LCOS显示技术的基本原理和特性(精)

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 SiTFT LCD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、今后LCOS主要将应用于数字化HDTV。据统计预测，该领域为 5 亿美元，到 2004 年产值将达到 23 亿美元，年增长率为 46.5 %,是

2、一种快速成长的新 型显示系统。二、LCOS简介2.1LCOS面板架构LCOS(Liquid Crystal on Silicon)属于新型的反射式MICRO LCD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，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

3、，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。LCOS面板结构圈高分辨率、高开口率显示,而且可以周边驱动电路集成一体,光学系统放大图像几十到几百倍,构、光学系统、LCOS应用甚至可以集成信息处埋系统。带来液晶显示技术的新问题。但LCOS微型显示通过本文介绍LCOS基本结2000 年产值CMOS疇板图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

4、投影机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(Polarization Beam Spliter; PBS),将入射LCOS面 板的光束与反射后的光束分开。AL Reflector（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，PB

5、S会反射入射光的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 PBSW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、G、B

6、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（P loy-SiLCD）穿透式投影技术、DMD （Digital Micromirr or Device）数据光学处理（DLP;Digital Light Proje ctor）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影系统。入射光和反射光

7、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。Cuk*r ftcoMiibimr图 3 离轴光学投影系统结构示图舷化分光*ftB変色惶临光盼灯渣- *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可将驱动IC等外围线路完全整合至CMOS基板上，减少外围IC的数目及封装成本，并使体积缩小。分辨率高：由于LCOS的晶体管及驱动线路都制作于硅基板内，位于

8、反射面之下，不占表面面积，所以仅有像素间隙占用开口面积，不像穿透式LCD的TFT及导线皆占用开口面积，故理论上LCOS不论分辨率或开口率都会比穿透式LCD高。分辨率普遍达到SXGA等级(12 8 0 X 1 0 2 4 )制造技术较成熟：LCOS的制作可分为前道的半导体CMOS制造及后道的液晶面板贴合封装制造。 前道的半导体CMOS制造已有成熟的设计、仿真、制作及测试技术，所以目前良率已可达9 0%以上， 成本极为低廉；至于后道的液晶面板贴合封装制造， 虽然据说目前的良率只有3 0%,但由于液晶面板制造已发展得相当成熟，理论上其良率提升速率应远高于DMD芯片， 所以LCOS应比DLP更有机会取

9、代穿透式HTPS LCD成为投影显示技术的主流。此外，LCOS还有一项优点， 就是HTPSLCD目前是SONY及SEI KO EPSON拥有专利权，DLP则是TI的独家专利，而LCOS则无专利权的问 题。现在台湾的工研院光电所也已成功开发出LCOS,并正在申请专利中。由于台湾的半导体产业基础雄厚，Aurora及Kopin就曾委托台湾的联电及联友光电代工L COS，所以台湾业界一直寄希望发展LCOS技术做为其发展投影产品的最佳选择。目前LCOS市场定位在大屏幕投影显示产品及HMD(HeadMountDevice)上。目前业界普遍认可：在显示器市场20以下以LCD为主流，PDP可应用于3 0 6 0产品，但价格昂贵，投影显示器适用于3 06 0以上的产品，具有解析度高，价格适中等优势。LCOS投影显示技术则是落于上述投影显示器市 场；另外亦可作为直视元件，应用在HMD中。LCOS可视为LCD的一种， 传统的LCD是做在玻璃基板上， 但LCOS则 是长在硅晶圆上。和LCOS的相对比的产品，