Google眼鏡：LCoS微顯示風(fēng)頭正勁

    在Google Glass抬轎之下，硅基液晶(LCoS)躍居智慧眼鏡微顯示技術(shù)主流的態(tài)勢已日益明朗，激勵LCoS微顯示光機模組及驅(qū)動晶片開發(fā)商加碼投入新技術(shù)研發(fā)，以打造尺寸更小、功耗更低且解析度更高的解決方案，搶攻智慧眼鏡應(yīng)用商機。

    新一代硅基液晶(LCoS)智慧眼鏡微顯示器(Microdisplay)方案將傾巢而出。在Google推出試用版Google Glass后，電子產(chǎn)業(yè)已掀起一股智慧眼鏡發(fā)展熱潮，包括索尼(Sony)、微軟(Microsoft)與三星(Samsung)等科技大廠皆已著手進行研發(fā)，并預(yù)定于2014年發(fā)布第一代產(chǎn)品。根據(jù)IHS IMS Research預(yù)估，2013年全球智慧眼鏡出貨量將達十二萬四千付，較2012年成長1.5倍；而2014年開始更將迅速飆升，并于2016年達到六百六十萬付的規(guī)模。

    Google Glass商業(yè)化后，可望加快LCoS技術(shù)在智慧眼鏡市場的普及，再加上微顯示光機模組系智慧眼鏡成像的核心，因此微顯示技術(shù)陣營業(yè)者皆積極搶進布局，新一代方案將輪番上陣。

    打入Google供應(yīng)鏈　晶典LCoS新方案送樣為趕搭Google Glass商機列車，美商晶典(Syndiant)已將旗下改良過的LCoS模組方案--SYL2030送交Google驗證，改良版的SYL2030模組方案尺寸更小、耗電量更低，可符合Google Glass延長電池使用壽命的嚴苛要求。

    美商晶典臺灣分公司總經(jīng)理陳志榮表示，目前LCoS技術(shù)較為成熟，仍為智慧眼鏡顯示模組方案的技術(shù)首選。美商晶典臺灣分公司總經(jīng)理陳志榮(圖1)表示，智慧眼鏡將為關(guān)鍵元件商帶來龐大的市場機會，其中微顯示器占整體物料清單(BOM)成本高達30？35美元(表1)，比重最高，早已是兵家必爭之地。

    據(jù)了解，除奇景光電旗下生產(chǎn)LCoS晶片與模組的子公司立景光電之外，晶典亦已將改良版的SYL2030模組方案送交給Google驗證。

    晶典原先的模組方案解析度為WVGA(850×480)、于每秒一百八十訊框下的耗電量達85毫瓦、顯示面板對角線尺寸達0.21寸、5.4微米(畫素)及高度為6毫米。 美商晶典亞洲區(qū)行銷事業(yè)執(zhí)行副總蔡重光指出，Google初期開發(fā)Google Glass的訴求是在顯示器上呈現(xiàn)跑馬燈的訊息，因此對于LCoS顯示器的解析度要求并不高，但對于電池使用壽命的要求較為嚴苛，因此改良版的SYL2030模組方案解析度達720p，且尺寸和功耗較原先更為減少，惟規(guī)格尚無法對外公開。

    盡管禾鈶于先前已發(fā)布解析度達4K×2K的8寸晶圓背板(Backplane)，不過蔡重光強調(diào)，該公司短期內(nèi)不會跟進開發(fā)解析度高達4K×2K的LCoS模組方案，主因系尺寸與耗電量過大，恐難以符合Google Glass的要求。

    打造更細致屏幕　數(shù)位LCoS革新智慧眼鏡

    另一家微顯示光機模組業(yè)者禾鈶，則是搶先業(yè)界開發(fā)出采用脈沖寬度調(diào)變(PWM)切換電壓的全數(shù)位架構(gòu)LCoS微顯示光機模組，其具備更高畫面更新率及更高解析度優(yōu)勢，準備搶攻新一代配備更精細LCoS螢?zāi)坏闹腔垩坨R商機。

    禾鈶系統(tǒng)平臺部資深協(xié)理郭瑞申談到，該公司已針對數(shù)位架構(gòu)LCoS微顯示光機模組，加緊投產(chǎn)可降低開發(fā)成本的ASIC控制器搶市。

