DLP是德州儀器公司Larry Hornbeck博士發(fā)明的一種采用光學半導體產(chǎn)生數(shù)字式多光源顯示的解決方案，是同3LCD、PDP和LCOS一樣倍受關注的背投電視投影技術之一。DLP技術能在各類產(chǎn)品(如大屏幕數(shù)字電視、公司/家庭/專業(yè)會議投影機和數(shù)碼相機(DLP Cinema)中提供最佳圖像效果，自1996年以來德州儀器公司已向超過75家的制造商供貨500多萬套系統(tǒng)。特別是最近，DLP投影技術已經(jīng)成為最熱門的話題之一，越來越多的廠商已經(jīng)加入到生產(chǎn)DLP投影機的行列。

1. DLP技術基礎

在討論DLP技術之前，我們先來認識4個技術概念，即DLP、DMD、MEMS和MOEMS。

其中，DLP是Digital Light Processing的縮寫，中文含義是數(shù)字光源處理技術；DMD是Digital Micromirror Device的縮寫，中文含義是數(shù)字微鏡器件，這是一種光半導體芯片，它是DLP技術的核心；MEMS是Micro-Electro-Mechanical System的縮寫，中文含義是微電子機械系統(tǒng)，DMD就是基于MEMS技術的微電子機械系統(tǒng)；MOEMS是Micro-Optical-Electro-Mechanical System的縮寫，中文含義就是微光學電子機械系統(tǒng)，這是MEMS技術的進一步集成，要了解DLP技術，必須先從MEMS開始，最后形成MOEMS產(chǎn)品。

（1）MEMS簡介

MEMS還可以簡稱為微機電系統(tǒng)，這是美國的稱呼。目前世界上對于微機電系統(tǒng)，還沒有一個統(tǒng)一的定義。在日本，它通常被稱之為叫做“微機械”，即Micro Machine。在歐洲，通常稱為“微系統(tǒng)”，即Micro System。而在中國，我們認同MEMS這個名稱。因為MEMS比較完整、準確地刻畫了微機電系統(tǒng)的主要特征。

作為一個系統(tǒng)來講，我們認為它應該包含著可運動的部件，或者可運動的流體，類似這樣的微型器件構成了系統(tǒng)。它要有傳感器；或者是制動器，也稱作執(zhí)行器，它可以做一些操作。另外，它可以和電路聯(lián)系起來，構成一個小小的系統(tǒng)。有的系統(tǒng)還具有信號處理和控制功能，有的有接口電路，有的還可以進行通訊，有的還要帶電源，所以這個所謂的系統(tǒng)，它和一個零件是有所差別的。

簡單地說，MEMS就是對系統(tǒng)級芯片的進一步集成。目前我們幾乎可以在單個芯片上集成任何東西，像運動裝置、光學系統(tǒng)、發(fā)音系統(tǒng)、化學分析、無線系統(tǒng)及計算系統(tǒng)等，有些MEMS可以發(fā)送、接收以及精確地控制光束，有的可以檢測某些分子，有的還可以模仿人體部分感覺器官。因此如果將邏輯芯片比作大腦，那么MEMS就相當于人的眼睛、鼻子、耳朵或其它感覺器官。此外MEMS還具有電氣、機械或電磁控制功能，若繼續(xù)以人作比方，MEMS還可以作為人的手或手指移動各種物體。MEMS的優(yōu)勢在于可將傳感器與處理電路利用CMOS工藝集成在一塊IC上，同時具有較機械式傳感器更高的響應速度和更小的封裝尺寸。

我們了解到MEMS它是強調(diào)系統(tǒng)集成、機電集成的。那么它是否可以跟光再集成？在MEMS上再加一個光信號（optical），就是optical MEMS，我們稱之為微光機電系統(tǒng)（MOEMS），它是光電信號互相轉(zhuǎn)換的一個系統(tǒng)。信息技術、光通信技術的發(fā)展，使微光機電系統(tǒng)（MOEMS）成為當前研究的熱點。其應用將遍及光通信、光顯示、數(shù)據(jù)存儲、自適應光學及光學傳感等多個方面。利用MEMS技術制作的新型光器件，插入損耗小，光路間相互串擾極低，對光的波長和偏振不敏感，并且通常采用硅為主要材料，從而器件的光學、機械、電氣性能優(yōu)良。它采用模塊化設計，更加方便擴展應用。

