LCOS

  LCOS是一种新型的反射式microLCD投影技术。与穿透式LCD和DLP相比,LCOS具有利用光效率高、体积小、开口率高、制造技术较成熟等特点,它可以很容易的实现高分辨率和充分的色彩表现。由于LCOS尺寸一般为0.7英寸,所以相关的光学仪器尺寸也大大缩小,使LCOS-PTV的总成本大幅下降。HTPS-LCD目前仅有索尼(SONY)及爱普生(EPSON)拥有专利权,而DLP则是德州仪器的独家专利,LCOS则无专利权的问题。
  虽然LCOS看起来简单,但要产品化还要有一个过程,并不是像想象的那样容易形成一个产业。LCOS技术一经推出便在全世界范围内造成极大影响,但由于制造工艺等方面原因,目前基于LCOS技术的产品还没有形成大规模量产,只有少数厂家开发出了应用于投影机的LCOS芯片和应用LCOS技术的投影机及背投电视机。LCOS技术在以后大屏幕显示应用领域具有很大优势,它没有晶元模式,且具有开放的架构和低成本的潜力。
  近几年来,在LCD业界出现了许多新技术,其中较热门的技术是LCOS。LCOS最大的优点是解析度可以很高,在携带型资讯设备的应用上,此优点是其他技术无法与之看齐的。缺点是模组的制程较为繁琐,各生产阶段良率控制不易,成本难以有竞争力。目前只能停留在需要高解析度的特定用途中,如液晶投影器。但自今年3月后,业者中开始将其应用到手机产品中,而且将在第4季起正式供货。若果真如此,将是LCOS的最重要里程碑。
  什么是LCOS LCOS(Liquid Crystal on Silicon)属于新型的反射式micro LCD投影技术,其结构是在矽晶圆上长电晶体,利用半导体制程制作驱动面板(又称为CMOS -LCD),然后在电晶体上透过研磨技术磨平,并镀上铝当作反射镜,形成CMOS基板,然后将CMOS基板与含有透明电极之上玻璃基板贴合,再抽入液晶,进行封装测试。
  简单来说,LCOS是直接与映像管(CRT)投影技术、高温多晶矽液晶(Ploy-Si LCD)穿透式投影技术、DMD(Digital Micromirror Device)数位光学处理(DLP; Digital Light Projector)反射式技术相关。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市场定位在大尺寸显示器产品及HMD(Head Mount Device)。目前业界普遍认可:在显示器市场20'以下以LCD为主流,PDP可应用于30'- 60'产品,但价格昂贵,投影显示器适用于30'- 60’以上的产品,具有解析度高,价格适中等优势。LCOS投影显示技术则是落于上述投影显示器市场;另外亦可作为直视元件,应用在HMD中。
  省电、便宜与高解析度为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,但LCOS则是长在矽晶圆上。和LCOS的相对比的产品,最常用在投影机上的高温多晶矽LCD为代表。后者通常用穿透式投射的方式,光利用效率只有3%左右,解析度不易提高;LCOS则采用反射式投射,光利用效率可达40%以上,且其最大的优势是可利用最广泛使用、最便宜的CMOS制程,毋需额外的投资,并可随半导体制程快速的微细化,易于提高解析度。反观高温多晶矽LCD则需另投资设备,且属于特殊制程,成本不易降低。各种技术应用比较:(略)
  发展LCOS面临的课题—极待建立标准化与上下游产业结构 目前LCOS的发展业者集中在美英中三地的Fabless公司,包括Three-Five、Aurora(原S-Vision)、MicroPix、Microdisplay、Kopin、Displaytech、SpatiaLight,中国香港的Varitronix以及中国南阳的河南南方辉煌图像信息技术有限公司(中美合资)http://www.sino-brillian.com/ 等。由于LCOS在开发中涉及整个元件的设计、制造到光学系统的整合,有较高的技术门槛。且每个业者所开发的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而面临财务危机。另外最大的障碍是合格率问题,LCOS前段之矽制程以0.35u制程即可(也不需要作得更小了),目前良率已可达90%;后段加玻璃基板,抽入液晶,并加以切割、封装的部份,目前良率却仍很低,仅约30%左右。LCOS的后段制程良率若无法顺利提升,将可能面临如DMD技术一般的窘境。
  潜在市场大:HMD、高价位的数位相机、数位摄影机?等领域均可应用。HMD原以高温多晶矽TFT LCD虚拟15寸级以上的XGA显示器,预期日系业者短期内仍将延袭此一传统解决方式,美系业者则会倾向采用解析度高的LCOS。另外,数位相机和数位摄影机的观景窗,惯用小型非晶矽的LCD面板,采用LCOS为Solution,在解析度、和耗电量上,都将十分有利,但目前在价格上仍然偏高,因此,预期只有高价位市场才有可能采用。
  除投影机外,LCOS高解析度、高亮度及高反应速度的特性,在20寸以上监视器、大尺寸电视等应用市场,都深具发展潜力。另外,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。LCOS省电的特性,适合移动电话上网。业者Three-Five预测至2001年,彩色屏幕手机应至少有10%会使用LCOS,数量大约达500万台。另由于主力手机业者非出自日系厂商,较不会有LCD情结,有利于LCOS之推展。尽管业界认为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。但依目前的价格/性能比,数位相机与数位摄影机在短期内大量采用LCOS的比例预期仍不会太高;另外,在无线宽频网路尚未完成之前,Three-Five预期彩色屏幕手机10%采用LCOS或许是过于乐观。因此我们可以期待的,会比较偏重于投影机和大尺寸电视的市场,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。
  全球生产厂商一览表(略) 主要开发业者以欧美系小型业者为代表。竞争者中Three-Five之手机STN-LCD营收规模已大,LCOS技术已达量产阶段,各产品线(SVGA、XGA、SXGA、HDTV)均有prototype,故较具优势。另外,各竞争厂商除DisplayTech外均主攻HMD市场并看好可携式产品,显示对可携式产品市场潜力都持较乐观的看法。
  LCOS的应用领域
  和透射式LCD技术相比,LCOS可以很容易地实现高分辨率和充分的色彩表现,而且可以较大地降低成本。LCOS的用途十分广泛,大到背投彩电,小至数码相机都可以使用它作为显像器件。虽然LCOS看起来简单,但要产品化还要有一个过程,并不是像想象的那样容易形成产业。LCOS技术一经推出便在全世界范围内造成极大影响,但由于制造工艺等方面原因,目前基于LCOS技术的产品还没有形成大规模量产,只有少数厂家开发出了应用于投影机的LCOS芯片和应用LCOS技术的投影机及背投电视样机。LCOS技术在以后大屏幕显示应用领域里具有很大优势,它没有晶元模式,且具有开放的架构和低成本的潜力。

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