1、通讯通信企业管理与执法全书通讯通信企业管理与执法全书电 脑 产 品 郭雅 主编 吉林摄影出版社图 书 在 版 编 目 (CIP)数 据 通 讯 通 信 企 业 管 理 与 执 法 全 书 /郭 雅 主 编 . 长春 吉林摄影 出版社 2004ISBN 7-80606-737-X. 通 .郭 . 电信 邮电企业 市场竞争 中国. F632.3中国版本图书馆 CIP 数据核字(2004)第 112282 号出版发行 吉林摄影出版社 (长 春 市 人 民 大 街 124 号 130021) 责任编辑 李乡壮经销 全国各地新华书店印刷 北京施园印刷厂 版次 2004 年 8 月第 1 版书号 ISBN
2、 7-80606-737-X / F 297定价 912.00 元 本卷定价 16.00 元I目 录效果像 62 英寸电视的头戴显示器 .1掌上电脑的特征界定和开发思考 .5显示技术的新亮点 微 显 示 器 16高密度 高分辨率 LCD 23无线鼠标背后的设计思路 .26嵌入式实时操作系统 MC/OS-II 的应用与新发展 31嵌入式 LINUX 嵌入式系统软件的机遇和挑战 38嵌入式实时操作系统 UC/OS-II 及其应用 .4468HC908JB8 单片机在 PC 无线键盘的应用 .50无线键盘的设计与实现 .51中国发展嵌入式芯片的思考 .53IA-64 微处理器与 HP 高性能服务器体
3、系结构 .61光计算机晨曦初露 .67不断改进键盘 满足各种应用 7364 位嵌入式处理器市场 03 年 至 08 年 将 增 82.7%.84承上启下的纳米计算机 .85量子计算机 颠覆传统 .108生物计算机 试管里的奇迹 .121国产笔记本率先支持 WAPI 标准 134I解密三星笔记本轻薄内幕 138用笔记本遥控看电视 .145从 “芯 ”复活 .1462004 笔记本四点观市 .153笔记本电脑趋势预测 .156让电视变成投影机 .166笔记本品牌要有新主张 .169笔记本电脑渠道呈现三大特点 .171渠道增值能力备受关注 .172更多渠道青睐笔记本电脑 173消费渠道浮出水面 17
4、4显示器 17617“液 晶 也 瘦 身 雅 美 达 AS171EL 试用 182顶级液晶试用 当 鞋 合 脚 时 .18564 位处理器浮出水面 193电脑产品 1效果像 62 英寸电视的头戴显示器在最近的消费类电子产品展览会上 Olympus 展 台吸引了大量观众 所有观众关注的焦点集中在该公 司推出的 Eye- Trek 个 人 电 视 显 示 产 品 上 Eye- Trek 可象普通眼镜一样佩载 但在你眼前可显现出一幅图 像 据该公司称 它的视觉效果可与在 6.5 英尺距离 观看 62 英寸电视屏幕相媲美3.8 盎司重的眼镜可连接任何视频源 如摄象机 VCR TV 或 DVD 播放机
5、在对 Eye- Trek 作评价前 笔者急切地将它插入几种家用视频源 包括 VCR 和 DVD 播放机 确实没有让我失望 除了面前出现一 巨幅图像外 还有插入耳朵中的一副耳机 让你充分 享受影院的效果Eye-Trek 最 大 的 遗 憾 在 于 整 个 系 统 不 是 便 携 式 的 这尽管不是 Olympus 的过错 当眼镜由锂离子电 池 供 电 时 (一 次 充 电 能 连 续 使 用 4 5 小时) 图象十分 稳定 目前除了视频摄象机 我对便携式视频源还不 太熟悉( 本身不带显示器的) 确实没有可供插入的理 想设备最佳方案可能是生产一种与目前便携式 CD 播放机同样规格的 DVD 播放机
6、 这将是在飞机上或在汽 车后排让孩子们享受的理想之选电脑产品 2Eye-Trek 的 一 个 重 要 特 性 是 在 佩 戴 眼 镜 的 同 时 仍保持外界视觉效果的能力 这还包括环绕立体声 低音 4 种 显 示 设 置 (标 准 宽视角 变焦距和家庭影 院) 安 全 密 码 以 及 调 整 色 彩 平 衡 对 比 度 色 彩浓淡 亮度和清晰度等的图象控制功能眼 镜 由 两 个 独 立 的 显 示 器 构 成 每 只 眼 镜 各 一 个 每个显示器有自已的背光 正如预料的那样 它 位于 LCD 的后面按照 Eye-Trek 的设计方案 用户不是直接观看显 示器 取而代之的是观看一对形状不规则