同時，微光機電系統(tǒng)(MOEMS)產(chǎn)品的復雜程度又提高了一級。芯片置放于密閉的封裝內(nèi)以防止敏感的光學器件受到外界光線影響，但是必須留出一條光通道。這一方法原理很簡單，但是實施起來比較困難，需要在封裝內(nèi)設計一個導光的蓋或天窗，雖然有多種材料可供選擇，但是大多數(shù)天窗都采用陶瓷或金屬以確保良好的密封性能。

講到這里，大家應該會想到DMD了。德州儀器（TI）的Larry J. Hornbeck在1987年成功地應用MOEMS技術發(fā)明了數(shù)字微鏡器件（DMD）。在光顯示領域，數(shù)字微鏡器件一直是復雜光電產(chǎn)品封裝的最好例子，它也是當前最復雜、最尖端的商業(yè)化MOEMS產(chǎn)品，預示了未來的發(fā)展方向。

（2）DMD的制造

DMD精微反射鏡面是一種整合的微機電上層結構電路單元(MEMS superstructurecell)，它是利用CMOS SRAM記憶晶胞所制成。DMD上層結構的制造是從完整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(hardened photoresist)交替的上層結構，鋁金屬層包括地址電極(address electrode)、絞鏈(hinge)、軛(yoke)和反射鏡，硬化光阻層則作為犧牲層(sacrificial layer)，用來形成兩個空氣間隙(air gaps)。

鋁金屬會經(jīng)過濺鍍沉積(sputter-deposited)以及電漿蝕刻(plasma-etched)處理，犧牲層則會經(jīng)過電漿去灰(plasma-ashed)處理，以便制造出層間的空氣間隙。

（3）DMD工作原理

每個微反射鏡都能將光線從兩個方向反射出去，實際反射方向則視底層記憶晶胞的狀態(tài)而定；當記憶晶胞處于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。只要結合DMD以及適當光源和投影光學系統(tǒng)，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ON狀態(tài)的反射鏡看起來非常明亮，OFF狀態(tài)的反射鏡看起來就很黑暗。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。

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(diào)變或開關技術又稱為二位脈沖寬度調(diào)變(binary pulsewidth modulation)，它會把8位字符送至DMD的每個數(shù)字光開關輸入端，產(chǎn)生28或256個灰階。最簡單的地址序列(address sequence)是將可供使用的字符時間(field time)分成八個部份，再從最高有效位(MSB)到最低有效位(LSB)，依序在每個位時間使用一個地址序列。當整個光開關數(shù)組都被最高位尋址后，再將各個像素致能(重設)，使他們同時對最高有效位的狀態(tài)(1或0)做出反應。在每個位時間，下個位會被加載內(nèi)存數(shù)組，等到這個位時間結束時，這些像素會被重設，使它們同時對下個地址位做出反應。此過程會不斷重復，直到所有的地址位都加載內(nèi)存。

入射光進入光開關后，會被光開關切換或調(diào)變成為一群光包(light bundles)，然后再反射出來，光包時間則是由電子字符的個別位所決定。對于觀察者來說，由于光包時間遠小于眼睛的整合響應（integration）時間，因此他們將會看到固定亮度的光線。

2. DLP技術優(yōu)勢

有了DMD芯片，數(shù)字光源處理技術(Digital Light Processing，簡稱DLP)應運而生。就如上文描述的MEMS技術一樣，DLP技術也是一個系統(tǒng)而非一顆零件那么簡單。DMD周圍環(huán)繞著許多必要功能，例如影像處理、內(nèi)存、格式轉(zhuǎn)換、時序控制、光源和投影光學系統(tǒng)，它們與DMD鏡面協(xié)同合作，接受數(shù)字影像，然后產(chǎn)生一系列的數(shù)字光脈沖；這些光脈沖進入眼睛后，我們的眼睛會把它解譯成為彩色模擬影像。DLP是真正的數(shù)字投影和顯示技術。

