逐渐成熟 LCOS投影技术发展之路及代表机型分析

LCOS投影技术原理

    我们知道，当前的投影市场上最常见的是LCD和DLP显示技术，相比于日臻成熟的这两种投影技术，号称要在将来超越DLP和LCD成为投影技术"王者"的LCOS还是一门新的技术。LCOS将CMOS半导体基板与LCD技术相结合，就技术面来看，它具有高解析度、高亮度的特性，加上产品结构简单，亦具低成本潜力，是一种极具发展前景的新兴技术。而经过这些年的发展，LCOS投影还是取得了长足的进步，正逐渐走向成熟。

    LCOS（Liquid Crystal on Silicon）技术属于新型的反射式micro LCD投影技术，其结构是在矽晶圆上长电晶体，利用半导体制程制作驱动面板，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ITO透明电极之上玻璃基板贴合，再抽入液晶，进行封装测试。像素电极同时也作为反射镜，像素的尺寸一般可以做的很小约为7～20μm，开口率高达96％，对于百万像素的高分辨率的基板的大小还不到一英寸。

    其基本显影原理与LCD相仿，主要是由投影灯泡发光，集光至面板，将面板的影像经反射或透射投射出影像，再经过分光、合光系统，最后将影像投射到屏幕显像。它拥有LCD投影色彩鲜艳的优点，又拥有反射式投影光线利用率高，亮度和对比度较高的长处，被业内人士寄予厚望，之前一直被应用在数字影院、宇航的模拟飞行室投射、3D的建模等领域，这些年才开始向民用领域发展。

    LCOS面板介绍

    LCOS面板结构类似于TFT LCD，由上下二层基板组成，并在中间散步Spacer并隔绝之，再填充液晶于基板间形成光阀，然后由电路的开关以推动液晶分子的旋转，这样就可以决定画面的明与暗。LCOS面板的上基板是ITO导电玻璃（或者是AZO导电透明薄膜），下基板是则矽晶圆CMOS基板。其下基板的材质是单晶矽，可以拥有良好的电子移动率，而且单晶矽可形成较细的线路，这也就使得LCOS相比于LCD或DLP更容易形成高解析度的影像。

    LCOS光学引擎架构

    LCOS光学引擎架构大体可以分为单片式和高阶三片式两种：

    单片式光学引擎以快速旋转的ColorSwitch为基础，将白光分解成红、蓝、绿光，并将这三原色光与驱动程式产生的红、蓝、绿画面，同步形成分色影像，再藉由人眼视觉暂留的特性，最后在人脑产生彩色的投影画面。其优点就是面板仅需一片，分光、合光的系统架构比较简单，更容易控制生产成本，而且光学引擎的空间也相对较小。然而白光经由其偏极化后，光源仅为先前的1/3，亮度明显降低，也就使得它在与三片式引擎的长期竞争中败下阵来。

    不同于低阶的单片引擎，三片式LCOS引擎能利用一个分光器和偏振过滤器将光分为红、蓝、绿三种基本色，然后将三种光分别投射到一个LCOS微型显示器上，然后经过反射后，再经由一个Colour Cube将光重新合成。可以实现更高的光学效率，又具备提供高画质的本领，更有利于LCOS向专业方向发展。

LCOS投影技术特色

    LCOS是一种反射型的液晶显示面板，是在传统的LCD基础上发展起来的，开口率更高，能够轻松实现无缝连接的图像显示。与DLP技术相比，它在在亮度、色彩层次感、色彩还原能力、色差调节和数字化自由度等方面更具优势，能很好地实现真正的高显示分辨率。

    相比于LCD技术，LCOS可以更好地减少屏幕抖动、提高影像的稳定性，而且在无机阵列层次上也更胜一筹，总结起来，新兴的LCOS技术具有以下几点优势：

    高解析度

    LCOS投影技术最大的特色便在于此，其面板的下基板采用矽晶圆CMOS基板，材质则是单晶矽，可以拥有良好的电子移动率，而且单晶矽可形成较细的线路，因此比较容易达成高解析度的面板。

    开口率高

    不同于LCD技术，LCOS利用半导体技术在多晶硅上制作象素CMOS有源驱动电路和存储电容，导致开口率提升，进而使得图像画面没有像素感，画面边缘更加自然。

    超高亮度

    LCOS实际上是反射式显示技术，不会像HTPS LCD光学引擎会因为光线穿透面板而大幅降低光利用率，因此光利率率可提高至40%，与穿透式的HTPS LCD的3%相较，可减少耗电，并可产生较高的亮度。另外由于是反射式结构，其渡越时间大大减少，显示画面延时和DLP技术基本相同，响应速度比LCD快了不少。

