Микродисплеи

3 МД отражательного типа

Как правило, микродисплейные устройства такого типа содержат светомодулирующее устройство отражательного типа, выполненное по технологии LCOS (Liquid Crystal-on-Silicon, ЖК-на-кремнии) или MEMS (Micro-Electro-Mechanical-Systems, микроэлектромеханические системы) и содержащие интегрированные на кристалле схемы адресации строк и столбцов, а также интерфейсную плату сопряжения, блок подсветки и оптическую систему.

Три вида MEMS-технологий конкурируют в настоящее время:

1. DMD МД (Digital Micromirror Device, цифровые микрозеркальные приборы), разработанные фирмой Texas Instruments более 15 лет назад и представляющие собой сложную КМОП ИС со множеством микроминиатюрных зеркал, меняющих свою ориентацию в пространстве под действием электрических сигналов и таким образом способных модулировать падающий на них свет. Первые подобные МД с разрешением 1024 x 768 ЭО появились на рынке в 1998 г., в 1999 г. их разрешение увеличилось до 1280 x 1024, а в 2000 г. - до 1920 x 1080. В настоящее время это практически единственная технология, используемая в проекционных системах HDTV-формата.

2. АМА МД (Actuated Mirror Array), разработанная американской фирмой Aura Systems в начале 90-х годов и усовершенствованная корейской фирмой Daewoo Electronics "под именем TMA" (Thin Film Micromirror Array). Данная технология очень похожа на предыдущую по принципу действия и архитектуре. Разница лишь в том, что для отклонения микрозеркал используют пьезоэлектрический эффект с возможностью более простого и дешевого аналогового принципа формирования градаций серой шкалы. На конференции "Asia Display-98" в Сеуле был продемонстрирован экспериментальный образец VGA-формата с микрозеркалами размером 97 x 97 мкм со световым потоком 5000 Лм. На следующий год разрешение МД было увеличено до XGA - (размер микрозеркал 49 x 49 мкм, размер МД - 2,54 дюйма) и SXGA-форматов. При этом числовая апертура составляет максимальную из опубликованных данных величину в 94%.

3. CLV МД (Grating Light Valve), изготавливаемые американской фирмой Silicon Light Machines, основаны на использовании микроминиатюрной отражательной дифракционной решетки в виде линейки параллельных резиновых полосок 100 x 3 мкм толщиной 100 нм, которые могут очень быстро, за время порядка 20 нс, изменять свое положение в пространстве под действием электростатических сил и таким образом модулировать падающий на нее свет. Для формирования изображения нужно обеспечить вертикальное сканирование. Действующая проекционная система на основе красного, синего и зеленого лазеров и 1080 полосок формирует высококачественное изображение с разрешением 1920 x 1080.

LCOS микродисплеи представляют собой сверхминиатюрные активно-матричные ЖК-дисплеи отражательного типа. От обычных TFT активно-матричных дисплеев прямого видения они отличаются тем, что одна из стеклянных подложек с поляроидом заменена на кристалл из монокремния, в котором формируется матрица МОП-транзисторов, каждый из которых управляет "своим" ЭО (рис. 8). Как правило, размер ЭО составляет от 7 x 7 до 20 x 20 мкм, поэтому даже при их числе более 1 млн. МД может иметь размеры менее 0,5 дюйма по диагонали.

Выбор электрооптического эффекта и ЖК-материала определяется уровнем рабочего напряжения, обеспечиваемого активной матрицей, требуемым контрастом, быстродействием, типом ориентирующего слоя и др. Возможные варианты используемых электрооптических эффектов приведены в таблице 5.

Таблица 5. Особенности используемых электрооптических эффектов

В качестве основных рассматриваются варианты с использованием нематических и смектических ЖК, а также капсулированных полимером ЖК. Так, например, американская фирма Hana Micro-display Technologies, используя нематические ЖК, планирует увеличить производство МД до 1,5 млн. штук уже в 2001 г. Другая американская фирма Displaytech разработала и производит с 1997 г. целую серию цветных LCOS МД с диагональю до 0,5 дюйма, разрешением 256 x 256, 640 x 480, 1280 x 1024, числовой апертурой 75% и шагом ЭО менее 8 мкм на основе смектических ЖК с быстродействием менее 35 мкс.

Градации серой шкалы (или полутона) в нематических МД обеспечиваются прямой модуляцией управляющего напряжения, т.к. ЖК-материал обладает пропорциональной и воспроизводимой вольт-контрастной характеристикой (ВКХ). Это означает, что каждый ЭО может адресоваться один раз в течение кадра на каждый цвет в однокристальном варианте и один раз в течение кадра - в трехкристальном. Смектические ЖК имеют ВКХ с гистерезисом, что сильно затрудняет реализацию серой шкалы и, следовательно, полноцветного изображения. Поскольку МД в этом случае должен адресоваться несколько раз в течение кадра, скорость загрузки данных и энергопотребление резко возрастают. Меняется также и архитектура активно-матричной КМОП-ячейки: от однотранзисторной типа DRAM в случае нематических МД на многотранзисторную типа SRAM для смектических МД.

1	2	3	4	5	6	7	8	9