ＬＣＯＳ显示技术简介

ＬＣＯＳ显示技术简介及产品说明
ＬＣＯＳ显示是ＬＣＤ与ＣＭＯＳ集成电路有机结合的反射型新型显示技术，ＬＣＯＳ作为新型显示器件具备大屏幕、高亮度、高分辨率、省电等诸多优势，其应用产品被广大消费者和业内人士看好，ＬＣＯＳ可能是ＨＤＴＶ的背投影技术发展的主要方向。在大屏幕投影显示中具有重要地位，由于经济和轻便，它将成为目前ＣＲＴ技术大屏幕投影电视机的主要竞争者。随着ＨＤＴＶ的推广应用，将加快其产业化进程。本文介绍了ＬＣＯＳ显示技术的基本原理和特性，还介绍了本公司 新出品的LCOS43,LCOS53等产品基本原理及简单维修方法。
一、前言
直视式大屏幕电视和显示器尚未大量投放市场，使投影显示发展活跃起来，其中ＬＣＯＳ(Liquid Crystal on Silicon)反射式投影显示刚刚迸人市场，引起业界的重视。因为ＬＣＯＳ技术借硅基ＣＭＯＳ集成电路技术，在单晶硅片上ＣＭＯＳ阵列取代a-Si ＴＦＴ ＬＣＤ中玻璃基板上a-Si ＴＦＴ阵列，相比之下前者生产技术更成熟，还有单晶硅迁移率远高于a-Si迁移率，因此不仅适合于高密度、高分辨率、高开口率显示，而且可以周边驱动电路集成一体，甚至可以集成信息处埋系统。但ＬＣＯＳ微型显示通过光学系统放大图像几十到几百倍，带来液晶显示技术的新问题。本文介绍ＬＣＯＳ基本结构、光学系统、ＬＣＯＳ应用和市场及液晶显示中的新问题。
今后ＬＣＯＳ主要将应用于数字化ＨＤＴＶ。据统计预测，该领域2000年产值为5亿美元，到2004年产值将达到23亿美元，年增长率为46.5％,是一种快速成长的新型显示系统。
二、ＬＣＯＳ简介
2．1 ＬＣＯＳ 面板架构
ＬＣＯＳ（Liquid Crystal on Silicon）属于新型的反射式 ＭＩＣＲＯ ＬＣＤ投影技术，其结构是在硅片上，利用半导体制程制作驱动面板（又称为ＣＭＯＳ－ＬＣＤ），然后在电晶体上透过研磨技术磨平，并镀上铝当作反射镜，形成ＣＭＯＳ基板，然后将ＣＭＯＳ基板与含有透明电极之上玻璃基板贴合，再注入液晶，进行封装测试。见图 1。在单晶硅片上集成ＣＭＯＳ和存贮电容器的阵列，通过开孔把漏电极和像素电极连结，像素电极用铝做成反射电极。为防止强光照射沟道，加一层金属档光层。另一侧基板是ITO电极的玻璃板。
 
