背投技术 ＬＣｏＳ显示技术与ＬＣｏＳ背投

　　摘要：LCoS显示技术具有很多优点，我国适合发展LCoS技术。它是在LCD和DLP之后开发出来的新技术，本文进一步分析LCoS技术在国内外的发展变化，以及取得的最新成果，最后提出LCoS背投技术发展的四个问题，并综述我国LCoS产业链的建设。
　　关键词：LCoS；背投电视
　　中图分类号：TN141文献标识码：B
　　
　　LCoS and LCoS RP-TV
　　
　　HAN Jing-fu
　　(China Industrial Association of Electronic Audio Visual Products-Large Screen
　　Projection Display Association Branch，Beijing 100088，China)
　　
　　Abstract: The LCoS display technique has a lot of advantages and our country is in keeping with to develop the LCoS technique.It is the new technique which develops after the LCD and DLP, this text analyzes the LCoS technique further at domestic and international development variety, and lately obtain of result, finally put forward four problems on LCoS RP-TV , and overview our country LCoS industry construction of the chain.
　　Keywords:LCoS; RP-TV
　　
　　前言
　　
　　
　　LCoS(liquid crystal on silicon)微显示技术是三大微显示技术之一，其他两种是LCD和DLP。这三种微显示技术已并行发展多年，但是发展并不平衡，LCD与DLP发展较快，而LCoS的发展较慢。
　　美国Syntax-Brillian公司首先将一种微显示技术注册为LCoS，随后才有了LCoS这个名称，中文意思是硅晶上的液晶，简称硅基液晶，也称为反射式液晶。与LCD和DLP相比，它具有高分辨力、高对比度、高开口率、低成本等优点。
　　1995年，日本JVC公司研发了一种LCoS微显示技术，注册名称为D-ILA(Direct-Drive Image Light Amplifier)，中文意思是"直接驱动图像光放大器"，并很快推出商品化的微显示器件，分辨力高达1，365x1，024，芯片尺寸为1.3in。
　　由于LCoS技术具有许多优越性，许多厂家看好它的前景，纷纷跻身于该项技术的研发。到2001年，生产LCoS产品的厂家增加至十多家，如JVC、日立、三洋、3M、飞利浦、三星、前锦科技、阿罗拉、高像、三伍、eLcos等。我国大陆地区也跟进此项技术，成立了LCoS产业联盟，与国外著名企业展开合作，同时，我国台湾地区也掀起LCoS生产热潮，呈现LCoS技术"蜂拥而至"的局面。
　　2005年开始，LCoS生产局面发生变化，飞利浦公司、三星公司、东芝公司、英特公司相继宣布终止LCoS的生产，国内几家大型家电企业也相继宣布终止LCoS的应用，一时间又出现了"终止浪潮"。面对这种急剧变化，我国LCoS业界人士不得不深刻思考，将要做出什么样的选择。
　　
　　1LCoS显示技术的特点
　　
　　LCoS显示技术是在HTPS-LCD和DLP之后开发出来的一种新的显示技术。LCD与LCoS同属于液晶微显示器件，前者是基于透射式显示原理，后者是基于反射式显示原理。LCoS显示芯片的结构相对来说比较合理，它是在LCD芯片结构基础上的一种改进，其结构如图1所示。
　　
　　在上部玻璃基板和下部硅基板之间注入液晶，液晶层上下各有液晶分子导向膜，液晶分子呈垂直排列，液晶层底部为反光板，像素驱动电路做在硅基板上。液晶层厚度大约为2μm，像素大小可做到8.5μm，像素间隔约为0.3μm。
