1、2022-7-191现代显示技术的进展现代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2022-7-192摘要摘要 介绍几种现代显示技术的发展概况。介绍几种现代显示技术的发展概况。1，阴极射线管，阴极射线管（CRT）,2，数字光处理技术，数字光处理技术（DMD-DLP）,3，等离子显示板（，等离子显示板（PDP）,4，场发，场发射显示器（射显示器（FED）,5，有机发光二极管，有机发光二极管(OLED),6,光光栅光阀栅光阀(GLV)投影显示器投影显示器,7,液晶显示系统（液晶显示系统（LCD）,8,全色发光二极管（全色发光二极管（LED）,9,数字打印全
2、息图（数字打印全息图（DPH）及视频全息（及视频全息（Holovideo）,10,全息背投屏全息背投屏（Holoscreen）,11，液晶硅（，液晶硅（LCOS）。）。对上述几种现代显示技术在结构对上述几种现代显示技术在结构,原理和技术特点等方原理和技术特点等方面作了比较。特别是对液晶硅面作了比较。特别是对液晶硅 显示显示(LCOS)的结构和原的结构和原理以及发展趋势和市场趋向作较详细地分析。理以及发展趋势和市场趋向作较详细地分析。2022-7-193次目次目 几种现代显示技术概述几种现代显示技术概述 数字硅基反射液晶显示技术数字硅基反射液晶显示技术 LCOS 微显示器的构成微显示器的构成 L
3、COS 微显示器工作原理微显示器工作原理 LCOS 微显示器的应用微显示器的应用 LCOS的发展趋势及面临的问题的发展趋势及面临的问题 LCOS的应用的市场分析的应用的市场分析2022-7-194几种现代显示技术几种现代显示技术 1，阴极射线管，阴极射线管（CRT）2，数字光处理技术（，数字光处理技术（DLP）3，等离子显示板（，等离子显示板（PDP）4，场发射显示器（，场发射显示器（FED）5，有机发光二极管，有机发光二极管（OLED）6，光栅光阀（，光栅光阀（GLV）投影显示器）投影显示器 7，液晶显示系统（液晶显示系统（LCD）8，LED大屏幕显示（大屏幕显示（LED）9,数字打印全息图
4、（数字打印全息图（DPH）、视频全息（）、视频全息（Holovideo）10，全息背投屏（，全息背投屏（Holoscreen）11，液晶硅显示，液晶硅显示(LCOS)2022-7-195现代几种显示技术的发展现代几种显示技术的发展10,视频全息（视频全息（Holovideo）8,液晶硅（液晶硅（LCOS）7,光栅光阀光栅光阀(GLV)投影显示器投影显示器6,有机发光二极管有机发光二极管(OLED)5,场发射显示器（场发射显示器（FED）4,等离子显示板（等离子显示板（PDP）3,全色发光二极管（全色发光二极管（LED）2,液晶显示系统（液晶显示系统（LCD）1,阴极射线管阴极射线管（CRT）9
5、,数字打印全息图（数字打印全息图（DPH）11,DLP/DMD2022-7-1961,阴极射线管阴极射线管CRT CRT（阴极射线管）（阴极射线管）技术是应用最普技术是应用最普遍的显示技术，第一台电视机的发明采遍的显示技术，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、寿命量好、成本低、视角大、亮度高、寿命长。长。CRT 技术的稳定与成熟长期占领市场技术的稳定与成熟长期占领市场,其主要缺点是机器庞大笨重，由此给大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。屏幕电视机的生产和维护带来许多不便。202
6、2-7-197CRT（阴极射线管）（阴极射线管）A,阴极阴极;B,导电涂层导电涂层;C,阳极阳极;D,色屏色屏;E,电子束电子束;F,掩模板掩模板.2022-7-198CRT显示器的厚度减少显示器的厚度减少“short-neck”生产生产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。工艺。阴极阴极（Cathodes）、聚焦栅、聚焦栅（focusing grids），透镜，透镜（lenses），荧光粉，荧光粉（phosphors），偏转线圈，偏转线圈（deflection yokes）,网格过滤器网格过滤器（screen filters）以及以及显示器中其它的组件仍然在不断进行显示
