探索LCoS微显示器的潜力

硅上液晶（LCoS或LCoS）是一种微显示技术，利用硅背板顶部的液晶层。这项技术是一种“空间光调制器”（SLM），与其他技术相比，可提供高分辨率、对比度和黑电平竞争技术包括液晶显示器（LCD）和数字光处理（DLP）。随着对高分辨率显示器的需求不断增长，LCO段预计到2024年，该市场的年复合增长率将增长32.25%。^1.

任何可以控制或改变光波振幅、相位或偏振的设备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。”^2.LCD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。

LCoS最初是在21世纪初为投影电视开发的，现在应用于包括近眼显示、波长选择开关、结构照明(如光束整形)和光脉冲整形等应用。^3.LCoS是增强现实（AR）显示设备所需的技术，也已嵌入投影仪市场，尽管对于每种类型的应用，该技术的调整和配置方式存在一些差异。

比较LCD、DLP和LCoS

制造一个液晶显示器，液晶（每个显示像素一个）位于玻璃面板上。“光线在到达镜头的过程中通过液晶面板，并在经过液晶时进行调制。因此，它是一种‘传输’技术。”^4.

相比之下，DLP显示器使用非常小的镜子(每个显示像素一个镜子)来反射光。镜子倾斜或偏离透镜的路径来调节显示图像。因此，它是一种“反射”技术。(第三种技术是“发射”技术，这意味着它可以自己发光，例如oled和微led。)

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，光线要么被下面的镜子反射，要么被挡住。这就调节了光线，创造了图像。”^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)，以及Aaxa P2 LCoS微微投影仪（右）（图：）Aaxa技术)．

硅晶层

LCoS微显示器，例如在AR/VR设备中出现的那些，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。一个光源,通过偏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。特定像素的晶体接收的电压越高，晶体允许通过的光就越多^7.

LCoS微显示器的典型组件层为（从下到上）：

• 印刷电路板(PCB)：显示器的底座，用于向设备传输指令和电力
• 硅（芯片或传感器）：硅层调节液晶，通常每个像素一个晶体管，利用设备像素驱动程序的数据
• 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
• 对齐层:使液晶正确排列，以便它们能准确地引导光线
• 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LCoS微显示器的各层。（图像：源,3.0 CC Unported)

LCoS应用程序

作为SLM的一种形式，LCoS具有广泛的潜在应用，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
• 光束转向
• 用于研发和阶段应用的slm。

LCoS集中由于其高分辨率、视觉清晰度、低能耗和紧凑的尺寸，LCO对近眼显示器（NED）特别有吸引力。考虑到强度调制和全息图像生成方法，AR/VR行业对LCO的兴趣一直很高。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微显示组件，可集成到几乎任何类型的产品中，从医疗设备到航空，再到消费电子产品。（图©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^®成像光度计和色度计，辐射提供测量解决方案，特别为这些独特和新颖的应用。

基于“增大化现实”技术/虚拟现实设备

辐射视觉系统AR/VR镜头系统可以适应AR/VR设备的新颖视觉几何形状，包括那些前置镜头光圈的设备。这允许在耳机和眼镜内部成像系统的入口瞳孔定位在与人眼相同的位置。由于应用了宽视场(FOV)光学技术，该系统在一次测量中捕获了高达120°水平的整个显示。

与Radiant的TT-ARVR结合使用™ AR/VR镜头通过软件和ProMetric imager，使设备开发商和制造商能够评估性能的关键质量，如投影图像的均匀性、颜色、亮度、对比度和清晰度（MTF）。

AR/VR镜头在耳机内复制人类瞳孔的位置和大小，以捕获用户的完整视野。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，而不考虑虚拟图像的位置、环境条件或无限视平面上的焦距。广泛的HUD测试需要结合光度(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是准确的。

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成像色度计或光度计一起使用，为您的应用程序提供了实现视场、像素分辨率和成本要求的多个选项。图像来源:辐射视觉系统

这个TT-HUD解决方案可以同时测试所有HUD特性，以比spot测量设备或机器视觉系统更一致的方式更快地处理捕获的数据。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，以及测试记录在汽车标准中的精确参数。

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. “硅上液晶（LCos）显示器市场——增长、趋势和预测（2019-20204）《研究与市场》，2019年6月20日。
2. Lazev，G.等人，”LCOS空间光调制器：发展趋势和应用，《光学成像和计量:先进技术》第1章，第一版，Osten, W.和Reingand, N.编辑。Wiley-VCH Verlag GmbH & CO KGaA: 2012
3. “硅上液晶”,维基百科。(2020年7月16日取回)
4. 鲍威尔,E。”LCOS技术的热点是什么？，投影仪中心，2003年7月18日
5. Pico投影仪市场-预测(2020 - 2025)，工业弧。（检索日期：2020年7月20日）
6. “全球LCOS投影机市场洞察，预测至2025年“，工业研究，2019年1月23日。
7. 威尔逊，T.，”LCoS是如何工作的“，材料如何工作。（检索日期：2020年7月16日）
8. 同上。
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。欧洲杯线上买球DOI 10.3990 / app8122366

致谢

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