LCOS项目概况.doc

第一章 项目概况1.1项目概要1.1.1项目名称 LCOS（liquid crystal on silicon）硅基液晶技术1.1.2 内容提要近几年来，随着LCD(Liquid Crystal Display)液晶显示市场的不断扩大，业界出现了许多新技术，LCOS就是其中的热门之一。LCOS技术，打破多年来LCD、DLP技术主导投影机领域的局面，逐步走向产品化的舞台，LCOS属于新型的反射式LCD投影技术，其成像方式类似于LCD液晶技术，不过采用LCOS技术的投影机其光线不是穿过LCD面板，而是采用反射方式来形成图像。与其他投影技术相比，LCOS技术最大的优点是分辨率高，采用该技术的产品在亮度和价格方面也将有一定优势。LCOS被认为是HDTV背投影技术发展的主要方向，因此已开始成为CRT技术大屏幕投影电视机的主要竞争者，亦是目前最被消费者和业内人士看好的最新型液晶显示器件。目前，国内外都在热衷于LCOS技术的应用研究和产业化开发，其中在背投影电视领域的应用已基本成功，国内外的家电厂商已在近期陆续推出了各自的样机，基于LCOS的背投影电视的大规模产业化生产阶段即将来临，椐预测仅我国每年的背投影电视产量将达到10万台，并将继续持续增长。尽管LCOS背投技术在国内实施产业化暂时尚有一些现实困难，其所需的集成电路没人做，涉及的光机问题比较复杂，成品率提高不容易，生产工艺环节所需的大批技术工人需培训，但是也取得了一些突破。天津天大天财股份有限公司（以下简称天大天财），依靠公司的基础力量和广泛的联系，并与美籍华人创办的专业从事液晶显示技术和产品开发与生产的美国ADS（Advanced Display System.Inc.）公司合作。目前建成了LCOS研究开发试验室，开发成功了独特的液晶封装技术，具备LCOS硅片设计研发能力、封装的产业化的技术能力。并成功地封装了LCOS样片，产品制成的技术水平为国内领先水平。在2001年LCOS液晶显示技术开发项目已被列为天津市科技发展项目，成为天津市重点科技开发项目之一；2002年该技术成果顺利通过天津市科委的成果鉴定，具备了产业化条件。1.2 项目背景1.2.1 项目提出的背景及意义根据数字电视的发展趋势和信息网络的发展需求，今后电视图像信号的显示器件将向大屏幕化、超薄化、轻量化发展，CPT（Color Picture Tube）显示、液晶显示和等离子显示技术将成为我国数字彩电业和信息产业的研究发展方向，尤其是液晶显示关键件、系统研究开发及产业化项目是国家鼓励发展的重点技术。重点扶持一到两家技术基础较强的企业，推出性能价格比高，实用性好、市场竞争力强、技术先进、自主知识产权的LCOS(Liquid Crystal On Silcon)新型显示器件、关键件及系统；达到规模化生产要求；缩短国内新型显示器件及系统与国际上的差距，确立本产品在国内外的地位已成为信息产业界的共识。LCOS新型显示器件采用LCOS液晶反射技术，具有高分辨率，高亮度、色彩鲜艳、耗电省、无污染、重量轻、成本低、兼容性好等特点，是未来显示技术主要发展方向之一，是走向HDTV的一个捷径，应用LCOS显示技术是开发大屏幕投影电视的理想选择。1.2.2 项目建设意义由于显象管电视的最大尺寸只能到38英寸，而背投影电视的尺寸是从40英寸到80英寸，正好在直视显象管电视及前投影机的中间。由于所有光的路径皆在密封的箱中，因此外部的光源将不会影响其成象的效果（外部光源的控制在完美重现影院效果时仍十分重要）消费者终于可以在明亮的客厅中享受大银幕的效果。而背投电视更以此便利的特性，挟其大尺寸的效果，大举攻占大尺寸电视市场。目前的背投电视除了少数高级机种（7或8投影管）能对应 480p或 1080i的数字电视级解析度之外，大多仍只是模拟等级480i扫描的三枪7CRT技术，换言之，大多数只提供大画面，却没有提升画质。一般人对背投电视的印象不是很好，因为多数背投电视在色彩饱和度、聚焦清晰度及明暗对比度上都比不上直视显像管电视。大画面有时更是无法逃避的照妖镜，将原本细微的画面缺点残酷地放大，有如刻意强调一般。 