在我們的世界里，視覺(jué)和聲音都是類比形式，但當(dāng)我們利用電子訊號(hào)來(lái)獲取、儲(chǔ)存和傳送這些類比現(xiàn)象時(shí)，采用數(shù)位技術(shù)卻能帶來(lái)許多重大優(yōu)點(diǎn);音訊處理就是個(gè)例子，當(dāng)它從磁帶和黑膠唱片的類比技術(shù)轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)位音樂(lè)光碟后，數(shù)位技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)也第一次鮮明的呈現(xiàn)在人們面前——DLP技術(shù)把相同理念帶到靜態(tài)和動(dòng)態(tài)影像世界。

　　DLP技術(shù)

　　數(shù)位光源處理技術(shù)(Digital Light Processing，簡(jiǎn)稱DLP)是真正的數(shù)位投影和顯示技術(shù)，它能接受數(shù)位視訊，然后產(chǎn)生一系列的數(shù)位光脈沖;這些光脈沖進(jìn)入眼睛后，我們的眼睛會(huì)把它解譯成為彩色類比影像。DLP技術(shù)是以一種微機(jī)電(MEMS)元件為基礎(chǔ)，稱為數(shù)位微型反射鏡元件(Digital Micromirror Device，簡(jiǎn)稱DMD)，這種速度極快的反射性數(shù)位光開關(guān)是由TI在1987年發(fā)明。DMD微晶片上面包含數(shù)量龐大的超小型數(shù)位光開關(guān)，它們是面積非常小(14微米)、外觀為四方型、并由鋁金屬制程的絞接式反射鏡，可以接受電子訊號(hào)代表的資料字元，然后產(chǎn)生光學(xué)字元輸出。

　　DMD周圍環(huán)繞著許多必要功能，例如影像處理、記憶體、格式轉(zhuǎn)換、時(shí)序控制、光源和投影光學(xué)系統(tǒng)，它們可以接受數(shù)位影像，然后在不降低畫質(zhì)的情形下，把這些影像投影到投影幕。

　　制造

　　DMD像素是一種整合的微機(jī)電上層結(jié)構(gòu)電路單元(MEMS superstructure cell)，它是利用CMOS SRAM記憶晶胞所制成。DMD上層結(jié)構(gòu)的制造是從完整CMOS記憶體電路開始，再透過(guò)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(jié)構(gòu)，鋁金屬層包括位址電極(address electrode)、絞鏈(hinge)、軛(yoke)和反射鏡，硬化光阻層則做為犧牲層(sacrificial layer)，用來(lái)形成兩個(gè)空氣間隙(air gaps)。鋁金屬會(huì)經(jīng)過(guò)濺鍍沉積(sputter-deposited)以及電漿蝕刻(plasma-etched)處理，犧牲層則會(huì)經(jīng)過(guò)電漿去灰(plasma-ashed)處理，以便制造出層間的空氣間隙。

　　工作原理

　　每個(gè)微反射鏡都能將光線從兩個(gè)方向反射出去，實(shí)際反射方向則視底層記憶晶胞的狀態(tài)而定;當(dāng)記憶晶胞處于ON狀態(tài)時(shí)，反射鏡會(huì)旋轉(zhuǎn)至+12度，若記憶晶胞處于OFF狀態(tài)，反射鏡會(huì)旋轉(zhuǎn)至-12度。只要結(jié)合DMD以及適當(dāng)光源和投影光學(xué)系統(tǒng)，反射鏡就會(huì)把入射光反射進(jìn)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(lái)非常明亮，OFF狀態(tài)的反射鏡看起來(lái)就很黑暗。利用二位元脈沖寬度調(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晶片，即可得到彩色顯示效果。

　　DMD的輸入是由電流代表的電子字元，輸出則是光學(xué)字元，這種光調(diào)變或開關(guān)技術(shù)又稱為二位元脈沖寬度調(diào)變(binary pulsewidth modulation)，它會(huì)把8位元字元送至DMD的每個(gè)數(shù)位光開關(guān)輸入端，產(chǎn)生28或256個(gè)灰階。最簡(jiǎn)單的位址序列(address sequence)是將可供使用的字元時(shí)間(field time)分成八個(gè)部份，再?gòu)淖罡哂行辉?MSB)到最低有效位元(LSB)，依序在每個(gè)位元時(shí)間使用一個(gè)位址序列。當(dāng)整個(gè)光開關(guān)陣列都被最高位元定址后，再將各個(gè)像素致能(重設(shè))，使他們同時(shí)對(duì)最高有效位元的狀態(tài)(1或0)做出反應(yīng)。在每個(gè)位元時(shí)間，下個(gè)位元會(huì)被載入記憶體陣列，等到這個(gè)位元時(shí)間結(jié)束時(shí)，這些像素會(huì)被重設(shè)，使它們同時(shí)對(duì)下個(gè)位址位元做出反應(yīng)。此過(guò)程會(huì)不斷重復(fù)，直到所有的位址位元都載入記憶體。

