CN110600462A - 一种具有多个像素区的系统封装lcos芯片及其应用 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种具有多个像素区的系统封装LCOS芯片及其应用，芯片内部具有多个独立控制的像素区。本发明在原本的LCOS芯片硅基底层设计的基础上，通过后道处理，将多个硅基底层拼接到一起形成一颗LCOS芯片，可以同时扩展长轴和短轴。在光通讯应用领域，对于WSS器件，其长轴长度扩展可以将可处理的信道数量翻倍，而在短轴扩展长度，则可以将原本采用两颗LCOS芯片实现同时处理C波段和L波段的WSS用一颗LCOS芯片实现。另外，由于面积大幅增加，则信道间距可以加大，可以有效减小信道之间的串扰。在3D打印领域，可以通过视频拼接技术，用较小的成本实现大的投影分辨率。

Description

一种具有多个像素区的系统封装LCOS芯片及其应用
技术领域
本发明涉及一种LCOS芯片，尤其是涉及到一种具有多个像素区的系统封装的LCOS芯片。
背景技术
硅基液晶（Liquid crystal on Silicon）芯片既可以用于显示和投影，也可以用于形成衍射元件或是应用于光调制。目前，由于LCOS半导体工艺和后道灌晶工艺的良率问题，单芯片高分辨率的LCOS芯片的整体良率非常低，成本高居不下，非常不利于应用推广。然而对于很多应用来说，要设计制造高端的终端产品，又不得不需要高分辨率或者说尺寸更大的LCOS芯片， 如全息投影、光通讯和3D打印等。
波长选择开关是能够在不同光纤之间切换光波的器件，是可以实现环路信道切换和信号功率调整的器件。同时，为了实现真正的全光网，WSS（波长选择开关）也成为ROADM中的核心器件。在早期的光网络中，由于节点数少，切换少，可以采用波长阻断（wavelengthblocker）、平面光波电路（PLC）等技术实现通道切换，从第三代ROADM开始，为了实现不限波长（COLORLESS）、不限方向（DIRECTIONLESS）和避免同波段竞争（CONTENTIONLESS）的要求，WSS开始成为光通讯网络中的重要器件。随着光网络技术的不断发展，ROADM技术的不断演进，WSS也出现了许多技术选择。WSS可采用的技术有PLZT、LC、MEMS和LCoS等，然而由于对多端口大容量光通讯的需求，从灵活配置信道的角度，目前大部分产商都采用了基于LCOS芯片的WSS技术。LCOS芯片通常包含硅基底层、第一液晶配位层、液晶层、第二液晶配位层和ITO玻璃层。
一般信号从光纤输入，先经过准直透镜扩束，之后的衍射光栅将不同波长的信号在空间上分离，经过傅里叶棱镜镜像到LCOS芯片上的不同区域，实现切换或调制功能，衍射回来的信号可以通过同样的光路，根据调制信号的配置，出射到相应的输出端口。通过角度和位置的计算，这种光路可以灵活应用在1*N和N*N的WSS中。
发明内容
本发明的目的是提供一种具有多个像素区的LCOS芯片及其应用。该芯片在原本的LCOS芯片硅基底层设计的基础上，通过拼接多个硅基底层的方式，可以在长轴和短轴扩展长度。在WSS应用中，其中长轴长度可以将可处理的信道数量翻倍，而在短轴扩展长度，则可以将原本采用两颗LCOS芯片实现同时处理C波段和L波段的WSS用一颗LCOS芯片实现。另外，由于面积大幅增加，则信道间距可以加大，可以有效减小信道之间的串扰。
本发明采用的技术方案：
一种具有多个像素区的系统封装LCOS芯片，芯片内部具有多个独立控制、具有相同或者不同频段响应特征的像素区。
进一步地，芯片内部具有用于形成多个像素区的对应的多个独立控制的硅基底层。由于多个像素区可以有不同的硅基底层形成，整个芯片的总像素数目大幅度增加。即如果单个LCOS硅基底层的像素为1920*1080，则封装后的芯片像素可以达到1920*1080*N，大幅度增加。
进一步地，芯片内部的多个像素区形成多个独立控制的液晶区域。
进一步地，芯片内部的多个像素区分别对应设置成多个独立的液晶盒子，或将所有像素区集中制造成一个液晶盒子。
进一步地，当独立控制各个液晶区域时，各个不同的液晶区域采用不同的液晶材料或采用相同的液晶材料。
进一步地，沿像素区的长轴和/或短轴对像素区进行扩展形成多个像素区。
