新闻中心

EEPW首页 > 消费电子 > 设计应用 > 显示技术的新亮点--微显示器

显示技术的新亮点--微显示器

作者:时间:2001-06-15来源:收藏

微显示(Microdisplay)技术
的核心就是把显示电视图像或计算机图像的全部像素集成到一片集成电路上。从不同的角度出发可以对微显示器给出好几个不同的定义。在这里,我们根据微显示器本身的尺寸,将微显示器定义为对角线尺寸小于
3英寸(7.62厘米)的平面显示器。这种定义比较容易接受,包容的技术也比较广泛。

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/3051.htm

微显示器又称为微型平面面板(Miniature Flat Panel),常在光学引擎中用来生成图像。引擎是机械动力的来源,光学引擎即指光学中系统图像的来源。光学引擎分为两大类,一类用于投影显示系统,一类用于虚拟显示系统。微显示器用于投影显示系统时,光学系统有两个作用,一是将微显示器上生成的微小图像放大,二是在屏幕上产生实际的投影图像。正投影机的配置特征是产生最终图像的屏幕和投影装置一分为二。背投影机的配置特征是光学放大系统装在图像生成屏幕的背后。利用微显示器的正投机已有产品面市,这些机器可以直接和手提式电脑互连。投影显示系统的其他用途包括家庭娱乐系统、数据监视器、专业和商用投影系统、仿真系统以及数字影院。

微显示器用于虚拟显示时,光学系统生成的是虚拟图像,这些图像出现在观察器的内部。观看者在观察器内部某处,可看到与实物显示屏相同的虚像。但看起来非常之大。这些微显示器主要用于头戴式或手掌式PC监视器、DVD、蜂窝设备的视频显示器、数字照相机、数字电话寻呼机以及CAD/CAM和游戏机等视觉显示环境,这些显示器往往称为个人显示器。

到目前为止,绝大部分微显示器用在移动通信的显示屏和个人显示器中,用于投影显示的微显示器,数量上只占很小的比例。

随着技术的发展,差不多所有的电子器件体积都已经显著地减小了,唯有显示器件本身是一个例外。微显示器的出现,极大地减小了显示器件本身的尺寸,这就给了工业产品的设计者们一个机会,在增加图像显示尺寸和清晰度的同时,极大地减小显示器的尺寸。在许多情况下,显示器越小,整机越便宜。因此,使用微显示器不仅仅会使系统价格下降,较小的物理尺寸也意味着产品体积将较小较轻,在利用相同电池的条件下工作时间也较长。

微显示器与普通显示器的主要不同在于它们可以提供高得多的分辨率。多数显示器的全彩色分辨率只有80-100/英寸,而许多微显示器提供的彩色分辨率可达1000/英寸或者更高。

从已有微显示器芯片的生产过程看,许多微显示器采用了混合工艺。这种工艺首先利用现有的大规模集成电路的生产线制造CMOS硅基片,然后在硅基片的另一面生成包含光调制器或光发射层的上层结构。比如,上层结构层由液晶材料组成时,就可以在具有规模生产能力的LCD工厂中完成微显示器生产的最后工序。

通过成熟的工业流程来生产新型显示器件导致将CMOS矩阵用作显示器的控制矩阵。这种作法可以为芯片增加各种复杂的新功能,从而为灵巧型显示器的诞生铺平道路。第二,生产商在充分利用原有厂房和设备的情况下进入显示器的生产领域。这种模式降低了微显示器的生产投资,加速了产品上市的时间。这就是大批从未生产过显示器产品的高科技企业迅速成为显示器领域新秀的原因。

我们将技术上比较成熟的微显示器大致分为四种。

发光型微显示器事实上有好几种不同的工艺,共同点是它们都有硅基片和发光材料层。光可由电致发光(EL)层或荧光层发出,基于荧光材料的器件往往包含真空荧光或其他新型发光机制如场致发射(FE),有机发光材料也在开发之中。

以有源矩阵电致发光(AMEL)为例,硅基片包含有源控制矩阵。电致发光的荧光材料淀积在基片另一面上,最后生成固态的微显示器。真空荧光(VF)技术利用电子轰击荧光材料发光,这一点很像CRT。有好几家公司正在开发硅片真空荧光(VFOS)技术。这种技术利用CMOS硅生成控制像素发光的有源矩阵,矩阵分别控制淀积在基片上每一像素的红绿蓝荧光材料的发光,导线状的灯丝用作激发荧光的电极。

