光柵平動式光調制器機電特性與測試系統(tǒng)研究.pdf

1、顯示器件正向多元化方向發(fā)展，隨著MEMS技術的成熟，基于MEMS技術面向高清顯示的光調制器成為世界各國研發(fā)的熱點，并以其優(yōu)異的性能成為帶動下一代顯示產業(yè)發(fā)展的一個重要分支。但國內對這類器件研究起步較晚，且受到國外專利限制，因此開發(fā)一種具有自主知識產權的基于MEMS技術，面向高清顯示的光調制器及其核心顯示控制電路具有重要的意義。 光柵平動式光調制器(GMIM)正是在上述背景下，由重慶大學提出的一種基于MEMS面向高清投影顯示的光調

2、制器方案。本文建立了GMLM的機電模型，對其機電特性進行了理論分析與有限元仿真，并通過結構參數分析對器件結構進行優(yōu)化。設計了器件驅動電路，并在此基礎上進行了16×16陣列的控制測試系統(tǒng)和顯示測試系統(tǒng)的設計與相關實驗研究。本文主要研究工作如下： ①根據微結構的力學理論，建立了GMLM的電力學模型。對GMLM的工作電壓、吸合電壓、固有頻率等機電特性進行了理論分析，并采用CoventorWare軟件進行有限元仿真，得到比較吻合的結果。

3、器件性能指標如下：工作電壓4.3V，吸合電壓5V，共振頻率0.47MHz，響應速度為40μs。經對加工樣片的初步測試表明，器件工作電壓高于20V，響應速度約為80μs。 ②通過對器件工作電壓、吸合電壓、共振頻率、有效衍射面積、殘余應力等方面進行了結構參數分析，得到了提高有效衍射面積與降低殘余應力影響的優(yōu)化方案。仿真和Veeco干涉輪廓儀測試表明，優(yōu)化后結構與原結構相比有效衍射面積可以提高為原來3倍左右，殘余應力造成的器件彎曲降到

4、原來的5％左右。 ③針對GMLM的機電特性，設計了器件內外驅動電路。器件內部由CMOS電路控制其充放電，配合外部驅動的尋址電路實現GMLM面陣的掃描驅動。 ④根據對加工器件相關參數測試的需要，采用SOPC技術進行了控制測試系統(tǒng)的設計以及相關實驗的研究。該系統(tǒng)采用RS232作為與PC的通訊接口，以FPGA為信息處理硬件平臺，定制Nios核作為處理器，用C語言編寫應用程序。該系統(tǒng)能夠實時在線無接觸的對器件進行光學、電學耦合，