1、 2019/6/9 1 一种新的微显示技术 数字硅基反射液晶数字硅基反射液晶(LCOS)显示技术的进展显示技术的进展 中国科学院广州电子技术研究所中国科学院广州电子技术研究所 王天及王天及 2019/6/9 2 摘要摘要 ? 介绍几种现代显示技术的发展概况。 ? 1，阴极射线管 （ CRT ）, 2，数字光处理技术（DMD-DLP）, 3，等离子显示板（PDP） , 4，场发射显示器（FED）, 5，有机发光二极管 (OLED), 6,光栅光阀(GLV)投影显示器, 7,液晶显示系统（LCD）, 8,全色发光二极管（LED）, 9,数字打印全息图（DPH）及视频全息（Holovideo ）,
2、10,全息背投屏（Holoscreen ）, 11，液晶硅（LCOS）。 ? 对上述几种现代显示技术在结构, 原理和技术特点等方面作了比较。特别是对液晶硅 显示(LCOS)的结构和原理以及发展趋势和市场趋向作较详细地分析。 2019/6/9 3 次目次目 ? 几种现代显示技术概述 ? 数字硅基反射液晶显示技术 ? LCOS 微显示器的构成 ? LCOS 微显示器工作原理 ? LCOS 微显示器的应用 ? LCOS的发展趋势及面临的问题 ? LCOS的应用的市场分析 2019/6/9 4 几种现代显示技术几种现代显示技术 ? 1，阴极射线管 （ CRT ） ? 2，数字光处理技术（DLP） ?
3、3，等离子显示板（PDP） ? 4，场发射显示器（FED） ? 5，有机发光二极管 （OLED） ? 6，光栅光阀（GLV）投影显示器 ? 7， 液晶显示系统（LCD） ? 8， LED大屏幕显示（ LED） ? 9, 数字打印全息图（DPH）、视频全息（Holovideo ） ? 10，全息背投屏（Holoscreen ） ? 11，液晶硅显示 (LCOS) 2019/6/9 5 1,阴极射线管阴极射线管CRT ?CRT （阴极射线管）技术是应用最普遍的显示技术，第一台电视机的发明采用的就是这种技术。它的优势是图像质量好、成本低、视角大、亮度高、寿命长。 ? CRT 技术的稳定与成熟长期占领
4、市场,其主要缺点是机器庞大笨重，由此给大屏幕电视 机的生产和维护带来许多不便。 2019/6/9 6 CRT （阴极射线管） A,阴极; B,导电涂层; C,阳极; D,色屏; E,电子束; F,掩模板. 2019/6/9 7 CRT显示器的厚度减少 “short-neck ” ? 生产CRT的公司还在继续完善他们的的公司还在继续完善他们的工艺。 ? 阴极（Cathodes ）、聚焦栅（focusing grids ），透镜（lenses ），荧光粉，荧光粉（phosphors ），偏转线圈（deflection yokes ）,网格过滤器（screen filters ）以及显示器中其它的组
5、件仍然在不断进行改进; ? 目的是提供更出色的显示效果。厂家也一直努力把显示器的调节控制改进的更简便，更易于用户理解和操作，的更简便，更易于用户理解和操作，CRT显示器技术仍在不断地改进的。 2019/6/9 8 2,数字光处理技术（数字光处理技术（DLP ） ? 数字光处理技术（ Digital Light Processing ,DLP）是是 利用微型反光镜对光进行定向向 反射。这种技术由 Texas 仪器公司首创。 一块 DLP 集成电路表面可任意集成 800 到一百万块微型反光镜。微型反光镜定位后可倾斜 -10 到到 +10 度。 2019/6/9 9 DLP的基础是的基础是DMD ?
