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新闻详情

DMD芯片显示原理的介绍

DMD

(MEMS

superstructure

cell)

,它是利用

CMOS

SRAM

记忆晶胞所制

成。

DMD

上层结构的制造是从

完整

CMOS

内存电路开始,再透过光罩层的使用,制造出铝金属层和硬化光阻层

(hardened

photoresist)

交替的上层结构,铝金属层包括地址电极

(address

electrode)

、绞链

(hinge)

、轭

(yoke)

和反射镜,硬化光阻层则

作为牺牲层

(sacrificial

layer)

,用来形成两个

空气间

(air gaps)

铝金属会经过溅镀沉积

(sputter-deposited)

以及电浆蚀刻

(plasma-etched)

处理,牺牲层则会经过电浆去灰

(plasma-ashed)

处理,以便制造出层间的空气间隙

每个

微反射镜都能将光线从两个方向反射出去,

实际反射方向则视底层记忆晶胞的状态而定;

记忆晶胞处于「

ON

」状态时,反射镜会旋转至

+12

度,记忆晶胞处于「

OFF

」状态,反射

镜会旋转至

-12

度。只要结合

DMD

以及适当光源和投影光学系统,反射镜就会把入射光反

射进入或是离开投影镜头的透光孔,使得「

ON

」状态的反射镜看起来非常明亮,

OFF

」状

态的反射镜看起来就很黑暗。

利用二位脉冲宽度调变可以得到灰阶效果,

如果使用固定式或

旋转式彩色滤镜,

再搭配一颗或三颗

DMD

芯片,

即可得到彩色显示效果

DMD

的输入是

由电流代表的电子字符,输出则是光学字符

,这种光调变或开关技术又称为二位脉冲宽

度调变

(binary pulsewidth

modulation)

它会把

8

位字符送至

DMD

的每个数字光开关输入

端,产生

28

256

个灰阶。最简单的地

址序列

(address

sequence)

是将可供使用的字符

(field

time)

(MSB)

(LSB)

,依序在每个位时间使用一个地址序列。当整个光开关数组都被最高位寻址后,再将

各个像素致能

(

重设

)

使他们同时对最高有效位的状态

(1

0)

做出反应。

在每个位时间,

下个位会被加载内存数组,

等到这个位时间结束时,

这些像素会被重设,

使它们同时对下个

地址位做出反应。

此过程会不断重复,

直到所有的地址位都加载内存。

入射光进入光开关后,

会被光开关切

换或调变成为一群光包

(light

bundles)

,然后再反射出来,光包时间则是由电

子字符的个别位所决定。

对于观察者来说,

由于光包时间远小于眼睛的整合响应

integration

时间,因此他们将会看到固定亮度的光线。

(

)DMD

的工作过程描述

DLP

技术基础是光学半导体、数字微镜芯片(

DMD

)由德州仪器公司的

LarryHornbeck

1987

年发

明,

DMD

芯片可以对光进行数字化调制、

数字微镜器件包含了

一个由微镜镜面组成的长方形阵列

组成、这个阵列对应与投影图象中的光线、这些镜面和

数字信号、

光源和投影镜头协同工作时,

能够把象、最忠实地再现出来、数字信号会激活各

镜片下放的微型电极、这个电极就推动镜片迎向或避开光源

、当镜片迎向光源(开启)时,

会将一个白色像素通过镜头反射、到荧幕上、当镜面避开光源(关闭)时,镜面像素在荧幕

上的所在位置便呈现深色。

精薇镜面的旋转速度是每秒钟是

5000

(这些

DMD

镜面可以、

每秒开关数千次)

