- 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
投影機技術(shù)基本顯影原理相仿，主要是由鹵素?zé)簟㈦瘹鉄舻劝l(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，藉由電路的開關(guān)以推動液晶分子的旋轉(zhuǎn)，以決定畫面的明與暗。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，目前并無標(biāo)準(zhǔn)制程，所以有多家廠商開發(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。
（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)過合光系統(tǒng)加以結(jié)合形成彩色影像。就Nikon設(shè)計的IBM4-Cube光學(xué)引擎架構(gòu)來看，由于三片式LCOS光學(xué)引擎除了需要三片面板外，并結(jié)合多項的分光、合光光學(xué)系統(tǒng)，因此體積較大、成本也較高，不過由于可以達(dá)到較高的光學(xué)效率，又具備高畫質(zhì)的特性，因此主要是朝高階的專業(yè)用途發(fā)展，主要的產(chǎn)品以JVC的多款投影機為主，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)動程式產(chǎn)生的紅、藍(lán)、綠畫面，同步形成分色影像，再藉由人眼視覺暫留的特性，最后在人腦產(chǎn)生彩色的投影畫面。類似的技術(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)點就是因為面板數(shù)僅需一片，加上分光、合光的系統(tǒng)架構(gòu)比較簡單，因此在成本上較具競爭優(yōu)勢，而且光學(xué)引擎的空間也相對較小。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，其成像方式類似于三片式的LCD液晶技術(shù)，不過采用LCOS技術(shù)的投影機其光線不是穿過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)點是分辨率高，采用該技術(shù)的投影機產(chǎn)品在亮度和價格方面也有一定優(yōu)勢。由于硅基板與對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)碼相機都可以使用它作為顯像器件。目前，基于LCOS技術(shù)的投影機及投影電視在投影市場上還處在試探階段，沒有對其他類型投影機形成真正的競爭。
LCOS投影技術(shù)特色
與LCD、DLP、CRT、DLV投影機技術(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，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)缺點總結(jié)如下：
優(yōu)勢強項：
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)，不會像HTPSLCD光學(xué)引擎會因為光線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)引擎因為產(chǎn)品零件簡單，因此具有低成本的優(yōu)勢，再加上臺灣廠商大舉投入，相較于由SeikoEpson,Sony供貨的HTPSLCD面板、及德儀(TI)獨家供應(yīng)的DLP面板，LCOS具有快速走低的供貨環(huán)境。
劣勢不足：
LCOS技術(shù)本身，仍有許多技術(shù)問題有待克服，例如：黑白對比不佳、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，不過目前在市場上LCOS投影機仍占少數(shù)，主要問題在于量產(chǎn)技術(shù)尚未克服，零件供貨上仍不穩(wěn)定，因此LCOS仍需以時日才能成為投影機的主流技術(shù)。
