新型背投電視中的LCoS技術(shù)

電子顯示技術(shù)作為信息技術(shù)的一個(gè)重要部分，應(yīng)用十分廣泛。近年來，由于微電子技術(shù)、光電顯示技術(shù)的迅速發(fā)展,新型顯示器件不斷出現(xiàn)，當(dāng)前電子顯示技術(shù)的發(fā)展主要體現(xiàn)出三大趨勢：
大屏幕化和微型化；
高清晰度；
數(shù)字化

另一方面，由于HDTV(High Definition TV)技術(shù)的發(fā)展，也對電視顯示器提出了新的要求：大屏幕、高清晰度、多媒體輸入是未來顯示器所必須具備的。

投影技術(shù)概述

投影技術(shù)自從走上歷史舞臺，就以驚人的速度不斷成長，各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)得到大大改善，不斷有新型投影技術(shù)推出。圖1是一般的投影電視系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。從圖1我們可以看到，投影電視系統(tǒng)一般是由以下幾部分構(gòu)成：
電子分系統(tǒng)(Controller)；
圖像引擎(Image Engine)；
光源(Light Source)；
光學(xué)系統(tǒng)(包括反射鏡)；
屏幕(Screen)。

其中，電子分系統(tǒng)的主要作用是對視頻信號(圖像數(shù)據(jù))進(jìn)行處理然后提供給圖像引擎，一般都是針對特定的微型顯示器(LCD、LCoS等)所開發(fā)的。在電子分系統(tǒng)中，經(jīng)常使用復(fù)雜的ASIC來完成以下功能：數(shù)據(jù)變換、伽瑪校正、提供必需的同步信號和時(shí)鐘信號等。圖像引擎用來顯示電子子系統(tǒng)提供的圖像，在光源的照射和光學(xué)系統(tǒng)的作用下，將圖像引擎顯示的圖像投射到大屏幕上，從而完成整個(gè)投影的過程。

投影電視的發(fā)展歷史

我國是進(jìn)行投影技術(shù)的研究開發(fā)較早的國家之一，早在20世紀(jì)60年代，我國已經(jīng)開始進(jìn)行黑白投影電視機(jī)的開發(fā)。到20世紀(jì)80年代，我國又著手開發(fā)彩色投影機(jī)。80年代后期，全國投影機(jī)聯(lián)合攻關(guān)組研制成功40英寸CRT背投式投影機(jī)。90年代初，開始研制液晶投影機(jī)，1994年試機(jī)成功，1995年由原電子工業(yè)部鑒定，原國家科委驗(yàn)收。

最早的投影機(jī)是傳統(tǒng)的CRT投影機(jī)。從20世紀(jì)90年代初期，由于液晶技術(shù)的發(fā)展，人們開始研究穿透式液晶投影機(jī)并很快得到了市場的追捧，形成了投影顯示的第二代技術(shù)。近三年來，由于新技術(shù)的不斷出現(xiàn)，使人們對未來投影技術(shù)和超大屏幕顯示充滿了期望。這些新技術(shù)包括LTP_TFT(低溫多晶硅TFT)技術(shù)，LCoS(Liquid-Crystal-on-Silicon，液態(tài)晶硅)技術(shù)和DLP(Digital Light Processing，數(shù)字光處理)等。它們的出現(xiàn)，給相對穩(wěn)定的投影市場帶來了巨大的沖擊，不單傳統(tǒng)的CRT投影機(jī)，即便是剛剛占據(jù)市場主流的穿透式液晶投影機(jī)也感受到了強(qiáng)大的壓力。這些新技術(shù)代表了第三代投影技術(shù)的發(fā)展水平。如果用一句話來描述當(dāng)前的投影市場，可以這樣說：CRT將逐步退出歷史舞臺，LCD正占據(jù)主流，而LCoS和DLP將會成為未來的希望。

投影電視的分類按照不同的標(biāo)準(zhǔn)，投影電視可以劃分為不同的種類：
按照圖像引擎的不同，投影系統(tǒng)可以分為CRT投影、穿透式LCD投影、LCoS投影、DLP投影等。

按照輸入信號的不同，可以分為數(shù)字投影機(jī)和模擬投影機(jī)。顧名思義，數(shù)字投影機(jī)輸入的是數(shù)字的視頻信號，而模擬投影機(jī)輸入的是模擬視頻信號。

按照投影電視系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，可以劃分為正投影和背投影。正投影系統(tǒng)的投影機(jī)和電視觀眾位于屏幕的同一側(cè)；而背投影系統(tǒng)的投影機(jī)與電視觀眾分別位于屏幕的前后兩側(cè)。

