硅基液晶(LCoS)投影技术的工作原理

硅基液晶(LCoS)投影技术的工作原理 大多数人都是看着阴极射线管（CRT）电视机长大的。这些电视机虽然又大又笨重，但只要信号清晰，它们依然会有很好的画质。现在，

大多数人心目中的电视机形象还是CRT 电视机。

JVC 供图

一个LCoS 微型器件 但是，如果您近期准备为自己买台电视机，那么您会发现现在拥有更多选择。对于40英寸以下的屏幕，阴极射线管电视机仍然有着很好的表现。但如果您想拥有一台大屏幕、平板、宽屏电视机或全兼容高清电视，那么您可能需要在以下几种类型的电视机中进行选择，它们包括：液晶（LCD）、数字光处理（DLP）和硅基液晶（LCoS）。 LCoS 并不是一门非常新的技术，但是直到最近才得以广泛应用。在本文中，我们将了解LCoS 背后的技术，探究它如何提供清晰的画面，以及制造商如何解决黑电平和对比度方面的问题。 LCoS 最常见的用途是在正投和背投电视机方面。其结构和DLP 系统非常相似。DLP 使用数字微镜器件（DMD）来产生画面，其成像过程就好像用一块块正方形的小瓷片制作马赛克一样。DMD 包含数百万块能反射灯光的极小的反射镜。每个反射镜都会产生构成最终影像的一个像素。 U n R e g i s t e r e d

德州仪器供图

使用一个DMD 和一个色轮来提供颜色的DLP 系统。 这些反射镜能在其“打开”和“关闭”位置之间迅速前后翻转。当反射镜处于打开状态的时候，它们将指向投影透镜。反射镜处于打开状态的时间越久，它们产生的像素就越明亮。产生黑色像素的反射镜则保持关闭状态。在大多数DLP 电视机中，色轮在灯泡和DMD 之间快速旋转，从而把红色、绿色和蓝色光加到画面中。最后，观众眼睛将这些颜色混合起来，从而产生最终的影像。 LCoS 采用了非常相似的思想。和DMD 一样，LCoS 器件非常小——大多数不足6.45平方厘米。这两种技术还都采用了反射的方法——通过器件把来自光源的光线反射到用于聚光和成像的透镜或棱镜上。但是，LCoS 不是通过微小反射镜的打开和关闭，而是使用液晶来控制反射光的数量。 液晶是一种处于中间态的物质——它既不是纯粹的液体，也不是纯粹的固体。它的分子通常像固体一样保持自身形态，，但同时又可以像液体一样流动。例如，向列液晶将液晶分子排列成松散的平行线。大部分LCD 采用扭曲向列（TN）液晶——通过电荷的作用，这种扭曲的晶体能够变直。

当被放置于两片极化面板之间的时候，扭曲液晶可以控制光路。通过改变光线的方向，液晶可以允许或阻止光线通过第二片面板。液晶能被运用于LCD 和LCoS 系统的关键正是这种改变光路的能力。

铁电性液晶（FLC）有时也运用于LCoS 器件中，它是一种以某个非正常的固定角度将分子排列成整齐行的晶体。当它们接触电荷时，也会产生电极。铁电手性近晶C 相液晶能快速切换它们的方向。您可以从肯特州立大学液晶研究中心了解到更多关于近晶和向列液晶的知识。 U n R e g i s t e

r e d

LCoS 微型器件中的液晶层控制着每个像素的光线数量，与反射镜在DMD 中所起的作用一样。但是要获得画面，仅仅靠这个微型器件是不行的，还需要透镜、反射镜和棱镜的协助。 LCoS 电视机产生画面需要经过若干步骤。这一过程涉及到一个高强度灯泡、布置在一个立方体中的一系列反光镜和微型器件、一个棱镜和一个投影透镜。下面介绍在整个过程中都发生了什么事情：

1. 灯泡产生一束白光。

2. 光束穿过一个聚光透镜（负责聚焦和对准光线）。它还会穿过一个滤光器（只允许可见光通过），这样可以使其他元件免受损害。

3. 通过以下两种方式之一，这束白光被分解成了红色、绿色和蓝色光：

1. 光束穿过一个偏振光束分光器（PBS），它把光分解为三个光束，这些光束分别穿过增加红色、绿色和蓝色的滤光器。

2. 光束穿过一系列分色镜，这些分色镜能够反射某些波长的光线而允许其余光线穿过。例如，分色镜可以把红光从白光中分离出去，留下蓝光和绿光，而另一面分色镜可以再把绿光分离出来，只留下蓝光。

4. 刚刚产生的彩色光束同时与三个LCoS 微型器件之一相接触——它们分别对应红光、绿光和蓝光。在下一节，我们将介绍这些器件。

5. 这些微型器件反射出来的光线穿过一个棱镜，这个棱镜能够将这些光线组合在一起。

6. 然后，棱镜把光线（它们现在产生了一个全色影像）投射到一个投影透镜中，这个透镜再把影像放大并显示到屏幕上。

在LCoS 投影系统中，灯泡发出的光从微型器件中反射出来，并最终

通过透镜进行投射。 U n R e g i s

t e r e d

大多数背投LCoS 电视机都采用该过程。有些投影系统采用线性装置而不是立方体装置，并且白光在到达微型器件前，会先穿过将其染成红色、绿色和蓝色的表面。极少数系统只采用一个微型器件，并且采用其他方式进行染色。例如，DLP 系统中的色轮和LCoS 微型器件本身上的透射染色。有些系统还使用额外的起偏镜或滤光器来进一步改善画质和对比度。 如果没有投射透镜，那么在此过程中产生的画面会因为太小而看不清。这就是LCoS 技术被归类于微型显示器（如果没有某种放大装置，产生的画面将因为太小而看不清）的原因。 SXRD 光圈

索尼的硅晶反射显示（SXRD ）

技术（这是其LCoS 技术的品牌

名称）使用一个“高级光圈”来

改善黑电平。就像我们眼睛的瞳

孔一样，光圈通过打开和关闭来

改变进入系统的光线数量。 索

尼是第一家在该系统中加入光

圈的制造商，其他几家制造商直

到2006年才在其发布的产品中

加入类似的设备。 Audioholics 供图

LCoS 微型器件把液晶层放在一个透明的薄膜晶体管（TFT）和一个硅半导体之间，而不是像LCD 那样把液晶放在两片极化面板之间。这个半导体具有能够反射光线的、失真的表面。由灯泡发出的光透过一个偏振滤光器投射到微型器件上，而液晶起着像门或阀那样的作用，控制到达反射面的光线的数量。特定像素的晶体接收到的电压越高，该晶体允许通过的光线也就越多。完成整个过程需要若干层不同的材质。 U n R e g i s t e

r e d