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DLP是一種利用微鏡對光的反射原理的光學技術。從在美國大受歡迎的大屏幕背投電視、小到可放在手掌上的前投式投影機、以及美國好萊塢的電影公司開始全力以赴的數字電影……近年來轟動顯示器業界的這些產品、及其應用所不可或缺的關鍵技術。這就是”DLP（Digital Light Processing”數字光處理。
開發出該技術的是美國德州儀器（Texas Instruments，TI），迄今為止配備DLP的背投電視的機型數達到50多種，占前投式投影機總體40％的機型采用了DLP。而且采用DLP的機型還呈增長趨勢，目前，供貨量仍在不斷提高……
美國德克薩斯州州府達拉斯。在從其市區北上大約30km之處，有一個叫”布蘭諾（Plano）”的城市。TI的DLP用元器件開發基地就位于此處。
完成DMD開發的核心人物是TI的Larry J. Hornbeck。從著手開發到首批產品問世，共花了20年。在此期間，他從未放棄，為了DMD實現產品化嘔心瀝血。Hornbeck的這項業績受到高度評價，他獲得了目前在TI的研究人員中相當于最高評價的”Fellow”稱號。
DMD開發的核心人物 Larry J. Hornbeck博士
在TI，他已是無人不曉的人物。之所以這樣說，是因為想必今天他也還是穿著心愛的牛仔靴，咚咚作響地走在研究部門之間，不停地對開發工作下達指示。
“Larry”。TI的同事以及下屬帶著親密和尊敬之意這樣稱呼他。說起來，Larry開始著手這種新型光學元件開發的契機，要追溯到距今大約30年前。
發端是光信號處理
“如果讓微鏡動起來會怎樣？”
“哎呀，那樣一來特性會變得不穩定”
“而且，使微鏡變成可動時，怎樣才能提高動作的穩定性呢？”
1977年11月，美國德克薩斯州達拉斯近郊。TI的中央研究所”CRL（Central Research Laboratory）”就坐落在這個城市的一角。3個男人正聚在一起，無休無止地熱烈討論著什么。
這3人都是TI的技術人員。而且還是美國政府資助的用于光信息處理的空間光調制器開發項目的成員。
當時，作為信息處理系統中的圖形識別等實現高速化的一種方法，利用光的處理方法受到了關注。要想實現這種光信息處理，可使光的通路任意變化的元器件就不可或缺。TI派了3名精通光學技術的人員開發空間光調制器用元件。其中1名就是Larry。
Larry于1974年大學畢業后，在CRL從事照相機用CCD型固體攝像元件的研究開發。他作為”圖像傳感器等光學技術的專家”，參與到了該項目中。
DLP的核心技術——DMD的工作原理
美國德州儀器（Texas Instruments，TI）開發的光學技術DLP，利用了通過MEMS技術制造的顯示器元件”DMD（Digital Micromirror Device）”。DMD采用在硅底板上排列大量極小的微鏡的構造。通過用電控制這種微鏡的朝向，來決定是否將來自光源的光反射到屏幕方向。
DMD的構造
一邊分別控制無數微鏡的傾斜度，一邊改變從光源射入的光的反射方向，借此在屏幕上顯示想要的影像（a）。1981年當時試制的DMD的像素數為 128×128（b）。中心為微鏡器件（Mirror Device），其周圍連接有許多布線。
微鏡以設在微鏡下部的鉸鏈作為軸，傾斜±12度（第1代產品為±10度）。微鏡的傾斜開關控制借助靜電引力來實現。這種開關動作控制可達到1秒鐘最多數千次。雖然微鏡的尺寸沒有公布，但在SVGA尺寸下有48萬個微鏡密布在CMOS芯片上，在SXGA尺寸下則有131萬個微鏡密布在CMOS芯片上。每個微鏡相當于1個像素。開發之初的像素數約為16×16或者128×128。
能耐受數億次的開關動作
DMD通過PWM（Pulse Width Modulation）的雙值脈沖寬度調制，將數字信號的輸入數據轉換成光的數字輸出后再予以使用。受到PWM控制的”1”“0”數字數據（Digital Data）通過微鏡的”開”“關”來表示。通過調整微鏡的開/關次數來表示濃淡。在微鏡處于關狀態時入射的光，被光吸收板所吸收。相反，處于開狀態時的入射光則被透鏡收集并投影。
