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MOEMS(微光机电系统)是MEMS领域的重要研究方向。尽管基于MOEMS的显示技术已逐渐形成产业,但仍存在众多科学问题和关键技术急待解决。本论文针对面向显示的新型MOEMS光栅光调制器,开展MOEMS光栅光调制器阵列的控制系统电路关键技术研究,对形成具有我国自主知识产权的MOEMS投影显示产业,具有重要的理论意义和实用价值。本文针对MOEMS光栅光调制器的结构和工作原理,研究了光栅光调制器的静态和动态机电耦合特性,提出了光栅光调制器的有源驱动方案;在研究MOEMS光栅光调制器阵列工作原理基础上,提出了MOEMS光栅光调制器阵列的控制系统电路;基于无锡华润上华0.5μm低压工艺完成了控制系统电路版图设计、仿真、验证与流片;探索了MOEMS光栅光调制器与有源驱动电路的单片集成技术;搭建了相应的软、硬件测试系统平台,采用该控制系统电路实现了对光栅光调制器阵列的有源控制,获得了预期的动态投影图像。主要工作如下:
①建立了光栅光调制器的静态机电模型,获得了器件的弹性系数与驱动电压参数;采用四阶龙格-库塔数值法分析了光栅光调制器的动态机电特性,获得了动态响应曲线和响应时间参数;
②提出了光栅光调制器的有源驱动电路,分析了开关管、存储电容、寄生电容以及光照对有源驱动电路性能的影响;
③提出了MOEMS光栅光调制器阵列的控制系统电路,分析了控制系统电路的时序与关键参数;基于华润上华0.5μm低压工艺,完成了控制系统电路的版图设计、仿真、验证与流片,实现了控制系统电路的行扫描驱动电路、列数据驱动电路和有源驱动阵列的单片集成;
④探索了MOEMS光栅光调制器与有源驱动电路的单片集成技术;
⑤进行了光栅光调制器静态和动态特性测试,其工作电压为7.8V、吸合电压为8.5V、响应频率约为7KHz;同时,对光栅光调制器阵列进行了交叉效应试验,结果与理论分析基本一致;
⑥搭建了MOEMS光栅光调制器阵列控制系统电路的相应软、硬件测试与实验系统平台,首次实现了MOEMS光栅光调制器阵列的有源控制,成功获得了动态投影图像。