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LCOS是中国企业“弯道超车”的好机会?

核心提示:芯片产业是信息技术产业的核心,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,在无屏显示领域,目前主要为美国TI、日本Sony等大公司垄断市场,而LCOS技术则是中国企业“弯道超车”的好机会。

随着光通信技术的快速发展,光网络开始了智能化发展。对光线进行调制从而产生的图像显示技术称为LCOS(Liquid Crystal on Silicon,硅基液晶)技术,开始作为平显中CRT的替代技术,后来进入到AR、VR应用的雏形,直到现在,其在5G(WSS)、光通讯上的优势已经不仅仅局限于显示领域,包括在3D打印、3D扫描、全息显示、无屏电视、智能汽车等领域都有充分的应用。

简单来说,可以把LCOS看成一个芯片,是以微电子芯片为底,上面增加一个液晶的电光调控层的一个微电子和光电子集成的芯片。该芯片采用了微电子技术,适用数字化的工作模式,在国外,LCOS被认为是一个可编程的数字化的光的调控平台。

日前,在慧新辰与深创投投资签约仪式暨新品发布会上,来自东南大学的行业专家雷威教授表示,做一个具有自主知识产权的LCOS产品,首先必须具备足够的设计能力,包括微电子的芯片与液晶的电光层两大部分。当有了LCOS芯片以后,还要去做系统的集成,“不局限于在投影、AR、VR等方面,这样的系统集成在国内也是有非常好的集成的产业基础,” 雷威说道,“由于在LCOS方面从设计、制造到集成,国内都有很好的技术基础和生产基础,所以LCOS非常适合自主创新。”

东南大学的行业专家雷威教授

投影是LCOS最直观的应用,此外还有AR/VR、HUD(抬头显示)等应用,雷威指出,LCOS在非显示领域也有很大的用处,LCOS器件利用液晶分子的双折射效应,可以通过电信号动态调控光场的振幅、相位,乃至偏振态,在光通信、光相控阵、激光制造等领域有重要的潜在应用。雷威举例,光开关、信息存储、数字整形等都是走向产业化的应用。

比如在液晶相位控制阵列方面,为了解决光束的有效扫描问题,美国DARPA,Raytheon公司、Rockwell公司和欧洲防务公司等利用液晶相控阵器件来实现光束的快速、低功耗非机械式扫描。

值得一提的是,近两年比较热门的话题之一光镊子,就是利用激光与物质间进行动量传递时的力学效应形成三维光学势阱。在光束传播方向上,光对粒子不仅会产生轴向推力,还会产生逆轴向的拉力,从而实现捕获。1986年,美国物理学家阿斯金(Arthur Ashkin)发明了用激光来操纵微粒的光学镊子,而光镊子还有多种用途,可以用来操纵原子、分子和生物细胞等等。

那么光镊子与LCOS有什么关系呢?雷威指出,起初,光镊的光场都是低阶的高斯光场,然而这种光场的捕获范围和纵向深度十分有限,人们提出采用新型光场实现特殊、复杂的操纵功能。采用的新型光场包括涡旋光束、非衍射和自修复光束以及矢量光束。“而LCOS是产生新型光场的重要工具。” 雷威这样说道。LCOS芯片具有平行排列的向列液晶层来调制光。它只改变光的相位,而不影响光的强度和偏振状态。相位调制随着液晶的排列方式而变化。通过CMOS背板和PC输出的DVI信号,液晶的排列是单像素地可控的。

产生涡旋光束的光路示意图

要产生涡旋光,平行高斯光入射,偏振方向为水平,和LCOS的液晶排列方向相同,垂直入射。经过SLM(反射型空间光调制器)的调制,反射光经过透镜聚焦,之后由CCD观察光斑。SLM加载的相位为螺旋相位,所以调制之后的光的相位就是螺旋形的,用CCD观察的光斑上就可以看到圆环中心清晰的奇点。并且影响涡旋光光斑质量的因素,主要是由SLM的调制精度所决定的。

另外,自适应光学系统也是LCOS技术一大应用领域,比如老年人经常需要远视和近视两副眼镜,未来随着LCOS技术继续发展,加上一个电信号就可以调节眼镜的度数,利用电信号跟着眼球的特点进行自动调节。

作为一项前沿科技,LCOS技术市场应用广泛,慧新辰总经理李鲲表示,从市场前景来看,5G将推动电信运营商进一步提升其网络传输速率,传统基于MEMS或LC的WSS(波长选择开关)无法满足5G时代高速网络的需求,基于LCOS芯片技术的WSS(波长选择开关)将成为5G网络的核心器件。同时,在电视行业,4K+时代LCOS芯片像素尺寸小、分辨率高的优势开始凸显,LCOS芯片有望打破DLP技术垄断,分享电视行业亿级市场。此外,当前多数AR设备厂商,比如国外的Google、Microsoft、Magic Leap等,以及国内的太平洋未来科技、耐德佳、珑璟光电、亮风台等,均采用LCOS作为其AR相关产品的显示技术。而在智能汽车行业,LCOS与其他技术相比,在分辨率、视场角度、可靠性、成本等各方面表现俱佳,未来有望成为智能汽车应用场景中的主流显示技术。

慧新辰总经理李鲲

“所以LCOS市场有多大?”李鲲表示,“电视每年2.2亿台,车辆9千万辆,预估VR眼镜每年2600万台,所以LCOS芯片的潜在市场需求量或超亿颗/年。”

芯片产业是信息技术产业的核心,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,在无屏显示领域,目前主要为美国TI、日本Sony等大公司垄断市场,而LCOS技术则是中国企业“弯道超车”的好机会。

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