新型微顯示技術(shù)

一種新的微顯示技術(shù)數(shù)字硅基反射液晶(LCOS)顯示技術(shù)的進(jìn)展中國(guó)科學(xué)院廣州電子技術(shù)研究所王天及2/2/20231摘要介紹幾種現(xiàn)代顯示技術(shù)的發(fā)展概況。1，陰極射線管（CRT）,2，數(shù)字光處理技術(shù)（DMD-DLP）,3，等離子顯示板（PDP）,4，場(chǎng)發(fā)射顯示器（FED）,5，有機(jī)發(fā)光二極管(OLED),6,光柵光閥(GLV)投影顯示器,7,液晶顯示系統(tǒng)（LCD）,8,全色發(fā)光二極管（LED）,9,數(shù)字打印全息圖（DPH）及視頻全息（Holovideo）,10,全息背投屏（Holoscreen）,11，液晶硅（LCOS）。對(duì)上述幾種現(xiàn)代顯示技術(shù)在結(jié)構(gòu),原理和技術(shù)特點(diǎn)等方面作了比較。特別是對(duì)液晶硅顯示(LCOS)的結(jié)構(gòu)和原理以及發(fā)展趨勢(shì)和市場(chǎng)趨向作較詳細(xì)地分析。2/2/20232次目幾種現(xiàn)代顯示技術(shù)概述數(shù)字硅基反射液晶顯示技術(shù)LCOS微顯示器的構(gòu)成LCOS微顯示器工作原理LCOS微顯示器的應(yīng)用LCOS的發(fā)展趨勢(shì)及面臨的問(wèn)題LCOS的應(yīng)用的市場(chǎng)分析2/2/20233幾種現(xiàn)代顯示技術(shù)1，陰極射線管（CRT）2，數(shù)字光處理技術(shù)（DLP）3，等離子顯示板（PDP）4，場(chǎng)發(fā)射顯示器（FED）5，有機(jī)發(fā)光二極管（OLED）6，光柵光閥（GLV）投影顯示器7，液晶顯示系統(tǒng)（LCD）8，LED大屏幕顯示（LED）9,數(shù)字打印全息圖（DPH）、視頻全息（Holovideo）10，全息背投屏（Holoscreen）11，液晶硅顯示(LCOS)2/2/202341,陰極射線管CRT

CRT（陰極射線管）技術(shù)是應(yīng)用最普遍的顯示技術(shù)，第一臺(tái)電視機(jī)的發(fā)明采用的就是這種技術(shù)。它的優(yōu)勢(shì)是圖像質(zhì)量好、成本低、視角大、亮度高、壽命長(zhǎng)。

CRT技術(shù)的穩(wěn)定與成熟長(zhǎng)期占領(lǐng)市場(chǎng),其主要缺點(diǎn)是機(jī)器龐大笨重，由此給大屏幕電視機(jī)的生產(chǎn)和維護(hù)帶來(lái)許多不便。2/2/20235CRT（陰極射線管）A,陰極;B,導(dǎo)電涂層;C,陽(yáng)極;D,色屏;E,電子束;F,掩模板.2/2/20236CRT顯示器的厚度減少“short-neck”

生產(chǎn)CRT的公司還在繼續(xù)完善他們的工藝。陰極（Cathodes）、聚焦柵（focusinggrids），透鏡（lenses），熒光粉（phosphors），偏轉(zhuǎn)線圈（deflectionyokes）,網(wǎng)格過(guò)濾器（screenfilters）以及顯示器中其它的組件仍然在不斷進(jìn)行改進(jìn);目的是提供更出色的顯示效果。廠家也一直努力把顯示器的調(diào)節(jié)控制改進(jìn)的更簡(jiǎn)便，更易于用戶理解和操作，CRT顯示器技術(shù)仍在不斷地改進(jìn)的。2/2/202372,數(shù)字光處理技術(shù)（DLP）數(shù)字光處理技術(shù)（DigitalLightProcessing,DLP）是利用微型反光鏡對(duì)光進(jìn)行定向反射。這種技術(shù)由Texas儀器公司首創(chuàng)。

一塊DLP集成電路表面可任意集成800到一百萬(wàn)塊微型反光鏡。微型反光鏡定位后可傾斜-10到+10度。2/2/20238DLP的基礎(chǔ)是DMDDMDDigitalMicrroMirrorDevice2/2/20239DLP顯示系統(tǒng)2/2/202310DLP顯示系統(tǒng)2/2/202311DLP/DMDDLPDMDDMD電子控制光學(xué)元件光源色輪2/2/2023123,等離子顯示板

