在大屏幕HDTV設(shè)計(jì)中采用LCoS顯示技術(shù)

硅基液晶(LCoS)顯示技術(shù)能實(shí)現(xiàn)更高的對(duì)比度和亮度，且像素尺寸小，隨著配套光學(xué)器件和電路技術(shù)的成熟且成本進(jìn)一步降低，LCoS顯示技術(shù)已經(jīng)成為大屏幕HDTV最具發(fā)展的顯示技術(shù)之一。本文詳細(xì)介紹了LCoS技術(shù)原理及特點(diǎn)，并介紹了最新的LCoSGenⅡ技術(shù)現(xiàn)狀。

LCoS解決方案已經(jīng)對(duì)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，這些代工廠包括臺(tái)灣地區(qū)的UMC和TSMC(臺(tái)聯(lián)電和臺(tái)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(duì)于其它競(jìng)爭(zhēng)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(chǎng)需求的增長(zhǎng)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(duì)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(duì)角線長(zhǎng)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?？刂茍D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(shì)：它使圖像像素減少，因?yàn)殡娐肥窃谙袼睾竺妫粫?huì)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。梢栽谳^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(duì)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(dòng)圖像。

圖1所示為L(zhǎng)CoS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。