6、 DMD ? Digital ? MicrroMirror ? Device 2019/6/9 10 DLP显示系统显示系统 2019/6/9 11 DLP显示系统显示系统 2019/6/9 12 DLP/DMD ? DLP DMD DMD 电子控制 光学元件 光源 色轮 2019/6/9 13 3,等离子显示板 （Plasma Display Panel ，PDP） ? PDP 显示器成像原理与氖气灯或荧光灯工作原理基本一致，即利用电场激发惰性气体来发光。在 PDP 显示器里，惰性气体被夹在两块带透明电极的玻璃基板之间。 当电压作用于其中一块玻璃基板上的电极时，由表面放电产生的紫外线激发涂在
7、另一块玻璃板内表面的荧光粉发光，光线穿过玻璃板生成图像。由于荧光粉被涂成了红，绿，蓝色，因而生成的图象是彩色的。 PDP的结构示意图 寻址寻址 电极电极 玻璃基板 间隔肋 色彩荧层 保护层 介电层 前板玻璃 透明电极 2019/6/9 14 PDP等离子电视具有无辐射、图像无闪烁、厚度薄、重量轻、色彩鲜艳、图像逼真等特点，使用寿命可达3万小时以上。而且，等离子电视在屏幕大型化方面相对容易(42”65”) 2019/6/9 15 4,场发射显示场发射显示器（FED） ? FED 与传统 CRT 有许多类似的地方。不过与 CRT 不同的是， CRT 仅一把电子枪向屏幕内表面发射电子，而 FED 可
8、多达几 千万个微锥发射电子。 由于 FED 采用了多电子枪技术，显示器物理尺寸可大幅度变小，从而摆脱了传统 CRT 技术对大屏幕电视机重量和屏幕尺寸的限制。 场发射显示器（FED）示意图 色彩单元 电子发射微锥 FED门 2019/6/9 16 金刚石及其相关薄膜冷阴极场发射金刚石及其相关薄膜冷阴极场发射 的源头创新的源头创新 ? 采用金刚石及其相关薄膜作为发射体的平面型FED是一个创新。这一源头创新工作是中山大学许宁生教授1993年在英国完成的。他首次在CVD金刚石薄膜上发现了大面积电子发射现象。作为发射体的平板显示器 具有美好的应用前景。 ? 采用碳纳米管冷阴极发光管由于其亮度高、色彩饱和
9、度好、响应快、视角宽等优点，适合高亮度大屏幕显示。 阳极 行电极 色彩荧 列电极 2019/6/9 17 AM-FED ? 活性矩阵场发射显示 2019/6/9 18 微锥场发射微锥场发射FED ? FED 2019/6/9 19 5,有机发光二极管有机发光二极管 (OLED) ? 有机发光二极管显示技术的原理是：当用的原理是：当用碳、氧、或氢等有机碳、氧、或氢等有机材料制成的薄膜受到材料制成的薄膜受到电荷的激发时，这些电荷的激发时，这些材料会释放出特定颜材料会释放出特定颜色的光子。色的光子。 目前这种显示技术的目前这种显示技术的唯一缺陷是由有机物唯一缺陷是由有机物老化而导致的设备寿老化而导致
10、的设备寿命较短。命较短。 2019/6/9 20 OLED ? 右上图拿在手中的为有机发光器件，厚度极薄，却可以显示字画，被形象地成为“电子纸” 。 ? 中图为嵌在衣服上的OLED显示， ? 下右边为LCD显示;下左为OLED. 2019/6/9 21 光栅光阀光栅光阀 (GLV) ? Grating Light Valve 即光栅光阀由 David Bloom 在 Stanford 大学研制成功。 ? 该集成电路由集成于硅芯片上的微反射带构成。对硅芯片施加电场会导致硅芯片上面的微反射带发生变形，这就改变了微反射带的反射参数，从而控制光的反射成像。 2019/6/9 22 光栅光阀(GLV)投
11、影显示器 ? 美国斯坦福大学美国斯坦福大学David Bloom研制成的这研制成的这种称之为光栅光阀投影显示器，每帧图像种称之为光栅光阀投影显示器，每帧图像的像素数可达1920*1080个。该投影机的核心系统是一小型核心系统是一小型变形光栅变形光栅，衍射光是以，衍射光是以不同的衍射角从变形光栅中射出的，用简不同的衍射角从变形光栅中射出的，用简单的光学系统加以会聚后就可在屏幕上显示出高对比度的彩色图像。示出高对比度的彩色图像。 2019/6/9 23 光栅光阀光栅光阀(GLV) ? GLV 衍射 镜面反射 光栅像素 光栅能周期地调配红绿蓝 2019/6/9 24 GLV光栅光阀器件光栅光阀器件
