在大屏幕HDTV設(shè)計中采用LCoS顯示技術(shù)

硅基液晶(LCoS)顯示技術(shù)能實現(xiàn)更高的對比度和亮度，且像素尺寸小，隨著配套光學(xué)器件和電路技術(shù)的成熟且成本進(jìn)一步降低，LCoS顯示技術(shù)已經(jīng)成為大屏幕HDTV最具發(fā)展的顯示技術(shù)之一。本文詳細(xì)介紹了LCoS技術(shù)原理及特點，并介紹了最新的LCoSGenⅡ技術(shù)現(xiàn)狀。

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

LCoS技術(shù)性價比的提高、輔助技術(shù)和元件的發(fā)展，以及數(shù)字電視市場需求的增長等多種因素使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)制造出首個投影顯示系統(tǒng)樣機以來，低成本、高性能的追求目標(biāo)已經(jīng)促成了針對很多顯示應(yīng)用的開發(fā)項目。目前，LCoS器件設(shè)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(tǒng)的設(shè)計和性能上也取得了顯著提升，所需要的光學(xué)元件，如弧光燈、光照系統(tǒng)、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(shù)字TV所需的視頻處理芯片，以及用于支持?jǐn)?shù)字電視格式以及編碼和傳輸標(biāo)準(zhǔn)的調(diào)諧器、解調(diào)器和解碼器。

LCoS系統(tǒng)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(dāng)經(jīng)過光學(xué)放大后，這種顯示器能夠提供數(shù)據(jù)和視頻應(yīng)用的高質(zhì)量大畫面顯示?；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?yán)肅MOS工藝制作在硅芯片上，LCoS利用硅技術(shù)的先進(jìn)特性實現(xiàn)了越來越小的尺寸，在相同尺寸上可以實現(xiàn)更高像素(更高分辨率)，提高了系統(tǒng)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像素的分辨率，顯示器的尺寸還是很小，通常對角線長度小于一英寸。有源矩陣電路提供一個介于每個像素電極和一個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。像素電極還作為一個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(jié)構(gòu)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，不會阻擋光路(這是一種“屏蔽門”效應(yīng)，一般出現(xiàn)在多晶硅投影系統(tǒng)上);這種結(jié)構(gòu)使得LCoS微顯示器更加容易擴(kuò)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現(xiàn)更多像素。將LCoS器件與獨特的光學(xué)系統(tǒng)結(jié)合可以形成用于高清晰電視的顯示器。光學(xué)系統(tǒng)用極化光照射LCoS器件，將紅、綠和藍(lán)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(zhuǎn)換根據(jù)施加到每個像素電極上的電壓對極化光調(diào)制。反射的圖像與入射光分離并放大，然后投射到屏幕上。光兩次穿過液晶，由于液晶開關(guān)時間更快，將能更好再現(xiàn)運動圖像。

圖1所示為LCoS器件的橫截面和基本的光路示意圖,器件的硅背板采用標(biāo)準(zhǔn)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(diào)整了入射S極化光的極化。反射光(已經(jīng)通過電光轉(zhuǎn)換到P極化)部分經(jīng)過極化光束分離器(PBS)投影到屏幕上,或在后視應(yīng)用中投射到觀眾的視網(wǎng)膜。