探索LCoS微显示器的潜力

硅上液晶(LCoS或LCoS)是一种利用硅背板上的液晶层的微显示技术。该技术是一种“空间光调制器”(SLM)，提供高分辨率、对比度和黑电平比较竞争技术包括液晶显示器(LCD)和数字光处理(DLP)。随着高分辨率显示器的需求不断增长，LCoS段预计到2024年，该市场的年复合增长率将增长32.25%。¹

任何能够控制或改变光波振幅、相位或偏振的装置都被称为空间光调制器（SLM）。“目前基于slm的系统要么使用光学MEMS(微机电系统)，要么使用LCD技术。”²LCD和LCoS显示功能是因为液晶可以自旋光的偏振，电场的波动控制晶体的旋转量，这决定了到达液晶层的光的数量。

LCO最初于21世纪初开发用于投影电视，现在应用于近眼显示、波长选择开关、结构化照明（如光束整形）和光脉冲整形等领域。^3.LCoS是增强现实(AR)显示设备的理想技术，也已嵌入投影仪市场，尽管在对每种应用的调整和配置方面存在一些差异。

比较LCD、DLP和LCoS

制造液晶显示器，液晶(每个显示像素一个)被放置在玻璃面板上。光在到达透镜的过程中通过这些LCD面板，并在通过时受到液晶的调制。因此，这是一种“透射”技术⁴

相比之下，DLP显示器使用非常小的反射镜（每个显示像素一个）来反射光线。反射镜向透镜路径倾斜或远离透镜路径来调制显示图像。因此，它是一种“反射”技术。（第三种技术是“发射型”，这意味着它可以产生自己的光——例如OLED和MicroLED。）

透射型LCD面板相比反射型LCoS显示面板技术。(图片:源）

LCoS融合了透射和反射技术。而不是单独的镜子，反射的元素是液晶，应用于反射镜基板。当液晶打开和关闭时，光线要么从下面的镜子反射，要么被阻挡。这会调节光线并产生图像⁵

LCoS投影系统的简化原理图。(图片:源）

为了产生全彩图像，LCoS显示器和投影机通常使用三种LCoS芯片:红色、绿色和蓝色通道各一种(类似于LCD投影机使用三色LCD面板)。目前，lco主导了以体积小、功耗低著称的“微型投影仪”市场。⁶

索尼的4K LCoS投影机(左)，销售给家庭影院使用(图片:©美国索尼公司)和Aaxa P2 LCoS微型投影仪(右)(图片:©Aaxa技术).

硅晶层

LCoS微显示器，如AR/VR设备中的微显示器，由一个具有反射（像素化）表面的硅半导体和一个透明薄膜晶体管（TFT）之间的液晶层组成。光源，通过偏振光滤光片照射到设备上，液晶就像闸门或阀门一样，控制到达反射表面的光量。一个特定像素的晶体接受的电压越多，允许通过的光就越多。”⁷

LCoS微显示器的典型组件层是(从下到上):

• 印刷电路板(PCB):显示器的基座，它向设备传送指令和电力
• 硅(芯片或传感器):硅层利用设备的像素驱动程序的数据来调节液晶，通常是每像素一个晶体管
• 反射涂层:反射入射光
• 液晶:控制到达反射涂层和允许返回的光量
• 层：保持液晶正确对齐，以便准确地引导光线
• 透明电极：用硅和液晶完成电路
• 玻璃盖:保护和密封系统⁸

典型的LCoS微显示层。(图片:源，CC 3.0未导入）

LCoS应用程序

LCoS作为SLM的一种形式，具有广泛的潜在应用前景，包括:

• 工业投影(条纹/图案投影-计量，3d传感器，快速原型，光刻)
• AR和VR应用
• 汽车、航空和国防工业中的平视显示器(HUD)和头戴显示器(HMD)
• 全息投影与存储
• 工业成像（数据显示、医疗、模拟）
• 高分辨率非直接视图微显示器，称为近眼(NTE)系统。例如，一些数码相机取景器(称为电子取景器，或EVF)系统
• 光束控制
• 用于研发和阶段应用的SLM。