　　入射光進(jìn)入光開關(guān)后，會(huì)被光開關(guān)切換或調(diào)變成為一群光包(light bundles)，然后再反射出來(lái)，光包時(shí)間則是由電子字元的個(gè)別位元所決定。對(duì)于觀察者來(lái)說(shuō)，由于光包時(shí)間遠(yuǎn)小于眼睛的integration時(shí)間，因此他們將會(huì)看到固定亮度的光線。

　　DLP架構(gòu)

　　DLP投影系統(tǒng)應(yīng)該采用一顆或三顆DMD晶片是由多項(xiàng)因素決定，包括成本、光源效率、功耗、重量和體積。

　　單晶片DLP子系統(tǒng)主要用于商用資料投影機(jī)、絕大多數(shù)的家庭娛樂(lè)投影機(jī)以及大螢?zāi)槐惩峨娨暎壤靡唤M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(guò)色輪的光線均勻聚焦在DMD元件表面。隨著反射鏡旋轉(zhuǎn)狀態(tài)的不同(+12度或-12度)，光線可能會(huì)反射進(jìn)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(xué)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(jī)。

　　對(duì)于必須提供高亮度輸出的應(yīng)用，例如會(huì)議室、禮堂、研討會(huì)以及出租和舞臺(tái)，就必須采用三顆DMD的架構(gòu)，這能組成更大的反射面積，讓投影機(jī)能透過(guò)鏡頭提供更高亮度的輸出。在采用三顆DMD元件的投影機(jī)中，燈泡發(fā)出的光線會(huì)被棱鏡分成紅綠藍(lán)三種原色，每種顏色則分別被導(dǎo)向適當(dāng)?shù)腄MD元件，這表示紅光、綠光和藍(lán)光都各有一顆DMD元件負(fù)責(zé)執(zhí)行光調(diào)變。對(duì)于采用單顆DMD的DLP系統(tǒng)，螢?zāi)幌袼厥且粋€(gè)微反射鏡的輸出結(jié)果，但是3-DMD提供的螢?zāi)幌袼貏t是三個(gè)微反射鏡輸出的組合/聚光結(jié)果，一個(gè)微反射鏡調(diào)變紅光，第二個(gè)調(diào)變綠光，第三個(gè)調(diào)變藍(lán)光。使用三個(gè)DMD元件還能支援更先進(jìn)的色彩處理，進(jìn)而提供范圍更寬廣的色彩再生能力。

　　DLP產(chǎn)業(yè)

　　第一批采用DLP技術(shù)的產(chǎn)品在1996年初進(jìn)入市場(chǎng)，它們是以TI設(shè)計(jì)制造的完整“光學(xué)引擎”為基礎(chǔ)，雖然這種方式能協(xié)助廠商更快進(jìn)入市場(chǎng)，但TI的投影機(jī)制造商客戶也沒(méi)有太大空間將產(chǎn)品差異化或提高它們的價(jià)值。 經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后，單晶片投影系統(tǒng)的商業(yè)模式進(jìn)入新的階段，TI開始提供簡(jiǎn)單的DLP系統(tǒng)，并將它安裝在一張印刷電路板上面。這種商業(yè)模式隨后又進(jìn)一步發(fā)展，TI現(xiàn)在開始為客戶提供“晶片套件”，其中包含DMD和必要的支援功能，全部以半導(dǎo)體元件的形式提供給客戶;這種方法為TI客戶帶來(lái)寬廣的揮灑空間，使他們有機(jī)會(huì)創(chuàng)新和提供獨(dú)特不同的產(chǎn)品。現(xiàn)在，幾乎所有的投影機(jī)制造商都已將DLP技術(shù)用于他們的產(chǎn)品線，DLP投影機(jī)的銷售量也已突破二百萬(wàn)部大關(guān)，其中有超過(guò)一百萬(wàn)部是在過(guò)去18個(gè)月里銷售。

