LCOS投影技術(shù)原理及應(yīng)用解析

　　LCOS投影技術(shù)是2000年以后發(fā)展起來的最新投影技術(shù)，是一種新型的反射式投影技術(shù)，與穿透式LCD和DLP相比，LCOS具有利用光效率高、體積小、開口率高、制造技術(shù)較成熟等特點(diǎn)，它可以很容易的實(shí)現(xiàn)高分辨率和充分的色彩表現(xiàn)。LCOS技術(shù)在日后大屏幕顯示應(yīng)用領(lǐng)域具有很大優(yōu)勢(shì)，其沒有晶元模式，且具有開放的架構(gòu)和低成本的潛力。近幾年來，在LCD業(yè)界出現(xiàn)了許多新技術(shù)，其中較熱門的技術(shù)LCOS的最大優(yōu)點(diǎn)是解析度很高，在攜帶型資訊設(shè)備的應(yīng)用這個(gè)優(yōu)點(diǎn)是其他技術(shù)無法與之看齊的。

　　LCOS投影技術(shù)示意圖

　　此外，LCOS投影機(jī)在高分辨率投影方面非常具有潛力。目前市場(chǎng)上的 LCOS投影機(jī)通常都是SXGA(1365×1024)或更高。由于LCOS的晶體管及驅(qū)動(dòng)線路都制作于硅基板內(nèi)，位于反射面之下，不占表面面積，所以僅有像素間隙占用開口面積。而在穿透式LCD投影機(jī)中，作為像素點(diǎn)開關(guān)控制的晶體管被做在液晶板上相應(yīng)位置上，在光源透射過程中，晶體管本身將阻擋部分光線，因此采用透射式液晶技術(shù)的投影機(jī)的光源利用效率不高，僅有3%～10%。故理論上LCOS不論分辨率或開口率都會(huì)比穿透式LCD高，畫面上像素柵格結(jié)構(gòu)幾乎不可見，光的利用效率可達(dá)40%以上，從而達(dá)到更大的光輸出和更充分的色彩體現(xiàn)。相對(duì)于 DLP微鏡帶來的銳利的數(shù)字畫面，LCOS投影機(jī)的像素邊緣顯得更加平滑，有效消除了圖像的鋸齒現(xiàn)象，適合喜歡自然、柔和畫面的用戶。

　　LCOS投影色彩較量完勝LCD

　　LCOS投影機(jī)工作原理

　　目前業(yè)界普遍認(rèn)可：在顯示器市場(chǎng)20吋以下以LCD為主流，PDP可應(yīng)用于30吋- 60吋產(chǎn)品，但價(jià)格昂貴，投影顯示器適用于30吋- 60吋以上的產(chǎn)品，具有解析度高，價(jià)格適中等優(yōu)勢(shì)。LCOS投影顯示技術(shù)則是落于上述投影顯示器市場(chǎng);另外亦可作為直視元件，應(yīng)用在HMD中。

　　事實(shí)上，LCOS技術(shù)也比較復(fù)雜，因?yàn)樗墙Y(jié)合了DLP和LCD兩種技術(shù)的優(yōu)勢(shì)而來的，所以要弄懂LCOS技術(shù)就必須要對(duì)DLP和LCD有足夠的了解，DLP是一種反射投影技術(shù)，LCD(液晶)則是一種透射型技術(shù)，LCOS就是在液晶層下面加入反射技術(shù)，從而大幅提高性能。

　　LCOS即Liquid Crystal on Silicon，是在矽晶圓上長(zhǎng)電晶體，利用半導(dǎo)體制程制作驅(qū)動(dòng)面板(又稱為CMOS -LCD)，然后在電晶體上透過研磨技術(shù)磨平，并鍍上鋁當(dāng)作反射鏡，形成CMOS基板，然后將CMOS基板與含有透明電極之上玻璃基板貼合，再抽入液晶，進(jìn)行封裝測(cè)試。

