imod

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  iMoD(干涉仪调节器显示技术)
  属于反射式显示技术,是一种新的显示技术,即便是在阳光照射下,它也能使手机的显示器清晰锐丽。它展现色彩的过程与蝴蝶翅膀的闪闪发光原理相同。IMOD(干涉仪调节器显示技术)采用了一组微观显示结构的技术能产生出热带蝴蝶翅膀上的绚丽光彩。基于imod技术的显示设备不需要背光源,可以从阳光在广泛的环境。此外这种显示技术相对于其他显示技术拥有显著的低功耗性能,可大幅延长设备的电池寿命。该技术出现已经有几年时间,但近期开始正式商品化应用。
原理
  运用物理学的干涉效应,只需耗用少许电量就能产生亮丽的色彩,适用在手机等电池电量有限的行动装置上。这种显示器在烈日下也能清晰可见。 IMOD显示器的基本单元是两片镜面夹着一个空隙的微小结构,这个空隙决定光线照射显示器时所反射的颜色。
  iMoD像素的基本结构是被薄膜覆盖的玻璃基板,基板上是一层反光导电隔膜,这层隔膜与玻璃基板间通过气隙隔离。在开启状态,像素是明亮的,通过基于气隙厚度的薄膜干涉来产生色彩。向玻璃基板上的隔膜和薄膜加载电压,隔膜被静电吸引到玻璃上。当气隙厚度减小、形成离析态时,可见光干涉减弱,将导致像素变黑。
  为了实现全彩色显示,先采用特定的气隙厚度产生红色、绿色、蓝色亚象素,然后通过空间抖动过程将一个亚象素分成许多可独立驱动的寻址单元,从而获得理想的灰度。由于MEMS驱动所需的功率极低,因此iMoD显示器能够长时间保持图像稳定。
  iMoD显示器与目前的LCD平板显示器制造技术兼容,因为它是一个反射型显示器,既省去了制造薄膜晶体管显示器的复杂流程,也减少了诸如限制LCD发光的彩色滤光片和偏振片等元件。iMoD显示器的反射率接近反射式薄膜晶体管LCD显示器的两倍,不同的一点是,iMoD在微光条件下需要补充采光,因而iMoD显示器在这种微光条件下不适合阅读。
  iMoD像素能在约10us内切换显示状态,而超扭曲液晶被动矩阵LCD显示器的响应时间是10ms(目前最低为2ms),因此iMoD显示器消除了由于切换速度较慢而导致的图像模糊问题。iMoD显示器目前切换速度能达到每秒15帧,未来将达到影像显示要求的每秒30帧。iMoD显示器也能防止紫外线的入侵,具有宽泛的工作温度范围(-30~+70℃)和宽阔的视角。
  iMoD显示器和电泳显示器具有许多相同的特性,包括阳光下可视、低功耗、宽视角、高反射率等。但是,电泳显示器是双色的,需要复杂的滤色镜才能实现全彩色显示,图像质量和亮度因此大为降低。另外,电泳显示器的帧频也相当慢,使其视频和动画效果大打折扣。
优势
  “IMOD显示器仅消耗手机电池6%的电量,这近乎是LCD耗电量的一半。”高通业务发展副总裁詹姆斯·凯西说。这意味着,即便是在微光环境下使用辅助背光,一部装配有IMOD显示器的手机在同样电力供应下还是会大大延长使用时间。“在一次典型使用环境模拟中,我们测算出一部装配有IMOD显示器的手机显示视频的时间为140分钟,而装配有LCD显示器的手机只有50分钟。”他补充道。
  由于依靠反射光,所以IMOD在强光环境下也易于显示。大多数LCD显示器在强光下会变黑而看不清楚,而IMOD则会更清晰鲜艳。“如果你使用手机看电影、小说、照片,你当然需要在不同的环境里有着同样的显示质量。”凯西说。
  IMOD显示器可在10微秒之内控制其最基本显示单元的开闭,这几乎是LCD显示器的1000倍,这就是说IMOD更适合播放视频。而且IMOD显示器与LCD同样耐用,高通公司曾经对显示单元做过至少120亿次的开关实验,这相当于无故障持续使用7年。
  当然,还有许多其它的LCD的替代选择,如OLED显示器、电子纸“e-paper”等。它们或多或少都分别具备较低能耗、快速响应、强光条件下高可视性等特性,但没有一款产品能像IMOD显示器那样集成了所有这些优点。这也正是高通公司充满信心的原因。
历程
