الكريستال السائل على السيليكون

يعود تاريخ أجهزة عرض LCoS إلى يونيو 1972، عندما طوّر علماء في مختبرات هيوز للأبحاث، ضمن مشروع بحث وتطوير داخلي، تقنية LCLV لأول مرة. ^{[ 7 ]} وعرضت شركة جنرال إلكتريك شاشة عرض LCoS منخفضة الدقة في أواخر سبعينيات القرن الماضي. ^{[ 8 ]} استُخدمت أجهزة عرض LCLV بشكل أساسي في أجهزة محاكاة الطيران العسكرية نظرًا لحجمها الكبير. ^{[ 9 ]} وفي عام 1992، تأسست شركة مشتركة بين هيوز إلكترونيكس وجيه في سي (هيوز-جيه في سي) ^{[ 10 ]} لتطوير تقنية LCLV لدور السينما التجارية تحت العلامة التجارية ILA (مضخم ضوء الصورة). ^{[ 11 ]} وكان أحد هذه الأجهزة بارتفاع 1840 ملم (72.5 بوصة) ووزن 760 كجم (1670 رطلاً) ، ويستخدم مصباح زينون بقوة 7 كيلوواط . ^{[ 12 ]}     

في عام 1997، طوّر مهندسو شركة JVC مُضخّم الصورة الضوئي ذو الدفع المباشر (D-ILA) من مُضخّم Hughes LCLV، ^{[ 10 ] [ 13 ]} مما أدى إلى إنتاج أجهزة عرض رقمية LCoS أصغر حجمًا وأقل تكلفة، باستخدام أجهزة D-ILA ثلاثية الرقاقات. ^{[ 14 ]} على الرغم من أن هذه الأجهزة لم تكن بنفس سطوع أجهزة عرض ILA السينمائية، وكانت دقتها أقل، إلا أنها كانت أكثر سهولة في الحمل، حيث بدأ وزنها من 15 كيلوغرامًا (33 رطلاً) . ^{[ 15 ]}  

واجهت أجهزة العرض الضوئية ذات الشاشة البلورية السائلة (LCoS) في بداياتها بعض التحديات. فقد عانت من ظاهرة تُعرف باسم "التصاق الصورة"، حيث تبقى الصورة على الشاشة بعد أن يُفترض أن تختفي. ويعود ذلك إلى التصاق المرايا في مواضعها، مما يُسبب ظهور ظلال على الشاشة. ومع ذلك، واصل المصنّعون تطوير هذه التقنية، وتغلبت أجهزة العرض الضوئية ذات الشاشة البلورية السائلة (LCoS) الحالية على هذه المشكلة إلى حد كبير.

أطلقت سوني تقنية SXRD (شاشة العرض العاكسة المصنوعة من الكريستال السيليكوني) عام 2003، بدقة Full HD . ^{[ 16 ]} مثّلت SXRD تطورًا لتقنية LCoS، حيث استخدمت وحدات بكسل أصغر ودقة أعلى، مما أدى إلى صورة أكثر دقة. وفي العام التالي، طُوّرت لوحات SXRD بدقة 4K . ^{[ 17 ]} استُخدمت تقنية SXRD في أجهزة عرض المسرح المنزلي المتطورة من سوني، ^{[ 16 ]} وسرعان ما اكتسبت سمعة طيبة لجودة صورتها الاستثنائية.

أطلقت شركة JVC تقنية D-ILA المُطوّرة عام 2006، والتي ألغت الحاجة إلى مرشح الاستقطاب، مما أدى إلى صورة أكثر سطوعًا وحيوية. ومنذ ذلك الحين، أصبحت تقنية D-ILA خيارًا شائعًا لدى عشاق السينما المنزلية.

شهدت أجهزة العرض بتقنية LCoS تطوراً مستمراً، حيث أضاف المصنّعون ميزات جديدة مثل دقة 4K ودعم تقنية النطاق الديناميكي العالي (HDR ). وتتوفر هذه الأجهزة الآن بأسعار متنوعة، بدءاً من الطرازات الاقتصادية للاستخدام المنزلي وصولاً إلى الطرازات الاحترافية عالية الجودة المستخدمة في المنشآت التجارية.

تُعد تقنية شاشات LCoS نوعًا من الشاشات الصغيرة التي اكتسبت شعبية واسعة نظرًا لجودة صورها العالية وقدرتها على عرض صور عالية الدقة. تتكون أنظمة شاشات LCoS عادةً من ثلاثة مكونات رئيسية: لوحة LCoS، ومصدر الضوء، والنظام البصري.

تُعدّ لوحة LCoS جوهر نظام العرض. وهي تتألف من مصفوفة من البكسلات المرتبة بنمط شبكي. يتكون كل بكسل من طبقة من الكريستال السائل، وطبقة عاكسة، وركيزة من السيليكون. تتحكم طبقة الكريستال السائل في استقطاب الضوء المارّ عبرها، بينما تعكس الطبقة العاكسة الضوء عائدًا إلى النظام البصري. تُستخدم ركيزة السيليكون للتحكم في كل بكسل على حدة، وتوفر الإلكترونيات اللازمة لتشغيل لوحة LCoS.