7、能反射图 象 的 棱 镜 棱 镜 应 安 排 成 让 图 象 “正 面 朝 上 ” 来 自 LCD 的图象从棱镜的镜面处反射回来 用户观看的透 镜实际上位于棱镜的前面据 Olympus 设计人员透露 投影仪最难处理的是 让棱镜正常工作 这是由于绝大多数使用的元件都是 现成的 包括各类 IC 和显示器 唯一要做的是为每 种元件选择合适的规格和封装 LCD 模块和棱镜也是 Eye-Trek 最昂贵的组件Olympus 公司 Chris Kemmerer 解释道 “镜 头 的 难点在于 在其后面放置一个镜面且能将图象反射回 来并不那么容易 再就是放大倍数关系到能否获得外 观 62 英寸屏幕 此外 还
8、应保证不会让用户看到针电脑产品 3孔或其它畸变的图象 不应有任何像素的移位 所涉 及的光路系统是十分复杂的 ”之所以使用棱镜而不直接观看 LCD 的理由是 LCD 相对较大 导致眼镜过厚 使用棱镜后 显示处 于眼镜的上部 这是一个与眼镜的厚度无关紧要的区 域棱镜用塑料制作 主要是为了让单元的重量降低 至最小的程度 塑料也容易加工 研磨到所要求的性 能比玻璃镜头便宜 与相机和望远镜不同 其外观图 象保持在恒定的景深 因此焦距不应成为问题光路的设计难度要比电路大 因此 Eye- Trek 设 计组的多数成员是光学工程人员 而不是电气工程人 员 该设计也未优先考虑软件工程人员 系统内部只 有少量的固
9、件 无需实时操作系统 基本上是 8 位微 控制器的汇编程序让眼镜尽可能轻是设计的关键 对此 Kemmerer 认为 “要 是 在 头 上 佩 戴 一 个 物 件 且 架 在 鼻 子 上 几 个小时 这个物件必须十分轻巧 ”电路的核心是 Sony 芯片组 在该款 Eye- Trek 中 采用的是安置在可更换模块中的两芯片组 以后 这 个芯片组将简化为直接焊接在 PC 板上的单个 IC 芯 片 组 基 本 上 完 成 两 种 功 能 驱 动 显 示 器 以 及 将 电脑产品 4PCL(欧 洲 彩 色 TV 编 码 系 统 )信 号 或 NTSC(全 国 电 视 系 统 委 员 会 )信 号 变 换
10、 为 RGB 信号大 量 信 号 通 过 如 此 小 的 空 间 会 引 发 潜 在 的 EMI 问题 为此 在显示器背面粘贴一层起屏蔽作用的金 质衬底耳机内的导线极细 主要是希望能达到所要求的 柔软度至于眼镜的规格 大多数人都能适合 由于此产 品不推荐儿童使用 因此也未考虑小的头型 鼻架是 可以调整的Kemmerer 承认 “当 然 偶而也发现某些人不适 用 但这种情况极少发生 ”架 在 用 户 耳 朵 上 的 眼 镜 腿 在 卸 掉 一 个 螺 丝 后 是 可以拔出来的 由于眼镜腿中装有喇叭 信号必须通 过眼镜腿 声音信号的电气连接采用接触连接 而不 采用接插件或硬接线方案 这样很容易更换
11、眼镜腿 而 不 影 响 喇 叭 的 工 作 用 户 只 要 拉 出 眼 镜 腿 就 能 更换 无需打开单元或进行焊接在下一代 Eye-Trek 中 某些装置可让用户选用自 己的耳机来听声音 不一定使用附带的耳机设 计 在 下 一 代 机 型 中 的 其 它 功 能 将 更 多 地 集 中 在技术的更新上 例如 经济实用的 LCD 最终将有电脑产品 5更 高 的 分 辨 率 这 是 目 前 发 展 的 趋 势 当 Olympus 从成本观点觉得高分辨显示器更有意义时 他们会这 样做的 就目前的显示器而言 对 169 结构 每个 显示器能提供 225 线 或 240000 像素的分辨率下一代产品的
12、控制盒会更小 电池经久耐用 或 许会使用锂聚合物化学电池 这些特性使设备更容易 携带由于眼镜本身的电路会逐渐转移至控制盒内 因 此控制盒应尽可能大一些 这样做有两个理由 减少 眼镜的重量并避免潜在热积聚 用户绝不愿意戴在头 上的眼镜会发热 唯一的途径是头机本身包含少量必 备的元件 仅仅是光路系统和驱动电路掌上电脑的特征界定和开发思考掌 上 电 脑 从 基 本 结 构 和 工 作 原 理 上 来 说 和 通 用 计算机没有基本原理上的区别 但又不同于通用计算 机 包括与笔记本式计算机也有着很大的区别 现在 许多笔记本电脑也比较小 但两者的定位是不同的 掌上电脑的输入 多采用笔输入 更适合大众使用
