卡位智能眼镜市场 LCoS微显示方案精锐尽出

新一代矽基液晶(LCoS)智慧眼镜微显示器(Microdisplay)方案将倾巢而出。在Google推出试用版Google Glass后，电子产业已掀起一股智慧眼镜发展热潮，包括索尼(Sony)、微软(Microsoft)与三星(Samsung)等科技大厂皆已着手进行研发，并预定于2014年发布第一代产品。根据IHS IMS Research预估，2013年全球智慧眼镜出货量将达十二万四千付，较2012年成长1.5倍；而2014年开始更将迅速飙升，并于2016年达到六百六十万付的规模。  
Google Glass商业化后，可望加快LCoS技术在智慧眼镜市场的普及，再加上微显示光机模组系智慧眼镜成像的核心，因此微显示技术阵营业者皆积极抢进布局，新一代方案将轮番上阵。  

打入Google供应链　晶典LCoS新方案送样

为赶搭Google Glass商机列车，美商晶典(Syndiant)已将旗下改良过的LCoS模组方案--SYL2030送交Google验证，改良版的SYL2030模组方案尺寸更小、耗电量更低，可符合Google Glass延长电池使用寿命的严苛要求。  


图1 美商晶典台湾分公司总经理陈志荣表示，目前LCoS技术较为成熟，仍为智慧眼镜显示模组方案的技术首选。
美商晶典台湾分公司总经理陈志荣(图1)表示，智慧眼镜将为关键元件商带来庞大的市场机会，其中微显示器占整体物料清单(BOM)成本高达30?35美元(表1)，比重最高，早已是兵家必争之地。  

据了解，除奇景光电旗下生产LCoS晶片与模组的子公司立景光电之外，晶典亦已将改良版的SYL2030模组方案送交给Google验证。  

晶典原先的模组方案解析度为WVGA(850×480)、于每秒一百八十讯框下的耗电量达85毫瓦、显示面板对角线尺寸达0.21寸、5.4微米(画素)及高度为6毫米。 美商晶典亚洲区行销事业执行副总蔡重光指出，Google初期开发Google Glass的诉求是在显示器上呈现跑马灯的讯息，因此对于LCoS显示器的解析度要求并不高，但对于电池使用寿命的要求较为严苛，因此改良版的SYL2030模组方案解析度达720p，且尺寸和功耗较原先更为减少，惟规格尚无法对外公开。  


尽管禾鈶于先前已发布解析度达4K×2K的8寸晶圆背板(Backplane)，不过蔡重光强调，该公司短期内不会跟进开发解析度高达4K×2K的LCoS模组方案，主因系尺寸与耗电量过大，恐难以符合Google Glass的要求。  

打造更细致萤幕　数位LCoS革新智慧眼镜
另一家微显示光机模组业者禾鈶，则是抢先业界开发出采用脉冲宽度调变(PWM)切换电压的全数位架构LCoS微显示光机模组，其具备更高画面更新率及更高解析度优势，准备抢攻新一代配备更精细LCoS萤幕的智慧眼镜商机。 


图2 禾鈶系统平台部资深协理郭瑞申谈到，该公司已针对数位架构LCoS微显示光机模组，加紧投产可降低开发成本的ASIC控制器抢市。
禾鈶系统平台部资深协理郭瑞申(图2)表示，传统类比架构的LCoS微显示光机模组系透过类比电压控制每一画素，且将类比电压讯号储存在动态随机存取记忆体(DRAM)单元(Cell)；相较之下，数位架构的LCoS微显示光机模组则是使用脉冲宽度调变切换两个电压控制画素，且将数位电压讯号储存于静态随机存取记忆体(SRAM)单元(Cell)中。 

郭瑞申进一步指出，传统的类比架构LCoS微显示光机模组中，DRAM单元内的储存电容(Capacitor)易引发泄漏弊病，导致类比电压难精准控制，为产生残影的主因；而数位架构的LCoS微显示光机模组并无电容，因此不会有泄漏的问题，且面板上的数位电路比类比电路速度更快，因此可减少残影现象发生，更适用于诉求更精细画质的新一代的穿戴式装置。 

据了解，禾鈶已推出采用全数位架构开发0.55寸(阵列对角线)、1,080p解析度；以及0.7寸(阵列对角线)、1,080p解析度；另于近期发布0.7寸(阵列对角线)、4K×2K解析度的LCoS微显示器，且画面更新率皆上看120MHz。 

郭瑞申认为，尽管初期智慧眼镜仅显示跑马灯讯息，因此对于功耗要求更为严苛，但未来智慧眼镜势必将朝可播放高画质影片方向演进，可望带动可呈现更精细画面的数位架构LCoS微显示光机模组需求看涨。 

