ＬＣＯＳ顯示技術簡介

ＬＣＯＳ顯示技術簡介及產品說明
ＬＣＯＳ顯示是ＬＣＤ與ＣＭＯＳ集成電路有機結合的反射型新型顯示技術，ＬＣＯＳ作為新型顯示器件具備大屏幕、高亮度、高分辨率、省電等諸多優勢，其應用產品被廣大消費者和業內人士看好，ＬＣＯＳ可能是ＨＤＴＶ的背投影技術發展的主要方向。在大屏幕投影顯示中具有重要地位，由于經濟和輕便，它將成為目前ＣＲＴ技術大屏幕投影電視機的主要競爭者。隨著ＨＤＴＶ的推廣應用，將加快其產業化進程。本文介紹了ＬＣＯＳ顯示技術的基本原理和特性，還介紹了本公司 新出品的LCOS43,LCOS53等產品基本原理及簡單維修方法。
一、前言
直視式大屏幕電視和顯示器尚未大量投放市場，使投影顯示發展活躍起來，其中ＬＣＯＳ(Liquid Crystal on Silicon)反射式投影顯示剛剛迸人市場，引起業界的重視。因為ＬＣＯＳ技術借硅基ＣＭＯＳ集成電路技術，在單晶硅片上ＣＭＯＳ陣列取代a-Si ＴＦＴ ＬＣＤ中玻璃基板上a-Si ＴＦＴ陣列，相比之下前者生產技術更成熟，還有單晶硅遷移率遠高于a-Si遷移率，因此不僅適合于高密度、高分辨率、高開口率顯示，而且可以周邊驅動電路集成一體，甚至可以集成信息處埋系統。但ＬＣＯＳ微型顯示通過光學系統放大圖像幾十到幾百倍，帶來液晶顯示技術的新問題。本文介紹ＬＣＯＳ基本結構、光學系統、ＬＣＯＳ應用和市場及液晶顯示中的新問題。
今后ＬＣＯＳ主要將應用于數字化ＨＤＴＶ。據統計預測，該領域2000年產值為5億美元，到2004年產值將達到23億美元，年增長率為46.5％,是一種快速成長的新型顯示系統。
二、ＬＣＯＳ簡介
2．1 ＬＣＯＳ 面板架構
ＬＣＯＳ（Liquid Crystal on Silicon）屬于新型的反射式 ＭＩＣＲＯ ＬＣＤ投影技術，其結構是在硅片上，利用半導體制程制作驅動面板（又稱為ＣＭＯＳ－ＬＣＤ），然后在電晶體上透過研磨技術磨平，并鍍上鋁當作反射鏡，形成ＣＭＯＳ基板，然后將ＣＭＯＳ基板與含有透明電極之上玻璃基板貼合，再注入液晶，進行封裝測試。見圖 1。在單晶硅片上集成ＣＭＯＳ和存貯電容器的陣列，通過開孔把漏電極和像素電極連結，像素電極用鋁做成反射電極。為防止強光照射溝道，加一層金屬檔光層。另一側基板是ITO電極的玻璃板。
 
