基于LCoS的高清投影机

CFLCOS型LED投影机的设计实务摘要：本文结合CFLCOS型LED投影机的光机、散热、电路等三大系统的研究和实践，介绍了四川维优科技有限责任公司开发的COOLUX系列微型LED投影实例。

CFLCOS型LED投影机具有体积超小，结构简洁，成本低等显著优势，自2008年底逐渐步入消费电子应用领域。

CFLCOS型LED投影机的设计主要包括光机系统、散热系统、电路系统一、光机系统：光机结构模拟图光机典型光学示意图备注：上图来自互联网COOLUX中的优势：1、大功率白光LED照明（4—6芯片，10—16W），配合高效率光学引擎系统，提供高达45ANSI 流明以上的亮度输出。

显示分辨率：800*600。

2、配合复眼透镜阵列、非球面收集器.复合抛物面聚光器等特殊光学元件，及PBS优化等措施，大幅度提升光效。

提供高达4%的引擎光利用率。

节能环保。

3、针对微型投影结构设计，结构紧凑，光机体积小于60cc（1/2香烟盒大小，最小可实现体积20cc），便携适用，开创投影全新应用领域（从手机嵌入到掌中、掌上型超便携产品）CF-LCOS微型投影光机成像原理：大致分为照明部分和成像部分A 照明部分。

●由上图中“21”大功率白光LED发出混合白光（P+S），●经过上图中“22”收集后，再经过“23”和“24”筛选和折射，P光穿透，S光折射。

●被折射的S光到上图中“25”上（CF-LCOS）成像B 成像部分●通过CF-LCOS产生的彩色图象经过镜头组“27”投射到屏幕。

为保证成像质量，CF-LCOS的成像面和投影镜头“27”的焦平面重合是至关重要的。

●最终，前段的照明系统经由CF-LCOS成像后，穿过投影镜头“27”，到屏幕。

二、Coolux散热系统虽然LED自身是真正的冷光源，所发出的光束不携带红外热量，整个光机内部原则上不需要特别的散热、IR隔热等措施，但目前LED自身的光电转换效率仅在20—30%，余下的电能将转换为热量，故LED本身需要良好的散热。

硅基液晶（Liquid Crystal on Silicon, LCoS）是一种液晶显示器（LCD）的新兴技术，是由Aurora Systems融合半导体CMOS集成电路与液晶两项技术的优势，于2000年开发出的一种高分辨率、低价格反射式新型显示技术。

它是一种将LCD直接制于单晶硅片上的新型液晶显示器件。

单晶硅片上可将LCD的有源矩阵薄膜晶体管（AMTFT）、外部驱动电路及控制电路等全部制于上面，以此作为LCD的一块基板，与另一块作为公共电极的涂上透明导电层的玻璃基板共同封接成一个薄盒，注入液晶即可制成硅基液晶显示器件（LCoS）。

众所周知，LCD已经历了TN型、STN型及TFT型等数代的更新，它们都是在LCD自身上下功夫。

而目前的LCoS则是将LCD与集成电路（IC）制成一体，这对LCD而言，无疑是一个全新的技术突破，它是TFT-LCD的新一代液晶显示产品。

2.LCoS的技术特点LCoS的结构是在硅片上利用半导体工艺制作驱动面板（亦称CMOS-LCD），然后在单晶硅片上通过研磨磨平，并镀上铝（Al）作为反射镜，形成了CMOS基板，再将CMOS基板与涂有透明电极的上玻璃基板粘合，并注入液晶，进行封装而成。

LCoS的结构特点决定了其与常规LCD有着众多的不同点，具有一些LCD及任何其他显示器所无法比拟的技术特点。

2.1智能型显示器件由于LCoS属于一种将液晶显示器件（LCD）与大规模集成电路（LSIC）制成一体的显示器件，甚至还可将信息处理系统集为一体，故使显示器件自身具有了某些智能功能，可将其称为智能型显示器件。

