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新興LCOS投影技術
 更新時間:2008-5-6 11:25:38  ( 編輯:隨云 )   

內容導航:

LCoS的技術特點


  2.LCoS的技術特點

  LCoS的結構是在硅片上利用半導體工藝制作驅動面板(亦稱CMOS-LCD),然后在單晶硅片上通過研磨磨平,并鍍上鋁(Al)作為反射鏡,形成了CMOS基板,再將CMOS基板與涂有透明電極的上玻璃基板粘合,并注入液晶,進行封裝而成。LCoS的結構特點決定了其與常規LCD有著眾多的不同點,具有一些LCD及任何其他顯示器所無法比擬的技術特點。

  2.1智能型顯示器件

  由于LCoS屬于一種將液晶顯示器件(LCD)與大規模集成電路(LSIC)制成一體的顯示器件,甚至還可將信息處理系統集為一體,故使顯示器件自身具有了某些智能功能,可將其稱為智能型顯示器件。智能型顯示器與性能最先進的芯片相結合,不僅能處理極其復雜的運算,而且還能擁有與PC相類似的多種功能。不是PC勝似PC,故智能型顯示器將不再是電腦的外圍設備而逐漸上升為主流設備,與電腦平起平坐。

  LCD與LSIC是一對孿生兄弟。LCD的輕、薄、小、微(是指功耗)的特點使顯示器件的信息顯示實現了個人化,而個人化的最終結果為LSIC提供了寬闊的市場發展前景。20世紀70年代,以個人計算器的興起為標志,LCD與LSIC相互促進、飛速發展,逐步形成了全球的最大產業。90年代,LCD又與LSIC再度結合,實現了便攜式電腦(PC)的飛速發展。

  LCD與LSIC這一對雙胞胎相互依存、相生相促。LCD離開了LSIC,其輕、薄、小、微的特點便無法實現,假如LSIC不能將其大量而豐富并及時處理的信息利用LCD及時而簡便并準確地展示給人們的視覺,亦大大地埋沒其性能。它們必須結合為一體方能充分發揮出作用。但遺憾的是,長期以來它們都是兩個不同的產品。

  LCoS最終將它們結合成一個產品了,LSIC使LCD增加了智能的功能,LCD使LSIC的智能功能更直接地展示給人們的視覺。

  2.2外部引線少、連接簡單及整機裝配簡便

  普通的LCD有大量密集的外部引線,如一個1024×768像素點陣的LCD便有2592條外部引線,給整機裝配帶來了諸多不便,而LCoS由于是將LCD制于單晶硅片上,LCD的行、列引出線皆通過半導體工藝在硅片內與IC相連接,故留在外部的僅有數條數據控制線、時序線及電源線等?衫猛ㄓ眠B接端口與前級電路相連接,頗為簡便。

  2.3體積更小、外觀更精巧及成本更低廉

  普通的LCD在制造過程中需在玻璃基板上進行光刻,制成像素。通常將像素制至0.28mm已屬不易,因在每個像素上還需制出一個有源器件。但LCoS的像素是制在單晶硅片上,硅片采用LSIC的工藝進行加工,可將象像制至4µm以下。故在一個僅零點數英寸的硅片上可制成1024×768像素,甚至1920×1240像素點陣密度的顯示產品。顯示的信息量密度增大了,而體積卻減少了(達0.35~0.5英寸),材料費及成本自然便會大幅度地降低。LCoS可將驅動IC等外部電路完全制于CMOS基板上,減少外部IC的數量及封裝成本,并使體積減小。目前試產的LCoS顯示屏的成本僅50美元。2.2㎝/1280×1024像素點陣的LCoS芯片價格才150美元,較相同分辨率的LCD和數字微鏡(DMD)低得多,將來還會有更大的降價空間。

  2.4像素開口率高、分辨率

  LCoS解決了普通TFT-LCD像素開口率不高的技術難題。像素開口率是指顯示像素上有效顯示面積所占的比例大小。普通的TFT-LCD需在每個像素面積內劃出一個區域來制成場效應三極管和電容,由于普通的TFT-LCD是在玻璃基板非晶硅膜層上制成的,非晶硅或多晶硅層上制作場效應管時,由于非晶硅或多晶硅的電子遷移率低,故場效應管等有源器件所占的面積較大,而LCoS采用單晶硅,其電子遷移率較非晶硅或多晶硅高得多,所以其面積可制成很小,因而其開口率可很高,達96%以上。

