摘要
Q\7h`d%) MH\dC9%p ＬＣＯＳ显示是ＬＣＤ与ＣＭＯＳ集成电路有机结合的反射型新型显示技术，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，ＬＣＯＳ可能是ＨＤＴＶ的背投影技术发展的主要方向。在大屏幕投影显示中具有重要地位，由于经济和轻便，它将成为目前ＣＲＴ技术大屏幕投影电视机的主要竞争者。随着ＨＤＴＶ的推广应用，将加快其产业化进程。本文介绍了ＬＣＯＳ显示技术的基本原理和特性，还介绍了近年来的发展及未来动向。
"JV_ 2K_i j>" @,B g* 一、前言
*P=VFP '-XXo=>0MV 直视式大屏幕电视和显示器尚未大量投放市场，使投影显示发展活跃起来，其中ＬＣＯＳ(LiquidCrystalonSilicon)反射式投影显示刚刚迸人市场，引起业界的重视。因为ＬＣＯＳ技术借硅基ＣＭＯＳ集成电路技术，在单晶硅片上ＣＭＯＳ阵列取代a一Si ＴＦＴ ＬＣＤ中
玻璃基板上a一Si ＴＦＴ阵列，相比之下前者生产技术更成熟，还有单晶硅迁移率远高于a一Si迁移率，因此不仅适合于高密度、高分辨率、高开口率显示，而且可以周边驱动电路集成一体，甚至可以集成信息处埋系统。但ＬＣＯＳ微型显示通过
光学系统放大图像几十到几百倍，带来
液晶显示技术的新问题。本文介绍ＬＣＯＳ基本结构、光学系统、ＬＣＯＳ应用和市场及液晶显示中的新问题。
v^*K:#<Q! o|<!"AD7 今后ＬＣＯＳ主要将应用于数字化ＨＤＴＶ。据统计预测，该领域2000年产值为5亿美元，到2004年产值将达到23亿美元，年增长率为46.5％,是一种快速成长的新型显示系统。
MKi0jwJM ^k">A:E2 二、ＬＣＯＳ简介
3bH'H*2 Y\8)OBZ 2．1 ＬＣＯＳ 面板架构
n 0L^e \X D6 pr@ ＬＣＯＳ（Liquid Crystal on Silicon）属于新型的反射式 ＭＩＣＲＯ ＬＣＤ投影技术，其结构是在硅片上，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，再注入液晶，进行封装测试。见图 1。在单晶硅片上集成ＣＭＯＳ和存贮电容器的阵列，通过开孔把漏电极和
像素电极连结，像素电极用铝做成反射电极。为防止强光照射沟道，加一层金属档光层。另一侧基板是ITO电极的玻璃板。液晶层盒厚爱像素尺寸限制，一般盒厚取几微米。LC0S前投影放大倍数大，显示区内不能用控制盒厚的隔垫物，或者盒厚取小于2微米，可用隔垫物。
;h _A9AEi'. 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。
&n:.k}/ P >KhOz[Zg 2．2 投影显示系统架构
`1fY)d^Z S < `r>h 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。
33B]RGq lX 4
x* （ａ）偏极化分光镜（ＰＢＳ）的功能：
~=l;=7 T ?IT*: A] E 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，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。
JL{VD
/f = m#?neop ｂ）主要结构：
y766;
X:J ]Q)OL 是ＬＣＯＳ投影结构系统，用金属卤化物灯(亮度6000流明以上)或氖灯(亮度60000流明)，用抛物面反射镜过滤紫外光和红外光，再用冷反射镜过滤红外光，通过聚焦
透镜和复眼透镜得到均匀的平行光，然后分色镜分光，再通过PBS得到偏振光，通过ＬＣＯＳ反射进行合成并通过变焦透镜投影到屏幕。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。
=dYqS[kJW c,+: i1IAy 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。