（PlasmaDisplayPanel，PDP）

PDP顯示器成像原理與氖氣燈或熒光燈工作原理基本一致，即利用電場(chǎng)激發(fā)惰性氣體來(lái)發(fā)光。在PDP顯示器里，惰性氣體被夾在兩塊帶透明電極的玻璃基板之間。

當(dāng)電壓作用于其中一塊玻璃基板上的電極時(shí)，由表面放電產(chǎn)生的紫外線激發(fā)涂在另一塊玻璃板內(nèi)表面的熒光粉發(fā)光，光線穿過(guò)玻璃板生成圖像。由于熒光粉被涂成了紅，綠，藍(lán)色，因而生成的圖象是彩色的。

PDP的結(jié)構(gòu)示意圖尋址電極玻璃基板間隔肋色彩熒層保護(hù)層介電層前板玻璃透明電極2/2/202313PDP等離子電視具有無(wú)輻射、圖像無(wú)閃爍、厚度薄、重量輕、色彩鮮艷、圖像逼真等特點(diǎn)，使用壽命可達(dá)3萬(wàn)小時(shí)以上。而且，等離子電視在屏幕大型化方面相對(duì)容易(42”—65”)

2/2/2023144,場(chǎng)發(fā)射顯示器（FED）FED與傳統(tǒng)CRT有許多類似的地方。不過(guò)與CRT不同的是，CRT僅一把電子槍向屏幕內(nèi)表面發(fā)射電子，而FED可多達(dá)幾千萬(wàn)個(gè)微錐發(fā)射電子。

由于FED采用了多電子槍技術(shù)，顯示器物理尺寸可大幅度變小，從而擺脫了傳統(tǒng)CRT技術(shù)對(duì)大屏幕電視機(jī)重量和屏幕尺寸的限制。

場(chǎng)發(fā)射顯示器（FED）示意圖色彩單元電子發(fā)射微錐FED門2/2/202315金剛石及其相關(guān)薄膜冷陰極場(chǎng)發(fā)射

的源頭創(chuàng)新采用金剛石及其相關(guān)薄膜作為發(fā)射體的平面型FED是一個(gè)創(chuàng)新。這一源頭創(chuàng)新工作是中山大學(xué)許寧生教授1993年在英國(guó)完成的。他首次在CVD金剛石薄膜上發(fā)現(xiàn)了大面積電子發(fā)射現(xiàn)象。作為發(fā)射體的平板顯示器具有美好的應(yīng)用前景。采用碳納米管冷陰極發(fā)光管由于其亮度高、色彩飽和度好、響應(yīng)快、視角寬等優(yōu)點(diǎn)，適合高亮度大屏幕顯示。陽(yáng)極行電極色彩熒列電極2/2/202316AM-FED活性矩陣場(chǎng)發(fā)射顯示2/2/202317微錐場(chǎng)發(fā)射FEDFED2/2/2023185,有機(jī)發(fā)光二極管(OLED)有機(jī)發(fā)光二極管顯示技術(shù)的原理是：當(dāng)用碳、氧、或氫等有機(jī)材料制成的薄膜受到電荷的激發(fā)時(shí)，這些材料會(huì)釋放出特定顏色的光子。

目前這種顯示技術(shù)的唯一缺陷是由有機(jī)物老化而導(dǎo)致的設(shè)備壽命較短。

2/2/202319OLED

右上圖拿在手中的為有機(jī)發(fā)光器件，厚度極薄，卻可以顯示字畫，被形象地成為“電子紙”。中圖為嵌在衣服上的OLED顯示，下右邊為L(zhǎng)CD顯示;下左為OLED.2/2/202320光柵光閥(GLV)GratingLightValve即光柵光閥由DavidBloom在Stanford大學(xué)研制成功。該集成電路由集成于硅芯片上的微反射帶構(gòu)成。對(duì)硅芯片施加電場(chǎng)會(huì)導(dǎo)致硅芯片上面的微反射帶發(fā)生變形，這就改變了微反射帶的反射參數(shù)，從而控制光的反射成像。