13、 但未必能快速地大量输入 掌上电脑要有文字编辑功 能 却不需要 Word 这样强大的功能 简单地说 掌 上电脑必须简单实用而小巧 另外 笔记本式计算机 的尺寸虽然大大地小于台式微机 但它的软件系统与电脑产品 6台式微机是兼容的 并且用户群也基本相同 但掌上 电脑则不然 随着技术的发展 它与微型机之间的兼 容之处将会越来越少 直至成为一种全新的系统掌上电脑与普通电脑相比 它的硬件资源非常有 限 不要说没有海量存储的硬盘 就是所配 RAM 容 量也不能与目前的台式机相比 掌上电脑为了便于随 身携带和方便移动使用 体积和重量必然要受到很大 的限制 供电方式也以电池供电为主 因此要求对整 机的功耗必须
14、进行严格控制小巧轻便 美观省电 简易好用 立即操作 使 用方便是掌上电脑在硬件或软件设计上的首要考虑 操作要比一般 PC 容易 就如同移动电话一样 当拿 起移动电话时 就希望能马上拨 接 (电 话 ) 同样 掌上电脑这种手持式电脑也要求在用户想用时 就能 立即使用 不必像 PC 那样必须等待长达几十秒甚至 几分钟的开机或关机时间 同时还要让用户可以轻易 上手 学习的难度要低 掌上电脑不可能在小小的机 身上还装个一百多键的键盘 因此其外表就要简单 清爽 操作上也要力求简便 最好使用手写输入法 或语音输入法 人机界面也必须能让用户马上看到想 要的资料或上次关机的画面 这又是掌上电脑一大特 点电脑产
15、品 7掌上电脑的英文意思是“ 个人数字助理 PDA)” 强调个人的隐私 加上自身的大小必须容易携带 因 此在整体设计上 要比 PC 更 强 调 “个 性 化 ” 就像现 在年轻人喜欢在手机上加些吊饰 贴些贴纸 向人们 宣告 这是我的手机 掌上电脑也是这样 掌上电 脑 的 设 计 必 须 能 让 用 户 感 觉 到 “这 就 是 我 个 人 专 用 的 掌上电脑 可 以 根 据 自 己 的 需 要 安 装 想 要 的 程 序 订阅个人感兴趣的电子报 比如想看哪些新闻 就订 阅哪些 就算看到广告 也必须是喜欢看到的广告 它可以根据用户所填写的资料 直接提供用户所感兴 趣的广告 非常实用 掌上电脑上
16、的信息本来就应该 是 这 样 “精 确 个 人 化 ”的 信 息掌 上 电 脑 硬 件 系 统 一 般 因 体 积 和 耗 电 的 原 因 都 采用低功耗的芯片系统 因而 PC 机中的 80x86 系统 不适用 软件系统一般采用小型实时多任务嵌入式操 作系统 因而 PC 机的操作系统更不适用所以可以说 掌上电脑系统是一种完全不同于已 有的 PC 系统的新型个人信息设备 它具备以下 6 个 特征体积小巧 便于携带 可方便地握在手中或放在 衣服的口袋里具有良好的人机界面和输入方式 操作简单 使电脑产品 8用方便 最好能以笔或语音输入 具有较丰富而简单适用的应用软件和娱乐软件 特低功耗 用电池就可长
17、时间连续工作 具有较强的通信能力 能通过有线或无线的方式发送和接收数据和信息 价格低廉 普通人都买得起上面所谈到的 6 个特征 主要是从用户的角度观 察掌上电脑所得到的结果 而更能反映掌上电脑本质 的是其软硬件系统的结构和组成掌上电脑的系统基本软硬件结构为 CPU 存储 器系统 输入电路系统 输出电路系统 通信电路系 统 无线通信系统 扩展接口电路系统 电源管理电 路 系 统 和 基 本 输 入 输 出 (BIOS)系 统 软 件 实时操作系 统 软 件 (RTOS) 内存管理系统软件 文件管理系统软 件 数据库系统软件 输入系统软件 输出系统软件 通信系统软件 无线通信系统软件 扩展接口电路
18、系 统软件 电源管理系统软件等下面简述部分重要组成的设计考虑 掌上电脑的心脏 控制着整个系统的运作 掌上电脑一般都采用低功耗 8 位 16 位或 32 位的微处理 器 这类处理器的工作电压一般为 3V 左右 甚至更 低 并与许多外部接口控制的逻辑单元集成在一起电脑产品 9比如将存储器控制单元 LCD 显示控制器或 LCD 驱 动电路 串行通信控制器 A/D 和 D/A 转换器 红外 通信电路 手写板电路 ROM SRAM 等都集成到 同一块芯片中 如此一来 一方面可满足对整机体积 的限制 另一方面也可使整机功耗大为减小以及大大 的降低价格用 量 大 的 有 Motorola 的 Dragon
19、Ball 系 列Hitachi 的 SH 系列及 MIPS 和 ARM 系列而 PC 机系列用的 Intel 系列 CPU 并不适用掌上 电脑 因功耗太大在掌上电脑中保存程序和数据的部件系统 一般 由三或四种类型存储器组成 即 SRAM ROM Flash ROM 或 EEP ROM 一 般 都 将 SRAM ROMFlashROM 或 EEPROM 尽可能做在 CPU 芯片中 这 样对减小体积和成本 特别是降低功耗都有极大的好 处PC 机中使用的存储器系列并不适用掌上电脑 因其是动态存储器 需不停的刷新 功耗太大 掌上 电脑一般也没有硬盘和软盘系统 因体积和功耗及抗 震等方面的原因而不适用主