图１ＬＣＯＳ 面板结构图

ＬＣＯＳ背投影电视机的基本原理与ＬＣＤ背投影电视机相似，只是ＬＣＯＳ背投影电视机是利用ＬＣＯＳ面板来调变由光源发射出来欲投影至屏幕的光信号，与ＬＣＤ背投影电视机 大的不同是ＬＣＤ背投影电视机是利用光源穿过
ＬＣＤ作调变，属于穿透式，而ＬＣＯＳ背投影电视机中是利用反射的架构，所以光源发射出来的光并不会穿透ＬＣＯＳ面板，属于反射式。ＬＣＯＳ面板是以ＣＭＯＳ芯片为电路基板及反射层，然后再涂布液晶层后，以玻璃平板封装。
2．2 投影显示系统架构
ＬＣＯＳ面板是以ＣＭＯＳ芯片为电路基板，因此无法让光线直接穿过，其分光合光系统设计和ＬＣＤ投影机有些不同，通常需要在分光合光系统中利用偏极化分光镜（Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ Ｂｅａｍ Ｓｐｌｉｔｅｒ；ＰＢＳ），将入射ＬＣＯＳ面板的光束与反射后的光束分开。
（ａ）偏极化分光镜（ＰＢＳ）的功能： 
ＰＢＳ是由两个４５度等腰直角棱镜底边粘合的而成的棱镜，当非线性偏极化光入射ＰＢＳ时，ＰＢＳ会反射入射光的Ｓ偏光（垂直入射线平面），并且让Ｐ偏光（平行入射线平面）通过。
（ｂ）主要结构：
图２是ＬＣＯＳ投影结构系统，用金属卤化物灯(亮度6000流明以上)或氖灯(亮度60000流明)，用抛物面反射镜过滤紫外光和红外光，再用冷反射镜过滤红外光，通过聚焦透镜和复眼透镜得到均匀的平行光，然后分色镜分光，再通过PBS得到偏振光，通过ＬＣＯＳ反射进行合成并通过变焦透镜投影到屏幕。ＬＣＯＳ背投影电视机与ＬＣＤ背投影电视机的主要结构在导光及分光合光部分的设计大同小异，只是在ＬＣＯＳ投影机系统中，ＬＣＯＳ面板前均多加了ＰＢＳ。
由光源所发出的光经由Ｄｉｃｈｒｏｉｃ Ｍｉｒｒｏｒ（双色镜）后分成Ｒ、Ｇ、Ｂ三色光，此三色光分别通过各自的ＰＢＳ后，会反射Ｓ偏光进入ＬＣＯＳ面板，当液晶显示为亮态时，Ｓ偏光将改变成Ｐ偏光， 后以双色棱镜（Ｄｉｃｈｒｏｉｃ Ｐｒｉｓｍ）组合调变过的三道偏极光，投射至屏幕处得到影像。
简单来说，ＬＣＯＳ是直接与显像管（ＣＲＴ）投影技术、高温多晶硅液晶（Ｐｌｏｙ－Ｓｉ ＬＣＤ）穿透式投影技术、ＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｍｉｃｒｏｍｉｒｒｏｒ Ｄｅｖｉｃｅ）数据光学处理（ＤＬＰ； Ｄｉｇｉｔａｌ Ｌｉｇｈｔ Ｐｒｏｊｅｃｔｏｒ）反射式技术相关。这三项技术已发展成熟，故ＬＣＯＳ可成为投影显示技术的新主流。图 2 ＬＣＯＳ投影系统结构
 
另外还有一种离轴光学投影系统。入射光和反射光分开，不用PBS。而用偏振膜，对比度高，但体积稍微大一些。具体结构见图３。
 
图 3 离轴光学投影系统结构示图
2．3 ＬＣＯＳ技术特性
与穿透式ＨＴＰＳ－ＬＣＤ及ＤＬＰ相比，ＬＣＯＳ具有下列优势：
光利用效率高：ＬＣＯＳ与ＬＣＤ投影显示器类似，主要的差别就是ＬＣＯＳ属反射式成像，所以光利用效率可达４０％以上，与ＤＬＰ相当，而穿透式ＬＣＤ仅有３－１０％而已。
体积小：ＬＣＯＳ可将驱动ＩＣ等外围线路完全整合至ＣＭＯＳ基板上，减少外围ＩＣ的数目及封装成本，并使体积缩小。
分辨率高：由于ＬＣＯＳ的晶体管及驱动线路都制作于硅基板内，位于反射面之下，不占表面面积，所以仅有像素间隙占用开口面积，不像穿透式ＬＣＤ的ＴＦＴ及导线皆占用开口面积，故理论上ＬＣＯＳ不论分辨率或开口率都会比穿透式ＬＣＤ高。分辨率普遍达到ＳＸＧＡ等级（１２８０×１０２４）
三、结论
ＬＣＯＳ作为新型显示器件具备大屏幕、高亮度、高分辨率、省电等诸多优势，其应用产品被广大消费者和业内人士看好，市场潜力无限。ＬＣＯＳ可能是ＨＤＴＶ的背投影技术发展的主要方向。随着成本的不断降低，ＬＣＯＳ应用产品及其大屏幕显示将会越来越多。
目前发展ＬＣＯＳ存在的问题一是行业标准不统一，各家推出的ＬＣＯＳ应用产品各具特色，专利技术也不一样，相对来说上游配套产品也比较复杂，如光学镜头、光机、灯、屏幕等；二是ＬＣＯＳ制造工艺还存在瓶颈，良品率受制约，成本相对较高，因此从目前产品性能、价格与现有市场区分分析，现阶段的ＬＣＯＳ技术还是难以与ＬＣＤ或ＤＬＰ技术相抗衡。但如果一旦形成成熟的产业链，其优良的性能和低廉的成本是其它产品无法与之竞争的。
四、LCOS背投影电视机整机结构。
因为LCOS投影电视的组件价格较高，如灯泡、屏幕等，为了方便非生产人员的拆卸，要求必须明白各组件的作用及注意事项，避免维修过程中造成不必要的故障或损坏元器件
1、 木箱底座组件：括滑轮、前护盖、后铁盖、喇叭、灯护盖等。
二、 整机组件：
1、 支撑架：固定屏幕、大折射镜。
2、 大折射镜：与普通镜子不同，注意折射面不可脏污。
3、 屏幕组件：括面框、屏幕，注意屏幕背面不可脏污。
4、 光学引擎组件：括灯泡、各光学组件。
5、 电路板：括点灯器、电源板、主板、高频板、功放板、端口AV板、键控板等。
6、 后壳：括后壳、透气盖。
三、 组件概述及注意事项：
1、 滑轮：在整机移动时要扳开滑轮扣纽，防止滑轮损坏；不移动时扳下扣纽，防止整机移动。
2、 支撑架：属不损坏件，支撑架的定位与光学部份有很大的关系，非生产人员不可拆卸。
3、 大折射镜：属一般不损坏件，不可用手触摸，非生产人员不可拆卸。
4、 屏幕组件：属一般不损坏件，不可用手触摸屏幕背面，非生产人员不可拆卸如遇有外观不良不可私自拆卸面框，可通知厂方解决。
5、 光机引擎组件：属一般不损坏件，不可用手触摸其小折射镜、光机镜头、非生产人员不可拆卸，否则后果自负。
6、 电路板：主板为多层布线，元件为贴片元件，拆卸元件要小心烙铁损坏元件及铜箔。
7、 后壳：在卫生差、灰尘较多的环境下绝不允许拆卸。
 

