LCoS技術原理及LCoS Gen Ⅱ技術現(xiàn)狀

???? LCoS解決方案已經對亞洲地區(qū)的HDTV開發(fā)產生很大的影響,亞洲領先的代工廠已大量投資于LCoS工藝和設備,積極參與到該技術的開發(fā)和應用,這些代工廠包括***地區(qū)的UMC和TSMC(臺聯(lián)電和臺積電)以及上海中芯國際(SMIC)。LCoS受到亞洲代工廠青睞部分是因為該技術相對于其它競爭技術的開放性,如德州儀器的數(shù)字光處理技術(DLP)、索尼和愛普生高溫多晶硅技術。

LCoS技術性價比的提高、輔助技術和元件的發(fā)展,以及數(shù)字電視市場需求的增長等多種因素使LCoS技術成為大屏幕HDTV最具發(fā)展前景的顯示技術之一。目前很多公司都宣布投資于這種顯示技術,如飛利浦和英特爾公司。

LCoS技術原理

自從采用LCoS微顯技術制造出首個投影顯示系統(tǒng)樣機以來,低成本、高性能的追求目標已經促成了針對很多顯示應用的開發(fā)項目。目前,LCoS器件設計、性能和制造上已經取得了很多重大進展,光學色彩和極化管理系統(tǒng)的設計和性能上也取得了顯著提升,所需要的光學元件,如弧光燈、光照系統(tǒng)、棱鏡、涂層、背投屏幕和投影鏡頭都大大地提高了性能,并降低成本。此外,業(yè)界還推出了成熟的圖像縮放、去隔行掃描、幀頻變換等數(shù)字TV所需的視頻處理芯片,以及用于支持數(shù)字電視格式以及編碼和傳輸標準的調諧器、解調器和解碼器。

LCoS系統(tǒng)所用微型顯示器是只有拇指頭大小的高分辨率液晶顯示器,當經過光學放大后,這種顯示器能夠提供數(shù)據(jù)和視頻應用的高質量大畫面顯示。基于LCoS的微顯示器是有源矩陣液晶顯示器,該器件工作于反射模式。有源矩陣利用CMOS工藝制作在硅芯片上,LCoS利用硅技術的先進特性實現(xiàn)了越來越小的尺寸,在相同尺寸上可以實現(xiàn)更高像素(更高分辨率),提高了系統(tǒng)性能。

由于像素大小在7到20微米之間,因此即使具有上百萬像素的分辨率,顯示器的尺寸還是很小,通常對角線長度小于一英寸。有源矩陣電路提供一個介于每個像素電極和一個公共透明電極之間的電壓,后者由一薄層液晶與像素電極隔開。像素電極還作為一個非常平整的高反射鏡面。控制圖像形成的電子電路制作在硅芯片上。這種單元結構具有下列優(yōu)勢:它使圖像像素減少,因為電路是在像素后面,不會阻擋光路(這是一種“屏蔽門”效應,一般出現(xiàn)在多晶硅投影系統(tǒng)上)；這種結構使得LCoS微顯示器更加容易擴展到更高的分辨率,因為像素可以做得更小,可以在較小的芯片上實現(xiàn)更多像素。將LCoS器件與獨特的光學系統(tǒng)結合可以形成用于高清晰電視的顯示器。光學系統(tǒng)用極化光照射LCoS器件,將紅、綠和藍三色光分離并最后組成全彩圖像,并投影到屏幕上。極化光入射到LCoS器件上,液晶光電轉換根據(jù)施加到每個像素電極上的電壓對極化光調制。反射的圖像與入射光分離并放大,然后投射到屏幕上。光兩次穿過液晶,由于液晶開關時間更快,將能更好再現(xiàn)運動圖像。

圖1所示為LCoS器件的橫截面和基本的光路示意圖,器件的硅背板采用標準的CMOS工藝,然后采用了若干微顯示器獨有的處理步驟。有源矩陣施加到單鏡電極和公共ITO電極之間的電壓調整了入射S極化光的極化。反射光(已經通過電光轉換到P極化)部分經過極化光束分離器(PBS)投影到屏幕上,或在后視應用中投射到觀眾的視網膜。

LCoS Gen II技術

Brillian公司在今年1月消費電子展上首次展示了其LCoS Gen II技術。這種電路技術結合了三板光學結構,實現(xiàn)高達2500:1的對比度,而其它LCoS系統(tǒng)典型的對比度為600:1,并具有更清晰、更高亮度的圖像效果。利用LCoS Gen II技術可以為OEM制造商開發(fā)出720p和1080p背投HDTV。采用該技術進行系統(tǒng)開發(fā)的合作伙伴包括開發(fā)硅底板的中芯國際、光學引擎技術的JDS Uniphase OCLI、極化控制和色彩管理的3M和Colorlink公司、研究視頻處理技術的PixelWorks,以及產品設計的IDEO等。去年中芯國際公司針對Brillian的技術開發(fā)了獨特的晶圓拋光工藝,新工藝可以實現(xiàn)更高的反射率和更高亮度,更平整的表面使圖像更清晰,消除了圖像混濁問題。

反射式有源矩陣驅動的液晶顯示器具有約100萬個12平方微米的圖像單元,每個圖像單元都能顯示256個以上的灰度等級。因此,LCoS Gen II技術在各個亮度等級上都能顯示出灰度細節(jié),即使在最黑暗的場景也能匹配視覺響應。該技術支持很高的占空因數(shù)(>93%),可以實現(xiàn)清晰的圖像顯示,解決了“屏蔽門”效應；其快速的反應時間(<10毫秒)夠實現(xiàn)優(yōu)異的圖像再現(xiàn),而且不會有運動圖像和數(shù)字圖像產生的一些不良效果。重要的是它支持10位調色板(分別對應紅、綠、藍),能實現(xiàn)真實和準確的圖像再現(xiàn),并能很容易地擴展到超高分辨率以符合最高分辨率廣播標準。