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LCOS投影技术完全解析

导读: 传统的三大投影技术随着时间的流逝,在当今这个技术不断发展的世界里已经不能满足人们的需求,于是新的投影技术势必要被推出,并打破原来三大投影技术联合起来构成的壁垒。这项新的投影技术就叫做——LCOS投影技术。接下来笔者将为各位详细的介绍下这项LCOS投影技术的原理,应用以及前景。

    作者:曾晶钰

  传统的三大投影技术随着时间的流逝,在当今这个技术不断发展的世界里已经不能满足人们的需求,于是新的投影技术势必要被推出,并打破原来三大投影技术联合起来构成的壁垒。这项新的投影技术就叫做——LCOS投影技术。接下来笔者将为各位详细的介绍下这项LCOS投影技术的原理,应用以及前景。

 

 

最新LCOS投影技术完全解析

    何为LCOS投影技术?

  一、LCOS投影技术

  投影机技术基本显影原理相仿,主要是由卤素灯、氙气灯等发光,集光至面板,将面板的影像经反射或透射投射出影像,再经过分光、合光系统,最后将影像投射到屏幕显像。LCOS(Liquid Crystal on Silicon)是一种全新的数码成像技术,它采用
半导体CMOS集成电路芯片作为反射式LCD的基片,CMOS芯片上涂有薄薄的一层
液晶硅,控制电路置于显示装置的后面,可以提高透光率,从而实现更大的光输出和更高的分辨率。

  1、LCOS面板:

  LCOS面板的结构有些类似TFT LCD,一样是在上下二层基板中间撒布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,下基板是则矽晶圆CMOS基板,LCOS面板最大的特色在于下基板的材质是单晶矽,因此拥有良好的电子移动率,而且单晶矽可形成较细的线路,因此与现有的HTPS LCD及DLP投影面板相较,LCOS是比较容易达成高解析度的投影技术。

最新LCOS投影技术完全解析

  2、LCOS光学引擎架构:

  由于LCOS技术仍在起步阶段,目前并无标准制程,所以有多家厂商开发出不同的LCOS光学引擎架构。在这些不同的技术中,可概分为三片式及单片式二大类。

  (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合光系统加以结合形成彩色影像。就Nikon设计的IBM 4-Cube光学引擎架构来看,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、合光光学系统,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,因此主要是朝高阶的专业用途发展,主要的产品以JVC的多款投影机为主,除此之外,三片式光学引擎还有 ColorLink采用的ColoRQuard架构、Philips的Prism架构,致伸发展的Dichroic-PBS架构,及Unaxis的 ColorCorner架构等。

最新LCOS投影技术完全解析

  (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。类似的技术有:Displaytech发表的Field Sequential Color、Philip所采用的Scrolling Color-Rotating Prism架构、及JVC采用的Spatial Color –Hologram架构。

最新LCOS投影技术完全解析

  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。


 接下来笔者为各位介绍下LCOS投影技术的成像原理。

最新LCOS投影技术完全解析(2)

  LCOS的成像原理如图1所示,其成像方式类似于三片式的LCD
液晶技术,不过采用LCOS技术的投影机其光线不是穿过LCD面板,而是采用反射方式形成彩色图像。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。与其他投影技术相比,LCOS技术最大的优点是分辨率高,采用该技术的投影机产品在亮度和价格方面也有一定优势。由于硅基板与对向基板的热膨胀系数不同,难以组装,使成品率较低、成本较高。

  和透射式LCD技术相比,LCOS可以很容易地实现高分辨率和充分的色彩表现,而且可以较大地降低成本。LCOS的用途十分广泛,大到背投彩电,小至数码相机都可以使用它作为显像器件。目前,基于LCOS技术的投影机及投影电视在投影市场上还处在试探阶段,没有对其他类型投影机形成真正的竞争。

   LCOS投影技术特色

  与LCD、DLP、CRT、DLV投影机技术相比较,LCOS投影技术具有高解析度、高亮度、以及低成本潜力的诸多优势,必将成为投影技术的明日之星。笔者现将其具备的优缺点总结如下:

    优势强项:

  1、高解析度

  LCOS投影技术最大的特色在于其面板的下基板采用矽晶圆CMOS基板,由于下基板的材质是单晶矽,拥有良好的电子移动率,而且单晶矽可形成较细的线路,因此比较容易达成高解析度的面板。

  2、高亮度

   LCOS为反射式技术,不会像HTPS LCD光学引擎会因为光线穿透面板而大幅降低光利用率,因此光利率率可提高至40%,与穿透式的HTPS LCD的3%相较,可减少耗电,并可产生较高的亮度。

  3、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,再加上台湾厂商大举投入,相较于由Seiko Epson, Sony供货的HTPS LCD面板、及德仪(TI)独家供应的DLP面板,LCOS具有快速走低的供货环境。

    劣势不足:

  LCOS技术本身,仍有许多技术问题有待克服,例如:黑白对比不佳、三片式LCOS光学引擎体积较大。虽然LCOS拥有一些技术上的优势,不过目前在市场上LCOS投影机仍占少数,主要问题在于量产技术尚未克服,零件供货上仍不稳定,因此LCOS仍需以时日才能成为投影机的主流技术。

    编辑总结:

  LCOS结合了LCD和DLP两者的设计思想,属于新型的反射式微型LCD投影技术。其最大的优点就是省电、便宜与高解析度,非常适合于60英寸以上的大屏幕投影,笔者相信在不久的将来,LCOS投影技术一定会得到快速的发展,让我们期盼着一个新的视觉影像时代的到来吧!

 

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