【正文】 具有著其它的顯著優(yōu)點 。這些設備占據(jù)了大量的芯片光學面積，使得芯片的開口率在早期很難突破 40%。 LCOS 面臨的 問 題 清華 大學 2020 屆 畢業(yè)設計說明書 第 10 頁 共 28 頁 LCOS 應用在顯示和投影系統(tǒng)中具有如上所述的很多優(yōu)勢，但是也存在這較難解決的問題。按照光矢量振動的不同狀態(tài)，通常把光波分為自然光、部分偏振光、線偏振光（平面偏振光）、圓偏振光和橢圓偏振光五種形式。 將自然光變成偏振光的過程稱為起偏，用于起偏的裝置稱為起偏器；鑒別光的偏振狀態(tài)的過程稱為檢偏，它所使用的裝置稱為檢偏器。根據(jù)物理光學原理，反射光和透射光均變?yōu)槠窆?，反射光?S 偏振光，透射光為 P 偏振光，且二者振動方向相互垂直，這就是偏振分光棱鏡的工作原理。 清華 大學 2020 屆 畢業(yè)設計說明書 第 13 頁 共 28 頁 偏振膜：在 5 處膠合面鍍有多層偏振膜，波長 400～ 680nm，對應于 R、 G、 B 三基色光路，其截止波段有所不同。角處，兩棱鏡不得錯開成為尖角，且粘接要牢固。從圖 3 可以看出，在會聚光路中， S 偏振光的質量要好于 P 偏振光，因 P 偏振光的質量波動較大。 圖 偏振光轉換器 在 LCD、 LCOS 光學引擎中，均要應用 PCS 器件做成大面積的 S 偏光照明系統(tǒng)。譬如美國 Focus Software ZEMAX 軟件，美國 Optical Research Associates公司開發(fā)的 CODE V 軟件、 OSLD(Optics Software for Layout and Optimization)軟件等。 主窗口是 ZEMAX 的重要開發(fā)環(huán)境，當 ZEMAX 程序運行后就進入該窗口。 光學系統(tǒng)成像的分析 ZEMAX 對光學系統(tǒng)及其成像的特性提供了多種分析工具 [30]，分析工 具集中在系統(tǒng)菜單中 Analysis 下，分析結果以圖形窗口或文本窗口顯示出來，各個窗口上端有進行相關操作的菜單，可以進行顯示內容的設置，打印和窗口操作等操作 光學系統(tǒng)結構的優(yōu)化 當給出光學系統(tǒng)的結構后，可能給定的參數(shù)并不能夠滿足對光學系統(tǒng)成像性能參數(shù)的實際要求， ZEMAX 允許對光學系統(tǒng)提出一定的要求，它會給出一個比較滿足用戶要求的光學系統(tǒng)。 系統(tǒng)設計 本次軟件仿真是要對所設計的偏振轉換系統(tǒng)進行仿真，根據(jù)之前的設計，得出本次仿真主要是對偏振轉換部分進行仿真，即對 PBS 器件進行仿真 。 透鏡的參數(shù)設置為：半徑為 3mm，厚度為 。其他參數(shù)沒有要求。 清華 大學 2020 屆 畢業(yè)設計說明書 第 20 頁 共 28 頁 圖 偏振轉換系統(tǒng) 參數(shù) 膜層設置 根據(jù)之前的系統(tǒng)設計，這里需要在偏振分光鏡中添加膜層，這種膜層是透射 P 光，反射 S 光。 圖 NSC 3D Layout 一下列出軟件仿真的結果 NSC 圖 ： 清華 大學 2020 屆 畢業(yè)設計說明書 第 23 頁 共 28 頁 圖 shaded model 圖 NSC Shaded Model 仿真結果 分析 通過仿真結果的 3D 視圖，很清楚的看到光線在兩塊矩形透鏡中間發(fā)生分離，一部分光透過矩形透鏡射到探測器上，另一部分光線鏡矩形透鏡反射，再經(jīng)過反射鏡反射到矩形探測器上。增加屏幕的亮度。 清華 大學 2020 屆 畢業(yè)設計說明書 第 27 頁 共 28 頁 參考文 獻 [1] 安凱，張文，馮亞云等﹒基于 LCOS 投影顯示的一種新型偏光轉換裝置 [J]﹒液晶與顯示， 2020， 22 (1)： 51~54 [2] 趙漢鼎 . 