新型背投电视中的LCoS技术

　　电子显示技术作为信息技术的一个重要部分，应用十分广泛。近年来，由于微电子技术、光电显示技术的迅速发展,新型显示器件不断出现，当前电子显示技术的发展主要体现出三大趋势：
　　大屏幕化和微型化；
　　高清晰度；
　　数字化

　　另一方面，由于HDTV(High Definition TV)技术的发展，也对电视显示器提出了新的要求：大屏幕、高清晰度、多媒体输入是未来显示器所必须具备的。

　　投影技术概述

　　投影技术自从走上历史舞台，就以惊人的速度不断成长，各项技术指标得到大大改善，不断有新型投影技术推出。图1是一般的投影电视系统的结构示意图。从图1我们可以看到，投影电视系统一般是由以下几部分构成：
电子分系统(Controller)；
图像引擎(Image Engine)；
光源(Light Source)；
光学系统(包括反射镜)；
屏幕(Screen)。

　　其中，电子分系统的主要作用是对视频信号(图像数据)进行处理然后提供给图像引擎，一般都是针对特定的微型显示器(LCD、LCoS等)所开发的。在电子分系统中，经常使用复杂的ASIC来完成以下功能：数据变换、伽玛校正、提供必需的同步信号和时钟信号等。图像引擎用来显示电子子系统提供的图像，在光源的照射和光学系统的作用下，将图像引擎显示的图像投射到大屏幕上，从而完成整个投影的过程。

　　投影电视的发展历史

　　我国是进行投影技术的研究开发较早的国家之一，早在20世纪60年代，我国已经开始进行黑白投影电视机的开发。到20世纪80年代，我国又着手开发彩色投影机。80年代后期，全国投影机联合攻关组研制成功40英寸CRT背投式投影机。90年代初，开始研制液晶投影机，1994年试机成功，1995年由原电子工业部鉴定，原国家科委验收。

　　最早的投影机是传统的CRT投影机。从20世纪90年代初期，由于液晶技术的发展，人们开始研究穿透式液晶投影机并很快得到了市场的追捧，形成了投影显示的第二代技术。近三年来，由于新技术的不断出现，使人们对未来投影技术和超大屏幕显示充满了期望。这些新技术包括LTP_TFT(低温多晶硅TFT)技术，LCoS(Liquid-Crystal-on-Silicon，液态晶硅)技术和DLP(Digital Light Processing，数字光处理)等。它们的出现，给相对稳定的投影市场带来了巨大的冲击，不单传统的CRT投影机，即便是刚刚占据市场主流的穿透式液晶投影机也感受到了强大的压力。这些新技术代表了第三代投影技术的发展水平。如果用一句话来描述当前的投影市场，可以这样说：CRT将逐步退出历史舞台，LCD正占据主流，而LCoS和DLP将会成为未来的希望。

　　投影电视的分类按照不同的标准，投影电视可以划分为不同的种类：
按照图像引擎的不同，投影系统可以分为CRT投影、穿透式LCD投影、LCoS投影、DLP投影等。

　　按照输入信号的不同，可以分为数字投影机和模拟投影机。顾名思义，数字投影机输入的是数字的视频信号，而模拟投影机输入的是模拟视频信号。

　　按照投影电视系统的结构，可以划分为正投影和背投影。正投影系统的投影机和电视观众位于屏幕的同一侧；而背投影系统的投影机与电视观众分别位于屏幕的前后两侧。

　　LCoS背投的优势

　　由于背投影显示技术的优势，现在，有关背投影技术的研究成为当今显示领域的热点，而其中非常引人注目的技术，是LCoS背投影技术。现在应用于背投影的主要显示技术象LCD(穿透式液晶)、DLP(其核心是DMD：Digital Micromirror Device，TI专利)及LCoS可以说都引起了业界的研究热潮，其中LCoS技术具有它自身特有的优势。图2是LcoS器件结构截面图。

　　1、 高分辨率： 由于LCoS的晶体管及驱动线路都制作于硅基板内，位于反射面之下，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。分辨率普遍达到或超过SXGA等级(1280×1024)

　　2、 高光利用效率： LCoS与LCD投影显示类似，主要的差别就是LCoS属反射式成像，所以光利用效率至少可达４０％以上，与DLP相当。而穿透式LCD在前后各有一片偏光膜，穿透式LCD就是靠调制偏振光的开关通断完成显示的。偏光片是靠光吸收产生偏光的，所以穿透式LCD光透过率很低，仅有３~10%而已。

　　3、 低功耗：由于穿透式LCD的光利用效率很低，为了显示清晰，液晶显示器件背后要装置一个较强的背光源。这个背光源很耗电，抹杀了液晶显示低功耗的特点，而LCoS器件的光利用效率很高，大部分入射光都能够被利用。用LCoS制作的投影电视只用1/5功耗的光源即可得到比普通穿透式LCD投影电视亮几倍的效果。

