Технология микродисплеев

Появление микродисплеев с размером по диагонали до 2 дюймов позволило применить их для проецирования данных. Десять лет назад единственным устройством для проецирования данных на экран был большой проектор массой более 30 кг на базе ЭЛТ. Яркость таких проекторов не очень велика, и, чтобы получить приемлемое изображение, нужно выполнить утомительные операции по настройке. В настоящее время проектор со значительно более высокими значениями разрешения и яркости можно купить менее чем за половину стоимости ЭЛТ-модели. Устройство массой менее 1,5 кг умещается в кармане пальто.

Сегодня экраны портативных аппаратов отображают несколько строк текста или в лучшем случае небольшое графическое изображение размером в несколько сантиметров. Появление органических светодиодов дает возможность пользователю видеть изображение на микродисплее таким же, как представленное на экране 15-дюймового монитора. Для этого используется КМОП-технология, позволяющая разместить на кремниевой подложке электронные компоненты с очень высокой плотностью. Они служат основой для создания миниатюрных дисплеев (комбинируются технологии OLED и КМОП). Полученное изображение рассматривается с помощью увеличительной оптики и не уступает по качеству картинке на мониторе или экране телевизора.

Панели дисплеев на основе высокотемпературного поликремния отличаются высокой светосилой (лишь очень незначительная часть светового потока блокируется транзисторами отдельных ячеек), а производственный процесс уже достаточно зрелый. Вероятно, эта технология останется основной для проекторов массой не менее 4,5 кг , но ей грозит серьезная конкуренция со стороны новых конструкций.

Еще один класс микродисплеев использует жидкие кристаллы на отражательной поверхности, сформированной непосредственно на кремниевом кристалле. В некоторых дисплеях этого типа применяется жидкокристаллический материал, а в других - необычные альтернативы, такие, как ферроэлектрические жидкие кристаллы (например, в новаторских микродисплеях фирмы DisplayTech). Бывают пропускающие и отражательные микродисплеи. Они пригодны как для шлемофонных, так и для проекционных дисплеев.

Дисплей, выполненный по технологии жидких кристаллов на кремнии LCOS (Liquid Crystal Оn Silicon), похож на обычную ЖК-панель, за исключением того, что задняя панель представляет собой кремниевую пластину с отражательным покрытием. Управляющие структуры чрезвычайно миниатюрны, поэтому удается достичь очень высокого разрешения на крошечных панелях. Кроме того, управляющие схемы можно сформировать на краю кремниевой пластины, сократив тем самым число компонентов и физических соединений. Верхний стеклянный слой удерживает жидкие кристаллы на месте. Зазор между слоями обычно составляет от 1 до 4 мкм.

Для производства дисплеев используется КМОП-процесс, похожий на технологию изготовления микросхем. Панели имеют умеренную стоимость и относительно малое время отклика. В будущем панели могут существенно подешеветь, особенно если спрос будет достаточным для их массового выпуска.

Контрастность дисплеев LCOS ниже, чем у DLP-моделей. Некоторые из них работают с последовательной подсветкой цветовых полей (например, применяемые с однопанельными DLP-устройствами), но в других объединяются изображения от трех различных панелей или используются цветовые фильтры и утраивается число пикселей для данного разрешения. В настоящее время более 20 компаний активно разрабатывают или производят эти панели, поэтому они будут играть все более важную роль в мобильной связи, вычислительной технике и развлекательных устройствах. Эти изделия уже применяются в видоискателях цифровых фотоаппаратов и видеокамер, а также проекционных системах.

Настольные мониторы - потенциальный рынок микродисплеев. Толщина монитора будет примерно такой же, как толщина основания типичного ЖК-монитора, а масса в несколько раз меньше, чем у ЭЛТ, при равном размере экрана.

На основе микродисплеев широкое применение найдут дисплеи-очки (near - to - eye display), закрепляемые на голове в целях соблюдения секретности и просмотра без участия рук. Они уже применяются в электронных видоискателях цифровых камер. Дисплеи этого типа могут также использоваться для формирования виртуальных изображений на большом экране с высокой информационной плотностью - такие устройства будут просто незаменимы, когда беспроводный просмотр Web получит широкое распространение. Дисплеи-очки могут стать основой для совершенно новых развлекательных и профессиональных устройств.

Электромеханические панели

Это одна из наиболее перспективных новых конструкций. Электрические сигналы преобразуются в физические перемещения механических структур, встроенных в панель дисплея. На первый взгляд это непрактичный и старомодный способ, но он удивительно эффективен.

Цифровой светопроцессор DLP (Digital Light Processor) фирмы Texas Instruments - маленькая микросхема с крошечными металлическими зеркалами. Если получен сигнал для включения пикселя, то зеркало поворачивается, чтобы отразить луч света через линзу на экран. Если получен сигнал "выключить", то зеркало наклоняется в другую сторону и блокирует свет. Микроскопические механические структуры такой конструкции формируются в процессе операций маскирования, травления и удаления резиста. В проекторе могут быть установлены один DLP и цветовой круг (для последовательной подсветки цветовых полей) или три DLP и фильтры для формирования полноцветного изображения.

Электромеханические панели отличаются малым временем отклика, что позволяет строить дисплеи с последовательной подсветкой цветов. Одна панель, освещаемая светом, проходящим через быстро вращающийся круг за время, отведенное для показа одного кадра, успевает включить красный, голубой и зеленый (а иногда и белый) компоненты изображения. Отдельные поля объединяются в мозге наблюдателя и воспринимаются как единое, полноцветное изображение.

Качество изображения можно повысить, используя три панели. Каждая из них освещается лучами одного цвета - красного, зеленого или синего, и затем изображения объединяются оптически в единое полноцветное изображение. Этот метод используется в некоторых больших цифровых кинопроекторах.

Панели DLP имеют высокое разрешение и чрезвычайно надежны. Их контрастность примерно вдвое выше, чем у ЖК-проекторов, что позволяет успешно применять их в ярко освещенных помещениях.

Но панелям DLP свойственны и некоторые недостатки. Они дороже ЖК-панелей. Изображения с последовательной подсветкой цветовых полей могут рассыпаться на разные цвета, если переводить взгляд с одной точки экрана на другую, особенно когда в изображении присутствуют мелкие белые объекты на черном фоне. Мотор, вращающий цветовой круг в проекторе, бывает шумным, но эта проблема устранена в новых, полупроводниковых системах цветовой фильтрации.

DLP-устройства ожидает большое будущее, уже сейчас малые проекторы этого типа появляются на рынке домашнего развлекательного оборудования. Хорошие перспективы у DLP-панелей и на рынке проекционных настольных мониторов.