硅基液晶

硅基液晶（Liquid Crystal On Silicon，LCOS）

一種新型的反射式微液晶投影技術，它採用塗有液晶硅的CMOS集成電路晶元作為反射式LCD的基片。用先進工藝磨平后鍍上鋁當作反射鏡，形成CMOS基板，然後將CMOS基板與含有透明電極之上的玻璃基板相貼合，再注入液晶封裝而成。LCOS將控制電路放置於顯示裝置的後面，可以提高透光率，從而達到更大的光輸出和更高的解析度。

LCOS也可視為LCD的一種，傳統的 LCD是做在玻璃基板上，LCOS則是做在硅晶圓上。前者通常用穿透式投射的方式，光利用效率只有3%左右，解析度不易提高；LCOS則採用反射式投射，光利用效率可達40%以上，而且它的最大優勢是可利廣泛使用、便宜的CMOS製作技術來生產，毋需額外的投資，並可隨半導體製程快速的微細化，逐步提高解析度。反觀高溫多晶硅LCD則需要單獨投資設備，而且屬於特殊製程，成本不易降低。LCOS面板的結構有些類似TFT LCD，一樣是在上下二層基板中間分佈Spacer以加以隔絕後，再填充液晶於基板間形成光閥，藉由電路的開關以推動液晶分子的旋轉，以決定畫面的明與暗。LCOS面板的上基板是ITO導電玻璃，下基板是塗有液晶硅的CMOS基板，LCOS面板最大的特色在於下基板的材質是單晶硅，因此擁有良好的電子移動率，而且單晶硅可形成較細的線路，因此與現有的LCD及DLP投影面板相比較，LCOS是一種很容易達到高解析度的新型投影技術。

LCoS電視機產生畫面需要經過若干步驟。這一過程涉及到一個高強度燈泡、布置在一個立方體中的一系列反光鏡和微型器件、一個稜鏡和一個投影透鏡。下面介紹在整個過程中都發生了什麼事情：【在LCoS投影系統中，燈泡發出的光從微型器件中反射出來，並最終通過透鏡進行投射。】

1. 燈泡產生一束白光。

2. 光束穿過一個聚光透鏡（負責聚焦和對準光線）。它還會穿過一個濾光器（只允許可見光通過），這樣可以使其他元件免受損害。

3. 通過以下兩種方式之一，這束白光被分解成了紅色、綠色和藍色光：

1. 光束穿過一個偏振光束分光器（PBS），它把光分解為三個光束，這些光束分別穿過增加紅色、綠色和藍色的濾光器。

2. 光束穿過一系列分色鏡，這些分色鏡能夠反射某些波長的光線而允許其餘光線穿過。例如，分色鏡可以把紅光從白光中分離出去，留下藍光和綠光，而另一面分色鏡可以再把綠光分離出來，只留下藍光。

4. 剛剛產生的彩色光束同時與三個LCoS微型器件之一相接觸——它們分別對應紅光、綠光和藍光。在下一節，我們將介紹這些器件。

5. 這些微型器件反射出來的光線穿過一個稜鏡，這個稜鏡能夠將這些光線組合在一起。

6. 然後，稜鏡把光線（它們產生了一個全色影像）投射到一個投影透鏡中，這個透鏡再把影像放大並顯示到屏幕上。

大多數背投LCoS電視機都採用該過程。有些投影系統採用線性裝置而不是立方體裝置，並且白光在到達微型器件前，會先穿過將其染成紅色、綠色和藍色的表面。極少數系統只採用一個微型器件，並且採用其他方式進行染色。例如，DLP系統中的色輪和LCoS微型器件本身上的透射染色。有些系統還使用額外的起偏鏡或濾光器來進一步改善畫質和對比度。

如果沒有投射透鏡，那麼在此過程中產生的畫面會因為太小而看不清。這就是LCoS技術被歸類於上海狼微型顯示器（如果沒有某种放大裝置，產生的畫面將因為太小而看不清）的原因。

LCoS微型器件把液晶層放在一個透明的薄膜晶體管（TFT）和一個硅半導體之間，而不是像LCD那樣把液晶放在兩片極化面板之間。這個半導體具有能夠反射光線的、失真的表面。由燈泡發出的光透過一個偏振濾光器投射到微型器件上，而液晶起著像門或閥那樣的作用，控制到達反射面的光線的數量。特定像素的晶體接收到的電壓越高，該晶體允許通過的光線也就越多。完成整個過程需要若干層不同的材質。

下面從下到上介紹了LCoS微型器件的組成部分及其功能：

• 印刷電路板（PCB）：將指令和電流從電視機傳輸到微型器件

• 硅（晶元或感測器）：使用來自電視機像素驅動程序的數據來控制液晶，通常為每個像素使用一個晶體管

• 反射塗層：反射光線以產生畫面

• 液晶：控制到達或離開反射塗層的光線的數量

• 對準層：使液晶能夠正確對準，從而能夠精確地校準光線

• 透明電極：與硅和液晶一起組成完整的電路

• 玻蓋：保護和密封整個系統

確切的材料和構造因製造商的不同而有所區別。有些微型器件使用向列液晶，有些則使用鐵電液晶。有些使用有機對準層，他們會隨著使用時間的延長和高強度曝光而分解。有些使用光敏材料和光線來控制到達液晶的脈衝。

一般來說，LCoS設備的像素間只有非常小的間隙。像素間距——兩個相同顏色 像素之間的水平距離——為8至20微米（10-6）。這可以減小或消除在一些DLP電視機上出現的“紗門”效應，從而有助於使影像保持平滑和均勻。

該系統通常可以產生精美的畫面，但是它仍然存在一些優點和缺點。

LCoS微型器件的物理特性，例如沒有色輪和以及具有很高的填充係數，通常使其能夠產生優質畫面，並且最大限度地減少了非自然信號。LCoS的像素也比其他系統的像素更為平滑，用一些人的說法就是產生了更自然的畫面。DLP電視機中常見的彩虹效應和紗門效應在LCoS中已經得到完美解決。並且與LCD系統不同的是，它們不易燒傷熒光屏。

但是，大多數LCoS系統不具有很好的黑電平或者產生黑色的能力。一般來說，黑電平低劣的電視機不能像其他電視機那樣產生很好的對比度和更多的細節。另外，由於LCoS電視機和投影機使用三片而不是一片微型器件，它們通常也比較笨重和龐大。大多數還需要定期更換燈泡，而這可能花費數百美元。

另外，LCoS系統並不像其他顯示器類型那樣常見，原因在於LCoS微型器件難以製造，而且每台電視機還需要3個這樣的器件。包括英特爾在內的多家公司都嘗試過製造LCoS系統，但最終都因為產量一直很低而放棄了努力。

除了在電視機和投影機中運用以外，LCoS還有其他一些用途。例如，一些數碼相機取景器使用LCoS顯示器。該技術將來可能應用在以下方面：

·近眼式查看系統，包括頭置式顯示器

·光束操縱

·顯微投影機

·全息投影和存儲