Из Википедии, бесплатной энциклопедии
  (Перенаправлено из LCoS )
Перейти к навигации Перейти к поиску
"LCOS" перенаправляется сюда. Для метрики экономики энергии см. Нормированную стоимость хранения .

Жидкий кристалл на кремнии ( LCoS или LCOS ) - это миниатюрный отражающий жидкокристаллический дисплей с активной матрицей или «микродисплей», использующий слой жидких кристаллов поверх кремниевой объединительной платы. Его также называют пространственным модулятором света . Первоначально LCoS был разработан для проекционных телевизоров, но теперь используется для селективного переключения длины волны , структурированного освещения , дисплеев для ближнего действия и формирования оптических импульсов. Для сравнения: в некоторых ЖК-проекторах используется пропускающий ЖК-экран , позволяющий свету проходить через жидкий кристалл.

В ЖК-дисплее чип CMOS управляет напряжением на квадратных отражающих алюминиевых электродах, расположенных прямо под поверхностью чипа, каждый из которых контролирует один пиксель. Например, микросхема с разрешением XGA будет иметь пластины 1024x768, каждая с независимо адресуемым напряжением. Типичные ячейки имеют размер около 1–3 квадратных сантиметров и толщину около 2 мм, с шагом пикселя всего 2,79 мкм. [1] Общее напряжение для всех пикселей обеспечивается прозрачным проводящим слоем из оксида индия и олова на покровном стекле.

Отображает [ редактировать ]

История [ править ]

Концептуальная схема проектора LCoS.
Проектор JVC "D-ILA" LCos

Компания General Electric впервые продемонстрировала LCoS-дисплей с низким разрешением в конце 1970-х годов. [2] Начиная с конца 1990-х годов ряд компаний пытались разработать продукты как для ближнего глаза, так и для проекционных приложений.

На выставке CES 2004 г. Intel объявила о планах по крупномасштабному производству недорогих микросхем LCoS для использования в плоских дисплеях. Эти планы были отменены в октябре 2004 года. Sony вышла на рынок (декабрь 2005 года) с проектором Sony-VPL-VW100 или Ruby, использующим SXRD, 3 чипа LCoS каждый с собственным разрешением 1920 × 1080 с заявленным коэффициент контрастности 15 000: 1 с использованием динамической диафрагмы. [ необходима цитата ]

В то время как технология LCoS изначально рекламировалась как технология, позволяющая создавать телевизоры обратной проекции с большим экраном и высокой четкостью с очень высоким качеством изображения при относительно низкой стоимости, разработка ЖК - дисплеев с большим экраном и плоских плазменных панелей позволяет отображать устаревшие телевизоры с обратной проекцией. По состоянию на октябрь 2013 года проекционные телевизоры на базе LCoS больше не производятся.

Коммерческие реализации технологии LCoS включают Sony 's Silicon X-Tal Отражающий дисплей (SXRD) и JVC ' Digital Direct Drive Image Light Amplifier s (D-ILA /). Каждая компания, которая производит и продает телевизоры с обратной проекцией LCoS, использует трехпанельную технологию LCoS [ необходима цитата ] . Sony и JVC производят и продают дисплеи с фронтальной проекцией, в которых используются три панели LCoS, а также Canon с проекторами XEED и REALiS.

К разработчикам и производителям, которые покинули рынок обработки изображений LCoS, относятся: Intel , Philips , MicroDisplay Corporation (единственная компания, которая успешно вывела на рынок одноканальный телевизор LCoS [3] ), S-Vision, Colorado Microdisplay, Spatialight, Syntax-Brillian. .

Архитектура системы отображения [ править ]

Есть две широкие категории дисплеев LCoS: трехпанельные и однопанельные. В трехпанельном дизайне на каждый цвет приходится по одной микросхеме дисплея, и изображения объединяются оптически. В однопанельных конструкциях одна микросхема дисплея последовательно отображает красный, зеленый и синий компоненты, а глаза наблюдателя должны объединять цветовой поток. Когда представлен каждый цвет, цветовое колесо (или массив светодиодов RGB ) освещает дисплей только красным, зеленым или синим светом. Если частота цветных полей ниже, чем примерно 540 Гц [ необходима ссылка ]наблюдается эффект, называемый расщеплением цвета, когда ложные цвета ненадолго воспринимаются, когда изображение или глаз наблюдателя находятся в движении. В то время как однопанельные проекторы менее дорогие, требуются высокоскоростные элементы отображения для обработки всех трех цветов в течение одного кадра, а необходимость избегать разрыва цвета предъявляет дополнительные требования к скорости технологии отображения.