20、要包括小键盘 触摸屏或手写板及语音输入 在掌上电脑中完成输入命令 数据 字符和图形的功电脑产品 10能 采用以上输入方式主要是为了满足掌上电脑减小 输入设备体积和降低成本的要求 并且由主 CPU 管 理 而不是象 PC 机那样用一专用的单片机来管理键 盘由于采用了触摸屏或手写板及语音输入的方式 带来了不少的新问题 比如高效短小的字识别算法和 程序 低成本高可靠 长寿命的触摸屏或手写板及语 音输入电路等问题主要为 LCD 显示屏和语音输出系统 在掌上电 脑中主要完成输出命令 数据 字符 图形及声音的 功能 采用 LCD 显示屏显示方式主要是为了满足掌 上电脑减小输出设备体积和低功耗的要求 同时微
21、型 高效高保真度的扬声器也是有其特殊要求的 而 PC 机中广泛使用的 CRT 显示器和扬声器 因体积和功 耗太大 无法满足掌上电脑的使用要求 非常不适用目前 已 有 柔 性 (即 塑 料 )型 的 LCD 显示屏 更出 现了显示时不耗电的 LCD 显示屏通 信 电 路 系 统 使 掌 上 电 脑 可 以 借 助 通 信 网 络 系 统 来 达 到 信 息 和 资 源 的 传 递 及 共 享 组 成 服 务 器 /掌 上型客户终端系统 这是计算机系统的必然发展的方 向 也是掌上电脑今后得以大规模发展的最重要原因 和特点 目前 掌上电脑的通信系统可以通过有线电脑产品 11红外或无线方式完成传送 B
22、P 机传呼 股票 短信息 等商业或娱乐信息 更可连接互联网完成浏览和收发 电子邮件等功能与 PC 机中的通信电路相比 对体积成本和功耗 及抗干性有极严格的要求掌 上 电 脑 在 应 用 时 经 常 会 遇 上 功 能 的 扩 展 要 求 比如 I/O 口的扩展 以便与扩展的外部设备连接 增强掌上电脑的功能 像增加微型通信 modem 微型 硬盘 打印机等功能其次要解决的就是存储器扩展的问题 虽然掌上 电脑内部带有一定的存储器 但对某些应用就不够用 了 因此 需要从外部进行扩展 以增大存储器的容 量 扩展存储器接口电路 一般都采用存储器并行接 口电路 也有采用存储器串行接口电路的 一般多采 用
23、CF 卡 MS(SONY)卡 和 SM(东 芝 )卡 系 统为了满足以上的要求 必需能够通过多种技术途 径来进行功能扩展 因此 扩展接口电路系统也是掌 上电脑中的一项比较重要的组成部分它与 PC 机中的扩展槽有着极大的不同 要求体 积和外型要非常的小巧可靠 制造难度也大得多电 源 管 理 电 路 系 统 在 掌 上 电 脑 中 是 一 个 非 常 重 要的部分 它直接关系到电池及整个系统正常可靠工电脑产品 12作时间的长短 电源管理电路系统工作的好坏直接关 系 到 电 池 使 用 时 间 长 短 和 整 个 系 统 正 常 可 靠 工 作 的 问题 电源管理电路一般包括电源电压的检测 调度 升
24、 压 和 稳 压 电 路 好 的 电 源 管 理 系 统 (和 电 源 管 理 软 件 一 起 )可 以 延 长 多 达 几 倍 的 电 池 寿 命 已 有 一 些 掌 上电脑因耗电过大而夭折 在掌上电脑中既使用整流 电源供电 也需要电源管理系统进行电源的切换管理 和过压 过流及反向电压保护 同时又要求电源管理 电路体积要小 自身耗电也要小主 要 用 来 管 理 掌 上 电 脑 的 基 本 输 入 输 出 电 路 系 统及外部电路的正常工作和管理系统功耗的 并提供 一些基本输入输出功能的程序调用 如基本时钟中断 子 程 序 进 程 切 换 子 程 序 键 盘 输 入 子 程 序 LCD 液晶屏
25、显示子程序和电源管理等 是硬件和软件之间 最底层的软件系统与 PC 机的 BIOS 系统相比 它要求短小精干 不需要复杂的自检测功能和 BIOS 设置等功能是掌上电脑中最关键的系统软件 它管理整个系 统的各种资源 使系统正常运作 但更重要的是提高 系统的可靠性及实时性 避免 PC 机 中 频 繁 发 生 的 “死 机 和 非 法 操 作 ”及 中 断 响 应 慢 等 现 象 因 此 在 掌 上 电 脑中一般采用小型实时多任务操作系统 以便能在慢电脑产品 13速 CPU 的情况下快速响应用户的操作 实时操作系 统是指具有实时性 即最短的中断响应时间 又能支 持实时控制系统工作的操作系统 掌上电脑