　　4、 较成熟的制造技术： LCoS的制作可分为前段的半导体CMOS制造及后段的液晶面板贴合封装制造。前段的半导体CMOS制造过程已有成熟的设计、仿真、制作及测试技术，所以目前产品优良率已可达９０％以上，成本极为低廉；至于后段加玻璃基板，抽入液晶，并加以切割、封装的部份，目前的产品优良率只有３０％。但由于液晶面板制造已发展得相当成熟，理论上其产品优良率提升速率远高于DMD芯片，所以LCoS应比DLP更有机会取代穿透式LCD成为投影显示技术的主流。

　　此外，LCoS还有一项优点：HTPS-LCD目前是由SONY及SEIKO EPSON拥有专利权，DLP则是TI的独家专利，而LCoS则不存在专利权的问题。目前国内外有不少单位正在进行LCoS芯片的研究开发工作，为LCoS背投的大发展奠定了基础。

　　国内外LCoS背投影技术最新研究动态

　　目前LCoS的发展集中在美英两地，包括Three-Five(光学引擎)、Aurora(原S-Vision，开发LCoS芯片的著名公司)、Micropix、Microdisplay、Kopin、Displaytech、Spatialight及香港的Varitronix等公司。
从International CES(国际消费类电子大展)2001和2002各厂家的参展产品情况，可以发现LCoS投影产品是各厂家的研究热点之一，是未来显示领域的主力军。

　　美国RCA在CES 2001上推出了L50000，这是一款LCOS 背投HDTV。 屏幕尺寸50英寸，屏宽比为16:9，它采用三片LCoS，分辨率可以达到1280×720，兼容多媒体输入，能够很好的处理720p HDTV信号。 L50000重量不超过100磅，厚度仅有18英寸，而CRT RPTV一般都在250磅左右，厚度至少为26英寸。L50000的售价大概在6000和8000美元之间。

　　Philips已经开发成功一种采用LCoS技术的大屏幕背投影电视系统，单片式(使用Philips独特的Scrolling-Color结构，拥有独家专利)，画面尺寸64英寸，清晰度相当于1280×1024(SXGA)电脑显示器。Philips宣布，2002年会把使用LCOS技术生产的背投及投影系列产品全面推向市场。
国外其他很多大的电子公司，如JVC、SONY等也都在进行LCoS应用于投影特别是背投影电视技术的研究，并相继推出了自己的LCoS背投电视产品。

　　国内企业对于LCoS背投电视的关注、研究和生产，要相对滞后于国外同行，目前仅有深圳创维、上海华源等少数企业已经推出了自己的LCoS背投电视产品，华源集团去年宣布试制成功61英寸LCoS背投电视，可接播数字电视、DVD和电脑。日前创维显示技术公司推出了采用LCoS技术的43英寸液晶背投彩电。它采用0.72英寸三片式LCOS，分辨率达1024×768。兼容计算机信号。随着国内对LCoS技术认识的深入和LCoS技术在背投电视产品中应用优势的体现，相信LCoS背投电视在国内将得到更快的发展。 　　

　　结语

　　伴随着HDTV的发展，HDTV的全面播出已经成为必然的趋势，这也给背投影电视技术提供了很好的发展机遇。如前所述，HDTV要求电视显示器向大屏幕、高分辨率、多媒体输入甚至互动的方向发展，背投影技术在这些方面拥有得天独厚的优势。除了LCoS，背投领域的研究热点还有DLP，现在两者可以说是分庭抗礼，各有千秋。但由于DLP的成本劣势明显，目前很难进入普通消费者家庭。

　　当然，LCoS也不是十全十美。首先，正是因为没有专利权的限制，每个业者所开发的LCoS，各有专用的ASIC、光学引擎等，零组件和生产各自为阵，无法标准化，因此很难达到量产的经济规模，部份业者因无法提出全套的解决方案，致使产品无法顺利推出而面临财务危机。另外在性能方面，对比度只有300~500:1，比DLP等其它技术差，同时在黑色的再现性上亦不理想。当然日本的JVC所提供的运用他们独有的D-ILA技术的LCoS面板，在黑色的再现性上表现突出，已经使用在高档家庭影院上，据称其分辨率已达QXGA(2048x1536)的水平。

　　如果能够尽快解决标准化的问题，实现规模生产，尽快将质优价廉的LCoS背投电视产品投向市场，一旦形成成熟的产业链，其优良的性能和低廉的成本是其它产品无法与之竞争的。这样，LCoS背投影电视可能将成为HDTV发展的主要方向，LCoS应用产品及其大屏幕显示产品将会越来越多。

　　HDTV的发展推动着新型显示器的诞生与成熟，而新型显示器的诞生与成熟又使HDTV能够更早的实现。可以说现在是背投影显示器最好的发展机遇，而LCoS背投作为新型显示器件具备大屏幕、高亮度、高分辨率、高反应速度、省电等诸多优势，其应用产品被广大消费者和业内人士看好，如果能够解决前面所述的标准化等问题，可以说LCoS背投电视产品的市场潜力是无限的。