專利名稱：閃耀光柵數(shù)字微鏡顯示系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及微機(jī)電系統(tǒng)(Micro Electr-Mechanical System)MEMS中的微型顯示器和投影顯示器，具體地說(shuō)是閃耀光柵數(shù)字微鏡顯示系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
從顯示技術(shù)發(fā)明以來(lái)，基本上是沿著像素單元主動(dòng)發(fā)光形成畫(huà)面和像素單元被動(dòng)發(fā)光形成畫(huà)面這兩條道路發(fā)展。
在像素單元主動(dòng)發(fā)光方式中，最早出現(xiàn)了陰極射線CRT顯示技術(shù)，隨后又出現(xiàn)了等離子平板PDP顯示技術(shù)、表面?zhèn)鲗?dǎo)發(fā)射SED顯示技術(shù)、碳納米管場(chǎng)發(fā)射CNT顯示技術(shù)、有機(jī)電致發(fā)光二極管OLED顯示技術(shù)。
在像素單元被動(dòng)發(fā)光形成畫(huà)面的顯示技術(shù)中，先后開(kāi)發(fā)出了用控制光線透射程度來(lái)實(shí)現(xiàn)顯示的液晶LCD顯示技術(shù)、控制光線反射程度實(shí)現(xiàn)顯示的硅基液晶LCOS顯示技術(shù)、控制光線反射角度實(shí)現(xiàn)顯示的數(shù)字微鏡DMD顯示技術(shù)、利用干涉原理實(shí)現(xiàn)顯示的干涉調(diào)節(jié)IMOD顯示技術(shù)、利用衍射原理實(shí)現(xiàn)顯示的光柵光閥GLV顯示技術(shù)。
在以上像素單元被動(dòng)發(fā)光顯示技術(shù)中，利用衍射原理來(lái)實(shí)現(xiàn)顯示是最為回歸自然的顯示技術(shù)，在這類技術(shù)中，可以把自然的白色光線分解為三基色或更多的基色，每一個(gè)像素單元均可實(shí)現(xiàn)全彩色范圍內(nèi)的被動(dòng)發(fā)光，因此，不需要濾色片來(lái)形成三基色，光源的利用效率最高，與其它顯示技術(shù)相比，達(dá)到相同亮度和對(duì)比度時(shí)的功耗最小。然而，由于可見(jiàn)光線的波長(zhǎng)尺度范圍很小，典型值為400至700納米，要實(shí)現(xiàn)單像素的全彩色顯示，需要處于模擬工作方式下的致動(dòng)器控制精度能達(dá)到納米級(jí)的尺度水平，同時(shí)，還需要致動(dòng)元件的溫漂要小，需要具有不高于納米級(jí)的溫度漂移，遺憾的是，目前還沒(méi)有找到既能實(shí)現(xiàn)納米級(jí)的尺度控制精度、又具有極低溫度漂移，同時(shí)還具有較高響應(yīng)速度的致動(dòng)元件，特別地，對(duì)于微機(jī)電系統(tǒng)MEMS而言，受尺度效應(yīng)的影響，電磁力在尺度方面不利的減小是靜電力的100倍，導(dǎo)致利用電磁力的微致動(dòng)元件往往具有較大的空間尺寸，將電磁致動(dòng)的元件作為像素單元的致動(dòng)元件時(shí)，往往導(dǎo)致像素單元尺寸過(guò)大，填充率很低，難以形成有效的實(shí)用產(chǎn)品。
比如專利CN1045822C提出利用反射光或透射光產(chǎn)生單像素全彩色容量的衍射顯示器，用雙壓電晶體、或壓電薄膜、或電動(dòng)線圈作為致動(dòng)元件，通過(guò)控制致動(dòng)元件的伸縮量來(lái)實(shí)現(xiàn)衍射光波長(zhǎng)的調(diào)制，以達(dá)到單像素全彩色容量的顯示目的；然而，由于專利所述的材料存在較大的溫度漂移特性和驅(qū)動(dòng)電壓與伸縮量一致性較差的不足，要精確地控制材料的伸縮量實(shí)際上是極為困難的，要實(shí)現(xiàn)專利預(yù)期的目標(biāo)，存在著極大的障礙。
再如專利CN1173196C公開(kāi)的衍射式顯示器提出由磁鐵元件帶動(dòng)可轉(zhuǎn)動(dòng)光柵元件轉(zhuǎn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)單像素的全彩色容量的顯示目的；則存在著像素單元尺寸過(guò)大，填充率極低的問(wèn)題，難以達(dá)到理想的顯示效果。