7、器中其它的组件仍然在不断进行改进改进;目的是提供更出色的显示效果。厂家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。显示器技术仍在不断地改进的。2022-7-1992,2,数字光处理技术数字光处理技术（DLPDLP ）数字光处理技术（数字光处理技术（Digital Digital Light Processing,Light Processing,DLP）是是 利用微型反光镜对光进行定利用微型反光镜对光进行定向向 反射。这种技术由反射。这种技术由
8、Texas 仪器公司首创。仪器公司首创。一块一块 DLP 集成电路表面可集成电路表面可任意集成任意集成 800 到一百万块到一百万块微型反光镜。微型反光镜定微型反光镜。微型反光镜定位后可倾斜位后可倾斜-10 到到+10 度。度。2022-7-1910DLP的基础是的基础是DMD DMD Digital MicrroMirror Device2022-7-1911DLP显示系统显示系统2022-7-1912DLP显示系统显示系统2022-7-1913DLP/DMD DLPDMDDMD电子控制电子控制光学元件光学元件光源光源色轮色轮2022-7-1914DMD工作原理工作原理2022-7-1915
9、3,等离子显示板等离子显示板（Plasma Display Panel，PDP）PDP 显示器显示器成像原理与氖气成像原理与氖气灯或荧光灯工作原理基本一灯或荧光灯工作原理基本一致，即利用电场激发惰性气致，即利用电场激发惰性气体来发光。在体来发光。在 PDP 显示器里，显示器里，惰性气体被夹在两块带透明惰性气体被夹在两块带透明电极的玻璃基板之间。电极的玻璃基板之间。当电压作用于其中一块玻璃当电压作用于其中一块玻璃基板上的电极时，由表面放基板上的电极时，由表面放电产生的紫外线激发涂在另电产生的紫外线激发涂在另一块玻璃板内表面的荧光粉一块玻璃板内表面的荧光粉发光，光线穿过玻璃板生成发光，光线穿过玻璃
10、板生成图像。由于荧光粉被涂成了图像。由于荧光粉被涂成了红，绿，蓝色，因而生成的红，绿，蓝色，因而生成的图象是彩色的。图象是彩色的。PDP的结构示意图的结构示意图寻址寻址电极电极玻璃基板玻璃基板间隔肋间隔肋色彩荧层色彩荧层保护层保护层介电层介电层前板玻璃前板玻璃透明电极透明电极2022-7-1916PDP等离子电视具有无辐射、等离子电视具有无辐射、图像无闪烁、厚度薄、重量轻、色图像无闪烁、厚度薄、重量轻、色彩鲜艳、图像逼真等特点，使用寿彩鲜艳、图像逼真等特点，使用寿命可达命可达3万小时以上。而且，等离子万小时以上。而且，等离子电视在屏幕大型化方面相对容易电视在屏幕大型化方面相对容易(42”65”
11、)2022-7-19174,场发射显示场发射显示器（器（FED）FED 与传统与传统 CRT 有许有许多类似的地方。不过与多类似的地方。不过与 CRT 不同的是，不同的是，CRT 仅一把电子枪向屏幕内仅一把电子枪向屏幕内表面发射电子，而表面发射电子，而 FED 可多达几可多达几 千万个微锥发千万个微锥发射电子。射电子。由于由于 FED 采用了多电子采用了多电子枪技术，显示器物理尺枪技术，显示器物理尺寸可大幅度变小，从而寸可大幅度变小，从而摆脱了传统摆脱了传统 CRT 技术对技术对大屏幕电视机重量和屏大屏幕电视机重量和屏幕尺寸的限制。幕尺寸的限制。场发射显示器（场发射显示器（FED）示意图）示意
12、图色彩单元色彩单元电子发射微锥电子发射微锥FED门门2022-7-1918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是一个创新。这一源头创新工作是中山大学许宁生教授教授1993年在英国完成的。他首次在年在英国完成的。他首次在CVD金刚石薄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板显示器 具有美好的应用前景。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、
