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国产LCOS芯片研发成功,能否打破垄?
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衍射光波导、光波长选择开关,激光相控阵雷达……这些高大上的“黑科技”背后都少不了光的相位调制,其中,充当“中枢系统”的LCOS芯片技术常年被美、日等少数国家垄断。如今,这一局面有望被打破。

数字高清微显彩电技术不断提高

①LCD微显彩电

由于LCD背投是采用透射式液晶,开口率比较低,原来只有54%,日本爱普生已推出D5代液晶,开口率提高到70%,对比度提高了50%,亮度也有很大的提高;采用无机定向膜开发液晶(HTPS)的新技术,进一步提高了开口率,改进对比度,提高了黑色再现能力,使图像更加精细,画面更加清晰,更真实地重现自然图像,爱普生将这项技术称为“水晶高清精细(Crystal Clear Fine)”技术。

日本SONY公司最近推出物理分辨力为1920×1080 50英寸3LCD数字高清微显彩电,每台售价仅人民币17000元,在性价比上很 竞争力的。

②DLP微显彩电

美国TI公司为改进单片DLP投影机的彩色还原性较差的问题,采用Brilliant Color(极致彩色)的新色彩处理技术,即采用R、G、B三基色和相应补色青、品红、黄六段色轮,在色域和色饱和度上有一定的提高,可提高亮度20~40%;采用Darkchip技术即在微镜下面增加黑色涂镀层,减少光反射,减少像素间的间隙和支持机械装置的孔径,提高对比度和亮度;为了满足1080p高清晰度数字电视的要求并降低芯片成本,TI开发出了用类似以960×1080微镜阵列来显示1920×1080(即1080p)画面,称之为“平滑画面”技术,其核心是利用DLP微镜单元-12,0和+12度的三个平衡角位,在一对对称的像素位置上,通过脉冲宽度调制(PWM)产生一定灰度白或黑的像元,而剩余的一个角位用作双像素全黑的光阀关短状态,从而取得单一微镜双像素显示的功效。

③LCOS微显彩电

由于LCOS可以说是吸收LCD与DLP优点而研发出的成像器件,它是反射式液晶,开口率高,因此它具有分辨力高、像素面积占有率高、光耗小、响应速度快、体积小、重量轻等优点,是1080p高清晰度数字电视最佳的显示技术。近来封装成品率有所提高,特别是光学引擎改进很快。三片机主要有IBM,Colorlinlc,3M,示创,Jdsu;单片有时序彩色和卷帘式以及美国永锡科技介于两者之间的新彩色控制方法。示创,Jdsu三片光学引擎方案都表明是低成本方案,Jdsu认为其光学引擎与3LCD结构相近,示创认为其光学引擎方案是性价比较好的方案,参见表一、图三、四、五。

三大光阀技术,为何选择LCOS

在投影机市场上,光阀技术主要有三个种类,DMD、LCD和LCOS。这三种技术路线各有优缺点,目前本土企业选择的是LCOS技术方向。

DMD技术本质是大型二维阵列“微机电”产品。国内产业界在半导体微机电系统上的耕耘布局虽然较为完善,但是并不先进。尤其是TI作为显示用DMD唯一供应商,其技术优势非常明显。如果以此为突破方向,无疑面临巨大的技术风险、时间成本和专利纠纷概率。

LCD技术是另一种投影光阀产品,本质是液晶显示面板。不过其TFT驱动方面采用的是“高温多晶硅”技术——对比而言,手机用液晶显示屏,多采用金属氧化物TFT技术,或者低温多晶硅TFT技术。LCOS技术,则是在LCD投影光阀的背面贴附一个反射镜面(一般是硅基板镀铝CMOS电极层),因此LCOS又叫做“硅基液晶”。

LCOS继承LCD光阀的全部技术,并其结构更为复杂:这样做的好处是可以实现更高的光学效率,克服LCD投影机在超高亮度产品研发上的瓶颈——虽然达不到三片是DMD产品的极高亮度表现,但超越单纯LCD光阀的表现。

对于国内企业而言,选择LCOS作为技术方向,有三个方面的优势:首先是在高亮层面上不至于“直接形成技术瓶颈”,有利于未来应用范围的广泛性。在加上液晶制造技术在小像素上的优势,有可能在8K等产品上比DMD领先——这是对未来市场的前瞻性考虑。

此外,本土有着LCOS产业更好的技术基础。比如,在液晶显示产业上,国内数家巨头已经有庞大产业链。虽然手机、电视用液晶面板与LCOS液晶部分不同,但依然属于同一领域,相关人才和相似技术储备更为充分。同时,本土LCOS产业不是从零起步——本世纪初,已经有很好的产业研发基础。

LCOS芯片技术行业领先,国产化能否实现弯道超车?

LCOS(Liquid Crystal on Silicon)即硅基液晶,是一种基于反射模式,尺寸非常小的矩阵液晶光相位调制装置。这种矩阵采用CMOS技术在硅芯片上加工制作而成。广泛应用于众多国家战略支柱行业,是增强现实(AR)、5G通信、无屏显示等电子信息产业的基础核心芯片??晒惴河τ迷谕队?、激光电视、AR、车载HUD等无屏显示、高端制造以及光通信等领域。

据了解,慧新辰此次发布的LCOS芯片,其采用的无机取向膜具有高可靠性、高稳定性、耐强光、抗紫外光、耐高温、高亮度和完美适配激光光源等特性,加上慧新辰自主调控的液晶,让这颗LCOS芯片的液晶反转周期低至1.5ms,这带来了每秒300帧的高刷新率、80mW的低功耗和4.48Gbps的高带宽。据悉这款芯片目前具备量产的基础,可达到每年100万颗以上的产能储备,对应收入可达4-5亿元。

 

信息技术如今已渗透融合进社会的各行各业,成为社会各产业的控制核心,芯片产业是信息技术产业的核心,是支撑社会经济发展和保障国家安全的战略性、基础性、先导性产业。而我国的芯片产业长期依赖国外进口,芯片供应安全受制于人,打造具有国际竞争力的芯片产业,提升芯片自主化、进口替代化已经到了重要关口。目前在无屏显示领域,主要为美国TI、日本Sony等大公司垄断全球市场,LCOS技术的突破是中国企业“弯道超车”的好机会,而慧新辰或将带头“突围”。

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