以上基于模擬工作方式，企圖實(shí)現(xiàn)單像素全彩色容量顯示的發(fā)明，實(shí)際上很難轉(zhuǎn)變?yōu)閺V泛使用的商品。
基于衍射原理，工作于模擬方式的，以單像素全彩色容量為目標(biāo)的顯示技術(shù)在實(shí)施上受阻的同時(shí)，基于數(shù)字工作方式的，利用衍射原理實(shí)現(xiàn)顯示的研究，隨著光柵光閥GLV技術(shù)的出現(xiàn)，取得了初步的成功，SONY公司于2002年展出了GLV投影機(jī)。
光柵光閥(Grating Light Valve)GLV是美國(guó)硅光機(jī)器公司(Cilicon LightMachines)CLM開(kāi)發(fā)的基于衍射原理實(shí)現(xiàn)顯示的技術(shù)。GLV器件是長(zhǎng)條形的，表面由一排微小的、并排排列的細(xì)條狀氮化硅金屬片組成條柵狀。這些金屬片，每6片組成一個(gè)像素，其中三條為動(dòng)片，三條為定片，動(dòng)片和定片交替排列，每條金屬片表面鍍鋁，以反射入射光。在金屬條動(dòng)片與底部晶片之間加上電場(chǎng)時(shí)，金屬柵條動(dòng)片發(fā)生彎曲而產(chǎn)生下移，下移的金屬條與不動(dòng)的金屬條之間產(chǎn)生高度差，由此形成衍射光柵，入射光線照射到光柵條后產(chǎn)生衍射光線，當(dāng)下移距離為四分之一波長(zhǎng)時(shí)，可以得到最強(qiáng)的衍射光強(qiáng)。GLV可以工作于模擬方式和數(shù)字方式，工作于模擬方式時(shí)，在動(dòng)片上施加不同的電壓，就可得到不同的下移距離從而產(chǎn)生不同亮度的衍射光強(qiáng)；工作于數(shù)字方式時(shí)，通過(guò)在動(dòng)片上施加電壓，就可以使動(dòng)片下移四分之一波長(zhǎng)的距離，得到最強(qiáng)的衍射光。受溫漂、致動(dòng)元件一致性等因素的影響，GLV多工作于數(shù)字方式。衍射光的灰度通過(guò)脈寬調(diào)制技術(shù)實(shí)現(xiàn)。GLV的光柵節(jié)距是固定的，固定波長(zhǎng)的光線會(huì)產(chǎn)生固定的衍射角，在衍射光線經(jīng)過(guò)的路徑上設(shè)置成像(投影)鏡頭，就可在屏幕上得到影像。
GLV技術(shù)盡管是所有基于衍射原理來(lái)實(shí)現(xiàn)彩色顯示技術(shù)中最為成功的技術(shù)之一，但GLV存在的問(wèn)題仍然阻礙著GLV技術(shù)轉(zhuǎn)化為廣泛使用的商品，至今，基于GLV技術(shù)的顯示器仍然沒(méi)有成為被廣大用戶廣泛使用的顯示產(chǎn)品。
GLV技術(shù)中，光柵金屬片與基底的距離非常微小，為133納米，約為綠色光波長(zhǎng)的四分之一，距離小的好處是驅(qū)動(dòng)電壓可以很低，響應(yīng)速度快，缺點(diǎn)是制造過(guò)程中很容易出現(xiàn)黏結(jié)現(xiàn)象，導(dǎo)致良品率低下；其次，由于衍射光柵的形成是通過(guò)靜電力拉下可動(dòng)金屬條來(lái)實(shí)現(xiàn)的，因此，當(dāng)沒(méi)有拉下時(shí)，要求可動(dòng)金屬條與不動(dòng)金屬條要在一個(gè)平面上，否則，只要有高差，就有光柵存在，入射光線就會(huì)產(chǎn)生衍射，結(jié)果是黑態(tài)時(shí)，并不是全黑，這樣就會(huì)降低畫(huà)面的對(duì)比度；還有，由于金屬條的寬度和金屬條之間的間隙是固定的，光柵的節(jié)距就是一個(gè)定值，當(dāng)入射光線的波長(zhǎng)固定時(shí)，衍射的角度就是固定的，要使衍射光線準(zhǔn)確進(jìn)入成像透鏡，就需要入射光線的波長(zhǎng)必須很準(zhǔn)確，然而，現(xiàn)有的半導(dǎo)體R、G、B激光器還不能同時(shí)滿足體積小、價(jià)格低廉、波長(zhǎng)準(zhǔn)確度很高的要求；再者，由于GLV光柵條需要一定的長(zhǎng)度才能保證可動(