실리콘의 액정

Liquid crystal on silicon
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LCoS 또는 LCOS(Liquid Crystal on Silicon)는 실리콘 백플레인 위에 액정층을 사용하여 소형화된 반사형 액티브 매트릭스 액정 디스플레이 또는 마이크로 디스플레이입니다.공간광변조기라고도 합니다.LCoS는 처음에는 프로젝션 TV용으로 개발되었지만 현재는 파장 선택 스위칭, 구조화된 조명, 근안 디스플레이 및 광학 펄스 성형에 사용됩니다.이에 비해 일부 LCD 프로젝터는 투과형 LCD를 사용하여 빛이 액정을 통과할 수 있도록 합니다.

LCoS 디스플레이에서 CMOS 칩은 칩 표면 바로 아래에 매설된 사각형 반사 알루미늄 전극의 전압을 제어하며, 각 전극은 1픽셀을 제어합니다.예를 들어 XGA 해상도의 칩에는 각각 독립적으로 주소 지정 가능한 전압을 가진 1024x768 플레이트가 있습니다.일반적인 셀은 약 1-3cm 정사각형이며 두께는 약 2mm이며 픽셀 피치는 2.79μm에 [1]불과합니다.커버 유리상의 산화인듐 주석으로 이루어진 투명 도전층에 의해 모든 화소의 공통전압이 공급된다.

디스플레이

역사

LCoS 프로젝터의 개념도.
JVC 프로젝터 'D-ILA' LCos

General Electric은 1970년대 [2]후반에 저해상도 LCoS 디스플레이를 최초로 시연했습니다.1990년대 후반부터, 많은 기업이 근안 및 투영 애플리케이션용 제품 개발을 시도했습니다.

2004년 CES에서 인텔은 플랫 패널 디스플레이에 사용하기 위한 저렴한 LCoS 칩의 대규모 생산 계획을 발표했습니다.이 계획들은 2004년 10월에 취소되었다.소니는 SXRD를 사용하여 Sony-VPL-VW100 또는 "Ruby" 프로젝터를 출시했으며, 각각 1920×1080 해상도의 3개의 LCoS 칩을 사용하며, 다이내믹 [citation needed]아이리스를 사용하여 15,000:1의 콘트라스트비를 구현했습니다.

LCoS 테크놀로지는 처음에는 비교적 저렴한 비용으로 매우 높은 화질을 가진 대형 스크린, 고품질, 후면 투사 TV를 가능하게 하는 테크놀로지로 선전되었지만, 대형 스크린 LCD 및 플라즈마 플랫 패널 디스플레이의 개발은 후면 투사 TV를 폐지했습니다.2013년 10월부터, LCoS 베이스의 후방 투사 텔레비전은 더 이상 생산되지 않습니다.

LCoS 테크놀로지의 상용 실장에는, 소니의 Silicon X-tal Reflective Display(SXRD)와 JVC의 Digital Direct Drive Image Light Amplifier(D-ILA/)가 포함됩니다.LCoS 후면 투사 TV를 생산 및 판매하는 모든 회사는 3 패널 LCoS 기술을 사용합니다.[citation needed]Sony와 JVC는 모두 XED와 REALS 프로젝터를 탑재한 3개의 LCoS 패널과 캐논을 사용하는 전면 프로젝터 디스플레이를 생산 및 판매하고 있습니다.

LCoS 이미징 시장에서 퇴출된 개발자 및 제조업체는 다음과 같습니다.Intel, Philips, MicroDisplay Corporation (싱글 패널 LCoS TV를[3] 시장에 성공적으로 출시한 유일한 기업), S-Vision, 콜로라도 마이크로디스플레이, Spacialight, Syntax-Brillian.

시스템 아키텍처 표시

LCoS 디스플레이에는 3패널과 싱글패널의 2가지 카테고리가 있습니다.3 패널 디자인에서는, 1 색에 1 개의 디스플레이 칩이 있어, 화상을 광학적으로 조합합니다.싱글 패널 설계에서는, 1개의 디스플레이 칩이 빨강, 초록, 파랑의 각 컴포넌트를 연속해 표시해, 관찰자의 눈을 사용해 칼라 스트림을 조합합니다.각 색상이 표시될 때 컬러 휠(또는 RGB LED 어레이)은 디스플레이에 빨간색, 녹색 또는 파란색 빛만 비춥니다.색영역의 주파수가 약 540Hz보다[citation needed] 낮으면 색분할이라는 효과가 나타나며, 화상 또는 관찰자의 눈이 움직일 때 가색이 잠깐 인식된다.싱글 패널 프로젝터는 저렴한 가격으로 3가지 색상을 모두 1프레임으로 처리하는데 고속 디스플레이 요소가 필요합니다.또, 색분할을 회피할 필요가 있기 때문에, 디스플레이 테크놀로지의 스피드가 한층 더 요구되고 있습니다.

3 패널 설계

흰색 빛은 3개의 컴포넌트(빨간색, 녹색 및 파란색)로 분리되며 3개의 LCoS 디바이스에 의해 변조된 후 결합됩니다.빔 스플리터에 의해 빛이 추가로 편광됩니다.

