原理 運用物理學的干涉效應,只需耗用少許電量就能產生亮麗的色彩,適用在手機等電池電量有限的行動裝置上。這種顯示器在烈日下也能清晰可見。 IMOD顯示器的基本單元是兩片鏡面夾著一個空隙的微小結構,這個空隙決定光線照射顯示器時所反射的顏色。
iMoD像素的基本結構是被薄膜覆蓋的玻璃基板,基板上是一層反光導電隔膜,這層隔膜與玻璃基板間通過氣隙隔離。在開啟狀態,像素是明亮的,通過基於氣隙厚度的薄膜干涉來產生色彩。向玻璃基板上的隔膜和薄膜載入電壓,隔膜被靜電吸引到玻璃上。當氣隙厚度減小、形成離析態時,可見光干涉減弱,將導致像素變黑。
為了實現全彩色顯示,先採用特定的氣隙厚度產生紅色、綠色、藍色亞象素,然後通過空間抖動過程將一個亞象素分成許多可獨立驅動的定址單元,從而獲得理想的灰度。由於MEMS驅動所需的功率極低,因此iMoD顯示器能夠長時間保持圖像穩定。
iMoD顯示器與21世紀的LCD平板顯示器製造技術兼容,因為它是一個反射型顯示器,既省去了製造薄膜電晶體顯示器的複雜流程,也減少了諸如限制LCD發光的彩色濾光片和偏振片等元件。iMoD顯示器的反射率接近反射式薄膜電晶體LCD顯示器的兩倍,不同的一點是,iMoD在微光條件下需要補充採光,因而iMoD顯示器在這種微光條件下不適合閱讀。
iMoD像素能在約10us內切換顯示狀態,而超扭曲液晶被動矩陣LCD顯示器的回響時間是10ms(目前最低為2ms),因此iMoD顯示器消除了由於切換速度較慢而導致的圖像模糊問題。iMoD顯示器在21世紀切換速度能達到每秒15幀,未來將達到影像顯示要求的每秒30幀。iMoD顯示器也能防止紫外線的入侵,具有寬泛的工作溫度範圍(-30~+70℃)和寬闊的視角。
iMoD顯示器和電泳顯示器具有許多相同的特性,包括陽光下可視、低功耗、寬視角、高反射率等。但是,電泳顯示器是雙色的,需要複雜的濾色鏡才能實現全彩色顯示,圖像質量和亮度因此大為降低。另外,電泳顯示器的幀頻也相當慢,使其視頻和動畫效果大打折扣。
優勢 “IMOD顯示器僅消耗手機電池6%的電量,這近乎是LCD耗電量的一半。”高通業務發展副總裁詹姆斯·凱西說。這意味著,即便是在微光環境下使用輔助背光,一部裝配有IMOD顯示器的手機在同樣電力供應下還是會大大延長使用時間。“在一次典型使用環境模擬中,我們測算出一部裝配有IMOD顯示器的手機顯示視頻的時間為140分鐘,而裝配有LCD顯示器的手機只有50分鐘。”他補充道。
由於依靠反射光,所以IMOD在強光環境下也易於顯示。大多數LCD顯示器在強光下會變黑而看不清楚,而IMOD則會更清晰鮮艷。“如果你使用手機看電影、小說、照片,你當然需要在不同的環境裡有著同樣的顯示質量。”凱西說。
IMOD顯示器可在10微秒之內控制其最基本顯示單元的開閉,這幾乎是LCD顯示器的1000倍,這就是說IMOD更適合播放視頻。而且IMOD顯示器與LCD同樣耐用,高通公司曾經對顯示單元做過至少120億次的開關實驗,這相當於無故障持續使用7年。
當然,還有許多其它的LCD的替代選擇,如OLED顯示器、電子紙“e-paper”等。它們或多或少都分別具備較低能耗、快速回響、強光條件下高可視性等特性,但沒有一款產品能像IMOD顯示器那樣集成了所有這些優點。這也正是高通公司充滿信心的原因。
歷程 IMOD的概念最早是在1984年暑假出現在邁爾斯(Mark Miles)心中,他那時還是
美國麻省理工學院 (MIT)電機系的學生,正在洛杉磯的休斯飛機公司打工。邁爾斯回憶說:“我偶然間讀到一篇文章,討論使用超微(submicroscopic)天線的陣列將陽光直接轉換成電流的可能方法,讓我深受吸引。”他熟悉雷達、電視及廣播使用的大型天線,也學過無線電波和一般可見光波本質上是一樣的:都是交纏的電場和磁場所組成,以波動的方式在空間中前進,速度每秒30萬公里。唯一的不同點是,無線電波的波峰和波峰之間距離單位是公分、公尺,甚至公里,而光波的波長還不到公尺的百萬分之一。可見光的波峰與波峰距離,大約在700奈米(紅光)到400奈米(紫光)之間,彩虹其他所有顏色的波長都介於此範圍內。