2/2/202321光柵光閥(GLV)投影顯示器美國(guó)斯坦福大學(xué)DavidBloom研制成的這種稱之為光柵光閥投影顯示器，每幀圖像的像素?cái)?shù)可達(dá)1920*1080個(gè)。該投影機(jī)的核心系統(tǒng)是一小型變形光柵，衍射光是以不同的衍射角從變形光柵中射出的，用簡(jiǎn)單的光學(xué)系統(tǒng)加以會(huì)聚后就可在屏幕上顯示出高對(duì)比度的彩色圖像。2/2/202322光柵光閥(GLV)GLV衍射鏡面反射光柵像素光柵能周期地調(diào)配紅\綠\藍(lán)2/2/202323GLV光柵光閥器件這個(gè)光柵光閥器件均由裝在硅片上的數(shù)千對(duì)陶瓷光條組成，陶瓷光條的作用是使激光束形成衍射圖樣。若在紅綠藍(lán)三對(duì)陶瓷光條上分別加上相應(yīng)的色信號(hào)電壓，則每對(duì)陶瓷光條均可發(fā)生形變，其每對(duì)光條可變的間距均小于該激光束的波長(zhǎng)。從各個(gè)光閥器件中射出的衍射光加以會(huì)聚便可形成一彩色像素。2/2/2023247,LCD顯示系統(tǒng)20世紀(jì)70年代初，世界上出現(xiàn)了第一臺(tái)液晶顯示設(shè)備，被稱之為TN-LCD（扭曲向列）液晶顯示器；當(dāng)時(shí)是單色顯示，被推廣到電子表、計(jì)算器等領(lǐng)域；80年代，STN-LCD（超扭曲向列）液晶顯示器出現(xiàn)，同時(shí)TFT-LCD（薄膜晶體管）液晶顯示器技術(shù)被研發(fā)出來(lái)；80年代末90年代初，STN-LCD及TFT-LCD生產(chǎn)技術(shù)成熟，LCD工業(yè)開(kāi)始高速發(fā)展。

2/2/202325LCD工作原理示意圖LCD顯示結(jié)構(gòu)

示意圖2/2/202326LCD投影機(jī)與LCD-TVLCD液晶屏幕具有高亮度、高對(duì)比度等顯著特點(diǎn)，有16.7百萬(wàn)的顯示色彩，且色彩絢麗真實(shí)。液晶屏幕的最佳分辨率達(dá)1024×768，具有非常高的清晰度，畫面無(wú)閃爍,無(wú)輻射,壽命長(zhǎng),省電等優(yōu)點(diǎn)。2/2/2023278,LED大屏幕顯示1964年世界上第一只紅色Ⅲ-Ⅴ族GaAsP-LED誕生，預(yù)示著固體發(fā)光顯示時(shí)代的來(lái)臨。不久，橙色、黃色和黃綠色LED也相繼問(wèn)世，實(shí)現(xiàn)了在波長(zhǎng)940~540nm范圍內(nèi)發(fā)光的全固化，但實(shí)現(xiàn)全色顯示的藍(lán)光一直是個(gè)障礙。二十世紀(jì)七十年代，LED在大屏幕顯示、交通信號(hào)燈和儀器儀表指示等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，并隨著家用電器進(jìn)入人們的生活。1994年，在日亞化學(xué)(Nicchia)的中村秀二(ShujiNakamura)發(fā)明了GaN藍(lán)光LED。2/2/202328氮化鎵基藍(lán)光LED氮化鎵基藍(lán)、綠光AlGaInN-LED的出現(xiàn)是LED發(fā)展史上的又一里程碑，使戶外全色顯示和半導(dǎo)體照明成為可能。2/2/2023299，數(shù)字打印全息（DPH）

視頻全息顯示（Holovideo）數(shù)字打印全息1，創(chuàng)制3D景物Hologram/3DPrintsizes

100x140cm2，繪制全息掩模3，全息打印系統(tǒng)大批復(fù)制的打印全息圖2/2/202330視頻全息顯示（Holovideo）Holovideo制作步驟2/2/202331視頻全息（Holovideo）時(shí)實(shí)動(dòng)態(tài)再現(xiàn)圖像計(jì)算機(jī)高速幀緩存信號(hào)處理激光3D景物離散化2/2/20233210，Holoscreen全息背投屏Holoscreen是一片半透明的顯示屏幕，可讓觀眾同時(shí)看見(jiàn)屏幕上的畫面與屏幕背后的景物