13、色彩饱采用碳纳米管冷阴极发光管由于其亮度高、色彩饱和度好、响应快、视角宽等优点，适合高亮度大屏和度好、响应快、视角宽等优点，适合高亮度大屏幕显示。幕显示。阳极阳极行电极行电极色彩荧色彩荧列电极列电极2022-7-1919AM-FED 活性矩阵场发射显示活性矩阵场发射显示2022-7-1920微锥场发射微锥场发射FED FED2022-7-19215,有机发光二极管有机发光二极管(OLED)有机发光二极管显示有机发光二极管显示技术技术的原理是：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
14、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的设备寿命较短。命较短。2022-7-1922OLED 右上图拿在手中的为有机右上图拿在手中的为有机发光器件，厚度极薄，却发光器件，厚度极薄，却可以显示字画，被形象地可以显示字画，被形象地成为成为“电子纸电子纸”。中图为嵌在衣服上的中图为嵌在衣服上的OLED显示，显示，下右边为下右边为LCD显示显示;下左下左为为OLED.2022-7-1923光栅光阀光栅光阀(GLV)Grating Light Valve 即即光栅光阀由光栅光阀由 David Bloom 在在 St
15、anford 大学研制成大学研制成功。功。该集成电路由集成于硅芯该集成电路由集成于硅芯片上的微反射带构成。对片上的微反射带构成。对硅芯片施加电场会导致硅硅芯片施加电场会导致硅芯片上面的微反射带发生芯片上面的微反射带发生变形，这就改变了微反射变形，这就改变了微反射带的反射参数，从而控制带的反射参数，从而控制光的反射成像。光的反射成像。2022-7-1924光栅光阀光栅光阀(GLV)投影显示器投影显示器 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的像素数可达1920*1080个。该投影机
16、的个。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。2022-7-1925光栅光阀光栅光阀(GLV)GLV衍射衍射镜面反射镜面反射光栅像素光栅像素光栅能周期地调配红光栅能周期地调配红绿绿蓝蓝2022-7-1926GLV光栅光阀器件光栅光阀器件 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
17、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。2022-7-19277,LCD显示系统显示系统 20世纪世纪70年代初，世界上出现年代初，世界上出现了第一台液晶显示设备，被称了第一台液晶显示设备，被称之为之为TN-LCD（扭曲向列）液晶（扭曲
18、向列）液晶显示器；显示器；当时是单色显示，被推广到电当时是单色显示，被推广到电子表、计算器等领域；子表、计算器等领域；80年代，年代，STN-LCD（超扭曲向（超扭曲向列）液晶显示器出现，同时列）液晶显示器出现，同时TFT-LCD（薄膜晶体管）液晶（薄膜晶体管）液晶显示器技术被研发出来；显示器技术被研发出来；80年代末年代末90年代初，年代初，STN-LCD及及TFT-LCD生产技术成熟，生产技术成熟，LCD工业开始高速发展。工业开始高速发展。2022-7-1928TFT-LCD TFT-LCD作为一种新型平板显示器件，作为一种新型平板显示器件，具有轻、薄、低辐射、利于健康和环保具有轻、薄、低
19、辐射、利于健康和环保等优点，近年来广泛应用于台式显示器、等优点，近年来广泛应用于台式显示器、笔记本电脑、液晶电视、车载导航系统、笔记本电脑、液晶电视、车载导航系统、PDA及移动电话等方面的显示及移动电话等方面的显示。2022-7-1929 LCD工作原理示意图工作原理示意图LCD显示结构显示结构示意图示意图2022-7-1930LCD投影机与投影机与LCD-TV LCD液晶屏幕具有高亮液晶屏幕具有高亮度、高对比度度、高对比度 等显著特等显著特点，有点，有16.7百万的显示百万的显示色彩，且色彩绚色彩，且色彩绚 丽真实。丽真实。液晶屏幕的最佳分辨率液晶屏幕的最佳分辨率达达 1024768，具有非
20、，具有非常高的清晰度，画面无常高的清晰度，画面无闪烁闪烁,无辐射无辐射,寿命长寿命长,省省电等优点。电等优点。2022-7-1931AFFS（超级边缘场开关）（超级边缘场开关）用用AFFS(Advanced Fringe Filed Switching，超级边缘场开关）技术生产的超级边缘场开关）技术生产的TFT-LCD 显示屏。显示屏。FFS技术能提供更宽的视角、更高的透射率、更技术能提供更宽的视角、更高的透射率、更快的响应时间、更高的亮度和对比度快的响应时间、更高的亮度和对比度。AFFS技术在节能、对比度、明亮度等关键性能技术在节能、对比度、明亮度等关键性能指标上与指标上与FFS技术相比又有
