基于MEMS光柵光調(diào)制器的機(jī)電特性及控制系統(tǒng)研究.pdf

1、基于MEMS的光調(diào)制器以其出光效率高、調(diào)制速度快、灰度等級(jí)多、對(duì)比度、亮度和均勻性出色等優(yōu)點(diǎn)，已成為大屏幕高清晰投影顯示領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。但是由于現(xiàn)有光調(diào)制器技術(shù)的專利保護(hù)，限制了國(guó)內(nèi)投影顯示技術(shù)的研究和發(fā)展，因此開發(fā)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的光調(diào)制器則顯得尤為重要。對(duì)于課題組申請(qǐng)了發(fā)明專利的新型光調(diào)制器(GLM)，其器件的工作電壓、固有頻率、響應(yīng)速度等機(jī)電特性作為重要性能指標(biāo)，直接關(guān)系到器件的驅(qū)動(dòng)方式、應(yīng)用范圍，決定其能否適用于投影顯示領(lǐng)域。因

2、此，本文對(duì)提出的新型光調(diào)制器的結(jié)構(gòu)、機(jī)電特性及其驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)進(jìn)行了研究，具體工作包括以下幾個(gè)方面： ① 系統(tǒng)分析了現(xiàn)有基于MEMS技術(shù)的光調(diào)制器的原理及優(yōu)缺點(diǎn)，并針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出了兩種新型的光柵光調(diào)制器：反射鏡平動(dòng)式光柵光調(diào)制器(RM-GLM)和光柵平動(dòng)式光柵光調(diào)制器(GM-GLM)。詳細(xì)介紹了兩種GLM的結(jié)構(gòu)和工作原理。 ② 應(yīng)用微結(jié)構(gòu)的力學(xué)理論，建立了GLM相應(yīng)的電力學(xué)模型，理論分析了器件的工作電壓、固有頻率

3、、響應(yīng)速度等機(jī)電特性同器件結(jié)構(gòu)參數(shù)的關(guān)系。利用CoventorWare，進(jìn)行了器件的機(jī)電特性仿真，并針對(duì)器件的有效衍射面積，對(duì)兩種結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化，得到了能與現(xiàn)有工藝兼容的尺寸參數(shù)。加工出4×4、16×16GLM陣列。采用 WYKO NT1100干涉輪廓儀，進(jìn)行了相關(guān)測(cè)試分析。結(jié)果表明，由于現(xiàn)有加工條件的限制，只能加工出GM-GLM器件，其加工工藝尚待進(jìn)一步改善。 ③ 針對(duì)GLM特有的機(jī)電特性，確定了器件的驅(qū)動(dòng)方式及圖像灰度實(shí)現(xiàn)方

4、式。詳細(xì)闡述了GLM的顯示控制原理，設(shè)計(jì)出GLM顯示控制系統(tǒng)的總體方案。重點(diǎn)針對(duì)加工出來(lái)的16×16的GLM陣列，采用VHDL語(yǔ)言和Quaruts II開發(fā)環(huán)境，完成了顯示控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換、脈寬調(diào)制等模塊的具體設(shè)計(jì)。為驗(yàn)證控制系統(tǒng)及灰度實(shí)現(xiàn)原理，利用LED點(diǎn)陣代替GLM器件，選用美國(guó)Altera 公司提供的Cyclone開發(fā)板，設(shè)計(jì)搭建了顯示驅(qū)動(dòng)的外圍硬件電路。 ④ 完成了GLM的數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)電路及脈寬調(diào)制電路的相關(guān)實(shí)驗(yàn)，搭建