12、? 这个光栅光阀器件均由装在硅片上的数千这个光栅光阀器件均由装在硅片上的数千对陶瓷光条组成，陶瓷光条的作用是使激对陶瓷光条组成，陶瓷光条的作用是使激光束形成衍射图样。若在红绿蓝三对陶瓷光条上分别加上相应的色信号电压，则每光条上分别加上相应的色信号电压，则每对陶瓷光条均可发生形变，其每对光条可对陶瓷光条均可发生形变，其每对光条可变的间距均小于该激光束的波长。从各个光阀器件中射出的衍射光加以会聚便可形光阀器件中射出的衍射光加以会聚便可形成一彩色像素。成一彩色像素。 2019/6/9 25 7,LCD显示系统显示系统 ? 20世纪70年代初，世界上出现了第一台液晶显示设备，被称之为TN-LCD（扭曲
13、向列）液晶显示器； ? 当时是单色显示，被推广到电子表、计算器等领域； ? 80年代，STN-LCD（超扭曲向列）液晶显示器出现，同时TFT-LCD（薄膜晶体管）液晶显示器技术被研发出来； ? 80年代末90年代初，STN-LCD及TFT-LCD生产技术成熟，LCD工业开始高速发展。 2019/6/9 26 ? LCD工作原理示意图 LCD显示结构显示结构 示意图 2019/6/9 27 LCD投影机与投影机与LCD-TV ? LCD液晶屏幕具有高亮度、高对比度 等显著特点，有16.7百万的显示色彩，且色彩绚 丽真实。液晶屏幕的最佳分辨率达 1024768，具有非常高的清晰度，画面无闪烁,无辐
14、射,寿命长,省电等优点。 2019/6/9 28 8,LED大屏幕显示大屏幕显示 ? 1964年世界上第一只红色 -族GaAsP-LED 诞生，预示着固体发光显示时代的来临。不久，橙色、黄色和黄绿色LED也相继问世，实现了在波长940540nm 范围内发光的全固化，但实现全色显示的蓝光一直是个障碍。 ? 二十世纪七十年代， LED在大屏幕显示、交通信号灯和仪器仪表指示等领域得到广泛应用，并随着家用电器进入人们的生活。 1994年，在日亚化学 (Nicchia)的中村秀二(Shuji Nakamura) 发明了GaN蓝光LED。 2019/6/9 29 氮化镓基蓝光氮化镓基蓝光LED ? 氮化镓
15、基蓝、绿光AlGaInN-LED的出现是LED发展史上的又一里程碑，使户外全色显示和半导体照明成为可能。 2019/6/9 30 9，数字打印全息（DPH） 视频全息显示（Holovideo ） ? 数字打印全息 1，创制3D景物 Hologram/3D Print sizes 100 x140cm 2，绘制全息掩模 3，全息打印系统 大批复制的打印全息图 2019/6/9 31 视频全息显示（Holovideo ） ? Holovideo 制作步骤 2019/6/9 32 视频全息（视频全息（Holovideo ） ? 时实动态再现图像 计算机 高速帧缓存 信号处理 激光 3D景物 离散化
16、2019/6/9 33 10，Holoscreen ? 全息背投屏Holoscreen 是一片半透明的显示屏幕，可让观众同时看见屏幕上的画面与屏幕背后的景物 2019/6/9 34 全息背投屏全息背投屏 ? Holoscreen 是在一块光洁透明的有全息图的玻璃板（或丙烯酸透明板）上显示DLP、LOCD或LCD投影机的图像。 ? 用光敏聚合物（Photopolymer ）制作的全息图具有棱镜的折射光的能力。 ? 设计投影机以35度角投射至全息屏上，全息图仅响应该角度来的光。 全息图 全息图横断面 透明板 2019/6/9 35 全息背投屏全息背投屏 ? holo 2019/6/9 36 全息背
17、投屏的特点全息背投屏的特点 ? 具有高透光性、高亮度以及高具有高透光性、高亮度以及高对比度； ? 置于室内或外均可呈现极佳的置于室内或外均可呈现极佳的视觉效果 ； ? 可应用于展示橱窗、展示中心、商店、银行、博物馆；商店、银行、博物馆； ? 可悬挂、支架立等灵活方式。可悬挂、支架立等灵活方式。 ? 屏幕尺寸从46” 到到160” 。 2019/6/9 37 新一代背投显示屏新一代背投显示屏 ? H Next Generation Rear Projection Displays 2019/6/9 38 全息背投屏的特点全息背投屏的特点 ? holo 高亮度、高对比度 高透光性 耐候性 抗UV
18、可触摸 易保养 2019/6/9 39 全息背投屏全息背投屏 ? 全息 2019/6/9 40 11,液晶硅 (LCOS)显示 ? LCOS 即液晶硅显示,亦称硅晶是一种新型微显示技 术。LCOS是Liquid Crystal On Silicon 的缩写。 ? LCOS是一种全新的数码成像技术，也叫数字硅基反射液晶显示技术，它采用半导体CMOS集成电路芯片作为反射式LCD的基片，CMOS芯片上涂有薄薄的一层液晶硅，控制电路置于显示装置的后面，可以提高透光率，从而实现更大的光输出和更高的分辨率。 2019/6/9 41 (一),数字硅基反射液晶显示技术 ? 普通液晶显示器由于采用 透射式工作方