光机外观图1
 
光机外观图2


 
高频头板外观图

 
功放板外观图
 
驱动板外观图
 

主板外观图
 
点灯器外观图
 
后AV板外观图
 
电源外观图



五、产品规格。
 


六、电路原理。
6.1主电路原理方框图。
请参考附图
6.2 部分电路简介。
A、高频板部分：
   本机高频头采用Philips FQ1216ME 一体化高频头，其基本电路如下：
 
B、CXA2069部分:
   功能与特点：
   ·7路输入（括4路S端子输入），3路输出。
   ·输入可被独立地选择输出到3路输出中的一路。
   ·Y/C混合电路
   ·宽范围视频信号放大（20MHz，-3dB）
 
   ·宽音频动态范围（3VRMS TYP.）

C．AD8183部分：
  功能与特点：
  ·2路RGB选择开关。
  ·380MHz 带宽 (-3 dB) 200mV p-p
    310MHz 带宽（-3 dB）2V p-p
  ·15ns 高速切换
 
D．MSP3410部分：
   功能与特点：
   ·多音频标准，括所有的TV标准及NICAM数字音频标准
   ·自动标准检测 、自动声音选择（mono/stereo/bilingual）
   ·Loudspeaker及Headphone、Subwoofer输出
 
E．VPC3230部分：
   功能与特点：
   ·多标准视频解码PAL/NTSC/SECAM
   ·四路CVBS、一路S-VHS输入，一路CVBS输出
   ·两路RGB/YcbCr输入，一路Fast Blank (FB) 输入
   ·完整的高质量A/D转换及AGC电路
   ·多标准同步处理
   ·对比度、亮度、色饱和度调整
   ·PIP处理（1/4、1/9、1/16、1/36）
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F．AD9887部分：
  功能与特点：
 ·330MHz模拟带宽
 ·支持分辨率高达SXGA(1280 x 1024 @75Hz)
 ·140MSPS 大A/D转换速率
 ·0.5V-1.0V模拟信号输入
 ·同步处理和时钟发生
 
G．TDA7265部分
  功能与特点：
 ·25W+25W @THD = 10%，RL = 8欧，VS=+/- 20V
 
6-3：端口定义
A． 主板端口定义：

 


 

 

 

B．主板端口定义：
l  
 
 
C． 驱动板端口定义：
 
 

D． 主板AV接口：
 
E． 主板AV接口：
 



F． 主板电脑接口：
 

 
G． 主板高频接口：
 

 


七、维修模式。
   本章维修模式指本公司指定技术员对创维LS43U、LS53V液晶背投的工厂模式的熟悉及更改。在非必要情况下请勿告诉他人，以防机器参数被更改，损坏机器。因各种原因，本章只列出以下几种，请各位同仁“按部就班”操作，否则将会引起故障。
7.1 如须恢复出厂设置，直接按遥控器上的“设置”键即可。
7.2 升级程序
    因软件的不断更新，因此须熟识如何升级程序。
A． 电脑配置要求：
Windows 98或以上 (尽量不要使用Windows NT)
必须具备COM1
B． 传输板电路图
    