智能型显示器与性能最先进的芯片相结合，不仅能处理极其复杂的运算，而且还能拥有与PC 相类似的多种功能。

不是PC胜似PC，故智能型显示器将不再是电脑的外围设备而逐渐上升为主流设备，与电脑平起平坐。

LCD与LSIC是一对孪生兄弟。

LCD的轻、薄、小、微（是指功耗）的特点使显示器件的信息显示实现了个人化，而个人化的最终结果为LSIC提供了宽阔的市场发展前景。

基于LCoS技术的4K SXRD数字电影放映机原理解析如今，电影业正在经历由胶片向数字化发展的重要变革，在国内已有很多影院采用具有2K分辨率的数字放映机。

面对需求日益增长的电影娱乐市场，索尼推出了基于LCoS技术的4K SXRD级数字电影放映机，但是由于4K分辨率片源等原因，其普及程度远远低于采用DLP技术的2K级数字电影放映机。

为了推广4K投影技术，索尼已成立一个新的部门，为客户提供完整的数字影院服务与解决方案，而具有4K（4096×2160）分辨率与18000流明的索尼CineAlta 4K（SRX-R320）放映机将成市场的主流。

一、LCOS技术简介LCOS主要是由氙气灯发光，集光至面板，将面板的影像经反射或透射投射出影像，再经过分光、合光系统，最后将影像投射到屏幕显像。

LCOS(Liquid Crystal on Silicon)是一种全新的数码成像技术，它采用半导体CMOS集成电路芯片作为反射式LCD的基片，CMOS芯片上涂有薄薄的一层液晶硅，控制电路置于显示装置的后面，可以提高透光率，从而实现更大的光输出和更高的分辨率。

1、LCOS面板结构：LCOS面板结构如图1-1，类似TFT LCD，是在上下二层基板中间撒布Spacer以加以隔绝后，再填充液晶于基板间形成光阀，藉由电路的开关以推动液晶分子的旋转，以决定画面的明与暗。

LCOS面板的上基板是ITO导电玻璃，下基板是则矽晶圆CMOS基板，LCOS面板最大的特色在于下基板的材质是单晶矽，因此拥有良好的电子移动率，而且单晶矽可形成较细的线路，因此与现有的HTPS LCD及DLP投影面板相较，LCOS是比较容易达成高解析度的投影技术。

