LCOS显示技术的基本原理和特性.doc

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1、ＬＣＯＳ显示技术的基本原理和特性2003-4-18    直视式大屏幕电视和显示器尚未大量投放市场，使投影显示发展活跃起来，其中ＬＣＯＳ(LiquidCrystalonSilicon)反射式投影显示刚刚迸人市场，引起业界的重视。因为ＬＣＯＳ技术借硅基ＣＭＯＳ集成电路技术，在单晶硅片上ＣＭＯＳ阵列取代a一SiＴＦＴＬＣＤ中玻璃基板上a一SiＴＦＴ阵列，相比之下前者生产技术更成熟，还有单晶硅迁移率远高于a一Si迁移率，因此不仅适合于高密度、高分辨率、高开口率显示，而且可以周边驱动电路集成一体，甚至可以集成信息处埋系统。但ＬＣＯＳ微型显示通过光学系统放大图像几十到几百倍，带来液晶显示技术的新问

2、题。本文介绍ＬＣＯＳ基本结构、光学系统、ＬＣＯＳ应用.    今后ＬＣＯＳ主要将应用于数字化ＨＤＴＶ。据统计预测，该领域2000年产值为5亿美元，到2004年产值将达到23亿美元，年增长率为46.5％,是一种快速成长的新型显示系统。    二、ＬＣＯＳ简介    2．1ＬＣＯＳ面板架构    ＬＣＯＳ（LiquidCrystalonSilicon）属于新型的反射式ＭＩＣＲＯＬＣＤ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

3、，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。        图１ＬＣＯＳ面板结构图    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

4、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。    2．2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（ＰｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎＢｅａｍＳｐｌｉｔｅｒ；ＰＢＳ），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（ＰＢＳ）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

5、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ＤｉｃｈｒｏｉｃＭｉｒｒｏｒ（双色镜）后分成Ｒ

6、、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（ＤｉｃｈｒｏｉｃＰｒｉｓｍ）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（ＣＲＴ）投影技术、高温多晶硅液晶（Ｐｌｏｙ－ＳｉＬＣＤ）穿透式投影技术、ＤＭＤ（ＤｉｇｉｔａｌＭｉｃｒｏｍｉｒｒｏｒＤｅｖｉｃｅ）数据光学处理（ＤＬＰ；ＤｉｇｉｔａｌＬｉｇｈｔＰｒｏｊｅｃｔｏｒ）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。        图2ＬＣＯＳ投影系统结构    另外还有一种离轴光学投

7、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。        图3离轴光学投影系统结构示图    2．3ＬＣＯＳ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。    体积小：ＬＣＯＳ可将驱