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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上，投影機制造商們還能根據自己的實際需要生產不同的產品，那么DMD芯片就完全掌握在了德州儀器的手中了。經過十多年的發展，DMD芯片不僅尺寸上從0.55寸到0.95寸，技術上也從SDR DMD芯片組發展到了DDR 芯片組，同時分辨率最高已經可以達到了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元器件。

最精密“光開關”DLP投影技術深度解析
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，并且通過數據控制轉換為彩色圖像。雖然看似簡單，但是技術含量極高，那么DMD又是如何實現這一功能的呢？

　　DMD是一種整合的微機電上層結構電路單元，利用COMS SRAM記憶晶胞所制成。DMD上層結構的制造是從完整CMOS內存電路開始，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構，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。鋁金屬經過濺鍍沉積及等離子蝕刻處理，犧牲層則經過等離子去灰(plasma—ashed)處理，制造出層間的空氣間隙。

　　如果從技術角度來看，DMD芯片的構造包括了電子電路、機械和光學三個方面。其中電子電路部分為控制電路，機械部分為控制鏡片轉動的結構部分，光學器件部分便是指鏡片部分。當DMD正常工作的時候，光線經過DMD芯片，DMD表面布滿了體積微小的可轉動鏡片便會通過轉動來反射光線，每個鏡片的旋轉都是由電路來控制的。每個鏡子一次旋轉只反射一種顏色（例如，投射紫顏色像素的微鏡只負責在投影面上反射紅藍光，而投射桔紅色像素的微鏡只負責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），鏡子的旋轉速度可達到上千轉，如此之多的鏡子以如此之快的速度進行變化，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的了解DMD芯片的構造和工作方式。

最精密“光開關”DLP投影技術深度解析
DMD芯片的構造

　　在DMD芯片的最上面由數十萬片面積為14×14微米、比頭發斷面還小的微鏡片組成，增加DMD內微鏡片的數量，即可提高產品的分辨率，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。前期的鏡片的翻轉角度僅為10°，后來德州儀器對鏡片下方的鏈接部分進行了改善和簡化，鏡片的翻轉角度提升到了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，對比度指標進一步提高。當記憶晶胞處于“ON”狀態時，反射鏡會旋轉至+12度，若記憶晶胞處于“OFF”狀態，反射鏡會旋轉至-12度。只要結合DMD以及適當光源和投影光學系統，反射鏡就會把入射光反射進入或是離開投影鏡頭的透光孔，使得“0N”狀態的反射鏡看起來非常明亮，“0FF”狀態的反射鏡看起來很黑暗。利用二位脈沖寬度調變可以得到灰階效果，如果使用固定式或旋轉式彩色濾鏡，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投影系統稱為“單片DLP投影系統”，經色輪過濾后的光，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，輸出則是光學字符，這種光調變或開關技術又稱為二位脈沖寬度調變，它會把8位字符送至DMD的每個數字光開關輸入端，產生28或256個灰階。

　　目前DMD本身的光學有效面積也大大增強，已經能占到整個芯片表面積的90%以上，有效提升了光學利用率。另外還有一點需要進行了解：通過對每一個鏡片下的存儲單元以二進制平面信號進行電子化尋址，DMD陣列上的每個鏡片被以靜電方式傾斜為開或關態。決定每個鏡片傾斜在哪個方向上為多長時間的技術被稱為脈沖寬度調制（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，具有機構穩固性、靈活性強，成本低廉的特點。具體實現步驟是為機械單元選用鋁合金材料，并以傳統光阻作為犧牲空間。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，也不會影響已經完成的CMOS電路。這種方法是MEMS微型反射鏡的標準基礎。同時又很好的解決了半導體制程、為機械制程和光學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后端電路傳遞給CMOS芯片的不同信號，調控片上每個微鏡的旋轉位置，進而使得照射在微鏡上的光線有選擇的反射道不同方向。作為微型數字光學處理器件，DMD不僅是DLP投影機的核心組建，而且也被廣泛應用到了印刷、可研等諸多需要數字光開關的領域，成為了微電子機械學MEMS最成功的產品之一。


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