图1-1 LOCS面板结构图2、LCOS光学引擎架构：由于LCOS技术仍在起步阶段，目前并无标准制程，所以有多家厂商开发出不同的LCOS光学引擎架构。

在这些不同的技术中，可概分为三片式及单片式二大类。

2023年LCoS投影仪行业市场分析现状随着科技的不断发展，投影仪已成为现代办公、教育和娱乐的重要工具。

以液晶晶体管（LCD）和数字微镜（DLP）为代表的传统投影仪技术已经在市场上占据了一定的份额。

但是，随着液晶硅微镜（LCoS）技术的逐步成熟和发展，LCoS投影仪也逐渐进入市场，并且呈现出一定的竞争优势。

目前，全球LCoS投影仪市场集中在几家大型公司手中，例如索尼、JVC和Epson等。

这些公司利用其强大的技术实力和品牌影响力，推出了一系列高性能的LCoS投影仪产品，赢得了市场的认可和青睐。

LCoS投影仪相对于传统技术的优势主要体现在以下几个方面。

首先，LCoS投影仪具有更高的分辨率和色彩表现力。

传统投影仪的像素数量有限，导致画面细节不够清晰，颜色不够真实。

而LCoS投影仪采用更高像素的光学芯片，可以呈现更为细腻、逼真的画面效果，满足用户对高清画质的需求。

其次，LCoS投影仪具备更高的对比度和黑暗细节表现能力。

传统投影仪的对比度有限，导致在黑暗场景下细节模糊不清。

而LCoS投影仪利用其高反射率的特性，能够呈现更深沉、明亮的黑色，提升了画面的对比度，使得黑暗细节更加清晰可见。

另外，LCoS投影仪还具有更广的色域和更低的色散问题。

传统投影仪对于色彩的还原能力有限，容易出现色彩过饱和或偏离实际。

而LCoS投影仪使用了更为先进的光学技术和滤波器设计，能够更准确地还原原始的色彩，使得画面更加自然真实。

然而，LCoS投影仪目前仍面临着一些挑战和限制。

首先，LCoS投影仪的价格相对较高。

由于LCoS技术的独特性以及生产成本的限制，使得LCoS投影仪的价格较高，限制了它在大众市场中的普及和推广。

其次，LCoS投影仪的亮度还有进一步提升的空间。

由于LCoS投影仪的光源亮度和光学系统设计的限制，目前LCoS投影仪的亮度相对较低，无法满足一些专业、商业和户外应用的需求。

另外，LCoS投影仪还面临着对细节表现和运动处理能力的进一步提升的挑战。

CANON 3LCOS高清投影机控标参数1.WUX4000◆1).采用3片LCOS反射式成像芯片◆2).物理分辨率1920×1200（WUXGA）◆3).彩色亮度4000流明,对比度1000：1◆4).采用12bit图像处理技术◆5).RGBCMY六轴色彩调节◆6).DICOM SIM高精度的医疗灰阶显示模式◆7).标配镜头1.5-2.25：1投射比◆8).支持所有的超长焦、长焦、标准和广角镜头电动变焦、聚焦和镜头水平和垂直偏移9).采用RS232和TCP/IP控制。

10).具有HDMI 、DVI、VGA等高清接口。

◆11).采用单灯结构，灯泡寿命4000小时。

2.WUX5000◆1).采用3片LCOS反射式成像芯片◆2).物理分辨率1920×1200（WUXGA）◆3).彩色亮度5000流明,对比度1000：1◆4).采用12bit图像处理技术◆5).RGBCMY六轴色彩调节◆6).DICOM SIM高精度的医疗灰阶显示模式◆7).标配镜头1.5-2.25：1投射比◆8).支持所有的长焦、标准和广角镜头电动变焦、聚焦和镜头水平和垂直偏移、9).采用RS232和TCP/IP控制10).具有HDMI 、DVI、VGA等高清接口11).采用单灯结构，灯泡寿命3000小时3.WX6000◆1).采用3片LCOS反射式成像芯片◆2).物理分辨率1440×900（WXGA+）◆3).彩色亮度5700流明,对比度1000：1◆4).采用12bit图像处理技术◆5).RGBCMY六轴色彩调节◆6).DICOM SIM高精度的医疗灰阶显示模式◆7).标配镜头1.5-2.25：1投射比◆8).支持所有的长焦、标准和广角镜头电动变焦、聚焦和镜头水平和垂直偏移；9).采用RS232和TCP/IP控制10).具有HDMI 、DVI-I、VGA等高清接口11).采用单灯结构，灯泡寿命3000小时4.SX6000◆1).采用3片LCOS反射式成像芯片◆2).物理分辨率1400×1050（SXGA+）◆3).彩色亮度6000流明,对比度1000：1◆4).采用12bit图像处理技术◆5).RGBCMY六轴色彩调节◆6).DICOM SIM高精度的医疗灰阶显示模式◆7).标配镜头1.5-2.25：1投射比◆8).支持所有的长焦、标准和广角镜头电动变焦、聚焦和镜头水平和垂直偏移、9).采用RS232和TCP/IP控制10).具有HDMI 、DVI-I、VGA等高清接口11). 采用单灯结构，灯泡寿命3000小时5.WX520◆1).采用3片LCOS反射式成像芯片◆2).物理分辨率1440×900（WXGA+）◆3).彩色亮度5200流明,对比度2000：1◆5).RGBCMY六轴色彩调节◆6).DICOM SIM高精度的医疗灰阶显示模式◆7).标配镜头1.42-2.55：1投射比8).镜头水平和垂直偏移9).采用RS232和TCP/IP控制10). 具有HDMI 、DVI-I、VGA \Ypbpr、USB等高清接口◆11).采用260W单灯，灯泡寿命5000小时◆12）镜头恒定F2.8光圈，变焦全程无任何亮度损失◆13）内置边缘融合和四角校正功能，◆14）网络投影影功能，可同时显示4路网络投影图像◆15）双画面画外画显示功能，可同时显示两路数字同清信号6.WUX450◆1).采用3片LCOS反射式成像芯片2).物理分辨率1920×1200（WUXGA）◆3).彩色亮度5200流明,对比度2000：15).RGBCMY六轴色彩调节◆6).DICOM SIM高精度的医疗灰阶显示模式◆7).标配镜头1.39-2.52：1投射比8).镜头水平和垂直偏移9).采用RS232和TCP/IP控制10).具有HDMI 、DVI-I、VGA \Ypbpr、USB等高清接口◆11).采用260W单灯，灯泡寿命5000小时◆12）镜头恒定F2.8光圈，变焦全程无任何亮度损失◆13）内置边缘融合和四角校正功能，◆14）网络投影影功能，可同时显示4路网络投影图像◆15）双画面画外画显示功能，可同时显示两路数字同清信号7.WUX400ST◆1).采用3片LCOS反射式成像芯片,10万小时芯片寿命2).物理分辨率1920×1200（WUXGA）◆3).彩色亮度4000流明,对比度2000：15).RGBCMY六轴色彩调节◆6).DICOM SIM高精度的医疗灰阶显示模式◆7).标配镜头0.56：1投射比◆8).镜头垂直偏移0%-75%，水平偏移±10%；9).采用RS232和TCP/IP控制10).具有HDMI 、DVI-I、VGA \Ypbpr、USB等高清接口◆11).采用260W单灯，灯泡寿命5000小时◆12）镜头F2.7光圈，焦距=8.8毫米◆13）内置边缘融合和四角校正功能，◆14）网络投影影功能，可同时显示4路网络投影图像◆15）双画面画外画显示功能，可同时显示两路数字同清信号8.WX450ST◆1).采用3片LCOS反射式成像芯片◆2).物理分辨率1440×900（WXGA+）◆3).彩色亮度4500流明,对比度2000：1◆5).RGBCMY六轴色彩调节◆6).DICOM SIM高精度的医疗灰阶显示模式◆7).标配镜头0.57：1投射比◆8).镜头垂直偏移0%-77%，水平偏移±10%；9).采用RS232和TCP/IP控制10).具有HDMI 、DVI-I、VGA \Ypbpr、USB等高清接口◆11).采用260W单灯，灯泡寿命5000小时◆12）镜头恒定F2.7光圈，焦距=8.8毫米◆13）内置边缘融合和四角校正功能，◆14）网络投影影功能，可同时显示4路网络投影图像◆15）双画面画外画显示功能，可同时显示两路数字同清信号。

