LCOS原理及应用

LCOS原理及应用

LCOS投影技术是2000年以后发展起来的最新投影技术，是一种新型的反射式投影技术，与穿透式LCD和DLP相比，LCOS具有利用光效率高、体积小、开口率高、制造技术较成熟等特点，它可以很容易的实现高分辨率和充分的色彩表现。LCOS技术在日后大屏幕显示应用领域具有很大优势，其没有晶元模式，且具有开放的架构和低成本的潜力。近几年来，在LCD业界出现了许多新技术，其中较热门的技术LCOS的最大优点是解析度很高，在携带型资讯设备的应用这个优点是其他技术无法与之看齐的。

此外，LCOS投影机在高分辨率投影方面非常具有潜力。目前市场上的LCOS投影机通常都是SXGA（1365×1024）或更高。由于LCOS的晶体管及驱动线路都制作于硅基板内，位于反射面之下，不占表面面积，所以仅有像素间隙占用开口面积。而在穿透式LCD投影机中，作为像素点开关控制的晶体管被做在液晶板上相应位置上，在光源透射过程中，晶体管本身将阻挡部分光线，因此采用透射式液晶技术的投影机的光源利用效率不高，仅有3%～10％。故理论上LCOS不论分辨率或开口率都会比穿透式LCD高，画面上像素栅格结构几乎不可见，光的利用效率可达40％以上，从而达到更大的光输出和更充分的色彩体现。相对于DLP微镜带来的锐利的数字画面，LCOS投影机的像素边缘显得更加平滑，有效消除了图像的锯齿现象，适合喜欢自然、柔和画面的用户。

LCOS投影色彩较量完胜LCD

LCOS投影机工作原理

目前业界普遍认可：在显示器市场20吋以下以LCD为主流，PDP可应用于30吋- 60吋产品，但价格昂贵，投影显示器适用于30吋- 60吋以上的产品，具有解析度高，价格适中等优势。LCOS投影显示技术则是落于上述投影显示器市场；另外亦可作为直视元件，应用在HMD中。

事实上，LCOS技术也比较复杂，因为它是结合了DLP和LCD两种技术的优势而来的，所以要弄懂LCOS技术就必须要对DLP和LCD有足够的了解，DLP是一种反射投影技术，LCD（液晶）则是一种透射型技术，LCOS就是在液晶层下面加入反射技术，从而大幅提高性能。

LCOS即Liquid Crystal on Silicon，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。

LCOS利用CMOS半导体制程，将电路及平面的反射镜做在非常平滑的硅芯片上做为基础，然后再于此一平面的硅基上涂布LCD，并将液晶着床于硅芯片之上，然后再覆上一片非常薄的玻璃。实际应用时，是把光线由外部投射至芯片之上，再由芯片上面那层LCD 的明暗变化来决定要反射多少的光线出去，而此一反射率之变化则是受到影像讯号的调制；因此，只要把影像讯号加诸于硅芯片，经由芯片反射出来的光线就会随着视讯产生变化，此一变化再经由透镜投射至银幕，就变成可以观赏的投影机画面了。

LCOS技术主要以3片式技术为主，它的主要优势在于高开口率、低价格、丰富的色彩，尤其是其高开口率和像素密度的优势，使得LCOS在产品小型化和高解析度方面的优势得天独厚。当然LCOS的缺点也很明显，其工艺并非我们说的那样简单，所以它的良品率有待提高，而低成本优势还未能充分发挥，因此在商务和教育产品中还未引入。

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投影技术特点

LCOS投影技术是尺寸非常小的矩阵液晶显示装置。这种矩阵采用CMOS技术在硅芯片上加工制作而成。像素的尺寸大小从7微米到20微米，对于百万像素的分辨率，这个装置通常小于1英寸。有效矩阵的电路在每个像素的电极和公共透明电极间提供电压，这两个电极之间被一薄层液晶分开。像素的电极也是一个反射镜。通过透明电极的入射光被液晶调制光电响应电压将被应用于每个像素电极。

反射的像被光学方法同入射光分开从而被投影物镜放大成像到大屏幕上。采用LCOS 技术的投影机其光线不是穿过LCD面板，而是采用反射方式来形成图像，光利用效率可达40%。与其他投影技术相比，LCOS技术最大的优点是分辨率高，采用该技术的投影机产品在亮度和价格方面也存在明显的优势。

LCOS技术的应用

LCOS投影机图像调制原理和LCD基本相同，也是以光调制来控制投影显示图像。入射光线在分光后，经过入射偏光板(PBS)，将入射光变成S偏光，经LCOS板反射调制。如果液晶经外部信号调制，处于显示亮态时，S光会变成P光，经棱镜透射后，有最多的光投射到会聚透镜会聚成像。处于显示暗电平时，S 光经调制，依然还是S光输出，经棱镜没有光透射到会聚透镜，图像显示为暗电平。因此，输出到会聚透镜的光的多少是由每个像素的外部信号调制决定的。

LCOS投影光引擎结构

LCOS 的应用领域和透射式LCD技术相比，LCOS可以很容易地实现高分辨率和充分的色彩表现，而且可以较大地降低成本。LCOS的用途十分广泛，大到背投彩电，小至数码相机都可以使用它作为显像器件。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。LCOS技术在以后大屏幕显示应用领域里具有很大优势，它没有晶元模式，且具有开放的架构和很强的市场的潜力。

DLP技术与LCoS技术比较

说起DLP技术与LCoS的技术优劣，其实，在目前使用的会议室(教育)商用投影机，就有关于DLP技术与LCoS技术之争，当然作为微型投影，虽然大致的原理类似，但由于实现方式略有不同，还是有些不一样，下面也会从前述的几个技术指标上进行一一作详细比较。

DLP投影方式

LCOS投影方式

就目前而言，2种产品尺寸和光电效率都基本相同，没有太大的区别。但是从2种技术本身上看，LCoS对信号的要求可以直接由电路接入，而DLP由于是由机械方式实现，在载有DMD芯片的主板上，还有相应的处理器(Processor)以及内存(Memory)，这部分的功耗在光引擎整体中永远无法避免，可以认为是DLP技术在效率上的一个缺点，特别是在手持投影整体系统中，如果再考虑散热问题，LCoS芯片优势更明显。相对而言，LCoS的功耗可以做到小于0.1W，从长远来看，LCoS也会有一定的优势。

此外，分辨率与尺寸相同，DLP在同样大小的芯片上要实现分辨率的提高，同样是对