什么是LCOS?

  LCOS技术是现行三种投影技术中的后起之秀,它是“硅基液晶”(Liquid Crystal on Silicon)技术的缩写名称,属于新型的反射式micro LCD投影技术,其结构是在矽晶圆上长电晶体,利用半导体制程制作驱动面板(又称为CMOS -LCD),然后在电晶体上透过研磨技术磨平,并镀上铝当作反射镜,形成CMOS基板,然后将CMOS基板与含有透明电极之上玻璃基板贴合,再抽入液晶,进行封装测试。

  简单来说,LCOS是直接与映像管(CRT)投影技术、高温多晶矽液晶(Ploy-Si LCD)穿透式投影技术、DMD(Digital Micromirror Device)数位光学处理(DLP; Digital Light Projector)反射式技术相关。这三项技术已发展成熟,LCOS则成为投影显示技术的新主流。

LCOS工作原理

  LCOS投影技术分为单片式和三片式两种。单片式采用了与DLP投影技术类似的时序成像方式;三片式是指使用红绿蓝三原色通过棱镜分离再汇聚的成像方式,这种方式的成像质量更高。目前的主流产品普遍采用了这种成像方式。

LCOS

LCOS光学引擎架构 三片式的LCOS成像系统,首先将投影机灯泡发出的白色光线,通过分光系统系统分成红绿蓝三原色的光线,然后,每一个原色光线照射到一块反射式的LCOS芯片上,系统通过控制LCOS面板上液晶分子的状态来改变该块芯片每个像素点反射光线的强弱,最后经过LCOS反射的光线通过必要的光学折射汇聚成一束光线,经过投影机镜头照射到屏幕上,形成彩色的图像。欢迎光临中国家庭影院网www.shuangxiwan888.com
 

LCOS光学引擎架构

LCOS光学引擎架构

LCOS投影技术发展历史

  LCOS技术最早出现在二十世纪九十年代末期。其首批成型产品是由Aurora Systems公司于2000年开发出的。该产品具有高分辨率、低价格、反射式成像的特点。在此之后无数家企业蜂拥而至。早期LCOS技术最有力的支持者是英特尔和飞利浦两位“巨人”,还有今天依然活跃在LCOS舞台上的索尼、JVC等许多知名企业。但是,让人遗憾的是那两位 “巨人”却未能坚持到最后。

JVC的110寸LCOS背投

  2004年,随着液晶和等离子平板电视产品市场的高速增长,飞利浦宣布退出单片式时序成像的LCOS产品的开发计划。同样在这一年,英特尔停止了百万像素级LCOS芯片的研发和供货计划。据英特尔宣称,未来主要经历将放在开发两百万像素全高清级LCOS产品上。英特尔这样的表态被认为是希望以LCOS在像素密度上的优势和德州仪器的DLP投影技术相抗衡的策略。但是,2005年后,英特尔开发LCOS的计划却 “不了了之”了。

  2004和2005年,失去两位“巨人”的LCOS阵营进入了低潮时期。在这个时期先后有多家企业研发和生产出了各自的LCOS产品。LCOS阵营似乎一时间面临崩溃的危险。但是,出于对已有技术的不满和对未来产业趋势的预期,索尼、JVC和台湾的视窗科技却依然坚持了下来。2004年,佳能发布了第一款采用LCOS技术的1400x1050高分辨率投影机,为LCOS阵营增添了一个强有力的产品。

LCOS投影技术优势

  LCOS技术在色彩、对比度、亮度、开口率、光效率、和高分辨率等方面的优势远远超过了DLP和LCD技术。LCOS可视为LCD的一种,但传统的LCD是做在玻璃基板上,但LCOS则是长在矽晶圆上。和LCOS的相对比的产品,最常用在投影机上的高温多晶矽LCD为代表。后者通常用穿透式投射的方式,光利用效率只有3%左右,解析度不易提高;LCOS则采用反射式投射,光利用效率可达40%以上,且其最大的优势是可利用最广泛使用、最便宜的CMOS制程,毋需额外的投资,并可随半导体制程快速的微细化,易于提高解析度。欢迎光临中国家庭影院网www.shuangxiwan888.com