　　LCOS利用CMOS半導(dǎo)體制程，將電路及平面的反射鏡做在非常平滑的硅芯片上做為基礎(chǔ)，然后再于此一平面的硅基上涂布LCD，并將液晶著床于硅芯片之上，然后再覆上一片非常薄的玻璃。實(shí)際應(yīng)用時(shí)，是把光線由外部投射至芯片之上，再由芯片上面那層LCD的明暗變化來決定要反射多少的光線出去，而此一反射率之變化則是受到影像訊號(hào)的調(diào)制;因此，只要把影像訊號(hào)加諸于硅芯片，經(jīng)由芯片反射出來的光線就會(huì)隨著視訊產(chǎn)生變化，此一變化再經(jīng)由透鏡投射至銀幕，就變成可以觀賞的投影機(jī)畫面了。

　　LCOS技術(shù)主要以3片式技術(shù)為主，它的主要優(yōu)勢(shì)在于高開口率、低價(jià)格、豐富的色彩，尤其是其高開口率和像素密度的優(yōu)勢(shì)，使得LCOS在產(chǎn)品小型化和高解析度方面的優(yōu)勢(shì)得天獨(dú)厚。當(dāng)然LCOS的缺點(diǎn)也很明顯，其工藝并非我們說的那樣簡(jiǎn)單，所以它的良品率有待提高，而低成本優(yōu)勢(shì)還未能充分發(fā)揮，因此在商務(wù)和教育產(chǎn)品中還未引入。

　　簡(jiǎn)單來說，LCOS是直接與映像管 (CRT)投影技術(shù)、高溫多晶矽液晶(Ploy-Si LCD)穿透式投影技術(shù)、DMD(Digital Micromirror Device)數(shù)位光學(xué)處理(DLP; Digital Light Projector)反射式技術(shù)相關(guān)。這三項(xiàng)技術(shù)已發(fā)展成熟，LCOS則成為投影顯示技術(shù)的新主流。

　　LCOS投影技術(shù)特點(diǎn)

　　LCOS投影技術(shù)是尺寸非常小的矩陣液晶顯示裝置。這種矩陣采用CMOS技術(shù)在硅芯片上加工制作而成。像素的尺寸大小從7微米到20微米，對(duì)于百萬(wàn)像素的分辨率，這個(gè)裝置通常小于1英寸。有效矩陣的電路在每個(gè)像素的電極和公共透明電極間提供電壓，這兩個(gè)電極之間被一薄層液晶分開。像素的電極也是一個(gè)反射鏡。通過透明電極的入射光被液晶調(diào)制光電響應(yīng)電壓將被應(yīng)用于每個(gè)像素電極。

　　反射的像被光學(xué)方法同入射光分開從而被投影物鏡放大成像到大屏幕上。采用LCOS技術(shù)的投影機(jī)其光線不是穿過LCD面板，而是采用反射方式來形成圖像，光利用效率可達(dá)40%。與其他投影技術(shù)相比，LCOS技術(shù)最大的優(yōu)點(diǎn)是分辨率高，采用該技術(shù)的投影機(jī)產(chǎn)品在亮度和價(jià)格方面也存在明顯的優(yōu)勢(shì)。

　　LCOS技術(shù)的應(yīng)用

　　LCOS投影機(jī)圖像調(diào)制原理和LCD基本相同，也是以光調(diào)制來控制投影顯示圖像。入射光線在分光后，經(jīng)過入射偏光板(PBS)，將入射光變成S偏光，經(jīng) LCOS板反射調(diào)制。如果液晶經(jīng)外部信號(hào)調(diào)制，處于顯示亮態(tài)時(shí)，S光會(huì)變成P光，經(jīng)棱鏡透射后，有最多的光投射到會(huì)聚透鏡會(huì)聚成像。處于顯示暗電平時(shí)，S 光經(jīng)調(diào)制，依然還是S光輸出，經(jīng)棱鏡沒有光透射到會(huì)聚透鏡，圖像顯示為暗電平。因此，輸出到會(huì)聚透鏡的光的多少是由每個(gè)像素的外部信號(hào)調(diào)制決定的。

