DLP（Digital Light Processing；数位光源处理）是由德州仪器（Texas Instruments；TI）以其研发的数位微镜装置（Digital Micromirror Device；DMD），所创造的一种全数位反射式投影技术。这是德州仪器的Larry Hornbeck博士于1987年所发明。

DLP晶片是先进的光开关，其含有约200万个规则排列并相互铰接的微型镜片。数以万计的镜片组成一数位微显镜系统，每个微显镜的大小仅相当于头发丝的五分之一。

关于数位微镜系统（DMD）

制造

DMD是Digital Micromirror Device的缩写，即数位微镜装置。它是一种整合的微机电上层结构电路单元（MEMS superstructure cell），利用CMOS SRAM记忆晶胞所制成。 DMD上层结构的制造是从完整CMOS记忆体电路开始，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，​​铝金属层包括位址电极（address electrode）、绞链（hinge）、轭（yoke）和反射镜，硬化光阻层则做为牺牲层（sacrificial layer），用来形成两个空气间隙（air gaps）。铝金属会经过溅镀沉积（sputter-deposited）以及等离子蚀刻（plasma-etched）处理，牺牲层则会经过等离子去灰（plasma-ashed）处理，以便制造出层间的空气间隙。

工作原理

DMD是由数十万片面积14×14微米，比头发断面还小的微镜片所组成，藉由增加DMD内微镜片镜的数量，即可提高产品的解析度，而不须改变微镜片的大小；此外，微镜片片数越多，元件面积越大，反射光也会随之增加。

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，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「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晶片，即可得到彩色显示效果。配有一颗DMD晶片的DLP投影系统称为单片式DLP投影系统，经色轮过滤后的光，至少可以生成1670万种颜色；而采用三片式的DLP Cinema投影系统可生成的颜色则不少于3500万种。

DMD的输入是由电流代表的电子字元，输出则是光学字元，这种光调变或开关技术又称为二位元脉冲宽度调变（binary pulse-width modulation），它会把8位元字元送至DMD的每个数位光开关输入端，产生28或256个灰阶。最简单的位址序列（address sequence）是将可供使用的字元时间（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位址序列。当整个光开关阵列都被最高位元定址后，再将各个画素效能重设，使他们同时对最高有效位元的状态（1或0）做出反应。在每个位元时间，下个位会被载入记忆体阵列，等到这个位时间结束时，这些画素会被重设，使它们同时对下个位址位做出反应。此过程会不断重复，直到所有的位址位元都载入记忆体。

入射光进入光开关后，会被光开关切换或调变成为光束（light bundles），然后再反射出来，光束时间则是由电子字元的个别位元所决定。对于观察者来说，由于光束时间远小于眼睛的integration时间，因此他们将会看到固定亮度的光线。而这种主要利用DMD将全数位影像投射到萤幕或其他表面上的电子元件便称之为「数位光学处理」技术（Digital Light Processing）。

DLP架构

DLP投影系统应该采用一颗还是三颗DMD晶片是由多项因素决定，包括成本、光源效率、功耗、重量和体积。下面介绍单片式DLP投影系统及三片式DLP投影系统的工作原理。

单片式DLP投影系统

单片式DLP投影系统主要用于商用资料投影机、绝大多数的家庭娱乐投影机以及大萤幕背投电视，它先利用一组聚光镜将灯泡发出的光线聚焦在色轮筛检程式产生红、绿、蓝三色光，再利用第二组镜片将通过色轮的光线均匀聚焦在DMD元件表面。随着反射镜旋转状态的不同（+12度或-12度），光线可能会反射进入投影镜头的透光孔（ON）或是离开投影镜头的透光孔（OFF）。人的视觉器官将连续投射的色彩混在一起，于是便可以看到全彩影像。

采用单片面板可以缩小光学系统的体积，减轻它们的重量，使厂商得以发展出携带方便又有弹性的投影机。

三片式DLP投影系统

对于必须提供高亮度输出的应用，例如会议室、礼堂、研讨会以及出租和舞台，就必须采用三颗DMD的架构，即三片式DLP投影系统。这样能组成更大的反射面积，让投影机能透过镜头提供更高亮度的输出。在采用三颗DMD元件的投影机中，灯泡发出的光线会被棱镜分成红绿蓝三种原色，每种颜色则分别被导向适当的DMD元件，这表示红光、绿光和蓝光都各有一颗DMD组件负责执行光调变。对于采用单颗DMD的DLP系统，萤幕画素是一个微反射镜的输出结果，但是三片式DMD提供的萤幕画素则是三个微反射镜输出的组合/聚光结果，第一个微反射镜调变红光，第二个调变绿光，第三个调变蓝光。

