Считается, что идеальным применением для LCOS-технологии являются широкоформатные (16:9) РС-мониторы и телевизоры с обратной проекцией изображения с диагональю 28:32 дюйма и разрешением до 2560 x 1440 (100 dpi). В ближайшей перспективе ожидается резкое увеличение спроса на цифровые телевизионные приемники стандарта HDTV (1920 x 1080 ЭО). Т.к. среднее расстояние до экрана будет составлять порядка 3 м, то при угле наблюдения 0,3 мрад минимально наблюдаемый размер ЭО составит 1 мм, что соответствует размеру экрана 58 дюйма по диагонали для формата 720 р и 87 дюймов - для формата 1080 р. Изображение с такими параметрами могут обеспечить, только проекционные системы, и это еще один дополнительный довод в пользу LCOS-технологии.
Виртуальные или NTE дисплеи персонального типа на основе LCOS МД применяются в видоискателях цифровых фотокамер и камкордеров, высокоинформативных устройствах отображения информации мобильных телефонов и беспроводных телекоммуникационных системах и др. Так как требуемый выходной поток света на порядки меньше, чем в проекционных устройствах, то вместо высокояркостных ламп можно использовать экономичные светодиодные источники света и однокристальный вариант, обеспечивая одновременно высокое разрешение, минимальные размеры, вес и энергопотребление при низкой стоимости.
Несмотря на то, что конкурирующие технологии типа DMD или поликремниевых просветных МД также ориентированы на эти рынки, только LCOS МД хорошо подходят сразу для всех перечисленных применений. Наиболее наглядно это видно на примере наиболее быстроразвивающегося рынка видеопроекционной техники с прямой проекцией изображения. Так как все перечисленные виды технологий способны обеспечить требуемый уровень яркости или контраста, основное внимание стали уделять другим параметрам - массогабаритным характеристикам, возможности создания дополнительных сервисных функций и, конечно, стоимости устройства. По последнему параметру LCOS МД, безусловно, выигрывают. Кроме того, они позволяют создавать различные классы устройств на базе серии МД одного геометрического размера и, следовательно, использующих одну и ту же оптическую систему, но разного разрешения.
Сравнительная оценка рассмотренных конструктивно-технологических вариантов просветных и отражательных микродисплеев может быть сделана на основе анализа данных, приведенных в таблице 6.
Таблица 6. Характеристики МД
Технология, Параметр К тип АМ
Фирма
Инф.
емкость, млн. пикс.
Диагональ, см
Шаг пикселей, мкм
Числовая апертура, %
Интеграция ИС
a-Si ТПТ 0,008
NEC
1,3
10,7
65 x 65
35
нет
SiN ТПД 0,008
Philips
0,42
7,1
77 x 75
46
нет
a-Si ТПТ 0,008
Honeywell
0,12
4,2
85 x 85
56
нет
a-Si ТПТ, отр. 0,031
Un.Stutt gart
0,4
4,7
55 x 50
84
нет
p-Si ТПТ, 0,033
Sharp
1,31
4,8
34 x 24
27
да
p-Si ТПТ, 0,041
Sony
0,18
1,8
18 x 47
35
да
p-Si ТПТ, 0,077
Seiko Epson
1,47
4,6
22 x 28
47
да
ISE МОП 0,069
Kopin
0,31
1,9
24 x 24
40
да
DMD,отр. 0,315
Texas Instruments
0,42
1,6
17 x17
91
да
Чтобы сравнить различные технологические решения с точки зрения эффективности использования светового потока вводится интегральный параметр К, определяемый отношением числовой апертуры в процентах к произведению SxSy, где Sx и Sy - шаг пикселей по столбцам и строкам, соответственно. Такой параметр связывает воедино такие разнородные характеристики ЖК-дисплея, как предельно достижимая яркость и световая эффективность, сложность и стоимость оптических элементов, технологические возможности и стоимость производства активной матрицы. Результаты вычисления параметра К приведены в табл.6. Следует подчеркнуть, что при расчетах предполагалось использование одного и того же электрооптического эффекта, а при использовании поляроидных эффектов полученные цифры необходимо уменьшить в 2-3 раза, если не используются специальные оптические схемы.