dòng)金屬條下移有效的長(zhǎng)度，因此，GLV的光柵條通常有較高的長(zhǎng)寬比，這樣，不僅導(dǎo)致細(xì)長(zhǎng)的金屬條易發(fā)生曲度變形，產(chǎn)生非預(yù)期的衍射光束，降低對(duì)比度，而且，還不利于構(gòu)成光柵陣列，還需要一個(gè)掃描裝置才能將線性條紋圖案變成二維畫(huà)面，這無(wú)形中增加了掃描器件的同步、精度等要求；特別地，當(dāng)GLV的任何一條光柵出故障，導(dǎo)致的畫(huà)面故障就是一行出錯(cuò)，這相對(duì)于面陣DMD中的一個(gè)點(diǎn)出錯(cuò)可以忍受而言，畫(huà)面的一行出現(xiàn)錯(cuò)誤是絕對(duì)不能繼續(xù)使用的。
專利CN1658008A提出了一種構(gòu)成懸臂梁式閃耀光柵光調(diào)制器及陣列的技術(shù)，它通過(guò)在基底和懸臂條之間施加電場(chǎng)，使懸臂條下垂，從而形成閃耀光柵，通過(guò)該光柵，能將光能量集中到預(yù)定的衍射級(jí)次上。
專利CN1645183A提出的技術(shù)方案類似于光柵光閥，不同的是在未施加電場(chǎng)時(shí)，衍射光柵的光強(qiáng)集中在零級(jí)衍射上，當(dāng)施加電場(chǎng)時(shí)，衍射光的光強(qiáng)集中在一級(jí)衍射上，同時(shí)，該方案還減小了衍射光柵像素的長(zhǎng)度和光柵之間的間隙，可實(shí)現(xiàn)面陣的衍射光柵光閥。
專利CN1158546C公開(kāi)了一種平面光柵光閥，對(duì)GLV動(dòng)片與定片不能有效保持在同一平面的情況進(jìn)行了改進(jìn)，通過(guò)在動(dòng)片上施加偏壓，以調(diào)整動(dòng)片與定片之間的平整度，調(diào)整完畢后，在暗狀態(tài)，動(dòng)片與定片就可以在施加偏壓的基礎(chǔ)上維持平整度，從而有效地提高對(duì)比度。
專利CN1467562A提出的具有掃描保角光柵裝置的高對(duì)比度顯示系統(tǒng)通過(guò)在系統(tǒng)中設(shè)置阻擋元件，用于阻擋零級(jí)衍射光束；再設(shè)置交叉級(jí)濾光片來(lái)阻擋衍射交叉級(jí)光束，以達(dá)到提高對(duì)比度的目的。
以上技術(shù)，提出了改進(jìn)GLV的方案，然而，基于衍射原理的顯示技術(shù)至今未能得到大范圍的普及。因此，仍然需要研究開(kāi)發(fā)出一種技術(shù)上更為可行，經(jīng)濟(jì)上也能為廣大用戶接受的基于衍射原理的顯示技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種基于光柵衍射原理實(shí)現(xiàn)彩色顯示的閃耀光柵數(shù)字微鏡顯示系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有更高的分辨率和更為明亮的色彩表現(xiàn)力。
本發(fā)明的系統(tǒng)包括照明部件、成像鏡頭部件、閃耀光柵數(shù)字微鏡(BLAZED GRATING DIGITAL MICROMIRROR DEVICE)BGDMD、閃耀光柵數(shù)字微鏡驅(qū)動(dòng)部件；照明部件所發(fā)出的白色平行光線以一個(gè)確定的入射角(一般處于大于5°，小于90°或者是大于90°，小于175°的范圍中)射向閃耀光柵數(shù)字微鏡，成像鏡頭部件置于閃耀光柵數(shù)字微鏡產(chǎn)生衍射光線的一個(gè)確定位置上(可以是5°至175°范圍之中的一個(gè)位置)，閃耀光柵數(shù)字微鏡驅(qū)動(dòng)部件向閃耀光柵數(shù)字微鏡提供驅(qū)動(dòng)電壓。
照明部件由白色照明燈、反射鏡、匯聚透鏡、準(zhǔn)直透鏡以及相關(guān)的支撐結(jié)構(gòu)組成(現(xiàn)有技術(shù))；白色照明燈可以是高壓汞燈，也可以是普通白熾燈，對(duì)于微型顯示器和微型投影儀而言，照明燈可以是白色LED陣列，也可以是經(jīng)太陽(yáng)光線采集板采集、導(dǎo)光纖維導(dǎo)入的太陽(yáng)光線；閃耀光柵數(shù)字微鏡BGDMD是由平面陣列排列的，決定了顯示器分辨率的像素微鏡單元組成，每個(gè)像素單元包含三個(gè)閃耀光柵子像素，三個(gè)閃耀光柵子像素分別對(duì)應(yīng)各自的紅、蘭、白、黑電極、這些電極均為可尋址電極，可尋址電極位于閃耀光柵數(shù)字微鏡BGDMD的硅基底基座頂面；作為投影應(yīng)用的成像鏡頭部件包含了投影鏡頭、濾光片，作為微型顯示應(yīng)用的成像鏡頭部件包含了成像物鏡、成像目鏡或成像屏；
