- LCOS投影技術(shù)詳解
- 采用三片式光學(xué)引擎
- 采用單片式光學(xué)引擎
投影機(jī)技術(shù)基本顯影原理相仿，主要是由鹵素?zé)?、氙氣燈等發(fā)光，集光至面板，將面板的影像經(jīng)反射或透射投射出影像，再經(jīng)過(guò)分光、合光系統(tǒng)，最后將影像投射到屏幕顯像。LCOS(LiquidCrystalonSilicon)是一種全新的數(shù)碼成像技術(shù)，它采用半導(dǎo)體CMOS集成電路芯片作為反射式LCD的基片，CMOS芯片上涂有薄薄的一層液晶硅，控制電路置于顯示裝置的后面，可以提高透光率，從而實(shí)現(xiàn)更大的光輸出和更高的分辨率。
1、LCOS面板：
LCOS面板的結(jié)構(gòu)有些類(lèi)似TFTLCD，一樣是在上下二層基板中間撒布Spacer以加以隔絕后，再填充液晶于基板間形成光閥，藉由電路的開(kāi)關(guān)以推動(dòng)液晶分子的旋轉(zhuǎn)，以決定畫(huà)面的明與暗。LCOS面板的上基板是ITO導(dǎo)電玻璃，下基板是則矽晶圓CMOS基板，LCOS面板最大的特色在于下基板的材質(zhì)是單晶矽，因此擁有良好的電子移動(dòng)率，而且單晶矽可形成較細(xì)的線路，因此與現(xiàn)有的HTPSLCD及DLP投影面板相較，LCOS是比較容易達(dá)成高解析度的投影技術(shù)。
圖一LOCS面板結(jié)構(gòu)圖
2、LCOS光學(xué)引擎架構(gòu)：
由于LCOS技術(shù)仍在起步階段，目前并無(wú)標(biāo)準(zhǔn)制程，所以有多家廠商開(kāi)發(fā)出不同的LCOS光學(xué)引擎架構(gòu)。在這些不同的技術(shù)中，可概分為三片式及單片式二大類(lèi)。
（1）三片式光學(xué)引擎
LCOS光學(xué)引擎目前以三片式為主，三片式是將光源經(jīng)分光棱鏡將光束分為紅、藍(lán)、綠光后，再分別將光束投射入三片LCOS面板，將投射出的三色影像經(jīng)過(guò)合光系統(tǒng)加以結(jié)合形成彩色影像。就Nikon設(shè)計(jì)的IBM4-Cube光學(xué)引擎架構(gòu)來(lái)看，由于三片式LCOS光學(xué)引擎除了需要三片面板外，并結(jié)合多項(xiàng)的分光、合光光學(xué)系統(tǒng)，因此體積較大、成本也較高，不過(guò)由于可以達(dá)到較高的光學(xué)效率，又具備高畫(huà)質(zhì)的特性，因此主要是朝高階的專(zhuān)業(yè)用途發(fā)展，主要的產(chǎn)品以JVC的多款投影機(jī)為主，除此之外，三片式光學(xué)引擎還有ColorLink采用的ColoRQuard架構(gòu)、Philips的Prism架構(gòu)，致伸發(fā)展的Dichroic-PBS架構(gòu)，及Unaxis的ColorCorner架構(gòu)等。
圖二IBM4-Cube光學(xué)引擎架構(gòu)
（2）單片式光學(xué)引擎
單片式ColorWheel光學(xué)引擎則是以快速旋轉(zhuǎn)的ColorSwitch將白光形成循序的紅、藍(lán)、綠光，并將三原色光與驅(qū)動(dòng)程式產(chǎn)生的紅、藍(lán)、綠畫(huà)面，同步形成分色影像，再藉由人眼視覺(jué)暫留的特性，最后在人腦產(chǎn)生彩色的投影畫(huà)面。類(lèi)似的技術(shù)有：Displaytech發(fā)表的FieldSequentialColor、Philip所采用的ScrollingColor-RotatingPrism架構(gòu)、及JVC采用的SpatialColor–Hologram架構(gòu)。[page]
圖三ColorWheel光學(xué)引擎架構(gòu)