19、式，会造成照明光被吸收从而导致亮度不高，因此液晶显示器的用途受到一定的限制。此液晶显示器的用途受到一定的限制。 ? 而液晶硅显示器由于采用了反射式装置，在功耗相同的情况下光源产生的光将更多地经过光学传输介质从而提高亮度。 2019/6/9 42 最初的LCOS技术 ? LCOS是由Aurora Systems 融合半导体和液晶两项技术的优势在2000年开发出来的分辨率更高、价格却可能更低的新技术。 ? 由于LCOS采用半导体的方式来控制分辨率，而较高的分辨率又导致较小的画面颗粒，所以画质自然真实。 ? LCOS技术代表了倍频扫描电视和电脑显示器的完美结合，分割画面和多重扫描可使其应用多样化、生
20、活化和人性化。 2019/6/9 43 (二), LCOS 微显示器的构成 ?液晶材料涂于 CMOS 硅芯片表层。芯片包含了控制电路，并在表层涂有反射层。 ?在芯片外部或者内圈设置有隔离器以保持盒厚的均匀性。盒厚只有 1 微米左右。 ?取向层可以确保液晶分子取向一致。 ?由于液晶须通过一部分电流，因而在晶体上部加设了一个次级透明电极。 ?玻璃基板用以保护液晶和稳定液晶的位置。 Cover glass ITO （indiun Tin Oxide ） Alignment layer LC CMOS 2019/6/9 44 LCOS成像芯片成像芯片 ? LCOS面板的结构有些类似TFT LCD，一样
21、是在上下二层基板中间撒布Spacer以加以隔绝后，再填充液晶于基板间形成光阀，藉由电路的开关以推动液晶分子的旋转，以决定画面的明与暗。 ? LCOS面板的上基板是ITO导电玻璃，下基板是则硅晶圆CMOS基板，LCOS面板最大的特色在于下基板的材质是单晶硅，因此拥有良好的电子迁移率，而且单晶硅可形成较细的线路，与现有的HTPS LCD及DLP投影面板相较，LCOS是比较容易达成高解析度的投影技术。 Liquid Crystal Liquid Crystal on Silicon Image Chip CMOS ITO Cover glass Alignment layer Spacer Moun
22、ting 2019/6/9 45 (三) , LCOS 微显示器工作原理 ? 在 LCOS 微显示器中所采用的是扭曲向列相液晶材料。当电流到达液晶体时，液晶分子的扭曲程度会发生变化。 ? 根据这个原理，光束要首先通过一个起偏器以使光波传播保持特定的偏振方向，然后在液晶介质中光的偏振方向随着液晶分子的扭曲方向的变化而变化，接着光束又经过 LCOS 反射表面的定向反射，然后再穿过一个检偏器。 覆盖玻璃 ITO 透明电极 配向层 液晶 CMOS 2019/6/9 46 LCOS的像素阵列的像素阵列 2019/6/9 47 LCOS的结构与功能的结构与功能 ? LCOS结构与TFT-LCD 面板不同后
23、者上下二面都以玻璃作为基板，而LCOS仅上面采用玻璃，底层基板则是半导体硅，以硅晶圆为基底可制作板上电路， LCOS制作工序是结合了LCD与半导体CMOS工序的技术。一部分工序可在晶圆厂内进行， LCOS上的线路设计比一般晶圆厂生产的 IC简单，以0.35微米工序，在8吋晶圆厂内生产即可。其后工序是加玻璃、灌液晶，其后段工序掌控良品率却很关键。 2019/6/9 48 LCOS像元剖面结构像元剖面结构 ? LCOS结构包括CMOS基板、ITO玻璃、配向层、间隔物与液晶层等。 ? 反射电极层位于液晶层的下面，而像素地址寻址的各种控制电极和电极间的绝缘层位于反射电极层的下面，整个结构是一个立体排列
24、方式。LCOS液晶板的光圈比率可以达93，因此其分辨率可以很高。 玻璃 隔离层 硅基板 TIO透明电极 液晶层 反射电极 遮光板 像素开关 存储电容器 2019/6/9 49 LCOS单元结构示意图单元结构示意图 ? LCOS 2019/6/9 50 LCOS是如何工作的是如何工作的 覆盖玻璃 透明电极 配向层 TN液晶 间隔物 反射涂层 CMOS 开 关 2019/6/9 51 LCOS的结构与制程的结构与制程 2019/6/9 52 LCOS的制作步骤 ? CMOS基板 CMOS基板 刻周界 配搭 隔离层 配向层 干燥 清洗 原晶片 2019/6/9 53 (四) , LCOS 微显示器的