21、技术相比又有15的提升，使液晶的提升，使液晶显示屏的影像表现力大大提升，克服了液晶屏原显示屏的影像表现力大大提升，克服了液晶屏原有的视角窄、光亮度低、色彩不饱满和响应速度有的视角窄、光亮度低、色彩不饱满和响应速度慢的缺陷。慢的缺陷。2022-7-1932AFFS（超级边缘场开关）（超级边缘场开关）AFFS技术通过同一平技术通过同一平面内像素间电极产生面内像素间电极产生 边缘电场，使电极间以边缘电场，使电极间以及电极正上方的取向液及电极正上方的取向液晶分子都能在晶分子都能在(平行于平行于基板基板)平面方向发生旋平面方向发生旋转转换，从而显著提升转转换，从而显著提升亮度和图像质量。亮度和图像质量。
22、可使可使TFT-LCD显示屏的垂直显示屏的垂直与水平可视角度达到与水平可视角度达到180度。度。2022-7-19338,LED大屏幕显示大屏幕显示 1964年世界上第一只红色年世界上第一只红色-族族GaAsP-LED诞生，诞生，预示着固体发光显示时代的来临。不久，橙色、黄色预示着固体发光显示时代的来临。不久，橙色、黄色和黄绿色和黄绿色LED也相继问世，实现了在波长也相继问世，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。的蓝光一直是个障碍。二十世纪七十年代，二十世纪七十年代，LED在大屏幕显示、交通信号灯在大屏幕显示、交通
23、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。器进入人们的生活。1994年，在日亚化学年，在日亚化学(Nicchia)的中村秀二的中村秀二(Shuji Nakamura)发明了发明了GaN蓝光蓝光LED。2022-7-1934氮化镓基蓝光氮化镓基蓝光LED 氮化镓基蓝、绿氮化镓基蓝、绿光光AlGaInN-LED的出现是的出现是LED发发展史上的又一里展史上的又一里程碑，使户外全程碑，使户外全色显示和半导体色显示和半导体照明成为可能。照明成为可能。2022-7-19359，数字打印全息（数字打印全息（DPH）视频全息显示（视频
24、全息显示（Holovideo）数字打印全息数字打印全息1，创制，创制3D景物景物Hologram/3D Print sizes 100 x140cm 2，绘制全息掩模，绘制全息掩模3，全息打印系统，全息打印系统大批复制的打印全息图大批复制的打印全息图2022-7-1936视频全息显示（视频全息显示（Holovideo）Holovideo制作步骤制作步骤2022-7-1937视频全息（视频全息（Holovideo）时实动态再现图像时实动态再现图像计算机计算机高速帧缓存高速帧缓存信号处理信号处理激光激光3D景物景物离散化离散化2022-7-1938 全息背投屏全息背投屏Holoscreen是一是一
25、片半透明的显示屏片半透明的显示屏幕，可让观众同时幕，可让观众同时看见屏幕上的画面看见屏幕上的画面与屏幕背后的景物与屏幕背后的景物10，Holoscreen全息背投屏全息背投屏2022-7-1939微光学元件投影屏微光学元件投影屏 无论是无论是DMD/DLP或者是或者是LCOS都需要一个投影屏都需要一个投影屏,因此投影屏因此投影屏就当然地构成了光电子显示系就当然地构成了光电子显示系统的一个重要组成部分。统的一个重要组成部分。投影屏幕的物理特性直接影响投影屏幕的物理特性直接影响到投影画面的质量和视觉效果。到投影画面的质量和视觉效果。早期的屏幕是使用普通塑料布、早期的屏幕是使用普通塑料布、帆布或尼龙
26、纤维的合成体，后帆布或尼龙纤维的合成体，后来使用了来使用了PVC和玻璃纤维的材和玻璃纤维的材料组合以及反光玻璃微珠。料组合以及反光玻璃微珠。从普通屏幕发展到从普通屏幕发展到微光学元件投影屏幕微光学元件投影屏幕2022-7-1940屏幕对投影机图像起的重要作用屏幕对投影机图像起的重要作用 屏幕作为投影机图像的物质载体在投影系屏幕作为投影机图像的物质载体在投影系统中所起的作用是至关重要的，投影屏幕统中所起的作用是至关重要的，投影屏幕犹如投影机表演的舞台，再好的投影机没犹如投影机表演的舞台，再好的投影机没有与之相配的高品质投影屏幕亦无法达到有与之相配的高品质投影屏幕亦无法达到最佳效果。尤其是要表现一