LCoS背投的優(yōu)勢

由于背投影顯示技術(shù)的優(yōu)勢，現(xiàn)在，有關(guān)背投影技術(shù)的研究成為當(dāng)今顯示領(lǐng)域的熱點(diǎn)，而其中非常引人注目的技術(shù)，是LCoS背投影技術(shù)。現(xiàn)在應(yīng)用于背投影的主要顯示技術(shù)象LCD(穿透式液晶)、DLP(其核心是DMD：Digital Micromirror Device，TI專利)及LCoS可以說都引起了業(yè)界的研究熱潮，其中LCoS技術(shù)具有它自身特有的優(yōu)勢。圖2是LcoS器件結(jié)構(gòu)截面圖。

1、 高分辨率： 由于LCoS的晶體管及驅(qū)動(dòng)線路都制作于硅基板內(nèi)，位于反射面之下，不占表面面積，所以僅有像素間隙占用開口面積，不像穿透式LCD的TFT及導(dǎo)線皆占用開口面積，故理論上LCoS不論分辨率或開口率都會比穿透式LCD高。分辨率普遍達(dá)到或超過SXGA等級(1280×1024)
2、 高光利用效率： LCoS與LCD投影顯示類似，主要的差別就是LCoS屬反射式成像，所以光利用效率至少可達(dá)４０％以上，與DLP相當(dāng)。而穿透式LCD在前后各有一片偏光膜，穿透式LCD就是靠調(diào)制偏振光的開關(guān)通斷完成顯示的。偏光片是靠光吸收產(chǎn)生偏光的，所以穿透式LCD光透過率很低，僅有３~10%而已。
3、 低功耗：由于穿透式LCD的光利用效率很低，為了顯示清晰，液晶顯示器件背后要裝置一個(gè)較強(qiáng)的背光源。這個(gè)背光源很耗電，抹殺了液晶顯示低功耗的特點(diǎn)，而LCoS器件的光利用效率很高，大部分入射光都能夠被利用。用LCoS制作的投影電視只用1/5功耗的光源即可得到比普通穿透式LCD投影電視亮幾倍的效果。
4、 較成熟的制造技術(shù)： LCoS的制作可分為前段的半導(dǎo)體CMOS制造及后段的液晶面板貼合封裝制造。前段的半導(dǎo)體CMOS制造過程已有成熟的設(shè)計(jì)、仿真、制作及測試技術(shù)，所以目前產(chǎn)品優(yōu)良率已可達(dá)９０％以上，成本極為低廉；至于后段加玻璃基板，抽入液晶，并加以切割、封裝的部份，目前的產(chǎn)品優(yōu)良率只有３０％。但由于液晶面板制造已發(fā)展得相當(dāng)成熟，理論上其產(chǎn)品優(yōu)良率提升速率遠(yuǎn)高于DMD芯片，所以LCoS應(yīng)比DLP更有機(jī)會取代穿透式LCD成為投影顯示技術(shù)的主流。

此外，LCoS還有一項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)：HTPS-LCD目前是由SONY及SEIKO EPSON擁有專利權(quán)，DLP則是TI的獨(dú)家專利，而LCoS則不存在專利權(quán)的問題。目前國內(nèi)外有不少單位正在進(jìn)行LCoS芯片的研究開發(fā)工作，為LCoS背投的大發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。

國內(nèi)外LCoS背投影技術(shù)最新研究動(dòng)態(tài)

目前LCoS的發(fā)展集中在美英兩地，包括Three-Five(光學(xué)引擎)、Aurora(原S-Vision，開發(fā)LCoS芯片的著名公司)、Micropix、Microdisplay、Kopin、Displaytech、Spatialight及香港的Varitronix等公司。
從International CES(國際消費(fèi)類電子大展)2001和2002各廠家的參展產(chǎn)品情況，可以發(fā)現(xiàn)LCoS投影產(chǎn)品是各廠家的研究熱點(diǎn)之一，是未來顯示領(lǐng)域的主力軍。

美國RCA在CES 2001上推出了L50000，這是一款LCOS 背投HDTV。 屏幕尺寸50英寸，屏寬比為16:9，它采用三片LCoS，分辨率可以達(dá)到1280×720，兼容多媒體輸入，能夠很好的處理720p HDTV信號。 L50000重量不超過100磅，厚度僅有18英寸，而CRT RPTV一般都在250磅左右，厚度至少為26英寸。L50000的售價(jià)大概在6000和8000美元之間。

