原创 FLCOS技术掀起消费电子设备显示革命

FLCOS显示器具有宽的色域和较少的“纱窗”(screen-door)效应，因为FLCOS微型显示器采用的是CMOS工艺，因此，能够利用高量产的互连和封装技术实现小外形尺寸、低功耗和低成本。

目前，消费电子制造商有机会把高品质视频显示器集成到诸如蜂窝电话这样的小型、便携式通信设备之中。通过有线和无线网络对视频内容的便利访问已经吸引了网络服务提供商的关注，因为他们有机会向终端用户销售视频服务。在产品设计领域中所面临的挑战在于：在维持通信设备的便携式尺寸要求的前提下，如何提供一种尺寸适合于舒适观看的显示器？本文介绍利用硅上铁电液晶(FLCOS)显示技术从极小的封装创建可接受的视频显示器，从而解决系统设计所面临的两难选择问题。

FLCOS的工作原理

FLCOS微型显示技术拥有25年的历史，直到今天它才交付使用累计1400万个产品，其定位在于使消费者能够在各种各样的新应用中舒适地观看各种视频图像，包括便携式投影仪、汽车显示器和近眼式(near-to-eye)显示器，它们也可以被用于全息数据存储。

传统的向列液晶的开关时间在10ms范围，相比之下，采用专用铁 电液晶(FLC)的FLCOS微型显示器的开关时间小于100us，这是它与其它微型显示器的差异所在。快速的开关速度使人们能够在CMOS硅裸片的表面上覆盖一层FLC以生成全彩显示。CMOS电路与标准的视频输入接口，并利用CMOS工艺在金属的顶层实现点阵式反射镜面。

根据由CMOS电路施加在点阵金属上的电压，FLC材料与通过该材料的光线相互作用，要么旋转极化光，要么不旋转极化光。FLCOS微型显示器利用FLC的快速来生成由红、绿和蓝(RGB)图像组成的高帧速率序列，然后，由人眼合成为完整的彩色图像。因为FLCOS微型显示器采用的是CMOS工艺，所以，它可以采用大量的互连和封装技术来制造，而这跟小尺寸、低功耗及消费定价模型是一致的。

FLCOS微型显示器为许多面临挑战的工程师提供了一种万能的解决方案，使他们能够为消费者开发下一代舒适地观看视频图像的消费电子产品。下一代FLCOS微型显示器特别适合于高清晰个人显示产品，包括头盔显示器和超小型全彩色投影仪。这些新型的FLCOS产品对高产量的QVGA电子探视镜进行研究的产物，通过对它的研究使制造工艺和产品设计两方面都变得成熟。

图1：FLCOS微型显示器

嵌入式投影设备

集成了投影功能的个人移动电子设备被称为嵌入式投影设备。这些设备对投影元器件、大小、功耗和成本有严格的约束。FLCOS微型显示器的整体灵活性，为设计工程师提供了一种独一无二的机会，为下一代个人移动设备设计嵌入式投影解决方案。FLCOS面板提供显示和显示控制器，包括用于LED驱动器的控制信号，且功耗小于100mW。由于FLCOS微型显示器中设计了标准RGB视频接口，工程师可以把它们的专注放在最小化投影光源所消耗的功率这个关键设计任务上。

FLCOS微型显示器的大小对于把投影仪嵌入到个人设备如蜂窝电话、PDA和媒体播放器之中也是至关重要的。FLCOS微型显示器的封装外形不到半英寸高，使它们易于被集成到大多数个人设备之中。因为FLCOS器件集成了标准的视频接口，所以，不需要附加的接口元器件，因而减少嵌入投影仪所需要的空间。

尽管新的FLCOS微型显示不能完全消除与在个人设备中嵌入投影仪相关的所有挑战，它们确实有可能消除这些挑战，因为它们具有独特的FLCOS器件的特性。

图2：Displaytech公司的LV311器件

模块化的个人投影设备

设计模块化的个人投影设备是为了连接到其它个人电子设备上，它的大小大约是PDA的平均水平，它必须为商务和娱乐应用提供高分辨率的投影图像，但是，仍然便于放入口袋之中。此外，与模块化投影设备相比，人们同样关心嵌入式投影仪的外形大小、功耗和标准接口。为了满足大多数消费者的需要，该设备重要必须很轻，功耗必须很低，以便让投影仪利用电池工作一段合理的时间。模块化的设备也可以利用电源线供电来扩展投影仪的工作时间。信息可以通过导线或无线方式或某种便携式存储器馈入投影仪。