LCoS集中尤其吸引近眼显示器(ned)，因为他们的高分辨率，视觉清晰度，减少能源使用，和紧凑的尺寸。在AR/VR行业，由于考虑到强度调制和全息图像生成方法，对LCoS的兴趣一直很强。⁹基于投影的系统，如汽车hud，也可以利用LCoS的各种好处。

Holoeye的LCoS微显示元件，可以集成到几乎任何类型的产品中，从医疗设备到航空到消费电子产品。(图片©Holoeye）

lco和其他显示类型的质量控制

随着微led、OLED和LCoS等显示技术的普及，特别是用于AR/VR设备、航空航天和汽车hud的显示技术，为了确保高质量的视觉性能，需要特别注意仔细的测量和测试程序。围绕其高分辨率ProMetric构建^®辐射成像光度计和色度计提供了专门为这些独特和新颖应用开发的测量解决方案。

AR/VR设备

辐射视觉系统AR/VR透镜系统可适应AR/VR设备的新型观看几何形状，包括具有前置透镜光圈的设备。这允许将成像系统的入口瞳孔定位在耳机和眼镜内与人眼相同的位置。由于采用了宽视场（FOV）光学技术，该系统可在一次测量中捕捉到高达120°水平的整个显示器。

结合Radiant公司的TT-ARVR™软件和ProMetric成像仪，AR/VR镜头允许设备开发商和制造商评估关键的性能质量，如投影图像的均匀性、色彩、亮度、对比度和清晰度(MTF)。

AR/VR镜头在耳机中复制人类瞳孔的位置和大小，以捕捉用户的完整视场。图像来源:辐射视觉系统

平视显示器

HUD带来了不同的测量挑战，这对于不同的制造商来说是非常独特的，他们必须考虑投影图像的亮度、对比度和清晰度，而不管虚拟图像位置、环境条件或无限可视平面上的焦距。广泛的HUD测试要求结合热测量（光数据）和尺寸（空间数据）测量，以确保在快速变化的真实环境中传输给车辆操作员的信息准确无误。

辐射视觉系统TT-HUD™软件通过特定的测试执行有效的光、颜色和尺寸测量，用于评估增强投影的质量，如那些由HUD系统发射的投影。Radiant的HUD测试解决方案融合了TT-HUD软件模块和ProMetric成像器，该成像器配有一个电子控制镜头，可以进行高速、自动的视觉检测。测试范围从失真，MTF，鬼影，眼盒分析到亮度和对比度评估。

TT-HUD与ProMetric Imaging色度计或光度计一起使用，提供多种选项，以实现应用程序的视野、像素分辨率和成本要求。图像信用：辐射视觉系统

的TT-HUD解决方案可同时测试所有HUD特性，以比点测量设备或机器视觉系统更一致的方式处理捕获数据的速度更快。在整个单独的硬件/软件解决方案中，TT-HUD可用于评估HUD系统的所有视觉方面，以及测试自动记录的准确参数动机标准。

TT-HUD利用重影分析功能检测由重影效应引起的重复投影(与主图像重叠或分离)。图像来源:辐射视觉系统

参考文献

1. ”液晶硅(LCos)显示器市场-增长、趋势和预测(2019-20204)“，研究与市场部，2019年6月20日。
2. Lazev, G.等人，”LCOS空间光调制器:发展趋势与应用，光学成像和计量学：先进技术，第一版，威斯康星州奥斯顿和北卡罗来纳州莱茵甘德，编辑。威利VCH Verlag股份有限公司和KGaA公司：2012年
3. ”硅上液晶”,维基百科。(2020年7月16日取回)
4. 鲍威尔，E.，”LCOS技术有什么亮点?，投影仪中心，2003年7月18日
5. Pico投影机市场–预测（2020-2025年）、工业电弧。(2020年7月20日取回)
6. ”全球LCOS投影仪市场洞察，预测到2025年，行业研究，2019年1月23日。
7. 威尔逊,T。”LCoS是如何工作的《物质原理》(How Stuff Works)。(2020年7月16日取回)
8. 同前。
9. Huang Y, et al.，“用于增强现实显示的硅上液晶”，应用科学，Vol. 8, 2366。亚博老虎机网登录DOI 10.3990/app8122366

致谢

由辐射视觉系统公司的安妮·康亚博网站下载宁制作。

这些信息来源于辐射视觉系统提供的材料，经过审查和改编。亚博网站下载

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