1、什么是MEMS？
MEMS全称MicroElectroMechanicalSystems，即微电子机械体系，其组成包含微型传感器、微型执行器、微型架构及相应的微型处理电路。它是一个独立的智能体系，可大批量出产，其体系尺度在几毫米乃至更小，其内部结构一般在微米乃至纳米量级。
MEMS榜首轮商业化浪潮始于20世纪70年代末80年代初，其时用大型蚀刻硅片结构和背蚀刻膜片制作压力传感器。因为薄硅片振荡膜在压力下变形，会影响其外表的压敏电阻走线，这种改动能够把压力转化成电信号。后来的电路则包含电容感应移动质量加快计，用于触发轿车安全气囊和定位陀螺仪。
第二轮商业化呈现于20世纪90年代，首要围绕着PC和信息技能的鼓起。TI公司依据静电驱动斜微镜阵列推出了投影仪，而热式喷墨打印头现在依然大行其道。第三轮商业化能够说呈现于世纪之交，微光学器材经过全光开关及相关器材而成为光纤通讯的弥补。尽管该商场现在惨淡，但微光学器材从长期看来将是MEMS一个增加微弱的范畴。
图1、MEMS体系
2.MEMS显现技能开展进程
MEMS和微光学技能结合能够完成各种微型光学器材结构，这种微型光学器材具有体积小、重量轻、耗能低、惯性小、易于集成等特色，运用MEMS微光学器材能够很好地完成光线的调制和操控。因而，依据MEMS的显现技能自上世纪80年代以来得到长足的开展，TI公司依据DMD器材的DLP投影仪现已降服世界，SONY公司在GLV技能根底上开展的了大型的GxL激光投影仪，而在中小尺度显现屏范畴，则首要是由高通全资子公司高通光电在进行推进。
2004年高通公司经过并购Iridigm获得iMoD技能，并在2008年世界信息显现大会上推出了全球榜首款iMoD五颜六色显现屏。Mirasol显现屏以干与丈量调制（iMoD）的反射技能为根底，能够运用环境光线而不需求背光进行显现，其功耗天然被大大下降。反射型Mirasol显现器还可依据周围光照条件主动调理，运用户在简直一切环境下检查内容，包含亮堂的阳光下。iMoD元件尽管简略，却能够供给调制、颜色挑选以及内存功用，替代了传统有源矩阵、五颜六色滤光片和偏光片的作用。
2.1．Mirasol显现屏的颜色生成机理
从根本上说，Mirasol显现屏是一个光谐振空穴，相似于法布里–珀罗规范具，每个iMoD像素包含红、绿、蓝3种颜色小像素，每个小像素的巨细在10μm~100μm左右。每个子像素点包含独立的可变形反光膜与薄膜堆叠层（每层薄膜可充任光谐振空穴的一个镜面），二者均装于通明基板上。而玻璃基板和反射膜之间的空地则构成了空气薄膜，以利于光线在其间反射。依据空穴的高度，反光膜所反射之特定波长的光线与薄膜结构的反射光线之间存在细小相差，依据相差，某些波长将发生相长干与，另一些则发生相消干与，利干与原理的颜色生成，对光线的运用功率要比传统五颜六色滤光片高许多。经过改动反光膜状况以调整空穴的高度，Mirasol显现屏的图画可在五颜六色与黑色之间进行切换，对薄膜堆叠层施加高电压后，静电力将使反光膜变为陷落状况，光穴的改动导致光线在人眼不行见的紫外线波利益发生相长干与，因而屏幕显现黑色。对薄膜堆叠层施加高低压后接通电压时，反射层会下降，光穴高度增大，当光穴高度为160nm时，iMoD显现绿色；300nm时，iMoD显现蓝色；400nm时显现赤色（如下图2）。
图2、iMoD子像素作业原理
从本质上看，iMoD元件是1位设备，也便是说，它可被驱动到暗态（全黑）或亮态（五颜六色）。为了显现灰度图画，能够运用空间颤动或瞬时颤动，空间颤动是将已有子像素分红若干更小的可寻址元件，然后别离驱动单个元件已得到不同的灰度。此种办法需求每个元件额定具有一个行驱动器。另一办法是瞬时颤动，可用于获得额定的灰度等级。空间颤动与瞬时颤动个有利害，空间颤动功耗较小，因为显现器无需像瞬时颤动那样频频改写。因为功耗与改写频率成正比，所以瞬时颤动最好用于对功耗不太灵敏的景象，但瞬时颤动排布元件较少，并能供给更高的填充系数。因而将两种办法结合起来运用以境加灰度等级数目。图4表明一个iMoD像素结构，由红、绿、蓝3个子像素组成，每个子像素分红多个可寻址单元。第二代的iMoD器材在填充系数、光学功能和电-机行为等方面进行了改善，在各子像素之间建立了支撑柱，能够给予一切未被寻址的单元以组织支撑，使填充系数超过了90%。
