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LCOS(Liquid Crystal on Silicon)属于新型的反射式micro LCD投影技术,它采用涂有液晶硅的CMOS集成电路芯片作为反射式LCD的基片。用先进工艺磨平后镀上铝当作反射镜,形成CMOS基板,然后将CMOS基板与含有透明电极之上的玻璃基板相贴合,再注入液晶封装而成。LCOS将控制电路放置于显示装置的后面,可以提高透光率,从而达到更大的光输出和更高的分辨率。 
 
1、 LCOS 面板架构
LCOS(Liquid Crystal on Silicon)属于新型的反射式 MICRO LCD投影技术,其结构是在硅片上,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,再注入液晶,进行封装测试。见图 1。在单晶硅片上集成CMOS和存贮电容器的阵列,通过开孔把漏电极和像素电极连结,像素电极用铝做成反射电极。为防止强光照射沟道,加一层金属档光层。另一侧基板是ITO电极的玻璃板。液晶层盒厚爱像素尺寸限制,一般盒厚取几微米。LC0S前投影放大倍数大,显示区内不能用控制盒厚的隔垫物,或者盒厚取小于2微米,可用隔垫物。
 
LCOS投影机的基本原理与LCD投影机相似,只是LCOS投影机是利用LCOS面板来调变由光源发射出来欲投影至屏幕的光信号,与LCD投影机最大的不同是LCD投影机是利用光源穿过LCD作调变,属于穿透式,而LCOS投影机中是利用反射的架构,所以光源发射出来的光并不会穿透LCOS面板,属于反射式。LCOS面板是以CMOS芯片为电路基板及反射层,然后再涂布液晶层后,以玻璃平板封装。
 
2、 投影显示系统架构
LCOS面板是以CMOS芯片为电路基板,因此无法让光线直接穿过,其分光合光系统设计和LCD投影机有些不同,通常需要在分光合光系统中利用偏极化分光镜,将入射LCOS面板的光束与反射后的光束分开。
 
(a)偏极化分光镜的功能:
 
PBS是由两个45度等腰直角棱镜底边粘合的而成的棱镜,当非线性偏极化光入射PBS时,PBS会反射入射光的S偏光(垂直入射线平面),并且让P偏光(平行入射线平面)通过。
 
(b)主要结构:
 
图2是LCOS投影结构系统,用金属卤化物灯(亮度6000流明以上)或氖灯(亮度60000流明),用抛物面反射镜过滤紫外光和红外光,再用冷反射镜过滤红外光,通过聚焦透镜和复眼透镜得到均匀的平行光,然后分色镜分光,再通过PBS得到偏振光,通过LCOS反射进行合成并通过变焦透镜投影到屏幕。LCOS投影机与LCD投影机的主要结构在导光及分光合光部分的设计大同小异,只是在LCOS投影机系统中,LCOS面板前均多加了PBS。
 
由光源所发出的光经由双色镜后分成R、G、B三色光,此三色光分别通过各自的PBS后,会反射S偏光进入LCOS面板,当液晶显示为亮态时,S偏光将改变成P偏光,最后以双色棱镜组合调变过的三道偏极光,投射至屏幕处得到影像。
 
简单来说,LCOS是直接与显像管投影技术、高温多晶硅液晶穿透式投影技术、DMD数据光学处理反射式技术相关。这三项技术已发展成熟,故LCOS可成为投影显示技术的新主流。
 
另外还有一种离轴光学投影系统。入射光和反射光分开,不用PBS。而用偏振膜,对比度高,但体积稍微大一些。具体结构见图3。
 
3、LCOS技术特性
与穿透式HTPS-LCD及DLP相比,LCOS具有下列优势:
 
光利用效率高:LCOS与LCD投影显示器类似,主要的差别就是LCOS属反射式成像,所以光利用效率可达40%以上,与DLP相当,而穿透式LCD仅有3-10%而已。
 
体积?。篖COS可将驱动IC等外围线路完全整合至CMOS基板上,减少外围IC的数目及封装成本,并使体积缩小。
 
分辨率高: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,不像穿透式LCD的TFT及导线皆占用开口面积,故理论上LCOS不论分辨率或开口率都会比穿透式LCD高。分辨率普遍达到SXGA等级(1280& TI mes;1024)
 
制造技术较成熟:LCOS的制作可分为前道的半导体CMOS制造及后道的液晶面板贴合封装制造。前道的半导体CMOS制造已有成熟的设计、仿真、制作及测试技术,所以目前良率已可达90%以上,成本极为低廉;至于后道的液晶面板贴合封装制造,虽然据说目前的良率只有30%,但由于液晶面板制造已发展得相当成熟,理论上其良率提升速率应远高于DMD芯片,所以LCOS应比DLP更有机会取代穿透式HTPS-LCD成为投影显示技术的主流。
 
此外,LCOS还有一项优点,就是HTPS-LCD目前是SONY及SEIKO EPSON拥有专利权,DLP则是 TI 的独家专利,而LCOS则无专利权的问题。现在台湾的工研院光电所也已成功开发出LCOS,并正在申请专利中。由于台湾的半导体产业基础雄厚,Aurora及Kopin就曾委托台湾的联电及联友光电代工LCOS,所以台湾业界一直寄希望发展LCOS技术做为其发展投影产品的最佳选择。
 
目前LCOS市场定位在大屏幕投影显示产品及HMD(Head Mount Device)上。目前业界普遍认可:在显示器市场20“以下以LCD为主流,PDP可应用于30”- 60“产品,但价格昂贵,投影显示器适用于30”- 60“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。
 
LCOS可视为LCD的一种,传统的LCD是做在玻璃基板上,但LCOS则是长在硅晶圆上。和LCOS的相对比的产品,最常用在投影机上的高温多晶硅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,并可随半导体工艺流程快速的微细化,易于提高解析度。          http://www.www.westernuunion.com/

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