Cómo funciona LCoS

Un microdispositivo LCoS refleja la luz mediante cristales líquidos.

La mayoría de las personas crecieron viendo un televisor de tubo de rayos catódicos (CRT). Estos televisores, aunque voluminosos y pesados, tenían una gran imagen siempre que tuvieran una señal clara. Los televisores CRT siguen siendo lo que mucha gente piensa cuando piensa en televisores.

Pero si ha buscado un televisor recientemente, habrá visto que ahora hay muchas más opciones. CRT todavía funciona bien para pantallas de hasta 40 pulgadas. Pero si desea una pantalla más grande, un televisor de pantalla plana, un modelo de pantalla ancha o compatibilidad con HDTV, tendrá que elegir entre varios tipos de televisores, que incluyen pantalla de cristal líquido (LCD), procesamiento de luz digital (DLP) y cristal líquido sobre silicio. (LCoS).

LCoS no es una tecnología particularmente nueva, pero no estuvo disponible hasta hace poco. En este artículo, veremos la tecnología detrás de LCoS, cómo proporciona una imagen clara y cómo los fabricantes han abordado los problemas con los niveles de negro y el contraste.

Contenido

1. Revisión de LCD y DLP
2. Proyección y Color
3. El microdispositivo LCoS
4. Pros y contras

Revisión de LCD y DLP

Un sistema DLP que usa un DMD y una rueda de color para proporcionar color.

El uso más común de LCoS son los televisores de proyección frontal y trasera. La configuración es muy parecida a la que encuentra en un sistema DLP. DLP utiliza un dispositivo de microespejo digital (DMD) para crear una imagen usando un proceso que es como hacer un mosaico con pequeños mosaicos cuadrados. El DMD contiene millones de espejos microscópicos que reflejan la luz de una lámpara. Cada espejo crea un píxel de la imagen final.

Los espejos se mueven de un lado a otro entre sus posiciones de "encendido" y "apagado" muy rápidamente. Cuando los espejos están encendidos, apuntan hacia una lente de proyección. Cuanto más tiempo esté un espejo en la posición de encendido, más brillante será el píxel que crea. Los espejos que crean píxeles negros permanecen desactivados. En la mayoría de los televisores DLP, una rueda de colores gira entre la lámpara y el DMD, agregando luz roja, verde y azul a la imagen. Los ojos del espectador combinan estos colores para crear la imagen final.

LCoS utiliza una idea muy similar. Al igual que con los DMD, los dispositivos LCoS son pequeños:la mayoría tiene menos de una pulgada cuadrada. Ambas tecnologías también son reflectantes:los dispositivos reflejan la luz de una fuente a una lente o prisma que recoge la luz y muestra la imagen. Pero en lugar de pequeños espejos que se encienden y apagan, LCoS usa cristales líquidos para controlar la cantidad de luz reflejada.

Un cristal líquido es una sustancia que está en estado mesomórfico, no es exactamente un líquido o un sólido. Sus moléculas suelen mantener su forma, como un sólido, pero también pueden moverse, como un líquido. Nemático los cristales líquidos, por ejemplo, se organizan en líneas paralelas sueltas. La mayoría de las pantallas LCD utilizan torcido cristales nemáticos (TN):con la aplicación de una carga eléctrica, los cristales torcidos se enderezarán.

Cuando se colocan entre dos paneles polarizados, los cristales retorcidos guían el camino de la luz. Al cambiar la dirección de la luz, los cristales permiten o impiden su paso a través del segundo panel. La capacidad de los cristales para cambiar la trayectoria de la luz es fundamental para su uso en sistemas LCD y LCoS.

En su estado retorcido, los cristales líquidos dirigen la luz

para que pueda pasar a través del segundo panel polarizado.