　　DLP市場(chǎng)

　　DLP是非常獨(dú)特的技術(shù)，因?yàn)樗茚槍?duì)種類最廣泛的投影和顯示應(yīng)用，協(xié)助廠商發(fā)展最佳解決方案。單片面板架構(gòu)可用來(lái)發(fā)展重量?jī)H2磅的投影機(jī)，這也是全世界最小最輕的投影機(jī);事實(shí)上，所有重量小于3.5磅的投影機(jī)都是采用DLP技術(shù)。應(yīng)用領(lǐng)域另一端則是采用3顆DMD元件的DLP架構(gòu)，它已被用來(lái)發(fā)展全世界最明亮的投影機(jī)，輸出亮度高達(dá)17,500流明。大螢?zāi)浑娨暿荄LP技術(shù)的一個(gè)快速成長(zhǎng)市場(chǎng)，TI客戶已針對(duì)此市場(chǎng)發(fā)展各種消費(fèi)性應(yīng)用解決方案，提供絕佳影像畫質(zhì)、精巧設(shè)計(jì)、優(yōu)雅造型和很低的成本。立體電視墻和平面電視墻(video cube/video wall)制造商在發(fā)展命令及控制應(yīng)用時(shí)，DLP也是他們最先考慮的技術(shù)。

　　DLP技術(shù)的另一個(gè)重要市場(chǎng)是數(shù)位劇院投影解決方案市場(chǎng)。電影業(yè)者早就發(fā)現(xiàn)，若能透過(guò)數(shù)位形式把他們的電影傳送到全世界電影院，他們即可獲得龐大利益。事實(shí)上，電影業(yè)者早就掌握充份科技，可將原版電影從類比轉(zhuǎn)換成數(shù)位形式，然后壓縮、加密和傳送所得到的檔案，再把電影儲(chǔ)存至電影院里的伺服器 - 但若缺少了數(shù)位投影技術(shù)，業(yè)者就無(wú)法在螢?zāi)簧袭a(chǎn)生和膠卷底片同樣畫質(zhì)的影像，數(shù)位劇院也就無(wú)法成為現(xiàn)實(shí)。TI在1990年代末期開始與電影業(yè)者合作，希望能發(fā)展出特殊應(yīng)用的DLP技術(shù)，可在普通電影院播放首輪電影。TI在1999年展示了第一套產(chǎn)品原型，并用來(lái)播放“星際大戰(zhàn)首部曲：威脅潛伏”;就在同時(shí)，大規(guī)模的全球現(xiàn)場(chǎng)展示計(jì)劃也隨之展開，用來(lái)評(píng)估數(shù)位劇院投影系統(tǒng)是否強(qiáng)固可靠，它的操作控制是否簡(jiǎn)單方便，這套系統(tǒng)隨后成為業(yè)界熟知的DLP Cinema技術(shù)。此后，全世界已有超過(guò)160家電影院安裝以DLP Cinema技術(shù)為基礎(chǔ)的投影機(jī)，DLP Cinema技術(shù)也是目前唯一經(jīng)過(guò)實(shí)際考驗(yàn)的數(shù)位劇院投影技術(shù)，證明它能穩(wěn)定可靠的提供高畫質(zhì)影像，不但看起來(lái)不輸給膠卷底片，有些人甚至認(rèn)為DLP Cinema投影出來(lái)的畫質(zhì)還勝過(guò)它們。

　　DLP優(yōu)勢(shì)

　　對(duì)于目前大多數(shù)投影和顯示應(yīng)用，LCD技術(shù)是DLP最主要的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手，但DLP技術(shù)擁有多項(xiàng)優(yōu)勢(shì)勝過(guò)LCD技術(shù)。DLP是數(shù)位技術(shù)，每個(gè)微反射鏡只會(huì)處于ON或OFF狀態(tài)，LCD卻是一種類比技術(shù)。數(shù)位投影技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是它能忠實(shí)而不斷重復(fù)的產(chǎn)生影像，不會(huì)受到溫度、濕氣或震動(dòng)等環(huán)境因素的影響。

　　DLP技術(shù)核心的微反射鏡能以每秒5,000次速度開關(guān)，遠(yuǎn)超過(guò)LCD像素的開關(guān)速度，這能帶來(lái)多項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)，其中最重要的就是DLP技術(shù)只需使用一個(gè)投影面板，就能同時(shí)調(diào)變紅綠藍(lán)三種光束;相形之下，LCD技術(shù)由于速度較慢，因此必須采用三片式投影面板架構(gòu)，第一片面板用來(lái)調(diào)變紅光，第二片調(diào)變綠光，第三片給藍(lán)光使用。