    禾鈶系統(tǒng)平臺部資深協(xié)理郭瑞申(圖2)表示，傳統(tǒng)類比架構(gòu)的LCoS微顯示光機模組系透過類比電壓控制每一畫素，且將類比電壓訊號儲存在動態(tài)隨機存取記憶體(DRAM)單元(Cell)；相較之下，數(shù)位架構(gòu)的LCoS微顯示光機模組則是使用脈沖寬度調(diào)變切換兩個電壓控制畫素，且將數(shù)位電壓訊號儲存于靜態(tài)隨機存取記憶體(SRAM)單元(Cell)中。

    郭瑞申進一步指出，傳統(tǒng)的類比架構(gòu)LCoS微顯示光機模組中，DRAM單元內(nèi)的儲存電容(Capacitor)易引發(fā)泄漏弊病，導(dǎo)致類比電壓難精準控制，為產(chǎn)生殘影的主因；而數(shù)位架構(gòu)的LCoS微顯示光機模組并無電容，因此不會有泄漏的問題，且面板上的數(shù)位電路比類比電路速度更快，因此可減少殘影現(xiàn)象發(fā)生，更適用于訴求更精細畫質(zhì)的新一代的穿戴式裝置。

    據(jù)了解，禾鈶已推出采用全數(shù)位架構(gòu)開發(fā)0.55寸(陣列對角線)、1，080p解析度；以及0.7寸(陣列對角線)、1，080p解析度；另于近期發(fā)布0.7寸(陣列對角線)、4K×2K解析度的LCoS微顯示器，且畫面更新率皆上看120MHz。

    郭瑞申認為，盡管初期智慧眼鏡僅顯示跑馬燈訊息，因此對于功耗要求更為嚴苛，但未來智慧眼鏡勢必將朝可播放高畫質(zhì)影片方向演進，可望帶動可呈現(xiàn)更精細畫面的數(shù)位架構(gòu)LCoS微顯示光機模組需求看漲。

    郭瑞申更透露，該公司為加快數(shù)位架構(gòu)LCoS微顯示光機模組商用化，已采用特定應(yīng)用積體電路(ASIC)開發(fā)出新一代的控制器，預(yù)計將于2014年第二季送樣，至2014年第四季有望正式導(dǎo)入量產(chǎn)。

    加速商用　智慧眼鏡采軸上式架構(gòu)

    至于Google亦正戮力改良傳統(tǒng)采用LCoS模組開發(fā)的Google Glass架構(gòu)。Google將采用LCoS微顯示光機模組搭配軸上式架構(gòu)開發(fā)智慧眼鏡，以改善偏振光的缺陷，并積極提高發(fā)光二極體(LED)背光源的亮度，以量產(chǎn)出性價比符合市場期待的智慧眼鏡，加快擴大Google Glass的市場滲透率。

    臺北科技大學(xué)光電工程系副教授林世穆指出，Google Glass代工廠將面臨如何調(diào)整LCoS微顯示光機模組搭配軸上式架構(gòu)的設(shè)計難題。

    臺北科技大學(xué)光電工程系副教授林世穆(圖3)表示，不同于特殊教育訓(xùn)練(如飛行員等)應(yīng)用選用不可透視設(shè)計的頭戴式裝置，根據(jù)Google申請的專利內(nèi)容觀之，其將采用LCoS微顯示光機模組加上軸上式架構(gòu)，開發(fā)出可大量商用化的可透視式智慧眼鏡。

    不過，據(jù)了解，LCoS微顯示光機模組只接受單一線偏振，再加上搭配軸上式架構(gòu)，內(nèi)建的分光鏡須使用四分之一波板控制偏振態(tài)，藉此將線偏振轉(zhuǎn)為圓偏振，控制光路傳達至眼睛，此將導(dǎo)致偏振光的弊病更加嚴重，亦即許多光源在未被使用前即先被消耗。