25、应用 ? 与透射式的 LCD 显示 器不同的是， LCOS 微显示器 只适用于反射式设备。因 而这种显示设备只限于投 影显示，但是它允许在近 距离直接用眼睛观察，也 可投影于中间介质如投影 屏幕，墙面等等。 下面概括地介绍 LCOS 微显示器的应用事例 2019/6/9 54 在投影机中的在投影机中的LCOS 三LCOS芯片 色点 2019/6/9 55 近距离小面积监视器近距离小面积监视器 ? 右图是一台简易的 近距 离监视 设备，它可用于： ? 摄像机取景器 ? 数码照相机取景器 ? 头戴式送受话器 ? 无线电通讯 ? 以及其他要求便携型显示技 术的设备 LCOS 技术为 近距离监视 设备
26、提供 了清晰度更高，分辨率更高， 对比度更高的图象效果。 现已能够在 0.9 英寸 (23mm) 尺度的 LCOS 器件内实现分辨率为 1280 x 1024 的 SXGA 显 示。 近距离小面积监视器 放大透镜 LCOS芯片 会聚透镜 双色滤光 三色LED 反射透射镜 观察 2019/6/9 56 近距离小面积监视器近距离小面积监视器 ? 近距离监视器的设备近距离监视器的设备 2019/6/9 57 投影投影TV ? 用LCOS的背投TV 2019/6/9 58 LCOS在投影机上的应用在投影机上的应用 ? 其原理与其原理与LCD投影机一样，只是投影机一样，只是LCD投影机是利投影机是利用光
27、源穿过LCD面板做调变，而LCOS面板是以CMOS芯片为电路基板及反射层，然后再涂布液晶层后，以玻璃平板封装，该制程的关键在于如何使层后，以玻璃平板封装，该制程的关键在于如何使得上下两块面板之间保持平坦平行，尤其是对较大尺寸的LCOS面板。 ? LCOS投影机的优点是分辨率高、面板制作易于小型化、现有多家厂商投入研发，形成了降低成本的空间。 2019/6/9 59 单片式 LCOS 微显示器投影机 ? 在单片LCOS的正投和 背投显示中使用分色轮装置。 分色轮的运作是依靠在分色轮转动的 同一频率，切换在 LCOS 微显示器 上的模式来进行。 ? 分色轮至少分 成 3 个不同偏振过滤器以保证红
28、，绿，蓝三种基本色所需光频 的通过。有些分色轮采用 6 个过滤器或者其他专用模式。 ? 像素信息的转换由软件来控制，以期和所使用的分色轮类型相匹配。 光源 会聚透镜 双色滤光片 色轮 ? 波片 投影像 LCOS 投影透镜 2019/6/9 60 三片三片 LCOS 微显示器投影机微显示器投影机 ? 在LCOS的正投和背投的显示设备中使用离轴（ Off-Axis ）系统； 这个 Off-Axis 系统是利用一个分光器和偏振 过滤器将光分离成三基色（红 ，绿，蓝），然后将三基色分 别投射到一个 LCOS 微显示器上， 经过反射再由一个 Colour Cube 将光重 新合成。 该系统处理过程的功耗
29、相 对较低，因为进入的视频信号 被分离成三基色，而每一个 LCOS 微显示器只需处理自己所对应 色彩的像素信息。即 每一个微显示器比单片式微显 示器切换少，其结果是延长了 每个微显示器的寿命。 2019/6/9 61 三片三片LCOS投影机示意图投影机示意图 光源 投影像 PBS 会聚透镜 滤光片 LCOS芯片 偏振片 LCOS芯片（B） （G） 分光镜 LCOS芯片芯片 （R） 透镜 从LCOS芯片成像光的路径 分光合色棱镜 R 2019/6/9 62 直接驱动图像光放大器直接驱动图像光放大器(D-ILA) ? D-ILA(Direct-Drive Image Light Amplifier
30、 ) ? D-ILA的核心部件是LCOS,即反射式活性矩阵硅上液晶板。上液晶板。 LCOS/D-ILA 2019/6/9 63 直接驱动图像光放大器直接驱动图像光放大器(D-ILA) ? D-ILA(Direct-Drive Image Light Amplifier ) ? D-ILA: cross-section of chip D-ILA 2019/6/9 64 反射式活性矩阵硅上液晶板反射式活性矩阵硅上液晶板 ? D-ILA 2019/6/9 65 LCOS背投背投TV ? 背投 2019/6/9 66 LCOS投影显示的色度分布图投影显示的色度分布图 ? Color Corner ?