进一步地，多个硅基底层可以是同一个硅基，也可以是来自不同硅基的硅基底层，通过系统封装的形式组成一个LCOS芯片。
进一步地，采用晶圆上拼接、多芯片封装打线、RDL重新布线或TSV的3D垂直封装方式，将多个硅基底层封装在一起。
进一步地，多个硅基底层共用同一驱动电路，或具有各自的独立控制的驱动电路。
一种基于所述的具有多个像素区的LCOS芯片构成多波段波长选择开关，在波长选择开关的波长切换部分，采用具有多个像素区的LCOS芯片，可以同时处理多个信道并降低信道之间的串扰。
一种基于所述的具有多个像素区的LCOS芯片构成3D打印机， 3D打印机的投影部分采用具有多个像素区的LCOS芯片，通过软件拼接的方式，把不同像素区的图像再拼接为一副图案，达到高分辨率投影的目标。
本发明所达到的有益效果：
本发明旨在提供一种具有多个像素区的LCOS芯片及其应用。该芯片在原本的LCOS芯片硅基底层设计的基础上，通过晶圆上拼接、多芯片封装打线、RDL重新布线或是TSV的3D垂直封装方式，可以在长轴和短轴扩展长度。在WSS应用中，扩展长轴长度可以将可处理的信道数量翻倍，而在短轴扩展长度，则可以将原本采用两颗LCOS芯片实现同时处理C波段和L波段的WSS用一颗LCOS芯片实现。另外，由于面积大幅增加，则信道间距可以加大，可以有效减小信道之间的串扰。在3D打印中，通过多像素系统封装，可以用较低的成本实现高分辨率3D打印用的投影图像。
附图说明
图1是现有技术中的单颗硅基底层的表面图；
图2是图1单颗LCOS芯片剖面图；
图3的两颗芯片的焊盘位于长轴；
图4的两颗芯片的焊盘位于短轴；
图5是图3的镜像图；
图6是图4的镜像图；
图中，100、硅基底层，101、焊盘区，102、像素区, 103、液晶盒子，104、液晶，105、封装底板，106、ITO玻璃，107、像素区周围的框胶，200、封装基板，201、硅基底层1，202、硅基底层2，203、液晶盒子1，204、液晶盒子2，205、硅基底层1的焊盘，206、硅基底层2的焊盘，209、像素区1，210、像素区2，207、LCOS芯片，208、芯片打线区。
具体实施方式
图1是单颗硅基底层的表面图，100是硅基底层，101是硅基底层上的焊盘区，102是硅基底层上的像素区, 103是硅基底层上的液晶盒子。图2是单颗LCOS芯片剖面图。其中100是硅基底层，105是用于支撑硅基底层和实现电气连接的封装底板，可以是PCB、MICRO PCB和FPC等方式，101是焊盘区，106是用于形成液晶盒子的ITO玻璃，104是液晶盒子中的液晶，107是像素区周围用于形成液晶盒子的框胶。像素区、框胶、ITO玻璃形成了液晶盒子。
可以看出，硅基底层的像素区决定了液晶区域的大小。目前很多公司在通过直接扩大单个像素区的方法来得到大面积的液晶盒子。
本发明提出的具有多个像素区的LCOS芯片，芯片内部拥有多个像素区，这些像素区即可以完全一致，也可以独立控制，可以有相同或不同的特征。芯片内部具有用于形成多个像素区的对应的多个独立控制的硅基底层。
多个硅基底层可以共用一个液晶盒子，也可以拥有各自的液晶盒子。
多个硅基底层可以共用驱动电路，也可以拥有各自的驱动电路。
多个硅基底层可以是同一个硅基，也可以是来自不同硅基的不同硅基底层，通过系统封装的形式组成一个LCOS芯片。
将多个硅基底层封装在一起，可以采用晶圆上拼接、多芯片封装打线的方式，也可以是RDL重新布线的方式，也可以是TSV的3D垂直封装方式。
图3、图4是将两颗硅基基底层封装为一颗LCOS芯片扩展长轴像素区的实施例。可以发现，LCOS芯片的像素数目和像素区面积都是单个硅基底层封装的LCOS芯片的两倍，可以有效增加处理的信道数量。
图3的两颗芯片的焊盘位于长轴，拼接时焊盘朝向相同，200是用于实现电气连接和支撑作用的封装基板，201是置于封装基板上的硅基底层1，202是封装基板上的硅基底层2， 203是硅基底层上的液晶盒子1，204是液晶盒子2，205是硅基底层1上的焊盘，用于实现与封装基板的电气连接，206是硅基底层2的上的焊盘，209是硅基底层上的像素区1，210是像素区2，207是LCOS芯片，208是芯片打线区，用于实现芯片与外部电路的连接。同理也可以对焊盘位于短轴的芯片如此拼接。
