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干涉調變顯示器(IMOD)
❒ 干涉(Interference)
兩個光波彼此之間交互作用稱為「干涉(Interference)」，科學家發現，蝴蝶的翅膀會有美麗的色彩，就是因為翅膀內有許多微小的孔洞，形成光波的「共振腔(Cavity)」，所謂的共振腔就是可以讓光在裡面來回不停反射的結構，由於共振腔的大小不同，可以使入射光與反射光產生兩種不同的干涉現象：
➤建設性干涉(Constructive interference)：入射光與反射光在共振腔內的相位相同(波形相同)，因此入射光振幅最大的地方(圖中藍色箭頭所示)與反射光振幅最大的地方發生在相同的位置互相疊加，使得反射光的振幅變大，如＜圖一(a)＞所示。
➤破壞性干涉(Destructive interference)：入射光與反射光在共振腔內的相位相差180度(波形互補)，因此入射光振幅最大的地方(圖中藍色箭頭所示)與反射光振幅最小的地方發生在相同的位置互相抵消，使得反射光的振幅變小，如＜圖一(b)＞所示。知識力www.ansforce.com。
圖一 建設性干涉與破壞性干涉原理示意圖。
❒ 干涉調變顯示器(IMOD)的構造
蝴蝶的翅膀內有許多微小的孔洞讓光線產生干涉現象，讓眼睛看來有各種不同的顏色，如＜圖二(a)＞所示；我們可以利用入射光與反射光之間的干涉現象來製作顯示器，稱為「干涉調變顯示器(IMOD：Interferometric Modulation)」。
➤亮暗的顯示：如果光波與光波的能量因為干涉而增強，稱為「建設性干涉」，這個時候光的亮度會增加；如果光波與光波的能量因為干涉而減弱，稱為「破壞性干涉」，這個時候光的亮度會減少，我們就是利用這種原理來控制亮暗，如＜圖二(b)＞所示。知識力www.ansforce.com。
➤彩色的顯示：科學家發現，大自然的光經過干涉可以形成不同的顏色，我們可以利用干涉的原理，讓自然光經過反射以後變成各種不同的顏色，來達到顯示不同顏色的目的。
圖二 干涉調變顯示器(IMOD)的構造。
參考資料：www.qualcomm.com。
❒ 干涉調變顯示器(IMOD)的原理
為了要使光波產生干涉，科學家使用一對反射鏡製作成「共振腔(Cavity)」，放在玻璃基板下方，如＜圖二(b)＞所示，我們稱為「Febry-Perot共振腔」，由上下兩個薄膜組成：
➤堆疊薄膜(Stack thin film)：上方的堆疊薄膜為半反射(半穿透)薄膜，可以反射95%的光，穿透5%的光，利用反射光與入射光產生干涉現象。
➤反射薄膜(Reflective membrane)：下方的反射薄膜可以反射100%的光。
上下兩個薄膜之間的空隙大約100nm(奈米)，就是所謂的「共振腔(Cavity)」，讓太陽光或背影光(例如：室內的燈光)由上方入射，經由上下兩個薄膜來回反射產生共振與干涉，如果是建設性干涉光的亮度會增加；如果是破壞性干涉光的亮度會減少，由於上方的堆疊薄膜為半反射(半穿透)薄膜，可以穿透5%的光，因此會一直有光不停地從上方穿透出來，進入使用者的眼睛，我們就可以看到影像了。
❒ 干涉調變顯示器(IMOD)的彩色顯示
干涉調變顯示器(IMOD)的每一個畫素均為微機電系統(MEMS)製程技術所製作的元件，在每個畫素的玻璃基板下方製作位置固定的堆疊薄膜與可以上下移動的反射薄膜，如＜圖三(a)＞所示，我們取出紅色次畫素的其中一個「次畫素單元」來說明干涉調變顯示器的原理，如＜圖三(b)＞所示。