31、 Color gamut ? CIE diagram 2019/6/9 67 Head Mounted Display ? 头盔显示器头盔显示器 2019/6/9 68 Virtual Display ?虚拟显示 2019/6/9 69 LCOS的特点的特点: 环保、节能、体积小、分辨率高， 其核心技术是LCOS芯片的设计与制作 2019/6/9 70 (五), LCOS的发展趋势 ? LCOS （Liquid Crystal on Silicon）属于新型的反射式微显示投影技术，其结构于新型的反射式微显示投影技术，其结构是在硅晶圆上长电晶体，利用半导体工艺是在硅晶圆上长电晶体，利用半导体工艺
32、制作驱动面板(CMOS -LCD)，然后在电晶体上透过研磨技术磨平，并镀上铝当作反体上透过研磨技术磨平，并镀上铝当作反射镜，形成射镜，形成CMOS基板，再将基板，再将CMOS基板基板与含有透明电极之上玻璃基板贴合，抽入液晶，进行封装测试。液晶，进行封装测试。 2019/6/9 71 LCOS成为投影显示技术的新主流 ? LCOS是直接与阴极射像管(CRT)投影技术、高温多晶硅液晶(Ploy-Si LCD)穿透式投影技术、数字微反射镜器件DMD ;(Digital Micromirror Device)-数字光学处理(DLP; Digital Light Processing)反射式技术相关。
33、? 这三项技术已发展成熟，但LCOS则成为投影显示技术的新主流。 LCOS CRT Poly-Si LCD DMD-DLP 2019/6/9 72 省电、便宜与高分辨率是省电、便宜与高分辨率是 LCOS最大优点 ? LCOS可视为LCD的一种，但传统的LCD是做在玻璃基板上，而LCOS则是长在硅晶圆上。 ? 和LCOS的相对比的，最常用在投影机上的高温多晶硅LCD, 通常用透射式投射的方式，光利用效率只有 3%左右，分辨率低；LCOS则采用反射式投射，光利用效率可达40%以上，而且其最大的优势是可利用最广泛使用、最便宜的CMOS制作工艺，毋需额外的投资，并可随半导体制作工艺快速的微细化，易于提
34、高分辨率。 ? 高温多晶硅LCD则需另投资设备，且需有特殊的工艺制程，成本不易降低。 2019/6/9 73 LCOS投影技术特色：投影技术特色： ? 1、高分辨率： ?LCOS投影技术最大的特色在于其面板的下基板采用硅晶圆CMOS基板，由于下基板的材质是单晶硅，拥有良好的电子迁移率，而且单晶硅可形成较细的线路，因此比较容易达成高分辨率的面板。 ? 2、高亮度： ?LCOS为反射式技术，不会像HTPS LCD光学引擎会因为光线穿透面板而大幅降低光利用率，因此光利率率可提高至40%，与穿透式的HTPS LCD的3%相较，可减少耗电，并可产生较高的亮度。 ? 3、低成本： ?LCOS光学引擎因为产
35、品零件简单，因此具有低成本的优势，相较于由Seiko Epson, Sony 专供的HTPS LCD面板；以及德仪(TI)独家供应的DLP面板，而LCOS技术未被某独家专控，所以其成本将会快速走低。 2019/6/9 74 LCOS 的特点与其他显示技术相比较的特点与其他显示技术相比较 1 由投影灯寿命决定。技术寿命较长。 2 在今后数年内由于需求增加技术成本将会降低。 种类 寿命(h) 价格 耗能 分辨力 CRT 15,000 低 高 1600*1200 PDP 30,000 高 中 1024*768 OLED 10,000 低 低 852*2222 LCD 30,000 低 低 1024*
36、768 FED 15,000 中 高 DLP 15,000 中 低 1280*1024 LCOS 15,000 中 低 1376*1024 1 1 2 2 2 2019/6/9 75 LCOS 的特点与其他显示技术相比较的特点与其他显示技术相比较 种类 尺寸 像素点 视角 视频 颜色 CRT 4” -42” 0.21mm 160 可 16百万 PDP 25” -50” 0.13mm 160 可 16百万 OLED 4” 0.057mm 16百万 LCD 5” -22” 0.21mm 150 稍慢 16百万 FED 合併大屏幕 0.21mm 170 可 16百万 DLP 1.2” 12m 160
37、 可 16百万 LCOS 0.7” -1.2” 14m 160 可 16百万 3 屏幕尺寸只受限于光学设计 3 3 2019/6/9 76 LCOS 与 LCD显示平板之比较 ? LCOS &LCD ? Aperture ratio LCOS LCD LCOS的结构 LCD平板的结构 LCOS佔空比 92% LCD佔空比 40-60% 2019/6/9 77 (六), 发展LCOS面临的问题 ?1，标准化问题： ? 目前目前LCOS的发展集中在欧美的的发展集中在欧美的Fabless、Three-Five、Aurora（原S-Vision）、MicroPix、Microdisplay、Kopin