DLP投影系統(tǒng)分為單片DMD子系統(tǒng)和三片DMD子系統(tǒng)，采用哪一個方案由多項因素決定，包括成本、光源效率、功耗、重量和體積。

單芯片DLP子系統(tǒng)主要用于商用數(shù)據(jù)投影機、絕大多數(shù)的家庭娛樂投影機以及大屏幕背投電視，它先利用一組聚光鏡將燈泡發(fā)出的光線聚焦在穿透性色輪(transmissive color wheel)，再利用第二組鏡片將通過色輪的光線均勻聚焦在DMD組件表面。隨著反射鏡旋轉(zhuǎn)狀態(tài)的不同(+12度或-12度)，光線可能會反射進入投影鏡頭的透光孔(ON)或是離開投影鏡頭的透光孔(OFF)。

采用單片面板可以縮小光學系統(tǒng)的體積，減輕它們的重量，使廠商得以發(fā)展出攜帶方便又有彈性的投影機。僅重1.7公斤的BenQ的PB2225投影機就是成功應用單芯片DLP技術的典范。

對于必須提供高亮度輸出的應用，例如會議室、禮堂、研討會以及出租和舞臺，就必須采用三顆DMD的架構，這能組成更大的反射面積，讓投影機能透過鏡頭提供更高亮度的輸出。在采用三顆DMD組件的投影機中，燈泡發(fā)出的光線會被棱鏡分成紅綠藍三種原色，每種顏色則分別被導向適當?shù)腄MD組件，這表示紅光、綠光和藍光都各有一顆DMD組件負責執(zhí)行光調(diào)變。對于采用單顆DMD的DLP系統(tǒng)，屏幕像素是一個微反射鏡的輸出結果，但是3-DMD提供的屏幕像素則是三個微反射鏡輸出的組合/聚光結果，一個微反射鏡調(diào)變紅光，第二個調(diào)變綠光，第三個調(diào)變藍光。使用三個DMD組件還能支持更先進的色彩處理，進而提供范圍更寬廣的色彩再生能力。

對于目前大多數(shù)投影和顯示應用，LCD技術是DLP最主要的競爭對手，但DLP技術擁有多項優(yōu)勢勝過LCD技術。

（1）數(shù)字勝于模擬
DLP是數(shù)字技術，每個微反射鏡只會處于ON或OFF狀態(tài)，LCD卻是一種模擬技術。數(shù)字投影技術的優(yōu)點是它能忠實而不斷重復的產(chǎn)生影像，不會受到溫度、濕氣或震動等環(huán)境因素的影響。

（2）速度帶來優(yōu)勢
DLP技術核心的微反射鏡能以每秒5,000次速度開關，其微秒級的速度遠超過LCD像素毫秒級的開關速度。再加上DDR Ram的配合，數(shù)據(jù)處理速度再次提升。所以就本質(zhì)而言，它更有能力將畫面的快速動作準確再生；LCD技術由于開關速度較慢，快速移動的影像畫面看起來會有些模糊不清。在重現(xiàn)快速移動的圖像時，LCD技術中常見的拖尾和重影現(xiàn)象不會在DLP技術中看到。

（3）架構簡單合理
微反射鏡擁有很高的開關速度，使DLP技術只需使用一個投影面板，就能同時調(diào)變紅綠藍三種光束；相形之下，LCD技術由于速度較慢，因此必須采用三片式投影面板架構，第一片面板用來調(diào)變紅光，第二片調(diào)變綠光，第三片給藍光使用。單片面板架構有多項優(yōu)點：首先，單面板架構只需一套簡單輕巧的光學系統(tǒng)，使它能發(fā)展出體積重量都小于三片式面板系統(tǒng)的投影機和顯示器。

（4）更銳利的對比度
簡單輕巧的光學系統(tǒng)為DLP技術帶來另一項優(yōu)勢：投影機或大屏幕電視內(nèi)的光線管理要比三片面板架構更簡單，這能為它帶來更高的對比度。高對比度可以提供更豐富的畫面細節(jié)，使畫面更逼真，黑顏色會顯得更黑，并讓畫面看起來更清晰銳利(人體視覺器官依賴對比度來分辨物體的邊緣，因此高對比度影像看起來更銳利，采用DLP技術的投影機很容易就能達到2000:1以上的對比度。