圖１ＬＣＯＳ 面板結構圖

ＬＣＯＳ背投影電視機的基本原理與ＬＣＤ背投影電視機相似，只是ＬＣＯＳ背投影電視機是利用ＬＣＯＳ面板來調變由光源發射出來欲投影至屏幕的光信號，與ＬＣＤ背投影電視機 大的不同是ＬＣＤ背投影電視機是利用光源穿過
ＬＣＤ作調變，屬于穿透式，而ＬＣＯＳ背投影電視機中是利用反射的架構，所以光源發射出來的光并不會穿透ＬＣＯＳ面板，屬于反射式。ＬＣＯＳ面板是以ＣＭＯＳ芯片為電路基板及反射層，然后再涂布液晶層后，以玻璃平板封裝。
2．2 投影顯示系統架構
ＬＣＯＳ面板是以ＣＭＯＳ芯片為電路基板，因此無法讓光線直接穿過，其分光合光系統設計和ＬＣＤ投影機有些不同，通常需要在分光合光系統中利用偏極化分光鏡（Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ Ｂｅａｍ Ｓｐｌｉｔｅｒ；ＰＢＳ），將入射ＬＣＯＳ面板的光束與反射后的光束分開。
（ａ）偏極化分光鏡（ＰＢＳ）的功能： 
ＰＢＳ是由兩個４５度等腰直角棱鏡底邊粘合的而成的棱鏡，當非線性偏極化光入射ＰＢＳ時，ＰＢＳ會反射入射光的Ｓ偏光（垂直入射線平面），并且讓Ｐ偏光（平行入射線平面）通過。
（ｂ）主要結構：
圖２是ＬＣＯＳ投影結構系統，用金屬鹵化物燈(亮度6000流明以上)或氖燈(亮度60000流明)，用拋物面反射鏡過濾紫外光和紅外光，再用冷反射鏡過濾紅外光，通過聚焦透鏡和復眼透鏡得到均勻的平行光，然后分色鏡分光，再通過PBS得到偏振光，通過ＬＣＯＳ反射進行合成并通過變焦透鏡投影到屏幕。ＬＣＯＳ背投影電視機與ＬＣＤ背投影電視機的主要結構在導光及分光合光部分的設計大同小異，只是在ＬＣＯＳ投影機系統中，ＬＣＯＳ面板前均多加了ＰＢＳ。
由光源所發出的光經由Ｄｉｃｈｒｏｉｃ Ｍｉｒｒｏｒ（雙色鏡）后分成Ｒ、Ｇ、Ｂ三色光，此三色光分別通過各自的ＰＢＳ后，會反射Ｓ偏光進入ＬＣＯＳ面板，當液晶顯示為亮態時，Ｓ偏光將改變成Ｐ偏光， 后以雙色棱鏡（Ｄｉｃｈｒｏｉｃ Ｐｒｉｓｍ）組合調變過的三道偏極光，投射至屏幕處得到影像。
簡單來說，ＬＣＯＳ是直接與顯像管（ＣＲＴ）投影技術、高溫多晶硅液晶（Ｐｌｏｙ－Ｓｉ ＬＣＤ）穿透式投影技術、ＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｍｉｃｒｏｍｉｒｒｏｒ Ｄｅｖｉｃｅ）數據光學處理（ＤＬＰ； Ｄｉｇｉｔａｌ Ｌｉｇｈｔ Ｐｒｏｊｅｃｔｏｒ）反射式技術相關。這三項技術已發展成熟，故ＬＣＯＳ可成為投影顯示技術的新主流。圖 2 ＬＣＯＳ投影系統結構
 
另外還有一種離軸光學投影系統。入射光和反射光分開，不用PBS。而用偏振膜，對比度高，但體積稍微大一些。具體結構見圖３。
 
圖 3 離軸光學投影系統結構示圖
2．3 ＬＣＯＳ技術特性
與穿透式ＨＴＰＳ－ＬＣＤ及ＤＬＰ相比，ＬＣＯＳ具有下列優勢：
光利用效率高：ＬＣＯＳ與ＬＣＤ投影顯示器類似，主要的差別就是ＬＣＯＳ屬反射式成像，所以光利用效率可達４０％以上，與ＤＬＰ相當，而穿透式ＬＣＤ僅有３－１０％而已。
體積小：ＬＣＯＳ可將驅動ＩＣ等外圍線路完全整合至ＣＭＯＳ基板上，減少外圍ＩＣ的數目及封裝成本，并使體積縮小。
分辨率高：由于ＬＣＯＳ的晶體管及驅動線路都制作于硅基板內，位于反射面之下，不占表面面積，所以僅有像素間隙占用開口面積，不像穿透式ＬＣＤ的ＴＦＴ及導線皆占用開口面積，故理論上ＬＣＯＳ不論分辨率或開口率都會比穿透式ＬＣＤ高。分辨率普遍達到ＳＸＧＡ等級（１２８０×１０２４）
三、結論
ＬＣＯＳ作為新型顯示器件具備大屏幕、高亮度、高分辨率、省電等諸多優勢，其應用產品被廣大消費者和業內人士看好，市場潛力無限。ＬＣＯＳ可能是ＨＤＴＶ的背投影技術發展的主要方向。隨著成本的不斷降低，ＬＣＯＳ應用產品及其大屏幕顯示將會越來越多。
目前發展ＬＣＯＳ存在的問題一是行業標準不統一，各家推出的ＬＣＯＳ應用產品各具特色，專利技術也不一樣，相對來說上游配套產品也比較復雜，如光學鏡頭、光機、燈、屏幕等；二是ＬＣＯＳ制造工藝還存在瓶頸，良品率受制約，成本相對較高，因此從目前產品性能、價格與現有市場區分分析，現階段的ＬＣＯＳ技術還是難以與ＬＣＤ或ＤＬＰ技術相抗衡。但如果一旦形成成熟的產業鏈，其優良的性能和低廉的成本是其它產品無法與之競爭的。
四、LCOS背投影電視機整機結構。
因為LCOS投影電視的組件價格較高，如燈泡、屏幕等，為了方便非生產人員的拆卸，要求必須明白各組件的作用及注意事項，避免維修過程中造成不必要的故障或損壞元器件
1、 木箱底座組件：括滑輪、前護蓋、后鐵蓋、喇叭、燈護蓋等。
二、 整機組件：
1、 支撐架：固定屏幕、大折射鏡。
2、 大折射鏡：與普通鏡子不同，注意折射面不可臟污。
3、 屏幕組件：括面框、屏幕，注意屏幕背面不可臟污。
4、 光學引擎組件：括燈泡、各光學組件。
5、 電路板：括點燈器、電源板、主板、高頻板、功放板、端口AV板、鍵控板等。
6、 后殼：括后殼、透氣蓋。
三、 組件概述及注意事項：
1、 滑輪：在整機移動時要扳開滑輪扣紐，防止滑輪損壞；不移動時扳下扣紐，防止整機移動。
2、 支撐架：屬不損壞件，支撐架的定位與光學部份有很大的關系，非生產人員不可拆卸。
3、 大折射鏡：屬一般不損壞件，不可用手觸摸，非生產人員不可拆卸。
4、 屏幕組件：屬一般不損壞件，不可用手觸摸屏幕背面，非生產人員不可拆卸如遇有外觀不良不可私自拆卸面框，可通知廠方解決。
5、 光機引擎組件：屬一般不損壞件，不可用手觸摸其小折射鏡、光機鏡頭、非生產人員不可拆卸，否則后果自負。
6、 電路板：主板為多層布線，元件為貼片元件，拆卸元件要小心烙鐵損壞元件及銅箔。
7、 后殼：在衛生差、灰塵較多的環境下絕不允許拆卸。
 