원패널 설계

도시바와 인텔의 싱글 패널 LCOS 디스플레이 프로그램은 2004년 단종된 후 최종 시제품에 [4]도달했다.생산 시에는 싱글 패널 LCoS 디스플레이가 있었습니다.하나는 Philips, 다른 하나는 Microdisplay Corporation입니다.Fourth Dimension Displays는 계속해서 QXGA, SXGA 및 WXGA 해상도로 사용할 수 있는 강유전체 LCoS 디스플레이 테크놀로지(타임 도메인 이미징)를 제공하고 있습니다.이러한 테크놀로지는 오늘날 AOI의 구조화된 라이트 패턴 투사 등 고해상도 근안 응용 프로그램에 사용되고 있습니다.시티즌 파인디바이스(CFD)도 FLCoS 테크놀로지(Ferroelectric Liquid Crystals)를 이용한 싱글 패널 RGB 디스플레이 제조를 계속하고 있다.현재 피코프로젝터, 하이엔드 디지털 카메라용 전자 뷰파인더, 헤드마운트 디스플레이 [5]등에 사용되는 다양한 해상도와 크기의 디스플레이를 제조하고 있습니다.

Pico 프로젝터, 니어아이 및 헤드마운트 디스플레이

LCoS 디스플레이는 처음에는 대화면 프로젝터용으로 개발되었지만, 작은 크기와 낮은 전력 소비량이 이러한 장치의 제약에 잘 부합하는 피코 프로젝터 분야에서 소비자용 니즈를 찾아냈습니다.

LCoS 디바이스는 디지털카메라, 필름카메라, 헤드마운트 디스플레이(HMD)용 전자 뷰파인더 등 근거리 애플리케이션에도 사용됩니다.이러한 소자는 다른 유형의 액정보다 본질적으로 빠른 강유전체 액정(그래서 [6]FLCoS로 명명됨)을 사용하여 고품질 이미지를 생성합니다.구글의 웨어러블 컴퓨팅에 대한 초기 시도인 구글 [7]글래스도 근안 LCoS 디스플레이를 사용한다.

CES 2018에서 홍콩응용과학기술연구소유한공사(ASTRI)와 옴니비전은 60도 시야(FoV)를 달성할 수 있는 무선 증강현실 헤드셋 레퍼런스 디자인을 선보였다.옴니비전의 싱글칩 1080p LCOS 디스플레이와 이미지 센서를 ASTRI의 광학 및 전자 제품과 결합했다.헤드셋은 드라이버와 메모리 [8]버퍼가 내장된 싱글칩 설계로 인해 다른 헤드셋보다 작고 가볍다고 한다.

파장 선택 스위치

LCoS는 특히 파장선택스위치(WSS)의 스위칭 메커니즘으로 매력적이며, LCoS 기반의 WSS는 처음에는 호주의 Engana사가 개발하였으나 현재는 [9]Finisar에 [10]속해 있습니다.LCoS를 사용하여 각 픽셀의 빛의 위상을 제어하고 다수의 픽셀이 거의 연속적인 어드레싱 기능을 가능하게 하는 빔 스티어링을[11] 생성할 수 있습니다.일반적으로 다수의 단계 단계를 사용하여 효율성이 높고 삽입률이 낮은 손실 스위치를 만듭니다.이 심플한 광학 디자인은 편광 다이버시티, 모드 크기 제어 및 4f 파장 광학 이미징을 LCoS의 분산 축에 통합 스위칭 및 광전력 [12]제어를 제공합니다.

동작 시에 빛은 회절격자의 고효율 s편파 상태가 되도록 물리적으로 분리하여 직교편파 상태를 정렬하는 편파 이미징 광학을 통과한다.어레이의 선택된 파이버로부터의 입력광은 이미지 미러로부터 반사되어 Littrow 입사율에 가까운 격자에 의해 각도 분산되어 각 채널을 LCoS의 다른 부분으로 향하게 하는 이미지 광학에 반사됩니다.각 파장의 패스는 LCoS로부터의 반사에 따라 역추적되며 LCOS에 적용된 빔스티어링 이미지는 빛을 파이버어레이의 특정 포트로 유도합니다.파장 채널이 LCoS 상에서 분리되기 때문에 각 파장의 스위칭은 다른 모든 파장과는 무관하며 다른 채널의 빛에 간섭하지 않고 스위칭할 수 있습니다.포토간에 소정의 커플링을 실현하기 위해서 실장할 수 있는 알고리즘에는, 감쇠나 전력 분할의 효율이 낮은 「이미지」등, 여러가지 종류가 있습니다.

MEMS[13] 및/또는 액정[14] 기술에 기초한 WSS는 각 채널에 단일 스위칭 소자(픽셀)를 할당한다.즉, 각 채널의 대역폭 및 중심 주파수는 제조 시에 고정되어 서비스 중 변경할 수 없다.또한, 많은 1세대 WSS 설계(특히 MEM 기술에 기반한 설계)는 이러한 설계에 내재된 제한된 스펙트럼 '채움 계수'로 인해 각 채널 사이의 전송 스펙트럼에서 현저한 감소를 보인다.이것에 의해, 인접 채널의 단순한 접속을 방지하고, 보다 넓은 단일 채널을 작성할 수 있습니다.

