Микродисплеи

Чтобы сравнить различные технологические решения с точки зрения эффективности использования светового потока вводится интегральный параметр К, определяемый отношением числовой апертуры в процентах к произведению SxSy, где Sx и Sy - шаг пикселей по столбцам и строкам, соответственно. Такой параметр связывает воедино такие разнородные характеристики ЖК-дисплея, как предельно достижимая яркость и световая эффективность, сложность и стоимость оптических элементов, технологические возможности и стоимость производства активной матрицы. Результаты вычисления параметра К приведены в табл.6. Следует подчеркнуть, что при расчетах предполагалось использование одного и того же электрооптического эффекта, а при использовании поляроидных эффектов полученные цифры необходимо уменьшить в 2-3 раза, если не используются специальные оптические схемы.

Видно, что в наиболее совершенных a-Si ТПТ-дисплеях величина К не превышает 0,008 для просветных ЖК МД и 0,031 для отражательных, в то время как для просветных poly-Si ТПТ-дисплеев она повышается от 0,033 до 0,077.

В таблицу 6 включены два перспективных варианта, разрабатываемые американскими фирмами Kopin Corp. и Texas Instruments. Еще в 1992 г. фирма Kopin впервые продемонстировала высокоплотную АМ с полной интеграцией драйверов управления, а в 1995 г. выпустила в продажу компактный видеопроектор Pocket Pro весом всего 0,5 кг и стоимостью ниже $2000. Возможности этой технологии можно оценить по результатам разработки просветного АМ ЖК МД с рекордным разрешением (1280 x 1024 пикселя размером 24 x 24 мкм). Исследовалось также поведение тестовых элементов размером 12 x 12 мкм в матрице 256 x 256 пикселей, спроектированных по 1-мкм нормам. Числовая апертура составляла 36%. В настоящее время эта фирма достигла наибольших объемов производства - до 200 000 микродисплеев в месяц.

Наибольшее значение К достигнуто при использовании технологии DMD (Digital Micromirror Devices). На выставке SID'95 в Орландо был продемонстрирован полноцветный вариант видеопроектора формата 16:9 HDTV (3 канала по 2048 x 1152 пикселей) с выходным потоком 1500 Лм и контрастом 60:1, разработанный совместно с фирмой Sony.

Таким образом, становятся очевидными преимущества использования отражательных вариантов с АМ на кремниевой подложке, в которых достигается наибольшая величина К, что означает их значительно большую эффективность. При уменьшении размеров пикселей до 10 x 10 мкм и сохранении числовой апертуры на уровне 80% (в этом случае требуется 1-мкм технология) представляется возможным увеличение К до уровня 0,5 и выше.

Другим важным преимуществом использования кремниевой подложки является возможность полной интеграции высокоскоростных КМОП-драйверов и решения проблем контактирования к высокоплотной АМ с мелким шагом.

4 Светоизлучающие МД

В принципе, светоизлучающие МД имеют наиболее простую структуру, поскольку не требуют внешнего источника излучения и сложной оптики (см. рис. 2), однако их низкая яркость и световая эффективность ограничивают пока области применения виртуальными устройствами. В таблице 7 приведены примеры таких МД.

Таблица 7. Некоторые сведения о светоизлучающих МД

В активно-матричных электролюминесцентных МД фирмы Planar Systems используется тонкопленочная технология для последовательного нанесения металлических и диэлектрических слоев, а также слоев люминофоров в сочетании с АМ от фирмы Kopin. Были продемонстрированы образцы МД с диагональю 0,7 дюйма и разрешением 640 x 480 и 1280 x 1024 ЭО. Основные их недостатки связаны с высокими рабочими напряжениями (до 80 В АС) и необходимостью изоляции высоковольтных сигналов от невыбранных ЭО и логики, а также низкой эффективностью синих люминофоров и, следовательно, проблемами при формировании полноцветного изображения.

FED МД - это вакуумные приборы, содержащие матрицу эмиттеров электронов (холодных катодов), которые ускоряются по направлению к стеклянной подложке с нанесенными на нее люминофорами и вызывают их свечение.

VF МД также используют вакуумированный объем и катодолюминесценцию под действием электронного пучка. Одно из преимуществ таких приборов связано с использованием катодолюминесценции - одного из наиболее эффективных на сегодня способов преобразования электрической энергии в световую в видимом диапазоне. Кроме того, обеспечиваются широкий диапазон рабочих температур, большая яркость свечения, широкие углы обзора, высокое быстродействие и аналоговая серая шкала, т.е. полная гамма цветов.

Наибольшую перспективу имеют АМ OEL МД ввиду их низковольтности и малого энергопотребления, простой технологии и потенциальной дешевизны. Так, например, фирма eMagin продемонстрировала недавно полноцветный АМ МД с разрешением 852 x 600 и диагональю 15,6 мм (0,61 дюйма) и яркостью более 100 Кд/м2, а японская фирма SEL - 6-битовый МД VGA-формата, управляемого активной матрицей поликремниевых транзисторов.

5 Проекционные устройства

на основе микродисплеев

На сегодняшний день покупателю, приобретающему крупноформатный полноцветный телевизор или монитор, предлагается на выбор несколько вариантов, различающихся качеством и стоимостью. В числе предлагаемых аппаратов плоские плазменные панели с диагональю 50…60” по цене $14 000…20 000; проекционные устройства на основе трех высокояркостных ЭЛТ по цене $6 000…50 000, на основе микродисплейных DMD (Digital Micromirror Device) – $6000…20 000 или ЖК-технологий – $3500…10 000. Снижая цены на подобные системы, можно сделать их более доступными для среднего класса потребителей. Само же снижение цены не возможно без уменьшения энергопотребления и массогабаритных характеристик.

1	2	3	4	5	6	7	8	9