Ferroeléctrico Los cristales líquidos (FLC), que a veces se usan en dispositivos LCoS, son cristales que se alinean en un ángulo fijo con respecto al normal en filas ordenadas. También desarrollan polaridad eléctrica cuando entran en contacto con una carga eléctrica. Los cristales C esmécticos quirales ferroeléctricos pueden cambiar su orientación muy rápidamente. Puede obtener más información sobre los cristales líquidos esmécticos y nemáticos en el Instituto de Cristal Líquido de la Universidad Estatal de Kent.

La capa de cristal líquido en un microdispositivo LCoS controla la cantidad de luz para cada píxel, como lo hacen los espejos en un DMD. Pero hacer la imagen requiere más que solo el microdispositivo:también requiere lentes, espejos y prismas.

Semiconductores y LCoS

El silicio es un semiconductor. Los semiconductores se utilizan en diodos , que permiten que la corriente se mueva en una sola dirección, y transistores , que amplifican las corrientes o las encienden y apagan. El silicio en un dispositivo LCoS suele ser SRAM (memoria estática de acceso aleatorio) o un sensor fotográfico CMOS (semiconductor de óxido de metal complementario).

Proyección y Color

En la proyección LCoS, la luz de una lámpara se refleja en los microdispositivos y finalmente se proyecta a través de una lente .

Se necesitan varios pasos para crear una imagen en un televisor LCoS. El proceso incluye una lámpara de alta intensidad, una serie de espejos y microdispositivos dispuestos en un cubo, un prisma y una lente de proyección. De principio a fin, esto es lo que sucede:

1. La lámpara crea un haz de luz blanca.
2. El haz pasa a través de una lente condensadora que enfoca y dirige la luz. También pasa a través de un filtro que solo permite la luz visible, lo que ayuda a proteger los demás componentes.
3. La luz blanca se separa en luz roja, verde y azul de una de dos maneras:El haz pasa a través de un divisor de haz polarizador (PBS), que divide la luz en tres haces, y esos haces pasan a través de filtros que agregan rojo, verde y azul. El haz pasa a través de una serie de espejos dicroicos que reflejan algunas longitudes de onda mientras dejan pasar el resto de la luz. Por ejemplo, el espejo dicroico puede separar la luz roja de la luz blanca, dejando azul y verde, y un segundo espejo puede separar la luz verde, dejando solo azul.
4. Los haces de luz de colores recién creados entran en contacto simultáneamente con uno de los tres microdispositivos LCoS, uno para rojo, verde y azul. Veremos exactamente lo que sucede en los dispositivos en la siguiente sección.
5. La luz reflejada de los microdispositivos pasa a través de un prisma que combina la luz.
6. Prism dirige la luz, que ahora crea una imagen a todo color, hacia una lente de proyección, que amplía la imagen y la muestra en la pantalla.

La mayoría de los televisores LCoS de retroproyección utilizan este proceso. Algunos proyectores utilizan una configuración lineal en lugar de un cubo, y la luz blanca golpea superficies que la colorean de rojo, verde y azul antes de llegar a los microdispositivos. Muy pocos sistemas usan solo un microdispositivo junto con otros métodos para agregar color. Algunos ejemplos son ruedas de color como las que se encuentran en los sistemas DLP o tintes transmisivos en los propios microdispositivos. Algunos sistemas utilizan polarizadores o filtros adicionales para mejorar aún más la calidad y el contraste de la imagen.

Sin la lente de proyección, la imagen creada en este proceso sería demasiado pequeña para verse con claridad. Es por eso que la tecnología LCoS entra en la categoría de microdisplays -- pantallas que son demasiado pequeñas para verlas sin algún tipo de aumento.

El iris SXRD

La pantalla reflectante SXRD (Silicon X-tal Reflective Display) de Sony, su nombre comercial para LCoS, utiliza un "iris avanzado" para mejorar los niveles de negro. Al igual que la pupila de su ojo, el iris se abre y se cierra para cambiar la cantidad de luz que ingresa al sistema. Sony fue el primer fabricante en incluir un iris, y varios otros fabricantes están incorporando equipos similares en juegos que se lanzarán en 2006.