DLP技术的优势

高解析度

DLP技术的核心是由数以万计的镜片组成的数位微显镜系统，每块镜片之间的距离不到1微米，因此可以达到极高的空间利用率，并大幅缩小投影画面画素之间的距离，呈现无缝隙的数位画面，且在任何尺寸都可以保持良好的影像锐利度，不会出现其他投影技术所造成的画素间距痕迹或筛孔，这也是采用DLP技术投影的影像总能保持高解析度的原因。

高度可靠性

DLP是数位技术，数位投影技术的优点在于能完整、忠实地呈现原始影像，不会受到温度、湿气或震动​​等环境因素的影响。而DLP晶片超过10万个小时的使用寿命，更确保画面不会有褪色的情形发生。

高对比

在看电影或电视时，影像呈现的立体感非常重要。因为人体的视觉感官是依靠对比值来辨识物体的边缘，因此具高对比值的影像看起来将更加锐利。当对比度低时，暗色部位即呈现模糊一片，影像显得平坦且缺乏真实感。 DLP技术除了提供高对比值之外，更可依据场景的亮暗、色彩与对比的需求，动态调整系统的对比度数。目前Samsung的67吋1080p投影电视已可达到10000：1的对比度，真正达到True HD的高画质效果。

高反应速度

许多人在观看动态画面时，都曾发现快速移动的影像发生拖曳残影现象，这是由于显示器回应速度不够快的缘故。 DLP技术的切换非常快速，仅数微秒，相较于液晶电视以毫秒计，反应速度快了千倍之多。也就是因为具备快速的回应速度，即使是赛车或球类等高速动态影像，都不会有残影现象的发生，呈现出清晰而逼真的影像。

价格优势

运用半导体制程技术生产DLP晶片，不仅可协助缩小面板尺寸，更提供了降价空间，进而提供消费者价格实惠、品质优良的电视产品，这也是DLP产品制造商能够不断在市场上压低价格的主要原因。根据赛诺市场研究公司（Sino）的最新调查显示，目前中国市场中50至60英吋DLP高解析度电视的价格仅为同尺寸电浆电视的44％。

高弹性设计空间

DLP技术的核心是数位微显镜元件，其对光信号的调变速度比其他显示装置要快得多。这意味着DLP投影系统只需要一块面板，而其他投影技术则需要三块。这样一来，投影子系统可以做得很小，重量也相应轻了许多，为创新设计留下充分的空间。产品设计师可以构思体积小、重量轻并兼顾时尚的产品。目前全球已经有三星、三菱和东芝等三家厂商推出DLP口袋型投影机，开启投影机应用的新纪元。

多样化产品功能

DLP技术可在生活中的各种场合，满足放映画面的视觉享受。采用DLP技术的全数位式电视和家庭剧院系统可用于播放电视节目、欣赏网路影片、玩游戏软体与观看数位照片等。此外，三晶片DLP投影机满足专业投影市场的要求，现已用于奥斯卡颁奖晚会和艾美奖等知名活动。 DLP Cinema（DLP影院）也以数位化的技术呈现电影效果，是好莱坞导演、制片商和电影公司采用和支援的数位投影技术。目前数位电影院的风潮正席卷全世界，全球已经有超过1000家电影院和专业放映厅装置采用DLP Cinema技术的投影机。

不断创新发展的DLP技术

最新的DLP技术应用LED光源推出高解析度电视，以及提升DLP显示引擎光学效率的极致色彩技术。

LED DLP TV

关于LED

LED是会发光的二极体。二极体是最基本的半导体元件，其作用是在一可控制的范围内导电。最简单的二极体由电的不良导体构成，并对其进行改善以增加自由电子。高电子含量材料（称为N型材料）与低电子含量材料（称为P型材料）相连，为自由电子流动建立了通路。这个连接被称为PN连接。