M%P:n/j >U27];}y 简单来说，ＬＣＯＳ是直接与显像管（ＣＲＴ）投影技术、高温多晶硅液晶（Ｐｌｏｙ－Ｓｉ ＬＣＤ）穿透式投影技术、ＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｍｉｃｒｏｍｉｒｒｏｒ Ｄｅｖｉｃｅ）数据光学处理（ＤＬＰ； Ｄｉｇｉｔａｌ Ｌｉｇｈｔ Ｐｒｏｊｅｃｔｏｒ）反射式技术相关。这三项技术已发展成熟，故ＬＣＯＳ可成为投影显示技术的新主流。
y _k
l:Ssa $ DaNbLV J}K $(;: 另外还有一种离轴光学投影系统。入射光和反射光分开，不用PBS。而用偏振膜，对比度高，但体积稍微大一些。具体结构见。
A#iV=76_ ~V1E0qdAE sS'm!7*(3 
GH$ pKB !wh8'X* 离轴光学投影系统结构示图
~U&AI1t+J 5K8^WK 2．3 ＬＣＯＳ技术特性
sWn LEw x7<K<k;s 与穿透式ＨＴＰＳ－ＬＣＤ及ＤＬＰ相比，ＬＣＯＳ具有下列优势：
u <v7;dF|s =$JE T<( 光利用效率高：ＬＣＯＳ与ＬＣＤ投影显示器类似，主要的差别就是ＬＣＯＳ属反射式成像，所以光利用效率可达４０％以上，与ＤＬＰ相当，而穿透式ＬＣＤ仅有３－１０％而已。
m tcw#D Si;H0uP O 体积小：ＬＣＯＳ可将驱动ＩＣ等外围线路完全整合至ＣＭＯＳ基板上，减少外围ＩＣ的数目及封装成本，并使体积缩小。
7n<::k\lb P8/0H(, 分辨率高：由于ＬＣＯＳ的晶体管及驱动线路都制作于硅基板内，位于反射面之下，不占表面面积，所以仅有像素间隙占用开口面积，不像穿透式ＬＣＤ的ＴＦＴ及导线皆占用开口面积，故理论上ＬＣＯＳ不论分辨率或开口率都会比穿透式ＬＣＤ高。分辨率普遍达到ＳＸＧＡ等级（１２８０×１０２４）
p}U ~+:v 59;KQ 制造技术较成熟：ＬＣＯＳ的制作可分为前道的半导体ＣＭＯＳ制造及后道的液晶面板贴合封装制造。前道的半导体ＣＭＯＳ制造已有成熟的设计、仿真、制作及测试技术，所以目前良率已可达９０％以上，成本极为低廉；至于后道的液晶面板贴合封装制造，虽然据说目前的良率只有３０％，但由于液晶面板制造已发展得相当成熟，理论上其良率提升速率应远高于ＤＭＤ芯片，所以ＬＣＯＳ应比ＤＬＰ更有机会取代穿透式ＨＴＰＳ－ＬＣＤ成为投影显示技术的主流。
:nOFR$ W }y gD3:vN7 此外，ＬＣＯＳ还有一项优点，就是ＨＴＰＳ－ＬＣＤ目前是ＳＯＮＹ及ＳＥＩＫＯ ＥＰＳＯＮ拥有专利权，ＤＬＰ则是ＴＩ的独家专利，而ＬＣＯＳ则无专利权的问题。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，所以台湾业界一直寄希望发展ＬＣＯＳ技术做为其发展投影产品的最佳选择。
DT& @^$? LsU9 .
目前ＬＣＯＳ市场定位在大屏幕投影显示产品及ＨＭＤ（Ｈｅａｄ Ｍｏｕｎｔ Ｄｅｖｉｃｅ）上。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。
}9}h*RWm 0*{%=M ＬＣＯＳ可视为ＬＣＤ的一种，传�
车模蹋茫氖亲鲈诓ＡЩ迳希蹋茫希釉蚴浅ぴ诠杈г采稀：停蹋茫希拥南喽员鹊牟罚畛Ｓ迷谕队盎系母呶露嗑Ч瑁蹋茫奈怼：笳咄ǔＳ么┩甘酵渡涞姆绞剑饫眯手挥校常プ笥遥馕龆炔灰滋岣撸唬蹋茫希釉虿捎梅瓷涫酵渡洌饫眯士纱铮矗埃ヒ陨希移渥畲蟮挠攀剖强衫米罟惴菏褂谩⒆畋阋说模茫停希又瞥蹋阈瓒钔獾耐蹲剩⒖伤姘氲继�
工艺流程快速的微细化，易于提高解析度。
<*cikXS R PL:- 三、ＬＣＯＳ的发展及面临的问题
m#\ dSl} hf&9uHN%7m 3．1 ＬＣＯＳ发展现状
:P 0mx z9Rp`z&`E 除了投影机市场外，ＬＣＯＳ同时也正虎视眈眈的看着直视型显示器市场。事实上，ＬＣＯＳ是一个可以大小通吃的显示技术：大尺寸的投影机市场如上所述，ＬＣＯＳ已具有最佳优势；ＬＣＯＳ若应用于中小尺寸的直视型显示器上，同样具有以上所述的优点，足以威胁现有的直视型ＴＦＴ－ＬＣＤ；甚至ＬＣＯＳ还具有进军微型显示器市场的能力，如头盔式装置ＨＭＤ（Ｈｅａｄ Ｍｏｕｎｔ Ｄｅｖｉｃｅ）。美国ＣＭＤ、Ｔｈｒｅｅ－Ｆｉｖｅ、ｅ－Ｍａｇｉｃ、ｉｎＶｉｓｏ均已推出采用ＬＣＯＳ技术的单眼式ＨＭＤ产品。ＨＭＤ现行的主要应用，除了特殊应用如军事用途、工程维修保养、或是娱乐用途外，人手一机的个人随身信息显示应用，才是这些厂商长期规划的最终目标。