Трехпанельные конструкции [ править ]

Белый свет разделяется на три компонента (красный, зеленый и синий), а затем снова объединяется после модуляции тремя устройствами LCoS. Света дополнительно поляризованный по светоделителям .

Однопанельные дизайны [ править ]

Однопанельные дисплеи LCOS и Toshiba, и Intel были прекращены в 2004 году до того, как какие-либо устройства достигли финальной стадии прототипа. [4] В производстве находились однопанельные дисплеи LCoS: один от Philips и один от Microdisplay Corporation. Дисплеи Forth Dimension продолжают предлагать технологию сегнетоэлектрических дисплеев LCoS (известную как Time Domain Imaging), доступную в разрешениях QXGA , SXGA и WXGA, которые сегодня используются для приложений с высоким разрешением, таких как обучение и моделирование, структурированная проекция светового рисунка для AOI.. Citizen Finedevice (CFD) также продолжает производить однопанельные RGB-дисплеи с использованием технологии FLCoS (сегнетоэлектрические жидкие кристаллы). Они производят дисплеи различных разрешений и размеров, которые в настоящее время используются в пикопроекторах , электронных видоискателях для цифровых фотоаппаратов высокого класса и дисплеях, устанавливаемых на голову . [5]

Пико-проекторы, окулярные и налобные дисплеи [ править ]

Первоначально разработанные для проекторов с большим экраном, дисплеи LCoS нашли потребительскую нишу в области пикопроекторов , где их небольшой размер и низкое энергопотребление хорошо сочетаются с ограничениями таких устройств.

Устройства LCoS также используются в приложениях, близких к глазам, например, в электронных видоискателях для цифровых фотоаппаратов, пленочных фотоаппаратах и дисплеях на голове (HMD) . Эти устройства сделаны с использованием сегнетоэлектрических жидких кристаллов (поэтому технология получила название FLCoS), которые по своей сути быстрее, чем другие типы жидких кристаллов, для получения изображений высокого качества. [6] Первоначальный набег Google на носимые компьютеры, Google Glass [7], также использует дисплей LCoS, расположенный рядом с глазом.

На выставке CES 2018 компания Hong Kong Applied Science and Technology Research Institute Company Limited ( ASTRI ) и OmniVision продемонстрировали эталонный дизайн беспроводной гарнитуры с дополненной реальностью, которая может достигать поля обзора 60 градусов (FoV). Он сочетал в себе однокристальный дисплей LCOS 1080p и датчик изображения от OmniVision с оптикой и электроникой ASTRI. Говорят, что гарнитура меньше и легче других из-за ее однокристальной конструкции со встроенным драйвером и буфером памяти. [8]

Селективные по длине волны переключатели [ править ]

LCoS особенно привлекателен в качестве механизма переключения в переключателе, избирательном по длине волны (WSS). WSS на основе LCoS изначально был разработан австралийской компанией Engana [9], которая сейчас является частью Finisar. [10] LCoS может использоваться для управления фазой света в каждом пикселе для управления лучом [11], где большое количество пикселей обеспечивает возможность почти непрерывной адресации. Как правило, для создания показанного высокоэффективного переключателя с низкими вносимыми потерями используется большое количество фазовых ступеней. Эта простая оптическая конструкция включает в себя поляризационное разнесение, управление размером моды и оптическое отображение с длиной волны 4 f на дисперсионной оси LCoS, обеспечивающее интегрированное переключение и управление оптической мощностью. [12]

Во время работы свет проходит от матрицы волокон через оптическую систему формирования изображения поляризации, которая физически разделяет и выравнивает состояния ортогональной поляризации, чтобы они находились в высокоэффективном состоянии s-поляризации дифракционной решетки. Входящий свет от выбранного волокна матрицы отражается от зеркала формирования изображения и затем рассеивается по углу решеткой, которая находится под углом падения Литтроу., отражая свет обратно к оптике формирования изображения, которая направляет каждый канал в разные части LCoS. Затем путь для каждой длины волны восстанавливается после отражения от LCoS, при этом изображение управления лучом применяется к LCOS, направляя свет в конкретный порт оптоволоконного массива. Поскольку каналы длин волн разделены на LCoS, переключение каждой длины волны не зависит от всех других и может переключаться, не мешая свету на других каналах. Существует множество различных алгоритмов, которые могут быть реализованы для достижения заданной связи между портами, включая менее эффективные «изображения» для ослабления или разделения мощности.