閃耀光柵數(shù)字微鏡BGDMD驅(qū)動(dòng)部件由包含有數(shù)字信號(hào)處理器DSP和現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列邏輯器件FPGA為核心的電子元器件組成。
本發(fā)明與傳統(tǒng)的由濾色片實(shí)現(xiàn)的三基色顯示系統(tǒng)相比，在相同子像素?cái)?shù)的情況下，BGDMD顯示系統(tǒng)能提供更高的分辨率和更為明亮的色彩表現(xiàn)力。三基色濾色片實(shí)現(xiàn)的傳統(tǒng)顯示系統(tǒng)中，顯示三基色中的任何一個(gè)基色時(shí)，僅有其中一個(gè)基色處于亮狀態(tài)，其余的兩個(gè)基色都處于暗狀態(tài)，這不僅降低了系統(tǒng)的顯示分辨率，也降低了亮度，此外，由于濾色片的緣故，光損耗進(jìn)一步加大，在BGDMD系統(tǒng)中，作為子像素的閃耀光柵條能停留于產(chǎn)生紅、綠、蘭、黑彩色的任意一個(gè)位置，因此，三個(gè)子像素可以同時(shí)顯示RGB三基色中的任意一個(gè)基色以及黑色，這就有效地提高了顯示畫(huà)面的亮度，同時(shí)，由于不用濾色片，而直接從白色光源中分離出所需要的RGB基色，不僅不會(huì)產(chǎn)生因?yàn)V色片導(dǎo)致的光損耗，而且色彩再現(xiàn)范圍更廣，在CIE1931色度圖上，BGDMD的色彩再現(xiàn)區(qū)域非常接近電影膠片的再現(xiàn)區(qū)域，比傳統(tǒng)RGB濾色片顯示器的再現(xiàn)區(qū)域廣泛得多，當(dāng)用導(dǎo)入的太陽(yáng)光作為照明光源時(shí)，色彩再現(xiàn)效果尤其優(yōu)越。
本發(fā)明與GLV技術(shù)相比較，GLV技術(shù)的最大1級(jí)衍射效率僅僅能夠達(dá)到40.5％，BGDMD閃耀光柵的最大1級(jí)衍射效率可達(dá)到100％；GLV技術(shù)的典型光柵條長(zhǎng)度為100um，但實(shí)際有效像素的長(zhǎng)度僅為27.4um，BGDMD的像素有效長(zhǎng)度與結(jié)構(gòu)長(zhǎng)度相等，典型值為20um，因而具有較高的填充率；由于BGDMD采用了閃耀光柵作為衍射光柵，特殊設(shè)計(jì)閃耀角，就能使光柵將光強(qiáng)的80％集中在所需要級(jí)次上，從而更進(jìn)一步提高了入射光線的利用率；可動(dòng)金屬條與不動(dòng)金屬條已固定的GLV器件實(shí)現(xiàn)彩色顯示時(shí)，或者以三個(gè)GLV器件分別照射R、G、B三基色的激光或單一波長(zhǎng)的R、G、B光線來(lái)實(shí)現(xiàn)，或者采用單GLV器件以場(chǎng)序方式來(lái)實(shí)現(xiàn)，例如，采用色輪形成三基色，或者用RGB三色激光，或者用RGB三色LED光源分時(shí)照射GLV器件，采用分時(shí)照射方式時(shí)，由于在任意時(shí)刻只有一種基色照射在GLV器件上，不僅會(huì)降低光源的利用率，而且高速運(yùn)動(dòng)物體邊緣會(huì)出現(xiàn)色散的不足，采用三片GLV器件的方式，又會(huì)增加成本和制造難度，BGDMD實(shí)現(xiàn)彩色顯示僅僅需要白色照明光源即可，不僅光源利用率高，而且不會(huì)出現(xiàn)以場(chǎng)序方式照明所帶來(lái)的弊端；GLV要形成畫(huà)面必須增加掃描器件，BGDMD則沒(méi)有此必要，不僅可應(yīng)用于大畫(huà)面的投影電視，而且適用于小畫(huà)面微型投影顯示和近眼顯示；特別地，對(duì)于微型投影顯示，BGDMD可以利用太陽(yáng)光線作為照明光源，通過(guò)太陽(yáng)光導(dǎo)入部件，將導(dǎo)入的陽(yáng)光照射在閃耀光柵數(shù)字微鏡上，可以產(chǎn)生色彩再現(xiàn)范圍更為廣泛的畫(huà)面。


