LCOS投影技術原理

    我們知道，當前的投影市場上最常見的是LCD和DLP顯示技術，相比于日臻成熟的這兩種投影技術，號稱要在將來超越DLP和LCD成為投影技術"王者"的LCOS還是一門新的技術。LCOS將CMOS半導體基板與LCD技術相結合，就技術面來看，它具有高解析度、高亮度的特性，加上產品結構簡單，亦具低成本潛力，是一種極具發展前景的新興技術。而經過這些年的發展，LCOS投影還是取得了長足的進步，正逐漸走向成熟。

    LCOS（Liquid Crystal on Silicon）技術屬于新型的反射式micro LCD投影技術，其結構是在矽晶圓上長電晶體，利用半導體制程制作驅動面板，在電晶體上透過研磨技術磨平，并鍍上鋁當作反射鏡，形成CMOS基板，然后將CMOS基板與含有ITO透明電極之上玻璃基板貼合，再抽入液晶，進行封裝測試。像素電極同時也作為反射鏡，像素的尺寸一般可以做的很小約為7～20μm，開口率高達96％，對于百萬像素的高分辨率的基板的大小還不到一英寸。

    其基本顯影原理與LCD相仿，主要是由投影燈泡發光，集光至面板，將面板的影像經反射或透射投射出影像，再經過分光、合光系統，最后將影像投射到屏幕顯像。它擁有LCD投影色彩鮮艷的優點，又擁有反射式投影光線利用率高，亮度和對比度較高的長處，被業內人士寄予厚望，之前一直被應用在數字影院、宇航的模擬飛行室投射、3D的建模等領域，這些年才開始向民用領域發展。

    LCOS面板介紹

    LCOS面板結構類似于TFT LCD，由上下二層基板組成，并在中間散步Spacer并隔絕之，再填充液晶于基板間形成光閥，然后由電路的開關以推動液晶分子的旋轉，這樣就可以決定畫面的明與暗。LCOS面板的上基板是ITO導電玻璃（或者是AZO導電透明薄膜），下基板是則矽晶圓CMOS基板。其下基板的材質是單晶矽，可以擁有良好的電子移動率，而且單晶矽可形成較細的線路，這也就使得LCOS相比于LCD或DLP更容易形成高解析度的影像。

    LCOS光學引擎架構

    LCOS光學引擎架構大體可以分為單片式和高階三片式兩種：

    單片式光學引擎以快速旋轉的ColorSwitch為基礎，將白光分解成紅、藍、綠光，并將這三原色光與驅動程式產生的紅、藍、綠畫面，同步形成分色影像，再藉由人眼視覺暫留的特性，最后在人腦產生彩色的投影畫面。其優點就是面板僅需一片，分光、合光的系統架構比較簡單，更容易控制生產成本，而且光學引擎的空間也相對較小。然而白光經由其偏極化后，光源僅為先前的1/3，亮度明顯降低，也就使得它在與三片式引擎的長期競爭中敗下陣來。

    不同于低階的單片引擎，三片式LCOS引擎能利用一個分光器和偏振過濾器將光分為紅、藍、綠三種基本色，然后將三種光分別投射到一個LCOS微型顯示器上，然后經過反射后，再經由一個Colour Cube將光重新合成。可以實現更高的光學效率，又具備提供高畫質的本領，更有利于LCOS向專業方向發展。

LCOS投影技術特色

    LCOS是一種反射型的液晶顯示面板，是在傳統的LCD基礎上發展起來的，開口率更高，能夠輕松實現無縫連接的圖像顯示。與DLP技術相比，它在在亮度、色彩層次感、色彩還原能力、色差調節和數字化自由度等方面更具優勢，能很好地實現真正的高顯示分辨率。

    相比于LCD技術，LCOS可以更好地減少屏幕抖動、提高影像的穩定性，而且在無機陣列層次上也更勝一籌，總結起來，新興的LCOS技術具有以下幾點優勢：

    高解析度

    LCOS投影技術最大的特色便在于此，其面板的下基板采用矽晶圓CMOS基板，材質則是單晶矽，可以擁有良好的電子移動率，而且單晶矽可形成較細的線路，因此比較容易達成高解析度的面板。

    開口率高

    不同于LCD技術，LCOS利用半導體技術在多晶硅上制作象素CMOS有源驅動電路和存儲電容，導致開口率提升，進而使得圖像畫面沒有像素感，畫面邊緣更加自然。

    超高亮度

    LCOS實際上是反射式顯示技術，不會像HTPS LCD光學引擎會因為光線穿透面板而大幅降低光利用率，因此光利率率可提高至40%，與穿透式的HTPS LCD的3%相較，可減少耗電，并可產生較高的亮度。另外由于是反射式結構，其渡越時間大大減少，顯示畫面延時和DLP技術基本相同，響應速度比LCD快了不少。

