闪耀光栅数字微镜显示系统技术方案

本发明专利技术是一种基于闪耀光栅数字微镜的显示系统。包括照明部件、成像镜头部件、驱动部件，其特征在于微镜是闪耀光栅数字微镜、闪耀光栅数字微镜是由三个子像素构成一个像素单元；照明部件所发出的白色平行光线以一个确定的入射角射向闪耀光栅数字微镜，成像镜头部件置于闪耀光栅数字微镜产生衍射光线的一个确定位置上，闪耀光栅数字微镜驱动部件向闪耀光栅数字微镜提供驱动电压。本发明专利技术与传统的由滤色片实现的三基色显示系统相比，在相同子像素数的情况下，显示系统能提供更高的分辨率和更为明亮的色彩表现力。不仅光源利用率高，而且不会出现以场序方式照明所带来的弊端；不仅可应用于大画面的投影电视，而且适用于小画面微型投影显示和近眼显示；特别地，可以利用太阳光线作为照明光源，以产生色彩再现范围更为广泛的画面。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及微机电系统(Micro Electr-Mechanical System)MEMS中的微型显示器和投影显示器，具体地说是闪耀光栅数字微镜显示系统。
技术介绍
从显示技术专利技术以来，基本上是沿着像素单元主动发光形成画面和像素单元被动发光形成画面这两条道路发展。在像素单元主动发光方式中，最早出现了阴极射线CRT显示技术，随后又出现了等离子平板PDP显示技术、表面传导发射SED显示技术、碳纳米管场发射CNT显示技术、有机电致发光二极管OLED显示技术。在像素单元被动发光形成画面的显示技术中，先后开发出了用控制光线透射程度来实现显示的液晶LCD显示技术、控制光线反射程度实现显示的硅基液晶LCOS显示技术、控制光线反射角度实现显示的数字微镜DMD显示技术、利用干涉原理实现显示的干涉调节IMOD显示技术、利用衍射原理实现显示的光栅光阀GLV显示技术。在以上像素单元被动发光显示技术中，利用衍射原理来实现显示是最为回归自然的显示技术，在这类技术中，可以把自然的白色光线分解为三基色或更多的基色，每一个像素单元均可实现全彩色范围内的被动发光，因此，不需要滤色片来形成三基色，光源的利用效率最高，与其它显示技术相比，达到相同亮度和对比度时的功耗最小。然而，由于可见光线的波长尺度范围很小，典型值为400至700纳米，要实现单像素的全彩色显示，需要处于模拟工作方式下的致动器控制精度能达到纳米级的尺度水平，同时，还需要致动元件的温漂要小，需要具有不高于纳米级的温度漂移，遗憾的是，目前还没有找到既能实现纳米级的尺度控制精度、又具有极低温度漂移，同时还具有较高响应速度的致动元件，特别地，对于微机电系统MEMS而言，受尺度效应的影响，电磁力在尺度方面不利的减小是静电力的100倍，导致利用电磁力的微致动元件往往具有较大的空间尺寸，将电磁致动的元件作为像素单元的致动元件时，往往导致像素单元尺寸过大，填充率很低，难以形成有效的实用产品。比如专利CN1045822C提出利用反射光或透射光产生单像素全彩色容量的衍射显示器，用双压电晶体、或压电薄膜、或电动线圈作为致动元件，通过控制致动元件的伸缩量来实现衍射光波长的调制，以达到单像素全彩色容量的显示目的；然而，由于专利所述的材料存在较大的温度漂移特性和驱动电压与伸缩量一致性较差的不足，要精确地控制材料的伸缩量实际上是极为困难的，要实现专利预期的目标，存在着极大的障碍。再如专利CN1173196C公开的衍射式显示器提出由磁铁元件带动可转动光栅元件转动来实现单像素的全彩色容量的显示目的；则存在着像素单元尺寸过大，填充率极低的问题，难以达到理想的显示效果。以上基于模拟工作方式，企图实现单像素全彩色容量显示的专利技术，实际上很难转变为广泛使用的商品。基于衍射原理，工作于模拟方式的，以单像素全彩色容量为目标的显示技术在实施上受阻的同时，基于数字工作方式的，利用衍射原理实现显示的研究，随着光栅光阀GLV技术的出现，取得了初步的成功，SONY公司于2002年展出了GLV投影机。光栅光阀(Grating Light Valve)GLV是美国硅光机器公司(Cilicon LightMachines)CLM开发的基于衍射原理实现显示的技术。GLV器件是长条形的，表面由一排微小的、并排排列的细条状氮化硅金属片组成条栅状。这些金属片，每6片组成一个像素，其中三条为动片，三条为定片，动片和定片交替排列，每条金属片表面镀铝，以反射入射光。