具体工艺过程，因为没有两个过程是相同的。由于成本高，硅铸造部分
该设计还必须进行模拟。这些费用主要是在为每个芯片层所需的高分辨率的遮罩生产。
图 2.显示的组装
LCOS断面
美国BNS公司（Boulder Nonlinear Systems, Inc.）其主要产品是光学空间光调制器。收到他们放置到一个载波，如陶瓷支持柔性电路。陶瓷作为保障的柔性电路既是机电接口在硅芯片上。该芯片是连接到导线，因此电连接芯片。下一步是添加对齐图层到硅芯片和导电的盖玻片。盖玻片导电涂料通常是一个薄的透明金属氧化物涂层，图层面板强制提供了准直。提供一种力量的排列层排列所有的液晶分子进入同一方向。如果没有对齐层的液晶排列是随机的，因此没有提供有用的光调制。然后防护玻璃罩结合到硅芯片使用粘合剂和垫片。这些间隔器提供一致的差距在整个表面的芯片,是只有几个微米厚。这种装配单元放置在真空室。在真空状态下，该芯片被加热，均匀差距与理想的液晶材料填充。非真
空状态，装置冷却到室温，一个电极导线连接到盖玻片。在这一点上，该设备是完整的（见图2）。
液晶硅技术是特别适合用于投影显示系统，反射的配置便于使用薄层比在LC传输型配置,导致更快的反应时间。由于具有较大的填充因子LCOS的背板和相邻像素液晶模拟行为的可能，一个自然的“平稳”的图像效果。这直接对比的是易碎，怪怪的“屏幕门”的场景从机械设备产生的镜子。 LCOS元件很容易扩展到大容量高格式，并正成为大型格式HDTV投影机的首选技术。这是一种价格低廉而这些设备的高收益率是如此的吸引力考虑显示一个红外线的能力。一个LCOS投影背板设计灵活地定制不同光谱波段的另一个期望的特
性。
下文第2节，背板的发展进行了讨论，包括超大规模集成电路设计和晶片制造。第三节驱动器电子学的报告。第4节讨论液晶。该报告最后总结和建议作进一步调查。
2．超大规模集成电路开发底板
图3显示了高水平的背板芯片布局。在512x512像素中心距37.5微米。芯片尺寸为23x23毫米。奇数和偶数移位寄存器有助于增加有效面积，虚拟像素沿底部只填写标线。所有允许晶圆组装结合区的顶部。 20 MHz的时钟提供了205微秒刷新率。
这是一个20 V的过程，但早期的测试认定，保持电源电压V低于20底板，大大缓解底板和运算放大器热度。因此,应在此讨论使用一个18 V电压。
图3.高压512x512底板布局
图4. 底板设计
2.1积体电路板的制造
设计过程本质上是迭代的。一个根据设计合成了由晶片代工厂商提供的设计规则。这些设计规则都是基于铸造工艺。 设计提交了好几次,一切才查出来制造可以开始了。图5显示了一个由设计软件描绘的像素结构图（一）旁边的一对的底板一名来自所铸造（二）本设计晶片制造的第一套照片。
图。 5。设计图纸（a）和背板照片（二）高压512x512 SLM
在底板特点包括：
?对P -场效应管和N - FET的互补对每个像素（提供轨至轨操作）