家用投影技術(shù)詳解之LCOS家用投影技術(shù)?
其實(shí)LCOS和LCD,有很多相同之處,又有很多不同之處;二者相比,LCOS所帶來的畫面分辨率、亮度都要更好,但市場(chǎng)占有率卻遠(yuǎn)不如LCD,至于為何?就要先從認(rèn)識(shí)LCOS芯片開始介紹:
LCOS芯片構(gòu)造
LCOS芯片的構(gòu)造大致和LCD芯片一樣,也為上下基板構(gòu)造,然后中間注入液晶;區(qū)別在于LCOS的下基板為CMOS基板,不像LCD上下基板都為玻璃基板。
CMOS基板是在硅片上,利用半導(dǎo)體制程制作驅(qū)動(dòng)面板,然后通過研磨技術(shù)磨平,最后鍍上鋁當(dāng)作反射鏡,就形成了CMOS基板;
上基板為帶有透明電極的玻璃基板(ITO導(dǎo)電玻璃),上下板結(jié)合,中間注入液晶,最終形成LCOS,也稱為:硅基液晶;
LCOS和LCD成像原理的不同之處
正是由于底層結(jié)構(gòu)的不同,所以二者成像的原理也不盡相同:LCD為光線穿透式,LCOS為光線反射式;
LCOS是以下基板(CMOS)芯片當(dāng)作反射層進(jìn)行反射光投像,究其原因,或是由于下基板中的單晶硅材質(zhì),單晶硅擁有良好的電子移動(dòng)率,且容易形成較細(xì)的線路;
所以LCOS的晶體管及線路都可制作于CMOS芯片內(nèi)(下基板),位于反射面之下,不占用表面面積,僅有像素間隙占用開口面積;反觀穿透式的LCD,作為像素點(diǎn)開關(guān)的晶體管(TFT)同像素一起集成在液晶板,在光源穿透的過程中,TFT及導(dǎo)線等將阻擋部分光線,占用開口面積。
優(yōu)點(diǎn):
以上,所帶來的影響效果為:
三片式LCOS
選讀,成像原理介紹:
PBS介紹:同LCD相比,LCOS家用投影系統(tǒng)的不同之處在于,LCOS面板前多了PBS:偏極化分光鏡(Polarization Beam Spliter),由兩個(gè)45度等腰直接棱鏡底部粘合而成,主要作用是反射垂直于入射平面的光線(S偏光),并且讓平行于入射線平面的光線通過(P偏光);
過程解讀:燈泡發(fā)出強(qiáng)光,經(jīng)過系列電子元件,由分色鏡分為紅、綠、藍(lán)三種光,再通過三色各自的PBS得到偏振光,使光線得以進(jìn)入LCOS微型器件,再經(jīng)過LCOS微型器件的反射,將光線平行通過PBS,最后進(jìn)入棱鏡,通過棱鏡將分離的三色合成,最終家用投影到屏幕成像;
正是由于PBS的作用,使得入射光線得以進(jìn)入LCOS微型器件,并放行從LCOS微型器件中反射出的光線;
LCOS微型器件介紹:
LCO<愛尬聊_百科大全>S微型器件
微型器件主要由上述部分組成,作為一種光調(diào)制器件;當(dāng)光線進(jìn)入該部分,就要受到CMOS電極和ITO透明電極之間的電壓調(diào)制,配合液晶的開關(guān)作用,共同完成畫面的成像,下面分別介紹下上述組件的功能:
存在問題
LCOS家用投影技術(shù)所體現(xiàn)的畫面優(yōu)勢(shì)或是很大的,但卻沒有成為當(dāng)下主流的家用投影產(chǎn)品,主要是由于LCOS面板的良品率太低造成;
LCOS面板的制作分為兩部分,前一部分為半導(dǎo)體CMOS的制造,后一部分為液晶面板的貼合封裝制造。前半部分已經(jīng)非常成熟,良品率可達(dá)90%,成本也很低廉,問題就在后半部分,據(jù)說良品率僅為30%;
通俗點(diǎn)就是:液晶層和CMOS層分開制作都很簡(jiǎn)單,可是將它們紋絲不差的每個(gè)像素點(diǎn)對(duì)應(yīng)的貼合在一起,卻是難度非常高的制造技術(shù);所以多數(shù)廠家都轉(zhuǎn)向了成本更為低廉、簡(jiǎn)單的LCD和DLP技術(shù);
解決方案
為了解決上述問題,最早投入LCOS開發(fā)的JVC廠商及相對(duì)早的SONY廠商,給出了變種技術(shù)D-ILA(JVC)和SXRD(SONY)的解決方案,都改變了傳統(tǒng)LCOS制造工藝,對(duì)液晶層:將傳統(tǒng)液晶層水平排列改為垂直排列,對(duì)配向膜:從無機(jī)物中提取了全新材料,使其壽命接近9萬小時(shí),基本與DMD持平。