27、些精彩的多媒最佳效果。尤其是要表现一些精彩的多媒体效果的场合下更为重要。体效果的场合下更为重要。投影机没有反射介质就无法成像，只有通投影机没有反射介质就无法成像，只有通过成像介质才能鉴别投影机品质的优劣过成像介质才能鉴别投影机品质的优劣。2022-7-1941微光学元件屏幕的制作微光学元件屏幕的制作 微光学元件屏幕的制作借鉴了以下技术微光学元件屏幕的制作借鉴了以下技术CAD技术技术计算全息图技术计算全息图技术模压全息制版技术模压全息制版技术丙烯酸板印压复制技术丙烯酸板印压复制技术2022-7-1942全息背投屏全息背投屏 Holoscreen2022-7-1943全息背投屏全息背投屏 Holo
28、screen是在一块光洁透是在一块光洁透明的有全息图的玻璃板（或明的有全息图的玻璃板（或丙烯酸透明板）上显示丙烯酸透明板）上显示DLP、LOCD或或LCD投影机的图像。投影机的图像。用光敏聚合物用光敏聚合物（Photopolymer）制作的全）制作的全息图具有棱镜的折射光的能息图具有棱镜的折射光的能力。力。设计投影机以设计投影机以35度角投射至度角投射至全息屏上，全息图仅响应该全息屏上，全息图仅响应该角度来的光。角度来的光。全息图全息图全息图横断面全息图横断面透明板透明板2022-7-1944全息背投屏全息背投屏 holo2022-7-1945全息背投屏的特点全息背投屏的特点 具有高透光性、高
29、亮度以及高具有高透光性、高亮度以及高对比度；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视觉效果；可应用于展示橱窗、展示中心、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。屏幕尺寸从屏幕尺寸从46”到到160”。2022-7-1946新一代背投显示屏新一代背投显示屏 HNext Generation Rear Projection Displays 2022-7-1947全息背投屏的特点全息背投屏的特点 holo高亮度、高对比度高亮度、高对比度高透光性高透光性耐候性耐候性抗抗UV可触摸可触摸易保养
30、易保养2022-7-1948全息背投屏全息背投屏 全息2022-7-19492022-7-1950TransVu-最新一代背投影幕最新一代背投影幕 最新一代背投影幕，有别于传统丙烯酸材最新一代背投影幕，有别于传统丙烯酸材质质(透过菲涅尔透镜及柱状透镜显像透过菲涅尔透镜及柱状透镜显像)及激及激光割纹的薄膜屏幕，材质更加轻薄、影像光割纹的薄膜屏幕，材质更加轻薄、影像更加清晰、清洁维护更加简易。更加清晰、清洁维护更加简易。TransVu核心材料为全息彩色透明滤光板的结晶体。核心材料为全息彩色透明滤光板的结晶体。2022-7-1951TransVu2022-7-195211,液晶硅液晶硅(LCOS)显
31、示显示 LCOS 即即液晶硅显示液晶硅显示,亦称亦称硅晶硅晶是一种是一种新型微显示技新型微显示技 术。术。LCOS是是Liquid Crystal On Silicon的缩写。的缩写。LCOS是一种全新的数码成像技术，也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，它采叫数字硅基反射液晶显示技术，它采用半导体用半导体CMOS集成电路芯片作为反集成电路芯片作为反射式射式LCD的基片，的基片，CMOS芯片上涂有芯片上涂有薄薄的一层液晶硅，控制电路置于显薄薄的一层液晶硅，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。而实现更
32、大的光输出和更高的分辨率。2022-7-1953(一一),数字硅基反射液晶显示技术数字硅基反射液晶显示技术 普通液晶显示器由于采用普通液晶显示器由于采用透射式透射式工作方式，工作方式，会造成照明光被吸收从而导致亮度不高，因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。而而液晶硅显示器液晶硅显示器由于采用了由于采用了反射式反射式装置，在装置，在功耗相同的情况下光源产生的光将更多地经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。过光学传输介质从而提高亮度。2022-7-1954最初的最初的LCOS技术技术 LCOS是由