يُستخدم مصدر الضوء لتوفير الإضاءة اللازمة للوحة LCoS. وأكثر مصادر الضوء شيوعًا في أنظمة عرض LCoS هو مصباح عالي الكثافة. يُصدر هذا المصباح طيفًا واسعًا من الضوء يتم ترشيحه عبر عجلة ألوان أو مكونات بصرية أخرى لتوفير نطاق الألوان المطلوب لنظام العرض.

يتولى النظام البصري مسؤولية توجيه الضوء من مصدره إلى لوحة LCoS، وعرض الصورة الناتجة على شاشة أو سطح آخر. ويتكون هذا النظام من عدد من العدسات والمرايا والمكونات البصرية الأخرى المصممة والمعايرة بدقة لتوفير التكبير والتركيز وتصحيح الألوان اللازمين لنظام العرض.

على الرغم من أن شاشات LCoS قد تم تطويرها في البداية لأجهزة العرض ذات الشاشات الكبيرة، إلا أنها وجدت مكانة مميزة للمستهلكين في مجال أجهزة العرض الصغيرة ، حيث يتناسب حجمها الصغير واستهلاكها المنخفض للطاقة بشكل جيد مع قيود هذه الأجهزة.

تُستخدم أجهزة LCoS أيضًا في تطبيقات قريبة من العين، مثل محددات الرؤية الإلكترونية للكاميرات الرقمية وكاميرات الأفلام وشاشات العرض المثبتة على الرأس (HMDs) . تُصنع هذه الأجهزة باستخدام بلورات سائلة كهروإجهادية (لذا سُميت التقنية FLCoS)، وهي أسرع بطبيعتها من أنواع البلورات السائلة الأخرى في إنتاج صور عالية الجودة. ^{[ 20 ]} كما تستخدم نظارة جوجل، وهي أولى تجارب جوجل في مجال الحوسبة القابلة للارتداء، ^{[ 21 ]} شاشة LCoS قريبة من العين.

في معرض الإلكترونيات الاستهلاكية CES 2018، عرض معهد هونغ كونغ لأبحاث العلوم والتكنولوجيا التطبيقية ( ASTRI ) وشركة OmniVision تصميمًا مرجعيًا لسماعة رأس لاسلكية للواقع المعزز، تتميز بزاوية رؤية تبلغ 60 درجة . وقد جمعت هذه السماعة بين شاشة LCOS أحادية الشريحة بدقة 1080p ومستشعر صور من OmniVision، بالإضافة إلى البصريات والإلكترونيات من ASTRI. ويُقال إن هذه السماعة أصغر حجمًا وأخف وزنًا من غيرها بفضل تصميمها أحادي الشريحة الذي يتضمن برنامج تشغيل مدمج وذاكرة تخزين مؤقتة. ^{[ 22 ]}

تتيح قدرة مُوَحِّد تسلسل الموجة الضوئية القائم على تقنية LCoS على التحكم المستقل في كلٍّ من سعة وطور الإشارة المرسلة، إمكانيةً أعمّ لمعالجة سعة و/أو طور النبضة الضوئية من خلال عملية تُعرف بتشكيل النبضة في مجال فورييه. ^{[ 29 ]} تتطلب هذه العملية توصيفًا كاملًا للنبضة المدخلة في كلٍّ من المجالين الزمني والطيفي.

على سبيل المثال، استُخدم معالج بصري قابل للبرمجة قائم على تقنية LCoS (POP) لتوسيع خرج ليزر مُقفل النمط إلى  مصدر طيفي فائق الاستمرارية بطول موجي 20 نانومتر، بينما استُخدم جهاز مماثل لضغط الخرج إلى نبضات محدودة التحويل مدتها 400 فيمتوثانية. ^{[ 30 ]} وقد تم إثبات قفل النمط السلبي لأشعة الليزر الليفية بمعدلات تكرار عالية، ولكن استخدام معالج POP قائم على تقنية LCoS سمح بتغيير محتوى الطور للطيف لعكس سلسلة نبضات ليزر مُقفل النمط بشكل سلبي من نبضات ساطعة إلى نبضات معتمة. ^{[ 31 ]} ويستخدم نهج مماثل تشكيلًا طيفيًا لأمشاط التردد البصري لإنشاء سلاسل نبضات متعددة. فعلى سبيل المثال،  تم تشكيل مشط تردد بصري بتردد 10 جيجاهرتز بواسطة معالج POP لتوليد نبضات مكافئة معتمة ونبضات غاوسية، عند 1540  نانومتر و1560  نانومتر على التوالي. ^{[ 32 ]}

يُستخدم الضوء المنظم باستخدام مادة LCoS الكهروإجهادية السريعة في تقنيات المجهر ثلاثي الأبعاد فائق الدقة وفي إسقاط الأهداب للفحص البصري الآلي ثلاثي الأبعاد .

من التطبيقات المهمة لتقنية LCoS قدرتها على التحويل بين أنماط الألياف الضوئية قليلة الأنماط ^{[ 33 ]} ، والتي اقتُرحت كأساس لأنظمة نقل ذات سعة أعلى في المستقبل. وبالمثل، استُخدمت تقنية LCoS لتوجيه الضوء إلى نوى مختارة في أنظمة نقل الألياف متعددة النوى، وذلك كنوع من أنواع تقنية تقسيم الفضاء المتعدد.

تم استخدام تقنية LCoS كتقنية ترشيح، وبالتالي كآلية ضبط، لكل من ليزرات أشباه الموصلات وليزر الألياف. ^{[ 34 ]}