光機外觀圖1
 
光機外觀圖2


 
高頻頭板外觀圖

 
功放板外觀圖
 
驅動板外觀圖
 

主板外觀圖
 
點燈器外觀圖
 
后AV板外觀圖
 
電源外觀圖



五、產品規格。
 


六、電路原理。
6.1主電路原理方框圖。
請參考附圖
6.2 部分電路簡介。
A、高頻板部分：
   本機高頻頭采用Philips FQ1216ME 一體化高頻頭，其基本電路如下：
 
B、CXA2069部分:
   功能與特點：
   ·7路輸入（括4路S端子輸入），3路輸出。
   ·輸入可被獨立地選擇輸出到3路輸出中的一路。
   ·Y/C混合電路
   ·寬范圍視頻信號放大（20MHz，-3dB）
 
   ·寬音頻動態范圍（3VRMS TYP.）

C．AD8183部分：
  功能與特點：
  ·2路RGB選擇開關。
  ·380MHz 帶寬 (-3 dB) 200mV p-p
    310MHz 帶寬（-3 dB）2V p-p
  ·15ns 高速切換
 
D．MSP3410部分：
   功能與特點：
   ·多音頻標準，括所有的TV標準及NICAM數字音頻標準
   ·自動標準檢測 、自動聲音選擇（mono/stereo/bilingual）
   ·Loudspeaker及Headphone、Subwoofer輸出
 
E．VPC3230部分：
   功能與特點：
   ·多標準視頻解碼PAL/NTSC/SECAM
   ·四路CVBS、一路S-VHS輸入，一路CVBS輸出
   ·兩路RGB/YcbCr輸入，一路Fast Blank (FB) 輸入
   ·完整的高質量A/D轉換及AGC電路
   ·多標準同步處理
   ·對比度、亮度、色飽和度調整
   ·PIP處理（1/4、1/9、1/16、1/36）
00
F．AD9887部分：
  功能與特點：
 ·330MHz模擬帶寬
 ·支持分辨率高達SXGA(1280 x 1024 @75Hz)
 ·140MSPS 大A/D轉換速率
 ·0.5V-1.0V模擬信號輸入
 ·同步處理和時鐘發生
 
G．TDA7265部分
  功能與特點：
 ·25W+25W @THD = 10%，RL = 8歐，VS=+/- 20V
 
6-3：端口定義
A． 主板端口定義：

 


 

 

 

B．主板端口定義：
l  
 
 
C． 驅動板端口定義：
 
 

D． 主板AV接口：
 
E． 主板AV接口：
 



F． 主板電腦接口：
 

 
G． 主板高頻接口：
 

 


七、維修模式。
   本章維修模式指本公司指定技術員對創維LS43U、LS53V液晶背投的工廠模式的熟悉及更改。在非必要情況下請勿告訴他人，以防機器參數被更改，損壞機器。因各種原因，本章只列出以下幾種，請各位同仁“按部就班”操作，否則將會引起故障。
7.1 如須恢復出廠設置，直接按遙控器上的“設置”鍵即可。
7.2 升級程序
    因軟件的不斷更新，因此須熟識如何升級程序。
A． 電腦配置要求：
Windows 98或以上 (盡量不要使用Windows NT)
必須具備COM1
B． 傳輸板電路圖
    