26、中实时多 任 务 操 作 系 统 的 首 要 任 务 是 调 度 一 切 可 利 用 的 资 源 完成实时任务切换 最常用的实时调度算法是事件发 生率单调算法 其次才着眼于提高计算机系统的使用 效率 最重要特点是要满足对时间的限制和要求 即 对响应时间有严格的要求与 PC 机中的 Windows 操作系统有着极大的不 同 首先是要求目标码要小 小于几百 K 字节以下 而不是几十兆或几百兆字节对中断响应要快 最长 不能超过几微秒级 而不是像 PC 机最长达到几毫秒 或几十毫秒在 掌 上 电 脑 中 内 存 管 理 软 件 系 统 是 一 项 重 要 的 系统软件 因 为 在 掌 上 电 脑 中
27、内 存 一 般 都 比 较 小 (与 PC 机相比 ) 因此内存是一种非常宝贵和有限的资源 必须仔细优化管理和利用 内存管理软件系统的基本 功能是跟踪哪些存储器正在被使用 哪些存储器空闲 着 当进程需要时为它分配存储器 当进程使用完后 为它释放存储器 必要时也要管理外部存储器或外设 的分配工作但不像 PC 机中有那样复杂的虚拟存储器管理电脑产品 14在 掌 上 电 脑 中 不 采 用 虚 拟 存 储 器 概 念 因 管 理 太 复 杂 而主要还是采用存储器块的管理方式主 要 是 按 文 件 的 方 式 管 理 系 统 和 用 户 的 有 效 数据 特点是系统和用户的有效数据一般都在 ROM 或
28、 Flash ROM 中 也有在外部存储器或网络中的 因此 跟 PC 机中文件主要存放在硬盘中的管理有着很大的 不同 在掌上电脑中文件系统软件正在逐步被嵌入式 数据库系统软件所代替主要是管理存放在 SRAM ROM 或 Flash ROM 及网络中的系统和用户数据 因为系统和用户的数据 一般都在 SRAM ROM 或 Flash ROM 中 由于内存 小和 CPU 速度慢 因此 数据的结构和压缩算法及 查找算法和数据库的微型化非常关键 必需采用特殊 的数据结构 算法及数据库的精简技术 嵌入式数据 库 系 统 以 其 在 移 动 计 算 以 及 无 线 网 络 数 据 保 存 和 管 理方面的独
29、特优势 即特有的移动性和微型化以及个 性化 进入了掌上电脑之中 将逐步取代文件系统 并向传统的数据库系统提出了新的挑战PC 机中的传统的数据库系统已远远的不适用于 掌上电脑系统了在掌上电脑中负责输入设备的管理 在掌上电脑 中一般没有 PC 机中的大键盘和鼠标 只有小键盘电脑产品 15触摸屏或手写板 并不带专用 CPU 而是共用主 CPU 而且只能工作在中断方式中 为了减少 CPU 的工作 时间 以达到降低 CPU 的功耗 因此输入软件系统 的编制有自己的特点和难度 例如手写汉字的快速正 确识别等在掌上电脑中负责输出设备的管理 在掌上电脑 中没有 PC 机中的大屏幕显示器和打印机 只有小的 LC
30、D 显示屏和简单的发声电路 它的输出软件有着极 大的特殊性 例如 LCD 显示屏小和喇叭小 发声效 率低等问题 如何安排显示画面和提高显示刷新速度 及 声 音 文 件 的 压 缩 和 得 到 失 真 小 效 率 高 的 发 声 算 法 及程序在掌上电脑中管理红外和无线通信的软件 特别 是无线电通信有 BP 机 手 机 和 FM 广播等系统 与 PC 机中的通讯软件系统有着很大的不同 如要小巧 高效等 因掌上电脑中的 CPU 速度低和内存小 要 实现一些协议和算法是有极大的困难的 需要大量的 研制开发工作通信 Modem 和无线卡 微型硬盘 打印机 I/O 扩展口等外设的驱动及管理软件 管理通信
31、 Modem 和无线卡 微型硬盘 打印机 I/O 扩展口等外设 还有外部扩展存储器的管理软件 在掌上电脑中管理电脑产品 16并行和串行的外部扩展存储器 扩展接口电路软件系 统 是 掌 上 电 脑 系 统 软 件 中 的 一 项 比 较 重 要 的 组 成 部 分 与 PC 机中的扩展接口软件有不小的差异 要求 快速和小巧可靠在 掌 上 电 脑 中 管 理 整 个 系 统 的 电 力 调 度 和 管 理 工作 编制好的电源管理软件系统可以使整个系统节 省高达几倍以上的电能 实现零功耗管理而在 PC 机中一般不配备此类软件系统 提供给用户直接使用的软件 主要有记事本 字典 万年历 股票机等应用软件