另外,SONY的SXRD,更是將液晶體和反射玻璃之間的間隙層縮小到2微米,使得芯片對(duì)灰塵有了先天的“屏蔽效應(yīng)”(LCD的HTPS和傳統(tǒng)LCOS工藝,因?yàn)橐壕雍筒AУ拈g隙過大,所以非常容易附著灰塵,嚴(yán)重影響芯片的壽命和圖像質(zhì)量)
其次,兩種變種技術(shù)更大的突破是對(duì)像素結(jié)構(gòu)的進(jìn)一步微型化,意味著更小的芯片,就可容納更多的像素,即可達(dá)到更高的分辨率;
單片式LCOS
除了上面所介紹的三片式LCOS家用投影技術(shù)外,還有一種單片式LCOS,很少見,僅作科普使用;
顧名思義,只有一片LCOS面板,是通過快速旋轉(zhuǎn)的色輪將白光分成循序的紅、藍(lán)、綠光,并與驅(qū)動(dòng)式產(chǎn)生的紅、綠、藍(lán)色畫面同步,形成分色影像,由于人眼視覺暫留的特性,最終就看到了連續(xù)的彩色畫面;
由于只有一塊面板,且分光、合光系統(tǒng)較為簡(jiǎn)單,所以成本偏低;但是白光經(jīng)過偏極化后,亮度會(huì)明顯降低,僅為之前的1/3;且由于LCOS面板需要在紅、藍(lán)、綠畫面快速切換下合成影像,所以對(duì)面板的反應(yīng)速度要求更高,生產(chǎn)難度也會(huì)增加;
LCOS芯片構(gòu)造
LCOS芯片的構(gòu)造大致和LCD芯片一樣,也為上下基板構(gòu)造,然后中間注入液晶;區(qū)別在于LCOS的下基板為CMOS基板,不像LCD上下基板都為玻璃基板。
CMOS基板是在硅片上,利用半導(dǎo)體制程制作驅(qū)動(dòng)面板,然后通過研磨技術(shù)磨平,最后鍍上鋁當(dāng)作反射鏡,就形成了CMOS基板;
上基板為帶有透明電極的玻璃基板(ITO導(dǎo)電玻璃),上下板結(jié)合,中間注入液晶,最終形成LCOS,也稱為:硅基液晶;
LCOS和LCD成像原理的不同之處
正是由于底層結(jié)構(gòu)的不同,所以二者成像的原理也不盡相同:LCD為光線穿透式,LCOS為光線反射式;
LCOS是以下基板(CMOS)芯片當(dāng)作反射層進(jìn)行反射光投像,究其原因,或是由于下基板中的單晶硅材質(zhì),單晶硅擁有良好的電子移動(dòng)率,且容易形成較細(xì)的線路;
所以LCOS的晶體管及線路都可制作于CMOS芯片內(nèi)(下基板),位于反射面之下,不占用表面面積,僅有像素間隙占用開口面積;反觀穿透式的LCD,作為像素點(diǎn)開關(guān)的晶體管(TFT)同像素一起集成在液晶板,在光源穿透的過程中,TFT及導(dǎo)線等將阻擋部分光線,占用開口面積。
優(yōu)點(diǎn):
以上,所帶來的影響效果為:
- LCOS的分辨率和開口率都要高于LCD,分辨率普遍達(dá)到SXGA等級(jí)(1280×1024),不會(huì)出現(xiàn)LCD畫面那么明顯的像素柵格化;且由于易形成較細(xì)線路的原因,所以畫面容易達(dá)成高解析度,對(duì)比DLP的銳利數(shù)字畫面,LCOS畫面的像素邊緣更加平滑,可以有效去除畫面鋸齒的現(xiàn)象;
- LCOS的光源利用率也要高于LCD,LCOS同DLP差不多,光源利用率可達(dá)40%,而LCD則僅為3~10%;
三片式LCOS
選讀,成像原理介紹:
PBS介紹:同LCD相比,LCOS家用投影系統(tǒng)的不同之處在于,LCOS面板前多了PBS:偏極化分光鏡(Polarization Beam Spliter),由兩個(gè)45度等腰直接棱鏡底部粘合而成,主要作用是反射垂直于入射平面的光線(S偏光),并且讓平行于入射線平面的光線通過(P偏光);
過程解讀:燈泡發(fā)出強(qiáng)光,經(jīng)過系列電子元件,由分色鏡分為紅、綠、藍(lán)三種光,再通過三色各自的PBS得到偏振光,使光線得以進(jìn)入LCOS微型器件,再經(jīng)過LCOS微型器件的反射,將光線平行通過PBS,最后進(jìn)入棱鏡,通過棱鏡將分離的三色合成,最終家用投影到屏幕成像;
