Как работает LCoS

Большинство людей выросли, смотря телевизор с электронно-лучевой трубкой (ЭЛТ ) . Эти телевизоры, хотя и были громоздкими и тяжелыми, давали отличное изображение, пока получали четкий сигнал. ЭЛТ-телевизоры по-прежнему представляют собой то, о чем думают многие люди, когда думают о телевизорах.

Но если вы недавно присматривались к телевизору, вы видели, что теперь есть гораздо больше вариантов. ЭЛТ по-прежнему хорошо работает для экранов размером до 40 дюймов. Но если вам нужен большой экран, телевизор с плоским экраном, широкоэкранная модель или совместимость с HDTV , вам придется выбирать из нескольких типов наборов, включая жидкокристаллический дисплей (LCD), цифровую обработку света (DLP) и жидкий кристалл на кремнии. (ЛКоС).

LCoS не является особенно новой технологией, но до недавнего времени она не была доступна. В этой статье мы рассмотрим технологию, лежащую в основе LCoS, как она обеспечивает четкое изображение и как производители решают проблемы с уровнями черного и контрастностью.

Благодарю вас

Спасибо Даниэлю Гусману за помощь в написании этой статьи.

1. Обзор LCD и DLP
2. Проекция и цвет
3. Микроустройство LCoS
4. Плюсы и минусы

Чаще всего LCoS используется в телевизорах с прямой и обратной проекцией. Настройка очень похожа на то, что вы найдете в системе DLP. DLP использует цифровое микрозеркальное устройство (DMD) для создания изображения с помощью процесса, похожего на создание мозаики из маленьких квадратных плиток. DMD содержит миллионы микроскопических зеркал, которые отражают свет от лампы. Каждое зеркало создает один пиксель конечного изображения.

Зеркала очень быстро переключаются между положениями «включено» и «выключено». Когда зеркала включены, они направлены на проекционный объектив. Чем дольше зеркало находится во включенном состоянии, тем ярче создаваемый им пиксель. Зеркала, создающие черные пиксели, остаются выключенными. В большинстве DLP-телевизоров цветовой круг вращается между лампой и DMD, добавляя к изображению красный, зеленый и синий свет. Глаза зрителя комбинируют эти цвета, чтобы создать законченное изображение.

LCoS использует очень похожую идею. Как и DMD, устройства LCoS крошечные — большинство из них меньше одного квадратного дюйма. Обе технологии также являются отражающими — устройства отражают свет от источника на линзу или призму, которая собирает свет и отображает изображение. Но вместо крошечных зеркал, которые включаются и выключаются, LCoS использует жидкие кристаллы для управления количеством отраженного света.

Жидкий кристалл — это вещество, находящееся в мезоморфном состоянии — это не совсем жидкость или твердое тело. Его молекулы обычно сохраняют свою форму, как твердое тело, но они также могут двигаться, как жидкость. Нематические жидкие кристаллы, например, выстраиваются в свободные параллельные линии. В большинстве ЖК-дисплеев используются скрученные нематические (TN) кристаллы — при подаче электрического заряда скрученные кристаллы выпрямляются.

Помещенные между двумя поляризованными панелями, скрученные кристаллы направляют свет. Изменяя направление света, кристаллы разрешают или препятствуют его прохождению через вторую панель. Способность кристаллов изменять путь света играет центральную роль в их использовании в ЖК-дисплеях и системах LCoS.

В скрученном состоянии жидкие кристаллы направляют свет

так что он может пройти через вторую поляризованную панель.

Сегнетоэлектрические жидкие кристаллы (FLC), иногда используемые в устройствах LCoS, представляют собой кристаллы, которые выстраиваются под фиксированным углом от нормали в упорядоченные ряды. Они также развивают электрическую полярность , когда вступают в контакт с электрическим зарядом. Сегнетоэлектрические хиральные кристаллы смектика C могут очень быстро менять свою ориентацию. Вы можете узнать больше о смектических и нематических жидких кристаллах в Институте жидких кристаллов Кентского государственного университета .

Слой жидких кристаллов в микроустройстве LCoS контролирует количество света для каждого пикселя, как это делают зеркала в DMD. Но для создания изображения требуется больше, чем просто микроустройство — для этого также нужны линзы, зеркала и призмы.

Полупроводники и LCoS

Кремний является полупроводником . Полупроводники используются в диодах , которые позволяют току двигаться только в одном направлении, и транзисторах , которые либо усиливают токи, либо включают и выключают их. Кремний в устройстве LCoS часто представляет собой фотодатчик SRAM (статическая оперативная память) или CMOS (бесплатный металлооксидный полупроводник).