  相比LCD技术,LCOS具有色彩鲜艳、灰度优秀、黑色深沉、画面明亮、网格化情况较少和更加节能的特点。相比单片式DLP技术,三片式LCOS投影技术具有更高的光学利用效率、更加丰满的色彩表现,没有色彩断裂现和观赏者眩晕现象等特点。在和三芯片DLP投影机的比较中,三片式LCOS投影机在分辨率上的优势更是DLP投影机无可比拟的。目前,LOCS芯片的分辨率已经可以覆盖2K、3K、4K、8K等水平产品。而DLP技术由于其微电子机械学结构的原因导致其分辨率难以达到2K以上,这可以说是所有DLP投影产品和三片式LCOS投影产品对抗时候的致命弱点。

LCOS投影技术缺点

  虽然LCOS看起来简单,但要产品化还要有一个过程,并不是像想象的那样容易形成一个产业。LCOS技术一经推出便在全世界范围内造成极大影响,但由于制造工艺等方面原因,目前基于LCOS技术的产品还没有形成大规模量产,只有少数厂家开发出了应用于投影机的LCOS芯片和应用LCOS技术的投影机及背投电视机。LCOS技术在以后大屏幕显示应用领域具有很大优势,它没有晶元模式,且具有开放的架构和低成本的潜力。

  目前LCOS的发展业者集中在美英中三地的Fabless公司,包括Three-Five、Aurora(原S-Vision)、MicroPix、Microdisplay、Kopin、Displaytech、SpatiaLight,中国香港的Varitronix以及中国南阳的河南南方辉煌图像信息技术有限公司(中美合资)等。由于LCOS在开发中涉及整个元件的设计、制造到光学系统的整合,有较高的技术门槛。且每个业者所开发的LCOS,各有专用的ASIC、光学引擎等,零组件和生产各自为阵,无法标准化,因此很难达到量产的经济规模,部份业者因无法提出全套的解决方案,致使产品无法顺利推出而面临财务危机。

  另外最大的障碍是合格率问题,LCOS前段之矽制程以0.35u制程即可(也不需要作得更小了),目前良率已可达90%;后段加玻璃基板,抽入液晶,并加以切割、封装的部份,目前良率却仍很低,仅约30%左右。LCOS的后段制程良率若无法顺利提升,将可能面临如DMD技术一般的窘境。
LCOS技术的春天

  经过几年的发展,LCOS现在已经进入了一个相对成熟时期,随着技术的不断进步,现在已经开发出了主要应用于大型数字高清影院的1.7英寸4K(3840×2048)超高分辨率显示芯片,并成为高端影院投影机产品采用的主要技术。得到了包括佳能、索尼、JVC、先锋、LG等数家企业的支持。



  佳能从04年开始,一直贯彻LCOS投影技术,推出多款高分辨率投影机产品,完善了LCOS投影产品线,07年,佳能又发布了一款高分辨率投影机SX7,这款拥有3700流明高亮度,1000:1对比度的旗舰机型。08年8月20日佳能又发布了——SX80,这是一款采用了LCOS投影技术和佳能AISYS专利光学技术,具有3000流明亮度的SXGA+级高分辨率投影机。

  采用LCOS技术的投影机还有索尼VPL-VW200、VPL-VW60、示创HD 900家用投影机、JVC旗舰DLA-HD100 LCOS投影机等等。



  2008年年底,台湾欧达推出首款LCoS口袋型多媒体投影机——欧达P1,目前这款新品已经在国内上市销售,LCOS技术之前只能停留在需要高解析度的特定用途中,但自08年3月后,LCOS技术开始应用到手机产品中,而且在08第4季正式供货。LCoS技术还有很大的潜在市场,例如HMD、高价位的数位相机、数位摄影机等领域均可应用。

  目前,LCOS技术已经渡过了低潮时期,呈现出良好的发展态势。在投影显示技术上,DLP技术追赶LCD技术用了十年的时间, 而目前LCOS技术也已经经过了八九年的发展期。随着技术进一步发展成熟,生产成本日益下降,LCOS投影显示技术发展的春天正在向我们走来。