單片式的最大優(yōu)點(diǎn)就是因?yàn)槊姘鍞?shù)僅需一片，加上分光、合光的系統(tǒng)架構(gòu)比較簡(jiǎn)單，因此在成本上較具競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，而且光學(xué)引擎的空間也相對(duì)較小。然而目前在技術(shù)上面臨一些困難，以ColorWheel而言，白光經(jīng)偏極化后的光源僅為先前的1/3，亮度明顯降低；此外，由于LCOS面板得在紅、藍(lán)、綠畫(huà)面快速的切換下合成影像，因此面板反應(yīng)速度的要求更高，使得生產(chǎn)的難度也相形提高。
LCOS投影技術(shù)原理
圖1LCOS成像原理圖
LCOS的成像原理如圖1所示，其成像方式類(lèi)似于三片式的LCD液晶技術(shù)，不過(guò)采用LCOS技術(shù)的投影機(jī)其光線不是穿過(guò)LCD面板，而是采用反射方式形成彩色圖像。它采用涂有液晶硅的CMOS集成電路芯片作為反射式LCD的基片。用先進(jìn)工藝磨平后鍍上鋁當(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的玻璃基板相貼合，再注入液晶封裝而成。LCOS將控制電路放置于顯示裝置的后面，可以提高透光率，從而達(dá)到更大的光輸出和更高的分辨率。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)格方面也有一定優(yōu)勢(shì)。由于硅基板與對(duì)向基板的熱膨脹系數(shù)不同，難以組裝，使成品率較低、成本較高。
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。目前，基于LCOS技術(shù)的投影機(jī)及投影電視在投影市場(chǎng)上還處在試探階段，沒(méi)有對(duì)其他類(lèi)型投影機(jī)形成真正的競(jìng)爭(zhēng)。
LCOS投影技術(shù)特色
與LCD、DLP、CRT、DLV投影機(jī)技術(shù)相比較，LCOS投影技術(shù)具有高解析度、高亮度、以及低成本潛力的諸多優(yōu)勢(shì)，必將成為投影技術(shù)的明日之星。筆者現(xiàn)將其具備的優(yōu)缺點(diǎn)總結(jié)如下：
優(yōu)勢(shì)強(qiáng)項(xiàng)：
1、高解析度
LCOS投影技術(shù)最大的特色在于其面板的下基板采用矽晶圓CMOS基板，由于下基板的材質(zhì)是單晶矽，擁有良好的電子移動(dòng)率，而且單晶矽可形成較細(xì)的線路，因此比較容易達(dá)成高解析度的面板。
2、高亮度
LCOS為反射式技術(shù)，不會(huì)像HTPSLCD光學(xué)引擎會(huì)因?yàn)楣饩€穿透面板而大幅降低光利用率，因此光利率率可提高至40%，與穿透式的HTPSLCD的3%相較，可減少耗電，并可產(chǎn)生較高的亮度。
3、低成本
LCOS光學(xué)引擎因?yàn)楫a(chǎn)品零件簡(jiǎn)單，因此具有低成本的優(yōu)勢(shì)，再加上臺(tái)灣廠商大舉投入，相較于由SeikoEpson,Sony供貨的HTPSLCD面板、及德儀(TI)獨(dú)家供應(yīng)的DLP面板，LCOS具有快速走低的供貨環(huán)境。
劣勢(shì)不足：
LCOS技術(shù)本身，仍有許多技術(shù)問(wèn)題有待克服，例如：黑白對(duì)比不佳、三片式LCOS光學(xué)引擎體積較大。雖然LCOS擁有一些技術(shù)上的優(yōu)勢(shì)，不過(guò)目前在市場(chǎng)上LCOS投影機(jī)仍占少數(shù)，主要問(wèn)題在于量產(chǎn)技術(shù)尚未克服，零件供貨上仍不穩(wěn)定，因此LCOS仍需以時(shí)日才能成為投影機(jī)的主流技術(shù)。
