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基于MEMS的闪耀光栅数字微镜显示技术

发布时间:2017-10-28 09:39:41  来源:大电流电感厂家   查看:

技术背景

在PMP个人媒体播放器等便一体成型电感携式应用中,TFT液晶显示器已成为主流配置。虽然TFT液晶显示器具有图像清晰、对比度高等优点,但其耗电占了PMP系统耗电的70%以上。随着分辨率不断提高,屏幕加大,显示器的功耗也同步增长。由于液晶显示器的光源利用率不足10%,降低亮度并不能有效地节省电力,迫不得已的办法差模电感器是尽可能减少显示屏的工作时间,或者是采用尽可能小的显示屏,结果使观赏舒适性降低,导致PMP的实用价值大打折扣。

理想的适合于便携用途的显示技术应在电池供电环境下有尽可能长的工作时间、尽可能小的体积、尽可能高的画面质量,既可产生满足个人独立观看的优质小画面,又能产生供多人观赏的投影画面等特性。
现有的各类显示器,根据成像的基本方式,可以分为像素单元主动发光形成画面和像素单元被动发光形成画面两大类。

在像素单元主动发光形成画面的显示技术中,先后出现了阴极射线管CRT显示技术、等离子平板PDP显示技术、表面传导发风华电感射SED显示技术、碳纳米管场发射CNT显示技术、有机电致发光二极管OLED塑封电感显示技术。在这些显示技术中,有机电致发光显示器是唯一可小型化的技术,但是,OLED为电流驱动型显示技术,电流强度与显示亮度成正相关关系,对于便携式应用,功耗仍然较高。

在像素单元被动发光形成画面的显示技术中,先后开发出了控制光线透射程度来实现显示的液晶LCD显示技术,控制光线反射程度实现显示的硅基液晶LCOS显示技术,控制光线反射角度实现显示的数字微镜DMD显示技术和单微镜-扫描镜显示技术,利用干涉原理实现显示的干涉调节iMoD显示技术,利用衍射原理实现显示的光栅光阀GLV显示技术。这些技术当中,iMoD干涉调节显示技术是最适合于便携应用的技术之一,与LCD显示器借助于偏振光来形成显示不同, iMoD显示技术利用干涉原理产生彩色,光线通过不同厚度的气隙时产生不同的光程差,形成不同的颜色。图1所示为iMoD显示器样机。虽然具有极其优越的节电性能,但无论是对比度还是亮度,都与TFT显示器差距甚远。这是由于iMoD显示技术所特有的彩色形成方式决定的。这样的亮度和对比度远远不足以用来产生较大画面的投影影像。因此,不能同时满足既可产生优质小画面,又可产生大幅投影画面的便携应用理想要求。

硅基液晶LCOS技术虽然同时具有微型显示和投影显示应用的能力,但仍然需要借助于液晶的偏振光效应来控制光线的透过率。采用偏振光方式工作,将损失50%光源能量,光利用率依然不高。更重要的原因还在于LCOS的制造工艺复杂,良品率一直难以提高,短期内难以成为理想的便携显示技术的优选者。

数字微镜DMD是最为成功的基于微机电系统MEMS的显示技术,采用高压汞灯作为照明光源时,可产生极大尺寸的优质投影画面,用R、G、B三基色LED更换大功率照明灯,可以构成小体积的便携投影仪。图2所示为TI公司开发的袖珍投影仪,使用LED光源,不用色轮,通过高速切换红、绿、蓝图像,进行彩色显示,采用前投方式,可在投影机前方约1m处投射约40~50英寸、分辨率为800 600的DVD影像。这种利用时序方式来实现彩色显示的模式,不仅要求LED要有足够快的响应速度,而且要求驱动电路也必须具有极高的速度指标,这不仅增加了系统成本,也增加了系统功耗。对便携应用而言,照明光源消耗的电力依然较高。因此,DMD显示技术仍以固定地点的投影应用为主,不是理想的便携应用显示技术。

与DMD不同的另一种掌上便携投影仪是图3所示的日本信号试制成功的单微镜-扫描镜投影技术。该技术不同于DMD的一个像素对应一个微镜,而是一个微镜对应大电流电感多个像素,再利用扫描部件形成画面。采用该方式,虽然可以减小微镜所占用的半导体芯片面积,降低成本,但扫描部件不仅具有较高的精度要求,而且还存在着机械磨损等问题。更重要的一点还在于,需要解决响应速度高达数MHz至数十MHz的绿色半导体激光器还不能量产的障碍后,才能真正形成商品。平面变压器厂家 | 平面电感厂家

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