功率損耗是制允集成電路的一個重要因素,而CMOS電路的主要特點就是低功耗。由于LCoS芯片上的像素尺寸非常小(7~20μm),制作相應微濾色片(microfilter)的工藝復雜,且成本高。通常采用無微濾色片工藝,在單片LCoS芯片上使用時間混色模式(時序彩色化)實現彩色顯示。表面上看時序彩色模式的LCoS芯片,要求其幀頻為普通VGA顯示的3倍以上來刷新屏幕,似乎功耗會增加許多倍 ,但實際并非如此。在圖2所的實際電路結構中,我們設計了行鎖存器。這樣,就可以采用逐行寫入方式,把每場的圖像信號輸入到像素顯示矩陣中。縱向數據驅動器中視頻串-行轉換移位寄存器的工作頻率約為25MHz,其它大部分電路的時鐘頻率不超過300kHz。LCoS芯片的功耗包括以下三部分:
(1)靜態功耗Ps。由反向漏電流造成的直流功耗,CMOS電路一般可以忽略不計。
(2)動態功耗PD。主要指逐行寫入圖像信號時,每行像素(電容)充放電產生的交流功耗。
(3)場反轉功耗PF。上蓋板電極作周期性電場反轉需要的功耗。
綜合以上三項功耗,總的功耗為
P=Ps+PD+PF≈PD+PF (1)
可采用數字電路瞬態功耗估算公式得到:
P=CL fc VDD2 (2)
這里,每個象素的電容量CP約為0.2pF,
每行象素的電容量為:
Crow=640×CP=128pF (3)
每屏象素的電容量為:
Cpanel=480×Crow=61.44nF (4)
另外,已知逐行寫放頻率接近300kHz,場反轉頻率150Hz,VDD=5V,把這些值連同(2)、(3)、(4)式代入(1)式,得到LCoS芯片的功耗估計值:
P=Crow f行 VDD2+Cpanel f場 VDD 2≈1.2nW
可見,LCoS顯示器的確屬于低功耗器件。
我們利用0.6μm CMOS工藝設計制作的LCoS芯片,象素截跟為12μm;象素驅動矩陣的占有面積為(640×12)μm(480×12)μm=7.68mm×5.68mm×5.76mm。考慮到需要預留液晶盒的膠線封裝區,最后整個LCoS顯示芯片的尺寸為:11.0mm×9.4mm,對角線約為15mm。