33、是由Aurora Systems融合半导体和液晶两融合半导体和液晶两项技术的优势在项技术的优势在2000年开发出来的分辨率更高、年开发出来的分辨率更高、价格却可能更低的新技术。价格却可能更低的新技术。由于由于LCOS采用半导体的方式来控制分辨率，而较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，所以画质自然高的分辨率又导致较小的画面颗粒，所以画质自然真实。真实。LCOS技术代表了倍频扫描电视和电脑显示器的完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、美结合，分割画面和多重扫描可使其应用多样化、生活化和人性化。生活化和人性化。2022-7
34、-1955(二二),LCOS 微显示器的构成微显示器的构成 液晶材料涂于液晶材料涂于 CMOS 硅芯片表层。芯硅芯片表层。芯片包含了控制电路，并在表层涂有反片包含了控制电路，并在表层涂有反射层。射层。在芯片外部或者内圈设置有隔离器以在芯片外部或者内圈设置有隔离器以保持盒厚的均匀性。盒厚只有保持盒厚的均匀性。盒厚只有 1 微米微米左右。左右。取向层可以确保液晶分子取向一致。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。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玻璃基板用以保护液晶和稳定液晶的位
35、置。位置。Cover glassITO（indiun Tin Oxide）Alignment layerLCCMOS2022-7-1956LCOS成像芯片成像芯片 LCOS面板的结构有些类似面板的结构有些类似TFT LCD，一样是在上下二层，一样是在上下二层基板中间撒布基板中间撒布Spacer以加以隔以加以隔绝后，再填充液晶于基板间形绝后，再填充液晶于基板间形成光阀，藉由电路的开关以推成光阀，藉由电路的开关以推动液晶分子的旋转，以决定画动液晶分子的旋转，以决定画面的明与暗。面的明与暗。LCOS面板的上基板是面板的上基板是ITO导电导电玻璃，下基板是则硅晶圆玻璃，下基板是则硅晶圆CMOS基板，基
36、板，LCOS面板最大面板最大的特色在于下基板的材质是单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晶硅，因此拥有良好的电子迁移率，而且单晶硅可形成较细移率，而且单晶硅可形成较细的线路，与现有的的线路，与现有的HTPS LCD及及DLP投影面板相较，投影面板相较，LCOS是比较容易达成高解析度的投是比较容易达成高解析度的投影技术。影技术。Liquid Crystal Liquid Crystal on Silicon Image ChipCMOSITOCover glassAlignment layerSpacerMounting2022-7-1957(三三),LCOS 微显示器工作原理
37、微显示器工作原理 在在 LCOS 微显示器中所采微显示器中所采用的是扭曲向列相液晶材料。用的是扭曲向列相液晶材料。当电流到达液晶体时，液晶当电流到达液晶体时，液晶分子的扭曲程度会发生变化。分子的扭曲程度会发生变化。根据这个原理，光束要首先根据这个原理，光束要首先通过一个起偏器以使光波传通过一个起偏器以使光波传播保持特定的偏振方向，然播保持特定的偏振方向，然后在液晶介质中光的偏振方后在液晶介质中光的偏振方向随着液晶分子的扭曲方向向随着液晶分子的扭曲方向的变化而变化，接着光束又的变化而变化，接着光束又经过经过 LCOS 反射表面的定反射表面的定向反射，然后再穿过一个检向反射，然后再穿过一个检偏器。
38、偏器。覆盖玻璃覆盖玻璃ITO 透明电极透明电极配向层配向层液晶液晶CMOS2022-7-1958LCOS的像素阵列的像素阵列2022-7-1959LCOS的结构与功能的结构与功能 LCOS结构与结构与TFT-LCD面板不同面板不同后者上下二面都以玻璃作为基板，后者上下二面都以玻璃作为基板，而而LCOS仅上面采用玻璃，底层仅上面采用玻璃，底层基板则是半导体硅，以硅晶圆为基板则是半导体硅，以硅晶圆为基底可制作板上电路，基底可制作板上电路，LCOS制制作工序是结合了作工序是结合了LCD与半导体与半导体CMOS工序的技术。工序的技术。一部分工序一部分工序可在晶圆厂内进行，可在晶圆厂内进行，LCOS上的