另一种正在开发的技术是有机发光二极管。直视型OLED显示器正处于商业化生产的初期阶段,又出现更加新型的有源矩阵有机发光二极管(AMOLED)微显示器。这种技术也是在硅基片上用淀积法生成有机发光层。利用场发射显示(FE)的微显示器也在发展之中。FE器件也是利用荧光材料来发光的,但工作方式不同于VFFE器件在整个基片上生成大量细微的发射极。

透射型微显示器有两类,都是有源矩阵液晶显示器(AMLCD)。它们都需要背光源,背光源发出的光在经过每一像素时受到液晶单元的调制,而液晶单元受显示屏上晶体管的控制。这种微显示器有用多晶硅晶体管的,也有用单晶硅晶体管的。在利用单晶硅的方式中,基片用的是硅绝缘体(SOI)而不是硅圆片。随后,有源电极被取下来移置到玻璃基板上。下一步的液晶加工就是在这一薄而透明的玻璃基板上完成。附加的电路例如行、列驱动器,必须在基板的显示屏的周边部分生成。

多晶硅微显示器不需要分开的基板材料。例如在高温多晶硅(HTPS)方式中,所有的处理均在石英片上完成。首先,在基片上淀积一层非晶硅层,然后利用高温退火将其转变成多晶硅。这样做改善了材料的电气性能,容许某些周边的行、列驱动器在显示屏晶体管附近生成。不过,多晶硅的电气特性不如单片硅那么好。最后经过下一步的液晶添加,最后完成透射微显示器的全部加工。作为正投机的光学引擎,HTPS微显示器已经取得很大的成功。这些器件一般可以直接连接笔记本电脑。利用低温多晶硅(LTPS)的液晶器件也进入商业生产。它可以应用比较便宜但面积大得多的玻璃基片,并准备用来生产微显示器。

反射型微显示器利用外部光源,当光从微显示器表面反射时被调制。这里有两种主要技术,一种是硅片液晶(LCOS),一种是微机电系统(MEMS)。LCOS器件的有源控制电路采用CMOS工艺,然后生成液晶层作为反射器,LCOS微显示器可以利用约85%的表面积来反射光,光栅利用系数比较高。对反射光的调制由加到液晶的电压来控制。LCOS器件有许多不同种类,差别在于基板材料或液晶结构的不同,或者仅在于输出模式的不同(数字或模拟)。基于LCOS器件的投影显示器是近期显示技术的重点发展产品之一,在大屏幕显示器领域,有可能向其他显示产品如CRT 投影机、等离子显示屏、拼缝式LCD显示器等提出挑战。

从实质上看,MEMS已经在硅基片上构成了完整的微显示器,无制造附加的上层结构。从定义即可看出,微机电系统的内部可以包含微型的可动的机械部件,这些部件由控制电压操作。数字微镜器件(DMD)是其中最成功的一种。这一结构包含了利用集成电路工艺生成的控制矩阵,控制矩阵上方排列着由微型铝薄膜镜面组成的微镜阵列。一面镜子代表一个像素,镜面起光开关的作用,当控制信号令镜面指向“通”的位置,反射光将进入光学系统,在显示屏幕上形成一个亮点。控制信号令镜面指向“断”的位置,反射光不能进入光学系统,在屏幕上相应位置形成一个暗点。DMD的实质是对代表一个像素的光线“通”“断”进行管理。基于DMD的数字光处理技术(DLP)已在投影技术中取得了极大的成功。另一种MEMS方式是利用微型栅网阵列,令栅网上下移动来产生入射光和反射光之间的干涉,使反射增强或减弱,起到了对光线进行调制的作用。

上面提到的几种微显示器都在其系统内部实际生成了一个完整的显示器,或者说存在一个完整的显示像素矩阵。另外还有扫描型的微显示器系统,也可用来产生投影型或虚拟型图像,其内部没有完整的显示像素矩阵,只有单一的发光点或发光行,这些系统一般要使用红、绿、蓝激光或发光二极管作为图像的来源。使用单一激光/发光二极管的系统,光源必须在两维方向作扫描以产生图像。使用一列或一行激光/发光二极管的系统,只需要一个方向的扫描。扫描型微显示器要对光源直接进行调制,光源要在每一个瞬间产生相应像素位置所需要的光强。基于激光或发光二极管的系统现在都在开发之中。■

led显示器相关文章:led显示器原理


透射电镜相关文章:透射电镜原理
激光二极管相关文章:激光二极管原理
全息投影相关文章:全息投影原理


关键词:

评论


相关推荐

技术专区

关闭