　　LCOS投影光引擎結(jié)構(gòu)

　　LCOS 的應(yīng)用領(lǐng)域和透射式LCD技術(shù)相比，LCOS可以很容易地實(shí)現(xiàn)高分辨率和充分的色彩表現(xiàn)，而且可以較大地降低成本。LCOS的用途十分廣泛，大到背投彩電，小至數(shù)碼相機(jī)都可以使用它作為顯像器件。雖然LCOS看起來簡(jiǎn)單，但要產(chǎn)品化還要有一個(gè)過程，并不是像想象的那樣容易形成產(chǎn)業(yè)。LCOS技術(shù)一經(jīng)推出便在全世界范圍內(nèi)造成極大影響，但由于制造工藝等方面原因，目前基于LCOS技術(shù)的產(chǎn)品還沒有形成大規(guī)模量產(chǎn)，只有少數(shù)廠家開發(fā)出了應(yīng)用于投影機(jī)的 LCOS芯片和應(yīng)用LCOS技術(shù)的投影機(jī)。LCOS技術(shù)在以后大屏幕顯示應(yīng)用領(lǐng)域里具有很大優(yōu)勢(shì)，它沒有晶元模式，且具有開放的架構(gòu)和很強(qiáng)的市場(chǎng)的潛力。

　　DLP技術(shù)與LCoS技術(shù)比較

　　說起DLP技術(shù)與LCoS的技術(shù)優(yōu)劣，其實(shí)，在目前使用的會(huì)議室(教育)商用投影機(jī)，就有關(guān)于DLP技術(shù)與LCoS技術(shù)之爭(zhēng)，當(dāng)然作為微型投影，雖然大致的原理類似，但由于實(shí)現(xiàn)方式略有不同，還是有些不一樣，下面也會(huì)從前述的幾個(gè)技術(shù)指標(biāo)上進(jìn)行一一作詳細(xì)比較。

　　DLP投影方式

　　LCOS投影方式

　　就目前而言，2種產(chǎn)品尺寸和光電效率都基本相同，沒有太大的區(qū)別。但是從2種技術(shù)本身上看，LCoS對(duì)信號(hào)的要求可以直接由電路接入，而DLP由于是由機(jī)械方式實(shí)現(xiàn)，在載有DMD芯片的主板上，還有相應(yīng)的處理器(Processor)以及內(nèi)存(Memory)，這部分的功耗在光引擎整體中永遠(yuǎn)無法避免，可以認(rèn)為是DLP技術(shù)在效率上的一個(gè)缺點(diǎn)，特別是在手持投影整體系統(tǒng)中，如果再考慮散熱問題，LCoS芯片優(yōu)勢(shì)更明顯。相對(duì)而言，LCoS的功耗可以做到小于0.1W，從長(zhǎng)遠(yuǎn)來看，LCoS也會(huì)有一定的優(yōu)勢(shì)。

　　此外，分辨率與尺寸相同，DLP在同樣大小的芯片上要實(shí)現(xiàn)分辨率的提高，同樣是對(duì)工藝要求非常高，從第一代的DLP光引擎可以看到，320×480的分辨率已經(jīng)落后與LCoS的640×480，雖然在第二代推出了800×480的芯片，但還是落后于LCoS技術(shù)，純粹技術(shù)上看，發(fā)展前景LCoS要比DLP好。