39、上的线路设计比一般晶圆厂生产的线路设计比一般晶圆厂生产的IC简单，以简单，以0.35微米工序，在微米工序，在8吋吋晶圆厂内生产即可。其后工序是晶圆厂内生产即可。其后工序是加玻璃、灌液晶，其后段工序掌加玻璃、灌液晶，其后段工序掌控良品率却很关键。控良品率却很关键。2022-7-1960LCOS像元剖面结构像元剖面结构 LCOS结构包括结构包括CMOS基板、基板、ITO玻璃、配向层、玻璃、配向层、间隔物与液晶层等。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，种控制电极和电极间的绝缘层位
40、于反射电极层的下面，整个结构是一个立体排列方式。整个结构是一个立体排列方式。LCOS液晶板的光圈液晶板的光圈比率可以达比率可以达93，因此其分辨率可以很高。，因此其分辨率可以很高。玻璃玻璃隔离层隔离层硅基板硅基板TIO透明电极透明电极液晶层液晶层反射电极反射电极遮光板遮光板像素开关像素开关存储电容器存储电容器2022-7-1961LCOS单元结构示意图单元结构示意图 LCOS2022-7-1962LCOS是如何工作的是如何工作的覆盖玻璃覆盖玻璃透明电极透明电极配向层配向层TN液晶液晶间隔物间隔物反射涂层反射涂层CMOS开开关关2022-7-1963LCOS的结构与制程的结构与制程2022-7-
41、1964LCOS的制作步骤的制作步骤CMOS基板CMOS基板基板刻周界刻周界配搭配搭隔离层隔离层配向层配向层干燥干燥清洗清洗原晶片原晶片2022-7-1965(四四),LCOS 微显示器的应用微显示器的应用 与透射式的与透射式的 LCD 显示显示 器不同的器不同的是，是，LCOS 微显示器微显示器 只适用于只适用于反射式设备。因反射式设备。因 而这种显示设备而这种显示设备只限于投只限于投 影显示，但是它允许在影显示，但是它允许在近近 距离直接用眼睛观察，也距离直接用眼睛观察，也 可可投影于中间介质如投影投影于中间介质如投影 屏幕，墙屏幕，墙面等等。面等等。下面概括地介绍下面概括地介绍 LCOS
42、 微显示器的应用事例微显示器的应用事例2022-7-1966在投影机中的在投影机中的LCOS三三LCOS芯片芯片色点色点2022-7-1967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右图是一台简易的 近距近距 离监视离监视 设备，它可用于：设备，它可用于：摄像机取景器摄像机取景器 数码照相机取景器数码照相机取景器 头戴式送受话器头戴式送受话器 无线电通讯无线电通讯 以及其他要求便携型显示技以及其他要求便携型显示技 术的术的设备设备 LCOS 技术为技术为 近距离监视近距离监视 设备设备提供提供 了清晰度更高，分辨率更高，了清晰度更高，分辨率更高，对比度更高的图象效果。对比度更高的图
43、象效果。现已能够在现已能够在 0.9 英寸英寸(23mm)尺尺度的度的 LCOS 器件内实现分辨率器件内实现分辨率为为 1280 x 1024 的的 SXGA 显显 示。示。近距离小面积监视器近距离小面积监视器放大透镜放大透镜LCOS芯片会聚透镜会聚透镜双色滤光双色滤光三色三色LED反射反射透射镜透射镜观察观察2022-7-1968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2022-7-1969投影投影TV 用用LCOS的背投的背投TV2022-7-1970LCOS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
44、机是利投影机是利用光源穿过用光源穿过LCD面板做调变，而面板做调变，而LCOS面板是以面板是以CMOS芯片为电路基板及反射层，然后再涂布液晶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，尤其是对较大得上下两块面板之间保持平坦平行，尤其是对较大尺寸的尺寸的LCOS面板。面板。LCOS投影机的优点是分辨率高、面板制作易于小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，形成了降低成本的型化、现有多家厂商投入研发，形成了降低成本的空间。空间。2022-7-1971单片式单