  IMOD的概念最早是在1984年暑假出现在迈尔斯(Mark Miles)心中,他那时还是美国麻省理工学院(MIT)电机系的学生,正在洛杉矶的休斯飞机公司打工。迈尔斯回忆说:“我偶然间读到一篇文章,讨论使用超微(submicroscopic)天线的阵列将阳光直接转换成电流的可能方法,让我深受吸引。”他熟悉雷达、电视及广播使用的大型天线,也学过无线电波和一般可见光波本质上是一样的:都是交缠的电场和磁场所组成,以波动的方式在空间中前进,速度每秒30万公里。唯一的不同点是,无线电波的波峰和波峰之间距离单位是公分、公尺,甚至公里,而光波的波长还不到公尺的百万分之一。可见光的波峰与波峰距离,大约在700奈米(红光)到400奈米(紫光)之间,彩虹其他所有颜色的波长都介于此范围内。
  尽管知道这些,迈尔斯从来没有想过要将这两个观念放在一起,做出能处理光波的微小装置。他回忆说:“后来我突然想到,如果可以想办法控制这些微结构的特性,视需要改变它们的吸收与反射,就可以做出绝妙的显示器。”那会是一片简单的面板,远比当时电视机所采用的笨重映像管(CRT)要轻巧得多。其实,对于如何打造这样的显示器,迈尔斯一点概念也没有,但是没关系。完成学业之后,他在电脑印表机产业担任程式设计师,然后利用空闲时间研究这个问题,并且和MIT的教授讨论。
  后来他从其中一位教授那里得知,有种光学仪器正符合他的需要,那就是法布立-培若干涉仪(Fabry-Pérot interferometer),或称标准具(etalon)。它的基本构造是两个平行的反射面中夹着一个空隙,光线穿过半透明的上表面射入空隙之后,会从下表面反射上来,然后在两个表面之间无止尽地来回反射,每一次都有些许光线从上方透出。由于光具有所谓的干涉现象,这些反射使得其中大部份波长的光彼此抵消,不过当反射光波长与两表面间距正好符合特定关系时,则会产生加强效果。因此,标准具的整体功能相当于只会反射一种颜色的镜子,只要改变两个表面的间距,就能选择反射光的颜色。
  这项技术十分切合迈尔斯的目的,不过还有一个问题。标准具是实验室中用来测量并控制光线的珍贵工具,若要用在高解析度的显示器中,则必须将它们缩小到微米级,然后将数百万个微型标准具在屏幕表面排成阵列,并且分成小组,每组代表一个像素。
  蓝默蝶是非常罕见的一种蝴蝶,
  结果,大自然早已将这项技艺呈现在蓝默蝶(blue morpho)等热带蝴蝶的翅膀上,它们的斑斓色彩就是由翅膀上的纳米构造所造成,其作用非常类似微小的标准具(etalon)。但是迈尔斯要如何做出那样微小的构造?紧接的问题是,要如何开关像素? 这些问题一直困扰着他,直到他认识了微机电系统(MEMS),这是一种用矽做成的微小机器。
  MEMS的基本概念最早出现在1970年代,目的是运用制作微处理器的那种技术,在矽晶圆上微雕出机械构造。 MEMS研究人员已经知道如何做出各种齿轮、弹簧、悬臂和通道之类的构造,其中有部份已经开始进入产业。
  迈尔斯说:“MEMS为我开启了另一条道路,创造实际的装置。”对MEMS制程毫无经验的迈尔斯,白天继续撰写软体维生,晚上则到MIT进修MEMS的课程。修业完毕后,他争取到校方的允许,使用大学的MEMS制造设备。最后,他设计出一个可行的概念,那就是IMOD的最初版本。基本上,它就是一个微型标准具,平行的反射表面是以MEMS技术做出来的薄膜层。薄膜的间距可以在制造过程中设定成反射特定波长(颜色),如此一来,标准具在开启的状态下就相当于一个IMOD单元。
  另外,微标准具底层使用弹性材质,因此要关闭IMOD单元并不难,只要在两个表面间施以一次相当短暂的电压脉冲,所造成的静电吸引力会使下层向上凸起,于是空隙缩小,使得被反射的波长落到肉眼不可见的紫外线频谱,看起来就像是黑色的了。而且,在切换回彩色之前,IMOD单元不需要再消耗电源即可保持黑色。要切换回彩色也不难,只要施以另一次电压脉冲即可。 迈尔斯承认,最初版本的IMOD装置既粗糙又丑陋,不过它们效果够好,使迈尔斯看见通往商业化的道路。
  1990年代中期,迈尔斯辞去工作,与他在MIT时的同学拉森(Erik J. Larson)一同在剑桥成立伊利顿公司(Iridigm)。在他们改善这项技术的缓慢过程中,很难获得金钱收入,但是数年后,其中一个投资者高通公司觉得时机到了,决定将该公司完全收购下来。 2004年10月,伊利顿公司成为高通公司的MEMS科技部门。

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贡献者:
leecb72
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