基于MEMS的闪耀光栅数字微镜显示技术

与GLV通过控制光栅节距的有无以产生画面不同，闪耀光栅数字微镜显示技术是通过改变复合白色光线的入射角来形成画面的。在闪耀光栅数字微镜部件的驱动电极上施加电压，在电场力的作用下，闪耀光栅偏转到四个预定位置并准确定位。由于闪耀光栅微镜仅需在四个固定的位置上转动，所以可工作于数字方式，避免了模拟工作方式需精确控制驱动电压、严格要求加工过程一致性和材料特性一致性的高要求，降低了制造难度。

设计和仿真

闪耀光栅数字微镜显示技术的核心部件基于微机电系统MEMS技术设计和制造。设计基于MEMS的部件时，需要进行机电部件运动设计、基于有限元结构分析的结构设计和微尺度下的动力设计。与传统尺度下机电系统设计的最大区别在于结构设计时，要充分考虑到将要采用的MEMS制造工艺为半导体工艺。

利用MEMS来构建显示系统，一个极其重要的指标是像素单元能够控制在多大的尺寸范围，同时还要求像素单元要有较高的充填率。对像素单元尺寸大小以及填充率影响最大的因素是所选择的微结构致动方式。

闪耀光栅数字微镜采用静电力作为驱动力。为确保闪耀光栅数字微镜动作的准确性、可靠性和闪耀光栅结构的刚度，闪耀光栅微镜部件采用 Coventor 公司的CoventorWare软件进行结构分析、静电力驱动仿真。通过仿真，可以对部件结构进行优化改进设计。优化设计完成之后，可利用CoventorWare软件的工艺仿真模块进行MEMS制造的工艺仿真。从而大幅度地提高开发速度，降低开发风险。图7为改进设计后的闪耀光栅数字微镜部件。

随着MEMS技术的不断发展，纳米级的压印技术已经出现，闪耀光栅的制造也变得不再困难。滚压、模压、灰梯度照相制版蚀刻、涂镀、磁性平板印刷等工艺技术均可以实现低成本制造。而闪耀光栅数字微镜的结构本身，则是基于MEMS的表面制造工艺设计，采取多次掩膜、沉积、蚀刻的工艺完成制造。

闪耀光栅数字微镜的驱动可采用与传统LCD驱动相类似的方式。与LCD不同的是驱动数字微镜并不需要交变电压，用直流驱动电压即可。采用基于COMS技术的有源驱动可以避免直接驱动产生的驱动不足的现象，保证驱动的可靠性。将常规LCD的驱动部件做适当修改，基于LCD的各种驱动技术就可以用于闪耀光栅数字微镜的驱动。典型的驱动模块可由图8所包含的驱动单元构成。

在传统的三基色滤片彩色模式中，由于滤色片的颜色不能变换，因此，当需要显示某一基色时，其余两基色均处于暗态，这就降低了显示系统的亮度和分辨率。在闪耀光栅数字微镜中，由于每一个子像素均能产生三基色和黑色，三个子像素可以同时显示一个基色，因此可以有效地提高显示器的亮度和对比度。不仅如此，如果设计新的配色算法还可以提高分辨率。对于不增加器件就能有效提高亮度和分辨率而言，设计新的配色算法是有意义的。

闪耀光栅数字微镜的驱动与DMD的驱动相比，由于不需要极高速度的驱动器件，可供选择的器件会增加很多，成本也会大幅度降低，这对于加速该技术的开发速度无疑会带来极大的好处。

应用前景

闪耀光栅数字微镜显示技术可以利用太阳光和漫射光作为照明光源，从而有效地延长便携应用的电池供电时间。不仅可以形成便于个人观看的、近眼显示的高质量画面，还可以产生供多人观赏的大幅投影画面。与DMD、GLV技术相比，不仅可以用复合白色光线直接生成彩色画面，省去了色轮、扫描镜等部件，而且大大降低驱动元件的速度要求指标，从而有效地降低制造成本。和传统的LCD显示技术相比，不仅免去造成光源极大损失的偏振片、滤色片，而且还免去了灌注、堵孔、贴膜等装配封装工艺，在提高亮度、对比度、分辨率的同时降低了制造成本。

闪耀光栅数字微镜显示技术是一项既适合于便携用途，又适合于投影显示的新技术，在未来的生活中，将有着极其广泛的应用前景。