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LCOS投影顯示技術(shù)，不專(zhuān)業(yè)的說(shuō)就是“制作在單晶硅上的LCD顯示技術(shù)”。作為三大投影顯示技術(shù)的后起之秀，其自從問(wèn)世以來(lái)就受到業(yè)界同仁的廣泛追捧，被大家稱(chēng)為投影機(jī)未來(lái)的核心技術(shù)。但是，LCOS投影技術(shù)的發(fā)展并不一帆風(fēng)順，而是幾經(jīng)坎坷。
LCOS投影技術(shù)的發(fā)展歷史
LCOS投影技術(shù)又稱(chēng)硅基液晶、硅晶光技術(shù)（Liquid Crystal on Silicon，LCoS），是一種結(jié)合半導(dǎo)體工藝和液晶顯示器（LCD）的新興技術(shù)。該技術(shù)最早出現(xiàn)在上世紀(jì)九十年代末期。其首批成型產(chǎn)品是由Aurora Systems公司于2000年開(kāi)發(fā)出的。該產(chǎn)品具有高分辨率、低價(jià)格、反射式成像的特點(diǎn)。
在此之后無(wú)數(shù)家企業(yè)蜂擁而至。其中不乏今天依然活躍在LCOS舞臺(tái)上的索尼、JVC、視創(chuàng)科技、中芯國(guó)際、臺(tái)聯(lián)電、江西鴻源數(shù)顯科技、河南輝煌等企業(yè)。但是，在早期被認(rèn)為是LCOS技術(shù)最有力的支持者的英特人和飛利浦兩位“巨人”卻未能堅(jiān)持到最后。
04年飛利浦宣布退出LCOS產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)計(jì)劃。飛利浦在LCOS產(chǎn)品上主要技術(shù)方向是單片式時(shí)序成像背投電視機(jī)產(chǎn)品。04年以來(lái)液晶和等離子平板電視產(chǎn)品的高速增長(zhǎng)被認(rèn)為是飛利浦放棄LCOS背投電視機(jī)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)停頓的核心因素。此外，在這一年英特爾也宣布了停止百萬(wàn)像素級(jí)LCOS芯片的研發(fā)和供貨計(jì)劃。英特爾聲稱(chēng)，未來(lái)主要經(jīng)歷將放在開(kāi)發(fā)兩百萬(wàn)像素全高清級(jí)LCOS產(chǎn)品上。英特爾這樣的表態(tài)被認(rèn)為是希望以LCOS在像素密度上的優(yōu)勢(shì)和德州儀器TI的DLP投影技術(shù)抗?fàn)幍牟呗?。然而?5年之后英特爾的LCOS計(jì)劃“無(wú)疾而終”。
失去兩位巨頭的LCOS正營(yíng)在04、05年陷入低谷時(shí)期。這一階段先后有多家企業(yè)推出了LCOS產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)。令LCOS陣營(yíng)似乎一時(shí)間面臨崩潰的危險(xiǎn)。但是，出于對(duì)已有技術(shù)的不滿(mǎn)和對(duì)未來(lái)產(chǎn)業(yè)趨勢(shì)的預(yù)期，索尼、JVC和臺(tái)灣的視窗科技卻依然堅(jiān)持了下來(lái)。目前，LCOS投影機(jī)已經(jīng)成為影院投影機(jī)高端產(chǎn)品采用的主要技術(shù)。得到了數(shù)家企業(yè)，例如索尼、JVC、視創(chuàng)、佳能、先鋒、LG等的支持。
目前，LCOS技術(shù)產(chǎn)品呈現(xiàn)出良好的市場(chǎng)增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)。在投影顯示技術(shù)上，DLP技術(shù)追趕LCD技術(shù)用了十年的時(shí)間。而目前LCOS技術(shù)也已經(jīng)經(jīng)過(guò)了八九年的發(fā)展期。業(yè)內(nèi)分析預(yù)計(jì)，隨著LCOS技術(shù)的進(jìn)一步成熟和產(chǎn)業(yè)鏈條的擴(kuò)大，LCOS投影顯示技術(shù)正在迎來(lái)發(fā)展的春天。
LCOS投影技術(shù)的成像原理