正是由于PBS的作用,使得入射光線得以進(jìn)入LCOS微型器件,并放行從LCOS微型器件中反射出的光線;
LCOS微型器件介紹:
LCO<愛尬聊_百科大全>S微型器件
微型器件主要由上述部分組成,作為一種光調(diào)制器件;當(dāng)光線進(jìn)入該部分,就要受到CMOS電極和ITO透明電極之間的電壓調(diào)制,配合液晶的開關(guān)作用,共同完成畫面的成像,下面分別介紹下上述組件的功能:
- 印刷電路板(PCB):將指令和電流從電視機(jī)機(jī)傳輸?shù)轿⑿推骷?br />
- CMOS(硅、芯片):使用像素驅(qū)動(dòng)程序的數(shù)據(jù)來控制液晶,通常為一臺(tái)像素使用一臺(tái)晶體管
- 反射涂層:反射光線用來產(chǎn)生畫面
- 液晶:控制到達(dá)或離開反射涂層的光線的數(shù)量,起到閥門的作用
- 對(duì)準(zhǔn)層:使液晶能夠正確對(duì)準(zhǔn),從而能夠精確地校準(zhǔn)光線
- 透明電極:與硅和液晶一起組成完整的電路
- 玻蓋:保護(hù)和密封整個(gè)系統(tǒng)
存在問題
LCOS家用投影技術(shù)所體現(xiàn)的畫面優(yōu)勢(shì)或是很大的,但卻沒有成為當(dāng)下主流的家用投影產(chǎn)品,主要是由于LCOS面板的良品率太低造成;
LCOS面板的制作分為兩部分,前一部分為半導(dǎo)體CMOS的制造,后一部分為液晶面板的貼合封裝制造。前半部分已經(jīng)非常成熟,良品率可達(dá)90%,成本也很低廉,問題就在后半部分,據(jù)說良品率僅為30%;
通俗點(diǎn)就是:液晶層和CMOS層分開制作都很簡(jiǎn)單,可是將它們紋絲不差的每個(gè)像素點(diǎn)對(duì)應(yīng)的貼合在一起,卻是難度非常高的制造技術(shù);所以多數(shù)廠家都轉(zhuǎn)向了成本更為低廉、簡(jiǎn)單的LCD和DLP技術(shù);
解決方案
為了解決上述問題,最早投入LCOS開發(fā)的JVC廠商及相對(duì)早的SONY廠商,給出了變種技術(shù)D-ILA(JVC)和SXRD(SONY)的解決方案,都改變了傳統(tǒng)LCOS制造工藝,對(duì)液晶層:將傳統(tǒng)液晶層水平排列改為垂直排列,對(duì)配向膜:從無機(jī)物中提取了全新材料,使其壽命接近9萬小時(shí),基本與DMD持平。
另外,SONY的SXRD,更是將液晶體和反射玻璃之間的間隙層縮小到2微米,使得芯片對(duì)灰塵有了先天的“屏蔽效應(yīng)”(LCD的HTPS和傳統(tǒng)LCOS工藝,因?yàn)橐壕雍筒AУ拈g隙過大,所以非常容易附著灰塵,嚴(yán)重影響芯片的壽命和圖像質(zhì)量)
其次,兩種變種技術(shù)更大的突破是對(duì)像素結(jié)構(gòu)的進(jìn)一步微型化,意味著更小的芯片,就可容納更多的像素,即可達(dá)到更高的分辨率;
- D-ILA芯片像素點(diǎn)縮小至8.1微米,意味0.7英寸即可實(shí)現(xiàn)1080p真分辨率;
- SXRD像素尺寸縮小至7微米(相當(dāng)于DLP的一半),像素間隔只有0.35微米,意味0.61英寸的芯片大小就可容納1920×1080的像素?cái)?shù)量;
單片式LCOS
除了上面所介紹的三片式LCOS家用投影技術(shù)外,還有一種單片式LCOS,很少見,僅作科普使用;
顧名思義,只有一片LCOS面板,是通過快速旋轉(zhuǎn)的色輪將白光分成循序的紅、藍(lán)、綠光,并與驅(qū)動(dòng)式產(chǎn)生的紅、綠、藍(lán)色畫面同步,形成分色影像,由于人眼視覺暫留的特性,最終就看到了連續(xù)的彩色畫面;
由于只有一塊面板,且分光、合光系統(tǒng)較為簡(jiǎn)單,所以成本偏低;但是白光經(jīng)過偏極化后,亮度會(huì)明顯降低,僅為之前的1/3;且由于LCOS面板需要在紅、藍(lán)、綠畫面快速切換下合成影像,所以對(duì)面板的反應(yīng)速度要求更高,生產(chǎn)難度也會(huì)增加;
