- 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、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、綠光,并將三原色光與驅(qū)動程式產(chǎn)生的紅、藍、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、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的線路,因此比較容易達成高解析度的面板。
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)。