图4的两颗芯片的焊盘位于短轴，拼接时焊盘都朝外，液晶盒子紧邻，200是封装基板，201是硅基底层1，202是硅基底层2， 203是液晶盒子1，204是液晶盒子2，205是硅基底层1的焊盘，206是硅基底层2的焊盘，207是LCOS芯片，208是芯片打线区，用于实现与外部电路的连接。 同理也可以对焊盘位于长轴的芯片如此拼接。
可以发现，LCOS芯片的像素数目和像素区面积都是单个硅基底层封装的LCOS芯片的两倍，在单个硅基底层像素不变的情况下，多个像素区拼接可以以较低的成本实现高分辨率的LCOS芯片。
如将图3、图4镜像，则可以简单得到4倍像素区的LCOS芯片，如图5、图6所示。可以发现，LCOS芯片的像素数目和像素区面积都是单个硅基底层封装的LCOS芯片的四倍，可以增加信道数、输入光纤数量以及同时处理C波段和L波段，或是将信道分布间距增加，降低串扰。
另，图3的拼接方式可以沿横轴无限扩展，而图4的拼接方式可以沿纵轴无限扩展。理论上，像素区面积可以无限增大。
对于WSS应用，硅基底层的像素区决定了WSS可以使用的像素数目，即决定了WSS可以处理的信号通道数目。一般目前的LCOS用于WSS时，长轴用于不同信道的空间分布，不同频率的信道在长轴方向一字排开。通常一个WSS里面包含一颗LCOS芯片，有时为了同时兼容C波段和L波段，也会采用两颗芯片，或是通过光学堆叠压缩更多的信号到LCOS芯片上。然而这样就会面临串扰增大的困扰。本发明提出的具有多像素区的LCOS芯片，可以在同一光轴延长信道分布区，提供更大的信道分布空间，有效降低串扰。
对于3D打印应用，LCOS分辨率决定了打印投影的图像分辨率，单颗芯片分辨率难以提高的情况下，打印分辨率也就难以提高。采用本发明提出的具有多个像素区的LCOS芯片，加以软件图像拼接技术，可以通过软件拼接，将不同像素区的图像拼接成一个整体，实现高分辨率投影。而将多个像素区集成为一颗芯片，可以大幅降低拼接难度和图像的畸变。

Claims (11)

1.一种具有多个像素区的系统封装LCOS芯片，其特征在于，芯片内部具有多个独立控制、具有相同或不同频段响应特征的像素区。
2.根据权利要求1所述的具有多个像素区的系统封装LCOS芯片，其特征在于，芯片内部具有用于形成多个像素区的对应的多个独立控制的硅基底层。
3.根据权利要求1所述的具有多个像素区的的系统封装LCOS芯片，其特征在于，芯片内部的多个像素区形成多个独立控制的液晶区域。
4.根据权利要求1所述的具有多个像素区的系统封装LCOS芯片，其特征在于，芯片内部的多个像素区分别对应设置成多个独立的液晶盒子，或将所有像素区集中制造成一个液晶盒子。
5.根据权利要求3所述的具有多个像素区的系统封装LCOS芯片，其特征在于，当独立控制各个液晶区域时，各个不同的液晶区域采用不同的液晶材料或采用相同的液晶材料。
6.根据权利要求1所述的具有多个像素区的系统封装LCOS芯片，其特征在于，沿像素区的长轴和/或短轴对像素区进行扩展形成多个像素区。
7.根据权利要求2所述的具有多个像素区的系统封装LCOS芯片，其特征在于，多个硅基底层是同一个硅基，或是来自不同硅基的硅基底层，通过系统封装的形式组成一个LCOS芯片。
8.根据权利要求2或8所述的具有多个像素区的系统封装LCOS芯片，其特征在于，采用晶圆上拼接、多芯片封装打线、RDL重新布线或TSV的3D垂直封装方式，将多个硅基底层封装在一起。
9.根据权利要求2所述的具有多个像素区的系统封装LCOS芯片，其特征在于，多个硅基底层共用同一驱动电路，或具有各自的独立控制的驱动电路。
10.一种基于权利要求1所述的具有多个像素区的LCOS芯片构成多波段波长选择开关，其特征在于，在波长选择开关的波长切换部分，采用具有多个像素区的LCOS芯片。
11.一种基于权利要求1所述的具有多个像素区的LCOS芯片构成3D打印机，其特征在于，3D打印机的投影部分采用具有多个像素区的LCOS芯片，通过软件拼接的方式，把不同像素区的图像再拼接为一副图案。
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