다만, LCoS 베이스의 WSS에서는, 내장 소프트웨어를 개입시켜 픽셀 어레이를 온 더 플라이로 변경함으로써, 채널 중심 주파수와 대역폭을 동적으로 제어할 수 있습니다.채널 파라미터의 제어 정도는 매우 세밀할 수 있으며, 중앙주파수를 독립적으로 제어하고 1GHz 이상의 분해능을 가진 채널의 상부 또는 하부 대역 에지를 제어할 수 있습니다.이는 제조가능성의 관점에서 유리합니다.단일 플랫폼에서 다른 채널플랜을 작성할 수 있으며 동일한 스위치매트릭스를 사용할 수 있는 다른 동작대역(C나 L 등)도 있습니다.또한 이 기능을 이용하여 장치 작동 중에 채널을 재구성할 수 있습니다.제품은 기존 트래픽에 오류나 "히트"를 발생시키지 않고 50GHz 채널과 100GHz 채널 또는 여러 채널을 혼합하여 전환할 수 있도록 도입되었습니다.최근에는 Finisar의 Flexgrid™ WSS와 같은 제품을 통해 ITU G.654.2에서 Flexible 또는 Elastic 네트워크의 개념 전체를 지원하도록 확장되었습니다.

기타 LCoS 응용 프로그램

광펄스 쉐이핑

송신 신호의 진폭과 위상을 독립적으로 제어하는 LCoS 기반의 WSS의 기능은 푸리에 도메인 펄스 [15]쉐이핑이라고 불리는 프로세스를 통해 광 펄스의 진폭 및/또는 위상을 조작하는 보다 일반적인 능력으로 이어집니다.이 과정은 시간과 스펙트럼 영역 모두에서 입력 펄스의 완전한 특성화를 요구한다.

예를 들어 LCoS 기반의 Programmable Optical Processor(POP; 프로그래머블옵티컬프로세서)를 사용하여 모드 잠금 레이저 출력을 20 nm의 초연속 소스로 확장한 후 두 번째 장치를 사용하여 출력을 400 fs 변환 제한 [16]펄스로 압축했습니다.파이버 레이저의 패시브모드 잠금은 높은 반복률로 실증되어 왔지만 LCoS 기반의 POP를 포함하면 스펙트럼의 위상 내용을 변경하여 패시브모드 잠김레이저의 펄스열을 밝은 [17]펄스에서 어두운 펄스로 전환할 수 있습니다.유사한 접근방식은 복수의 펄스열을 생성하기 위해 광주파수 콤의 스펙트럼 쉐이핑을 사용합니다.예를 들어 10GHz 광주파수 빗은 POP에 의해 형성되어 각각 [18]1540nm와 1560nm에서 어두운 포물선 펄스와 가우스 펄스를 생성합니다.

조명 구조

고속 강유전체 LCoS를 이용한 구조화된 빛은 3D 초해상도 현미경 기술 및 3D 자동 광학 검사를 위한 프린지 투영에 사용됩니다.

공간분할다중광통신시스템에서의모달스위칭

LCoS의 흥미로운 응용 프로그램 중 하나는 미래의 대용량 전송 시스템의 기반으로 제안된 소수의 변조 광섬유의[19] 모드 간에 변환하는 능력입니다.마찬가지로 LCoS는 멀티코어 파이버 전송 시스템의 선택된 코어로 빛을 유도하기 위해 사용되어 왔습니다.이것은 스페이스 분할 멀티플렉싱의 일종입니다.

조정 가능한 레이저

LCoS는 반도체 다이오드와 파이버레이저 [20]양쪽에서 필터링 기술, 즉 튜닝 메커니즘으로 사용되고 있습니다.

레퍼런스

  1. ^ Compound Photonics. "Products Compound Photonics". Archived from the original on October 18, 2014. Retrieved October 13, 2014.
  2. ^ 아미티지, D. 등(2006) 마이크로디스플레이 개요, Wiley, ISBN 978-0-470-85281-1
  3. ^ Chin, Spencer. "MicroDisplay LCoS panel comes in under an inch". EE Times.
  4. ^ Hachman, Mark. "Update: Intel Cancels LCOS Chip Plans". 415.992.5910. Extreme Tech. Retrieved June 17, 2011.
  5. ^ 시티즌 파인디바이스 자회사 MDCA 홈페이지
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  8. ^ "This AR Headset Surpasses the Field of View of HoloLens, but You Still Won't Wear It in Public". Next Reality. Retrieved June 23, 2020.
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  20. ^ Xiao, Feng (2009). "Opto-VLSI-based Tunable Single-mode Fiber Laser". Optics Express. 17 (21): 18676–18680. Bibcode:2009OExpr..1718676X. doi:10.1364/OE.17.018676. PMID 20372600.

외부 링크