（5）反射技術提高亮度利用
與傳統(tǒng)的模擬投影機相比，DLP投影機將更多的光線打到屏幕上，這樣，圖像的演示效果在光亮中將同在黑暗中一樣好。DLP技術有效的解決了這個問題。DMD的強反射表面通過消除光路上的障礙以及將更多的光線反射到屏幕上，而最大化地利用了投影機的光源。相比較的是，采用透射原理的LCD技術則是偏振光在圖像到達屏幕之前必須通過大量的附加光學元件。更為有利的是，基于DLP技術的投影機的亮度是隨著分辨率的增加而增加的。在如XGA和SXGA等更高分辨率的情況下，DMD提供更多的反射面積，如此一來就可以更為有效地利用燈光的亮度。

（6）聚焦更加出色
此外，根據(jù)定義，單片面板系統(tǒng)絕不會失焦，但采用三片面板的LCD系統(tǒng)卻可能受到環(huán)境因素的影響而失焦，使得屏幕畫面看起來有些模糊。單片面板系統(tǒng)所提供的畫面卻能永遠保持清晰銳利。

（7）無縫圖像消除顆粒感
觀眾對于影像畫質(zhì)的好壞還會受到另外一項因素影響，就是它看起來“與電影相似”的程度，在觀看動態(tài)視訊時更是如此。在DLP技術中，微反射鏡的反射面積遠大于它們之間的距離，因此它能提供很高的“填滿率 (fill factor) ”，投影畫面看起來也更加完美自然。另一方面，若和像素之間的距離相比，LCD技術的像素面積卻沒有那么大，使得畫面看起來有點顆粒的感覺，這種情形就像是透過“格狀玻璃”看圖片一樣。

（8）防塵提高耐力
DLP投影機采用了全封閉式光學引擎結構設計，進而避免了粉塵污染。傳統(tǒng)LCD投影機為迅速散去面板高熱，往往采用開放式光學引擎結構設計，通過風扇吸取空氣達到降溫目的，因此不可避免會吸入粉塵，久而久之LCD面板就會變色，由于穿透率變差而導致亮度自然衰減，即使更換燈泡也無濟于事。DLP投影機的全封閉設計使光機結構與外界徹底隔絕，所以DMD芯片上絕對不會沾染空氣中的粉塵，進而延長了投影機的使用壽命，并提高了機器的耐用性。

3. DLP的可靠性

DLP非�？煽�，對于一種在本質(zhì)上屬于機械性的技術來說，這確實令人驚訝。實驗室測試結果顯示，DMD的預期壽命時間超過100,000小時，客戶反應結果也多半證實了這項預測。此外，DLP技術全部采用無機材料，不會像有機技術一樣，因為長時間曝露在熱源或光源下而逐漸劣化。

2002年5月，美國羅徹斯特大學的孟賽爾色彩科學實驗室(Munsell Color Science Laboratory at the University of Rochester)進行一項研究計劃，對五部可攜式商業(yè)資料液晶投影機和兩部DLP投影機的“畫面可靠性”進行比較，他們把“畫面可靠性”定義為：投影機畫面質(zhì)量下降到無法接受地步的所需工作時間。接受測試的投影機必須日夜不停連續(xù)工作4,000小時；測試期間結束后研究人員發(fā)現(xiàn)，所有液晶投影機都出現(xiàn)清楚可見而令人不悅的畫面瑕疵，采用DLP技術的投影機卻沒有這些問題。研究人員認為LCD技術的影像質(zhì)量會下降，主要是因為偏光板和面板內(nèi)的有機材料長期曝露在光源和熱源之下。