    不易灼伤

    还是缘于其采用的反射式显示技术，这就可以避免LCD面板由于光源长时间的照射温升，而导致面板局部灼伤的问题。

    体积更小

    LCOS技术可以将驱动IC等外围线路完全整合至CMOS基板上，用于减少外围IC以及引线的数目，进而降低了封装成本，更使得面板体积大大缩小。

    成本较低

    LCOS光学引擎产品零件简单，笼统的说只需要上下两片基片便可，单晶硅基板上的CMOS点阵取代多晶硅TFT点阵。相比于日系爱普生、索尼把持的LCD面板和德州仪器独掌的DLP面板，LCOS面板较低的生产成本也是该技术的一大优势。

LCOS技术发展历史

    早在上世纪九十年代，应用LCOS技术首批成型产品是由Aurora Systems公司成功推出。在问世初期，LCOS技术被普遍看好，进入1995年，便有诸多厂商开始研发自己的LCOS技术，JVC公司就很快开发出名为D-ILA的LCOS专利技术。到了01年，LCOS厂商已扩至JVC、索尼、日立、三洋、3M、飞利浦、三星等9家企业，而我国台湾也继LCD之后掀起了LCOS技术的生产热潮。

    可到了2004年，在进军LCOS的征途中，就像LCOS芯片设计厂商MicroDisplay的首席执行官桑迪普所说的，许多厂商都倒下了。而就在一年前，英特尔还宣布要用LCOS产品给IT产业带来一场革命，宣称采用英特尔 LCOS技术的电视机将在04年年底上市销售。这一预期却使得英特尔显得狼狈不堪，在多次推迟后，最终于10月份宣布放弃LCOS产品。

    与此同时，试图将LCOS技术投入商业化生产的大公司诸如飞利浦、惠普、东芝和英特尔等都将这一计划搁置了起来。主要是因为，它们都无法将LCOS产品达到原定的价格和性能指标，无法完成大批量生产。

    虽说其发展陷入了低谷，而且一度面临崩盘，不过还是有一些厂商并未完全放手此领域。像索尼、JVC以及台湾的IT企业就在步履维艰中坚持了下来，下大力研发背投产品，并将LCOS显示技术成功应用在高端家庭影院级投影产品上。

    到了2006年，索尼和JVC的LCOS产品就在北美市场取得战略性成功，进入07年，索尼、JVC和佳能等日系厂商开始将LCOS产品导入中国市场，以示创为首的几大台湾企业也开始重操旧业，这多少让业界对LCOS重拾信心。

    成立于上世纪90年代的示创位于台湾新竹科学园区内，自创立以来，示创一直坚持将技术创新作为自身生存的基础。在投影机产业上，示创公司也坚持从核心技术做起，这也是其坚持自主研发LCOS显示芯片的原因。经过数年时间的努力，示创建立起了自身完整的产业链，而应用LCOS显示芯片的HD-900全高清投影机也是一款定位于家庭应用的高端产品，一经上市也就凭借其优秀的品质获得业内广泛的赞誉。

LCOS的发展现状及前景

    经历了前段时间的低潮期，当下的LCOS投影产业虽说已经有了飞速、长足的进步，可作为一种新兴投影技术，LCOS面板的生产良率仍然偏低，面板供应还不稳定，这也是其在现阶段相对于LCD和DLP仍处在弱势地位的原因。

    虽然LCOS面板技术具有极大的潜力（在解析度上优于LCD及DLP技术），可它在重量控制、生产良率等方面尚显不足，仍然不具成本优势，因此目前LCOS在前投影机产品中较不具竞争力。在现阶段，LCOS的应用还是以背投电视为主，这是因为背投电视的体积本就很大，对画质的要求也更高，再加上LCOS的耗电量远远低于PDP等电视，这都使得应用了LCOS的背投电视所占市场份额逐步增长。

    在LCOS投影领域，最为成熟的是索尼（SXRD）和JVC（DILA），特别是索尼，这两年一直有新产品推出（索尼VPL-VW系列），而且其产品都已经进入批量生产和销售，价格也趋于主流，从它们身上我们似乎感觉到LCOS技术前途；佳能也有好几款能拿的出手的LCOS投影，包括近期上市的SX80；而日立的产品则主要是面向工程应用领域，离LCOS主流的家用市场还有一定距离。

