DMD介绍
DMD芯⽚显⽰原理的介绍
DMD精微反射镜⾯是⼀种整合的微机电上层结构电路单元 (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；当记忆晶胞处于「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
或256个灰阶。最简单的地址序列 (address sequence) 是将可供使⽤的字符时间 (field time) 分成⼋个部份，再从最⾼有效位(MSB) 到最低有效位(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或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。(四)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在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 次（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⽚ 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
数字家庭影院合起来，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，那么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。
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(sacrificiallay
er)，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。
在DMD芯⽚的最上⾯由数⼗万⽚⾯积为14×14微⽶、⽐头发断⾯还⼩的微镜⽚组成，增加DMD内微镜⽚的数量，即可提⾼产品的分辨率，⽽不须改变微镜⽚的⼤⼩ (例如分辨率为1024×768的投影机DMD芯⽚上有786432个⼩镜⽚)，这些镜⾯经由下⾯被称为“轭”的装置链接，并被“扭⼒铰链”控制，可以左
右翻转。前期的镜⽚的翻转⾓度仅为10°，后来德州仪器对镜⽚下⽅的链接部分进⾏了改善和简化，镜⽚的翻转⾓度提升到了12°。虽然仅仅提升了2度，但是成像过程中的杂散光线的影响被⼤⼤降低，对⽐度指标进⼀步提⾼。当记忆晶胞处于“ON”状态时，反射镜会旋转⾄+12度，若记忆晶胞处于“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“0N”状态的反射镜看起来⾮常明亮，“0FF”状态的反射镜看起来很⿊暗。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。配有⼀颗DMD芯⽚的DLP投影系统称
为“单⽚DLP投影系统”，经⾊轮过滤后的光，⾄少可⽣成1670万种颜⾊。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，它会把8位字符送⾄DMD的每个数字光开关输⼊端，产⽣28或256个灰阶。
⽬前DMD本⾝的光学有效⾯积也⼤⼤增强，已经能占到整个芯⽚表⾯积的90%以上，有效提升了光学利⽤率。另外还有⼀点需要进⾏了解：通过对每⼀个镜⽚下的存储单元以⼆进制平⾯信号进⾏电⼦化寻址，DMD阵列上的每个镜⽚被以静电⽅式倾斜为开或关态。决定每个镜⽚倾斜在哪个⽅向上为多长时间的技术被称为脉冲宽度调制（PWM）。
镜⽚下⽅的“轭”和“扭⼒铰链”采⽤被称为“⾯微加⼯(surface micromachining)多晶矽”⽅法制作，具有机构稳固性、灵活性强，成本低廉的特点。具体实现步骤是为机械单元选⽤铝合⾦材料，并以传统光阻作为牺牲空间。所有⼯作都在200℃以下完成，因此在晶⽚上增加MEMS时不会影响⾦属化制程或电晶体，也不会影响已经完成的CMOS电路。这种⽅法是MEMS微型反射镜的标准基础。同时⼜很好的解决了半导体制程、为机械制程和光学制程间肯能的相互破坏的问题。这种⽅法与其他MEMS制造⽅法全然不同， TI是⽬前仍采⽤这种⽅法的唯⼀⼀家公司。
DMD芯⽚主要的⼯作⽅式是依据后端电路传递给CMOS芯⽚的不同信号，调控⽚上每个微镜的旋转位置，进
⽽使得照射在微镜上的光线有选择的反射道不同⽅向。作为微型数字光学处理器件，DMD不仅是DLP投影机的核⼼组建，⽽且也被⼴泛应⽤到了印刷、可研等诸多需要数字光开关的领域，成为了微电⼦机械学MEMS最成功的产品之⼀。
DarkChip——很多投影业内⼈⼠对这个词也⽐较熟悉，我们经常可以看到某些⾼端的1080p DLP投影机采⽤的是DarkChip4芯⽚组，那么其⼜是怎么回事呢？还有某些投影机特意标称产品是“数据投影机”或者“视频投影机”，他们之间采⽤的都是DLP 技术，为什么会称呼不同呢？
采⽤第⼀代DMD的DLP投影机仅仅是针对商务应⽤，分辨率是848X600，可以兼顾800X600的SVGA
电脑标准和848x480的480p(16：9)视频标准。这⼀代的DMD微镜偏转⾓度为10度，对⽐度400：1⾄800：1不等。之后DLP投影机推出的第⼆代DMD芯⽚便开始进⼊家庭影院市场（之前的家庭影院投影机⼤多采⽤CRT技术），第⼆代芯⽚镜⽚的偏转⾓度提升到了12度，分辨率也提升到了720p。
也就是从第⼆代DMD芯⽚开始，DLP投影机开始分为数据投影（商⽤）和视频投影（家⽤）两种按照应⽤⽅向发展的路线。德州仪器也对DMD芯⽚进⾏了最⼤的技术变⾰——将微镜⾮光学⾯的⾦属统统处理成⿊⾊，此举⼤⼤降低来⾃⾦属反射出的杂散光，空前提升了DLP投影机的对⽐度，这⼀技术被称为“Darkchip 1”。当然，Darkchip也在不断的发展中，2007年9⽉德州仪器发布了最新⼀代“超⿊”技术DarkChip 4，可将原始对⽐度提升⾼达30%。
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