圖1是閃耀光柵數(shù)字微鏡顯示系統(tǒng)的系統(tǒng)組成示意圖；圖2為閃耀光柵數(shù)字微鏡一個(gè)像素單元的正視圖；圖3為圖2紅光、蘭光致動(dòng)面H-H部位的剖視圖；圖4為圖2白光、黑光致動(dòng)面F-F部位的剖視圖；圖5為圖2電極G-G部位的剖視圖；圖6為閃耀光柵數(shù)字微鏡一個(gè)像素單元的軸側(cè)圖；圖7是閃耀光柵數(shù)字微鏡將產(chǎn)生的綠色衍射光線射入成像透鏡部件的原理示意圖；圖8是閃耀光柵數(shù)字微鏡將產(chǎn)生的紅色衍射光線射入成像透鏡部件的原理示意圖；圖9是閃耀光柵數(shù)字微鏡將產(chǎn)生的蘭色衍射光線射入成像透鏡部件的原理示意圖；圖10是閃耀光柵數(shù)字微鏡產(chǎn)生黑色顯示像素的原理示意圖；圖11是閃耀光柵驅(qū)動(dòng)時(shí)序圖；圖12是基于微型近眼顯示用途的成像部件原理示意圖；圖13是基于微型投影用途的太陽(yáng)光光源導(dǎo)入部件原理示意圖。
具體實(shí)施例方式
優(yōu)選的閃耀光柵數(shù)字微鏡顯示系統(tǒng)實(shí)施例詳細(xì)說(shuō)明如下系統(tǒng)成像參見(jiàn)圖1，閃耀光柵數(shù)字微鏡顯示系統(tǒng)包括照明部件10、閃耀光柵數(shù)字微鏡20、成像鏡頭部件30、閃耀光柵數(shù)字微鏡驅(qū)動(dòng)部件40。由光源11發(fā)射出的照明光線經(jīng)反射鏡12反射，會(huì)聚透鏡13聚焦，準(zhǔn)直透鏡14準(zhǔn)直，以44.8度的特定角度照射到閃耀光柵數(shù)字微鏡20陣列上，閃耀光柵數(shù)字微鏡驅(qū)動(dòng)部件40根據(jù)圖像信號(hào)對(duì)閃耀光柵數(shù)字微鏡20每個(gè)像素中的子像素進(jìn)行驅(qū)動(dòng)；參見(jiàn)圖7，閃耀光柵數(shù)字微鏡20的子像素根據(jù)驅(qū)動(dòng)指令分別在紅光電極211、蘭光電極212、白光電極213、黑光電極214上施加電場(chǎng)，在電場(chǎng)力的作用下，閃耀光柵公共陰極260可帶動(dòng)閃耀光柵板280分別偏轉(zhuǎn)13.9°、-9.7°和16.9°，對(duì)應(yīng)于各個(gè)偏轉(zhuǎn)角度，在閃耀光柵數(shù)字微鏡基底頂部平面的法線方向上分別可以得到衍射產(chǎn)生的波長(zhǎng)為635nm的紅光、波長(zhǎng)為430nm的蘭光和波長(zhǎng)為700nm的不可見(jiàn)光線(黑色暗態(tài))，成像鏡頭部件30的光軸線與閃耀光柵數(shù)字微鏡硅基底頂部平面的法線平行，衍射產(chǎn)生的光線進(jìn)入成像鏡頭形成畫(huà)面圖像，閃耀光柵板280不偏轉(zhuǎn)時(shí)，進(jìn)入成像鏡頭的衍射光線為波長(zhǎng)為525nm的綠色光線；在投影應(yīng)用中，參見(jiàn)圖1，由閃耀光柵數(shù)字微鏡20發(fā)出的經(jīng)過(guò)調(diào)制的彩色衍射光線進(jìn)入成像鏡頭34，在成像鏡頭34的焦平面處形成實(shí)像，在此焦平面處設(shè)置濾光片35，可以濾除交叉干擾的衍射光，增加畫(huà)面的對(duì)比度，過(guò)濾后的畫(huà)面實(shí)像經(jīng)投影鏡頭36投影后在接收屏37上得到投影畫(huà)面；在微型近眼顯示應(yīng)用中，參見(jiàn)圖12，由閃耀光柵數(shù)字微鏡20發(fā)出的經(jīng)過(guò)調(diào)制的彩色衍射光線進(jìn)入成像物鏡311，形成實(shí)像318，成像目鏡312將成像物鏡311形成的實(shí)像318放大，即可得到人眼可以觀察到的虛像畫(huà)面319。
根據(jù)配色算法，利用脈寬調(diào)制方式確定每個(gè)像素各基色的停留時(shí)間，即可產(chǎn)生不同基色的不同亮度，以形成不同的色階，三個(gè)子像素不同亮度、不同色階的色彩組合在一起構(gòu)成一個(gè)像素的特定色彩。