4. 德州儀器公司的DLP產(chǎn)品

可保證畫質(zhì)清晰、亮麗、鮮明的DLP技術已成為市場上最通用的顯示技術。這是世界上唯一得以推出2磅以下最小型投影儀和放映75英尺最大電影屏幕的顯示技術。目前，DLP技術在以下應用領域的發(fā)展和市場份額一直保持強勁增長勢頭：
（1）DLP商用和家用投影儀：DLP技術為市場上推出重量輕、厚度薄、亮度高、價位合理的全新投影儀建立了標準。所有DLP正面投影儀都具有出色的畫質(zhì)和無以倫比的畫面穩(wěn)定性。DLP是唯一能夠用來生產(chǎn)3磅以下
（2）DLP電視：采用DLP技術的大屏幕電視，畫面效果最為出色，同時具有畫質(zhì)優(yōu)異、厚度薄、重量輕、設計靈活、價格便宜等特點。目前，包括9家電視巨頭中的6家廠商在內(nèi)，已有十幾家電視生產(chǎn)企業(yè)生產(chǎn)基于DLP技
術的電視，不斷為消費者推出各種創(chuàng)新產(chǎn)品。現(xiàn)在，全球銷售DLP電視的零售商已有5500家。
（3）會議投影儀：3芯片DLP投影儀不斷滿足會議專業(yè)投影市場迅速增長的需求，成為奧斯卡和艾美獎頒獎活動等世界盛大慶典的“首選技術”。
（4）DLP Cinema: 世界已有幾百家影院安裝DLP Cinema設備，為全球影迷放映畫面優(yōu)美的影片。DLP Cinema是好萊塢導演、制片商和電影公司目前采用的唯一數(shù)字投影技術。DLP Cinema不僅用于影院放映電影，而且可用于影片的拍攝和后期制作，確保影片生產(chǎn)過程中始終保持前后一致的高質(zhì)量畫面。

5. DLP的發(fā)展

第一部采用單片式DMD芯片的DLP投影機提供350流明亮度、VGA(640x480)分辨率和大約23磅的重量；相形之下，今日采用單片式DMD芯片的DLP投影機重量最輕只有2磅，分辨率達到SXGA(1,280x1,024)，最高并能提供3,000流明的亮度。另一方面，第一部采用三片式DMD芯片的DLP投影機可提供1,300流明亮度，目前采用三片式DMD芯片的DLP投影機卻能達到17,500流明。今天，消費者只需1,000美元，就能買到以DLP技術為基礎的投影機。

第一部DLP投影機進入市場至今已經(jīng)7年多，這段期間出現(xiàn)了許多進步，使得DLP投影機的效能、重量、體積和成本都獲得大幅改進。1996年時只有一種DMD組件，這段期間卻有13種不同的DMD組件問世。分辨率也大幅提高，專為DLPCinema應用而設計的最新DMD組件就能提供220萬像素，長寬比16:9的DMD組件也已推出。透過將微反射鏡的面積從~17微米減少到~14微米，并把微反射鏡的間距從1微米縮小成0.8微米，組件體積大幅減少，制造成本也變得更低。此外，組件制程也從六吋晶圓升級至八吋晶圓，不但進一步降低成本，還能增加制造良率。

提高對比度是許多研發(fā)工作的重點，主要改變包括采用了更小旋轉(zhuǎn)導孔(Smaller Rotated Via，簡稱SRV)，它將微反射鏡中心的方形“孔”旋轉(zhuǎn)45度，體積也變得更小，這能減少雜散光(straylight)的影響，進而提高對比度。最近，一種稱為Dark Metal 3的新制程技術也被采用，它會在DMD次結構表面鍍上一層吸旋光性材料，讓通過微反射鏡間隙的光線不會再反射出來，而是被這些材料所吸收，這也能減少雜散光強度，提供更高的對比度。

除了DMD組件之外，DLP技術的許多其它領域也是研發(fā)重點，例如把更多的投影系統(tǒng)功能整合至相關芯片組。這項努力還在進行中，但它已經(jīng)讓DLP解決方案的效能更高、體積更小、重量更輕和成本更低，未來這些影響還會更明顯。DDR和LVDS子系統(tǒng)的應用也可大幅改善效能，特別是在視訊應用方面。

自從第一部投影機推出后，色輪的效能也有長足進步。第一部投影機采用三種顏色的色輪，并以1x的正常速度工作，今日的投影機最多可能采用6種顏色，并以3x的高速工作，等于是將顏色更新速率(color refresh rates)提高6倍，大幅減少色序系統(tǒng)(color sequential systems)常出現(xiàn)的假影噪聲(artifacts)。由于更多的色輪可供選擇，制造商將享有更大彈性，例如他們可以針對亮度最佳化，以滿足商業(yè)投影機的高亮度要求，或是針對色彩飽和度最佳化，以提供家庭娛樂應用所需要的更高色彩飽和度。最新發(fā)展重點是采用SCR(Sequential Color Recapture)技術，它有很大潛力來提高效率、增加輸出亮度和改善色彩飽和度。

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