    由于LCOS投影技术尚未成熟，台湾业者此时介入，也使得其在LCOS面板供应上占有一席之地成为可能，以示创为代表的台湾厂商希望以上下游合作的方式整合彼此的研发资源，以便更好地解决LCOS关键技术的研发。

    当然，LCOS面临的最紧迫的问题就是尽快解决生产工艺和批量生产的问题，然后尽快让其价格进入主流区域。特别是这两年，随着3LCD和DLP技术的成熟，LCOS高光效率和高亮度的优势已经不是那么的明显。而超高分辨率这一绝对优势则是那两者无法比拟的，JVC和索尼都已经推出了使用LCOS技术的4K（4096*2016）分辨率的产品，3LCD和DLP技术还无法实现这样的分辨率。

    此外，由于LCOS面板尺寸小、解析度高、耗电量低，可用于取代LCD在便携式投影产品上广泛应用，如果能将这一优势利用好了，再解决了批量生产的问题，并将成本低的优势展现出来，LCOS的前景还是比较光明的。

LCOS投影机代表：示创cinetronHD-900

    代表机型介绍

    示创cinetron HD-900

    示创HD-900上市于今年上半年，是市场难得一见的拥有自己民族特色技术的投影产品，这是因为该机所采用的LCOS芯片、光机系统、镜头等都是示创自主研发的技术，这与示创科技长期以来坚持的市场策略是分不开的，它的面市并取得不错的业绩也为我们国产投影品牌的发展指明了新的方向。

    该机采用三片式LCOS显示技术，拥有三片式0.7英寸LCOS显示芯片，相比于常见的3LCD技术拥有更高的光利用率、开口率，比之单片式DLP投影则克服了彩虹效应、高噪点、色彩不柔和等缺点，而且还不牵扯到DLP和3LCD的专利的问题。

    由于采用了先进的投影芯片，该机能提供1920x1080的标准分辨率，拥有1000流明的标称亮度和业界极高的30000：1的动态对比度，能很好的展示顶级1080p全高清影像效果。HD-900还应用了高品质的HQV影像处理技术，这也为机器为用户提供具有好莱坞品质的影像提供坚实的基础，更为先进的是该机所采用的还The Phantom of the Poera HQV Realta芯片，会比普通的HQV芯片在运算、噪点抑制以及画面平滑控制能力有较大的提升。

    示创HD-900投影机还应用了自主开发的优秀光学镜头，采用全电动操作、包括15片13组镜片、3片ED低色散镜片、16片圆形虹膜步进调节光圈，在确保色彩纯正、细节丰富以及画面表现准确、鲜艳、锐利的同时，还使得镜头的变焦、对焦调节更为方便，综合品质如此优秀的镜头搭配可以说是不常见的。

    该机的菜单设计相当简便，用户能将常见的选项置于一级菜单中，并能通过遥控器进行快捷操作，对色温、Gamma、细节、抑噪、色彩空间、光圈等众多选项进行调整；在接口方面，该机还能提供HDMI、Component、Composite、S-Video、D-sub等丰富接口，能方便用户连接其它播放设备。

    在外观设计上，HD-900投影机所采用的是全金属外壳，黑白的经典搭配则透着东方的韵味，镜头内嵌则显示了东方人内敛的特性，工整的造型、犀利的线条来向消费者展示它的大气。整体看去是张弛有度，很好的展示我们的中华民族的特色。

索尼系列家用机全面转向LCOS技术

    前两年，索尼公司就试图用自己特色的SXRD（LCOS技术）打开国内的高端投影市场，相应的机型主要包括VPL-VW100/VW50和上市于今年初的VPL-VW200/VW60/VW40，它们都是定位于高端家用市场的顶级高清家庭影院投影机。VPL-VW200则是其中最高的品阶，相比于其前辈VW100，该机最大的变化是其核心SXRD芯片已经更新为支持240Hz驱动/120FPS的新品种，面板像素间隔非常小，色彩处理能力出众。

    索尼VPL-VW200采用3片式第三代0.61型SXRD面板，可以提供1080p的全高清标准分辨率和1000流明的亮度，使得显示图像更加明亮和细腻。由于采用了ADVANCED IRIS技术，可使动态对比度高达35000：1，且又装载了高画质DRC-MF Version 2电路，使其能完全对应超高清晰视频的投影。