Видно, что в наиболее совершенных a-Si ТПТ-дисплеях величина К не превышает 0,008 для просветных ЖК МД и 0,031 для отражательных, в то время как для просветных poly-Si ТПТ-дисплеев она повышается от 0,033 до 0,077.
В таблицу 6 включены два перспективных варианта, разрабатываемые американскими фирмами Kopin Corp. и Texas Instruments. Еще в 1992 г. фирма Kopin впервые продемонстировала высокоплотную АМ с полной интеграцией драйверов управления, а в 1995 г. выпустила в продажу компактный видеопроектор Pocket Pro весом всего 0,5 кг и стоимостью ниже $2000. Возможности этой технологии можно оценить по результатам разработки просветного АМ ЖК МД с рекордным разрешением (1280 x 1024 пикселя размером 24 x 24 мкм). Исследовалось также поведение тестовых элементов размером 12 x 12 мкм в матрице 256 x 256 пикселей, спроектированных по 1-мкм нормам. Числовая апертура составляла 36%. В настоящее время эта фирма достигла наибольших объемов производства - до 200 000 микродисплеев в месяц.
Наибольшее значение К достигнуто при использовании технологии DMD (Digital Micromirror Devices). На выставке SID'95 в Орландо был продемонстрирован полноцветный вариант видеопроектора формата 16:9 HDTV (3 канала по 2048 x 1152 пикселей) с выходным потоком 1500 Лм и контрастом 60:1, разработанный совместно с фирмой Sony.
Таким образом, становятся очевидными преимущества использования отражательных вариантов с АМ на кремниевой подложке, в которых достигается наибольшая величина К, что означает их значительно большую эффективность. При уменьшении размеров пикселей до 10 x 10 мкм и сохранении числовой апертуры на уровне 80% (в этом случае требуется 1-мкм технология) представляется возможным увеличение К до уровня 0,5 и выше.
Другим важным преимуществом использования кремниевой подложки является возможность полной интеграции высокоскоростных КМОП-драйверов и решения проблем контактирования к высокоплотной АМ с мелким шагом.
4 Светоизлучающие МД
В принципе, светоизлучающие МД имеют наиболее простую структуру, поскольку не требуют внешнего источника излучения и сложной оптики (см. рис. 2), однако их низкая яркость и световая эффективность ограничивают пока области применения виртуальными устройствами. В таблице 7 приведены примеры таких МД.
Таблица 7. Некоторые сведения о светоизлучающих МД
Фирма-изготовитель
Тип МД
Применение
Стадия развития
Planar Systems, USA
AMEL
virtual
production
Micron, USA
FED
virtual
pre-production
eMagin/Kodak, USA
OEL/x-Si
virtual
pre-production
DRL, USA
VF on Si
virtual
R&D
Ise, Japan
VF on Si
virtual
R&D
IBM, USA
OEL
virtual
R&D
Sanyo/Kodak, Japan
OEL/LTPS
virtual
pre-production
В активно-матричных электролюминесцентных МД фирмы Planar Systems используется тонкопленочная технология для последовательного нанесения металлических и диэлектрических слоев, а также слоев люминофоров в сочетании с АМ от фирмы Kopin. Были продемонстрированы образцы МД с диагональю 0,7 дюйма и разрешением 640 x 480 и 1280 x 1024 ЭО. Основные их недостатки связаны с высокими рабочими напряжениями (до 80 В АС) и необходимостью изоляции высоковольтных сигналов от невыбранных ЭО и логики, а также низкой эффективностью синих люминофоров и, следовательно, проблемами при формировании полноцветного изображения.