利用液晶显示技术生产大屏幕投影电视是世界各大公司竟相开发的跨世纪高科技产品，需求量正在逐年大幅度增长，预计2005年将达到高峰。目前在国际上如菲利浦、日本松下等著名大公司已进入大规模产业化。在我国，随着国民经济的高速发展，各行各业对大屏幕显示设备的需求量快速增长，高清晰度大屏幕投影电视已深入到学校、机关、工厂、办公自动化、多媒体教学系统、娱乐终端显示等各个领域，为投影电视开辟了广阔的应用空间，在不久的将来，投影电视还将进入平常家庭。我国生产液晶背投彩电及投影仪尚属发展初期，目前各大电视生产厂家都竟相加入液晶背投彩电和投影仪的开发行列，投影电视机形成大规模生产产业化势在必行。由于LCOS技术所具有的特有的优势，基于LCOS的背投影电视在我国国内将有巨大的市场潜力，因此发展基于LCOS的大屏幕数字背投影电视具有广阔的前景。LCOS大屏幕数字背投影电视的核心部件之一LCOS显示芯片的研发、LCOS生产技术及工艺的产业化是发展高清晰度大屏幕数字投影电视的关键点。由于国内大屏幕数字投影电视还处在起步阶段，大部分厂商的大屏幕数字投影电视主要依靠于从国外进口器件组装成成品，在这种情况下，其中的关键部件基本都是进口的，进口价格十分昂贵，而基于LCOS显示芯片封装技术的开发和产业化至今仍是空白，因此为降低成本、缩短国内新型显示器件及系统与国际先进水平之间的差距，加速LCOS新型显示器关键部件的研究开发，掌握LCOS精密的工艺流程，形成核心部件的国产化和大规模产业化是十分必要的。天大天财公司现已掌握LCOS液晶显示芯片封装的成熟技术，建立了相关的液晶封装实验室，初步具备了日产1050片试验样片的生产能力。目前需要购置和改造关键设备，以加速自主知识产权的LCOS液晶显示芯片生产的大规模生产产业化进程，增加企业的经济效益，降低用户的使用成本，使大屏幕投影电视的整机成本明显下降，以最短的时间占领国内市场份额。因此，实施LCOS封装技术开发及实现大规模生产产业化项目，可以进一步推进大屏幕投影电视的国产化、产业化，该项目的具体实施具有重要的社会和经济效益。根据市场产品预测规律，目前本项目的产品尚处在寿命成长期，预计在未来二十年能保持稳定增长趋势，具有巨大的市场前景。通过本项目的产业化进程，可较大幅度地提高产品的成品率和良品率；降低产品成本，使得产品价格低于国内外同类产品；性能和国外同类产品相同，甚至可以完全代替国外同类产品，因此，本产品在国内外市场上都具有特有的优势和很强的竞争能力。1.2.3 国内外现状和技术发展趋势由于LCOS面板尺寸小、分辨率高、耗电量低，因此可以取代LCD在一些高阶可携式产品的面板需求。在HMD (Head Mount Device)应用方面，HTPS LCD虚拟15寸以上的XGA显示器为主，预计短期日本方面仍将用这种解决方式，美国方面则倾向于采用高分辨率的LCOS, 美国、均已推出采用技术的单眼式产品。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。另外，高价位数码相机、数码摄影机的观景窗，移动电话屏幕，目前多采用小型非晶硅的LCD面板，如果采用LCOS，在分辨率、和耗电量上，都将很有优势，只是因为目前在价格偏高，未能大量采用。近年来LCOS在器件和投影方面也取得了很大进展。在大屏幕显示技术领域，飞利浦公司非常看好LCOS。飞利浦研发中心开发单片式投影技术已有10年，对LCOS投影技术的研发也有5年，从而拥有了强大的技术实力。飞利浦是能够涉足LCOS产品价值链每个环节的公司，其中包括硅、显示面板、光学设备、灯、光学引擎以及信号处理等。飞利浦公司的战略之一是成为LCOS解决方案的完全供应商。飞利浦正通过与飞利浦研发中心、飞利浦组件LCOS技术部（面板、ASIC）、飞利浦照明(UHP灯)、飞利浦组件CDS部（光学引擎）、飞利浦半导体（芯片技术）和飞利浦消费电子（投影电视机）等集团、部门的合作对LCOS的未来进行大规模投资。该公司已经成功开发了对比度达1000:1的LCOS模块，并开始供应工业样品。该产品将1.18英寸（对角线3cm）、1280768像素的LCOS组件连接在弹性底板上。