Mirasol显现屏另一个明显优势便是又稳态特性，只要在像素颜色需求改动时才需求耗费电力，所以它的功耗极低，也能够说Mirasol显现屏非常适合于需求长期显现固定是非或五颜六色内容的电子阅读器。Mirasol显现屏的双稳态性来自于制作工艺的机电特点所固有的滞后效应。该特性源于反光膜的线性机械回复力与所施加电场的非线性力所固有的不平衡性，相似于有源矩阵显现器中的TFT元件。
图3、第二代iMoD像素结构
仅管与传统LCD和OLED显现比较，Mirasol显现屏具有呼应时刻快、可读性强，功耗低、稳定性好等明显长处，但因为其出产良率过低，拼装功能差，据高通泄漏，Mirasol显现屏在OEM出产时良率仅40%-50%。尽管经过几年尽力，开展依然非常缓慢。故2012年7月，高通宣告中止Mirasol显现屏的出产并开端将技能授权给一些企业运用。
2.2．TMOS显现屏作业原理
在高通尽力开展Mirasol显现屏时，一家名叫Pixtronix的美国显现技能公司则在开发另一种依据时序多工光学快门（TMOS）的MEMS显现技能，Pixtronix公司与日立翻开协作并于2010年10月发布一款依据此技能的MEMS显现器。与传统液晶显现器比较，耗电量仅为1/2。该技能的中心是像素规划，运用MEMS快门来操控显现器的光通量。
TMOS显现器由担任像素处理的带薄膜晶体管的光导管和一个被称为OpcuityacTIvelayer的微光薄膜构成（见图4）。光导管是显现器的中心光转化前言，由RGBLED宣告的非平行光经过其入射，并在其间坚持随机多模TIR传达，直到发散成为活动像素。
图4、TMOS体系的基本原理
OpcuityacTIvelayer包含一个基本底膜，外表的MEMS结构和一个导线。关于单个像素，TMOS光阀结构便是一个可变电容。光导中一个传导平面和活泼层中的另一个传导平面彼此平行，并保有一个空隙。当像素电容发生电压差的时分，静电引力使两个传导平面结合到一同（见图5）。操控了光导板的充放电就能使单个像素穿过活性薄膜。TMOS中的时序多工是一种显现器的图画构成办法。关于一个全五颜六色图形来说，红、绿和蓝光顺次注入，由MEMS快门决议哪种光会在何时被传送。这个进程经常被当称为场序颜色生成。该办法具有许多优点。榜首，它与现在的结构根底彻底兼容，不需显现制作商重建出产车间。第二、它不需求在结构上叠加滤光片、偏光片等光学薄膜，然后大大增加了光强。
图5、快门操控光线传导
快门开关的速度和方位能够操控背光源的透光量，然后确认屏幕显现的颜色和强度。当快门封闭，没有光源经过，呈现出黑色像素，当快门彻底翻开的时分，咱们看到的则是白色像素。MEMS显现屏经过平衡很多快门的速度、其开关的方位和各种颜色背光源之间的联系，高度复原屏幕的颜色和亮度。
2011年11月，致力于开展MEMS显现技能的高通宣告收买Pixtronix公司，随后又宣告入股夏普获得IGZO技能。而夏普所把握的氧化铟镓锌（IGZO）技能，是一种薄膜晶体管液晶显现屏（TFT-LCD）技能。它将铟、镓、锌与氧结晶化，完成原子之间共同、详尽的摆放办法。与传统LCD的非晶硅比较，新的结晶结构中电子迁移率进步了20–50倍。因而，选用IGZO技能MEMS快门开关速度将会得到明显进步，画面显现也愈加细腻。但MEMS屏幕也不是没有缺陷。就像DLP投影会发生“彩虹效应（rainboweffect）”那样，当你摇头看它时，MEMS屏幕也会发生相似那样的作用。
3．MEMS显现屏商用进程
MEMS显现技能商用速度现在开展非常缓慢，IGZO+MEMS技能只要夏普和高通在推进开展，2014年在SID展会上成功发布一款7英寸MEMS屏暗地，并无太大开展。而另一科技巨子苹果也在悄然布局MEMS技能，苹果在2011年开端开发MEMS显现技能，而且申请了一种与LCD\OLED一同运用的混合屏幕技能专利，2015年4月份又经过台积电的途径，获得了新竹科学园区统辖的龙潭科学园区原正崴集团（Foxlink）旗下广达工厂，建立美商电子股份有限公司台湾分公司，运用本来广达和高通协作的Mirasol显现屏出产线来研制新式MEMS显现技能。
MEMS显现技能在出产上归于一种依据先进半导体的芯片制程技能，在显现驱动上归于精细的电子调制体系操控软件。尽管高通在技能原型的根底上现已开发老练，但因为其固定资产出资、使用技能开发等软、硬件支撑方面受限制非常严峻。