　　LCoS的显示原理如下：
　　当液晶层某像素的外加电压为0时，入射的S偏振光经过液晶层，偏振方向不产生扭转，到达底部反射回来仍为S偏振光，再次穿过液晶层而射出。随后经过PBS棱镜反射，S偏振光返回原来光路，而不能进入投影光路，光输出为零，此像素呈现"暗态"。当此像素施加外加电压时，入射的S偏振光经过液晶层，偏振方向产生扭转，到达底部反射回来，再次穿过液晶层变为P偏振光。随后直接穿过PBS棱镜，进入投影光路，在屏幕上成像，此时呈现"亮态"。这一工作原理，如图2所示。光输出随外加电压而变化，其变化曲线如图3所示。
　　
　　根据以上所述，可归纳LCoS的优点如下：
　　(1)LCoS芯片没有附加的偏振片，因而减少了光线损失，提高了光的利用率；
　　(2)驱动电路不在像素有效面积内，因而可提高像素的开口率，提高图像亮度；
　　(3)在同样芯片尺寸下，容易提高芯片的物理分辨力；
　　(4)液晶分子呈垂直排列，常态为"暗态"，有利于提高"暗态"下的图像黑度，从而提高图像对比度。而透射式液晶分子呈水平排列，常态为"亮态"，受导向膜的影响，"暗态"不够黑；
　　(5)液晶层很薄，可做到2μm左右，响应快；
　　(6)LCoS可利用常规的CMOS技术批量生产，并随半导体工艺的发展可进一步微型化；
　　(7)生产设备投资少；
　　(8)低功耗；
　　(9)长寿命；
　　(10)应用LCoS可开发许多产品。
　　通过以上概述，可以看出，LCoS显示技具有很多优势，值得推广，这一点是不容置疑的。
　　2有哪些厂家在力挺LCoS技术及其相关产品
　　
　　从2005年开始，飞利浦公司、三星公司、东芝公司、英特公司相继宣布终止LCoS的生产，国内几家大型家电企业也相继终止LCoS背投的投入。在这种情况下，业界对是否继续投入LCoS心存疑虑。
　　但是，从另一方面看，LCoS技术又有很大发展，例如：
　　索尼公司：索尼公司是众所周知的HTPS-LCD专业厂家，拥有大量的专利项目，已经获得独占地位，然而仍看好LCoS技术，2004年就开发出SXRD-LCoS投影机，分辨力为4，096×2，160，供数字影院放映电影，称为4K投影机。2007年5月又推出SRX-R220型LCoS投影机，如图4所示。它是顶级SXRD数字影院投影机，技术指标空前提高，主要数据如表1所示。预计2010年生产数量将达1，000套，在数字影院市场占一席之地。
　　
　　JVC公司：JVC公司利用新的D-ILD(LCoS)芯片，研发出DLA-SH4K数字影院投影机，2008年第一季度在日本上市。该机也为4K机种，内部光学引擎做了改进，采用线栅，可有效控制入射光线的角度变化，最大限度减少镜头漏光现象，以提高对比度。采用825W的氙灯，亮度可达3，500 lm。其外形见图5，其主要技术数据如表3所示。
　　
　　JVC公司也开发了一款高端家用娱乐投影机，型号为DLA-HD1。该机利用第二代0.7in芯片，物理分辨力为1，920x1，080。光学引擎中也利用了线栅偏光元件，还采用了2倍电动变焦镜头。其主要数据如表4所示。
　　
　　巴可公司：巴可公司利用JVC的D-ILA芯片，开发出高端家娱乐投影机，其型号为Blackwing和Blackwing TWO。前者为3×0.82 in芯片，亮度为1，800 lm。后者为3×0.7 in芯片，亮度为1，000 lm。两者物理分辨力均为1，920x1，080。
　　法国Dream Vision公司利用JVC的D-ILA芯片，开发出3×0.7 in的高端投影机，型号为Dream -Bee。亮度为1，000 lm，物理分辨力为1，920x1，080，对比度为15，000:1。
　　日本佳能公司也跟进LCoS技术，开发出商用投影机，其型号为REALiSSX60。采用新的光学引擎，减小了体积，且重量轻，便于携带。亮度为2，200lm，物理分辨力为1，400x1，050，芯片为3×0.7 inLCoS。