閃耀光柵數(shù)字微鏡閃耀光柵數(shù)字微鏡的每一個(gè)像素單元由三個(gè)子像素組成，參見(jiàn)圖6，每個(gè)子像素具有一個(gè)呈三層板狀結(jié)構(gòu)的公共陰極260，參見(jiàn)圖7；公共陰極260的第一層為紅光、蘭光致動(dòng)板，參見(jiàn)圖2、圖3，該致動(dòng)板具有紅光致動(dòng)面261、蘭光致動(dòng)面262，紅光致動(dòng)面261、蘭光致動(dòng)面262的端點(diǎn)處具有紅光簧片263、蘭光簧片264，起光柵偏轉(zhuǎn)到位時(shí)的緩沖、限位以及鎖定偏轉(zhuǎn)角度的作用，致動(dòng)板由扭矩彈簧轉(zhuǎn)軸250連接到支撐柱240上，通過(guò)支柱240，將公共陰極連接到硅基底座290上面電極層200上；公共陰極的第二層為黑光、白光致動(dòng)板，參見(jiàn)圖2，圖4，該致動(dòng)板具有黑光致動(dòng)面282、白光致動(dòng)面283，黑光致動(dòng)面282、白光致動(dòng)面283的端點(diǎn)處具有黑光簧片284、白光簧片285，起光柵偏轉(zhuǎn)到位時(shí)的緩沖、限位以及鎖定偏轉(zhuǎn)角度的作用，黑光、白光致動(dòng)板通過(guò)蛇形薄板狀彈簧288連接到工字型支撐梁270上，工字型支撐梁270通過(guò)兩端的支撐柱向下與第一層的紅光、蘭光致動(dòng)層板連接；公共陰極的第三層為閃耀光柵板，閃耀光柵板上面具有節(jié)距為740nm、閃耀角為25°的閃耀光柵結(jié)構(gòu)，閃耀光柵的頂面為鋁反射層，構(gòu)成反射型閃耀光柵板280，反射型閃耀光柵板280通過(guò)連接板275與第二層的黑光、白光致動(dòng)板連接；電極層200，參見(jiàn)圖2、圖5，電極層位于硅基底座290之上，電極層200具有紅光電極211、蘭光電極212、白光電極213、黑光電極214，公共陰極260；在紅光電極211、蘭光電極212、白光電極213、黑光電極214之間，均有一個(gè)陰極隔離塊，構(gòu)成公共陰極接觸盤(pán)220，通過(guò)紅光電極連接孔201、蘭光電極連接孔202、白光電極連接孔203、黑光電極連接孔204、陰極連接孔205將各電極與硅基底上面的COMS行地址線路、列地址線路、公共陰極線路相連接，硅基底上的行地址線路、列地址線路矩陣排列，組合成可尋址的像素地址單元。
各基色的產(chǎn)生參見(jiàn)圖6-圖11，當(dāng)紅光電極211、蘭光電極212、白光電極213、黑光電極214均未施加正電壓時(shí)，閃耀光柵公共陰極260與各基色電極之間沒(méi)有電場(chǎng)形成，光柵處于水平位置狀態(tài)；或者是，在紅光電極211、蘭光電極212上均施加電壓時(shí)，閃耀光柵公共陰極260的紅光致動(dòng)面261、蘭光致動(dòng)面262與紅光電極211、蘭光電極212之間形成電場(chǎng)，由于紅光電極211、蘭光電極212位于公共陰極支撐柱240兩側(cè)，形成的扭距相等，使光柵處于水平位置狀態(tài)，此時(shí)，以44.8°入射的白色光線照射在閃耀光柵280上，在硅基底290頂面的法線方向上衍射出波長(zhǎng)約為525nm的綠色光線；當(dāng)在紅光電極211上施加正向電壓時(shí)，紅光電極211與閃耀光柵公共陰極260的紅光致動(dòng)面261之間形成電場(chǎng)，在靜電力的作用下，閃耀光柵公共陰極260的第一扭轉(zhuǎn)軸250扭轉(zhuǎn)，帶動(dòng)閃耀光柵280偏轉(zhuǎn)，直至公共陰極260紅光致動(dòng)面261的紅光簧片263觸及公共陰極接觸盤(pán)220為止，此時(shí)，衍射光柵280偏轉(zhuǎn)13.9°，以44.8°入射的白色光線照射在閃耀光柵280上，在硅基底290頂面的法線方向上衍射出波長(zhǎng)約為635nm的紅色光線；