2/2/202333全息背投屏Holoscreen是在一塊光潔透明的有全息圖的玻璃板（或丙烯酸透明板）上顯示DLP、LOCD或LCD投影機(jī)的圖像。用光敏聚合物（Photopolymer）制作的全息圖具有棱鏡的折射光的能力。設(shè)計(jì)投影機(jī)以35度角投射至全息屏上，全息圖僅響應(yīng)該角度來(lái)的光。全息圖全息圖橫斷面透明板2/2/202334全息背投屏holo2/2/202335全息背投屏的特點(diǎn)具有高透光性、高亮度以及高對(duì)比度；置于室內(nèi)或外均可呈現(xiàn)極佳的視覺(jué)效果；可應(yīng)用于展示櫥窗、展示中心、商店、銀行、博物館；可懸掛、支架立等靈活方式。屏幕尺寸從46”到160”。2/2/202336新一代背投顯示屏HNextGenerationRearProjectionDisplays2/2/202337全息背投屏的特點(diǎn)holo高亮度、高對(duì)比度高透光性耐候性抗UV可觸摸易保養(yǎng)2/2/202338全息背投屏全息2/2/20233911,液晶硅(LCOS)顯示LCOS即液晶硅顯示,亦稱硅晶是一種新型微顯示技術(shù)。LCOS是LiquidCrystalOnSilicon的縮寫。LCOS是一種全新的數(shù)碼成像技術(shù)，也叫數(shù)字硅基反射液晶顯示技術(shù)，它采用半導(dǎo)體CMOS集成電路芯片作為反射式LCD的基片，CMOS芯片上涂有薄薄的一層液晶硅，控制電路置于顯示裝置的后面，可以提高透光率，從而實(shí)現(xiàn)更大的光輸出和更高的分辨率。

2/2/202340(一),數(shù)字硅基反射液晶顯示技術(shù)普通液晶顯示器由于采用透射式工作方式，會(huì)造成照明光被吸收從而導(dǎo)致亮度不高，因此液晶顯示器的用途受到一定的限制。而液晶硅顯示器由于采用了反射式裝置，在功耗相同的情況下光源產(chǎn)生的光將更多地經(jīng)過(guò)光學(xué)傳輸介質(zhì)從而提高亮度。2/2/202341最初的LCOS技術(shù)LCOS是由AuroraSystems融合半導(dǎo)體和液晶兩項(xiàng)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)在2000年開(kāi)發(fā)出來(lái)的分辨率更高、價(jià)格卻可能更低的新技術(shù)。由于LCOS采用半導(dǎo)體的方式來(lái)控制分辨率，而較高的分辨率又導(dǎo)致較小的畫面顆粒，所以畫質(zhì)自然真實(shí)。LCOS技術(shù)代表了倍頻掃描電視和電腦顯示器的完美結(jié)合，分割畫面和多重掃描可使其應(yīng)用多樣化、生活化和人性化。

2/2/202342(二),LCOS微顯示器的構(gòu)成

液晶材料涂于CMOS硅芯片表層。芯片包含了控制電路，并在表層涂有反射層。在芯片外部或者內(nèi)圈設(shè)置有隔離器以保持盒厚的均勻性。盒厚只有1微米左右。取向?qū)涌梢源_保液晶分子取向一致。由于液晶須通過(guò)一部分電流，因而在晶體上部加設(shè)了一個(gè)次級(jí)透明電極。玻璃基板用以保護(hù)液晶和穩(wěn)定液晶的位置。

CoverglassITO（indiunTinOxide）AlignmentlayerLCCMOS2/2/202343LCOS成像芯片LCOS面板的結(jié)構(gòu)有些類似TFTLCD，一樣是在上下二層基板中間撒布Spacer以加以隔絕后，再填充液晶于基板間形成光閥，藉由電路的開(kāi)關(guān)以推動(dòng)液晶分子的旋轉(zhuǎn)，以決定畫面的明與暗。LCOS面板的上基板是ITO導(dǎo)電玻璃，下基板是則硅晶圓CMOS基板，LCOS面板最大的特色在于下基板的材質(zhì)是單晶硅，因此擁有良好的電子遷移率，而且單晶硅可形成較細(xì)的線路，與現(xiàn)有的HTPSLCD及DLP投影面板相較，LCOS是比較容易達(dá)成高解析度的投影技術(shù)。LiquidCrystal

LiquidCrystalonSiliconImageChipCMOSITOCoverglassAlignmentlayerSpacerMounting2/2/202344(三),LCOS微顯示器工作原理

在LCOS微顯示器中所采用的是扭曲向列相液晶材料。當(dāng)電流到達(dá)液晶體時(shí)，液晶分子的扭曲程度會(huì)發(fā)生變化。根據(jù)這個(gè)原理，光束要首先通過(guò)一個(gè)起偏器以使光波傳播保持特定的偏振方向，然后在液晶介質(zhì)中光的偏振方向隨著液晶分子的扭曲方向的變化而變化，接著光束又經(jīng)過(guò)LCOS反射表面的定向反射，然后再穿過(guò)一個(gè)檢偏器。