    不易灼傷

    還是緣于其采用的反射式顯示技術，這就可以避免LCD面板由于光源長時間的照射溫升，而導致面板局部灼傷的問題。

    體積更小

    LCOS技術可以將驅動IC等外圍線路完全整合至CMOS基板上，用于減少外圍IC以及引線的數目，進而降低了封裝成本，更使得面板體積大大縮小。

    成本較低

    LCOS光學引擎產品零件簡單，籠統的說只需要上下兩片基片便可，單晶硅基板上的CMOS點陣取代多晶硅TFT點陣。相比于日系愛普生、索尼把持的LCD面板和德州儀器獨掌的DLP面板，LCOS面板較低的生產成本也是該技術的一大優勢。

LCOS技術發展歷史

    早在上世紀九十年代，應用LCOS技術首批成型產品是由Aurora Systems公司成功推出。在問世初期，LCOS技術被普遍看好，進入1995年，便有諸多廠商開始研發自己的LCOS技術，JVC公司就很快開發出名為D-ILA的LCOS專利技術。到了01年，LCOS廠商已擴至JVC、索尼、日立、三洋、3M、飛利浦、三星等9家企業，而我國臺灣也繼LCD之后掀起了LCOS技術的生產熱潮。

    可到了2004年，在進軍LCOS的征途中，就像LCOS芯片設計廠商MicroDisplay的首席執行官桑迪普所說的，許多廠商都倒下了。而就在一年前，英特爾還宣布要用LCOS產品給IT產業帶來一場革命，宣稱采用英特爾 LCOS技術的電視機將在04年年底上市銷售。這一預期卻使得英特爾顯得狼狽不堪，在多次推遲后，最終于10月份宣布放棄LCOS產品。

    與此同時，試圖將LCOS技術投入商業化生產的大公司諸如飛利浦、惠普、東芝和英特爾等都將這一計劃擱置了起來。主要是因為，它們都無法將LCOS產品達到原定的價格和性能指標，無法完成大批量生產。

    雖說其發展陷入了低谷，而且一度面臨崩盤，不過還是有一些廠商并未完全放手此領域。像索尼、JVC以及臺灣的IT企業就在步履維艱中堅持了下來，下大力研發背投產品，并將LCOS顯示技術成功應用在高端家庭影院級投影產品上。

    到了2006年，索尼和JVC的LCOS產品就在北美市場取得戰略性成功，進入07年，索尼、JVC和佳能等日系廠商開始將LCOS產品導入中國市場，以示創為首的幾大臺灣企業也開始重操舊業，這多少讓業界對LCOS重拾信心。

    成立于上世紀90年代的示創位于臺灣新竹科學園區內，自創立以來，示創一直堅持將技術創新作為自身生存的基礎。在投影機產業上，示創公司也堅持從核心技術做起，這也是其堅持自主研發LCOS顯示芯片的原因。經過數年時間的努力，示創建立起了自身完整的產業鏈，而應用LCOS顯示芯片的HD-900全高清投影機也是一款定位于家庭應用的高端產品，一經上市也就憑借其優秀的品質獲得業內廣泛的贊譽。

LCOS的發展現狀及前景

    經歷了前段時間的低潮期，當下的LCOS投影產業雖說已經有了飛速、長足的進步，可作為一種新興投影技術，LCOS面板的生產良率仍然偏低，面板供應還不穩定，這也是其在現階段相對于LCD和DLP仍處在弱勢地位的原因。

    雖然LCOS面板技術具有極大的潛力（在解析度上優于LCD及DLP技術），可它在重量控制、生產良率等方面尚顯不足，仍然不具成本優勢，因此目前LCOS在前投影機產品中較不具競爭力。在現階段，LCOS的應用還是以背投電視為主，這是因為背投電視的體積本就很大，對畫質的要求也更高，再加上LCOS的耗電量遠遠低于PDP等電視，這都使得應用了LCOS的背投電視所占市場份額逐步增長。

    在LCOS投影領域，最為成熟的是索尼（SXRD）和JVC（DILA），特別是索尼，這兩年一直有新產品推出（索尼VPL-VW系列），而且其產品都已經進入批量生產和銷售，價格也趨于主流，從它們身上我們似乎感覺到LCOS技術前途；佳能也有好幾款能拿的出手的LCOS投影，包括近期上市的SX80；而日立的產品則主要是面向工程應用領域，離LCOS主流的家用市場還有一定距離。