WSS, основанный на технологиях MEMS [13] и / или жидкокристаллических [14], выделяет один переключающий элемент (пиксель) для каждого канала, что означает, что полоса пропускания и центральная частота каждого канала фиксированы во время производства и не могут быть изменены в процессе эксплуатации. . Кроме того, многие конструкции WSS первого поколения (особенно те, которые основаны на технологии MEM) демонстрируют явные провалы в спектре передачи между каждым каналом из-за ограниченного спектрального «коэффициента заполнения», присущего этим конструкциям. Это предотвращает простую конкатенацию соседних каналов для создания единого более широкого канала.

Однако WSS на основе LCoS позволяет динамически управлять центральной частотой канала и полосой пропускания посредством модификации массивов пикселей на лету с помощью встроенного программного обеспечения. Степень управления параметрами канала может быть очень точной, с независимым управлением центральной частотой и верхним или нижним краем канала с возможным разрешением лучше 1 ГГц. Это выгодно с точки зрения технологичности, поскольку разные планы каналов могут быть созданы на одной платформе, и даже разные рабочие диапазоны (такие как C и L) могут использовать идентичную матрицу переключения. Кроме того, можно воспользоваться этой возможностью для перенастройки каналов во время работы устройства. Были представлены продукты, позволяющие переключаться между каналами 50 ГГц и каналами 100 ГГц или сочетанием каналов, без внесения каких-либо ошибок или "попаданий" в существующий трафик. Совсем недавно это было расширено для поддержки всей концепции гибких или эластичных сетей в соответствии с ITU G.654.2 с помощью таких продуктов, как Finisar'sFlexgrid ™ WSS.

Другие приложения LCoS [ править ]

Формирование оптического импульса [ править ]

Способность WSS на основе LCoS независимо управлять как амплитудой, так и фазой передаваемого сигнала приводит к более общей способности манипулировать амплитудой и / или фазой оптического импульса посредством процесса, известного как формирование импульса в области Фурье. [15] Этот процесс требует полной характеристики входного импульса как во временной, так и в спектральной областях.

Например, программируемый оптический процессор (POP) на основе LCoS использовался для расширения выходного сигнала лазера с синхронизацией мод до источника суперконтинуума 20 нм, в то время как второе такое устройство использовалось для сжатия выходного сигнала до 400 фс, ограниченных преобразованием импульсов. . [16] Пассивная синхронизация мод волоконных лазеров была продемонстрирована при высоких частотах повторения, но включение POP на основе LCoS позволило изменить фазовый состав спектра, чтобы переключить последовательность импульсов лазера с пассивной синхронизацией мод с яркого к темным импульсам. [17] Аналогичный подход использует формирование спектра оптических частотных гребенок для создания нескольких последовательностей импульсов. Например, гребенка оптической частоты 10 ГГц была сформирована POP для генерации темных параболических импульсов и гауссовых импульсов на 1540 нм и 1560 нм соответственно.[18]

Легкое структурирование [ править ]

Структурированный свет с использованием быстрого сегнетоэлектрика LCoS используется в методах трехмерной микроскопии со сверхвысоким разрешением и в проекции полос для трехмерного автоматизированного оптического контроля .

Модальная коммутация в мультиплексированных оптических системах связи с пространственным разделением каналов [ править ]

Одним из интересных приложений LCoS является возможность преобразования между режимами многомодовых оптических волокон [19], которые были предложены в качестве основы для систем передачи с более высокой пропускной способностью в будущем. Аналогичным образом LCoS использовался для направления света в выбранные ядра многожильных волоконных систем передачи, опять же как тип мультиплексирования с пространственным разделением.