、交换各镜面的开关时间,就能够产生不同的等级灰度、开启的时间长与

关闭时间,产生的灰度象素就浅、关闭的时间长与开启时间,产生的灰度象素就深、

DMD

镜面可以反射

1024

个灰度等级,来产生灰度图象

、把灰度图象加上彩色大多数

DLP

系统

中,光源与镜面座板之间加个色轮的光过滤器、随着色轮的旋转,红、绿、蓝三种光线依次

便落在、

DMD

镜面上、

各个镜面的开、

关状态会随着彩色光线的闪烁而调整、

通过此方法、

一个典型的

DLP

投影系统,能够产生

1600

万种色彩例如,当红色或兰色光线落在镜面上

时才将镜面打开,通过我们的眼睛就可以产生紫色像素,紫色图象。采用了

DLP

技术的投

影机、电视机、家庭影院系统使用单一

DMD

结构、单

DMD

芯片系统,包含了一个

DMD

芯片、

一个投灯一个色轮和一组投影镜头,

产生的图象比任何其他显示技术都要更加清晰。

更加色彩丰富、电影和大屏幕投影机都使用

3

DMD

芯片系统,白光穿过一个

棱镜,被分解成红、绿、蓝三种颜色,每个

DMD

芯片专用于一种颜

色,经过反射的红、

绿、蓝光线被混合起来,穿过镜片投影到屏幕上,

DLP

Cinema

投影系统能够产生

35

万亿

种颜色

,

花费了大量精力了解色轮之后,下面我们来了解

DLP

投影机的另外一大核心——

DMD

芯片。

如果说在色轮的研发上,

投影机制造商们还能根据自己的实际需要生产不同的产品,

DMD

芯片就完全掌握在了德州仪器的手中了。经过十多年的发展,

DMD

芯片不仅尺寸上从

0.55

吋到

0.95

吋,技术上也从

SDR

DMD

芯片组发展到了

DDR

芯片组,同时分辨率最高已经

可以达到了

4K

(第一块

DMD

的分辨率仅为

16×16),德州仪器甚至将

DMD

芯片称为世界上

最精密的光学元器件。

德州仪器推出

0.98-DLP

影院

DMD

芯片

DMD

的作用就是将色轮透过来的三原色光混合在一起,

并且通过数据控制转换为彩色图

像。虽然看似简单,但是技术含量极高,那么

DMD

又是如何实现这一功能的呢?

DMD

是一种整合的微机电上层结构电路单元,利用

COMS SRAM

记忆晶胞所制成。

DMD

层结构的制造是从完整

CMOS

内存电路开始,再透过光罩层的使用,制造出铝金属层和硬化

光阻层交替的上层结构,铝金属层包括地址电极、绞链

(hinge)

、轭

(yoke)

和反射镜,硬化

光阻层做为牺牲层

(sacrificiallayer)

用来形成两个空气间隙。

铝金属经过溅镀沉积及等

离子蚀刻处理,牺牲层则经过等离子去灰

(plasma

ashed)

处理,制造出层间的空气间隙。

如果从技术角度来看,

DMD

芯片的构造包括了电子电路、机械和光学三个方面。其中电

子电路部分为控制电路,

机械部分为控制镜片转动的结构部分,

光学器件部分便是指镜片部

分。当

DMD

正常工作的时候,光线经过

DMD

芯片,

DMD

表面布满了体积微小的可转动镜片便


会通过转动来反射光线,

每个镜片的旋转都是由电路来控制的。

每个镜子一次旋转只反射一

种颜色

(例如,

投射紫颜色像素的微镜只负责在投影面上反射红蓝光,

而投射桔红色像素的

微镜只负责在投影面上按比例反射红和绿光(红色的比例高、

绿色比例低),

镜子的旋转速

度可达到上千转,

如此之多的镜子以如此之快的速度进行变化,

光线通过镜头投射到屏幕上

以后,

给人的视觉器官造成错觉,

人的肉眼错将快速闪动的三原色光混在一起,

于是在投影

的图像上看到混合后的颜色。

如果你只想简单的了解

DMD

的工作原理,上一段文字已经够用了。如果你想穷根究底,

下面我们就来一起来全面而详细的了解

DMD

芯片的构造和工作方式。