在微鏡的下部，有使微鏡一端接地的接地（Landing）部件以及電極。電極下部的硅底板上形成有SRAM。工作原理是，通過在這種SRAM中寫入”0”或者”1”，來切換與微鏡之間的靜電引力。
開關動作方面，微鏡可承受數億次的重復動作。TI透露，之所以能實現這樣的動作，”是因為微鏡的開關所采用的鉸鏈材料單晶硅不會產生金屬疲勞”。
之所以能實現彩色顯示，是因為來自光源的光是通過R（紅色）、G（綠色）、B（藍色）的色輪（Color Wheel，濾光器）入射到DMD中的。在單板式DMD系統中，反射到微鏡上的光透過透鏡投影到屏幕上。如果是大型投影機以及數字電影等，則對每個RGB 分配1個DMD。即采用3板式。
Larry最初的工作，是制作有機械構造的微鏡陣列。這種微鏡陣列是將金屬覆膜的薄塑料板載于硅制芯片上而成。這是Larry自己的創意。他們首先試制出了用銻對硝酸纖維素（Nitrocellulose）進行覆膜的微鏡。
可變形的微鏡器件
這種微鏡陣列的構造非常復雜。首先，為了使微鏡可動，用等離子蝕刻在微鏡下部設置了空間。接著，在空間的底部設置晶體管以及電容器，通過調整靜電引力使微鏡發生凹陷。通過微鏡的這種變形，使入射的光發生散射。
由于微鏡會變形（Deform），因此，Larry等人將這種構造命名為”Deformable Mirror Device（DMD）”。當時做夢也沒想到，DMD居然會成為將來顯示設備的核心技術。
德州儀器2006年推出的DLP芯片
“能用于打印機嗎？”
研究進展順利。在開發起步2年后的1979年，Larry等試制出了縱16×橫16的微鏡陣列，2年之后的1981年，又試制出了128×128像素的微鏡陣列。雖然當時的定位是用于光信息處理的器件，但為了演示微鏡的可控性，他們使像素凹陷或者不凹陷，從而在陣列上顯示出了簡單的圖形。
也就是在那個時候，Larry的同事W. Ed Nelson問了這樣一個問題。
“這種DMD，不知是否可用在激光打印機內部掃描的光學系統上？”
的確，仔細想來，DMD能夠使光的行進方向任意變化。將其應用于掃描的想法也許可行。如果能取代現有的激光式掃描頭，那么應該能開拓出一個巨大的市場。雖然Larry此前并沒有強烈意識到可將DMD應用于新的用途，但同事的一句話卻一下子引起了他的興趣。
“有意思……做做試試看吧。”
從那以后，研究方向不再只是面向光信息處理，而是大幅轉向了打印機的掃描頭。對DMD的要求條件也變得截然不同。在反復進行各種特性評估的過程中 Larry和他的同事發現，使塑料薄膜發生彎曲的這種構造非常不穩定，并得出了工作壽命等存在問題，不適合在打印機上使用的結論。他們發現，尤其在制作應用于激光打印機時的那種縱橫比較高的微鏡元件時，會變得更加困難。
“這種構造不可行。必須采用新的構造……”
Larry嘗試了多種構造，還改良了制造工藝。終于，他找到了在單晶硅上構成單支撐懸臂的方法。通過在這種懸臂的制造工藝上下工夫，1984年成功試制出了2400×1像素的直線型微鏡陣列。這是向打印機目標又走近了一步的瞬間。
“再給我些資金”。
“哎，Larry。用這種微鏡顯示點什么的話應該有點意思。”
“當然了，你看看這個。”
Larry這樣說著，將微鏡陣列拿給同事看。
微鏡陣列上赫然顯示著：”Send More Money George”
這是Larry等向公司領導層要求更多開發資金的呼聲。他們的項目雖然從起步已過了7年，但仍未找到具體的用途。研發資金存在因此而被中斷的危險。
這可是好不容易才開發出來的DMD。曾有一時，讓人感到了DMD能夠用于打印機的希望。然而，卻不夠完善。隨著時間的流逝，懸臂的角度會出現微妙的變化。由此帶來的穩定性問題怎么都沒能解決。研發預算也被削減，研究方向也是烏云籠罩。總之，Larry的研發到了生死的關頭。(未完，待續)
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文章來源：中國投影網