32、显示技术的新亮点 微显示器微 显 示 (Microdisplay) 技 术 的 核 心 就 是 把 显 示 电 视 图 像 或 计 算 机 图 像 的 全 部 像 素 集 成 到 一 片 集 成 电 路上 从不同的角度出发可以对微显示器给出好几个 不同的定义 在这里 我们根据微显示器本身的尺寸 将微显示器定义为对角线尺寸小于 3 英 寸 (7.62 厘米 ) 的平面显示器 这种定义比较容易接受 包容的技术 也比较广泛微 显 示 器 又 称 为 微 型 平 面 面 板 (Miniature Flat Panel) 常 在 光 学 引 擎 中 用 来 生 成 图 像 引擎是机械 动力的来源 光学引
33、擎即指光学中系统图像的来源 光学引擎分为两大类 一类用于投影显示系统 一类电脑产品 17用于虚拟显示系统 微显示器用于投影显示系统时 光学系统有两个作用 一是将微显示器上生成的微小 图像放大 二是在屏幕上产生实际的投影图像 正投 影 机 的 配 置 特 征 是 产 生 最 终 图 像 的 屏 幕 和 投 影 装 置 一分为二 背投影机的配置特征是光学放大系统装在 图像生成屏幕的背后 利用微显示器的正投机已有产 品面市 这些机器可以直接和手提式电脑互连 投影 显 示 系 统 的 其 他 用 途 包 括 家 庭 娱 乐 系 统 数 据 监 视 器 专业和商用投影系统 仿真系统以及数字影院微显示器用
34、于虚拟显示时 光学系统生成的是虚 拟图像 这些图像出现在观察器的内部 观看者在观 察器内部某处 可看到与实物显示屏相同的虚像 但 看起来非常之大 这些微显示器主要用于头戴式或手 掌式 PC 监视器 DVD 蜂窝设备的视频显示器 数 字照相机 数字电话寻呼机以及 CAD/CAM 和游戏机 等视觉显示环境 这些显示器往往称为个人显示器到目前为止 绝大部分微显示器用在移动通信的 显示屏和个人显示器中 用于投影显示的微显示器 数量上只占很小的比例随着技术的发展 差不多所有的电子器件体积都 已经显著地减小了 唯有显示器件本身是一个例外 微 显 示 器 的 出 现 极 大 地 减 小 了 显 示 器 件
35、本 身 的 尺电脑产品 18寸 这就给了工业产品的设计者们一个机会 在增加 图像显示尺寸和清晰度的同时 极大地减小显示器的 尺寸 在许多情况下 显示器越小 整机越便宜 因 此 使用微显示器不仅仅会使系统价格下降 较小的 物理尺寸也意味着产品体积将较小较轻 在利用相同 电池的条件下工作时间也较长微 显 示 器 与 普 通 显 示 器 的 主 要 不 同 在 于 它 们 可 以提供高得多的分辨率 多数显示器的全彩色分辨率 只有 80 100 行 /英 寸 而许多微显示器提供的彩色分辨率可达 1000 行 /英 寸 或 者 更 高 从已有微显示器芯片的生产过程看 许多微显示器采用了混合工艺 这种工艺
36、首先利用现有的大规模 集成电路的生产线制造 CMOS 硅基片 然后在硅基 片 的 另 一 面 生 成 包 含 光 调 制 器 或 光 发 射 层 的 上 层 结 构 比如 上层结构层由液晶材料组成时 就可以在 具有规模生产能力的 LCD 工厂中完成微显示器生产 的最后工序通 过 成 熟 的 工 业 流 程 来 生 产 新 型 显 示 器 件 导 致 将 CMOS 矩阵用作显示器的控制矩阵 这种作法可 以为芯片增加各种复杂的新功能 从而为灵巧型显示 器的诞生铺平道路 第二 生产商在充分利用原有厂 房和设备的情况下进入显示器的生产领域 这种模式电脑产品 19降 低 了 微 显 示 器 的 生 产
37、投 资 加 速 了 产 品 上 市 的 时 间 这就是大批从未生产过显示器产品的高科技企业 迅速成为显示器领域新秀的原因我 们 将 技 术 上 比 较 成 熟 的 微 显 示 器 大 致 分 为 四种发光型微显示器事实上有好几种不同的工艺 共同点是它们都有硅基片和发光材料层 光可由电致发 光 (EL)层 或 荧 光 层 发 出 基于荧光材料的器件往往包 含 真 空 荧 光 或 其 他 新 型 发 光 机 制 如 场 致 发 射 (FE) 有 机发光材料也在开发之中以 有 源 矩 阵 电 致 发 光 (AMEL)为 例 硅 基 片 包 含 有源控制矩阵 电致发光的荧光材料淀积在基片另一 面上 最
