新型显示技术:伸缩像素显示器技术介绍

发布单位:博仑特科技集团 发布人:管理员 发布时间:2022/1/14 8:45:01 关注度:2876

伸缩像素显示器(英语:Telescopic pixel display,简称TPD)是一种新型显示技术,介于液晶显示器(LCD)和数字微镜设备(DMD)(基于数字光处理投影仪)之间,同时具有两种新型显示器的优点。

伸缩像素的设计原理基于光学望远镜。“伸缩”是指每个像素都是一个由主镜和次镜组成的微型望远镜,主镜和次镜可以通过施加特定电压而变形。

当像素为关闭时,主镜和次镜为平行,因此两者都阻止了光的通过,使其反射背光,这样像素看起来为暗。当像素为开启时,主镜变形为抛物线形状,将光聚焦到次镜上。在从次镜反射后,光透过薄膜中的孔传播并且像素出现明度。

图1 处于关闭位置的伸缩像素示意图

基于伸缩像素设计的高效显示器可能成为 LCD 和等离子显示器的未来替代品,提供低响应时间和更高的亮度。液晶显示 (LCD) 技术是目前计算机显示器中使用的最流行的显示/电视技术。

目前使用的其他技术包括有机发光二极管 (OLED)、等离子、数字光处理 (DLP) 和阴极射线管 (CRT) 系统。然而,它们无法与 LCD 的所有优点相媲美,即薄、高分辨率、低成本、低功耗和长寿命。

不利的一面是,LCD 系统没有高对比度,因为液晶在关闭状态下不能完全阻挡光线,并且在明亮的环境光下几乎无法使用。之所以出现最后一点,是因为液晶显示器由于偏光片而只能透射 5% 到 10% 的背光,而偏光片会阻挡超过50% 的光线。此外,每个滤色器仅透射剩余光的30%,还有一些附加层会进一步降低透射率。

需要增加背光传输的效率以减少能量消耗并提高在较亮环境中的可见度。作为解决方案,微软和华盛顿大学研究院提出了一种新的显示技术—伸缩像素。伸缩像素的优点是高传输效率、潜在的低成本以及相对容易制造和控制。

图2 制备方法和像素结构

“望远镜”表示每个像素都充当由主镜和副镜组成的微型望远镜。在外加电压下,主镜的形状可以从平面变为近似抛物线。

当像素关闭时,主镜是平面的。因此,主副镜都阻挡了光线的通过,将其反射回背光,使像素显得暗。当像素开启时,主镜的形状接近抛物线。在这种状态下,镜子将光线聚焦到次镜子上。从次镜反射后,光线通过膜上的孔传播,像素看起来很亮。

伸缩像素的使用可以为多种应用提供一些重要的优势。现有的三种主要显示器类型是透射式(背光通过像素)、反射式(光从像素反射)和发射式(像素本身产生光)。发光技术的例子包括 OLED 和等离子。

有机LED目前用于制造小屏幕,因为这种设备的对比度和色彩质量都很好,但目前的产量低且寿命有限,这使得大屏幕的制造非常昂贵。相比之下,等离子技术适用于大屏幕,但其分辨率受到像素尺寸无法显着缩小这一事实的限制。

因此,对于需要大屏幕、高分辨率显示器的应用,伸缩式像素排列可以提供优势。制造它的材料是稳定的,并且不受分辨率限制的影响,因为它的设计是可扩展的,适用于不同尺寸的设备。根据实验,像素大小为100微米,但可以根据所需的分辨率放大或缩小。

第一个原型的对比度为20:1,主要是由于使用了非准直背光。这是当前原型的限制,而不是技术的限制。这得到了模拟的支持,模拟表明至少800:1的比率是可能的。基于实验的伸缩式像素显示器可以传输的背光总量约36%,而模拟显示高达56%是可能的。

目前的实验值是LCD的3.5-7倍,因此在相同的背光强度下,伸缩像素要亮3.5-7倍。TPD的唯一缺点是对比度。使用非准直光进行的实验测量显示出非常低的对比度。模拟表示最高达800:1的对比度是可能的,但这用目前的LCD技术也能做到。等离子和有机发光二极管具有更高的对比度,因此仍需大量工作才能与这些技术竞争。

图3 显示器对比度

该技术可能需要相当长的时间才能应用到笔记本电脑的显示屏(如果有的话)。然而,微软对该项目的参与可能让我们对伸缩像素显示器能够从华盛顿大学实验室中找到出路抱有希望。

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