38、、Displaytech、SpatiaLight及香港的及香港的Varitronix和台湾的一些公司。 ? 由于由于LCOS在开发中涉及整个元件的设计、制造及光在开发中涉及整个元件的设计、制造及光学系统的整合，技术门槛较高。且每个公司所开发的学系统的整合，技术门槛较高。且每个公司所开发的LCOS，各有专用的ASIC、光学引擎等，零组件和生产各自为阵，无法标准化，因此很难达到量产的经济规模，部份业者因无法提出全套的解决方案，致使产品无法顺利推出。 2019/6/9 78 2，合格率问题，合格率问题 ? LCOS目前最大的障碍是合格率问题，LCOS前工序之硅制程以0.35制程即可，不需要作得更小，
39、目前合格率率已可达90%； ? 但后工序加玻璃基板，抽入液晶，并加以切割、封装的部份，目前合格率却很低，仅约30%左右。 2019/6/9 79 3，光电效应的影响问题，光电效应的影响问题 ? 光线穿过LCOS芯片上的像素间的间隙，发生光电效应，使芯片工作不稳定，甚至损坏芯片； ? 另外，强光长期照射LCOS芯片的反射面导致变形，从而回导致影响屏幕上显示失真。 2019/6/9 80 (七), LCOS的应用的市场分析 ? LOCS在HMD（Head Mount Device） 、高档的数码相机、数码摄影机等领域均可应用。 ? HMD原以高温多晶硅TFT LCD虚拟15吋以上的XGA显示器，预
40、期日本短期内仍将延袭此一传统解决方式，而美国则会倾向采用分辨率高的LCOS。 ? 数码相机和数码摄影机的观景窗，惯用小型非晶数码相机和数码摄影机的观景窗，惯用小型非晶硅的LCD面板，假若采用LCOS的观景器则在分辨率、耗电量上，都将会更好。 2019/6/9 81 LCOS的的发展现况 ? 除投影机外，除投影机外，LCOS高解析度、高亮度及高反应高解析度、高亮度及高反应速度的特性，在速度的特性，在20寸以上监视器、大尺寸电视等寸以上监视器、大尺寸电视等应用市场，都深具发展潜力。 ? 移动电话上网普及后，将引发对手机大画面和高移动电话上网普及后，将引发对手机大画面和高解析度的需求。解析度的需求。
41、LCOS省电的特性，适合移动电省电的特性，适合移动电话上网。在2001年，彩色屏幕手机至少有 10%会使用LCOS，数量大约达，数量大约达500万台。万台。 2019/6/9 82 LCOS应用的潜在市场应用的潜在市场 ? 由于主力手机业者不是日本厂商，较不会对 LCD有独钟的情结，这就非常有利于LCOS之发展； ? 业界认为LCOS应用的潜在市场规模庞大，且未来 3年每年皆有13%以上的市场成长率； ? 依目前的价格/性能比，数码相机与数码摄影机在短期内大量采用LCOS的比例仍不会太高； ? 在无线宽带网尚未完成之前，预期彩色屏幕手机 10%采用LCOS或许是过于乐观。因此可以期待的，会是投
42、影机和大尺寸电视机的市场； ? 如果它能有效降低成本，则将原有产品如投影机、电视整个替代掉是有可能的。 2019/6/9 83 LCOS是投影机产业的是投影机产业的 一个极佳的发展方向 ? LCOS作为新型显示器件具备大屏幕、高亮度、高分辨率、省电等诸多优势，其发展空间和应用产品的市场潜力是非常大的。 ? LCOS是HDTV的背投显示技术发展的主要方向。随着成本的不断降低，LCOS应用产品及其大屏幕显示将会越来越多。 2019/6/9 84 上下游产业链尚未完好形成上下游产业链尚未完好形成 ? 国内大陆在国内大陆在LCOS技术发展方面，其上下游技术发展方面，其上下游产业链尚未完好形成。而台湾厂
43、商陆续投产业链尚未完好形成。而台湾厂商陆续投入入LCOS投影机的上中下游的研发与制造，投影机的上中下游的研发与制造，且愈来愈多地相继投入数字投影机的制造且愈来愈多地相继投入数字投影机的制造生产。 ? 在高温多晶硅液晶（HTPS-LCD）面板专）面板专控于日商以及控于日商以及DMD芯片独控于德仪（芯片独控于德仪（TI）的情况下，的情况下， LCOS投影机乃是投影机产业的另一极佳发展方向。 2019/6/9 85 探讨我国LCOS的发展战略 ? 为适应国际为适应国际LCOS技术的发技术的发展，特别是LCOS在大屏幕投影电视方面，认清我国在投影电视方面，认清我国在加入加入WTO后所面临的机遇和后所面