LED就是拥有PN连接的二极体半导体，在通电后释放光子。该过程被称为注入发光，发生于电子从N型材料填充到P型材料低能量孔的过程中。高能电子进入低能量孔时会释放能量，产生光子。 P型和N型材料层所使用的材料，以及两者之间的间距决定了生成光线的波长和能量。

目前比较普遍用于制造LED的材料是砷化铝镓（AlGaAs）、磷化铝铟镓（AlInGaP）和氮化铟镓（InGaN）。结合新的生产架构，可以被做成极亮的LED，用于一般照明和汽车照明。一些架构开始应用额外的磷化物以生成白光，凭借极低的能量消耗和更长的寿命与普通日光灯和萤光灯展开竞争。

使用LED照明的DLP电视

目前已有厂商开发出利用LED照明技术的DLP高解析度电视，其亮度性能已经能与灯管的系统相媲美。使用新一代的高亮度LED，DLP 高解析度电视已经能够充分利用其照明的优势。 (图一)为该系统的基本光学结构。

《图一 DLP高分辨率电视LED光学架构 》

目前，运用LED技术的DLP产品都使用了德州仪器的DSP元件即时处理系统资讯，在操作温度范围内提供稳定性，并提高亮度和可靠性。

LED技术的快速交换能力与DLP技术的快速交换性能可互相搭配。利用DMD和LED的高速性，色彩的更新率高过现有设计；色彩的随意排列也成为可能。另外，画面色深更多、动态效果更佳，亮度也更高。增加LED的交换频率可以产生更大的能源驱动，并减小PN连接的热负荷。 DLP技术的快速交换能力可利用LED新开发的色彩，透过单一DMD设备实现多重色彩配置，进而获得更大灵活性。在DLP系统中，LED无需最佳化，只要将光精确地从DMD镜面反射出去，便可得到极高效率，使亮度和系统的效率达到最大，并减少发热。其优点能使系统的成本降低、亮度提高、色域加宽，远超越利用普通照明光源的传统系统。随着LED和DLP技术整合，其性能和可靠性将超越现有的DLP高解析度电视产品。

极致色彩技术(Brilliant Color)

极致色彩技术专为提升DLP显示引擎的光学效率而设计。对于UHP灯泡而言，该技术能够比传统的三色解决方案提高50％的亮度。使用六种色彩可以拓宽色域，比三色方案更能够忠实地再现自然界的色彩，让观众得到身临其境的感受。

提高照明效率

在基于灯泡的显示系统中，有几个因素会影响到显示器的亮度。包括灯泡的流明值、光系统的效率、色轮的效率以及显示幕的效率。简而言之，萤幕的亮度就是光系统的效率乘以流明值和萤幕增益值。提升光路径中任何一段的效率都可以提高萤幕的亮度。

极致色彩技术透过使用额外的滤色片解决了这一问题。灯泡能量在580nm波长上没有得到充分利用，而使用黄色滤色片可以重新获得这部分能量。同样的，青色滤色片可以提升500nm区域的效率。设计一个使用五色照明（红、蓝、绿、黄、青）的投影系统可以将最终亮度提高达50％。 (表一)显示了在DLP显示系统中使用新型的0.45吋720p DMD和五色轮可以获得的改进。

拓展色域

除了提升系统照明效率之外，极致色彩技术还能拓宽色域。红、绿、蓝显示器的色域是一个三角形的区域，三个顶点分别由红、蓝和绿色等滤色片的色度值确定。该系统能够显示的任何一种颜色都由红、绿和蓝混合而成。尽管对于许多应用而言这一色彩空间已经够用，但是它无法表现明亮的黄色和青色。这是因为自然界中经常可以看见明亮的黄色及青色超出了这个三角形的范围。增加额外的颜色便可以将三角形扩展成一个更大的多边形，可供选择的颜色也随之增加。 (图二)说明了今天许多电视机使用的Rec.709色彩标准的三角形。透过使用多原色色轮和极致色彩技术，便可以将色域扩展到外面的多边形（虚线部份）。