 
C． 操作程序：
首先將D-SUB9與電腦COM1連接，另一端與背投連接，如使用電路2，將D-SUB9插到背投電視機主板上的VGA端口，不可用后AV板的端口。否則無法升級。
1） 啟動計算機，進入Windows安裝升級程序OPLUS FLASH LOADER。雙擊DISK1里的SETUP即可自動安裝。安裝完畢以后將附帶的devices.fl文件拷貝到安裝目錄覆蓋原文件即可使用。
2） 啟動flash loader升級程序。出現以下界面： 
然后打開背投電視，此時電視應該能點亮但不會出現任何圖象，屏幕為黑，此屬正常現象。同時，升級程序自動檢查升級連接線是否正確，如正確，會自動捕獲CPU型號等信息，BROWSE按鍵變為可選，點擊后選擇所要升級的BIOS程序，一共有3個文件，逐一選擇進行燒錄即可。
3） 升級結束以后，先關閉電視機電源，然后再將連接線拔除。

八、常見故障排除。
 以下將常見故障作簡略介紹僅作參
畫中畫無像
主板壞
畫中畫訊源無TV像
TUNERB板L05壞
不開機
主板壞，L6，L7燒
有聲無光
主板至驅動板間DVI線松動
圖象有紅黃斜紋干擾或缺色
驅動板壞，三基色排線接觸不良。
遙控、鍵控失靈
主板壞或鍵控板IC損壞
無光
燈泡或點燈器損壞
開機花屏、TV無像
高頻板接觸不良
圖象亮度高
主板損壞
RGB偏色
主板或RGB連接線損壞
紅屏、綠屏、藍屏
光機PANEL損壞
RGB無像、AV有像
AV板AD8183 IC損壞
 
參考文獻：
1． 黃錫珉"ＬＣＯＳ和MILG技術"中國液晶網 2001年
2． 許傳朝 唐海龍"歲末投影機市場巡禮" 《微電腦世界》2001年第52期精彩投影
3． 閔慧"華源進軍IT暗藏玄機" 計算機世界 2002年第三期
4． 夏常榮"ＬＣＯＳ投影技術及其市場分析" 國際光電與顯示 2002年4月刊
5． M.Bolotski"SVGA和XGA ＬＣＯＳ微型顯示應用于頭盔顯示"/SPIE 3689: Helmet- and Head- Mounted Displays IV .-1999 .-222-230
6． F.J.Kah"電子投影顯示的 新動態"現代顯示 .2000,(4) 11-17
7． 沈培宏 ＬＣＯＳ顯示技術現狀及發展
九、日常維修注意事項
由于LCOS投影電視剛剛興起，維修經驗不多，但作為一種電視收看設備，在原理方面肯定與一般電視
有著很多的相同之處，只是他更復雜一些。下面只就維修方面的注意事項，提一些建議。
1、 在衛生差、灰塵較多的環境下絕不允許拆卸前護蓋、燈護蓋、后鐵蓋、支撐架、大折射鏡、屏幕組件、光學組件、光學引擎組件、電路板、后殼。在維修的時候，請一定在清潔的環境中打開機身，進行維修保養。
2、 小心謹慎、不得馬虎，任何問題拿準了下手。認真閱讀維修資料，有益無害。
3、 由于電路采用了很多高集成度芯片，價格昂貴，購買困難，電路板為多層電路板，且采用貼片技術，走線細，線間距離及芯片引腳間的距離非常小，一顆小小和焊錫等導體就足以造成短路，且用萬用表等工具的表筆測量引腳的參數的時候也很容易造成短路。
4、 不要隨意更換元器件及插頭、插座，避免插錯信號線，損壞機器。
5、 不要在通電的狀態下，關掉燈泡的風扇及插拔燈泡的電源，且不要隨意觸摸電源以避免高壓及人身安全。
6、 電源部分被損壞，原則上應更換新的電源。
7、 在通電狀態下不要頻繁開關機以免造成燈泡的損壞。
8、 認真閱讀說明書，規范開關機操作，并將注意事項傳達各使用者。（開機時先開啟電源開關，然后按下待機鍵STANDBY；關機時先按下待機鍵，等電源指示燈不閃時，再關斷電源。
9、 維修過程中請勿用手或其他的臟東西觸碰機身閃的任何一個光學器件。
10、 在進行光學部分的器件清潔時，請用壓縮空氣吹掉灰塵即可，請一定勿用帶有腐蝕性的液體擦拭玻璃器件的表面。
11、 嚴禁自行拆裝光機，如有損壞后果自負。
12、 更換燈泡時，一定要在確認電源斷開后再進行更換，且注意燈泡的安裝方向。
13、 嚴禁用銳器刮劃機身的表面。
14、 嚴禁將機器躺放運輸或存放。
由于時間倉促，資料不全，技術水平有限，本指南難免存在不妥甚至錯誤之處，
敬請同行批評指正。