Технология D-ILA от JVС

Первой в мире компанией, разработавшей LCOS-технологию и доведшей её до практической реализации в мультимедийных проекторах, является известная японская корпорация JVC...

Технология D-ILA (JVC)

LCoS (Liquid Crystal on Silicon — жидкие кристаллы на кремнии) — технология получения изображения, используемая в проекторах. Первой в мире компанией, разработавшей LCOS-технологию и доведшей её до практической реализации в мультимедийных проекторах, является известная японская корпорация JVC. Технология была зарегистрирована под названием D-iLA (Direct Drive Image Light Amplifier), которая означала, что в данном продукте применена оригинальная разработка JVC на основе дисплея выполненного по технологии LCoS, сетчатого поляризационного фильтра и ртутной лампы.

Принцип работы LCoS

Так же, как и LCD, технология D-ILA основана на использовании жидких кристаллов, но в отличие от последней использует не просветные ЖК-матрицы, а отражающие. Так же, как и DLP-технологии, LCoS использует эпипроекцию вместо традиционной диапроекции, свойственной LCD.

Общая схема трех чипового проектора на основе LCoS.

На полупроводниковой подложке LCoS-кристалла расположен отражающий слой, поверх которого находится жидкокристаллическая матрица и поляризатор. Под воздействием электрических сигналов жидкие кристаллы либо закрывают отражающую поверхность, либо открываются, позволяя свету от внешнего направленного источника отражаться от зеркальной подложки кристалла.

Преимущества D-ILA

Так же, как и LCD, технология D-ILA основана на использовании жидких кристаллов. На этом сходство заканчивается. Как известно, LCD-матрица состоит из отдельных ЖК пикселей, прозрачность которых регулируется управляющими элементами. Расположение этих элементов в одной плоскости с жидкими кристаллами затрудняет уменьшение размеров пикселей и расстояний между ними. Как результат коэффициент заполнения (отношение суммарной площади жидких кристаллов к общей площади матрицы) достигает для LCD 60%. Кроме того, непрозрачные управляющие элементы препятствуют прохождению через матрицу света, уменьшая результирующий световой поток проектора.

В Матрицах D-ILA ЖК слой располагается над плоскостью, представляющей собой матрицу из управляющих элементов. Свет, падающий на жидкий кристалл, проходит через него, достигает отражающего электрода и возвращается, проходя через кристалл еще раз. То есть в этом случае эффективность использования рабочего вещества выше, что позволяет увеличить контрастность изображения. При такой геометрии на единице площади можно расположить большее число пикселей и значительно уменьшить расстояние между ними. В результате, коэффициент заполнения достигает для D-ILA величины 93%. В этом превосходство D-ILA технологии как над LCD, так и над DLP-технологией, ставшей популярной в последние годы, для которой коэффициент заполнения составляет около 88%.

• Аналоговое управление яркостью изображения. При аналоговом воспроизведении получается непрерывный переход между градациями с малым шумом, особенно в тёмных областях. Кроме того, в D-ILA на жидкокристаллическом слое происходит сглаживание границ между пикселами, как бы смыкание пикселов, что резко снижает видимую пикселизацию на большом экране.
• Технология D-ILA обеспечивает наивысшее разрешение изображения. Сейчас существует матрица 4К х 2К, уже идут испытания образцов матриц для получения 4К по вертикали.
• В матрице D-ILA переключатели и другие электронные компоненты, обеспечивающие адресацию к матрице, расположены прямо за светомодулирующим жидкокристаллическим слоем (а не между его отдельными участками, как в LCD-технологии). Это позволяет сделать менее заметными границы пикселов.
• Высокая контрастность изображения.

Суть технологии

В основе технологии D-ILA лежит принцип поляризации световых потоков. Свет от источника разделяется через поляризационную призму PBS (polarized beam splitter) на два световых потока — P поток (свет, поляризованный параллельно) и S поток (свет, поляризованный перпендикулярно). P поток проходит прямо через PBS-призму как свет, не используемый для создания изображения. Компонента S отражается от призмы PBS и попадает на матрицу комплементарных металло-оксидно-полупроводниковых (C-MOS) транзисторов. Этот поток света проходит через жидкокристаллический слой, отражается от зеркальных электродов и снова проходит через жидкие кристаллы, возвращаясь на PBS-призму. При наличии управляющего напряжения на затворе транзистора происходит поляризация светового потока. S поток превращается в P поток, который беспрепятственно проходит сквозь PBS-призму и проецируется на экран. Если поляризация отсутствует, то от ячейки в сторону призмы поступает S поток. S составляющая светового потока, поступающая от матрицы, отражается PBS-призмой и не участвует в формировании изображения.

Цвет и яркость изображения

Цветное изображение формируется сложением RGB поляризованных световых потоков от трёх матриц D-ILA. Существуют одноматричные решения на основе SD-ILA. В них световой поток разбивается на RGB составляющие прямо в матрице (для этого в конструкцию матрицы был введён дополнительный слой HCF - Gologram Color Filter). Одноматричные проекторы стоят дешевле, но они не позволяют достичь того качества изображения, которое предлагают трёхматричные. C-MOS транзисторы позволяют плавно управлять степенью поляризации светового S потока, приходящего от PBS призмы. Степень поляризации отраженного потока влияет на яркость получаемого изображения. Управление яркостью изображения осуществляется изменением уровня управляющего напряжения на затворах транзисторов.

Принцип работы трёхматричного D-ILA проектора

Система поляризационных линз преобразует естественный белый свет источника в поляризованный S поток. Это увеличивает эффективность источника света и в то же время повышает однородность светового потока. Далее свет разделяется на компоненты RGB через дихроматичные призмы, а каждый цвет передается на свою PBS-призму. S-компонента каждого цвета отражается PBS-призмой и попадает на D-ILA матрицу, где происходит модуляция светового потока и формирование P-компоненты. Эти Р-составляющие каждого цвета проходят через свою PBS-призму, синтезируются крестовой дихроматичной призмой и проецируются на экран через проекционную линзу как цветное изображение.

На данный момент товарным знаком D-ILA® обозначаются проекторы JVC, а сама технология совершенствуется каждый год и имеет огромный потенциал, не смотря на уже достигнутые результаты.