Настраиваемые лазеры [ править ]

LCoS использовался в качестве метода фильтрации и, следовательно, механизма настройки как для полупроводниковых диодных, так и для волоконных лазеров. [20]

Ссылки [ править ]

  1. ^ Составная фотоника. «Продукция комплексной фотоники» . Архивировано из оригинального 18 октября 2014 года . Проверено 13 октября 2014 года .
  2. ^ Armitage, D. et al. (2006) Введение в микродисплеи , Wiley, ISBN 978-0-470-85281-1 
  3. ^ Чин, Спенсер. «Панель MicroDisplay LCoS меньше дюйма» . EE Times.
  4. ^ Хахман, Марк. «Обновление: Intel отменяет планы создания микросхем LCOS» . 415.992.5910 . Экстремальные технологии . Проверено 17 июня 2011 года .
  5. ^ Домашняя страница MDCA, дочерней компании Citizen Finedevice
  6. ^ Коллингс, Н. (2011). «Применение и технология фазовых жидких кристаллов на кремниевых устройствах». Журнал IEEE по дисплейным технологиям . 7 (3): 112–119. DOI : 10.1109 / JDT.2010.2049337 .
  7. ^ Google Glass . google.com
  8. ^ «Эта гарнитура AR превосходит поле зрения HoloLens, но вы все равно не будете носить ее в общественных местах» . Следующая реальность . Проверено 23 июня 2020 года .
  9. ^ Бакстер, Г. и др. (2006) «Высоко программируемый селективный переключатель по длине волны на основе жидких кристаллов» на конференции по оптоволоконной связи, 2006 г., и на Национальной конференции инженеров по волоконной оптике, 2006 г.
  10. ^ ROADMs и управление длиной волны . finisar.com
  11. Перейти ↑ Johnson, KM (1993). «Умные пространственные модуляторы света с использованием жидких кристаллов на кремнии». IEEE J. Quantum Electron . 29 (2): 699–714. DOI : 10.1109 / 3.199323 .
  12. ^ Каминов, Ли и Вилнер (ред.). «Глава 16». Оптоволоконные телекоммуникации VIA . Академическая пресса. ISBN 978-0-12-396958-3.
  13. ^ Маром, Д.М. и др. (2002) «Селективный по длине волны переключатель 1 × 4 для 128 каналов WDM с интервалом 50 ГГц», в Proc. Оптоволоконная связь), Анахайм, Калифорния, Postdeadline Paper FB7, стр. FB7-1 – FB7-3.
  14. ^ Кондис, Дж. И др. (2001) «Жидкие кристаллы в оптических переключателях DWDM и спектральных эквалайзерах на основе объемной оптики», стр. 292–293 в Proc. LEOS 2001, Пискатауэй, Нью-Джерси.
  15. Перейти ↑ Weiner, AM (2000). «Формирование фемтосекундных импульсов с использованием пространственных модуляторов света» (PDF) . Rev. Sci. Instrum . 71 (5): 1929–1960. DOI : 10.1063 / 1.1150614 .
  16. ^ AM Кларк, Д.Г. Уильямс, MAF Roelens, MRE Lamont и BJ Eggleton, «Формирование параболического импульса для улучшенной генерации континуума с использованием селективного переключателя длины волны на основе LCoS», на 14-й конференции по оптоэлектронике и связи (OECC) 2009.
  17. ^ Шредер, Йохен Б. (2010). "Темный и яркий импульсный лазер с пассивной синхронизацией мод с внутрирезонаторным формирователем импульсов" . Оптика Экспресс . 18 (22): 22715–22721. DOI : 10,1364 / OE.18.022715 . PMID 21164610 . 
  18. ^ Ng, TT и др. (2009) «Полные временные оптические преобразования Фурье с использованием темных параболических импульсов» на 35-й Европейской конференции по оптической связи.
  19. ^ Сальси, Массимилиано; Кебеле, Клеменс; Сперти, Донато; Тран, Патрис; Мардоян, Айк; Бриндел, Патрик; Биго, Себастьян; Бутин, Орелиен; Верлюиз, Фредерик; Силлард, Пьер; Астрюк, Марианна; Провост, Лайонел; Шарле, Габриэль (2012). «Мультиплексирование с разделением по модам каналов 2 × 100 Гбит / с с использованием пространственного модулятора на основе LCOS». Журнал Lightwave Technology . 30 (4): 618. DOI : 10,1109 / JLT.2011.2178394 .
  20. ^ Сяо, Фэн (2009). "Перестраиваемый одномодовый волоконный лазер на основе опто-СБИС" . Оптика Экспресс . 17 (21): 18676–18680. DOI : 10,1364 / OE.17.018676 . PMID 20372600 . 

Внешние ссылки [ править ]

  • Бивер, Селеста. Intel inside - в плоскопанельных телевизорах (9 января 2004 г. - разработка больше не планируется) New Scientist
  • Все, что вам нужно знать о телевизионных технологиях, от Hardware Secrets