45、片式 LCOS 微显示器投影机微显示器投影机 在单片在单片LCOS的正投和的正投和 背投显示背投显示中使用中使用分色轮装置。分色轮装置。分色轮的运分色轮的运作是依靠在分色轮转动的作是依靠在分色轮转动的 同一频同一频率，切换在率，切换在 LCOS 微显示器微显示器 上的上的模式来进行。模式来进行。分色轮至少分分色轮至少分 成成 3 个不同偏振过个不同偏振过滤器以保证红滤器以保证红，绿，蓝三种基本，绿，蓝三种基本色所需光频色所需光频 的通过。有些分色轮的通过。有些分色轮采用采用 6 个过滤器或者其他专用模个过滤器或者其他专用模式。式。像素信息的转换由软件来控制，像素信息的转换由软件来控制，以期和所
46、使用的分色轮类型相匹以期和所使用的分色轮类型相匹配。配。光源光源会聚透镜会聚透镜双色滤光片双色滤光片色轮色轮波片波片投影像投影像LCOS投影透镜投影透镜2022-7-1972三片三片 LCOS 微显示器投影机微显示器投影机 在在LCOS的正投和背投的显示设备中使用离轴（的正投和背投的显示设备中使用离轴（Off-Axis）系统；）系统；这个这个 Off-Axis 系统是利用一个分光器和偏振系统是利用一个分光器和偏振 过滤器将过滤器将光分离成三基色（红光分离成三基色（红，绿，蓝），然后将三基色分，绿，蓝），然后将三基色分 别别投射到一个投射到一个 LCOS 微显示器上，微显示器上，经过反射再由一个
47、经过反射再由一个 Colour Cube 将光重将光重 新合成。新合成。该系统处理过程的功耗相该系统处理过程的功耗相 对较低，因为进入的视频信对较低，因为进入的视频信号号 被分离成三基色，而每一个被分离成三基色，而每一个 LCOS 微显示器只需处微显示器只需处理自己所对应理自己所对应 色彩的像素信息。即色彩的像素信息。即 每一个微显示器比每一个微显示器比单片式微显单片式微显 示器切换少，其结果是延长了示器切换少，其结果是延长了 每个微显示每个微显示器的寿命。器的寿命。2022-7-1973三片三片LCOS投影机示意图投影机示意图光源光源投影像投影像PBS会聚透镜会聚透镜滤光片滤光片LCOS芯片
48、芯片偏振片偏振片LCOS芯片（芯片（B）（G）分光镜分光镜LCOS芯片芯片（R）透镜透镜从从LCOS芯片成像光的路径芯片成像光的路径分光合色棱镜分光合色棱镜R2022-7-1974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的核心部件是的核心部件是LCOS,即反射式活性矩阵硅即反射式活性矩阵硅上液晶板。上液晶板。LCOS/D-ILA2022-7-1975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-I
49、LA:cross-section of chip D-ILA2022-7-1976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-ILA2022-7-1977LCOS背投背投TV 背投2022-7-1978LCOS投影显示的色度分布图投影显示的色度分布图 Color Corner Color gamut CIE diagram2022-7-1979Head Mounted Display 头盔显示器头盔显示器2022-7-1980Virtual Display虚拟显示2022-7-1981LCOS的特点的特点:环保、节能、体积小、分辨率高，环保、节能、体积小、分辨率高，其核心技术是其核心
50、技术是LCOS芯片的设计与制作芯片的设计与制作2022-7-1982(五五),LCOS的发展趋势的发展趋势 LCOS（Liquid Crystal on Silicon）属）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，利用半导体工艺制作驱动面板制作驱动面板(CMOS-LCD)，然后在电晶，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，抽入与含有透明电极之上玻璃基板贴合，抽入液晶