我國 LCOS 投影式激光顯示產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀和發(fā)展 [J]﹒ //new/202009/20200928. 20200928 [3] CRT 顯示器的工作原理﹒ . 20200310 [4] LCD 顯示器工作原理 [12] 扭曲向列相 LCOS 顯示模式的優(yōu)化設計分析 我還要感謝在一起愉快的度過畢業(yè) 設計 的同學們，正是由于你們的幫助和支持，我才能克服一個一個的困難和疑惑，直至本文的順利完成。Future prospects of highend laser projectors [15] Vandenberghe, P. and Maximus, B., “Challenges and technologies for multichannel projection systems”, SID . Digest Tech. Papers 14(1), 167170 (2020). [16] Karl M. Guttag, Shawn Hurley, Bill Mei液晶與顯示， 2020,24（ 4）： 471~474 [7] LCOS 投影技術原理及應用解析 對未來的 展望 隨著科學技術的不斷發(fā)展 ， MD 投影式激光顯示產(chǎn)業(yè)從發(fā)展前景來看前途是光明的。 具體方法如第五章介紹的， PBS 立方棱鏡做成長條狀，多個條狀棱鏡膠合在一起，膠合界面鍍有偏振膜，則可透射 P 偏振光和反射 S 偏振光。 圖 COATING 文件 之后把自定義的膜層添加上， 所以語言為 C 語言。 直接透射的 P 光和經(jīng)過反射的 S 光一同射到一個矩形探測器上，矩形探測器收集光線。玻璃材料也為 BK7。 圖 非序列模式 接下來是參 數(shù)的設置。 (2) 設定優(yōu)化的條件。在采用ZEMAX 分析和輔助設計光學系統(tǒng)以前，我們應該選擇并輸入所要設計的光學系統(tǒng)基本結構模型。 ZEMAX 功能強大，采用了菜單式操作界面，容易操作，菜單條目較多。而 PCS 的轉換效率也高，效率 η可達 80～ 90％。當 S 光射入 PBS棱鏡后，反射到 LCOS 芯片，透過液晶層到達底面后反射回來，再次透過液晶層并轉變?yōu)?P 光，并可直接通過 PBS 棱鏡，進入后續(xù)投影光學系統(tǒng)，使在投影屏幕上的圖像呈現(xiàn)亮態(tài)：若 S 光透過液晶層沒有轉變?yōu)?P 光，則 S 光由 PBS 棱鏡再次 反射，由原路返清華 大學 2020 屆 畢業(yè)設計說明書 第 14 頁 共 28 頁 回，不能進入后續(xù)投影光學系統(tǒng)，那么投影屏幕上的圖像則呈現(xiàn)暗態(tài)。這時偏振光質量較好 [22]，可達到 P 光透過率 Tp96％， S 光反射率 R。光束會聚半角 176。偏振光分光棱鏡的技術要求如表 1 所示。白光光源是非偏振的自然光，不能直接照明這兩種微顯示器件，必須把自然光轉變成偏振光。 偏振光可分為部分偏振光、線偏振光（平面偏振光 [11]）、圓偏振光和橢圓偏振光。 清華 大學 2020 屆 畢業(yè)設計說明書 第 11 頁 共 28 頁 4 偏振轉換系統(tǒng) 光的偏振特性 光是一種電磁波，電磁波中的電矢量 E 就是光波的振動矢量，稱作光矢量 [10]。但 LCOS 的像素是制在單晶硅片上，硅片采用 LSIC 的工藝進行加工。 LCOS 由于是將 LCD 制于單晶硅片上， LCD 的行、列引出線皆通過半導體工藝在硅片內與 IC 相連接，故留在外部的僅有數(shù)條數(shù)據(jù)控制線、時序線及電源線等。因為在單片式的時序系統(tǒng)中，要求 LCOS 芯片具有比三片式更快的反應速度。