    林世穆指出，為減少偏振光帶來的光消耗，業(yè)界傾向于調(diào)高LCoS微顯示光機模組中LED背光源的亮度，以增加進入人眼的光源，不過智慧眼鏡系統(tǒng)開發(fā)商將隨即面臨耗電量增加的設(shè)計挑戰(zhàn)。

    據(jù)悉，依據(jù)Google申請的專利內(nèi)容所示，Google Glass的耗電量須低于10毫瓦，因此如何調(diào)整LCoS微顯示光機模組搭配軸上式架構(gòu)，以開發(fā)出符合Google Glass功耗要求的產(chǎn)品，未來將墊高代工廠的設(shè)計門檻。

    事實上，除軸上式之外，智慧眼鏡亦可采用LCoS微顯示光機模組搭配離軸式架構(gòu)開發(fā)，該架構(gòu)毋需分光鏡，而是采用自由曲面設(shè)計的菱鏡，因此可避免光源分散以致進入人眼光源量下降的缺點。

    然而，林世穆強調(diào)，盡管業(yè)界有廠商看好采用離軸式架構(gòu)開發(fā)智慧眼鏡，但自由曲面的菱鏡必須靠電腦數(shù)值控制(CNC)車床車出所要的曲面，且非簡單的數(shù)學(xué)面而是復(fù)雜的數(shù)學(xué)面，故變數(shù)繁多，難以驗證，因此不易制造與提高良率。也因此，依照Google先前所推出的試用版Google Glass可見，未來仍將選用LCoS微顯示光機模組搭配軸上式架構(gòu)投產(chǎn)智慧眼鏡。

    訴求輕薄短小　智慧眼鏡元件邁向整合

    除LCoS微顯示光機模組迭有進展之外，智慧眼鏡系統(tǒng)的關(guān)鍵元件亦須開始升級，以與LCoS微顯示光機模組相輔相承，且為達成更輕薄短小的外觀要求，將開始朝更高整合度邁進，以加速擴大市場接受度。

    吳世彬認為，未來智慧眼鏡的應(yīng)用將有無限想像空間，仍待產(chǎn)業(yè)界共同挖掘并打造出更酷炫的功能，以加速普及。

    晶奇光電總經(jīng)理吳世彬表示，從Google Glass的關(guān)鍵元件規(guī)格觀之，未來智慧眼鏡將朝輕薄短小、造型極致的工業(yè)設(shè)計、合宜人體的工學(xué)設(shè)計、順暢的人機介面與操作系統(tǒng)及至少連續(xù)使用4小時且待機時間長達24小時演進，在在考驗系統(tǒng)開發(fā)商的技術(shù)能量。

    然而，吳世彬指出，為實現(xiàn)更多新穎的功能，智慧眼鏡開發(fā)商于系統(tǒng)中，必須配備安謀國際(ARM)Cortex-A8核心、支援無線區(qū)域網(wǎng)路(Wi-Fi)、藍牙4.0、通用序列匯流排(USB)及儲存型快閃(NAND Flash)記憶體和第三代雙倍資料率同步動態(tài)隨機存取記憶體(DDR 3 SDRAM)。

    也因此，吳世彬預(yù)期，未來智慧眼鏡系統(tǒng)中，勢必將會導(dǎo)入采用安謀國際核心開發(fā)的中央處理器(CPU)，并整合Wi-Fi、藍牙4.0、USB、行動產(chǎn)業(yè)處理器介面(MIPI)及記憶體，且將選用整合加速度計、陀螺儀及電子羅盤的九軸微機電系統(tǒng)(MEMS)感測器，以打造出更精巧型的方案。

    此外，新一代的智慧眼鏡除仍將支援Android作業(yè)系統(tǒng)之外，亦將配備照相模組、語音命令(Voice Command)系統(tǒng)及觸控板(Touchpad)。

    瞄準智慧眼鏡應(yīng)用商機正快速興起，微顯示光機模組、處理器、感測器及驅(qū)動晶片等關(guān)鍵零組件開發(fā)商也已展開卡位動作，然其中LCoS微顯示光機模組技術(shù)最為成熟，因此競爭亦格外激烈。隨著LCoS微顯示光機模組及系統(tǒng)其他關(guān)鍵元件不斷推陳出新，智慧眼鏡市場亦可望加速起飛。