覆蓋玻璃ITO透明電極配向?qū)右壕MOS2/2/202345LCOS的像素陣列2/2/202346LCOS的結(jié)構(gòu)與功能LCOS結(jié)構(gòu)與TFT-LCD面板不同后者上下二面都以玻璃作為基板，而LCOS僅上面采用玻璃，底層基板則是半導(dǎo)體硅，以硅晶圓為基底可制作板上電路，LCOS制作工序是結(jié)合了LCD與半導(dǎo)體CMOS工序的技術(shù)。一部分工序可在晶圓廠內(nèi)進(jìn)行，LCOS上的線路設(shè)計(jì)比一般晶圓廠生產(chǎn)的IC簡(jiǎn)單，以0.35微米工序，在8吋晶圓廠內(nèi)生產(chǎn)即可。其后工序是加玻璃、灌液晶，其后段工序掌控良品率卻很關(guān)鍵。

2/2/202347LCOS像元剖面結(jié)構(gòu)LCOS結(jié)構(gòu)包括CMOS基板、ITO玻璃、配向?qū)?、間隔物與液晶層等。反射電極層位于液晶層的下面，而像素地址尋址的各種控制電極和電極間的絕緣層位于反射電極層的下面，整個(gè)結(jié)構(gòu)是一個(gè)立體排列方式。LCOS液晶板的光圈比率可以達(dá)93％，因此其分辨率可以很高。

玻璃隔離層硅基板TIO透明電極液晶層反射電極遮光板像素開(kāi)關(guān)存儲(chǔ)電容器2/2/202348LCOS單元結(jié)構(gòu)示意圖LCOS2/2/202349LCOS是如何工作的覆蓋玻璃透明電極配向?qū)覶N液晶間隔物反射涂層CMOS開(kāi)關(guān)2/2/202350LCOS的結(jié)構(gòu)與制程2/2/202351LCOS的制作步驟CMOS基板CMOS基板刻周界配搭隔離層配向?qū)痈稍锴逑丛?/2/202352(四),LCOS微顯示器的應(yīng)用

與透射式的LCD顯示器不同的是，LCOS微顯示器只適用于反射式設(shè)備。因而這種顯示設(shè)備只限于投影顯示，但是它允許在近距離直接用眼睛觀察，也可投影于中間介質(zhì)如投影屏幕，墻面等等。

下面概括地介紹

LCOS微顯示器的應(yīng)用事例2/2/202353在投影機(jī)中的LCOS三LCOS芯片色點(diǎn)2/2/202354近距離小面積監(jiān)視器右圖是一臺(tái)簡(jiǎn)易的近距離監(jiān)視設(shè)備，它可用于：攝像機(jī)取景器數(shù)碼照相機(jī)取景器頭戴式送受話器無(wú)線電通訊以及其他要求便攜型顯示技術(shù)的設(shè)備

LCOS技術(shù)為近距離監(jiān)視設(shè)備提供了清晰度更高，分辨率更高，對(duì)比度更高的圖象效果。

現(xiàn)已能夠在0.9英寸(23mm)尺度的LCOS器件內(nèi)實(shí)現(xiàn)分辨率為1280x1024的SXGA顯示。

近距離小面積監(jiān)視器放大透鏡LCOS芯片會(huì)聚透鏡雙色濾光三色LED反射\透射鏡觀察2/2/202355近距離小面積監(jiān)視器近距離監(jiān)視器的設(shè)備2/2/202356投影TV用LCOS的背投TV2/2/202357LCOS在投影機(jī)上的應(yīng)用其原理與LCD投影機(jī)一樣，只是LCD投影機(jī)是利用光源穿過(guò)LCD面板做調(diào)變，而LCOS面板是以CMOS芯片為電路基板及反射層，然后再涂布液晶層后，以玻璃平板封裝，該制程的關(guān)鍵在于如何使得上下兩塊面板之間保持平坦平行，尤其是對(duì)較大尺寸的LCOS面板。LCOS投影機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是分辨率高、面板制作易于小型化、現(xiàn)有多家廠商投入研發(fā)，形成了降低成本的空間。2/2/202358單片式LCOS微顯示器投影機(jī)在單片LCOS的正投和背投顯示中使用分色輪裝置。分色輪的運(yùn)作是依靠在分色輪轉(zhuǎn)動(dòng)的同一頻率，切換在LCOS微顯示器上的模式來(lái)進(jìn)行。分色輪至少分成3個(gè)不同偏振過(guò)濾器以保證紅，綠，藍(lán)三種基本色所需光頻的通過(guò)。有些分色輪采用6個(gè)過(guò)濾器或者其他專用模式。像素信息的轉(zhuǎn)換由軟件來(lái)控制，以期和所使用的分色輪類型相匹配。光源會(huì)聚透鏡雙色濾光片色輪?波片投影像LCOS投影透鏡2/2/202359三片LCOS微顯示器投影機(jī)在LCOS的正投和背投的顯示設(shè)備中使用離軸（Off-Axis）系統(tǒng)；

