基于MEMS的闪耀光栅数字微镜显示技术

文章摘要：GLV是基于衍射原理唯一成功实现彩色显示的技术，具有较高的光源利用率，采用激光作为光源时，可产生极大画面的影像。然而， GLV技术同样由于半导体激光光源等原因，一直未成为被消费者广泛接受的商品。在现有显示技术均不能满足理想便携显示应用要求的情况下，开发一种既节电，又能产生优质小画面和投影大画面的显示技术是很有必要的。闪耀光栅数字微镜显示技术（Blazed Grating Digital Micromirro Display Technology）开创了一种高效显示的新途径。闪耀光栅数字微镜的工作原理闪耀光栅已发明很久，应用主要集中在光谱分析、通讯领域，将闪耀光栅应用于画面显示的理论基础是闪耀光

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GLV是基于衍射原理唯一成功实现彩色显示的技术，具有较高的光源利用率，采用激光作为光源时，可产生极大画面的影像。然而， GLV技术同样由于半导体激光光源等原因，一直未成为被消费者广泛接受的商品。
在现有显示技术均不能满足理想便携显示应用要求的情况下，开发一种既节电，又能产生优质小画面和投影大画面的显示技术是很有必要的。闪耀光栅数字微镜显示技术（Blazed Grating Digital Micromirro Display Technology）开创了一种高效显示的新途径。

闪耀光栅数字微镜的工作原理

闪耀光栅已发明很久，应用主要集中在光谱分析、通讯领域，将闪耀光栅应用于画面显示的理论基础是闪耀光栅高效的分色原理。 当狭窄、凸凹相间、具有波长尺度范围、有反射能力的槽型结构并排排列时，就构成了反射型衍射光栅。衍射光栅对入射光的振幅或相位产生周期性的空间调制，产生光的分色作用，对于单色光，则改变光的传播方向。

GLV显示技术基于衍射光栅的原理工作。在硅基底的顶部分布着细小的条形状金属条，这些金属条与硅基底之间具有很小的缝隙，在金属条与硅基底之间施加电压时，电场力的作用下，金属条就会下移。固定的金属条和移动的金属条之间就具有了高度差，形成反射型衍射光栅。用固定波长的单色光照射衍射光栅时，就会产生衍射光，在衍射光射出的路径上设置投影镜头，即可得到单色亮点；控制金属条下移，即可控制单色亮点；控制一条光栅可得到一维条形图案，加上扫描器，即可得到二维画面。

从GLV工作原理的描述可以得知，GLV是通过改变光栅的节距周期来调制光线的。金属动条未下移时，与固定条在一个平面上，节距周期消失，不产生衍射；金属动条下移，构成节距周期等于金属条宽度与金属条之间缝隙之和的固定节距光栅。由于这种光栅结构的特殊性，确定了GLV只能利用较高级次（典型值为1级次）的衍射光作为成像光。而处于较低级次的零级次衍射光占据了衍射光的绝大部分能量，因此利用1级次衍射光来产生画面的GLV所具有的最高理论衍射效率为40.5%。

闪耀光栅不仅具有很高的分色能力，而且还具有将零级次衍射光的绝大部分能量转移到所需级次上的能力，衍射效率可达到100%。设计适当的闪耀角，就能使复合白色光产生的RGB三基色光处于最高衍射效率范围内。用闪耀光栅作为显示画面的光调制器，就能最大限度地提高光源的利用率。

根据闪耀光栅的分色原理，用复合白色光源以固定的入射角照射可转动的闪耀光栅微镜，可在一个固定的方向上得到由白色光源直接产生的RGB三基色，控制闪耀光栅微镜转动到产生红R、绿G、蓝B、三基色以及暗态的4个固定位置，三个闪耀光栅微镜就可以构成一个真彩色的像素单元，用脉宽调制方式确定闪耀光栅微镜在每个位置上的停留时间，可使各个子像素所对应的三基色具有不同的亮度，三个子像素不同亮度、不同基色的组合，就可以产生一个像素所需的各种彩色，多个像素组成阵列，即可构成显示画面。图4所示为用普通20瓦卤素照明灯在距光栅15厘米处照射用于测试的3 4反射型衍射光栅测试阵列，得到的彩色实像图案。从任何角度观察，都不影响观察效果。图5所示为漫射光环境下，3 4反射型衍射光栅形成的彩色图。图6为太阳光照射3 4反射型衍射光栅生成的彩色投影图像。若将用于测试的衍射光栅更换为闪耀光栅，彩色画面的亮度、对比度以及色饱和度还会更好。

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