投影之星 什么是LCOS投影機技術

LCOS投影技術芯片的工藝特點

LCOS投影技術芯片的工藝技術具有大量集成已有成熟技術的特色。

例如，整個LCOS芯片的硅背板都是在常規(guī)IC芯片生產(chǎn)在線完成的。采用CMOS（Complementary Metal Oxide Semiconductor）技術的硅背板具有生產(chǎn)制程成熟、成本低廉和產(chǎn)品功耗較低的優(yōu)點。CMOS是指互補金屬氧化物(PMOS管和NMOS管)共同構成的互補型MOS集成電路制造工藝。由于CMOS中一對MOS組成的門電路在瞬間看，要么PMOS導通，要么NMOS導通，要么都截至，比線性的三極管(BJT)效率要高得多，因此被廣泛采用。

眾所周知，IC技術的強大生命力在于它可以低成本、大批量地生產(chǎn)出具有高可靠性和高精度的微電子結構模塊。從生產(chǎn)工藝角度來說，在IC工藝中建立CMP（化學機械拋光）技術是為了填平復雜的電路走線提高各金屬布線層的平面光刻精度，防止電荷光端積累效應。現(xiàn)在，這些優(yōu)勢都成為制作LCoS芯片像素反射鏡面的必然方法。其他，如遮光層工藝也源于IC技術。目前LCOS前段晶圓制程以0.35u制程即可（LCOS芯片也不需要作得更小了），目前良率已可達90%。這些因素成為了LCOS芯片控制成本的關鍵之一。

除此之外，液晶分子、液晶涂布和ITO透明電極玻璃基板也是被廣泛應用的成熟技術。特殊零件的凈化操作、、1~2μm盒厚的控制與封接技術、理想的液晶分子定向工藝技術、薄盒的液晶灌注技術、顯示模塊制造工藝技術等等都是已經(jīng)比較成熟的工藝。目前，大尺寸液晶產(chǎn)品已經(jīng)能夠突破100英寸的大關。而在小尺寸方面，成熟的噴墨或者印刷等技術也能夠輕易的實現(xiàn)高像素密度的涂布。

在LCOS芯片的整個制程中關鍵的難點是鋁反射電極層與液晶分子間的結合問題。液晶分子的著床需要優(yōu)秀的光學反射平面。這對鋁金屬電極層的質量提出了苛刻的要求。鋁金屬電極層主要采用表面化學拋光和表面蒸鍍反光層的工藝。在早期的產(chǎn)品中受制于工藝技藝的限制成品率只能達到30%左右，目前這一成品率水平正在被穩(wěn)步提升。

綜合來看，LCOS芯片的工藝特點具有傳統(tǒng)工藝、成熟工藝為主導，新問題相對苛刻的特點。這也決定了當下LCOS投影產(chǎn)品從在的理論成本最低，而實際售價有比較高的現(xiàn)象。在早期，DLP投影機技術也面臨著類似的問題。采用微電子機械工程DMD芯片的成品率曾經(jīng)一直是TI德州儀器最大的“心病”。不過這一問題已經(jīng)被德州儀器很好的解決了。相信隨著工藝水平的進步，LCOS一旦能形成穩(wěn)定的高成品率，到那時必然帶來一場普及型的LCOS投影革命。

LCOS投影技術芯片的優(yōu)勢

LCOS投影芯片除了上文體提及的擁有理論上最低的成本外還具有著其它的顯著優(yōu)點。

和LCD比較，LCOS技術僅擁有一個光學面，從而能夠利用另一個平面配置驅動電路。進而達到驅動電路和芯片一體化的產(chǎn)品結構。普通的LCD有大量密集的外部引線，如一個1024×768像素點陣的LCD便有2592條外部引線，給整機裝配帶來了諸多不便。LCoS由于是將LCD制于單晶硅片上，LCD的行、列引出線皆通過半導體工藝在硅片內(nèi)與IC相連接，故留在外部的僅有數(shù)條數(shù)據(jù)控制線、時序線及電源線等?？衫猛ㄓ眠B接端口與前級電路相連接，頗為簡便。

