3LCOS比拼3LCD 两大投影技术全揭秘

文章摘要： 作为投影机产品的核心，其芯片基本决定了投影机的品质和特色，随着投影机市场的扩大，3片式的构架以更大优势基本占据了主要市场，这也将是投影机芯片未来的技术方向。由于3DLP的高端价格难以企及，所以3LCD和3LCOS将是3片式结构战场上的主角。 先说3LCD 三片式LCD（3LCD）采用体型极小的高穿透式高温多晶硅（High-Temperature Poly Silicon；HTPS）LCD显示面板， 每一块HTPS都是由很多个像素组成，如分辨率为1024×768的HTPS就是由1024×768个像素组成以对应投射图像的像素点。每一个像素又包含了信号线、控制线、TFT和开口区。

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  作为投影机产品的核心，其芯片基本决定了投影机的品质和特色，随着投影机市场的扩大，3片式的构架以更大优势基本占据了主要市场，这也将是投影机芯片未来的技术方向。由于3DLP的高端价格难以企及，所以3LCD和3LCOS将是3片式结构战场上的主角。

    先说3LCD

    三片式LCD（3LCD）采用体型极小的高穿透式高温多晶硅（High-Temperature Poly Silicon；HTPS）LCD显示面板， 每一块HTPS都是由很多个像素组成，如分辨率为1024×768的HTPS就是由1024×768个像素组成以对应投射图像的像素点。每一个像素又包含了信号线、控制线、TFT和开口区。其中开口区包含了以特定方式排列的液晶分子，根据液晶分子在不同电压下排列方式的变化，改变透过像素光线的振动方向，并与偏振板相结合实现了从全黑到全白状态下不同灰阶的过渡。

　　每一个3LCD光路系统都是由3块HTPS构成。将灯光源发出的光通过分色镜A分出红色光，再通过分色镜B分为绿色光和蓝色光，三种颜色的光分别投射到三块相对应的液晶板上，并经过中间的棱镜将三原色光进行混合后投射出不同颜色的图像。

3LCD技术的成像和色彩还原的特点是先将三原色同时进行充分的空间混合，再投射出不同色彩的图像，又称为同时空间混合还原。

3LCOS结构 

    LCoS的结构是在硅片上利用半导体工艺制作驱动面板（亦称CMOS-LCD），然后在单晶硅片上通过研磨磨平，并镀上铝（Al）作为反射镜，形成了CMOS基板，再将CMOS基板与涂有透明电极的上玻璃基板粘合，并注入液晶，进行封装而成。

    LCOS芯片从下向上的第一层是硅基的IC芯片，采用互补金氧化半导体(Complementary Metal-Oxide Semiconductor；CMOS)工艺制造。在CMOS上面为抛光的铝镀层，用于提供电极和光线反界面射面。在铝金属层上要涂布液晶分子，并采用网格状的框架分割成像素。LCOS芯片最上面一层是透明ITO电极和玻璃基板层。LCOS芯片结构中，采用现代CMOS制造工艺的IC驱动层是整块芯片的控制中枢。

    从像素结构上讲，LCOS芯片背面的CMOS有源显示驱动矩阵为每一个像素提供了包括开关（NMOS晶体管）、存储电容和在它们上面的铝反射电极。工作的时候，NMOS晶体管控制列数据线对液晶像素充电，而存储电容中的充电电荷建立了相对于控制电极的电压差。于是上部的液晶分子按照电压取向和强度进行偏转，从而控制出入光线的多少，形成灰阶图像。

    LCOS芯片的典型像素的截面如图所示，采用了四层金属，分别用于扫描线、数据线、避光层和铝反射镜面电极，一层液晶层，一层ITO透明电极以及一层玻璃基板。 

  三片式的LCOS成像系统，首先将投影机灯泡发出的白色光线，通过分光系统系统分成红绿蓝三原色的光线，然后，每一个原色光线照射到一块反射式的LCOS芯片上，系统通过控制LCOS面板上液晶分子的状态来改变该块芯片每个像素点反射光线的强弱，最后经过LCOS反射的光线通过必要的光学折射汇聚成一束光线，经过投影机镜头照射到屏幕上，形成彩色的图像。

    这种成像系统在光源光线参与成像的利用率上能够达到单片式成像系统的一倍左右。同时因此，同样的光源和电力消耗可以产生更加明亮的最终画面。同时，由于避免了单片式DLP时序成像的缺陷，三片式LCOS投影系统也能产生出更加饱和、丰满的色彩，并且不会出现困扰单片式DLP成像系统的彩虹画面问题。

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