郭瑞申更透露，该公司为加快数位架构LCoS微显示光机模组商用化，已采用特定应用积体电路(ASIC)开发出新一代的控制器，预计将于2014年第二季送样，至2014年第四季有望正式导入量产。 

加速商用　智慧眼镜采轴上式架构

至于Google亦正戮力改良传统采用LCoS模组开发的Google Glass架构。Google将采用LCoS微显示光机模组搭配轴上式架构开发智慧眼镜，以改善偏振光的缺陷，并积极提高发光二极体(LED)背光源的亮度，以量产出性价比符合市场期待的智慧眼镜，加快扩大Google Glass的市场渗透率。 


图3 台北科技大学光电工程系副教授林世穆指出，Google Glass代工厂将面临如何调整LCoS微显示光机模组搭配轴上式架构的设计难题。
台北科技大学光电工程系副教授林世穆(图3)表示，不同于特殊教育训练(如飞行员等)应用选用不可透视设计的头戴式装置，根据Google申请的专利内容观之，其将采用LCoS微显示光机模组加上轴上式架构，开发出可大量商用化的可透视式智慧眼镜。 

不过，据了解，LCoS微显示光机模组只接受单一线偏振，再加上搭配轴上式架构，内建的分光镜须使用四分之一波板控制偏振态，藉此将线偏振转为圆偏振，控制光路传达至眼睛，此将导致偏振光的弊病更加严重，亦即许多光源在未被使用前即先被消耗。 

林世穆指出，为减少偏振光带来的光消耗，业界倾向于调高LCoS微显示光机模组中LED背光源的亮度，以增加进入人眼的光源，不过智慧眼镜系统开发商将随即面临耗电量增加的设计挑战。 

据悉，依据Google申请的专利内容所示，Google Glass的耗电量须低于10毫瓦，因此如何调整LCoS微显示光机模组搭配轴上式架构，以开发出符合Google Glass功耗要求的产品，未来将垫高代工厂的设计门槛。 

事实上，除轴上式之外，智慧眼镜亦可采用LCoS微显示光机模组搭配离轴式架构开发，该架构毋需分光镜，而是采用自由曲面设计的菱镜，因此可避免光源分散以致进入人眼光源量下降的缺点。 

然而，林世穆强调，尽管业界有厂商看好采用离轴式架构开发智慧眼镜，但自由曲面的菱镜必须靠电脑数值控制(CNC)车床车出所要的曲面，且非简单的数学面而是复杂的数学面，故变数繁多，难以验证，因此不易制造与提高良率。也因此，依照Google先前所推出的试用版Google Glass可见，未来仍将选用LCoS微显示光机模组搭配轴上式架构投产智慧眼镜。 

诉求轻薄短小　智慧眼镜元件迈向整合

除LCoS微显示光机模组迭有进展之外，智慧眼镜系统的关键元件亦须开始升级，以与LCoS微显示光机模组相辅相承，且为达成更轻薄短小的外观要求，将开始朝更高整合度迈进，以加速扩大市场接受度。 


图4 晶奇光电总经理吴世彬认为，未来智慧眼镜的应用将有无限想像空间，仍待产业界共同挖掘并打造出更酷炫的功能，以加速普及。
晶奇光电总经理吴世彬(图4)表示，从Google Glass的关键元件规格观之(表2、图5)，未来智慧眼镜将朝轻薄短小、造型极致的工业设计、合宜人体的工学设计、顺畅的人机介面与操作系统及至少连续使用4小时且待机时间长达24小时演进，在在考验系统开发商的技术能量。 

然而，吴世彬指出，为实现更多新颖的功能，智慧眼镜开发商于系统中，必须配备安谋国际(ARM)Cortex-A8核心、支援无线区域网路(Wi-Fi)、蓝牙4.0、通用序列汇流排(USB)及储存型快闪(NAND Flash)记忆体和第三代双倍资料率同步动态随机存取记忆体(DDR 3 SDRAM)。 

也因此，吴世彬预期，未来智慧眼镜系统中，势必将会导入采用安谋国际核心开发的中央处理器(CPU)，并整合Wi-Fi、蓝牙4.0、USB、行动产业处理器介面(MIPI)及记忆体，且将选用整合加速度计、陀螺仪及电子罗盘的九轴微机电系统(MEMS)感测器，以打造出更精巧型的方案。 


图5 Google Glass关键元件拆解图

此外，新一代的智慧眼镜除仍将支援Android作业系统之外，亦将配备照相模组、语音命令(Voice Command)系统及触控板(Touchpad)。 

瞄准智慧眼镜应用商机正快速兴起，微显示光机模组、处理器、感测器及驱动晶片等关键零组件开发商也已展开卡位动作，然其中LCoS微显示光机模组技术最为成熟，因此竞争亦格外激烈。随着LCoS微显示光机模组及系统其他关键元件不断推陈出新，智慧眼镜市场亦可望加速起飞。