硅基液晶

编辑:诬蔑网互动百科 时间:2019-11-15 10:02:22
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LCOS(Liquid Crystal on Silicon),即液晶附硅,也叫硅基液晶,是一种基于反射模式,尺寸非常小的矩阵液晶显示装置。这种矩阵采用CMOS技术在硅芯片上加工制作而成。
中文名
硅基液晶
外文名
Liquid Crystal On Silicon
简    称
LCOS
类    型
一种新型的反射式微液晶投影技术

硅基液晶概述

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  硅基液晶(Liquid Crystal On Silicon,LCOS
一种新型的反射式微液晶投影技术,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。
LCOS也可视为LCD的一种,传统的 LCD是做在玻璃基板上,LCOS则是做在硅晶圆上。前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,而且它的最大优势是可利广泛使用、便宜的CMOS制作技术来生产,毋需额外的投资,并可随半导体制程快速的微细化,逐步提高解析度。反观高温多晶硅LCD则需要单独投资设备,而且属于特殊制程,成本不易降低。LCOS面板的结构有些类似TFT LCD,一样是在上下二层基板中间分布Spacer以加以隔绝后,再填充液晶于基板间形成光阀,藉由电路的开关以推动液晶分子的旋转,以决定画面的明与暗。LCOS面板的上基板是ITO导电玻璃,下基板是涂有液晶硅的CMOS基板,LCOS面板最大的特色在于下基板的材质是单晶硅,因此拥有良好的电子移动率,而且单晶硅可形成较细的线路,因此与现有的LCD及DLP投影面板相比较,LCOS是一种很容易达到高解析度的新型投影技术。

硅基液晶工作原理

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LCoS电视机产生画面需要经过若干步骤。这一过程涉及到一个高强度灯泡、布置在一个立方体中的一系列反光镜和微型器件、一个棱镜和一个投影透镜。下面介绍在整个过程中都发生了什么事情:
LCoS的工作原理 LCoS的工作原理
【在LCoS投影系统中,灯泡发出的光从微型器件中反射出来,并最终通过透镜进行投射。】
  1. 灯泡产生一束白光。
  2. 光束穿过一个聚光透镜(负责聚焦和对准光线)。它还会穿过一个滤光器(只允许可见光通过),这样可以使其他元件免受损害。
  3. 通过以下两种方式之一,这束白光被分解成了红色、绿色和蓝色光:
  1. 光束穿过一个偏振光束分光器(PBS),它把光分解为三个光束,这些光束分别穿过增加红色、绿色和蓝色的滤光器。
  2. 光束穿过一系列分色镜,这些分色镜能够反射某些波长的光线而允许其余光线穿过。例如,分色镜可以把红光从白光中分离出去,留下蓝光和绿光,而另一面分色镜可以再把绿光分离出来,只留下蓝光。
  4. 刚刚产生的彩色光束同时与三个LCoS微型器件之一相接触——它们分别对应红光、绿光和蓝光。在下一节,我们将介绍这些器件。
  5. 这些微型器件反射出来的光线穿过一个棱镜,这个棱镜能够将这些光线组合在一起。
  6. 然后,棱镜把光线(它们产生了一个全色影像)投射到一个投影透镜中,这个透镜再把影像放大并显示到屏幕上。
  大多数背投LCoS电视机都采用该过程。有些投影系统采用线性装置而不是立方体装置,并且白光在到达微型器件前,会先穿过将其染成红色、绿色和蓝色的表面。极少数系统只采用一个微型器件,并且采用其他方式进行染色。例如,DLP系统中的色轮和LCoS微型器件本身上的透射染色。有些系统还使用额外的起偏镜或滤光器来进一步改善画质和对比度。
  如果没有投射透镜,那么在此过程中产生的画面会因为太小而看不清。这就是LCoS技术被归类于上海狼微型显示器(如果没有某种放大装置,产生的画面将因为太小而看不清)的原因。[1] 

硅基液晶微型器件

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LCoS微型器件把液晶层放在一个透明的薄膜晶体管(TFT)和一个硅半导体之间,
LCoS LCoS
而不是像LCD那样把液晶放在两片极化面板之间。这个半导体具有能够反射光线的、失真的表面。由灯泡发出的光透过一个偏振滤光器投射到微型器件上,而液晶起着像门或阀那样的作用,控制到达反射面的光线的数量。特定像素的晶体接收到的电压越高,该晶体允许通过的光线也就越多。完成整个过程需要若干层不同的材质。
下面从下到上介绍了LCoS微型器件的组成部分及其功能:
  • 印刷电路板(PCB):将指令和电流从电视机传输到微型器件
  • 硅(芯片或传感器):使用来自电视机像素驱动程序的数据来控制液晶,通常为每个像素使用一个晶体管
  • 反射涂层:反射光线以产生画面
  • 液晶:控制到达或离开反射涂层的光线的数量
  • 对准层使液晶能够正确对准,从而能够精确地校准光线
  • 透明电极:与硅和液晶一起组成完整的电路
  • 玻盖保护和密封整个系统
确切的材料和构造因制造商的不同而有所区别。有些微型器件使用向列液晶,有些则使用铁电液晶。有些使用有机对准层,他们会随着使用时间的延长和高强度曝光而分解。有些使用光敏材料和光线来控制到达液晶的脉冲。
LCoS原理 LCoS原理
一般来说,LCoS设备的像素间只有非常小的间隙。像素间距——两个相同颜色像素之间的水平距离——为8至20微米(10-6)。这可以减小或消除在一些DLP电视机上出现的“纱门”效应,从而有助于使影像保持平滑和均匀。
该系统通常可以产生精美的画面,但是它仍然存在一些优点和缺点。[2] 

硅基液晶特点

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  LCoS微型器件的物理特性,例如没有色轮和以及具有很高的填充系数,通常使其能够产生优质画面,
索尼SXRD电视机 索尼SXRD电视机
并且最大限度地减少了非自然信号。LCoS的像素也比其他系统的像素更为平滑,用一些人的说法就是产生了更自然的画面。DLP电视机中常见的彩虹效应和纱门效应在LCoS中已经得到完美解决。并且与LCD系统不同的是,它们不易烧伤荧光屏。
  但是,大多数LCoS系统不具有很好的黑电平或者产生黑色的能力。一般来说,黑电平低劣的电视机不能像其他电视机那样产生很好的对比度和更多的细节。另外,由于LCoS电视机和投影机使用三片而不是一片微型器件,它们通常也比较笨重和庞大。大多数还需要定期更换灯泡,而这可能花费数百美元。
  另外,LCoS系统并不像其他显示器类型那样常见,原因在于LCoS微型器件难以制造,而且每台电视机还需要3个这样的器件。包括英特尔在内的多家公司都尝试过制造LCoS系统,但最终都因为产量一直很低而放弃了努力。[3] 

硅基液晶其他用途

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除了在电视机和投影机中运用以外,LCoS还有其他一些用途。例如,一些数码相机取景器使用LCoS显示器。该技术将来可能应用在以下方面:
  ·近眼式查看系统,包括头置式显示器
  ·光束操纵
  ·显微投影机
  ·全息投影和存储[3] 
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参考资料
词条标签:
科技产品 科学