Микродисплеи

МД (микродисплеи), как основной компонент перспективных видеопроекционных устройств и систем, должны иметь максимальное разрешение и обеспечивать максимально высокий контраст и однородность изображения при длительном воздействии повышенных температур и мощных световых потоков. На данный момент прослеживается доминирование МД просветного типа, однако, ожидается увеличение потребности в использовании отражательных МД (рис.10).

Рис. 10.

При этом будет наблюдаться заметный рост продаж портативных и сверхпортативных видеопроекционных устройств (рис.11).

Рис. 11.

Конструктивное исполнение современных видеопроекторов достаточно разнообразно. Некоторые наиболее распространенные схемы конструкций представлены на рис.12.

Рис. 12 а)

Рис. 12 б)

Рис. 12 в)

Рис. 12 г)

Как правило, в разработке и производстве видеопроекционных устройств участвуют сразу несколько специализированных компаний, которые условно можно разделить на 3 основные группы:

1. Полупроводниковые компании, которые разрабатывают и производят микросхемы и, в частности, кремниевые кристаллы для МД (Motorola, National Semiconductor, HP и др).

2. Компании, разрабатывающие и производящие МД как продукцию для продажи (Kopin, Hana Microdisplay Technologies, Three-Five Systems и др.).

3. Компании, обеспечивающие весь цикл от разработки МД до выпуска на их основе конечного продукта (Sharp, Texas Instruments, Philips, Hitachi, Sanyo, Toshiba, Sony, Matsushita и др.).

Первая группа компаний разрабатывает и выпускает кремниевые кристаллы с активной матрицей, интегрированными драйверами строк и столбцов и планаризованными зеркальными отражателями. Эти компании поставляют их в виде отдельных кристаллов или нескрайбированных 150-мм или 200-мм пластин компаниям второй группы.

Компании второй группы производят сборку и тестирование МД как законченного продукта. Конструкция МД кроме надежных электрических контактов, эффективного экранирования АМ (активно-матричные ЖК-дисплеи) от внешней засветки и высокой тепло- и фотохимической стойкости должна обеспечить требуемые параметры изображения (передачу цветов и полутонов, разрешение, углы обзора и др.) в составе тщательно выверенной оптической схемы. Также от конструкции МД требуется сопряжение с электронным интерфейсом, обеспечивающим преобразование и форматирование входного информационного сигнала, гамма–коррекцию, синхронизацию и усиление, температурную компенсацию и т.д.

И, наконец, третья группа компаний производит и продает конечную продукцию.

Комбинированные усилия компаний всех трех групп приносят быстрый эффект. Например, 1,3-дюймовые поликремниевые ЖК МД фирмы Sony используются в видеопроекторах, производимых не только фирмой Sony, но и других (CTX, Sharp, Lightware, Hitachi, Sanyo, Toshiba,…). Фирмы Epson, InFocus, ASK, NEC, Panasonic, JVC, Philips производят проекторы на основе аналогичных МД фирмы Epson. DMD МД, выпускаемые фирмой Texas Instruments, применяют продукцию фирмы In Focus, Davis, Proxima, Electro-home, ASK, а LCOS МД фирмы IBM – APTI и Electrohome.

Подобно случаю с ноутбуками, которые за короткое время трансформировались от 4…5 килограммовых дорогих «чемоданчиков» в значительно более дешевые, легкие и сверхтонкие устройства с недостижимыми ранее функциональными возможностями, для видеопроекторов наблюдается похожий сценарий. На смену дорогим, большим и тяжелым системам раннего поколения приходят более совершенные устройства. Предсказывается наиболее быстрый рост рынка (с 750 000 шт. в 1999 г. до 2 500 000 шт. в 2004 г.) именно для портативных видеопроекторов весом менее 4…5 кг.

Это же относится и к цифровому телевидению. В декабре 2000 г. в Японии началось вещание высококачественных телепрограмм в цифровом формате. При этом резко увеличился спрос на телевизионные проекционные системы. В 2000 г. в Японии было продано 700 000 таких устройств, что составило около 7% объема продаж телевизоров всех типов. В 2001 г. – 1,5 млн. аппаратов, а в 2002 г. – 2,3 млн. шт. При этом наиболее популярной будет модель с 36-дюймовым экраном, которая должна продаваться не более чем за 400 000 йен.

Кардинальным способом улучшения эксплутационных свойств видеопроекторов является использование бесполяроидных или однополяроидных электрооптических эффектов в ЖК-микродисплеях отражательного, а не просветного типа. В принципе, в таких МД можно применять несколько различных типов электооптических эффектов, однако наиболее часто используются капсулированные полимером жидкие кристаллы (КПЖК, PDLC). Впервые КПЖК были описаны в 1986 году. КПЖК-ячейка под действием электрического поля переходит из состояния рассеивания (при использовании специальной проекционной оптики черная точка на экране) в состояние пропускания (белая точка на экране). При правильно подобранной оптике контрастное отношение между обоими состояниями может быть очень большим. В последние годы появились сообщения по капсулированию других типов ЖК-материалов в полимерной матрице: холестериков, смектиков.

На первом этапе развития КПЖК-панелей с активно-матричной адресацией использовались капсулированные в полимерной матрице ЖК-материалы с управляющими напряжениями выше 40 В, которые не управлялись аналоговыми ИС строчных и столбцовых драйверов. Поэтому задача состояла в том, чтобы снизить управляющие напряжения до уровня ниже 10 В, сохраняя при этом контрастное отношение на уровне не ниже 40:1.

Первое сообщение об использовании низковольтного КПЖК в комбинации с активной матрицей появилось в 1992 г. О возможности создания отражательного АМ КПЖК дисплея с отображением черных знаков на белом фоне докладывалось на 13-й международной конференции по дисплейной технологии в Страссбурге в 1993 г. При управляющих напряжениях 10…15 В обеспечивался контраст выше 10:1 и времена включения–выключения на уровне 35 мс. На этой же конференции специалисты фирмы Sharp представили новый подход к разработке КПЖК на основе фторированных ЖК с высоким значением оптической анизотропии, обеспечивающих одновременно низкое значение гистерезиса (<0,1 В), высокий контраст (>100:1) и быстродействие (40 мс) при управляющих напряжениях на уровне 5 В. А исследовательская группа профессора Е. Людера из Штуттгартского университета за счет оптимизации состава и технологии получения КПЖК получили следующие параметры: контрастное отношение – до 200:1, времена включения и выключения – 11,4 и 17,9 мс соответственно при зазоре 10,5 мкм и управляющих напряжениях на уровне 12 В.

1	2	3	4	5	6	7	8	9