LCD显示器新技术-浅析日渐强势的LCoS技术

作者：佚名 文章来源：网络

硅基液晶LCoS(Liquid Crystal On Silicon)，或许大家不是很了解，这相对是一种还算较新且不为大众所熟悉的先进显示技术，在技术上来说是属于新型的反射式Micro LCD投影技术，它结合了半导体与LCD技术，具有高解析度、高亮度的特性，加上产品结构简单，亦具低成本潜力，现在很多行内的人士都认为，随着配套光学元件和电路技术的成熟且成本进一步降低，LCoS显示技术已经成为了大屏幕HDTV最具发展的显示技术之一，且与LCD、DLP等技术相较，LCoS将为未来显示技术的主导者。

　　

　　如上文所说，LCoS属于新型的反射式Micro LCD投影技术，其结构是在硅片上，利用半导体制程制作驱动面板(又称为CMOS-LCD)，然后在电晶体上透过研磨技术磨平，并镀上铝当作反射镜，形成CMOS基板，然后将CMOS基板与含有透明电极之上玻璃基板贴合，再注入液晶，进行封装测试。在单晶硅片上集成CMOS和存贮电容器的阵列，通过开孔把漏电极和像素电极连结，像素电极用铝做成反射电极。为防止强光照射沟道，加一层金属档光层。另一侧基板是ITO电极的玻璃板。液晶层盒厚爱像素尺寸限制，一般盒厚取几微米。LCoS前投影放大倍数大，显示区内不能用控制盒厚的隔垫物，或者盒厚取小于2微米，可用隔垫物。

　　

　　LCoS的基本原理是在液晶层后面用一个镜子，光线从前面进来后穿过液晶层，经过镜子反射再次穿过液晶层射到屏幕上。这需要稍微复杂一些的光学部件，但确实非常有用，它有几个直接明显的优点，如所有电子部件都在镜子后面，完全在光路以外。在它后面有很大空间，这样就可能达到难以置信的高分辨率，LCoS在所有显示技术中分辨率最高。另外因光线两次穿过液晶，可以达到很高对比度但依然非常薄，从而大大改善响应时间减少拖影。另外，LCoS投影机图像调制原理和LCD基本相同，也是以光调制来控制投影显示图像。入射光线在分光后，经过入射偏光板(PBS)，将入射光变成S偏光，经LCoS板反射调制。如果液晶经外部信号调制，处于显示亮态时，S光会变成P光，经棱镜透射后，有最多的光投射到会聚透镜会聚成像。处于显示暗电平时，S光经调制，依然还是S光输出，经棱镜没有光透射到会聚透镜，图像显示为暗电平。因此，输出到会聚透镜的光的多少是由每个像素的外部信号调制决定的。光学系统用极化光照射LCoS元件，将红、绿和蓝三色光分离并最后组成全彩影像，并投影到荧幕上。极化光入射到LCoS元件上，液晶光电转换根据施加到每个画素电极上的电压对极化光调变。反射的影像与入射光分离并放大，然后投射到荧幕上。光两次穿过液晶，由于液晶开关时间更快，将能更好再现运动影像。 况且LCoS系统所用微型显示器是只有拇指头大小的高解析度液晶显示器，经过光学放大后，这种显示器能够提供数据和视讯应用的高品质大画面显示。基于LCoS的微显示器是主动矩阵液晶显示器，该元件工作于反射模式。主动矩阵利用CMOS制程制作在硅晶片上，LCoS利用硅技术的先进特性实现了越来越小的尺寸，在相同尺寸上可以实现更高画素(更高解析度)，提高了系统性能。

现阶段，LCoS元件设计、性能和制造上已经取得了很多重大进展，光学色彩和极化管理系统的设计和性能上也取得了显著提升，所需要的光学元件，如弧光灯、光照系统、棱镜、涂层、背投屏幕和投影镜头都大幅地提高了性能，并降低成本。此外，业界还推出了成熟的影像缩放、去隔行扫描、讯框频变换等数位电视所需的视讯处理晶片，以及用于支援数位电视格式以及编码和传输标准的调谐器、解调器和解码器，这些都让LCoS尽快成熟起来了，所以目前LCoS与LCD及DLP相比具有很多的优势，例如：

　　(1)光利用效率高：LCoS与LCD投影显示器类似，主要的差别就是LCoS属反射式成像，所以光利用效率可达40%以上，与DLP相当，而穿透式LCD仅有3-10%而已。

　　(2)体积小：LCoS可将驱动IC等外围线路完全整合至CMOS基板上，减少外围IC的数目及封装成本，并使体积缩小。

　　(3)分辨率高：由于LCoS的晶体管及驱动线路都制作于硅基板内，位于反射面之下，不占表面面积，所以仅有像素间隙占用开口面积，不像穿透式LCD的TFT及导线皆占用开口面积，故理论上LCoS不论分辨率或开口率都会比穿透式LCD高。分辨率普遍达到SXGA等级(1280×1024)制造技术较成熟：LCoS的制作可分为前道的半导体CMOS制造及后道的液晶面板贴合封装制造。前道的半导体CMOS制造已有成熟的设计、仿真、制作及测试技术，所以目前良率已可达90%以上，成本极为低廉;至于后道的液晶面板贴合封装制造，虽然据说目前的良率只有30%，但由于液晶面板制造已发展得相当成熟，理论上其良率提升速率应远高于DMD芯片，所以LCoS应比DLP更有机会取代穿透式HTPS-LCD成为投影显示技术的主流。

　　(4)此外，LCoS还有一项优点，就是HTPS-LCD目前是SONY及Seiko Epson拥有专利权，DLP则是TI的独家专利，而LCoS则无专利权的问题。

　　LCoS可视为LCD的一种，传统的LCD是做在玻璃基板上，但LCoS则是长在硅晶圆上。和LCoS的相对比的产品，最常用在投影机上的高温多晶硅LCD为代表。后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，且其最大的优势是可利用最广泛使用、最便宜的CMOS制程，毋需额外的投资，成本很低，并可随半导体工艺流程快速的微细化，易于提高解析度。

 

目前，LCoS的解决方案已经对亚洲地区甚至全世界的HDTV开发产生很大的影响，很多的大企业已大量投资于LCoS制程和设备，积极参与到该技术的开发和应用。虽然与DLP和3LCD比起来，LCoS阵营仍然是势单力薄，不过其技术的领先程度是不容质疑的。而相比DLP和3LCD，LCoS的制作工艺更为复杂一些，目前主要有JVC开发的D-ILA和SONY的SXRD技术，他们之间的差异在于：D-ILA是采用无机配向膜排列，SXRD则是采用液晶层垂直排布方式来实现。SXRD只有SONY公司自家使用，所以目前采用SXRD技术的投影机比采用D-ILA技术的产品少一些。而最早投入LCoS开发的厂商是：JVC。它从90年代中期开始涉足于LCoS的研究开发，至今也差不多10年左右了。但一直到最近这两年才取得真正的技术突破(尤其在家庭影院方面)。

　　

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