　　美国Syntax-Brillian公司于2007年12月21日正式将LCoS技术出售给另一家美国公司Compound Photonics，继续生产LCoS芯片。
　　美国AURORA公司和韩国AMIC公司也在生产LCoS芯片。
　　以上提到的国外著名厂家，不仅没有放弃LCoS技术，而且继续对其进行研究改进，提高性能，最终开发出高端产品。这些厂家对LCoS技术的力挺，给业界带来新的鼓舞。
　　
　　3我国适合发展LCoS技术
　　
　　我国适合发展LCoS技术，这个看法已提出多年，经过多次论证，在目前情况下，我国最适宜"上LCoS"。在大屏幕协会组织下，我国引进飞利浦技术，成立了LCoS联盟，参加单位约十几个。联盟利用LCoS芯片，研发LCoS背投，分工合作，进行攻关。正在顺利进行之时，飞利浦突然宣布终止LCoS业务，这一突如其来的变化，给LCoS联盟带来很大打击。LCoS联盟经过认真思考，决定继续研发，绝不放弃LCoS技术，并决心建立我国自己的LCoS技术产业链。
　　经过近10年的努力，初步实现了预定目标。河南南阳中光学集团公司下属的南阳利达光电公司和河南南方辉煌图像信息技术有限公司以光学设计制造为主，拥有自主知识产权的大规模生产的光学薄膜制造技术，与美国Syntax-Brillian公司合作，很快生产出高质量的LCoS光学引擎，现已批量生产，成为光学引擎生产基地。部分产品如图6所示。
　　
　　另外，成都奥晶科技公司、武汉长江光电有限公司生产各种投影镜头。深圳昂纳明达公司研制LCoS光学引擎。成都菲斯特屏幕厂、秦皇岛昌隆银幕厂、北京迪诺普科技公司均可供应各种规格的背投屏幕，西安北光光电公司生产黑栅精显超大背投屏幕。河南郑州广通电子光源有限公司、江苏森莱浦光电有限公司、孝感捷能照明电器有限公司已生产超高压汞灯(UHP)。上海佳进电子科技有限公司可提供全套背投电视的信号处理电路，端口齐全。东杰(上海)公司生产控制电路。山东德州三和电器有限公司生产各种电源设备。至此投影镜头厂、光学引擎厂、屏幕厂、光源厂、电控厂、电源厂、反光镜厂、模具厂、机壳厂都建立起来，基本完成了产业链的建设。
　　LCoS芯片是关键部件，目前正在筹建其生产线。在目前的LCD、LCoS、DLP三种微显示芯片中，LCoS芯片是容易国产化的。从专利保护，生产技术，生产设备，投资额度来看，都应优先选择LCoS做为我国微显示器件主导产品。
　　不久将会实现：日本有LCD、美国有DLP、中国有LCoS三足鼎立的局面。
　　
　　4LCoS背投是我国必然的选择
　　
　　既然LCoS显示技术适合在我国发展，那么LCoS背投也就理所当然的成为业界的首选。我们不可能舍弃自身的优势，而受制于LCD和DLP的约束。经过近10年的努力，LCoS背投整机厂相继建成。 在珠江三角洲、长江三角洲及中原地区形成了一批LCoS骨干企业，例如：深圳雅图数字视频技术有限公司，经过多年努力，已开发出拥有自主产权的LCoS背投电视机，建立了完善的生产线，可成批生产从65～100in多种规格电视机。自2006年雅图收购了富可视与TCL合资公司的斯曼特公司之后，雅图成为有自主品牌的领军企业，雅图AT-65LS9A背投电视倍受关注，见图7。除此之外，中原地区的河南南阳中光学集团公司、南阳利达光电公司、南方辉煌图像信息技术有限公司、南阳中金光数字显示有限公司，也已经形成LCoS的生产基地。南方辉煌公司是中光学集团与美国Syntax-Brillan公司合资的LCoS专业厂家，2006年4月成立，当年即投入批量生产，产品出口美国。南阳中金光公司于2007年9月10日正式投产，首批生产的100台65in大屏幕LCoS背投电视机型为KD-72LCoSA，见图8。投放市场后受到好评，江西南昌鸿源数显科技有限公司是LCoS的骨干企业之一，自1998年开始，10年来一直从事LCoS背投电视的开发，现可以生产50in、60in、65in、70in、80in、100in等多规格背投电视，见图9。上海丽宝数码技术有限公司已有多款背投电视面市。威海齐威电子公司生产100in车载背投电视，流动放映电视节目，很受欢迎。
　　