普通的LCD透光的光學結構決定了兩個光學平面必須保持“干凈”。這使得像素分子中間不僅要包含LCOS技術液晶層所需要的像素涂布的分割網(wǎng)格，同時還必須擁有芯片工作必須的“電線”等電子設備。這些設備占據(jù)了大量的芯片光學面積，使得芯片的開口率在早期很難突破40%。但是，采用單光學面工作的LCOS芯片則可以輕易形成超過90%的開口率。

此外，普通的LCD在制造過程中需在玻璃基板上進行光刻，制成像素。通常將像素制至0.28mm已屬不易，因在每個像素上還需制出一個有源器件（這些因素也影響到產(chǎn)品的開口率）。但LCoS的像素是制在單晶硅片上，硅片采用LSIC的工藝進行加工，可將象像制至4μm以下。像素密度的增大必然帶來芯片體積的減少，材料費及成本自然便會大幅度地降低。

和德州儀器的DLP投影技術的DMD芯片相比較，LCOS技術具有工藝簡單的特點。采用微電子機械學的DLP DMD芯片不僅僅使得各種工藝難度大幅增加，同時對成本、成品率，尤其是像素密度等方面都面臨著嚴峻的挑戰(zhàn)。

DMD芯片北背部的驅動層和LCOS芯片很是相似。但是在光線的控制上，DMD采用機械式的鏡片旋轉（大約每分鐘5000次），而LCOS技術卻采用液晶材料的光學各向異性形成，是一種從電子的操作。這種在光學控制上的不同導致了LCOS芯片不需要向DMD那樣復雜的“微型的電子機械結構”。這不僅僅能夠節(jié)約成本，從長遠來看還能保障成品率的優(yōu)良比例，并同時提高芯片的可靠性。同時，微電子機械的結構決定了DMD芯片工藝的復雜性，使得這種芯片在高分辨率產(chǎn)品上的突破成為難點。

LCOS投影機的和LCD投影機的優(yōu)缺比較

當前市場銷售的LCOS投影機和LCD投影機主要采用三片式結構。雖然一些一兩千元的LCD投影機還采用單片式結構，但是長遠來看這種產(chǎn)品已經(jīng)瀕臨淘汰。

在終端產(chǎn)品的實際性能的差異上，大多數(shù)都是由兩種芯片的技術特點決定。綜合來講LCOS具有色彩鮮艷、灰度優(yōu)秀、黑色深沉、畫面明亮、網(wǎng)格化情況較少和更加節(jié)能的特點。相比之下3LCD投影在畫面網(wǎng)格化、黑色不純和燈泡亮度利用率上具有明顯的不足支出。

LCOS芯片具有更高的開口率和更細的像素間距。這使得LCOS的畫面像素間的距離更小，畫面看起來更加鮮明統(tǒng)一。沒有3LCD投影產(chǎn)品明顯的網(wǎng)格化的現(xiàn)象。這種技術特色在投影大尺寸畫面的時候格外明顯。

LCOS芯片的高開口率本身就會提升投影機的光學效率。高開口率意味著芯片更多的面積參與光線的反射。同時，由于3LCD的芯片投射結構特殊的光學需求，進一步減弱了3LCD的光學效率。所以，同樣的燈泡再用3LCOS和3LCD投影機數(shù)相比能夠實現(xiàn)更高的亮度。這不僅僅能夠提升畫面品質，同時也能夠節(jié)約更多的能源。

3LCOS還具有更具優(yōu)勢的黑色表現(xiàn)。采用透射技術的3LCD投影顯示技術，無論是否要求顯示顏色，都不能控制液晶芯片達到零透光率。這使得3LCD投影機不能完美的呈現(xiàn)黑色的畫面效果。但是采用反射式光路的3LCOS投影技術卻能顯著改善投影機在黑色端的畫質表現(xiàn)。優(yōu)秀的黑色和灰色效果也為3lcos投影機帶來了更加豐富細膩的灰階表現(xiàn)力。使得畫面細節(jié)更真實、自然、富裕立體感。

此外，在運動畫面顯示上，3LCOS投影技術也占據(jù)一定的優(yōu)勢。由于采用特殊的反射光路，液晶涂布層可以盡量做的更薄，因此可以減輕液晶分子的粘滯作用，使得運動畫面反應更加快捷、清晰，形成更加流暢的畫面。這也是為什么單片式LCOS可以采用類似DLP那樣的時序成像的原因之一。