El microdispositivo LCoS

En lugar de usar cristal líquido entre dos paneles polarizados como una pantalla LCD, un microdispositivo LCoS tiene una capa de cristal líquido entre un transistor de película delgada transparente (TFT) y un semiconductor de silicio . El semiconductor tiene una superficie pixelada reflectante. La lámpara emite luz a través de un filtro polarizador y sobre el dispositivo, y los cristales líquidos actúan como compuertas o válvulas, controlando la cantidad de luz que llega a la superficie reflectante. Cuanto más voltaje recibe el cristal de un píxel en particular, más luz deja pasar el cristal. Se necesitan varias capas de diferentes materiales para hacer esto.

De abajo hacia arriba, estos son los componentes de un microdispositivo LCoS y lo que hacen:

Los materiales y configuraciones exactos difieren de un fabricante a otro. Algunos usan cristales líquidos nemáticos y otros usan cristales ferroeléctricos. Algunos usan capas de alineación orgánica, que pueden romperse con el uso y la exposición a la luz de alta intensidad de la lámpara. Otros usan materiales fotosensibles y luz para controlar los impulsos al cristal líquido.

La orientación de los cristales en relación con la superficie reflectante cambia en presencia de una corriente eléctrica. La mayoría son casi perpendiculares cuando están apagadas y en ángulo cuando están encendidas.

En general, los dispositivos LCoS tienen solo un espacio muy pequeño entre píxeles. El paso de píxeles -- la distancia horizontal entre un píxel y el siguiente píxel del mismo color -- está entre 8 y 20 micrones (10 ^-6 ). Esto reduce o elimina el efecto de "puerta mosquitera" que se encuentra en algunos televisores DLP y ayuda a mantener la imagen suave y uniforme.

El sistema generalmente crea una buena imagen, pero tiene algunos pros y contras. Los veremos a continuación.

Píxeles

Muchos televisores LCoS tienen SXGA (Super Extended Graphics Array) + o mejor resolución. Eso es 1400 x 1050 píxeles, para un total de 1,4 millones. Los conjuntos QXGA (Quantum Extended Graphic Array) tienen aún más píxeles:2048 x 1536, para un total de 2,3 millones.

Pros y Contras

Proyector multimedia JVC

Las propiedades físicas del microdispositivo LCoS, como la ausencia de una rueda de colores y el alto factor de relleno , generalmente proporcionan una imagen de alta calidad con un mínimo de artefactos. Los píxeles de LCoS también son más suaves que los píxeles de otros sistemas, lo que, según algunas personas, crea imágenes más naturales. Los efectos de arcoíris y puerta mosquitera comunes a los televisores DLP no existen para LCoS. A diferencia de los sistemas LCD, no son propensos a quemarse la pantalla.

Sin embargo, la mayoría de los sistemas LCoS no tienen un nivel de negro muy bueno o la capacidad de producir el color negro. Los televisores con un bajo nivel de negro generalmente no pueden producir tanto contraste o detalle como aquellos con un buen nivel de negro. Dado que los televisores y proyectores LCoS utilizan tres microdispositivos en lugar de uno, también tienden a ser pesados ​​y voluminosos. La mayoría requiere el reemplazo periódico de la lámpara, lo que puede costar varios cientos de dólares.

Además, los sistemas LCoS no son tan comunes como otros tipos de pantallas. La razón de esto es que los microdispositivos LCoS son difíciles de fabricar y cada conjunto necesita tres de ellos. Varias empresas, incluida Intel, han intentado producir sistemas LCoS y han abandonado sus esfuerzos después de rendimientos constantemente bajos en la fabricación.

Televisor Sony SXRD

Consulte los enlaces en la página siguiente para obtener mucha más información sobre cristales líquidos, televisores y temas relacionados.

Otros usos de LCoS

LCoS tiene otros usos además de televisores y proyectores. Por ejemplo, algunos visores de cámaras digitales utilizan pantallas LCoS. Las futuras aplicaciones de la tecnología incluyen:

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