 
C． 操作程序：
首先将D-SUB9与电脑COM1连接，另一端与背投连接，如使用电路2，将D-SUB9插到背投电视机主板上的VGA端口，不可用后AV板的端口。否则无法升级。
1） 启动计算机，进入Windows安装升级程序OPLUS FLASH LOADER。双击DISK1里的SETUP即可自动安装。安装完毕以后将附带的devices.fl文件拷贝到安装目录覆盖原文件即可使用。
2） 启动flash loader升级程序。出现以下界面： 
然后打开背投电视，此时电视应该能点亮但不会出现任何图象，屏幕为黑，此属正常现象。同时，升级程序自动检查升级连接线是否正确，如正确，会自动捕获CPU型号等信息，BROWSE按键变为可选，点击后选择所要升级的BIOS程序，一共有3个文件，逐一选择进行烧录即可。
3） 升级结束以后，先关闭电视机电源，然后再将连接线拔除。

八、常见故障排除。
 以下将常见故障作简略介绍仅作参
画中画无像
主板坏
画中画讯源无TV像
TUNERB板L05坏
不开机
主板坏，L6，L7烧
有声无光
主板至驱动板间DVI线松动
图象有红黄斜纹干扰或缺色
驱动板坏，三基色排线接触不良。
遥控、键控失灵
主板坏或键控板IC损坏
无光
灯泡或点灯器损坏
开机花屏、TV无像
高频板接触不良
图象亮度高
主板损坏
RGB偏色
主板或RGB连接线损坏
红屏、绿屏、蓝屏
光机PANEL损坏
RGB无像、AV有像
AV板AD8183 IC损坏
 
参考文献：
1． 黄锡珉"ＬＣＯＳ和MILG技术"中国液晶网 2001年
2． 许传朝 唐海龙"岁末投影机市场巡礼" 《微电脑世界》2001年第52期精彩投影
3． 闵慧"华源进军IT暗藏玄机" 计算机世界 2002年第三期
4． 夏常荣"ＬＣＯＳ投影技术及其市场分析" 国际光电与显示 2002年4月刊
5． M.Bolotski"SVGA和XGA ＬＣＯＳ微型显示应用于头盔显示"/SPIE 3689: Helmet- and Head- Mounted Displays IV .-1999 .-222-230
6． F.J.Kah"电子投影显示的 新动态"现代显示 .2000,(4) 11-17
7． 沈培宏 ＬＣＯＳ显示技术现状及发展
九、日常维修注意事项
由于LCOS投影电视刚刚兴起，维修经验不多，但作为一种电视收看设备，在原理方面肯定与一般电视
有着很多的相同之处，只是他更复杂一些。下面只就维修方面的注意事项，提一些建议。
1、 在卫生差、灰尘较多的环境下绝不允许拆卸前护盖、灯护盖、后铁盖、支撑架、大折射镜、屏幕组件、光学组件、光学引擎组件、电路板、后壳。在维修的时候，请一定在清洁的环境中打开机身，进行维修保养。
2、 小心谨慎、不得马虎，任何问题拿准了下手。认真阅读维修资料，有益无害。
3、 由于电路采用了很多高集成度芯片，价格昂贵，购买困难，电路板为多层电路板，且采用贴片技术，走线细，线间距离及芯片引脚间的距离非常小，一颗小小和焊锡等导体就足以造成短路，且用万用表等工具的表笔测量引脚的参数的时候也很容易造成短路。
4、 不要随意更换元器件及插头、插座，避免插错信号线，损坏机器。
5、 不要在通电的状态下，关掉灯泡的风扇及插拔灯泡的电源，且不要随意触摸电源以避免高压及人身安全。
6、 电源部分被损坏，原则上应更换新的电源。
7、 在通电状态下不要频繁开关机以免造成灯泡的损坏。
8、 认真阅读说明书，规范开关机操作，并将注意事项传达各使用者。（开机时先开启电源开关，然后按下待机键STANDBY；关机时先按下待机键，等电源指示灯不闪时，再关断电源。
9、 维修过程中请勿用手或其他的脏东西触碰机身闪的任何一个光学器件。
10、 在进行光学部分的器件清洁时，请用压缩空气吹掉灰尘即可，请一定勿用带有腐蚀性的液体擦拭玻璃器件的表面。
11、 严禁自行拆装光机，如有损坏后果自负。
12、 更换灯泡时，一定要在确认电源断开后再进行更换，且注意灯泡的安装方向。
13、 严禁用锐器刮划机身的表面。
14、 严禁将机器躺放运输或存放。
由于时间仓促，资料不全，技术水平有限，本指南难免存在不妥甚至错误之处，
敬请同行批评指正。