當(dāng)在蘭光電極212上施加正向電壓時(shí)，蘭光電極212與閃耀光柵公共陰極260之間的蘭光致動(dòng)面262形成電場(chǎng)，在靜電力的作用下，閃耀光柵公共陰極260的第一扭轉(zhuǎn)軸250扭轉(zhuǎn)，帶動(dòng)閃耀光柵280偏轉(zhuǎn)-9.7°，直至公共陰極260蘭光致動(dòng)面262的蘭光簧片264觸及公共陰極接觸盤(pán)220為止，此時(shí)，衍射光柵280偏轉(zhuǎn)-9.7°，以44.8°入射的白色光線照射在閃耀光柵280上，在硅基底290頂面的法線方向上衍射出波長(zhǎng)約為430nm的蘭色光線；當(dāng)在紅光電極211上施加正向電壓的同時(shí)，在黑光電極214上也施加電壓時(shí)，紅光電極211與紅光致動(dòng)面261之間形成電場(chǎng)，在靜電力的作用下，公共陰極260的第一扭轉(zhuǎn)軸250扭轉(zhuǎn)，帶動(dòng)閃耀光柵280偏轉(zhuǎn)13.9°，偏轉(zhuǎn)到紅光簧片263觸及公共陰極接觸盤(pán)220時(shí)，黑光電極214與黑光致動(dòng)面282之間的距離變短，靜電力增大，在靜電力的作用下，薄板狀蛇形彈簧288一側(cè)拉伸，另一側(cè)壓縮，使動(dòng)公共陰極的第二層白光、黑光致動(dòng)板發(fā)生偏轉(zhuǎn)，閃耀光柵280再次偏轉(zhuǎn)3°，直至白光、黑光致動(dòng)板邊緣的黑光簧片284觸及公共陰極接觸盤(pán)220為止，此時(shí)，衍射光柵280共偏轉(zhuǎn)了16.9°，以44.8°入射的白色光線照射在閃耀光柵280上，在硅基底290頂面的法線方向上不產(chǎn)生可見(jiàn)波長(zhǎng)的一次衍射光線，即黑色暗態(tài)。
閃耀光柵數(shù)字微鏡制作工藝閃耀光柵數(shù)字微鏡的制作工藝類似于DMD的制作工藝，有多種成熟的技術(shù)方案可供選擇，公共陰極頂部的閃耀光柵可采用滾壓、模壓、涂鍍、灰梯度照相曝光蝕刻、磁性平板印刷等工藝生成。
照明部件參見(jiàn)圖1，照明部件的作用是將光源發(fā)出的發(fā)散光源經(jīng)反射、會(huì)聚以充分聚合光能然后再經(jīng)準(zhǔn)直以輸出平行的光線照射到BGDMD器件上。部件由反射鏡12、光源11、聚焦透鏡13、準(zhǔn)直透鏡14和支撐結(jié)構(gòu)15組成。置于反射鏡12焦點(diǎn)處的光源11發(fā)出的光線經(jīng)反射鏡12反射后，形成平行光，射向會(huì)聚透鏡13，會(huì)聚透鏡13將平行光線會(huì)聚成一個(gè)點(diǎn)光源，以進(jìn)一步集中光線，準(zhǔn)直透鏡14再將會(huì)聚透鏡13形成的點(diǎn)光源再次準(zhǔn)直為增強(qiáng)的平行光線射出，射向閃耀光柵數(shù)字微鏡20；經(jīng)過(guò)反射、會(huì)聚、準(zhǔn)直后射出的光線，不僅提高了散射光的利用率，而且提供了BGDMD所需的平行光線；照明光源可以是高壓汞燈，也可以是白熾燈，對(duì)于微型顯示器和微型投影儀而言，照明燈可以是白色LED陣列，還可以是經(jīng)太陽(yáng)光導(dǎo)入部件導(dǎo)入的太陽(yáng)光線。
太陽(yáng)光照明部件對(duì)于微型投影和微型顯示應(yīng)用，可利用太陽(yáng)光線或漫射陽(yáng)光作為照明光源，以充分節(jié)省能源，延長(zhǎng)電池的工作時(shí)間。參見(jiàn)圖13，置于太陽(yáng)光自動(dòng)跟蹤架100上的，由微透鏡陣列構(gòu)成的采光板101將太陽(yáng)光線會(huì)聚，會(huì)聚后的光線經(jīng)導(dǎo)光纖維102傳遞到照明管103，經(jīng)照明管103內(nèi)的會(huì)聚透鏡104會(huì)聚、準(zhǔn)直透鏡105的準(zhǔn)直，形成平行光線照射到閃耀光柵數(shù)字微鏡20上。
閃耀光柵數(shù)字微鏡驅(qū)動(dòng)部件閃耀光柵數(shù)字微鏡驅(qū)動(dòng)部件40實(shí)現(xiàn)閃耀光柵數(shù)字微鏡的驅(qū)動(dòng)，根據(jù)圖像信號(hào)，驅(qū)動(dòng)部件40向閃耀光柵數(shù)字微鏡各個(gè)子像素的各個(gè)電極提供驅(qū)動(dòng)電壓，以確定閃耀光柵數(shù)字微鏡的具體轉(zhuǎn)動(dòng)位置，產(chǎn)生所需要的基色，各基色的亮度根據(jù)配色算法確定驅(qū)動(dòng)電壓的維持時(shí)間，用10bit位可產(chǎn)生1024級(jí)不同的亮度，子像素不同亮度的基色組合起來(lái)，即可形成一個(gè)像素的各種彩色。