　　單片面板架構(gòu)有多項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)：首先，單面板架構(gòu)只需一套簡(jiǎn)單輕巧的光學(xué)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(jī)和顯示器。

　　簡(jiǎn)單輕巧的光學(xué)系統(tǒng)為DLP技術(shù)帶來(lái)另一項(xiàng)優(yōu)勢(shì)：投影機(jī)或大螢?zāi)浑娨晝?nèi)的光線管理要比三片面板架構(gòu)更簡(jiǎn)單，這能為它帶來(lái)更高的對(duì)比值。高對(duì)比值可以提供更豐富的畫面細(xì)節(jié)，使畫面更逼真，黑顏色會(huì)顯得更黑，并讓畫面看起來(lái)更清晰銳利(人體視覺(jué)器官依賴對(duì)比值來(lái)分辨物體的邊緣，因此高對(duì)比值影像看起來(lái)更銳利，采用DLP技術(shù)的投影機(jī)很容易就能達(dá)到2000:1以上的對(duì)比值。

　　此外，根據(jù)定義，單片面板系統(tǒng)絕不會(huì)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，使得螢?zāi)划嬅婵雌饋?lái)有些模糊。單片面板系統(tǒng)所提供的畫面卻能永遠(yuǎn)保持清晰銳利。

　　觀眾對(duì)于影像畫質(zhì)的好壞還會(huì)受到另外一項(xiàng)因素影響，就是它看起來(lái)“與電影相似”的程度，在觀看動(dòng)態(tài)視訊時(shí)更是如此。在DLP技術(shù)中，微反射鏡的反射面積遠(yuǎn)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(lái)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(shù)的像素面積卻沒(méi)有那么大，使得畫面看起來(lái)有點(diǎn)顆粒的感覺(jué)，這種情形就像是透過(guò)“格狀玻璃”看圖片一樣。

　　微反射鏡擁有很高的開關(guān)速度，因此就本質(zhì)而言，它更有能力將畫面的快速動(dòng)作準(zhǔn)確再生，這是它為DLP技術(shù)帶來(lái)的另一項(xiàng)優(yōu)點(diǎn);LCD技術(shù)由于開關(guān)速度較慢，快速移動(dòng)的影像畫面看起來(lái)會(huì)有些模糊不清。

　　若和其它技術(shù)相比，例如電漿、映像管和LCOS等，DLP技術(shù)也有多項(xiàng)重要優(yōu)勢(shì)。

　　DLP可靠性

　　DLP非常可靠，對(duì)于一種在本質(zhì)上屬于機(jī)械性的技術(shù)來(lái)說(shuō)，這確實(shí)令人驚訝。實(shí)驗(yàn)室測(cè)試結(jié)果顯示，DMD的預(yù)期壽命時(shí)間超過(guò)100,000小時(shí)，客戶反應(yīng)結(jié)果也多半證實(shí)了這項(xiàng)預(yù)測(cè)。此外，DLP技術(shù)全部采用無(wú)機(jī)材料，不會(huì)像有機(jī)技術(shù)一樣，因?yàn)殚L(zhǎng)時(shí)間曝露在熱源或光源下而逐漸劣化。2002年5月，美國(guó)羅徹斯特大學(xué)的孟賽爾色彩科學(xué)實(shí)驗(yàn)室(Munsell Color Science Laboratory at the University of Rochester) 進(jìn)行一項(xiàng)研究計(jì)劃，對(duì)五部可攜式商業(yè)資料液晶投影機(jī)和兩部DLP投影機(jī)的“畫面可靠性”進(jìn)行比較，他們把“畫面可靠性”定義為：投影機(jī)畫面品質(zhì)下降到無(wú)法接受地步的所需工作時(shí)間。接受測(cè)試的投影機(jī)必須日夜不停連續(xù)工作4,000小時(shí);測(cè)試期間結(jié)束后研究人員發(fā)現(xiàn)，所有液晶投影機(jī)都出現(xiàn)清楚可見(jiàn)而令人不悅的畫面瑕疵，采用DLP技術(shù)的投影機(jī)卻沒(méi)有這些問(wèn)題。研究人員認(rèn)為L(zhǎng)CD技術(shù)的影像品質(zhì)會(huì)下降，主要是因?yàn)槠獍搴兔姘鍍?nèi)的有機(jī)材料長(zhǎng)期曝露在光源和熱源之下。