LCOS投影技術(shù)的成像采用反射式光路。在早期的產(chǎn)品中采用過(guò)和單片式DLP類(lèi)似的時(shí)序成像方式。不過(guò)目前的主流產(chǎn)品普遍采用成像水平更高的三片式紅綠藍(lán)三元素分離在組合的成像方式。其成像光路與高檔的百萬(wàn)元級(jí)的3片式DLP數(shù)字電影放映機(jī)基本相同。
三片式的LCOS成像系統(tǒng)，首先將投影機(jī)燈泡發(fā)出的白色光線，通過(guò)分光系統(tǒng)系統(tǒng)分成紅綠藍(lán)三原色的光線，然后，每一個(gè)原色光線照射到一塊反射式的LCOS芯片上，系統(tǒng)通過(guò)控制LCOS面板上液晶分子的狀態(tài)來(lái)改變?cè)搲K芯片每個(gè)像素點(diǎn)反射光線的強(qiáng)弱，最后經(jīng)過(guò)LCOS反射的光線通過(guò)必要的光學(xué)折射匯聚成一束光線，經(jīng)過(guò)投影機(jī)鏡頭照射到屏幕上，形成彩色的圖像。
這種成像系統(tǒng)在光源光線參與成像的利用率上能夠達(dá)到單片式成像系統(tǒng)的一倍左右。同時(shí)因此，同樣的光源和電力消耗可以產(chǎn)生更加明亮的最終畫(huà)面。同時(shí)，由于避免了單片式DLP時(shí)序成像的缺陷，三片式LCOS投影系統(tǒng)也能產(chǎn)生出更加飽和、豐滿(mǎn)的色彩，并且不會(huì)出現(xiàn)困擾單片式DLP成像系統(tǒng)的彩虹畫(huà)面問(wèn)題。
三片式LCOS成像的投影機(jī)產(chǎn)品是目前最成熟的LCOS投影方式。推出這種產(chǎn)品的廠家眾多，包括索尼、HVC、視創(chuàng)、佳能等著名公司均有優(yōu)秀的產(chǎn)品。
而此前曾經(jīng)被開(kāi)發(fā)過(guò)的單片式LCOS系統(tǒng)已經(jīng)逐漸退出投影機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域。因?yàn)樵趩纹降臅r(shí)序系統(tǒng)中，要求LCOS芯片具有比三片式更快的反應(yīng)速度。二者恰恰是LCOS的主要競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手DLP產(chǎn)品的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)也是LCOS的劣勢(shì)。飛利浦早期的LCOS背投顯示技術(shù)就是給予單片式LCOS時(shí)序顯示的投影產(chǎn)品。該項(xiàng)目已經(jīng)在04年夭折。
LCOS投影技術(shù)芯片的結(jié)構(gòu)
給予反射光路的LCOS投影機(jī)的核心器件就是LCOS芯片。該芯片的基本結(jié)構(gòu)是CMOS的背板電路上覆蓋液晶分子涂布層。
LCOS芯片也可以算作液晶顯示技術(shù)的一種。只不過(guò)，與一般薄膜晶體管液晶顯示(即我們常見(jiàn)的液晶顯示器、液晶電視的液晶顯示系統(tǒng)，Thin Film Transistor-Liquid Crystal Display；TFT-LCD)面板上、下兩面均以玻璃做為基板不同，而LCoS則僅有上面采用玻部，底部的基本則以半導(dǎo)體材料硅為主的控制電路芯片。
LCOS芯片從下向上的第一層是硅基的IC芯片，采用互補(bǔ)金氧化半導(dǎo)體(Complementary Metal-Oxide Semiconductor；CMOS)工藝制造。在CMOS上面為拋光的鋁鍍層，用于提供電極和光線反界面射面。在鋁金屬層上要涂布液晶分子，并采用網(wǎng)格狀的框架分割成像素。LCOS芯片最上面一層是透明ITO電極和玻璃基板層。LCOS芯片結(jié)構(gòu)中，采用現(xiàn)代CMOS制造工藝的IC驅(qū)動(dòng)層是整塊芯片的控制中樞。
從像素結(jié)構(gòu)上講，LCOS芯片背面的CMOS有源顯示驅(qū)動(dòng)矩陣為每一個(gè)像素提供了包括開(kāi)關(guān)（NMOS晶體管）、存儲(chǔ)電容和在它們上面的鋁反射電極。工作的時(shí)候，NMOS晶體管控制列數(shù)據(jù)線對(duì)液晶像素充電，而存儲(chǔ)電容中的充電電荷建立了相對(duì)于控制電極的電壓差。于是上部的液晶分子按照電壓取向和強(qiáng)度進(jìn)行偏轉(zhuǎn)，從而控制出入光線的多少，形成灰階圖像。
評(píng)論