38、后生成固态的微显示器 真 空 荧 光 (VF)技 术 利用电子轰击荧光材料发光 这一点很像 CRT 有好 几 家 公 司 正 在 开 发 硅 片 真 空 荧 光 (VFOS)技 术 这种技 术利用 CMOS 硅生成控制像素发光的有源矩阵 矩 阵 分 别 控 制 淀 积 在 基 片 上 每 一 像 素 的 红 绿 蓝 荧 光 材 料的发光 导线状的灯丝用作激发荧光的电极另一种正在开发的技术是有机发光二极管 直视 型 OLED 显示器正处于商业化生产的初期阶段 又出 现 更 加 新 型 的 有 源 矩 阵 有 机 发 光 二 极 管 (AMOLED) 微显示器 这种技术也是在硅基片上用淀积法生成有
39、电脑产品 20机发光层 利 用 场 发 射 显 示 (FE)的 微 显 示 器 也 在 发 展 之中 FE 器件也是利用荧光材料来发光的 但工作 方式不同于 VF FE 器件在整个基片上生成大量细微 的发射极透射型微显示器有两类 都是有源矩阵液晶显示 器 (AMLCD) 它 们 都 需 要 背 光 源 背 光 源 发 出 的 光 在经过每一像素时受到液晶单元的调制 而液晶单元 受显示屏上晶体管的控制 这种微显示器有用多晶硅 晶体管的 也有用单晶硅晶体管的 在利用单晶硅的 方式中基 片 用 的 是 硅 绝 缘 体 (SOI)而 不 是 硅 圆 片 随后 有源电极被取下来移置到玻璃基板上 下一步
40、的液晶加工就是在这一薄而透明的玻璃基板上完成 附加的电路例如行 列驱动器 必须在基板的显示屏 的周边部分生成多晶硅微显示器不需要分开的基板材料 例如在 高 温 多 晶 硅 (HTPS)方 式 中 所有的处理均在石英片上 完成 首先 在基片上淀积一层非晶硅层 然后利用 高温退火将其转变成多晶硅 这样做改善了材料的电 气性能 容许某些周边的行 列驱动器在显示屏晶体 管附近生成 不过 多晶硅的电气特性不如单片硅那 么好 最后经过下一步的液晶添加 最后完成透射微 显示器的全部加工 作 为 正 投 机 的 光 学 引 擎 HTPS电脑产品 21微显示器已经取得很大的成功 这些器件一般可以直 接连接笔记本
41、电脑 利 用 低 温 多 晶 硅 (LTPS)的 液 晶 器 件也进入商业生产 它可以应用比较便宜但面积大得 多的玻璃基片 并准备用来生产微显示器反射型微显示器利用外部光源 当光从微显示器 表面反射时被调制 这里有两种主要技术 一种是硅 片液晶(LCOS) 一 种 是 微 机 电 系 统 (MEMS) LCOS 器件的有源控制电路采用 CMOS 工艺 然后生成液 晶层作为反射器 LCOS 微显示器可以利用约 85%的 表面积来反射光 光栅利用系数比较高 对反射光的 调制由加到液晶的电压来控制 LCOS 器件有许多不 同种类 差别在于基板材料或液晶结构的不同 或者 仅 在 于 输 出 模 式 的
42、 不 同 (数 字 或 模 拟 ) 基于 LCOS 器 件 的 投 影 显 示 器 是 近 期 显 示 技 术 的 重 点 发 展 产 品 之 一 在大屏幕显示器领域 有可能向其他显示产品如 CRT 投影机 等离子显示屏 拼缝式 LCD 显示器等 提出挑战从实质上看 MEMS 已经在硅基片上构成了完整 的微显示器 无制造附加的上层结构 从定义即可看 出 微机电系统的内部可以包含微型的可动的机械部 件 这些部件由控制电压操作 数 字 微 镜 器 件 (DMD) 是其中最成功的一种 这一结构包含了利用集成电路电脑产品 22工艺生成的控制矩阵 控制矩阵上方排列着由微型铝 薄膜镜面组成的微镜阵列 一面
43、镜子代表一个像素 镜面起光开关的作用 当控制信号令镜面指向“通”的 位置 反射光将进入光学系统 在显示屏幕上形成一 个亮点 控制信号令镜面指向“断”的位置 反射光不 能进入光学系统 在屏幕上相应位置形成一个暗点 DMD 的 实 质 是 对 代 表 一 个 像 素 的 光 线 “通 ”“断 ”进 行 管理基于 DMD 的数字光处理技术(DLP)已在投影 技术中取得了极大的成功 另一种 MEMS 方式是利 用微型栅网阵列 令栅网上下移动来产生入射光和反 射光之间的干涉 使反射增强或减弱 起到了对光线 进行调制的作用上 面 提 到 的 几 种 微 显 示 器 都 在 其 系 统 内 部 实 际 生成
44、了一个完整的显示器 或者说存在一个完整的显 示像素矩阵 另外还有扫描型的微显示器系统 也可 用来产生投影型或虚拟型图像 其内部没有完整的显 示像素矩阵 只有单一的发光点或发光行 这些系统 一般要使用红 绿 蓝激光或发光二极管作为图像的 来源 使 用 单 一 激 光 /发 光 二 极 管 的 系 统 光 源 必 须 在两维方向作扫描以产生图像 使用一列或一行激光/发 光 二 极 管 的 系 统 只 需 要 一 个 方 向 的 扫 描 扫描 型微显示器要对光源直接进行调制 光源要在每一个电脑产品 23瞬间产生相应像素位置所需要的光强 基于激光或发 光二极管的系统现在都在开发之中高密度 高分辨率 L
