光电子显示中的数字光处理器的进展.ppt

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1、2023/5/26,1,光电子显示中的数字光处理器的进展,2023/5/26,2,摘要,数字光处理器（DLP）是近几年光电子显示技术中的一支突起的异军，是高技术创新领域里的一颗光彩夺目的新星。随着光电子技术和大规模集成电路制作术的发展，一种被称之为数字微反射镜器件（DMD）应运而生，数字光处理器（DLP）便在此基础之上使新一代的光电子显示投影产业迅速发展起来。现就数字光处理器（DLP）和数字微反射镜器件（DMD）的结构原理作一简要的介绍。,2023/5/26,3,DMD,7P,13P,2023/5/26,4,要目,1,引言2,数字光处理器的发展 3,数字微反射器件（DMD）的基本结构和工作原理

2、4,数字光处理器（DLP）投影机的优点 5,结语 6,参考文献,6,5,4,2,3,1,2023/5/26,5,1,引言,光电子技术和产业已成为21世纪高科技竞争的焦点，随着全球信息化时代技术创新浪潮的日益高涨，我国的科技界和企业界以及政府部门对迅速发展的光电子技术和产业的深远意义和巨大潜力皆予以足够充分的重视。光电子显示则是光电子技术和产业的重要组成部分。多种光电子显示的技术和产业在市场的牵引下缤纷异彩地呈现于世并蓬勃地发展着。目前,光电子显示产品琳琅满目,其产业群的雏形也已星罗棋布地出现在新兴的高科技产业开发区，创新技术不断涌现。,2023/5/26,6,光电子显示技术的主流,阴极射线管(

3、CRT);液晶显示（LCD）;发光二极管（LED）;等离子体显示（PDP）;场发射平板显示（FED）;有机发光二极管（OLED）;全息显示与数字全息（HOLOD）;数字微反射镜(DMD)为基础的数字光处理器（DLP）;数字硅基反射液晶(LCOS).,2023/5/26,7,2,数字光处理器的发展,光电子显示中的数字光处理技术(DLP)Digital Light Processing1993年美国德克萨斯仪器公司在Dr.Larry Hornbeck 1987 年发明的数字微反射器件DMDDigital Micromirror Device的基础上通过不断地探索和试验而应用到商用投影显示中,准备推

4、出的一种新一代的光电子显示产品。在1993年的一次国际信息显示学会（SID-Society for Information Display）研讨会上，Dr.Larry Hornbeck小范围内展示了一台基于他发明的DMD技术的投影仪。,2023/5/26,8,最初的DMD,当时是使用一块768576像素的DMD器件，它只能显示PAL或NTSC的视频信号，而且其对比度也只有50:1而后德克萨斯仪器公司对此又继续不断地投入发展研究经费，Dr.Larry Hornbeck和他的同事又继续深入地发展研究,使DMD的性能如：分辨率、亮度、可靠性等不断提高,其制造工艺亦日臻成熟,他们的研究成果很快就得到了

5、诸多投影仪生产厂家的认可。,2023/5/26,9,Dr.Larry Hornbeck霍恩贝克出生于1943年9月17日，1973年获固体物理学博士后就职于得克萨斯州达拉斯的德州仪器公司（TI）中央研究实验室,2023/5/26,10,历经十年DLP趋于成熟,1994年用DMD装备的原型投影仪首次向世人展示了较为成熟的DLP技术应用成果;1995年德克萨斯仪器公司宣布该公司的DLP产品与它的第一个客户签署销售协议；1996年4月世界上第一台DLP投影仪系统正式发货给某公司。从1987年Larry Hornbeck 博士发明DMD经不断完善，直到形成DLP成熟的投影仪产品先后花了近十年的时间。,

6、2023/5/26,11,Larry的成功,Dr.Larry Hornbeck在研究开发DMD和DLP的整个过程中先后取得33项专利；1997年DLP投影仪被美国艺术与科学动画学会首选为奥斯卡（Oscars）影片展示的放映设备，好莱坞（Hollywood community）亦采用DLP影院技术；从1996年至2001年底德克萨斯仪器公司已直接售出系统整机100多万部。,2023/5/26,12,由于Dr.Larry Hornbeck 在研究DMD和DLP学术上的贡献于2002年被国际光学工程学会（SPIE）选为特别荣誉会员。2008年美国物理联合会（AIP）授予他为工业应用物理奖。,2023