    由于LCOS投影技術尚未成熟，臺灣業者此時介入，也使得其在LCOS面板供應上占有一席之地成為可能，以示創為代表的臺灣廠商希望以上下游合作的方式整合彼此的研發資源，以便更好地解決LCOS關鍵技術的研發。

    當然，LCOS面臨的最緊迫的問題就是盡快解決生產工藝和批量生產的問題，然后盡快讓其價格進入主流區域。特別是這兩年，隨著3LCD和DLP技術的成熟，LCOS高光效率和高亮度的優勢已經不是那么的明顯。而超高分辨率這一絕對優勢則是那兩者無法比擬的，JVC和索尼都已經推出了使用LCOS技術的4K（4096*2016）分辨率的產品，3LCD和DLP技術還無法實現這樣的分辨率。

    此外，由于LCOS面板尺寸小、解析度高、耗電量低，可用于取代LCD在便攜式投影產品上廣泛應用，如果能將這一優勢利用好了，再解決了批量生產的問題，并將成本低的優勢展現出來，LCOS的前景還是比較光明的。

LCOS投影機代表：示創cinetronHD-900

    代表機型介紹

    示創cinetron HD-900

    示創HD-900上市于今年上半年，是市場難得一見的擁有自己民族特色技術的投影產品，這是因為該機所采用的LCOS芯片、光機系統、鏡頭等都是示創自主研發的技術，這與示創科技長期以來堅持的市場策略是分不開的，它的面市并取得不錯的業績也為我們國產投影品牌的發展指明了新的方向。

    該機采用三片式LCOS顯示技術，擁有三片式0.7英寸LCOS顯示芯片，相比于常見的3LCD技術擁有更高的光利用率、開口率，比之單片式DLP投影則克服了彩虹效應、高噪點、色彩不柔和等缺點，而且還不牽扯到DLP和3LCD的專利的問題。

    由于采用了先進的投影芯片，該機能提供1920x1080的標準分辨率，擁有1000流明的標稱亮度和業界極高的30000：1的動態對比度，能很好的展示頂級1080p全高清影像效果。HD-900還應用了高品質的HQV影像處理技術，這也為機器為用戶提供具有好萊塢品質的影像提供堅實的基礎，更為先進的是該機所采用的還The Phantom of the Poera HQV Realta芯片，會比普通的HQV芯片在運算、噪點抑制以及畫面平滑控制能力有較大的提升。

    示創HD-900投影機還應用了自主開發的優秀光學鏡頭，采用全電動操作、包括15片13組鏡片、3片ED低色散鏡片、16片圓形虹膜步進調節光圈，在確保色彩純正、細節豐富以及畫面表現準確、鮮艷、銳利的同時，還使得鏡頭的變焦、對焦調節更為方便，綜合品質如此優秀的鏡頭搭配可以說是不常見的。

    該機的菜單設計相當簡便，用戶能將常見的選項置于一級菜單中，并能通過遙控器進行快捷操作，對色溫、Gamma、細節、抑噪、色彩空間、光圈等眾多選項進行調整；在接口方面，該機還能提供HDMI、Component、Composite、S-Video、D-sub等豐富接口，能方便用戶連接其它播放設備。

    在外觀設計上，HD-900投影機所采用的是全金屬外殼，黑白的經典搭配則透著東方的韻味，鏡頭內嵌則顯示了東方人內斂的特性，工整的造型、犀利的線條來向消費者展示它的大氣。整體看去是張弛有度，很好的展示我們的中華民族的特色。

索尼系列家用機全面轉向LCOS技術

    前兩年，索尼公司就試圖用自己特色的SXRD（LCOS技術）打開國內的高端投影市場，相應的機型主要包括VPL-VW100/VW50和上市于今年初的VPL-VW200/VW60/VW40，它們都是定位于高端家用市場的頂級高清家庭影院投影機。VPL-VW200則是其中最高的品階，相比于其前輩VW100，該機最大的變化是其核心SXRD芯片已經更新為支持240Hz驅動/120FPS的新品種，面板像素間隔非常小，色彩處理能力出眾。

    索尼VPL-VW200采用3片式第三代0.61型SXRD面板，可以提供1080p的全高清標準分辨率和1000流明的亮度，使得顯示圖像更加明亮和細膩。由于采用了ADVANCED IRIS技術，可使動態對比度高達35000：1，且又裝載了高畫質DRC-MF Version 2電路，使其能完全對應超高清晰視頻的投影。