    另外，VPL-VW200投影机还配备了"动态光圈"，可以针对每个不同的图像进行精细的调整来控制图像的明暗度，轻松投射出清晰亮丽的画面。除了两组自动调节模式外，动态光圈系统还提供了一组手动调节模式，在展现黑暗场景的丰富细节的同时还能有效提升画面层次感。而氙气光源能散发出接近阳光特征的自然光亮，与传统UHP灯泡相比，索尼VPL-VW200的灯泡能展现真实自然的色彩，多用于影院系统的电影成像中。

    下半年，索尼又借奥运东风在市场上投放了四款专业剧院级投影--SRX-R105/S105、SRX-R110/S110，同样都采用了SXRD特色显示技术。

    其中的SRX-R105投影机搭载了3片1.55英寸SXRD显示面板，液晶单元间隙超薄，并采用了无"间隔"的结构使得机器不会分散和反射光线，可以让机器对色彩的随时变化做出迅捷的反应，使投影机显示移动图像效果更加流畅。

    索尼SRX-R105投影机采用双灯系统，可提供可靠、灵活、高效的光源，每个氙灯功率为1000W，可以5000流明的亮度和1500：1的动态对比度，标准分辨率也是业界最高的，达到4K级的4096×2160，这是传统投影产品无法比拟的。

    该机还拥有彩色空间转换功能，可帮助使用者方便地对投影机的色彩空间进行调节，既可以符合数字HDTV演播室色彩空间的标准，更能够利用氙灯光谱的优势，因此投影画面的色彩空间在短时间内调整至最佳状态；除此之外，R105还可以支持多画面显示，能提供单屏模式、双屏模式和四屏模式显示模式，在四屏模式显示中，4个全高清2K图像可以同时展现，您可以想想，那将是怎样的震撼力。

JVC新一代家庭影院投影机及佳能商务机

    JVC新一代DLA-HD750/HD350家庭影院投影机 

    日本胜利公司(JVC)在不久前推出的全高清投影DLA-HD750/HD350，它们应用了JVC自主研发的D-ILA技术（LCOS技术），主要面向家庭、大型娱乐场所，和获得TIPA 2008年度欧洲最佳专业数码投影仪殊荣的HD100一样，它们都属于高端的旗舰级1080P投影机。

    JVC DLA-HD750投影机采用了最新的0.7英寸1920×1080像素D-ILA面板，Full HD D-ILA驱动面板在搭载了改进的光学引擎的同时，还可以提供不可思议的50000：1原生对比度，配合900流明的标称亮度，可以保证投影画面足够清晰、亮丽。由于采用了"线栅极"偏振光板，该机可以大幅度降低在投放黑色画面时透镜光漏现象，有效改善对比度性能。DLA-HD750还能有效改善色彩表现，以匹配其真正的黑电平，扩大了色域空间，以确保再生的颜色也更加自然、生动，特别是红色的还原性。该机还通过了THX认证，可以使用户在家庭影院环境里都能够获得精确的高品质影像。

    JVC DLA-HD750投影机搭载了电动2倍大变焦光学变焦镜头，在3米左右距离就可以投射出100英寸的大画面，并可以支持上下80%、左右34%范围内的移动修正；该机还能通过屏幕显示使得手动调整伽玛曲线参数成为可能，允许观众调整投影机亮度水平，增加场景反差(黑暗或曝光的场景)，达到精确的亮度电平以适应个人喜好。

    佳能SX80引领LCOS技术进入商务领域

    和JVC公司一样，佳能一直都是LCOS技术的忠实拥护者，最新研发的SX80就应用了最新研发的0.55英寸LCOS面板，而且它是世界上最小的SXGA+面板之一，无论投射动态影像还是静态数据内容，该LCOS面板均能生成无缝隙、无栅格，更清晰，明亮的影像。

    这款SX80能提供3000流明的标称亮度和2000：1的对比度，标准分辨率则是1400×1050，而佳能开发的AISYS光学系统则可以与LCOS技术完美结合，成功地将LCOS面板集成在小型商务投影机中，摆脱了传统LCOS投影机的笨重形象。在保持便携设计的前提下，该光学系统达到对光源的精确控制，全面提高了画面亮度和色彩表现能力。

    佳能 SX80投影机还搭载了一款高分辨率、低失真的新型投影镜头，能抑制图像失真并将图像边缘失真降至最低，能大幅提高高细节影像的还原精度；而大比例的偏移则可以保持图像底部边缘的位置，使得投射的影像底边与镜头光轴完全匹配；此外，多台佳能SX80还可以通过网络进行集中控制，因为该机内置了网络接口，能方便用户组建和管理大规模系统。