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什么是LCOS?

时间:07-02 来源:与非网 采编 点击:
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。

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40%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。

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,比较具有代表性的厂商有:IBM、ColorQuad、Philip、Hologram、…,而这十余种技术各有优劣。在这些不同的技术中,可概分为三片式单片式二大类,详细说明如下:

一:三片式光学引擎

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。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架构等等。

二: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。

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。

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

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。

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40%,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、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。

然而LCOS技术本身,仍有许多技术问题有待克服,诸如: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。

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