[开发故事]DLP投影仪（一）

【开发故事】DLP投影仪（一）：坚持20年不放弃的男人（上）

2010/06/2100:00美国德克萨斯州最大的城市达拉斯。在这个有着牧牛和牛仔历史的城市

里，一项技术宣告诞生。这项技术在很长时间里“养在深闺人未识”，甚至一度处于行将消亡的境地。然而，凭借一个男人长年累月的苦斗，成就了时至今日的一项无人不晓的核心技术。这个男人无论如何也不肯放弃的技术就是采用微镜的“DLP（DigitalLightProcessing）”光学技术。

从在美国大受欢迎的大屏幕背投电视、小到可放在手掌上的前投式投影机、以及美国好莱坞的电影公司开始全力以赴的数字电影??。近年来轰动显示器业界的这些产品、及其应用所不可或缺的关键技术。这就是“DLP（DigitalLightProcessing，数字光处理）”。

DLP是一种利用了微镜对光的反射原理的光学技术。开发出该技术的是美国德州仪器（TexasInstruments，TI），但目前采用DLP的企业却涵盖了各行各业。配备DLP的背投电视的机型数迄今为止达到50多种，占前投式投影机总体40％的机型采用了DLP。而且采用DLP的机型还呈增长趋势。

在这一市场人气的影响下，TI生产和销售的DLP元器件的累计供货量迅速增长。1996年～2001年的6年间仅供货100万件，但随后的2年内就供货200万件。接下来的200万件供货只用了短短的8个月。目前，供货量仍在不断提高。

支撑着供货量持续增长的DLP核心部件，是名为DMD（DigitalMicromirrordevice）的芯片。这是利用硅的微加工（MicroMachining）技术，在半导体芯片上制作可动的微镜而形成的。在LSI上设置可动部件的崭新思路，成了催生新产品及应用的原动力。 完成DMD开发的核心人物，是TI的LarryJ.Hornbeck。从着手开发到首批产品问世，共花了20年??。在此期间，他从未放弃，为了DMD实现产品化呕心沥血。Hornbeck的这项业绩受到高度评价，他获得了目前在TI的研究人员中相当于最高评价的“Fellow”称号。

在TI，他已是无人不晓的人物。之所以这样说，是因为想必今天他也还是穿着心爱的牛仔靴，咚咚作响地走在研究部门之间，不停地对开发工作下达指示??。 “Larry”。TI的同事以及下属带着亲密和尊敬之意这样称呼他。说起来，Larry开始着手这种新型光学元件开发的契机，要追溯到距今大约30年前。

发端是光信号处理

“如果让微镜动起来会怎样？” “哎呀，那样一来特性会变得不稳定”

“而且，使微镜变成可动时，怎样才能提高动作的稳定性呢？”

1977年11月，美国德克萨斯州达拉斯近郊。TI的中央研究所“CRL（CentralResearchLaboratory）”就坐落在这个城市的一角。3个男人正聚在一起，无休无止地热烈讨论着什么。

这3人都是TI的技术人员。而且还是美国政府资助的用于光信息处理的空间光调制器开发项目的成员。

当时，作为信息处理系统中的图形识别等实现高速化的一种方法，利用光的处理方法受到了关注。要想实现这种光信息处理，可使光的通路任意变化的元器件就不可或缺。TI派了3名精通光学技术的人员开发空间光调制器用元件。其中1名就是Larry。 Larry于1974年大学毕业后，在CRL从事照相机用CCD型固体摄像元件的研究开发。他作为“图像传感器等光学技术的专家”，参与到了该项目中。

DLP的核心技术——DMD的工作原理

美国德州仪器（TexasInstruments，TI）开发的光学技术DLP，利用了通过MEMS技术制造的显示器元件“DMD（DigitalMicromirrorDevice）”。DMD采用在硅底板上排列大量极小的微镜的构造。通过用电控制这种微镜的朝向，来决定是否将来自光源的光反射到屏幕方向（图A-1）。

图A-1DMD的构造

一边分别控制无数微镜的倾斜度，一边改变从光源射入的光的反射方向，借此在屏幕上显示想要的影像（a）。1981年当时试制的DMD的像素数为128×128（b）。中心为微镜器件（MirrorDevice），其周围连接有许多布线。（摄影：林幸一郎）(点击放大)

微镜以设在微镜下部的铰链作为轴，倾斜±12度（第1代产品为±10度）。微镜的倾斜开关控制借助静电引力来实现。这种开关动作控制可达到1秒钟最多数千次。虽然微镜的尺寸没有公布，但在SVGA尺寸下有48万个微镜密布在CMOS芯片上，在SXGA尺寸下则有131万个微镜密布在CMOS芯片上。每个微镜相当于1个像素。开发之初的像素数约为16×16或者128×128。 能耐受数亿次的开关动作

DMD通过PWM（PulseWidthModulation）的双值脉冲宽度调制，将数字信号的输入数据转换成光的数字输出后再予以使用。受到PWM控制的“1”“0”数字数据（DigitalData）通过微镜的“开”“关”来表示。通过调整微镜的开/关次数来表示浓淡。在微镜处于关状态时入射的光，被光吸收板所吸收。相反，处于开状态时的入射光则被透镜收集并投影。

在微镜的下部，有使微镜一端接地的接地（Landing）部件以及电极。电极下部的硅底板上形成有SRAM。工作原理是，通过在这种SRAM中写入“0”或者“1”，来切换与微镜之间的静电引力。

开关动作方面，微镜可承受数亿次的重复动作。TI透露，之所以能实现这样的动作，“是因为微镜的开关所采用的铰链材料单晶硅不会产生金属疲劳”。

之所以能实现彩色显示，是因为来自光源的光是通过R（红色）、G（绿色）、B（蓝色）的色轮（ColorWheel，滤光器）入射到DMD中的。在单板式DMD系统中，反射到微镜上的光透过透镜投影到屏幕上。如果是大型投影机以及数字电影等，则对每个RGB分配1个DMD。即采用3板式。（未完待续，记者：蓬田宏树）