LCoS技術(shù)原理

LCoS解決方案已經(jīng)對亞洲地區的HDTV開(kāi)發(fā)產(chǎn)生很大的影響,亞洲領(lǐng)先的代工廠(chǎng)已大量投資于LCoS工藝和設備,積極參與到該技術(shù)的開(kāi)發(fā)和應用,這些代工廠(chǎng)包括臺灣地區的UMC和TSMC(臺聯(lián)電和臺積電)以及上海中芯國際(SMIC)。LCoS受到亞洲代工廠(chǎng)青睞部分是因為該技術(shù)相對于其它競爭技術(shù)的開(kāi)放性,如德州儀器的數字光處理技術(shù)(DLP)、索尼和愛(ài)普生高溫多晶硅技術(shù)。

LCoS技術(shù)性?xún)r(jià)比的提高、輔助技術(shù)和元件的發(fā)展,以及數字電視市場(chǎng)需求的增長(cháng)等多種因素使LCoS技術(shù)成為大屏幕HDTV最具發(fā)展前景的顯示技術(shù)之一。目前很多公司都宣布投資于這種顯示技術(shù),如飛利浦和英特爾公司。

LCoS技術(shù)原理

自從采用LCoS微顯技術(shù)制造出首個(gè)投影顯示系統樣機以來(lái),低成本、高性能的追求目標已經(jīng)促成了針對很多顯示應用的開(kāi)發(fā)項目。目前,LCoS器件設計、性能和制造上已經(jīng)取得了很多重大進(jìn)展,光學(xué)色彩和極化管理系統的設計和性能上也取得了顯著(zhù)提升,所需要的光學(xué)元件,如弧光燈、光照系統、棱鏡、涂層、背投屏幕和投影鏡頭都大大地提高了性能,并降低成本。此外,業(yè)界還推出了成熟的圖像縮放、去隔行掃描、幀頻變換等數字TV所需的視頻處理芯片,以及用于支持數字電視格式以及編碼和傳輸標準的調諧器、解調器和解碼器。

LCoS系統所用微型顯示器是只有拇指頭大小的高分辨率液晶顯示器,當經(jīng)過(guò)光學(xué)放大后,這種顯示器能夠提供數據和視頻應用的高質(zhì)量大畫(huà)面顯示?；贚CoS的微顯示器是有源矩陣液晶顯示器,該器件工作于反射模式。有源矩陣利用CMOS工藝制作在硅芯片上,LCoS利用硅技術(shù)的先進(jìn)特性實(shí)現了越來(lái)越小的尺寸,在相同尺寸上可以實(shí)現更高像素(更高分辨率),提高了系統性能。

由于像素大小在7到20微米之間,因此即使具有上百萬(wàn)像素的分辨率,顯示器的尺寸還是很小,通常對角線(xiàn)長(cháng)度小于一英寸。有源矩陣電路提供一個(gè)介于每個(gè)像素電極和一個(gè)公共透明電極之間的電壓,后者由一薄層液晶與像素電極隔開(kāi)。像素電極還作為一個(gè)非常平整的高反射鏡面?？刂茍D像形成的電子電路制作在硅芯片上。這種單元結構具有下列優(yōu)勢:它使圖像像素減少,因為電路是在像素后面,不會(huì )阻擋光路(這是一種“屏蔽門(mén)”效應,一般出現在多晶硅投影系統上)；這種結構使得LCoS微顯示器更加容易擴展到更高的分辨率,因為像素可以做得更小,可以在較小的芯片上實(shí)現更多像素。將LCoS器件與獨特的光學(xué)系統結合可以形成用于高清晰電視的顯示器。光學(xué)系統用極化光照射LCoS器件,將紅、綠和藍三色光分離并最后組成全彩圖像,并投影到屏幕上。極化光入射到LCoS器件上,液晶光電轉換根據施加到每個(gè)像素電極上的電壓對極化光調制。反射的圖像與入射光分離并放大,然后投射到屏幕上。光兩次穿過(guò)液晶,由于液晶開(kāi)關(guān)時(shí)間更快,將能更好再現運動(dòng)圖像。

圖1所示為L(cháng)CoS器件的橫截面和基本的光路示意圖,器件的硅背板采用標準的CMOS工藝,然后采用了若干微顯示器獨有的處理步驟。有源矩陣施加到單鏡電極和公共ITO電極之間的電壓調整了入射S極化光的極化。反射光(已經(jīng)通過(guò)電光轉換到P極化)部