  由于LCoS的晶體管及驅動電路皆制于單晶硅基板內,位于反射面之下,并不占用表面面積,故僅有像素間隙才占用開口面積,不像透射式LCD的TFT及導線皆占用開口面積,所以理論上無論是分辨率還是開口率,LCoS都較透射式LCD高。由于LCoS采用半導體方式來控制分辨率,故分辨率很高,通常達到SXGA等級(1280×1024像素),較高的分辨率又導致較小的畫面像素,使畫質逼真自然。高解析度可隨半導體制造過程快速實現微細化,易于提高解析度,尤其適用于便攜式咨詢設備。迄今,它的制造工藝技術已日臻成熟。

  2.5光利用率高

  LCoS可提高光的利用率。它與LCD投影顯示器相類似,主要差別在于LCoS屬反射式成象,故光利用率可達40%以上,與數字光處理(DLP)相當,而透射式LCD僅有3~10%而已。眾所周知,LCD屬于被動式顯示器件,*調制外界環境光來實現顯示的,普通的LCD在前后各裝有一片偏光膜,LCD便是*調制偏振光的開關通斷來實現顯示的。偏光膜是*吸收光來產生偏光的,故制成的LCD透光率很低,普通的TFT-LCD透光率僅百分之幾,因此,為顯示清晰,在TFT-LCD的背后需裝上一個較強的背光源。該背光源頗耗電,從而將TFT-LCD微功耗的特點喪失貽盡。
 
  LCoS的背基板采用單晶硅基片,故LCoS大多制成反射式。硅片像素上又鍍有光學反光膜,可將光全部反射出,從而大部分入射光皆能被利用。LCoS的反射式成像光效高,不僅節電,符合綠色環保需求,而且還能給便攜式IT產品提供高清晰度的大屏面。如手機、掌上電腦(PDA)等便攜式產品上網一大障礙便是屏幕太小、分辨率不高,若采用近視器結構便可解決這一問題。

  用普通的TFT-LCD制成的透射式投影電視與用LCoS制成的反射式投影電視相比,用LCoS制成的反射式投影電視僅需1/5功耗的光源,便可獲得普通透射式TFT-LCD投影電視亮數倍的顯示效果。一個400W光源的LCoS反射式背透型74英寸高清晰度電視(HDTV)的亮度可優于CRT的亮度。這是目前其他任何投影電視所無法達到的水平。

  2.6顯示方式多樣化

  由于LCoS的屏幕尺寸很小,故在實現顯示時必須采用光學系統進行放大。常用的方式有:

 。1) 投影放大式:可采用前投影顯示方式,亦可采用背投影顯示方式;

 。2) 直視型放大式:通常大多采用單目式;

  (3) 虛像放大式:有單目式和雙目式兩種,還可細分為割取外影式和疊加外景式。

  將其用作電視時,通常皆采用投影放大方式?芍瞥54~100英寸的HDTV,售價不會超過1萬元,質量低于10㎏。當然亦可將其制成背投式電腦終端的顯示器。

  借助一個光學系統進行放大,可將圖像投射至一個適當大的屏幕上,用于移動通信或可視電話,亦可按虛像放大式制成單目或雙目眼罩式的隨身看顯示裝置,使顯示圖像在人的眼前形成一個放大的虛擬圖像。

  2.7易于實現彩色化

  通常,LCD的彩色化是采用微彩色膜方式,即將三個子像素制成紅、綠、藍三基色子像素,合成一個全色象素。這是一種空間混色法,占用了大量的像素空間,降低了分辨率。而LCoS則自身是黑白的,采用紅、綠、藍三基色光反復循環地照射,借助時間混色實現彩色顯示之目的。由于LCoS的響應速度可達μs級,故此種實現彩色方法完全切實可行,而且大大地降低顯示器件的成本,提高了顯示的分辨率。

  2.8投資少、利于大批量生產

  LCoS的最大優勢是可采用應用最為廣泛且最價廉的CMOS制造工藝,無需額外增加投資,并可隨半導體工藝流程的快速化與細微化,易于提高其分辨率。一條TFT-LCD生產線,由于需在玻璃基板上生成非晶硅或多晶硅,還需有制成微彩色膜等特殊而獨特的工藝,故投資頗大,通常需數億至十幾億美元,建廠周期長、回收慢。而LCoS的產品結構決定了其無需單獨對全程生產線進行投資,它可分別投資在半導體廠和液晶廠,其中半導體廠對工藝要求較低。而對液晶廠僅需投資定向、封盒、灌注及模塊等幾個工序即可。生產時可分別由半導體集成電路廠和液晶廠生產即可。故投資額度大為減少。

  由于半導體工藝流程速度快、產量大,液晶封盒、灌注工序少,因而生產批量大、效率高,再加上LCoS所用的材料少,其相對投資額自然要少得多。


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