这一新的色域所代表的自然界色彩要比今天多数显示系统的色彩更为丰富。新的色域也更能平衡色度和亮度，呈现出最真实的色彩。

《图二 色彩色域图》

使用RGB色轮改进色域

此外，在传统的红、绿、蓝（RGB）色轮上使用极致色彩技术同样可以改进色彩处理。所有的色轮在不同的滤色片之间都有一个过渡区域。当该过渡区域照亮DMD时，色彩处理器并不能确定DMD上到底是哪种颜色的光。比如说，当红/绿轮辐照亮DMD时，DMD只看到红光和绿光的混合光。

色彩处理可以妥善利用这种情况。红色加上绿色生成黄色。同样，红色加上蓝色生成洋红，而蓝色加上绿色生成青色，参见(图三)。在这种情况下，黄色、洋红和青色点位于红、绿和蓝滤光片构成的三角形色域区间以内（因为这些颜色是由色域内的两种颜色混合而成的）。这和在三角形区域外增加新的色点构成多原色色轮的做法稍有不同。

《图三 RGB色轮和轮辐 》

极致色彩技术可以将轮辐区域处理成一种合成色（即将绿/红轮辐处理成黄色）。色彩处理器可以使用黄色、青色和洋红来提升显示器的亮度，这样可以得到更加饱和的原色，如(图四)。

《图四 RGB色轮更加明亮的色域 》

极致色彩技术的其他优势

除了改进照明光学效率并拓宽色域之外，极致色彩技术还可以进一步改善DLP显示器的影像品质。和传统数位固定的色彩计算不同，色彩计算使用了浮点演算法，确保计算的精确度。这样降低噪讯，显示的色彩更加真实。提升的计算精度加上更宽的色域为DLP投影系统提供了更多色彩。此外，极致色彩技术具备灵活性，可以让OEM厂商按照自己的需要订制显示器的色彩表现，提高市场竞争的差异化。

结语

根据PMA 2006年2月的调查结果指出，DLP在全球前投影市场的市占率已超越50％，在中国市场的市占率更高达59％。随着技术的不断改善及创新，未来也将出现更具竞争力的DLP解决方案，进而为消费者提供更多选择性的DLP产品。除了技术之外，与客户的紧密配合，也是数位/高解析度电视战争中的决胜关键。供应商不推出自有品牌的终端产品，并与制造商保持绝对的合作关系，甚至针对客户的需求，提供研发、行销、服务等各项协助，才能创造彼此双赢。DLP不断升高的市占率即证明了这项策略是成功的。核心技术的提供厂商不能以垄断市场为目的，而是透过与众多业者的合作，将先进的技术转化为更多元、更创新的应用，推广至世界上更多的角落，才能为消费者创造丰富的影音世界。

（作者为TI德州仪器DLP亚洲区业务总监）

延 伸 阅 读	DLP技术是以一种微机电（MEMS）元件为基础，称为数位微型反射镜元件（Digital Micromirror Device；DMD）。相关介绍请见「DLP技术概要」一文。 数位光学处理（Digital Light Processing；DLP）投影机是一种特殊光源调变方式的投影显示技术。你可在「DLP投影机技术与产品动态」一文中得到进一步的介绍。 德州仪器宣布其客户推出的两类全新DLP投影机，它可以将DLP投影、DVD播放器和音响系统集成在一起，实现真正的家庭影院。 在「DLP新型投影机实现真正家庭影院」一文为你做了相关的评析。

市场动态

Optoma亚洲区总经理郭特利表示，现在市面上已见到1080P的投影机，但是单价高达新台币25～30万元，不具有市场性；2005年底奥图码将推出720P的投影机，价格将由现在的18.9万元降到10万元以下。相关介绍请见「德仪DLP 1080P前投晶片问世」一文。 德洲仪器表示，经过多年推广，DLP技术已经在台湾前投产品市场上取得良好成果；该公司引述太平洋媒体协会（Pacific Media Associations；PMA）资料指出，2003年第一季，DLP前投产品在台湾市占率仅有15.2％，但现在已跃升至62.8％。 你可在「DLP拿下台湾前投产品市场半壁江山」一文中得到进一步的介绍。 德州仪器在美国消费性电子展（CES）上展示了全新的DLP HDTV技术，以及具备「极致色彩」（BrilliantColor）处理技术的新款HDTV晶片组，将协助DLP HDTV的制造商推出更高画质产品，提供消费者更多选择。 在「TI在CES展出DLP HDTV显示器技术」一文为你做了相关的评析。