飞利浦美国研发中心开发了单片式滚动彩色LCOS（硅基液晶）背投技术，创造性的为该行业注入了新的生命活力。基于LCOS的背投影系统主要包括硅晶片、微型硅晶片反射液晶显示器、光学投影系统、投影光源、屏幕等其他部分。其中，除LCOS以外，其他部分的技术和产品已基本成熟。因此，LCOS就成为该项目的关键技术。2000年，美国、日本部分大型家电企业已推出基于LCOS的大屏幕背投影电视机的样机。但是这些样机都是采用三片LCOS，JVC公司的样机采用的是三片0.72英寸的LCOS，分辨率为14001050，PHILIP公司的分辨率为12801024。因此，基于LCOS背投影机可以作为计算机显示和HDTV。国外LCOS技术基本成熟，在市场上已经可以购买到产品，但是由于现阶段LCOS的生产合格率较低，使其成本相对较高。随着生产技术的逐步改进成熟，生产的规模逐步加大，其成本会迅速降低，使价格有效降低。1.3 产业化程度目前LCOS的发展业者集中在美英两地的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、制造到光学系统的整合，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，部分业者因无法提出全套的解决方案，致使产品无法顺利推出。另外最大的障碍是合格率问题，LCOS前段的硅制造以0.35um即可（也不需要作得更小了），目前合格率已可达90%；后段加玻璃基板，抽入液晶，并加以切割、封装的部份，目前合格率却仍很低，仅约30%左右。因此，LCOS的背投影电视主要受到LCOS技术的限制，目前的产品的价格较高，但是其亮度和清晰度等主要的性能指标相对现行的产品都有极为明显的改进，随着LCOS技术的不断完善和大规模产业化生产，基于LCOS技术的背投影电视将成为背投影电视的主流产品。LCOS在我国台湾地区发展很突出，例如台湾奇景光电研发已经成功推出64英寸LCOS背投影电视面板。奇景主管分析，LCOS电视今后的光学引擎在光学开发、零组件将更为成熟，在LCOS面板技术、良品率及可靠性提高后，以50英寸以上的市场为主，价格又可压低至2,000美元，比起同尺寸的等离子电视(PDP)，在欧美及大陆市场将有很高的竞争力。此外台湾业者认为，由于LCOS投影技术尚未成熟，业者此时介入LCOS技术的开发，将有机会能与美、日、韩大厂一争高低，可以摆脱在LCD、DLP投影技术上受制于人的情况，因此台湾厂商投入LCOS技术开发相当积极，其中尤其以联电所主导的LCOS联盟最引人注目。发展部位厂商LCOS面板设计AuroraLCOS基板代工联电液晶封装Veritronics、碧悠投影机相关零组件国乔光电(灯泡)、亚洲光学(光学组件)、光群雷射(光学组件)投影机光学引擎与整机制造中强光电、明碁电通、大亿科技、台达电子、光峰科技、前锦光电、 联电 LCOS联盟厂商表要发展LCOS，必须尽快建立标准化与上下游产业结构。由于LCOS在开发中涉及整个组件的设计、制造到光学系统的整合，有较高的技术门槛。而且每个业者所开发的LCOS，各有其专用的ASIC、光学引擎等，零件和生产各自为阵，缺乏统一的标准，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。此联盟主要目的就是希望藉由上下游合作，整合彼此的研发资源，以期尽早解决LCOS关键技术的开发。目前LCOS产业在微型图像显示方面也是蓄势待发，近来在LCOS面板厂商生产合格率获得重大突破。台湾地区微型图像董事长曾令远表示，LCOS系结合半导体及LCD新兴投影显示技术，具有高分辨率、高开口率、小型化及省电等特性，加上台湾地区在半导体及LCD产业成熟发展的优势，备受市场期待与瞩目。LCOS产业早期受限于面板及光机（optical engine）生产合格率无法突破，发展始终不顺，而今LCOS产业终于露出曙光。曾令远表示，台湾地区微型图像当前已突破LCOS面板技术的瓶颈，开始量产供货，其0.7英寸的LCOS面板单日产能可达3000片，将可充分供应台湾地区本地的光机及系统厂商所需。在光机产品方面，曾令远说，先前由于分光合光模块（Color Management Module）的瓶颈，台湾地区光机企业产能一直不大。