Для создания изображения в телевизоре LCoS требуется несколько шагов. Процесс включает в себя лампу высокой интенсивности, серию зеркал и микроустройств, расположенных в виде куба, призмы и проекционного объектива. Вот что происходит от начала до конца:

Этот процесс используется в большинстве телевизоров LCoS с обратной проекцией. Некоторые проекторы используют линейную установку, а не куб, и белый свет падает на поверхности, которые окрашивают его в красный, зеленый и синий цвета, прежде чем достичь микроустройств. Очень немногие системы используют только одно микроустройство вместе с другими методами добавления цвета. Некоторыми примерами являются цветовые круги, подобные тем, которые используются в системах DLP, или прозрачные красители на самих микроустройствах. В некоторых системах используются дополнительные поляризаторы или фильтры для дальнейшего улучшения качества и контрастности изображения.

Without the projection lens, the picture created in this process would be too small to see clearly. That's why LCoS technology falls into the category of microdisplays -- displays that are too small to see without some kind of magnification.

The SXRD Iris

Sony's SXRD (Silicon X-tal Reflective Display) -- their brand name for LCoS -- uses an "advanced iris" to improve black levels. Like the pupil of your eye, the iris opens and closes to change the amount of light that enters the system. Sony was the first manufacturer to include an iris, and several other manufacturers are incorporating similar equipment in sets to be released in 2006.

Instead of using liquid crystal between two polarized panels like an LCD, an LCoS microdevice has a liquid crystal layer between one transparent thin-film transistor (TFT) and one silicon semiconductor. The semiconductor has a reflective, pixilated surface. The lamp shines light through a polarizing filter and onto the device, and the liquid crystals act like gates or valves, controlling the amount of light that reaches the reflective surface. The more voltage a particular pixel's crystal receives, the more light the crystal allows to pass. It takes several layers of different materials to do this.

From the bottom to the top, here are the components of an LCoS microdevice and what they do:

The exact materials and configurations differ from manufacturer to manufacturer. Some use nematic liquid crystals and others use ferroelectric crystals. Some use organic alignment layers, which can break down through use and exposure to the high-intensity light from the lamp. Others use photosensitive materials and light to control the impulses to the liquid crystal.

In general, LCoS devices have only a very small gap between pixels. The pixel pitch -- the horizontal distance between one pixel and the next pixel of the same color -- is between 8 and 20 microns (10^-6). This reduces or eliminates the "screen door" effect found on some DLP televisions and helps keep the image smooth and uniform.

The system generally creates a good picture, but it does have some pros and cons. We'll look at those next.

Pixels

Many LCoS televisions have SXGA (Super Extended Graphics Array) + or better resolution. That's 1400 x 1050 pixels, for a total of 1.4 million. QXGA (Quantum Extended Graphic Array) sets have even more pixels -- 2048 x 1536, for a total of 2.3 million.

The physical properties of the LCoS microdevice, like the absence of a color wheel and the high fill factor, generally provide a high-quality picture with a minimum of artifacts. LCoS pixels are also smoother than the pixels of other systems, which some people say creates more natural pictures. The rainbow and screen door effects common to DLP televisions don't exist for LCoS. Unlike LCD systems, they're not prone to screen burn-in.

However, most LCoS systems don't have a very good black level, or ability to produce the color black. Televisions with poor black level generally can't produce as much contrast or detail as those with good black level. Since LCoS televisions and projectors use three microdevices instead of one, they also tend to be heavy and bulky. Most require periodic lamp replacement, which can cost several hundred dollars.

In addition, LCoS systems aren't as common as other display types. The reason for this is that LCoS microdevices are difficult to manufacture, and each set needs three of them. Several companies, including Intel, have tried to produce LCoS systems and have abandoned their efforts after consistently low yields in manufacturing.

Перейдите по ссылкам на следующей странице, чтобы получить дополнительную информацию о жидких кристаллах, телевизорах и связанных с ними темах.

Другое использование LCoS

У LCoS есть и другие применения, помимо телевизоров и проекторов. Например, в видоискателях некоторых цифровых камер используются дисплеи LCoS. Будущие приложения для технологии включают:

• Системы для обзора вблизи глаз, в том числе наголовные дисплеи
• Управление оптическим лучом
• Микропроекторы
• Голографическая проекция и хранение

Статьи по Теме

Больше отличных ссылок

Источники