3LCOS“PK”3LCD 揭秘两大投影技术

【中国数字视听网讯】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。

3LCD与3LCOS投影技术特点比较

外部引线少、连接简单及整机装配简便

普通的LCD有大量密集的外部引线，如一个1024×768像素点阵的LCD便有2592条外部引线，给整机装配带来了诸多不便，而LCoS由于是将LCD制于单晶硅片上，LCD的行、列引出线皆通过半导体工艺在硅片内与IC相连接，故留在外部的仅有数条数据控制线、时序线及电源线等。可利用通用连接端口与前级电路相连接，颇为简便。

体积更小、外观更精巧

普通的LCD在制造过程中需在玻璃基板上进行光刻，制成像素。通常将像素制至0.28mm已属不易，因在每个像素上还需制出一个有源器件。但LCoS的像素是制在单晶硅片上，硅片采用LSIC的工艺进行加工，可将象像制至4µm以下。故在一个仅零点数英寸的硅片上可制成1024×768像素，甚至1920×1240像素点阵密度的显示产品。

低成本潜力

显示的信息量密度增大了，而体积却减少了（达0.35~0.5英寸），材料费及成本自然便会大幅度地降低，较相同分辨率的LCD和数字微镜（DMD）低得多，将来克服成品率低的弱点，相信还会有更大的降价空间。

高解析度 高亮度

LCOS投影技术最大的特色在于其面板的下基板采用硅晶圆CMOS基板，由于下基板的材质是单晶硅，拥有良好的电子移动率，而且单晶硅可形成较细的线路，因此比较容易生产出高解析度的面板。LCOS为反射式技术，不会像LCD光学引擎会因为光线穿透面板而大幅度降低光利用率，因此光利用率可提高至40%，与穿透式的LCD的3%相较，可减少耗电，并可产生较高的亮度。

像素开口率高

LCoS解决了普通TFT-LCD像素开口率不高的技术难题。开口率是指除去每一个像素的配线部、晶体管部（通常采用黑色矩阵隐藏）后的光线通过部分的面积和每一个像素整体的面积之间的比例。开口率越高，光 线通过的效率越高。普通的TFT-LCD需在每个像素面积内划出一个区域来制成场效应三极管和电容，由于普通的TFT-LCD是在玻璃基板非晶硅膜层上制成的，非晶硅或多晶硅层上制作场效应管时，由于非晶硅或多晶硅的电子迁移率低，故场效应管等有源器件所占的面积较大，而LCoS采用单晶硅，其电子迁移率较非晶硅或多晶硅高得多，所以其面积可制成很小，因而其开口率可很高，达96%以上。

由于LCoS的晶体管及驱动电路皆制于单晶硅基板内，位于反射面之下，并不占用表面面积，故仅有像素间隙才占用开口面积，不像透射式LCD的TFT及导线皆占用开口面积，所以理论上无论是分辨率还是开口率，LCoS都较透射式LCD高。

光利用率高

LCoS可提高光的利用率。它与LCD投影显示器相类似，主要差别在于LCoS属反射式成象，故光利用率可达40%以上，与数字光处理（DLP）相当，而透射式LCD仅有3~10%而已。众所周知，LCD属于被动式显示器件，靠调制外界环境光来实现显示的，普通的LCD在前后各装有一片偏光膜，LCD便是靠调制偏振光的开关通断来实现显示的。偏光膜是靠吸收光来产生偏光的，故制成的LCD透光率很低，因此，为显示清晰，在TFT-LCD的背后需装上一个较强的背光源，该背光源颇耗电，从而将TFT-LCD微功耗的特点丧失贻尽。

LCoS的背基板采用单晶硅基片，故LCoS大多制成反射式。硅片像素上又镀有光学反光膜，可将光全部反射出，从而大部分入射光皆能被利用。LCoS的反射式成像光效高，不仅节电，符合绿色环保需求，而且还能给便携式IT产品提供高清晰度的大屏面。

无技术壁垒

目前拥有LCD核心技术的仅有索尼和爱普生，而LCOS技术则不存在这样的问题，更多厂家进入这一领域有助于技术的完善，但没有统一的技术标准也是普及上的障碍。

上面上说的都是LCOS技术的优势，但是LCOS也不是完美的技术，仍有许多技术问题有待克服，诸如：黑白对比不佳、三片式LCOS光学引擎体积较大。

3LCD与3LCOS两大投影技术产业特点及前景

LCOS投影技术拥有者几乎DLP技术和LCD技术的全部优点，同时很好的克服了二者的不足之处。这也是LCOS产品之所以被称为投影产业未来之星的原因。但是，LCOS产业化的道路却并非一帆风顺。

作为新兴科技产物，LCOS的生产条件也相对苛刻，它要求特殊的生产工艺，特殊的材料技术，特殊的配套技术和检验技术，甚至是特殊的设计方式。LCOS芯片需要在高度抛光的铝层上紧密结合液晶分子材料。这一步骤是导致LCOS芯片成品率较低的关键。液体和固体表面的精密结合，满足优秀的光学成像随需要的精度，是LCOS芯片工艺改进的最主要方面。成品率问题直接导致LCOS投影机的价格并不具有良好的竞争优势。尤其是和全高清分辨率以下的单片式DLP产品比较，DLP产品的价格往往要低于LCOS产品很多。

在产业竞争上，LCOS最大的优势在于没有形成类似于LCD和DLP投影机那样的垄断态势。DLP投影机的芯片只有德州仪器拥有技术，并且受委托生产的企业也很有限。LCD技术的芯片技术相对好一些。由索尼和爱普生两家公司所掌握。但是，向外提供芯片和光机的企业却只有爱普生。索尼LCD新品以自用为主。而且在高端产品上索尼早已经完成了向lcos技术的转型。

这种核心技术垄断的格局必然造成产业发展的滞后。尤其是在LCD产业上，具有芯片技术的企业又是最主要的终端企业，这必然造成自己的客户是自己的主要竞争对手的局面。DLP技术的持有者德州仪器本身不生产投影机产品，这样就避免了上游厂家和厂家的竞争，形成良好的产业价值链。目前在全球市场DLP产品无论是市场规模还是支援企业数量都超过LCD产品。

而LCOS产业在这一点上则更具优势。LCOS芯片基本采用半导体产业和液晶产业成熟的大众型技术。这使得许多公司都可以跳过核心专利门槛来开发属于自己的芯片产品。能够拥有一款产品核心产业链是获得竞争实力和创造更高的企业价值的良好基础。单凭这一点，LCOS就可以成为最受投影企业，尤其是崇尚创造性制造的企业最喜欢的技术类型了。

但是没有一个核心企业来领导的LCOS产业也具有其固有的弱点。那就是标准不统一、实力分散。这样的特点必然能够给竞争对手留下更多的机会。同时，也是至今LCOS投影机只能在那些注重性能的领域获得良好市场表现的原因之一。因为LCOS的成本优势需要规模化的制造，而规模化的制造则必须建立在统一的行业标准之上。

从整体上来讲，对于已经步入成熟期的投影机产业，LCOS技术依然是一个稚嫩的婴儿。但是这个孩子天生伶俐、极具天赋，拥有者不可限量的前途。尤其是对与国内投影产业，如果真的要做一番大事业，LCOS技术将是最具前途的切入点。

（编辑：小M）