儘管知道這些,邁爾斯從來沒有想過要將這兩個觀念放在一起,做出能處理光波的微小裝置。他回憶說:“後來我突然想到,如果可以想辦法控制這些微結構的特性,視需要改變它們的吸收與反射,就可以做出絕妙的顯示器。”那會是一片簡單的面板,遠比當時電視機所採用的笨重映像管(
CRT )要輕巧得多。其實,對於如何打造這樣的顯示器,邁爾斯一點概念也沒有,但是沒關係。完成學業之後,他在電腦印表機產業擔任程式設計師,然後利用空閒時間研究這個問題,並且和MIT的教授討論。
後來他從其中一位教授那裡得知,有種光學儀器正符合他的需要,那就是法布立-培若干涉儀(Fabry-Pérot interferometer),或稱標準具(etalon)。它的基本構造是兩個平行的反射面中夾著一個空隙,光線穿過半透明的上表面射入空隙之後,會從下表面反射上來,然後在兩個表面之間無止盡地來回反射,每一次都有些許光線從上方透出。由於光具有所謂的干涉現象,這些反射使得其中大部份波長的光彼此抵消,不過當反射光波長與兩表面間距正好符合特定關係時,則會產生加強效果。因此,標準具的整體功能相當於只會反射一種顏色的鏡子,只要改變兩個表面的間距,就能選擇反射光的顏色。
這項技術十分切合邁爾斯的目的,不過還有一個問題。標準具是實驗室中用來測量並控制光線的珍貴工具,若要用在高解析度的顯示器中,則必須將它們縮小到微米級,然後將數百萬個微型標準具在螢幕表面排成陣列,並且分成小組,每組代表一個像素。
結果,大自然早已將這項技藝呈現在藍默蝶(blue morpho)等熱帶蝴蝶的翅膀上,它們的斑斕色彩就是由翅膀上的納米構造所造成,其作用非常類似微小的標準具(etalon)。但是邁爾斯要如何做出那樣微小的構造?緊接的問題是,要如何開關像素? 這些問題一直困擾著他,直到他認識了
微機電系統 (MEMS),這是一種用矽做成的微小機器。
藍默蝶是非常罕見的一種蝴蝶,
MEMS的基本概念最早出現在1970年代,目的是運用製作微處理器的那種技術,在矽晶圓上微雕出機械構造。 MEMS研究人員已經知道如何做出各種齒輪、彈簧、懸臂和通道之類的構造,其中有部份已經開始進入產業。
邁爾斯說:“MEMS為我開啟了另一條道路,創造實際的裝置。”對MEMS製程毫無經驗的邁爾斯,白天繼續撰寫軟體維生,晚上則到MIT進修MEMS的課程。修業完畢後,他爭取到校方的允許,使用大學的MEMS製造設備。最後,他設計出一個可行的概念,那就是IMOD的最初版本。基本上,它就是一個微型標準具,平行的反射表面是以MEMS技術做出來的薄膜層。薄膜的間距可以在製造過程中設定成反射特定波長(顏色),如此一來,標準具在開啟的狀態下就相當於一個IMOD單元。
另外,微標準具底層使用彈性材質,因此要關閉IMOD單元並不難,只要在兩個表面間施以一次相當短暫的電壓脈衝,所造成的靜電吸引力會使下層向上凸起,於是空隙縮小,使得被反射的波長落到肉眼不可見的紫外線頻譜,看起來就像是黑色的了。而且,在切換回彩色之前,IMOD單元不需要再消耗電源即可保持黑色。要切換回彩色也不難,只要施以另一次電壓脈衝即可。 邁爾斯承認,最初版本的IMOD裝置既粗糙又醜陋,不過它們效果夠好,使邁爾斯看見通往商業化的道路。
1990年代中期,邁爾斯辭去工作,與他在MIT時的同學拉森(Erik J. Larson)一同在劍橋成立伊利頓公司(Iridigm)。在他們改善這項技術的緩慢過程中,很難獲得金錢收入,但是數年後,其中一個投資者高通公司覺得時機到了,決定將該公司完全收購下來。 2004年10月,伊利頓公司成為
高通公司 的MEMS科技部門。
IMOD 傳說中的神器IMOD,其實就是IPOD PHOTO的改機版,把IPOD的放大電路禁止掉,把耳機輸出口作為LINEOUT,缺點就是只能接二房用,耳塞無法直推了,改造後,音質大大改善。一般不熟的還是不要亂改。
iMOD特指red wine audio所改的機器,國內的改機不被認可,被稱為ipod mod。