Philips已經(jīng)開發(fā)成功一種采用LCoS技術(shù)的大屏幕背投影電視系統(tǒng)，單片式(使用Philips獨(dú)特的Scrolling-Color結(jié)構(gòu)，擁有獨(dú)家專利)，畫面尺寸64英寸，清晰度相當(dāng)于1280×1024(SXGA)電腦顯示器。Philips宣布，2002年會把使用LCOS技術(shù)生產(chǎn)的背投及投影系列產(chǎn)品全面推向市場。
國外其他很多大的電子公司，如JVC、SONY等也都在進(jìn)行LCoS應(yīng)用于投影特別是背投影電視技術(shù)的研究，并相繼推出了自己的LCoS背投電視產(chǎn)品。

國內(nèi)企業(yè)對于LCoS背投電視的關(guān)注、研究和生產(chǎn)，要相對滯后于國外同行，目前僅有深圳創(chuàng)維、上海華源等少數(shù)企業(yè)已經(jīng)推出了自己的LCoS背投電視產(chǎn)品，華源集團(tuán)去年宣布試制成功61英寸LCoS背投電視，可接播數(shù)字電視、DVD和電腦。日前創(chuàng)維顯示技術(shù)公司推出了采用LCoS技術(shù)的43英寸液晶背投彩電。它采用0.72英寸三片式LCOS，分辨率達(dá)1024×768。兼容計(jì)算機(jī)信號。隨著國內(nèi)對LCoS技術(shù)認(rèn)識的深入和LCoS技術(shù)在背投電視產(chǎn)品中應(yīng)用優(yōu)勢的體現(xiàn)，相信LCoS背投電視在國內(nèi)將得到更快的發(fā)展。 　　

結(jié)語

伴隨著HDTV的發(fā)展，HDTV的全面播出已經(jīng)成為必然的趨勢，這也給背投影電視技術(shù)提供了很好的發(fā)展機(jī)遇。如前所述，HDTV要求電視顯示器向大屏幕、高分辨率、多媒體輸入甚至互動(dòng)的方向發(fā)展，背投影技術(shù)在這些方面擁有得天獨(dú)厚的優(yōu)勢。除了LCoS，背投領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)還有DLP，現(xiàn)在兩者可以說是分庭抗禮，各有千秋。但由于DLP的成本劣勢明顯，目前很難進(jìn)入普通消費(fèi)者家庭。

當(dāng)然，LCoS也不是十全十美。首先，正是因?yàn)闆]有專利權(quán)的限制，每個(gè)業(yè)者所開發(fā)的LCoS，各有專用的ASIC、光學(xué)引擎等，零組件和生產(chǎn)各自為陣，無法標(biāo)準(zhǔn)化，因此很難達(dá)到量產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)規(guī)模，部份業(yè)者因無法提出全套的解決方案，致使產(chǎn)品無法順利推出而面臨財(cái)務(wù)危機(jī)。另外在性能方面，對比度只有300~500:1，比DLP等其它技術(shù)差，同時(shí)在黑色的再現(xiàn)性上亦不理想。當(dāng)然日本的JVC所提供的運(yùn)用他們獨(dú)有的D-ILA技術(shù)的LCoS面板，在黑色的再現(xiàn)性上表現(xiàn)突出，已經(jīng)使用在高檔家庭影院上，據(jù)稱其分辨率已達(dá)QXGA(2048x1536)的水平。

如果能夠盡快解決標(biāo)準(zhǔn)化的問題，實(shí)現(xiàn)規(guī)模生產(chǎn)，盡快將質(zhì)優(yōu)價(jià)廉的LCoS背投電視產(chǎn)品投向市場，一旦形成成熟的產(chǎn)業(yè)鏈，其優(yōu)良的性能和低廉的成本是其它產(chǎn)品無法與之競爭的。這樣，LCoS背投影電視可能將成為HDTV發(fā)展的主要方向，LCoS應(yīng)用產(chǎn)品及其大屏幕顯示產(chǎn)品將會越來越多。

HDTV的發(fā)展推動(dòng)著新型顯示器的誕生與成熟，而新型顯示器的誕生與成熟又使HDTV能夠更早的實(shí)現(xiàn)。可以說現(xiàn)在是背投影顯示器最好的發(fā)展機(jī)遇，而LCoS背投作為新型顯示器件具備大屏幕、高亮度、高分辨率、高反應(yīng)速度、省電等諸多優(yōu)勢，其應(yīng)用產(chǎn)品被廣大消費(fèi)者和業(yè)內(nèi)人士看好，如果能夠解決前面所述的標(biāo)準(zhǔn)化等問題，可以說LCoS背投電視產(chǎn)品的市場潛力是無限的。