在金属条动片与底部晶片之间加上电场时，金属栅条动片发生弯曲而产生下移，下移的金属条与不动的金属条之间产生高度差，由此形成衍射光栅，入射光线照射到光栅条后产生衍射光线，当下移距离为四分之一波长时，可以得到最强的衍射光强。GLV可以工作于模拟方式和数字方式，工作于模拟方式时，在动片上施加不同的电压，就可得到不同的下移距离从而产生不同亮度的衍射光强；工作于数字方式时，通过在动片上施加电压，就可以使动片下移四分之一波长的距离，得到最强的衍射光。受温漂、致动元件一致性等因素的影响，GLV多工作于数字方式。衍射光的灰度通过脉宽调制技术实现。GLV的光栅节距是固定的，固定波长的光线会产生固定的衍射角，在衍射光线经过的路径上设置成像(投影)镜头，就可在屏幕上得到影像。GLV技术尽管是所有基于衍射原理来实现彩色显示技术中最为成功的技术之一，但GLV存在的问题仍然阻碍着GLV技术转化为广泛使用的商品，至今，基于GLV技术的显示器仍然没有成为被广大用户广泛使用的显示产品。GLV技术中，光栅金属片与基底的距离非常微小，为133纳米，约为绿色光波长的四分之一，距离小的好处是驱动电压可以很低，响应速度快，缺点是制造过程中很容易出现黏结现象，导致良品率低下；其次，由于衍射光栅的形成是通过静电力拉下可动金属条来实现的，因此，当没有拉下时，要求可动金属条与不动金属条要在一个平面上，否则，只要有高差，就有光栅存在，入射光线就会产生衍射，结果是黑态时，并不是全黑，这样就会降低画面的对比度；还有，由于金属条的宽度和金属条之间的间隙是固定的，光栅的节距就是一个定值，当入射光线的波长固定时，衍射的角度就是固定的，要使衍射光线准确进入成像透镜，就需要入射光线的波长必须很准确，然而，现有的半导体R、G、B激光器还不能同时满足体积小、价格低廉、波长准确度很高的要求；再者，由于GLV光栅条需要一定的长度才能保证可动金属条下移有效的长度，因此，GLV的光栅条通常有较高的长宽比，这样，不仅导致细长的金属条易发生曲度变形，产生非预期的衍射光束，降低对比度，而且，还不利于构成光栅阵列，还需要一个扫描装置才能将线性条纹图案变成二维画面，这无形中增加了扫描器件的同步、精度等要求；特别地，当GLV的任何一条光栅出故障，导致的画面故障就是一行出错，这相对于面阵DMD中的一个点出错可以忍受而言，画面的一行出现错误是绝对不能继续使用的。专利CN1658008A提出了一种构成悬臂梁式闪耀光栅光调制器及阵列的技术，它通过在基底和悬臂条之间施加电场，使悬臂条下垂，从而形成闪耀光栅，通过该光栅，能将光能量集中到预定的衍射级次上。专利CN1645183A提出的技术方案类似于光栅光阀，不同的是在未施加电场时，衍射光栅的光强集中在零级衍射上，当施加电场时，衍射光的光强集中在一级衍射上，同时，该方案还减小了衍射光栅像素的长度和光栅之间的间隙，可实现面阵的衍射光栅光阀。专利CN1158546C公开了一种平面光栅光阀，对GLV动片与定片不能有效保持在同一平面的情况进行了改进，通过在动片上施加偏压，以调整动片与定片之间的平整度，调整完毕后，在暗状态，动片与定片就可以在施加偏压的基础上维持平整度，从而有效地提高对比度。专利CN1467562A提出的具有扫描保角光栅装置的高对比度显示系统通过在系统中设置阻挡元件，用于阻挡零级衍射光束；再设置交叉级滤光片来阻挡衍射交叉级光束，以达到提高对比度的目的。以上技术，提出了改进GLV的方案，然而，基于衍射原理的显示技术至今未能得到大范围的普及。因此，仍然需要研究开发出一种技术上更为可行，经济上也能为广大用户接受的基于衍射原理的显示技术。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种基于光栅衍射原理实现彩色显示的闪耀光栅数字微镜显示系统，该系统本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于闪耀光栅数字微镜的显示系统，包括照明部件、成像镜头部件、驱动部件，其特征在于微镜是闪耀光栅数字微镜、闪耀光栅数字微镜是由三个子像素构成一个像素单元；照明部件所发出的白色平行光线以一个确定的入射角射向闪耀光栅数字微镜，成像镜头部件置于闪耀光栅数字微镜产生衍射光线的一个确定位置上，闪耀光栅数字微镜驱动部件向闪耀光栅数字微镜提供驱动电压。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：赵捷，
申请(专利权)人：云南省煤炭供销总公司，
类型：发明
国别省市：53[中国|云南]