44、临的机遇和挑战，以促进我国 LCOS大屏幕投影电视产业的发展，屏幕投影电视产业的发展，探讨探讨LCOS大屏幕投影电视大屏幕投影电视在我国良性发展之路，加强国际间的合作与技术交流，国际间的合作与技术交流，参与更高层次地国际产业分参与更高层次地国际产业分工，创造更多的商业机会。 LCOS LCOS 2019/6/9 86 LCOS芯片上游产品制作是关键芯片上游产品制作是关键 ? 目前目前LCOS技术处于起步阶段，此时投入芯片步阶段，此时投入芯片上游产品制作，将有机上游产品制作，将有机会在会在LCOS屏幕供应上占有一席之地，摆脱在占有一席之地，摆脱在关键技术上受制于人的关键技术上受制于人的情况。情况
45、。 2019/6/9 87 参考文献 ?1, Michael Bolotski, Phillip Alvelda, “SVGA and XGA LCOS microdisplays for HMD applications”SPIE,Vol.3689,pp.222 -230(1999) ?2, M. Lucente, Holographic Bandwidth Compression Using Spatial Subsampling, Optical Engineering 35, No. 6, 1529-1537 (June 1996). ?3，M.BolotskiSVGA 和XGA 微型
46、显示应用于头盔显示 /SPIE 3689: Helmet- and Head- Mounted Displays IV .-1999 .-222-230 ?4，De Smet, H. ; Van den Steen, J. ; Cuypers, D. ; Carchon, N. ; Van Calster, A. Monocrystalline Silicon Active matrix Reflective Light valve. Proceedings of Cupid Microdisplays. 2001. BibTeX ?5，De Smet, H. ; Van den Steen,
47、 J. ; Doutreloigne, J. Custom display driver design. Proceedings of the Spring 2001 meeting of the SID-ME Chapter. 2001. BibTeX ?6，Van den Steen, J. ; Van Doorselaer, G. ; De Baets, J. ; Van Calster, A. Custom Design and System Integration. Proceedings of the 20th International Spring Seminar on Ele
48、ctronic Technology. Education and Research in Microelectronics. 1997. pp. 263-266 BibTeX 2019/6/9 88 参考文献 ?7，Cuypers, D. ; Van Doorselaer, G. ; Van den Steen, J. ; De Smet, H. ; Van Calster, A. Assembly of an XGA 0.9 LCoS Display using inorganic alignment layers for VAN LC. Proceedings of the 22nd I
49、nternational Display Research Conference (IDRC) (Eurodisplay 2002). 2002. pp. 551-554 BibTeX ?8，Cuypers, D. ; Van Doorselaer, G. ; Van Den Steen, J. ; De Smet, H. ; Van Calster, A. A projection system using vertically aligned nematic Liquid Crystal on Silicon Panels. Proceeedings of the ninth Intern
50、ational Display Workshops (IDW). 2002. pp. 45-48 BibTeX ?9，De Smet, H. ; Van den Steen, J. ; Van Calster, A. Microdisplays with high pixel counts (invited). Proceedings of SID 2001 International Symposium Digest of technical papers. Vol. XXXII. 2001. pp. 968-971 BibTeX ?10，Van Calster, A. ; Cuypers,
