搜索新闻

由浅入深 挖掘LCOS技术的点点滴滴

来源:投影时代 更新日期:2008-09-23 作者:灵犀

LCOS光机原理



    LCOS(Liquid Crystal on Silicon)属于新型的反射式micro LCD投影技术,它采用涂有液晶硅的CMOS集成电路芯片作为反射式LCD的基片。用先进工艺磨平后镀上铝当作反射镜,形成CMOS基板,然后将CMOS基板与含有透明电极之上的玻璃基板相贴合,再注入液晶封装而成。LCOS将控制电路放置于显示装置的后面,可以提高透光率,从而达到更大的光输出和更高的分辨率。

下图是LCOS液晶封装层次的断面剖析图:

    注:cover glass:防护玻璃,ITO Alignment layer:ITO公共电极层[E’lainmEnt]
        Lc material:液晶物质(填充物质)
         spacers 间隔镀层(为物质铝)
         CMOS substrate:CMOS基板

    LCOS也可视为LCD的一种,传统的LCD是做在玻璃基板上,LCOS则是做在硅晶圆上。前者通常用穿透式投射的方式,光利用效率只有3%左右,解析度不易提高;LCOS则采用反射式投射,光利用效率可达80%以上,而且它的最大优势是可利用目前广泛使用、便宜的CMOS制作技术来生产,毋需额外的投资,并可随半导体制程快速的微细化,逐步提高解析度。反观高温多晶硅LCD则需要单独投资设备,而且属于特殊制程,成本不易降低。LCOS面板的结构有些类似TFT LCD,一样是在上下二层基板中间分布Spacer以加以隔绝后,再填充液晶于基板间形成光阀,藉由电路的开关以推动液晶分子的旋转,以决定画面的明与暗。LCOS面板的上基板是ITO导电玻璃,下基板是涂有液晶硅的CMOS基板,LCOS面板最大的特色在于下基板的材质是单晶硅,因此拥有良好的电子移动率,而且单晶硅可形成较细的线路,因此与现有的LCD及DLP投影面板相比较,LCOS是一种很容易达到高解析度的新型投影技术。

LCOS光学引擎架构

    LCOS光学引擎架构大致可分为两种,三片式光学引擎和单片式光学引擎。

1、三片式光学引擎

    LCOS光学引擎目前以三片式为主,三片式是将光源经分光棱镜将光束分为红、蓝、绿光后,再分别将光束投射入三片LCOS面板,将投射出的三色影像经过光学系统会聚加以结合形成彩色影像。由于三片式LCOS光学引擎除了需要三片面板外,并结合多项的分光、合光系统,因此体积较大、成本也较高,不过由于可以达到较高的光学效率,又具备高画质的特性,因此主要是面向大屏幕这样高阶的专业用途发展。

下图为LCOS光机的原理图:

    注:lamp:灯泡。M:miro反射镜子。
         DM:Dichroic Mirror(双色镜)[daI`krEJIk](作用:把光分成红绿蓝)。
         Integrated lens:抛物面反射式透镜(作用:过滤紫外光和红外光)。
         PS converter:偏振光转换器(作用:用聚焦透镜和复眼透镜得到均匀的平行光)。
         PBS:偏极化分光镜(Polarization Beam Spliter;PBS)(作用:得到需要的光,光分为P光和S光,PBS让P光通过,让S光反射)。
         RLCD(R):反射式LCOS芯片。Projection lens:成像镜头。

    如上图所示是LCOS投影结构系统,用UHP(冷光源灯)做光源,用抛物面反射镜过滤紫外光和红外光,再用冷反射镜过滤红外光,通过聚焦透镜和复眼透镜得到均匀的平行光,然后分色镜分光,再通过PBS得到偏振光,通过LCOS芯片反射进行合成并通过变焦透镜投影到屏幕,形成图像。

    光机显示信号的过程:把需要显示和信号(包括视频信号,计算机信号等信号)通过线缆接到LCOS光机主板上,主板把信号转化成电子信号,再把电子信号加到LCOS芯片的驱动板上,由该板把信号转化成数字信号,通过LCOS驱动板把数字信号加到LCOS芯片上,由LCOS芯片把信号加到光机光束中,通过PBS,合光系统和成像透镜形成图像投射到屏幕上,即我们看到的图像。

    LCOS投影机与LCD投影机的主要结构在导光及分光合光部分的设计大同小异,只是在LCOS投影机系统中,LCOS面板前均多加了PBS。

    由光源所发出的光经由Dichroic Mirror(双色镜)后分成R、G、B三色光,此三色光分别通过各自的PBS后,会反射S偏光进入LCOS面板,当液晶显示为亮态时,S偏光将改变成P偏光,最后以双色棱镜(Dichroic Prism)组合调变过的三道偏极光,投射至屏幕处得到影像。

    简单来说,LCOS是直接与显像管(CRT)投影技术、高温多晶硅液晶(Poly-Si LCD)穿透式投影技术、DMD(Digital Micromirror Device)数据光学处理(DLP;Digital Light Processing)反射式技术相关。这三项技术已发展成熟,故LCOS可成为投影显示技术的新主流。