　　LCoS背投电视大放光彩 ，充分发挥了大屏幕的优势，抢占了从50in到100in的电视市场。背投电视的价格几乎是同等规格平板电视的一半，是大屏幕电视市场的有力竞争者。不仅规格齐全，而且技术参数先进，已达"高清"标准。
　　
　　5LCoS背投的发展有待继续奋进
　　
　　5.1 目前LCoS背投电视的发展处于不利的局面
　　由于受到平板液晶LCD电视和平板等离子PDP电视的打压，国内外电视市场一致追捧超薄结构电视，因此，平板电视的厚度，由40mm向30mm发展，进一步向20mm进发。夏普65in液晶电视厚度为20mm，先锋50in等离子电视最薄处的厚度仅为9mm。超薄结构的优点是给人们带来视觉冲击力，这种冲击力使人们忘记了电视机本身。
　　而微显示背投电视(MD-RPTV)受到自身结构限制，不可能薄到20mm的程度，因此受到不公正的看待。即使背投电视在屏幕大小和图像质量上与平板电视一样，甚至超过后者，消费者也宁肯多出费用选购超薄平板电视，而不去深究电视机本身的内在质量。
　　LCoS背投电视需要薄型化，但要适度，要经济可行，不可陷入误区。
　　
　　5.2LCoS显示器件正在实现本土化
　　目前，上海力保与天津南开大学等单位联合实现LCoS显示器件本土化；江西鸿源LCoS显示器件生产线也正在启动，据说可年产300万只LCoS显示器件；香港精电有限公司已将生产线移到南京邮电大学，现正在安装与调试生产设备。另外美国阿罗拉公司正计划将LCoS显示器件生产线移到我国大陆生产。
　　现在日、韩、美、欧以及我国台湾研发与生产LCoS显示器件有关的企业，都与我国大陆光学引擎厂、显示器件厂与整机厂洽谈合作事宜。
　　
　　5.3LCoS产业链内部运作要互相支持
　　这一点很重要，特别是产业链还比较脆弱的时候，产业上、中、下游企业应互相支持，发生在行业内部的采购供应应给予优惠价，走互惠互利共同发展的路，不必急功近利。用高价供应对方，上游把中游卡死，中游把下游卡死，大家都不能发展。只有行业发展了，上下游企业需求增加了，大家才能共赢。因此现在需要行业团结，共同奋战。
　　
　　5.4改进背投电视的营销方式，已提到日程
　　相关人士已注意到这个问题。背投电视属于家用电子消费品，目前均纳入家用电器专卖店进行销售，渠道单一化。背投电视是多媒体显示装置，可用于教育、卫生、科研、会务、商务、公共告示等领域，因些应该研究多渠道销售方式，以利于背投电视的营销。
　　
　　5.5背投电视的出路要关注四大问题：价格、产品、对象、性能
　　价格永远是最重要的问题，背投电视的优势在于性价比高。目前60in以上的电视，背投电视的价格约为平板电视的1/2；80in以上，约为平板电视的1/3；100in以上，约为平板电视的1/5。背投电视在"大屏幕"的基础上一旦丢失价格优势，前途堪忧。
　　在保证价格优势的同时，产品设计要薄型化，产品式样要新颖化。国外人士已对背投电视设计提出批评，目前背投电视的箱体结构已失去竞争力，消费者一看见这个大型箱体就厌烦。有人建议，将目前4:3平面直角屏，改为16:9宽屏。将平面屏改为凹面屏，以产生虚拟3D视觉。与液晶电视和等离子电视相比背投电视更容易实现外形结构的改变，给消费者带来耳目一新的视觉冲击力。
　　首先，背投电视要分清消费对象，不同对象有不同机型，不要千篇一律。其次，背投电视的应用场所不同，机型也应有所不同。特殊要求造就特殊背投机，教育用途时，喜用"画中画"，则同时显示多幅教学内容，也可以采用"小拼接"，采用1×2，或采用1×3拼接墙，实现"大黑板"效果；会务和商务用的背投电视要突出会务信息多样性要求、信息交换的要求、信息储存的要求。
　　性能是背投的生命，因此背投电视的性能要不断翻新、改进、提高。要关注的方面有哪些呢，目前已经有人提出许多项目。例如，对比度的研究，色度与色域的研究，亮度的研究，清晰度的研究，立体(3D)背投的研究等，这些性能都有待提高。还有最近微软公司提出的"桌面"投影显示，在会议桌面下面投影，桌面透明，这个构思可能带来不小的商机。总之，"背投"不等于"电视"，要不断开发背投的新性能。
　　价格、产品、对象、性能四个方面大有文章可做，背投电视的前途不会是处于垂死挣扎，也不是留下时间不多，只有最后一搏。
　　
　　5.省略。