➤紅色：白光(R、G、B)入射到共振腔，被堆疊薄膜反射回來的白光為R1、G1、B1，而被反射薄膜反射回來的白光為R2、G2、B2。由於此時共振腔的空氣間隔最大，使得R1與R2產生建設性干涉，所以紅光的亮度會增加，而G1與G2、B1與B2產生破壞性干涉，所以綠光與藍光的亮度會減少。
➤綠色：外加正電壓使反射薄膜向上移動，此時共振腔的空氣間隔次大，使得G1與G2產生建設性干涉，所以綠光的亮度會增加，而R1與R2、B1與B2產生破壞性干涉，所以紅光與藍光的亮度會減少。
➤藍色：外加正電壓使反射薄膜再向上移動，此時共振腔的空氣間隔最小，使得B1與B2產生建設性干涉，所以藍光的亮度會增加，而R1與R2、G1與G2產生破壞性干涉，所以紅光與綠光的亮度會減少。
➤黑色：外加正電壓使反射薄膜再向上移動，此時共振腔的空氣間隔為零，使得入射光全部吸收，變成黑色。
➤回復：外加負電壓使反射薄膜回復原來的位置，此時變回紅色。
由於使用微機電系統(MEMS)製程技術所製作的堆疊薄膜與反射薄膜具有「雙穩態(Bistability)」的特性，外加正電壓以後，就可以將電壓關閉，反射薄膜仍然會保持在最高的位置，此時的空氣間隔(共振腔)為零，使得入射光全部吸收變成黑色，直到外加負電壓才會回復原來的位置變回紅色。這樣的特性使干涉調變顯示器在顯示黑色時不需要一直外加電壓(可以將電壓關閉)，所以非常省電。
圖三 干涉調變顯示器(IMOD)的原理。
資料來源：www.qualcomm.com。
此外，由＜圖三(a)＞中可以看出，R次畫素總共有8個「次畫素單元」，當8個次畫素單元全亮，則為紅色，當7個次畫素單元全亮與1個次畫素單元全暗，則為次紅色，依此類推，可以顯示出28=216種不同亮度的紅色(紅階)；同理，也有216種不同亮度的綠色(綠階)、216種不同亮度的藍色(藍階)。每個次畫素單元都可以獨立控制，才能顯示出各種不同亮度的紅色、綠色、藍色，排列組合以後使每個畫素都可以顯示出全彩的顏色，這種調變方法稱為「次畫素法(空間調變法)」，請參考第5章基礎光電磁學的詳細說明。
❒ 干涉調變顯示器(IMOD)的優缺點
➤優點
1.非常省電：使用微機電系統(MEMS)製程技術所製作的堆疊薄膜與反射薄膜具有「雙穩態(Bistability)」的特性，使干涉調變顯器在顯示黑色時不需要一直外加電壓(可以將電壓關閉)，所以非常省電。
2.色彩鮮明：利用干涉的原理呈現出來的彩色非常鮮明美麗，就像我們看到蝴蝶翅膀上美麗的顏色一樣。
3.材料性質穩定：使用微機電系統(MEMS)製程技術製作的堆疊薄膜與反射薄膜都是屬於性質穩定的材料，使用壽命長。
➤缺點
1.大面積製作困難：使用微機電系統(MEMS)製程技術，不容易製作大面積的平面顯示器，所以目前無法應用在家用電視的市場。
2.必須依賴背景光：由於必須反射太陽光(背景光)，所以顯示器的亮度完全由太陽光(背景光)的亮度來決定，在陰暗的地方影像模糊。
3.製程不成熟：使用微機電系統(MEMS)製程技術，目前還在開發階段製程不成熟，良率較低，價格較高。
4.難以製成可撓式顯示器：由於堆疊薄膜與反射薄膜必須有機械支撐才不會破裂，所以硬的玻璃基板很重要，無法使用軟的塑膠基板來製作，因此難以製成可撓式顯示器。
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【文章圖示】www.qualcomm.com。