其成像光路與高檔的百萬元級的 3 片式 DLP 數(shù)字電影放映機基本相同。得到了數(shù)家企業(yè)，例如索尼、 JVC、視創(chuàng)、佳能、先鋒、 LG 等的支持。英特爾聲稱，未來主要經(jīng)歷將放在開發(fā)兩百萬像素全高清級 LCOS 產(chǎn)品上。該產(chǎn)品具有高分辨率、低價格、反射式成像的特點。 LCOS 可視為 LCD 的一種，但傳統(tǒng)的LCD 是做在玻璃基板上，但 LCOS 則是長在矽晶圓上。 LCOS 市場定位在大尺寸 顯示器 產(chǎn)品及 HMD(Head Mount Device)。缺點是模組的制程較為 繁瑣，各生產(chǎn)階段良率控制不易，成本難以有競爭力。與穿透式 LCD 和 DLP 相比， LCOS具有利用光效率高、體積小、開口率高、制造技術 較成熟等特點，它可以很容易的實現(xiàn)高分辨率和充分的色彩表現(xiàn)。像素的尺寸大小從 7 微米到 20 微米，對于百萬像素的分辨率，這個裝置通常小于 1 英寸。配合先進的光學架構與高品質的光學鏡頭設計， DLP 投影機可以產(chǎn)生清晰度高、畫面均勻、色彩還原性好的圖像，亮度比 LCD 圖像高 [4]，出現(xiàn)條紋和重影的情況也比 LCD 投影機少。 DLP 投影機實際上是一種基于 DMD技術的全數(shù)字反射式投影設備。光源發(fā)射出來的白色光經(jīng)過鏡頭組后會聚到分色 鏡組，紅色光首先被分離出來，投射到紅色液晶板上，液晶板 “記錄 ”下的以透明度表示的圖像信息被投射生成了圖像中的紅色光信息。 LCD 投影機的體積取決于液晶板的大小，液晶板越小，投影機的體積也就越小。因此， CRT 投影機具有 CRT 技術中成像的所有優(yōu)點和缺點。由于投影光線在一個封閉的暗室內傳輸，不受環(huán) 境光影響，因此即使在明亮的燈光下，背投的圖像質量依然較好，但它的缺點是需要占用一定的空間。如果液晶經(jīng)外部信號調制，處于顯示亮態(tài)時， S 光會變成 P 光，經(jīng)棱鏡透射后，有最多的光投射到會聚透鏡會聚成像。 MD 投影式激光顯示產(chǎn)業(yè)從發(fā)展前景來看前途是光明的 [2]。 （ 3） LCOS 投影設備氣體光源超高壓汞燈自主研發(fā)成功，并投入生產(chǎn)，已有一定數(shù)量合格，產(chǎn)品供應整機企業(yè)與維修單位。近 10 年來，從 LCOS 技術在中國的萌芽，到中國電子視像行業(yè)協(xié)會大屏幕 投影 顯示設備分會牽頭組建我國第一條產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟，直至今天國內 LCOS 產(chǎn)業(yè)鏈的初步形成， LCOS 在我國的發(fā)展經(jīng)歷了 一個艱難的歷程。此舉可有力地改變 LCOS 技術產(chǎn)品光源壽命短、光學 引擎照明系統(tǒng)體積偏大的缺陷，有效提升 LCOS 技術的競爭力。 （ 7） 幾家背投屏幕企業(yè)已經(jīng)建立起來，現(xiàn)在正在改進產(chǎn)品質量，努力滿足整機企業(yè)需求。光學引擎則主要由紅綠藍三色光閥、合束 X 棱鏡、投影鏡頭和驅動光閥組成，光閥驅動使光閥上分別生成紅、綠、藍三色對應的小畫面，然后分別引入三色激光照明投影到屏幕上，即產(chǎn)生全色顯示圖像。由于反射光線是在空中傳輸?shù)摹? CRT 投影機可以說是投影機的鼻祖。不過， CRT 投影機分辨率高 ,對比度好 ,色彩飽和度佳 ,信號的兼容較強，技術十分成熟，加上 CRT 投影機掃描式的成像特點和在分辨率、亮度、對比度、飽和度、線性、枕形、梯形等方面具有調節(jié)功能， CRT 投影機在航空航天、遙控監(jiān)控行業(yè)中起到其它投影機無法替代的作用