硅基液晶(LCOS)技术及其特点

硅基液晶（LCOS）技术及其特点

曾经被很多业内人士视为一朵奇葩，但因为制造困难和

成品率问题而屡遭挫折。不过，LCoS（硅基液晶）还是凭

借其出色的显示特性在平板显示领域、尤其是投影和高清电

视领域占有了一席之地。显示新兵履历硅基液晶（LCoS）是一项相对新颖、而又相对鲜为人知的显

示技术，如今正大举进入高清电视市场。真正给人深刻印象

的是，与传统上先以表现平平的性能占据底层市场，而后追

求上佳图像质量不同，LCoS一开始就在图像质量方面立足

于高起点。LCoS在所有显示技术当中提供最高的分辨率、

最高的非CRT 对比度以及最小失真的图像。对于图像闪烁

及视觉疲劳的人来说，LCoS拥有最高的刷新率（120Hz），可获得画面最流畅、闪烁现象最少的图像。当然，LCoS事实上不是全新技术，因为这项技术开发已有十多年; 而自1998年以来，日本的JVC公司其实一直在交付采用该

技术的高端、专业前投式投影仪，不过到目前为止规模仍然

较小。LCoS技术设计制造非常困难，为数不少的公司已经

放弃或者宣告失败: RCA旗下的汤姆逊公司在2001年生产出了第一款商用的LCoS高清电视，随后东芝（采用日立的LCoS芯片）和飞利浦公司亦步亦趋，不过到2004年10月所有这些厂商都中途退出; 2004年1月，英特尔宣布将开始

生产LCoS面板，这让整个业界大跌眼镜，不过随后它在

2004年10月终止了项目，根本没有交付任何产品。因而，LCoS的未来遭到了许多分析师的质疑，不过现在情况已经

发生了变化。JVC在2004年7月发布了第一款背投式1280×720高清电视，这标志着第二代LCoS开始问世。随后索尼在2005年1月加入了这一行列，推出了高端的

1920×1080 Qualia设备。Brillian紧随其后，开始在2005年年中交付其1280×720产品。到目前为止，全球可以购买

的LCoS高清电视只有寥寥几款。不过，JVC和索尼最近宣布推出各自的第二代高清电视，LG公司宣布推出第一代产

品（采用SpatiaLight公司的LCoS面板）。日立公司是LCoS 领域的另一个重要厂商，不过它无限期推迟了原定于2005年11月推出的60英寸和70英寸的LCoS高清电视。

技术原理LCoS是使用液晶来控制图像中像素亮度

的最新显示技术。最常见的几种液晶技术应用于大尺寸非晶

硅液晶面板，这类面板用于计算机显示器、普通电视和高清

电视。它们的尺寸通常从5英寸直到82英寸（这是截至2006年1月的最高记录）。另一种就是尺寸小得多的高温多晶硅

面板，这类面板用于视频和数据投影仪。它们的尺寸只有1英寸左右，应用于各种大屏幕液晶背投电视和高清电视。在

这两种技术当中，光源都在面板后面，光线必须完全通过面

板从背面传送到正面，包括通过面板内用来控制一个个像素

的所有电子电路和部件。这会挡住许多光，从而在像素之间

形成间隙。分辨率越高，这个问题就越严重; 第二个重大问题就是，液晶需要比较厚，那样才能够提供高对比度。而这

会减慢响应时间，这样如果图像里面出现运动或者变化，就

会导致出现一些拖尾现象（smearing）。LCoS的工作原理就是使用液晶层背面的反射镜，那样光从正面进来后，

通过液晶传送，经由反射镜的反射，然后第二次通过液晶一

路传送到屏幕。这需要一些稍微复杂的光学器件，不过效果

非常好。它具有显而易见的优点: 所有的电子元件都在反射镜后面，那样它们就完全不会遮挡光线。背面还有许多空间，那样就有可能获得极高的分辨率，而LCoS技术生产出来的设备在所有显示技术当中已经拥有最高的分辨率。因为光两

次通过液晶传送，所以可提供高对比度，厚度又相当薄，这

就显著缩短了响应时间，大大减少了拖尾现象。那么它是如

何工作的呢？液晶可以旋转光的偏振方向，而旋转次数可通

过电磁场来控制。每个像素的电磁场由反射镜后面的硅芯片

来形成。实际上，反射镜是硅芯片的最上面一层，液晶又直

接覆在反射镜上——这就是“硅基液晶”一名的由来。大多数

面板的尺寸在四分之三英寸左右。为了生成图像，偏振光源

对准面板。只要改变像素所在位置的电磁场，就可以改变每

个像素的亮度。可以旋转本地光的偏振方向，然后利用偏振

滤光片挡住已被旋转的那部分光。生成电磁场的硅芯片其工

作原理其实酷似计算机的内存芯片，排列成众多行列交错的

像素。每个像素有对应的内存位置。图1显示了LCoS面板的剖面图。正如与其他所有显示技术一样，LCoS 领域的每家厂商都有各自的专有实现方案，都给自己的技术

取了特别的营销用语，这在表1和表2中已有列明。所有生产商都特别提到: 自己使用采用无机配向膜的垂直配向向列

型液晶（Vertically Aligned Nematic Liquid Crystal）。垂直配向提高了对比度，同时在驱动信号为零时，让屏幕的颜色黑

得自然。无机配向膜消除了早期的有机配向膜所存在的老化

问题，所以如今所有这些LCoS技术的使用寿命都非常长。表2列出了每家生产商提供的采用更高级技术的1080 LCoS 面板的规格说明。索尼的两款产品中有一款是采用第一代面

板的Qualia 004和006产品，另一款是在2005年8月宣布的采用第二代面板的XBR产品。主要技术参数

面板对比度（Panel Contrast Ratio）恐怕是表当中最重要的值，因为高清电视屏幕的对比度总是小于面板的值。像素间

距（Pixel Pitch）是指面板上像素的中心距离。而像素间隙（Inter-Pixel Gap）是指像素之间的非活动空间。填充因子（Fill Factor）有时叫作开口率（Aperture Ratio），这是指处于活动状态的像素区域所占的百分比，因为该百分比接近100%，所以屏幕上像素间的间隙通常不会被注意到。DLP 微显示器的填充因子最多高出几个百分点，但高温多晶硅液