這個(gè)Off-Axis系統(tǒng)是利用一個(gè)分光器和偏振過(guò)濾器將光分離成三基色（紅，綠，藍(lán)），然后將三基色分別投射到一個(gè)LCOS微顯示器上，經(jīng)過(guò)反射再由一個(gè)ColourCube將光重新合成。

該系統(tǒng)處理過(guò)程的功耗相對(duì)較低，因?yàn)檫M(jìn)入的視頻信號(hào)被分離成三基色，而每一個(gè)LCOS微顯示器只需處理自己所對(duì)應(yīng)色彩的像素信息。即每一個(gè)微顯示器比單片式微顯示器切換少，其結(jié)果是延長(zhǎng)了每個(gè)微顯示器的壽命。

2/2/202360三片LCOS投影機(jī)示意圖光源投影像PBS會(huì)聚透鏡濾光片LCOS芯片偏振片LCOS芯片（B）（G）分光鏡LCOS芯片（R）透鏡從LCOS芯片成像光的路徑分光合色棱鏡R2/2/202361直接驅(qū)動(dòng)圖像光放大器(D-ILA)

D-ILA(Direct-DriveImageLightAmplifier)D-ILA的核心部件是LCOS,即反射式活性矩陣硅上液晶板。LCOS/D-ILA2/2/202362直接驅(qū)動(dòng)圖像光放大器(D-ILA)D-ILA(Direct-DriveImageLightAmplifier)D-ILA:cross-sectionofchip

D-ILA2/2/202363反射式活性矩陣硅上液晶板D-ILA2/2/202364LCOS背投TV背投2/2/202365LCOS投影顯示的色度分布圖ColorCornerColorgamutCIEdiagram2/2/202366HeadMountedDisplay頭盔顯示器2/2/202367VirtualDisplay虛擬顯示2/2/202368LCOS的特點(diǎn):

環(huán)保、節(jié)能、體積小、分辨率高，

其核心技術(shù)是LCOS芯片的設(shè)計(jì)與制作2/2/202369(五),LCOS的發(fā)展趨勢(shì)LCOS（LiquidCrystalonSilicon）屬于新型的反射式微顯示投影技術(shù)，其結(jié)構(gòu)是在硅晶圓上長(zhǎng)電晶體，利用半導(dǎo)體工藝制作驅(qū)動(dòng)面板(CMOS-LCD)，然后在電晶體上透過(guò)研磨技術(shù)磨平，并鍍上鋁當(dāng)作反射鏡，形成CMOS基板，再將CMOS基板與含有透明電極之上玻璃基板貼合，抽入液晶，進(jìn)行封裝測(cè)試。2/2/202370LCOS成為投影顯示技術(shù)的新主流LCOS是直接與陰極射像管(CRT)投影技術(shù)、高溫多晶硅液晶(Ploy-SiLCD)穿透式投影技術(shù)、數(shù)字微反射鏡器件DMD;(DigitalMicromirrorDevice)-數(shù)字光學(xué)處理(DLP;DigitalLightProcessing)反射式技術(shù)相關(guān)。這三項(xiàng)技術(shù)已發(fā)展成熟，但LCOS則成為投影顯示技術(shù)的新主流。LCOSCRTPoly-SiLCDDMD-DLP2/2/202371省電、便宜與高分辨率是

LCOS最大優(yōu)點(diǎn)LCOS可視為L(zhǎng)CD的一種，但傳統(tǒng)的LCD是做在玻璃基板上，而LCOS則是長(zhǎng)在硅晶圓上。和LCOS的相對(duì)比的，最常用在投影機(jī)上的高溫多晶硅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則采用反射式投射，光利用效率可達(dá)40%以上，而且其最大的優(yōu)勢(shì)是可利用最廣泛使用、最便宜的CMOS制作工藝，毋需額外的投資，并可隨半導(dǎo)體制作工藝快速的微細(xì)化，易于提高分辨率。高溫多晶硅LCD則需另投資設(shè)備，且需有特殊的工藝制程，成本不易降低。2/2/202372LCOS投影技術(shù)特色：1、高分辨率：

LCOS投影技術(shù)最大的特色在于其面板的下基板采用硅晶圓CMOS基板，由于下基板的材質(zhì)是單晶硅，擁有良好的電子遷移率，而且單晶硅可形成較細(xì)的線路，因此比較容易達(dá)成高分辨率的面板。2、高亮度：