　　DLP發(fā)展

　　第一部采用單片式DMD晶片的DLP投影機(jī)提供350流明亮度、VGA(640 x 480)解析度和大約23磅的重量;相形之下，今日采用單片式DMD晶片的DLP投影機(jī)重量最輕只有2磅，解析度達(dá)到SXGA(1,280 x 1,024)，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晶片的DLP投影機(jī)可提供1,300流明亮度，目前采用三片式DMD晶片的DLP投影機(jī)卻能達(dá)到17,500流明。今天，消費(fèi)者只需不到1,000美元，就能買到以DLP技術(shù)為基礎(chǔ)的投影機(jī)。

　　第一部DLP投影機(jī)進(jìn)入市場(chǎng)至今已經(jīng)七年，這段期間出現(xiàn)了許多進(jìn)步，使得DLP投影機(jī)的效能、重量、體積和成本都獲得大幅改進(jìn)。1996年時(shí)只有一種DMD元件，這段期間卻有13種不同的DMD元件問(wèn)世。解析度也大幅提高，專為DLP Cinema應(yīng)用而設(shè)計(jì)的最新DMD元件就能提供220萬(wàn)像素，長(zhǎng)寬比16:9的DMD元件也已推出。透過(guò)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，元件體積大幅減少，制造成本也變得更低。此外，元件制程也從六吋晶圓升級(jí)至八吋晶圓，不但進(jìn)一步降低成本，還能增加制造良率。

　　提高對(duì)比值是許多研發(fā)工作的重點(diǎn)，主要改變包括采用了更小旋轉(zhuǎn)導(dǎo)孔(Smaller Rotated Via，簡(jiǎn)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(stray light)的影響，進(jìn)而提高對(duì)比值。最近，一種稱為Dark Metal 3的新制程技術(shù)也被采用，它會(huì)在DMD次結(jié)構(gòu)表面鍍上一層吸光性材料，讓通過(guò)微反射鏡間隙的光線不會(huì)再反射出來(lái)，而是被這些材料所吸收，這也能減少雜散光強(qiáng)度，提供更高的對(duì)比值。

　　除了DMD元件之外，DLP技術(shù)的許多其它領(lǐng)域也是研發(fā)重點(diǎn)，例如把更多的投影系統(tǒng)功能整合至相關(guān)晶片組。這項(xiàng)努力還在進(jìn)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(lái)這些影響還會(huì)更明顯。DDR和LVDS子系統(tǒng)的應(yīng)用也可大幅改善效能，特別是在視訊應(yīng)用方面。

　　自從第一部投影機(jī)推出后，色輪的效能也有長(zhǎng)足進(jìn)步。第一部投影機(jī)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(jī)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)的假影雜訊(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(duì)亮度最佳化，以滿足商業(yè)投影機(jī)的高亮度要求，或是針對(duì)色彩飽和度最佳化，以提供家庭娛樂(lè)應(yīng)用所需要的更高色彩飽和度。最新發(fā)展重點(diǎn)是采用SCR(Sequential Color Recapture)技術(shù)，它有很大潛力來(lái)提高效率、增加輸出亮度和改善色彩飽和度。

　　結(jié)論

　　僅僅七年多的時(shí)間，DLP技術(shù)就成為投影和顯示系統(tǒng)市場(chǎng)的重要力量。DLP投影機(jī)目前的市場(chǎng)占有率在25%至35%之間，絕大多數(shù)分析師都認(rèn)為這個(gè)數(shù)字還會(huì)增加，甚至?xí)蔀槭袌?chǎng)的最主要技術(shù)。在美國(guó)境內(nèi)，采用DLP技術(shù)大螢?zāi)浑娨曉缫殉^(guò)以其它技術(shù)為基礎(chǔ)的大螢?zāi)划a(chǎn)品，因?yàn)橄M(fèi)者比較喜歡TI客戶提供的更完美畫質(zhì)、更良好設(shè)計(jì)和更低價(jià)格。無(wú)論是現(xiàn)有市場(chǎng)的成長(zhǎng)，或者是新市場(chǎng)商機(jī)的來(lái)臨，人們都將發(fā)現(xiàn)業(yè)界的轉(zhuǎn)變腳步仍將由DLP技術(shù)繼續(xù)主導(dǎo)。