　　LCOS已發(fā)展為一個(gè)普遍的投影技術(shù)，包括有不同的種類，如今正呈現(xiàn)兩極化發(fā)展：一是應(yīng)用于大尺寸的背投影電視，這是目前LCOS的主流應(yīng)用產(chǎn)品，二是應(yīng)用于小尺寸的高分辨率可攜式產(chǎn)品，其中來自JVC的 D-ILA技術(shù)較為成熟。在量產(chǎn)及成本問題解決后，該類產(chǎn)品將有機(jī)會(huì)在前投影市場(chǎng)上獲得更廣泛的應(yīng)用。

　　LCOS投影機(jī)將會(huì)擠入三甲

　　眾所周知，投影機(jī)按照技術(shù)可以分為DLP、LCD以及LCOS三種。目前市面上比較常見的兩種投影技術(shù)是DLP和LCD。LCOS技術(shù)可以說是一種新興的投影技術(shù)，它結(jié)合了DLP以及LCD這兩種技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)。

　　LCOS技術(shù)在色彩、對(duì)比度、亮度、開口率、光效率、和高分辨率等方面的優(yōu)勢(shì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了DLP和LCD技術(shù)。此外，相比LCD技術(shù)，LCOS具有色彩鮮艷、灰度優(yōu)秀、黑色深沉、畫面明亮、網(wǎng)格化情況較少和更加節(jié)能的特點(diǎn)。相比單片式DLP技術(shù)，三片式LCOS投影技術(shù)具有更高的光學(xué)利用效率、更加豐滿的色彩表現(xiàn)，沒有色彩斷裂現(xiàn)和觀賞者眩暈現(xiàn)象等特點(diǎn)。在和三芯片DLP投影機(jī)的比較中，三片式LCOS投影機(jī)在分辨率上的優(yōu)勢(shì)更是DLP投影機(jī)無可比擬的。目前，LOCS芯片的分辨率已經(jīng)可以覆蓋2K、3K、4K、8K等水平產(chǎn)品。

　　值得注意的是，LCOS超高分辨率這一絕對(duì)優(yōu)勢(shì)則是那兩者無法比擬的，JVC和索尼都已經(jīng)推出了使用LCOS技術(shù)的4K(4096*2016)分辨率的產(chǎn)品，3LCD和DLP技術(shù)還無法實(shí)現(xiàn)這樣的分辨率。

　　此外，LCOS投影技術(shù)具有利用光效率高、體積小、開口率高、制造技術(shù)較成熟等特點(diǎn)，它可以很容易的實(shí)現(xiàn)高分辨率和充分的色彩表現(xiàn)。相比DLP和 3LCD來說，LCOS投影機(jī)與3LCD相比較，3LCD除了略微占一點(diǎn)價(jià)格優(yōu)勢(shì)外，在色彩、對(duì)比度、光效率等領(lǐng)域LCOS都具有無可比擬的優(yōu)勢(shì)。

　　正因?yàn)長(zhǎng)COS技術(shù)有著DLP和LCD無可比擬的優(yōu)點(diǎn)，所以現(xiàn)在有許多企業(yè)，比如，示創(chuàng)、LG、佳能以及索尼、JVC和LG等已經(jīng)紛紛加入到LCOS技術(shù)的研究和發(fā)展當(dāng)中。并且也都推出了LCOS技術(shù)的投影機(jī)，這些機(jī)器雖然價(jià)格相對(duì)來說比較昂貴但是其極其卓越的色彩效果也是其它技術(shù)所不能達(dá)到的。

　　總體來說，LCOS投影技術(shù)具備了DLP和LCD幾乎全部的優(yōu)點(diǎn)，并同時(shí)克服了這兩者的不足之處。采用LCOS技術(shù)的投影機(jī)產(chǎn)品，由于其擁有著近乎完美的畫面效果，受到了業(yè)內(nèi)人士以及消費(fèi)者們的極度好評(píng)，相信LCOS投影技術(shù)的市場(chǎng)潛力也是不可估量的，在不遠(yuǎn)的將來，將會(huì)以強(qiáng)勢(shì)躋身于投影機(jī)三甲行列。