LCOS為反射式技術(shù)，不會(huì)像HTPSLCD光學(xué)引擎會(huì)因?yàn)楣饩€穿透面板而大幅降低光利用率，因此光利率率可提高至40%，與穿透式的HTPSLCD的3%相較，可減少耗電，并可產(chǎn)生較高的亮度。3、低成本：LCOS光學(xué)引擎因?yàn)楫a(chǎn)品零件簡(jiǎn)單，因此具有低成本的優(yōu)勢(shì)，相較于由SeikoEpson,Sony專供的HTPSLCD面板；以及德儀(TI)獨(dú)家供應(yīng)的DLP面板，而LCOS技術(shù)未被某獨(dú)家?？?，所以其成本將會(huì)快速走低。2/2/202373LCOS的特點(diǎn)與其他顯示技術(shù)相比較

1由投影燈壽命決定。技術(shù)壽命較長(zhǎng)。

2在今后數(shù)年內(nèi)由于需求增加技術(shù)成本將會(huì)降低。

種類壽命(h)價(jià)格耗能分辨力CRT15,000低高1600*1200PDP30,000高中1024*768OLED10,000低低852*2222LCD30,000低低1024*768FED15,000中高DLP15,000中低1280*1024LCOS15,000中低1376*1024112222/2/202374LCOS的特點(diǎn)與其他顯示技術(shù)相比較種類尺寸像素點(diǎn)視角視頻顏色CRT

4”-42”0.21mm160可16百萬(wàn)PDP25”-50”0.13mm160可16百萬(wàn)OLED4”0.057mm16百萬(wàn)LCD5”-22”0.21mm150稍慢16百萬(wàn)FED合併大屏幕0.21mm170可16百萬(wàn)DLP1.2”12μm160可16百萬(wàn)LCOS0.7”-1.2”14μm160可16百萬(wàn)3屏幕尺寸只受限于光學(xué)設(shè)計(jì)

332/2/202375LCOS與LCD顯示平板之比較LCOS&LCDApertureratioLCOSLCDLCOS的結(jié)構(gòu)LCD平板的結(jié)構(gòu)LCOS佔(zhàn)空比92%LCD佔(zhàn)空比40-60%2/2/202376(六),發(fā)展LCOS面臨的問(wèn)題1，標(biāo)準(zhǔn)化問(wèn)題：目前LCOS的發(fā)展集中在歐美的Fabless、Three-Five、Aurora（原S-Vision）、MicroPix、Microdisplay、Kopin、Displaytech、SpatiaLight及香港的Varitronix和臺(tái)灣的一些公司。由于LCOS在開(kāi)發(fā)中涉及整個(gè)元件的設(shè)計(jì)、制造及光學(xué)系統(tǒng)的整合，技術(shù)門檻較高。且每個(gè)公司所開(kāi)發(fā)的LCOS，各有專用的ASIC、光學(xué)引擎等，零組件和生產(chǎn)各自為陣，無(wú)法標(biāo)準(zhǔn)化，因此很難達(dá)到量產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)規(guī)模，部份業(yè)者因無(wú)法提出全套的解決方案，致使產(chǎn)品無(wú)法順利推出。2/2/2023772，合格率問(wèn)題LCOS目前最大的障礙是合格率問(wèn)題，LCOS前工序之硅制程以0.35μ制程即可，不需要作得更小，目前合格率率已可達(dá)90%；但后工序加玻璃基板，抽入液晶，并加以切割、封裝的部份，目前合格率卻很低，僅約30%左右。2/2/2023783，光電效應(yīng)的影響問(wèn)題光線穿過(guò)LCOS芯片上的像素間的間隙，發(fā)生光電效應(yīng)，使芯片工作不穩(wěn)定，甚至損壞芯片；另外，強(qiáng)光長(zhǎng)期照射LCOS芯片的反射面導(dǎo)致變形，從而回導(dǎo)致影響屏幕上顯示失真。2/2/202379(七),LCOS的應(yīng)用的市場(chǎng)分析

LOCS在HMD（HeadMountDevice）

、高檔的數(shù)碼相機(jī)、數(shù)碼攝影機(jī)等領(lǐng)域均可應(yīng)用。HMD原以高溫多晶硅TFTLCD虛擬15吋以上的XGA顯示器，預(yù)期日本短期內(nèi)仍將延襲此一傳統(tǒng)解決方式，而美國(guó)則會(huì)傾向采用分辨率高的LCOS。數(shù)碼相機(jī)和數(shù)碼攝影機(jī)的觀景窗，慣用小型非晶硅的LCD面板，假若采用LCOS的觀景器則在分辨率、耗電量上，都將會(huì)更好。2/2/202380LCOS的發(fā)展現(xiàn)況

