lcos投影技术介绍

lcos投影技术介绍

LCOS(LiquidC哪talOnSilieon)技术是进几年发展起来的一种新型液晶微显示技术,该技术问世后,世界各地的大小公司都对它很感兴趣,一致认为LCOS微显示技术是投影领域中最具有竞争力的技术「33]。近几年来经过各方面(芯片或称面板设计制造商,光引擎设计制造商和系统集成制造商)的努力,用LCOS技术制造出的LCOS液晶投影(包括背投影机和前投影机)性能不断提高,逐渐走向成熟,己经由试生产到小批量生产到大批量生产,其产品逐渐被市场认同,在北美市场已大批量销售。LCOS技术是在LCD技术的基础上发展起来的,因此,它们有许多相同之处,例如:LCOS面板和LCD面板工作都必须用偏振光,这是因为两者都是液晶器件。利用加到像素电极上的图像信号电压的作用,改变灌注在像素中的液晶分子的排列(取向),从而液晶层对透过它的光通量进行调制从而形成图像光信号,所不同的是LCD是光透过器件,即光线穿过液晶层而射出去;而LCOS是光反射器件,光进入液晶层后又被反射回来又从光的入射面射出去。从偏光的角度说,S偏振光进入LCD面板后,输出的光仍是S偏振光;而为了避免入射光和反射光的干涉,S偏振光进入LCOS器件的液晶层后,再反射后输出的偏振光不再是S偏振光,而是被PBS称了P偏振光。和LCD微显技术相比,LCOS微显技术有着明显的优点[7]。

(1)LCOS面板的开口率大,光利用率高,因而用LCOS面板做的投影机的亮度高。

(2)LCD面板中只有TFT制造在像素中,其他的面板驱动IC都在面板的外面,而LCOS面板中集成了面板的驱动IC及外围电路,使LCOS外围引线大大减少,提高了可靠性。

(3)LCOS面板用一般2.5微米的CMOS工艺就可以生产,因此其制造成本低,这也是该器件的最大优点之一。

(4)LCOS技术的专利权比较少。

LCOS面板结构及工作原理

LCOS的基本含义是在硅片上的液晶,现在通称为硅基液晶,是一种液晶反射式器件。其结构如图3-1所示。在单晶硅片上用CMOS工艺把驱动阵列电路和液晶驱动电路集成在硅片上,液晶电极上镀上铝材料兼做反射镜,以该电极为基板与对面的一块透明半导体电极(ITO)板之间灌注上液晶。图中黑白小格子表示集成在硅基板上的驱动电路。液晶层两边的小圆状物是起密封和支撑作用,最上面是玻璃盖板,这样就构成了一个LCOS液晶像素,图3-2所示为其工作原理。

入射光进入偏振光变换器PBS,该变换器反射S偏振光,S偏振光穿过玻璃盖板和ITO公共电极进入液晶层,被下面的镀铝电极反射后再次穿过液晶层、ITO电极和玻璃盖板进入偏振光变换器,变成P偏振光射出,用偏振光变换器实现了入射光和反射光的分离,保证了LCOS面板的对比度不受影响。由于镀铝电极是液晶控制电极,在它上面有图像信号电压,液晶分子因图像信号电压的作用,取向状态发生改变,发射出的光通量收到调制,像素阵列反射光的总和就形成了图像光信号,再通过投影透镜进行聚焦、放大后投射到投影屏幕形成光图像[9]。

图3-2LCOS像素工作原理

lcos投影技术的原理

LCOS光学引擎是整个背投系统的一个重要组成部分,LCOS光学引擎可以分成单片式和三片式两大类网。单片式光学引擎占用空间相对小,仅需一片面板,系统结构比较简单,因此在成本上具竞争优势。然而目前在技术上也面临一些困难,以色轮而言,白光经过偏极化后,亮度明显降低,能量仅仅剩余三分之一。此外,由于LCOS面板要在红、绿、蓝画面快速的切换下合成影像,对面板反应速度的要求更高。三片式LCOS光学引擎是目前市场上LCOS高清背投电视采取的主要光学引擎结构l39]。由于三片式LCOS光学引擎除了需要三片面板外,仍需结合多项的分光、合光光学系统,因此体积较大、成本也较高,不过由于其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。