LCOS投影技术及其市场分析

L C O S投影技术及其市场分析

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，其应用产品被广大消费者和业内人士看好，市场潜力无限。LCOS可能是HDTV的背投影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。本刊四月刊特推出LCOS显示技术专题，旨在为国内准备进入此行业的企业提供借鉴，并努力推动国内LCOS的发展。

一、LCOS简介

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。

基本原理：

LCOS投影机的基本原理与LCD投影机相似，只是LCOS投影机是利用LCOS面板来调变由光源发射出来欲投影至屏幕的光信号，与LCD投影机最大的不同是LCD投影机是利用光源穿过LCD作调变，属于穿透式，而LCOS投影机中是利用反射的架构，所以光源发射出来的光并不会穿透LCOS面板，属于反射式。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。

系统架构：

由于LCOS面板是以CMOS芯片为电路基板，因此无法让光线直接穿过，其分光合光系统设计和LCD投影机有些不同，通常需要在分光合光系统中利用偏极化分光镜（Polarization Beam Spliter；PBS），将入射LCOS面板的光束与反射后的光束分开。（ａ）偏极化分光镜（PBS）的功能：

PBS是由两个４５度等腰直角棱镜底边粘合的而成的棱镜，当非线性偏极化光入射PBS时，T: +86 21 62511689 Page 1 of 8

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PBS会反射入射光的Ｓ偏光（垂直入射线平面），并且让Ｐ偏光（平行入射线平面）通过。（ｂ）主要结构：

LCOS投影机与LCD投影机的主要结构在导光及分光合光部分的设计大同小异，只是在LCOS投影机系统中，LCOS面板前均多加了PBS。

而由光源所发出的光经由Dichroic Mirror（双色镜）后分成R、G、B三色光，此三色光分别通过各自的PBS后，会反射Ｓ偏光进入LCOS面板，当液晶显示为亮态时，Ｓ偏光将改变成Ｐ偏光，最后以双色棱镜（Dichroic Prism）组合调变过的三道偏极光，投射至屏幕处得到影像。

简单来说，LCOS是直接与显像管（CRT）投影技术、高温多晶矽液晶（Poly-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。

与穿透式HTPS-LCD及DLP相比，LCOS具有下列优势：

光利用效率高：LCOS与LCD投影显示器类似，主要的差别就是LCOS属反射式成像，所以光利用效率可达４０％以上，与DLP相当，而穿透式LCD仅有３-１０％而已。

体积小：LCOS可将驱动ＩＣ等外围线路完全整合至CMOS基板上，减少外围ＩＣ的数目及封装成本，并使体积缩小。

分辨率高：由于LCOS的晶体管及驱动线路都制作于硅基板内，位于反射面之下，不占表面面积，所以仅有像素间隙占用开口面积，不像穿透式LCD的ＴＦＴ及导线皆占用开口面积，故理论上LCOS不论分辨率或开口率都会比穿透式LCD高。

制造技术较成熟：LCOS的制作可分为前道的半导体CMOS制造及后道的液晶面板贴合封装制造。前道的半导体CMOS制造已有成熟的设计、仿真、制作及测试技术，所以目前良率已可达９０％以上，成本极为低廉；至于后道的液晶面板贴合封装制造，虽然据说目前的良率只有３０％，但由于液晶面板制造已发展得相当成熟，理论上其良率提升速率应远

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高于DMD芯片，所以LCOS应比DLP更有机会取代穿透式HTPS-LCD成为投影显示技术的主流。

此外，LCOS还有一项优点，就是HTPS-LCD目前仅有SONY及SEKIO EPSON拥有专利权，而DLP则是TI的独家专利，LCOS则较无专利权的问题。现在台湾的工研院光电所也已成功开发出LCOS，并正在申请专利中。由于台湾的半导体产业基础雄厚，Aurora 及Kopin就曾委托台湾的联电及联友光电代工LCOS，所以未来当以发展LCOS为最佳选择。

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。

LCOS可视为LCD的一种，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。而高温多晶矽LCD则需另投资设备，且属于特殊制程，成本不易降低。

二、LCOS应用产品潜在市场大

在2001年６月举行的INFOCOMM展览会场上，有９家公司展出LCOS投影机，和1999年和2000年的只有JVC一家相比，显然大有进展。LCOS最大的优点是使用反射的方式投影，比传统的穿透型液晶方式可保有较高的孔径比，欲达到高亮度和高分辨率较容易。在2001年的INFOCOMM的展出品中，LCOS的投影机达到SXGA像素（使用0.9英寸LCOS），已凌驾穿透型的XGA。除了先驱业者JVC持续采用其D-ILA （Direct-Drive IMAGE Light Amplifier） LCOS技术之外，日立和三洋亦推出LCOS的投影机。三洋恐怕是目前同时埋首高温多晶硅和LCOS面板的唯一业者，目前其自行开发的LCOS面板，供应日立和三洋本身使用。3M自行开发光学引擎，配合Three-Five的面板展出。Philips和三星则推出LCOS的后投影电视，前者使用自制的单板式1.18英寸面板和引擎，达到128×120像素；后者则使用三片0.9英寸的SXGA，台湾业者则有前锦科技和世界颠峰。

HMD、高价位的数码相机、数码摄影机等领域均可有应用。HMD原以高温多晶矽TFT LCD虚拟15寸级以上的XGA显示器，预期日本业者短期内仍将延袭这一传统解决方式，欧美业者则会倾向采用解析度高的LCOS。另外，数码相机和数码摄影机的观景窗，惯用小型非晶矽的LCD面板，采用LCOS在解析度、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

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