除投影機(jī)外，LCOS高解析度、高亮度及高反應(yīng)速度的特性，在20寸以上監(jiān)視器、大尺寸電視等應(yīng)用市場(chǎng)，都深具發(fā)展?jié)摿?。移?dòng)電話上網(wǎng)普及后，將引發(fā)對(duì)手機(jī)大畫面和高解析度的需求。LCOS省電的特性，適合移動(dòng)電話上網(wǎng)。在2001年，彩色屏幕手機(jī)至少有10%會(huì)使用LCOS，數(shù)量大約達(dá)500萬(wàn)臺(tái)。2/2/202381LCOS應(yīng)用的潛在市場(chǎng)由于主力手機(jī)業(yè)者不是日本廠商，較不會(huì)對(duì)LCD有獨(dú)鐘的情結(jié)，這就非常有利于LCOS之發(fā)展；業(yè)界認(rèn)為L(zhǎng)COS應(yīng)用的潛在市場(chǎng)規(guī)模龐大，且未來(lái)3年每年皆有13%以上的市場(chǎng)成長(zhǎng)率；依目前的價(jià)格/性能比，數(shù)碼相機(jī)與數(shù)碼攝影機(jī)在短期內(nèi)大量采用LCOS的比例仍不會(huì)太高；在無(wú)線寬帶網(wǎng)尚未完成之前，預(yù)期彩色屏幕手機(jī)10%采用LCOS或許是過(guò)于樂(lè)觀。因此可以期待的，會(huì)是投影機(jī)和大尺寸電視機(jī)的市場(chǎng)；如果它能有效降低成本，則將原有產(chǎn)品如投影機(jī)、電視整個(gè)替代掉是有可能的。2/2/202382LCOS是投影機(jī)產(chǎn)業(yè)的

一個(gè)極佳的發(fā)展方向LCOS作為新型顯示器件具備大屏幕、高亮度、高分辨率、省電等諸多優(yōu)勢(shì)，其發(fā)展空間和應(yīng)用產(chǎn)品的市場(chǎng)潛力是非常大的。LCOS是HDTV的背投顯示技術(shù)發(fā)展的主要方向。隨著成本的不斷降低，LCOS應(yīng)用產(chǎn)品及其大屏幕顯示將會(huì)越來(lái)越多。2/2/202383上下游產(chǎn)業(yè)鏈尚未完好形成國(guó)內(nèi)大陸在LCOS技術(shù)發(fā)展方面，其上下游產(chǎn)業(yè)鏈尚未完好形成。而臺(tái)灣廠商陸續(xù)投入LCOS投影機(jī)的上中下游的研發(fā)與制造，且愈來(lái)愈多地相繼投入數(shù)字投影機(jī)的制造生產(chǎn)。在高溫多晶硅液晶（HTPS-LCD）面板專控于日商以及DMD芯片獨(dú)控于德儀（TI）的情況下，LCOS投影機(jī)乃是投影機(jī)產(chǎn)業(yè)的另一極佳發(fā)展方向。2/2/202384探討我國(guó)LCOS的發(fā)展戰(zhàn)略為適應(yīng)國(guó)際LCOS技術(shù)的發(fā)展，特別是LCOS在大屏幕投影電視方面，認(rèn)清我國(guó)在加入WTO后所面臨的機(jī)遇和挑戰(zhàn)，以促進(jìn)我國(guó)LCOS大屏幕投影電視產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，探討LCOS大屏幕投影電視在我國(guó)良性發(fā)展之路，加強(qiáng)國(guó)際間的合作與技術(shù)交流，參與更高層次地國(guó)際產(chǎn)業(yè)分工，創(chuàng)造更多的商業(yè)機(jī)會(huì)。LCOS2/2/202385LCOS芯片上游產(chǎn)品制作是關(guān)鍵目前LCOS技術(shù)處于起步階段，此時(shí)投入芯片上游產(chǎn)品制作，將有機(jī)會(huì)在LCOS屏幕供應(yīng)上占有一席之地，擺脫在關(guān)鍵技術(shù)上受制于人的情況。

2/2/202386參考文獻(xiàn)1,MichaelBolotski,PhillipAlvelda,“SVGAandXGALCOSmicrodisplaysforHMDapplications”SPIE,Vol.3689,pp.222-230(1999)2,M.Lucente,"HolographicBandwidthCompressionUsingSpatialSubsampling,"OpticalEngineering35,No.6,1529-1537(June1996).3，M.Bolotski"SVGA和XGAＬＣＯＳ微型顯示應(yīng)用于頭盔顯示"/SPIE3689:Helmet-andHead-MountedDisplaysIV.-1999.-222-2304，DeSmet,H.;VandenSteen,J.;Cuypers,D.;Carchon,N.;VanCalster,A.

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