7、/5/26,13,3,数字微反射器件（DMD）的基本结构和工作原理,DMD晶片包含成千上万的微反射镜，每个微反射镜代表一个像素，开或关的状态就可创建一幅图像。DMD是在半导体硅的基底上用大规模集成电路的技术，通过半导体微细加工技术巧妙设计、精密制作，在硅衬底基片上制出一个微存储器。,2023/5/26,14,单个DMD的结构,每一个微存储器上刻蚀出两个寻址电极和两个搭接电极；在紧靠基底电极的上方用涂覆、光刻、溅射、镀膜等大规模集成电路制作工艺制作一个正方形微形反射镜；通过扭臂樑铰链在正方形微形反射镜的对角线方向上把它固定在两个支柱上而形成一个“跷跷板”式的结构。,2023/5/26,15,单个

8、DMD的结构,DMD,反射镜,寻址电极,搭接尖端,轭板寻址电极,扭臂梁铰链,轭板,搭接组件,偏压/静止总线,接CMOS,CMOS基底,DMD,2023/5/26,16,单个DMD的结构-断面图,反射镜,反射镜支架,铰链,轭板,铰链支柱架,金属层,金属氧化物复合层,附有COMS寻址电路的基底,完整的一个DMD断面示意图,2023/5/26,17,DMD的结构示意图-1,反射镜,反射镜支架,电极支架,寻址电极,扭臂梁铰链,铰链支架,轭板,搭接尖端,2023/5/26,18,DMD的结构示意图-2,搭接组件,金属寻址垫,接SRAM,偏压/静止总线,2023/5/26,19,DMD微结构安装,铰链,轭

9、板,搭接尖端,CMOS基板,2023/5/26,20,微反射镜阵列,由于在微反射镜和寻址电极之间存在差动电压，可以构成使微反射镜绕扭臂梁旋转的力矩，在旋转的力矩的作用下，微反射镜将一直被锁定在某一位置上，当复位信号出现时微反射镜便可回到正常位置；也可以把它们看成是一个由大约50万至130万（848600）个正方形微反射镜一个挨一个排列成的“微反射镜阵列”。,2023/5/26,21,DMD微结构,2023/5/26,22,DMD的制作工艺,采用制作大规模集成电路的工艺:用CMOS-互补金属氧化物工艺在硅基片上制作记忆单元和寻址电极;再在硅片表面覆盖一层高分子聚合物；用光刻、溅射刻透聚合物层，制

10、作支撑柱；镀一层薄的铝膜，作为扭臂梁层，镀一层厚的铝膜作为反射镜层；用光刻法刻出扭臂梁和反射镜；用离子刻蚀法除去余下的高分子聚合物层，最后就形成架空的微反射镜。,2023/5/26,23,DMD的制作工艺,1,2023/5/26,24,DMD的制作工艺,2,2023/5/26,25,DMD的制作工艺,3,2023/5/26,26,DMD的制作工艺,4,2023/5/26,27,DMD的制作工艺,5,2023/5/26,28,DMD的制作工艺,6,2023/5/26,29,DMD的制作工艺,7,2023/5/26,30,DMD的制作工艺,8,2023/5/26,31,DMD的制作工艺,9,202

11、3/5/26,32,DMD工艺流程图,9,2023/5/26,33,DMD的制作工艺,10,2023/5/26,34,微反射镜阵列与像素,每一个微反射镜皆可以倾斜，于是照射在上面的光线也就会出现直射和“斜射”两种状态；若把一幅图像也分为848600个像素，再根据其明暗转化为数字脉冲，于是控制那个“微反射镜阵列”中每个微反射镜的倾斜状态，就可以产生一幅再现出原图明暗状况的图像了。,2023/5/26,35,像素的“开”与“关”,每秒几千次,2023/5/26,36,像素的灰阶,由成千上万个这样的微反射镜组成DMD器件芯片，每个微反射镜子代表一个像素，能被开或关来创建图像。DMD微反射镜阵列可由视频信号来驱动的。像素的灰阶数一般为 256种，它是由入射光的脉冲寛度调制而实现的。亦即由微反射镜构成的像素在视频信号每一帧的时间内处于“开”和“关”两种状态的占空比来决定该像素的灰阶。,2023/5/26,37,三片微镜元（像素）产生的灰阶,灰阶的产生,俯视,光吸收器,三片微反射镜,光源,屏幕上的三像素,投影透镜,2023/5/26,38,三片微镜元（像素）产生的灰阶,