LCoS技術(shù)原理及LCoS Gen Ⅱ技術(shù)現(xiàn)狀

???? LCoS解決方案已經(jīng)對亞洲地區(qū)的HDTV開發(fā)產(chǎn)生很大的影響,亞洲領(lǐng)先的代工廠已大量投資于LCoS工藝和設(shè)備,積極參與到該技術(shù)的開發(fā)和應(yīng)用,這些代工廠包括***地區(qū)的UMC和TSMC(臺聯(lián)電和臺積電)以及上海中芯國際(SMIC)。LCoS受到亞洲代工廠青睞部分是因?yàn)樵摷夹g(shù)相對于其它競爭技術(shù)的開放性,如德州儀器的數(shù)字光處理技術(shù)(DLP)、索尼和愛普生高溫多晶硅技術(shù)。

LCoS技術(shù)性價(jià)比的提高、輔助技術(shù)和元件的發(fā)展,以及數(shù)字電視市場需求的增長等多種因素使LCoS技術(shù)成為大屏幕HDTV最具發(fā)展前景的顯示技術(shù)之一。目前很多公司都宣布投資于這種顯示技術(shù),如飛利浦和英特爾公司。

LCoS技術(shù)原理

自從采用LCoS微顯技術(shù)制造出首個(gè)投影顯示系統(tǒng)樣機(jī)以來,低成本、高性能的追求目標(biāo)已經(jīng)促成了針對很多顯示應(yīng)用的開發(fā)項(xiàng)目。目前,LCoS器件設(shè)計(jì)、性能和制造上已經(jīng)取得了很多重大進(jìn)展,光學(xué)色彩和極化管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和性能上也取得了顯著提升,所需要的光學(xué)元件,如弧光燈、光照系統(tǒng)、棱鏡、涂層、背投屏幕和投影鏡頭都大大地提高了性能,并降低成本。此外,業(yè)界還推出了成熟的圖像縮放、去隔行掃描、幀頻變換等數(shù)字TV所需的視頻處理芯片,以及用于支持?jǐn)?shù)字電視格式以及編碼和傳輸標(biāo)準(zhǔn)的調(diào)諧器、解調(diào)器和解碼器。

LCoS系統(tǒng)所用微型顯示器是只有拇指頭大小的高分辨率液晶顯示器,當(dāng)經(jīng)過光學(xué)放大后,這種顯示器能夠提供數(shù)據(jù)和視頻應(yīng)用的高質(zhì)量大畫面顯示?；贚CoS的微顯示器是有源矩陣液晶顯示器,該器件工作于反射模式。有源矩陣?yán)肅MOS工藝制作在硅芯片上,LCoS利用硅技術(shù)的先進(jìn)特性實(shí)現(xiàn)了越來越小的尺寸,在相同尺寸上可以實(shí)現(xiàn)更高像素(更高分辨率),提高了系統(tǒng)性能。

由于像素大小在7到20微米之間,因此即使具有上百萬像素的分辨率,顯示器的尺寸還是很小,通常對角線長度小于一英寸。有源矩陣電路提供一個(gè)介于每個(gè)像素電極和一個(gè)公共透明電極之間的電壓,后者由一薄層液晶與像素電極隔開。像素電極還作為一個(gè)非常平整的高反射鏡面。控制圖像形成的電子電路制作在硅芯片上。這種單元結(jié)構(gòu)具有下列優(yōu)勢:它使圖像像素減少,因?yàn)殡娐肥窃谙袼睾竺?不會阻擋光路(這是一種“屏蔽門”效應(yīng),一般出現(xiàn)在多晶硅投影系統(tǒng)上)；這種結(jié)構(gòu)使得LCoS微顯示器更加容易擴(kuò)展到更高的分辨率,因?yàn)橄袼乜梢宰龅酶?可以在較小的芯片上實(shí)現(xiàn)更多像素。將LCoS器件與獨(dú)特的光學(xué)系統(tǒng)結(jié)合可以形成用于高清晰電視的顯示器。光學(xué)系統(tǒng)用極化光照射LCoS器件,將紅、綠和藍(lán)三色光分離并最后組成全彩圖像,并投影到屏幕上。極化光入射到LCoS器件上,液晶光電轉(zhuǎn)換根據(jù)施加到每個(gè)像素電極上的電壓對極化光調(diào)制。反射的圖像與入射光分離并放大,然后投射到屏幕上。光兩次穿過液晶,由于液晶開關(guān)時(shí)間更快,將能更好再現(xiàn)運(yùn)動圖像。

圖1所示為LCoS器件的橫截面和基本的光路示意圖,器件的硅背板采用標(biāo)準(zhǔn)的CMOS工藝,然后采用了若干微顯示器獨(dú)有的處理步驟。有源矩陣施加到單鏡電極和公共ITO電極之間的電壓調(diào)整了入射S極化光的極化。反射光(已經(jīng)通過電光轉(zhuǎn)換到P極化)部分經(jīng)過極化光束分離器(PBS)投影到屏幕上,或在后視應(yīng)用中投射到觀眾的視網(wǎng)膜。

LCoS Gen II技術(shù)

Brillian公司在今年1月消費(fèi)電子展上首次展示了其LCoS Gen II技術(shù)。這種電路技術(shù)結(jié)合了三板光學(xué)結(jié)構(gòu),實(shí)現(xiàn)高達(dá)2500:1的對比度,而其它LCoS系統(tǒng)典型的對比度為600:1,并具有更清晰、更高亮度的圖像效果。利用LCoS Gen II技術(shù)可以為OEM制造商開發(fā)出720p和1080p背投HDTV。采用該技術(shù)進(jìn)行系統(tǒng)開發(fā)的合作伙伴包括開發(fā)硅底板的中芯國際、光學(xué)引擎技術(shù)的JDS Uniphase OCLI、極化控制和色彩管理的3M和Colorlink公司、研究視頻處理技術(shù)的PixelWorks,以及產(chǎn)品設(shè)計(jì)的IDEO等。去年中芯國際公司針對Brillian的技術(shù)開發(fā)了獨(dú)特的晶圓拋光工藝,新工藝可以實(shí)現(xiàn)更高的反射率和更高亮度,更平整的表面使圖像更清晰,消除了圖像混濁問題。

反射式有源矩陣驅(qū)動的液晶顯示器具有約100萬個(gè)12平方微米的圖像單元,每個(gè)圖像單元都能顯示256個(gè)以上的灰度等級。因此,LCoS Gen II技術(shù)在各個(gè)亮度等級上都能顯示出灰度細(xì)節(jié),即使在最黑暗的場景也能匹配視覺響應(yīng)。該技術(shù)支持很高的占空因數(shù)(>93%),可以實(shí)現(xiàn)清晰的圖像顯示,解決了“屏蔽門”效應(yīng)；其快速的反應(yīng)時(shí)間(<10毫秒)夠?qū)崿F(xiàn)優(yōu)異的圖像再現(xiàn),而且不會有運(yùn)動圖像和數(shù)字圖像產(chǎn)生的一些不良效果。重要的是它支持10位調(diào)色板(分別對應(yīng)紅、綠、藍(lán)),能實(shí)現(xiàn)真實(shí)和準(zhǔn)確的圖像再現(xiàn),并能很容易地?cái)U(kuò)展到超高分辨率以符合最高分辨率廣播標(biāo)準(zhǔn)。