45、CD自从 1968 年 RCA 公 司 公 开 动 态 散 射 模 式 (DSM) 液晶显示技术以来 液晶显示技术迅速发展 但 DSM 是功率式显示模式 由于 DSM 材料稳定性差 对比 度低等原因未能得到应用70 年代初 Schadt 等人提出 TN 模式 Gray 合成 了稳定的 TN 液晶材料 很快形成了 TN LCD 产业 TN 电光阈值特性差 只能用于分段式数字 字符 静态图形显示 TN 显示器应用于数字手表 计算器 仪器仪表 游戏机 家电控制器等由于 TN LCD 显示容量小 应用领域受限制 促 使开发 STN LCD 技术 80 年代中期 Scheffer 等人提 出 STN 显
46、示模式 在 TN LCD 技术基础上 很快形 成 STN LCD 产业 利用 STN 电光阈值特性 开发了 多路驱动简单矩阵显示技术 STN LCD 产品主要应 用于 BP 机 手机 PDA 文字处理机等经过十几年的 TFT LCD 技术的开发 90 年代初 形成了 a-Si TFT LCD 产业 TFT LCD 技术是 TN LCD 技术和 TFT 开关平面阵列技术相结合的技术 克服 了 TN 模式阈值特性不足 大大增加信息显示容量电脑产品 24分辨率已达到 QXGA(20481536) 1600 万色 其显 示品质与 CRT 媲美但 a-Si TFT 受载流子迁移率低的制约 不适合应 用于
47、高密度高分辨率液晶显示 因而研究开发了 p-Si TFT LCD 技术 显示像素密度 200ppi(pixel per inch) 以上 并与周边电路可集成一体化 改善了显示器件 的紧凑性和可靠性 p-Si TFT LCD 不仅应用直视式显 示 例如数码相机 摄像机 笔记本电脑等 而且应 用 于 投 影 显 示 (前 投 影 和 背 投 影 )和 头 盔 显 示 等为了获得更高密度显示 近来发展起来的 LCOS 技术是利用 Si 晶片上 MOS 器件集成技术和 LCD 技 术相结合的反射式液晶显示技术 其像素密度 700ppi 以上 主要应用于投影显示和头盔显示综上所述 LCD 应用领域非常广
48、泛 几乎覆盖所 有显示应用领域 同时 LCD 技术发展速度惊人 据 日本夏普公司最近提供数据表明 2000 年平板显示市场总产值为 208 亿美元 其中 LCD 占 87% 2005 年预计可到 642 亿美元 液晶显示占 76% 这些数据表 明平板显示器市场很大 发展很快 LCD 是平板显示 的主导技术70 年代初 Brody 等人开发了 CdSe TFT LCD 技 术 由于 CdSe 材料技术不成熟 未能发展成工业化电脑产品 25生产技术 借助太阳能电池 a-Si材 料 制 备 技 术 和 MOS 器件集成技术 在玻璃基板上成功地制备了 a-Si TFT 平 面 阵 列 并 与 液 晶
49、显 示 技 术 相 结 合 发 展 了 a-Si TFT LCD 技术 此技术由玻璃基板转移到单晶硅片上 发 展成 LCOS 技术利 用 单 晶 硅 耐 高 温 性 能 容 易 制 造 p-Si TFT(MOS)器 件 可以集成周边驱动电路和控制电路 利用 p-Si 高迁移率 可集成高密度 TFT 平面阵列 因 反 射 式 显 示 几 乎 不 受 开 口 率 的 限 制 并 且 像 素 尺 寸 为微米量级 像素密度可达 1 000ppi 这种硅片上高 密度高分辨率像素集成技术完全借助集成电路(IC)技 术 是比较成熟的技术 但 LCOS 显示必须采用投影 放大显示 放大倍数 20 60 倍 要求 LCOS 像素上 缺陷尺寸小于 2 5mm 当前 LCOS 批量生产中遇到 成品率较低的问题 其主要原因与制造技术和取向排 列技术有关 表 1 和表 2 分别列出非扭曲 LC 模式 和扭曲 LC 模式 当前 LCOS 主要用 TN 模式 表 1 和表 2 中不同模式各有优缺点 成为相互有力的竞争 者 人们比较看好“ V”字型电光效应铁电液晶和垂直 排列 还有提高照明光源灯亮度和寿命 改进照明光 学系统和投影系统 LCOS 将成为背投影数字 HDTV 和