Lcos微型投影机简析陈铭 20090706LCOS作为一种微型显示技术，在90年代末就已经出现，随着技术的成熟、工艺的逐步完善，已逐渐与DLP、LCD两大显示技术在投影市场上形成分庭抗礼之势。

LCOS的结构是在单晶硅上生长电晶体，利用半导体集成制作驱动面板(又称为CMOS－LCD)，然后在电晶体上透过研磨技术磨平，并在上面镀铝膜电极作为反射镜，形成CMOS有源点阵基板，然后将CMOS基板与含有ITO透明电极的上玻璃基板贴合，再注入液晶，进行封装。

像素电极同时也作为反射镜，像素的尺寸一般可以做的很小约为7～20μm，开口率高达96％。

结构见图1（摘自网络）图1利用单片LCOS器件进行投影机开发大致可分为两大类：一是利用RGB色光作为光源，利用单色LCOS较高的场刷新率特点，采用时序方式将一场信号分解为R场、G场、B场分别显示，然后利用人眼的视觉暂留特性进行时间混色，形成一副完整的彩色图像；二是利用白光作为光源，采用单片CF-LCOS作为成像器件直接成像为彩色图像。

CF-LCOS技术以台湾的HIMAX为代表，其技术特点是在单色LCOS芯片上，加上印刷有红、绿、蓝滤色单元的CF膜，然后将该CF膜和LCOS的液晶成像单元严格对准。

这样，原来LCOS面板上的一个物理像素就变成了对应的一个基色点，由3个相邻的R、G、B基色点组合成一个完整的显示像素。

当白光照射进来的时候，由驱动电路控制，把图像对应的R、G、B点阵信息分别送到相应的物理显示像素上，并根据该像素的灰度等级，控制液晶分子旋转，对白光进行光阀开关控制，被控制的白光透过物理像素对应的彩色滤色片单元后，形成彩色的图像。

CF-LCOS面板由于采用了和传统TFT-LCD相似的成像原理，故使用起来非常简单。

只需要单片面板+白光光源就能生成彩色图像，其相对于时序方式具有以下优点：1、在光路设计上远比时序方式简单，也完全没有时序方式光路设计不当带来的白场色彩不均匀现象；2、由于采用R、G、B滤色片进行空间混色，因此图像全场刷新率在90HZ（CF-LCOS要求的最低刷新率）以上，显示的图像平滑细腻、画面稳定、无闪烁感。