以上實(shí)施例是基于閃耀光柵衍射原理實(shí)現(xiàn)彩色顯示的一個(gè)具體實(shí)施例，該實(shí)施例并不對(duì)本發(fā)明的基本實(shí)質(zhì)要素產(chǎn)生限制。
權(quán)利要求
1.一種基于閃耀光柵數(shù)字微鏡的顯示系統(tǒng)，包括照明部件、成像鏡頭部件、驅(qū)動(dòng)部件，其特征在于微鏡是閃耀光柵數(shù)字微鏡、閃耀光柵數(shù)字微鏡是由三個(gè)子像素構(gòu)成一個(gè)像素單元；照明部件所發(fā)出的白色平行光線以一個(gè)確定的入射角射向閃耀光柵數(shù)字微鏡，成像鏡頭部件置于閃耀光柵數(shù)字微鏡產(chǎn)生衍射光線的一個(gè)確定位置上，閃耀光柵數(shù)字微鏡驅(qū)動(dòng)部件向閃耀光柵數(shù)字微鏡提供驅(qū)動(dòng)電壓。
2.如權(quán)利要求1所述的基于閃耀光柵數(shù)字微鏡的顯示系統(tǒng)，其特征在于閃耀光柵數(shù)字微鏡子像素包含一個(gè)頂部具有光柵結(jié)構(gòu)的反射型光柵板；光柵板的光柵形狀可以是滾壓成型，也可以是壓模成型，也可以是磁性平板印刷和涂鍍成型，也可以是灰梯度照相曝光蝕刻成型。
3.如權(quán)利要求1所述的基于閃耀光柵數(shù)字微鏡的顯示系統(tǒng)，其特征在于閃耀光柵數(shù)字微鏡子像素包含至少兩塊或兩塊以上的致動(dòng)板。
4.如權(quán)利要求1所述的基于閃耀光柵數(shù)字微鏡的顯示系統(tǒng)，其特征在于閃耀光柵數(shù)字微鏡子像素包含的致動(dòng)板為層狀結(jié)構(gòu)分布。
5.如權(quán)利要求1所述的基于閃耀光柵數(shù)字微鏡的顯示系統(tǒng)，其特征在于閃耀光柵數(shù)字微鏡子像素的每塊致動(dòng)板邊緣包含一個(gè)或一個(gè)以上的片狀彈簧片結(jié)構(gòu)。
6.如權(quán)利要求1所述的基于閃耀光柵數(shù)字微鏡的顯示系統(tǒng)，其特征在于閃耀光柵數(shù)字微鏡子像素的一個(gè)致動(dòng)板包含一個(gè)扭轉(zhuǎn)彈簧軸結(jié)構(gòu)。
7.如權(quán)利要求1所述的基于閃耀光柵數(shù)字微鏡的顯示系統(tǒng)，其特征在于閃耀光柵數(shù)字微鏡子像素的另一個(gè)致動(dòng)板包含一個(gè)或一個(gè)以上的薄板狀蛇形彈簧片結(jié)構(gòu)。
全文摘要
本發(fā)明是一種基于閃耀光柵數(shù)字微鏡的顯示系統(tǒng)。包括照明部件、成像鏡頭部件、驅(qū)動(dòng)部件，其特征在于微鏡是閃耀光柵數(shù)字微鏡、閃耀光柵數(shù)字微鏡是由三個(gè)子像素構(gòu)成一個(gè)像素單元；照明部件所發(fā)出的白色平行光線以一個(gè)確定的入射角射向閃耀光柵數(shù)字微鏡，成像鏡頭部件置于閃耀光柵數(shù)字微鏡產(chǎn)生衍射光線的一個(gè)確定位置上，閃耀光柵數(shù)字微鏡驅(qū)動(dòng)部件向閃耀光柵數(shù)字微鏡提供驅(qū)動(dòng)電壓。本發(fā)明與傳統(tǒng)的由濾色片實(shí)現(xiàn)的三基色顯示系統(tǒng)相比，在相同子像素?cái)?shù)的情況下，顯示系統(tǒng)能提供更高的分辨率和更為明亮的色彩表現(xiàn)力。不僅光源利用率高，而且不會(huì)出現(xiàn)以場(chǎng)序方式照明所帶來(lái)的弊端；不僅可應(yīng)用于大畫(huà)面的投影電視，而且適用于小畫(huà)面微型投影顯示和近眼顯示；特別地，可以利用太陽(yáng)光線作為照明光源，以產(chǎn)生色彩再現(xiàn)范圍更為廣泛的畫(huà)面。
文檔編號(hào)G09F9/30GK1786766SQ2005100486
公開(kāi)日2006年6月14日 申請(qǐng)日期2005年12月7日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月7日
發(fā)明者趙捷 申請(qǐng)人:云南省煤炭供銷總公司