2、单片式光学引擎

    单片式Color Wheel光学引擎则是以快速旋转的ColorSwitch将白光形成循序的红、蓝、绿光,并将三原色光与驱动程式产生的红、蓝、绿画面,同步形成分色影像,再藉由人眼视觉暂留的特性,最后在人脑产生彩色的投影画面。

    单片式的最大优点就是因为面板数仅需一片,加上分光、合光的系统架构比较简单,因此在成本上较具竞争优势,而且光学引擎的空间也相对较小。然而目前在技术上面临一些困难,以Color Wheel而言,白光经偏极化后的光源仅为先前的1/3,亮度明显降低;此外,由于LCOS面板得在红、蓝、绿画面快速的切换下合成影像,因此面板反应速度的要求更高,使得生产的难度也相形提高。

LCOS投影技术特色



    与LCD、DLP投影机技术相较,LCOS投影技术具高解析度、高亮度、及低成本潜力,为投影技术的明日之星。

1、高解析度和高清晰度

      LCOS投影技术最大的特色在于其面板的下基板采用硅晶圆CMOS基板,由于下基板的材质是单晶硅,拥有良好的电子移动率,而且单晶硅可形成较细的线路,因此比较容易生产出高解析度的面板,显示高清晰度的画质。

2、高亮度

     LCOS为反射式技术,不会像LCD光学引擎会因为光线穿透面板而大幅度降低光利用率,因此光利用率可提高至80%,与穿透式的LCD的3%相较,可减少耗电,并可产生较高的亮度。

3、艳丽饱满的色彩

    LCOS反射式液晶的显像特性,在色彩的表现范围远比三枪(CRT)投影机及其他显示技术还高,几乎将接近NTSC色彩的再现标准。因此可呈现整体画面的高色彩饱和度,让色彩艳丽饱满。

    光机里有3片LCOS芯片,每片上有约150万像素,三片各自同步形成R、G、B单色图像。RGB三单色图像经光学元件组合成一幅24位(16777216色)真彩图,再经高解像度广角镜头放大到屏幕上。LCOS硅晶电视的显像更为精准逼真,同时具备超高的亮度令画面表现更加出色 。

4、低成本

    LCOS光学引擎因为产品零件简单,因此具有低成本的优势,再加上国内厂商大举投入,相较于由Epson, Sony供货的LCD面板、及德仪(TI)独家供应的DLP面板,LCOS具有成本的快速降低趋势。

    LCOS投影机采用全数字化信号处理技术,以LCOS芯片 (液晶覆硅)作为反射成像器件,采用数字光处理技术调制计算机和视频信号,驱动LCOS芯片反射成像器件系统,通过合光系统和投影透镜获得大屏幕图像。该技术具有图像显示色彩饱满、画面高清晰度和高解晰度、高亮度、高稳定性和免维护等特点。目前单台LCOS™投影机可广泛兼容多种分辨率信号,多台组合拼接可实现超高分辨率的显示,整体墙分辨率为各投影显示单元分辨率的叠加。

LCOS与其它投影机比较

CRT、LCD、DLP、LCOS投影系统性能比较:

    目前用于组合式背投显示屏的主要有CRT(阴极射线管)、LCD(液晶)、DLP(数字光处理)LCOS(液晶覆硅)四种类型投影机,根据我过现状分析,从国内核心技术掌握程度、关联产业基础、工艺设备及原材料,以及技术发展空间等多个方面分析,各项技术在我过的产业化情况有许多特点,下面列出这四类投影机各方面技术性能比较:

投影机类型

3CRT投影机

3LCD投影机

单DLP投影机

3LCOS投影机

显象部件

显象管

液晶板

电子微镜

液晶覆硅

亮度均匀性

不理想

中

好

中

图象清晰度

好

差

好

中

色彩还源性

好

一般

不理想

一般

分辨率

差

差

中

好

对比度

高

差

中

高

会聚稳定性

有漂移

无漂移

无漂移

无漂移

显像部件损坏

不理想

一般

好

中

工作可靠性

中

中

好

好

维护工作量

最大

大

最小

小

技术发展空间

已面临淘汰

成熟的技术

成熟的技术

相对成熟的未来技术

关联产业基础

众多企业拥有核心技术研发能力

索尼、爱普生垄断芯片

德仪垄断芯片技术,有多家工厂代工生产

核心技术具有开放性、全球十余家行业巨头涉及面板芯片

综合成本

中

高

中

低

特别提醒:本文为原创作品,转载请注明来源,翻版/抄袭必究!
广告联系:010-82755684 | 010-82755685 手机版:m.pjtime.com官方微博:weibo.com/pjtime官方微信:pjtime
Copyright (C) 2007 by PjTime.com,投影时代网 版权所有 关于投影时代 | 联系我们 | 欢迎来稿 | 网站地图
返回首页 网友评论 返回顶部 建议反馈
快速评论
验证码: 看不清?点一下
发表评论