    另外，VPL-VW200投影機還配備了"動態光圈"，可以針對每個不同的圖像進行精細的調整來控制圖像的明暗度，輕松投射出清晰亮麗的畫面。除了兩組自動調節模式外，動態光圈系統還提供了一組手動調節模式，在展現黑暗場景的豐富細節的同時還能有效提升畫面層次感。而氙氣光源能散發出接近陽光特征的自然光亮，與傳統UHP燈泡相比，索尼VPL-VW200的燈泡能展現真實自然的色彩，多用于影院系統的電影成像中。

    下半年，索尼又借奧運東風在市場上投放了四款專業劇院級投影--SRX-R105/S105、SRX-R110/S110，同樣都采用了SXRD特色顯示技術。

    其中的SRX-R105投影機搭載了3片1.55英寸SXRD顯示面板，液晶單元間隙超薄，并采用了無"間隔"的結構使得機器不會分散和反射光線，可以讓機器對色彩的隨時變化做出迅捷的反應，使投影機顯示移動圖像效果更加流暢。

    索尼SRX-R105投影機采用雙燈系統，可提供可靠、靈活、高效的光源，每個氙燈功率為1000W，可以5000流明的亮度和1500：1的動態對比度，標準分辨率也是業界最高的，達到4K級的4096×2160，這是傳統投影產品無法比擬的。

    該機還擁有彩色空間轉換功能，可幫助使用者方便地對投影機的色彩空間進行調節，既可以符合數字HDTV演播室色彩空間的標準，更能夠利用氙燈光譜的優勢，因此投影畫面的色彩空間在短時間內調整至最佳狀態；除此之外，R105還可以支持多畫面顯示，能提供單屏模式、雙屏模式和四屏模式顯示模式，在四屏模式顯示中，4個全高清2K圖像可以同時展現，您可以想想，那將是怎樣的震撼力。

JVC新一代家庭影院投影機及佳能商務機

    JVC新一代DLA-HD750/HD350家庭影院投影機 

    日本勝利公司(JVC)在不久前推出的全高清投影DLA-HD750/HD350，它們應用了JVC自主研發的D-ILA技術（LCOS技術），主要面向家庭、大型娛樂場所，和獲得TIPA 2008年度歐洲最佳專業數碼投影儀殊榮的HD100一樣，它們都屬于高端的旗艦級1080P投影機。

    JVC DLA-HD750投影機采用了最新的0.7英寸1920×1080像素D-ILA面板，Full HD D-ILA驅動面板在搭載了改進的光學引擎的同時，還可以提供不可思議的50000：1原生對比度，配合900流明的標稱亮度，可以保證投影畫面足夠清晰、亮麗。由于采用了"線柵極"偏振光板，該機可以大幅度降低在投放黑色畫面時透鏡光漏現象，有效改善對比度性能。DLA-HD750還能有效改善色彩表現，以匹配其真正的黑電平，擴大了色域空間，以確保再生的顏色也更加自然、生動，特別是紅色的還原性。該機還通過了THX認證，可以使用戶在家庭影院環境里都能夠獲得精確的高品質影像。

    JVC DLA-HD750投影機搭載了電動2倍大變焦光學變焦鏡頭，在3米左右距離就可以投射出100英寸的大畫面，并可以支持上下80%、左右34%范圍內的移動修正；該機還能通過屏幕顯示使得手動調整伽瑪曲線參數成為可能，允許觀眾調整投影機亮度水平，增加場景反差(黑暗或曝光的場景)，達到精確的亮度電平以適應個人喜好。

    佳能SX80引領LCOS技術進入商務領域

    和JVC公司一樣，佳能一直都是LCOS技術的忠實擁護者，最新研發的SX80就應用了最新研發的0.55英寸LCOS面板，而且它是世界上最小的SXGA+面板之一，無論投射動態影像還是靜態數據內容，該LCOS面板均能生成無縫隙、無柵格，更清晰，明亮的影像。

    這款SX80能提供3000流明的標稱亮度和2000：1的對比度，標準分辨率則是1400×1050，而佳能開發的AISYS光學系統則可以與LCOS技術完美結合，成功地將LCOS面板集成在小型商務投影機中，擺脫了傳統LCOS投影機的笨重形象。在保持便攜設計的前提下，該光學系統達到對光源的精確控制，全面提高了畫面亮度和色彩表現能力。

    佳能 SX80投影機還搭載了一款高分辨率、低失真的新型投影鏡頭，能抑制圖像失真并將圖像邊緣失真降至最低，能大幅提高高細節影像的還原精度；而大比例的偏移則可以保持圖像底部邊緣的位置，使得投射的影像底邊與鏡頭光軸完全匹配；此外，多臺佳能SX80還可以通過網絡進行集中控制，因為該機內置了網絡接口，能方便用戶組建和管理大規模系統。