而这瓶颈预料近期将可获得解决，光机厂商的产能可望于第四季度陆续开出。这些微型图像LCOS面板的液晶排列采用先进的VAN垂直配向技术，因此在色彩鲜艳度及对比度方面表现优异，当前已接获国际大厂的LCOS面板订单。除面板之外，该公司现正积极洽谈光机产品代工订单，预料近期将会有具体的成果发布。1.4 市场开发程度由于阴极射线显象管的制造技术所限，40英寸以上的电视显示市场基本属于背投显示模式。这一点已基本被国内外市场所认同。近几年，国内外背投电视市场规模迅速扩大，潜在市场十分巨大，椐预测未来两年内，国内每年需求大屏幕背投电视150万台。但是由于目前背投显示方式以投影管为主，解析度低、亮度低、价格昂贵，市场发展空间有限。LCOS微显技术的推出将是前种方式的替代技术，必将迅速成为主流产品，并将促使电视、计算机、网络显示技术进行整合，成为新型的信息家电系统。现在正是该技术进行大规模产业化的时机，2001年将有小批量在国际市场上市。LCOS硅基液晶技术最早见于报刊是在1997年，因其独特的优点在众多显示器件中脱颖而出。LCOS由于采用反射式投射，光利用效率可达40%以上，且其最大的优势是可以利用最广泛使用、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。作为反射式技术，LCOS也拥有能利用半导体制造工艺，大量、低价、批量生产的潜能，同样拥有90%以上光的反射效率，色彩亮丽自然，没有Screen Door效应，LCOS高解析度非常适合于作HDTV的投影电视，或供工作站使用的16001200高级背投影显示器。我国国内，有一些企业正在逐步介入，尽管LCOS背投技术在国内实施产业化暂时尚有一些现实困难，其所需的集成电路没人做，涉及的光机问题比较复杂，成品率提高不容易，生产工艺环节所需的大批技术工人需培训，但是也取得了一些突破。南开大学经过三年科技攻关，在承担的“LCOS新型显示器件中的关键件及系统研究”中取得成果，设计出国内第一枚用于LCOS微显示的IC芯片。创维推出了43寸LCOS背投电视，其基本分辨率为1024*768，最高分辨率支持600*1200。海信也成功研制了LCOS数字液晶背投,该项目还入选了国家火炬项目。该产品以先进的光电子技术和数字处理技术，一次性通过了省级鉴定。海信研究人员与国外厂商紧密合作，在数字LCOS技术、三投射单元光机、数字视频信号处理技术等多个方面取得突破，该产品海信拥有自主知识产权和多项专利技术。发展投影机产品已经成为近几年来国内业界的热点。目前切入该产品领域的企业大致有以下几类，一是大型资讯IT厂商，以自有产品品牌和完善的销售网络，用方式切入；二是与外商合资、合作的方式切入该产品领域；三是创业型科技企业及部分光学制造企业，掌握部分光学组件生产工艺技术，从关键零组件入手，利用技术相近、工艺相近的原则，开发、延伸产品系列，发展投影机相关产品。辽宁丹东新亚照明有限公司研制生产了用于大屏幕投影的UHT光源。该光源是一种球形超高压汞灯，内部压强可达到20Mpa（约200个大气压），和短弧球形金属卤化物灯比较具有更短的电弧、更量的电弧光斑和更长的寿命，可组成紧凑的光学系统。原理上利用超高压汞蒸汽放电获得可见光，汞蒸汽放电时，在紫外到可见光范围内都有很强的辐射，汞蒸汽气压越高，放电光谱中缺少的红光部分增加越多。当压强超过10Mpa时，红光就占有一定比例。当压强达到20Mpa时可以得到红绿兰平衡性很好的光源。我国在广州举行的“电子信息显示技术与产业发展研讨会”上，专家们普遍看好基于LCOS技术的投影电视，并希望尽快形成产业链，实现本土化。据中国电子视像行业协会大屏幕投影显示设备专业分会秘书长赵汉鼎介绍，大尺寸高分辨率显示技术作为HDTV的核心，是目前显示领域研究开发的重点。而实现大尺寸高分辨率显示途径的微显示技术成为发展HDTV的重中之重。DLP和DMD的技术都比较成熟，但是，其技术只有德州仪器公司独家提供，处于中下游的光机和整机厂，供货风险大。多晶硅LCD的技术也已经成熟，但主要开发商为日韩企业。LCOS相对于前两种微显示技术来讲是更新的一