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　　花費了大量精力了解色輪之后，下面我們來了解DLP投影機的另外一大核心——DMD芯片。

　　如果說在色輪的研發(fā)上，投影機制造商們還能根據(jù)自己的實際需要生產(chǎn)不同的產(chǎn)品，那么DMD芯片就完全掌握在了德州儀器的手中了。經(jīng)過十多年的發(fā)展，DMD芯片不僅尺寸上從0.55寸到0.95寸，技術(shù)上也從SDR DMD芯片組發(fā)展到了DDR 芯片組，同時分辨率最高已經(jīng)可以達(dá)到了4K（第一塊DMD的分辨率僅為16×16），德州儀器甚至將DMD芯片稱為世界上最精密的光學(xué)元器件。

最精密“光開關(guān)”DLP投影技術(shù)深度解析
德州儀器推出0.98-DLP影院DMD芯片

　　DMD的作用就是將色輪透過來的三原色光混合在一起，并且通過數(shù)據(jù)控制轉(zhuǎn)換為彩色圖像。雖然看似簡單，但是技術(shù)含量極高，那么DMD又是如何實現(xiàn)這一功能的呢？

　　DMD是一種整合的微機電上層結(jié)構(gòu)電路單元，利用COMS SRAM記憶晶胞所制成。DMD上層結(jié)構(gòu)的制造是從完整CMOS內(nèi)存電路開始，再透過光罩層的使用，制造出鋁金屬層和硬化光阻層交替的上層結(jié)構(gòu)，鋁金屬層包括地址電極、絞鏈(hinge)、軛(yoke)和反射鏡，硬化光阻層做為犧牲層(sacrificiallayer)，用來形成兩個空氣間隙。鋁金屬經(jīng)過濺鍍沉積及等離子蝕刻處理，犧牲層則經(jīng)過等離子去灰(plasma—ashed)處理，制造出層間的空氣間隙。

　　如果從技術(shù)角度來看，DMD芯片的構(gòu)造包括了電子電路、機械和光學(xué)三個方面。其中電子電路部分為控制電路，機械部分為控制鏡片轉(zhuǎn)動的結(jié)構(gòu)部分，光學(xué)器件部分便是指鏡片部分。當(dāng)DMD正常工作的時候，光線經(jīng)過DMD芯片，DMD表面布滿了體積微小的可轉(zhuǎn)動鏡片便會通過轉(zhuǎn)動來反射光線，每個鏡片的旋轉(zhuǎn)都是由電路來控制的。每個鏡子一次旋轉(zhuǎn)只反射一種顏色（例如，投射紫顏色像素的微鏡只負(fù)責(zé)在投影面上反射紅藍(lán)光，而投射桔紅色像素的微鏡只負(fù)責(zé)在投影面上按比例反射紅和綠光（紅色的比例高、綠色比例低），鏡子的旋轉(zhuǎn)速度可達(dá)到上千轉(zhuǎn)，如此之多的鏡子以如此之快的速度進(jìn)行變化，光線通過鏡頭投射到屏幕上以后，給人的視覺器官造成錯覺，人的肉眼錯將快速閃動的三原色光混在一起，于是在投影的圖像上看到混合后的顏色。

　　如果你只想簡單的了解DMD的工作原理，上一段文字已經(jīng)夠用了。如果你想窮根究底，下面我們就來一起來全面而詳細(xì)的了解DMD芯片的構(gòu)造和工作方式。

最精密“光開關(guān)”DLP投影技術(shù)深度解析
DMD芯片的構(gòu)造

　　在DMD芯片的最上面由數(shù)十萬片面積為14×14微米、比頭發(fā)斷面還小的微鏡片組成，增加DMD內(nèi)微鏡片的數(shù)量，即可提高產(chǎn)品的分辨率，而不須改變微鏡片的大小 (例如分辨率為1024×768的投影機DMD芯片上有786432個小鏡片)，這些鏡面經(jīng)由下面被稱為“軛”的裝置鏈接，并被“扭力鉸鏈”控制，可以左右翻轉(zhuǎn)。前期的鏡片的翻轉(zhuǎn)角度僅為10°，后來德州儀器對鏡片下方的鏈接部分進(jìn)行了改善和簡化，鏡片的翻轉(zhuǎn)角度提升到了12°。雖然僅僅提升了2度，但是成像過程中的雜散光線的影響被大大降低，對比度指標(biāo)進(jìn)一步提高。當(dāng)記憶晶胞處于“ON”狀態(tài)時，反射鏡會旋轉(zhuǎn)至+12度，若記憶晶胞處于“OFF”狀態(tài)，反射鏡會旋轉(zhuǎn)至-12度。只要結(jié)合DMD以及適當(dāng)光源和投影光學(xué)系統(tǒng)，反射鏡就會把入射光反射進(jìn)入或是離開投影鏡頭的透光孔，使得“0N”狀態(tài)的反射鏡看起來非常明亮，“0FF”狀態(tài)的反射鏡看起來很黑暗。利用二位脈沖寬度調(diào)變可以得到灰階效果，如果使用固定式或旋轉(zhuǎn)式彩色濾鏡，再搭配一顆或三顆DMD芯片，即可得到彩色顯示效果。配有一顆DMD芯片的DLP投影系統(tǒng)稱為“單片DLP投影系統(tǒng)”，經(jīng)色輪過濾后的光，至少可生成1670萬種顏色。DMD的輸入是由電流代表的電子字符，輸出則是光學(xué)字符，這種光調(diào)變或開關(guān)技術(shù)又稱為二位脈沖寬度調(diào)變，它會把8位字符送至DMD的每個數(shù)字光開關(guān)輸入端，產(chǎn)生28或256個灰階。

　　目前DMD本身的光學(xué)有效面積也大大增強，已經(jīng)能占到整個芯片表面積的90%以上，有效提升了光學(xué)利用率。另外還有一點需要進(jìn)行了解：通過對每一個鏡片下的存儲單元以二進(jìn)制平面信號進(jìn)行電子化尋址，DMD陣列上的每個鏡片被以靜電方式傾斜為開或關(guān)態(tài)。決定每個鏡片傾斜在哪個方向上為多長時間的技術(shù)被稱為脈沖寬度調(diào)制（PWM）。

　　鏡片下方的“軛”和“扭力鉸鏈”采用被稱為“面微加工(surface micromachining)多晶矽”方法制作，具有機構(gòu)穩(wěn)固性、靈活性強，成本低廉的特點。具體實現(xiàn)步驟是為機械單元選用鋁合金材料，并以傳統(tǒng)光阻作為犧牲空間。所有工作都在200℃以下完成，因此在晶片上增加MEMS時不會影響金屬化制程或電晶體，也不會影響已經(jīng)完成的CMOS電路。這種方法是MEMS微型反射鏡的標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)。同時又很好的解決了半導(dǎo)體制程、為機械制程和光學(xué)制程間肯能的相互破壞的問題。這種方法與其他MEMS制造方法全然不同， TI是目前仍采用這種方法的唯一一家公司。

　　DMD芯片主要的工作方式是依據(jù)后端電路傳遞給CMOS芯片的不同信號，調(diào)控片上每個微鏡的旋轉(zhuǎn)位置，進(jìn)而使得照射在微鏡上的光線有選擇的反射道不同方向。作為微型數(shù)字光學(xué)處理器件，DMD不僅是DLP投影機的核心組建，而且也被廣泛應(yīng)用到了印刷、可研等諸多需要數(shù)字光開關(guān)的領(lǐng)域，成為了微電子機械學(xué)MEMS最成功的產(chǎn)品之一。


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