J)p
l|I l}K 37f 目前ＬＣＯＳ的发展业者以英美两地的Ｆａｂｌｅｓｓ公司为主，包括Ｔｈｒｅｅ－Ｆｉｖｅ、Ａｕｒｏｒａ（原Ｓ－Ｖｉｓｉｏｎ）、ＭｉｃｒｏＰｉｘ、Ｍｉｃｒｏｄｉｓｐｌａｙ、Ｋｏｐｉｎ、Ｄｉｓｐｌａｙｔｅｃｈ、ＳｐａｔｉａＬｉｇｈｔ及香港的Ｖａｒｉｔｒｏｎｉｘ等。由于ＬＣＯＳ的开发涉及整个组件的设计、制造到光学系统的组合，有相当高的进入障碍，且每个业者所开发的ＬＣＯＳ各有专用的ＡＳＩＣ、光学引擎等，零组件及生产无法标准化，难达到量产的经济规模；此外，目前ＬＣＯＳ的前道硅制造已可达９０％以上的良品率，但后道贴合玻璃基板、注入液晶、切割及封装部份的良品率却仍仅３０％左右，是目前ＬＣＯＳ最大的发展瓶颈。
0{-q#/ V1B5w_^>h' 3．2 发展ＬＣＯＳ面临的课题
<=C!VVk4f O)r4?<Q 亟待建立标准化与上下游产业结构 目前ＬＣＯＳ的发展集中在美英两地的Ｆａｂｌｅｓｓ公司，包括Ｔｈｒｅｅ－Ｆｉｖｅ、Ａｕｒｏｒａ（原Ｓ－Ｖｉｓｉｏｎ）、ＭｉｃｒｏＰｉｘ、Ｍｉｃｒｏｄｉｓｐｌａｙ、Ｋｏｐｉｎ、Ｄｉｓｐｌａｙｔｅｃｈ、ＳｐａｔｉａＬｉｇｈｔ及香港的Ｖａｒｉｔｒｏｎｉｘ等。由于ＬＣＯＳ在开发中涉及整个元件的设计、制造到光学系统的组合，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前段的硅制造过程以０．３５ｕ工艺即可（也不需要作得更小了），目前良品率已可达９０％；后段加玻璃基板，抽入液晶，并加以切割、封装的部份，目前良品率却仍很低，仅约３０％左右。后段良品率制约ＬＣＯＳ的发展。
ds [| aWF655Fs* ＬＣＯＳ虽在投影机上踏出重要的第一步，但仍有许多地方尚待努力，在性能方面，对比只有３００～５００：１，比其它技术差，同时在黑色的再现性上亦不理想。反倒是日本的ＪＶＣ所提供的ＬＣＯＳ面板，所运用的Ｄ－ＩＣＡ技术，在黑色的再现性上表现较杰出，已使用在高档家庭剧院上。虽然目前ＬＣＯＳ运用在投影机上，大都以搭配ＰＣ用的前投影为主，唯其市场容纳量有限，业界还是放眼在后投影电视上，尤其是ＨＤＴＶ。现行的后投影电视价格仍在２０００美元以上，且很难往下调降。Ｔｈｏｍｓｏｎ准备采用Ｔｈｒｅｅ－Ｆｉｖｅ的ＬＣＯＳ，以ＲＣＡ品牌推出投影电视，目标将价格降至以ＴＩ的ＤＭＤ为基础的ＤＬＰ投影电视的一半。由于量还不大，相关的透镜、彩色管理系统和其它零组件仍十分昂贵，在未来２－３年，ＬＣＯＳ后投影电视面临较大的困难，而前投则容易得多。目前已知已投入ＬＣＯＳ组件开发的家电厂商已包括ＪＶＣ、Ｐｈｉｌｉｐｓ、三星和ＬＧ等。部份日本业界评估２００５年ＬＣＯＳ在后投影电视的渗透率可达２０％。特别应当指出的是我国上海华源和深圳创维已将ＬＣＯＳ作为重点产业化发展对象。目前华源的ＬＣＯＳ投影仪也借助了台湾的科技力量--华源也有自己的研发机构，台湾的世界颠峰提供技术上的一些支持。创维与中科院和台湾莲花电子合作，中科院光电研究所提供技术支持，它以技术入股的方式切入彩电产业，与创维联手进军高端背投市场。莲花电子作为ＬＣＯＳ晶片的上游供应商，并同时接洽台湾另一家企业，作为ＬＣＯＳ核心零部件----光学引擎的供应商。当前面临的最大难题是尽快实现规模量产。才能质优价廉的背投产品投向市场。
v0.#Sl- c(s.5p ^ 四、结论
}b.%Im<3R XUuN )i 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。
X$W~mQma6 h>m"GpF
x 目前发展ＬＣＯＳ存在的问题一是行业标准不统一，各家推出的ＬＣＯＳ应用产品各具特色，专利技术也不一样，相对来说上游配套产品也比较复杂，如光学镜头、光机、灯、屏幕等；二是ＬＣＯＳ制造工艺还存在瓶颈，良品率受制约，成本相对较高，因此从目前产品性能、价格与现有市场区分分析，现阶段的ＬＣＯＳ技术还是难以与ＬＣＤ或ＤＬＰ技术相抗衡。但如果一旦形成成熟的产业链，其优良的性能和低廉的成本是其它产品无法与之竞争的。（来源：中国投影网 ）
oe-\ozJ0