要对微型显示器的外形大小和重量做非常好的工程设计，而所需要的低功耗使FLCOS解决方案成为便携式电池供电的投影仪的理想方案。FLCOS微型显示器所提供的快速开关速度意味着一个显示面板将产生全彩并且>90%的反射型FLCOS的孔径生成高品质的投影图像。

“近眼”显示器应用

FLCOS微型显示器已经在数字静止摄像机和视频录像机中被用做电子探视镜，过去6年中，在这个应用中由全球领先的电子制造商交付使用的FLCOS微型显示器超过了1400万。

FLCOS微型显示器正被用于其它“近眼”显示应用，例如，在头盔显示器中的应用。在双近眼应用中，照明光源是受集成在显示面板中的电子电路控制的三色LED。LED光源与FLCOS微型显示器相结合，足以为近眼应用提供光线。

对于近眼显示来说，一项绝对的要求是利用单一面板生成全彩显示。只有具有非常快速开关速度的FLCOS面板能够产生顺序彩色显示所需要的非常高的帧速率。彩色三色面板的微小孔径使你在近眼显示器中看到的图像就像通过纱窗看一样。FLCOS反射型显示器利用顺序彩色来在每一个像素>90%的孔径上创建想要的色彩，从而产生类似全息的图像。

当选择显示器的时候，还要考虑由显示器提供的色域。有竞争力的近眼显示器利用产生非常有限的色域的彩色滤光片来形成它们的彩色三色。FLCOS面板利用生成较宽彩色域的三色LED，产生更接近生活的色彩。

利用FLCOS微型显示器，设计成功的近眼显示器所面对的复杂特性被已经被简化了。FLCOS在单一微型显示器上提供了高品质全彩显示，不需要彩色染料。因为它们的外形小且功能强，这样的微型显示器具有足够的灵活性，从而有助于工程师设计一种有吸引力的近眼显示应用。

汽车电子应用

汽车应用是FLCOS技术可能证明具有颠覆性意义的另一个领域。据显示行业分析公司DisplaySearch预测，汽车显示监视器市场正以两位速的增长率增长，并有望延续到2010年。在越来越多的汽车中，多功能全球定位系统(GPS)技术和驾驶员信息显示系统正向汽车仪表盘渗透。在许多新车的设计中，面向娱乐的显示器正展示出安装到车顶和头垫之后的趋势。除此之外，直接把信息投影到驾驶员视线的抬头显示器利用挡风玻璃作为投影屏幕，这种新的应用正越来越多地吸引汽车制造商，以期在拥挤不堪的汽车市场脱颖而出。

微型投影对于汽车应用来说是一项新技术。当汽车制造商考虑采用一项新技术的时候，都要做一定周期的测试和验证，其中，包括把该新技术用于像娱乐显示这样的非安全领域。

全息数据存储

全息数据存储(HDS)是利用FLCOS技术能够做到的一种非显示应用。在HDS应用领域，FLCOS器件被用做空间光调制器(SLM)。根据领先的技术市场分析公司IDC的预测，HDS明年将开始取代专业的数据存储解决方案及视频器件，到2010年HDS将开始取代消费视频和数据光存储产品。

图3：空间光调制器(SLM)

全息数据存储技术突破了传统的存储技术的密度极限，它不仅仅在存储媒介的表面记录数据，而是通过媒介的整体来记录数据。跟每一次记录一个数据比特的其它光学存储技术不同，全息存储容许在一次闪光中并行读/写上百万比特的数据。这就使传输速率极大地高于现有的光学存储器件。

如果被用做SLM，FLCOS就能够提供高速数据写速率。由于采用了集成电子和简化的封装，整体成本低。此外，由于微型显示器制造工艺成熟，所以，能够快速地实现量产。FLCOS技术也提供高开关速度和光吞吐量，这是全息数据存储器件中利用深蓝激光进行有效的开关所必须的。SLM把电子数据的“0”和“1”映射为由超过1百万的光线和暗像素构成的像“跳棋板”一样的光学图案。

图4：SLM的另一方向视图

本文小结

FLCOS微型显示器为消费电子工程社群所面对的若干问题提供了一个通用的解决方案。FLCOS技术在消费领域已经得到证明，并且成为了数字摄像机和视频录像机中电子探视镜的主要组成部分。目前，人们正在提供高分辨率的FLCOS显示器，使之定位于跨越许多不同市场的若干不同的新型显示应用，包括上面所述的市场。

对于所有革命性技术的一个挑战在于：大多数消费电子的发展都是不断演变的。只有当若干互补的新技术在比较短的时间内可用时，产品的革命才可能发生。今天，FLCOS、高亮度LED和激光以及消费视频内容的流行看来有可能引发一场显示方式的革命。