第 3 章 投影機系統
3.4. DLP投影機
由德州儀器（TI）所開發成功之技術，可以僅使用單片式結構達到1000流明 以上的亮度。並且德儀已發展出單片、兩片及三片式DLP系統，解析度亦有SVGA 至SXGA等級。所以目前在高投影亮度的表現仍較傑出，但缺點是色彩純度的表 現較差。其中DLP投影機也可採用三片式的結構，與穿透式LCD投影機一樣。
3.4.1. 基本原理
DLP投影機是一種特殊光源調變方式的投影顯示器，利用DMD（Digital Micromirror Device）晶片上的反射鏡藉由DLP（Digital Light Processing）電路設 計，來控制入射光源（DMD晶片上共有50萬片微小鏡片），並將影像投射出去，
屬於反射式投影機。因此，我們先來瞭解DMD的工作原理與架構為何。
DMD像素是一種整合的微機電上層結構電路單元（MEMS superstructure cell），它是利用CMOS SRAM記憶晶胞所製成。DMD上層結構的製造是從完整 CMOS記憶體電路開始，再透過光罩層的使用，製造出鋁金屬層和硬化光阻層
（hardened photoresist）交替的上層結構，鋁金屬層包括位址電極（address
electrode）、隱藏型扭力絞鏈（Hidden torsion hinge）、軛形架 （yoke） 和反射鏡，
硬化光阻層則做為犧牲層 （sacrificial layer），用來形成兩個空氣間隙（air gaps）。 鋁金屬會經過濺鍍沉積 （sputter-deposited） 以及電漿蝕刻（plasma-etched）處 理，犧牲層則會經過電漿去灰（plasma-ashed）處理，以便製造出層間的空氣間 隙，如圖3-9(a)所示。
圖3- 9 DMD 構造
(a) DMD 中每一畫素的構造 (b) DMD (c)幾何模擬圖
在瞭解DMD本身構造後我們來分析它工作原理，DLP投影機本身是利用 DMD上的數萬個微小反射鏡面的偏轉，使入射光產生不同角度的反射偏折，而 達到反射亮點ON-OFF的效果，如圖3-10所示。首先，螢幕亮點的形成主要是因 當加上正偏壓於反射鏡的偏轉驅動電路上時，則反射鏡會偏轉+12度，使光束入
射於反射鏡上，經過適當的光路安排使得反射鏡的反射光完全進入投影鏡頭，而 將光束投影在螢幕上的某一位置，形成一個亮點，即所謂的ON（亮）狀態，如 圖3-10（b）所示。再者，螢幕亮點的消失是因如果在反射鏡的驅動電路上加上 一個負偏壓訊號，那麼反射鏡將偏轉-12度，使入射的光束將不再進入投影鏡頭 的接收範圍內，螢幕上相對應位置即不會產生亮點，這即是所謂的OFF（暗狀 態），如圖3-10（c）所示。然而，在ON-OFF兩狀態間會存在一段平坦狀態的時 間，也就是反射鏡不偏轉時，入射光束仍不會進入投影鏡頭的接收範圍，但這反 射光束若處理不好會造成雜散光與漏光現象，畫面無法全黑已致畫面對比度降 低，如圖3-10（a）所示。至於灰階的產生方式，如果在相同的時間週期裡讓亮 點停留越久，那麼在螢幕上的亮點就會顯得比較亮；相對的，如果停留的時間越 短，則亮點的亮度將會比較暗。最後在一定的時間範圍中，將時間範圍依二進位 為切分，如此就可以達成灰階的效果。
圖3- 10 DMD 工作原理
(a) 平坦狀態 (b) ON（亮）狀態 (c) OFF（暗）狀態
3.4.2. 系統架構
依據之前章節介紹可知，DLP投影機也可依據使用光閥（DMD）的數目可區 分為單片式、二片式與三片式DLP投影機。由於現今投影市場上能以單片式DLP 投影機為主流，而三片式DLP投影機為少部分數位戲院所採用，因此，以下將對 這兩種投影機做介紹。首先，先瞭解單片式DLP投影的架構，如圖3-11所示。
圖3- 11 單片式 DLP 投影架構
單片式DLP投影架構主要是由光源、聚光元件、色輪、DMD晶片及投影鏡頭 所構成。光源先藉由導光管（ROD）做均勻化處理後，經過收斂透鏡的聚焦，
通過R、G、B三色濾光片的色輪，最後入射在DMD晶片上，DMD上的每個微反 射鏡為一個畫素，每個反射鏡底下都有一個記憶體和驅動電路與之對應，每個畫 素的記憶體會記錄該圖素的訊號數位值，並將數位訊號送給驅動電極來產生微小 反射鏡的的偏轉，經過適當的光路安排使反射鏡的反射光完全進入投影鏡頭，並 將影像投射於螢幕上。
三片式DLP投影機的架構顯然比單片式LDP投影架構較為複雜且成本相對也 較高，但是訊號的處理比單片式容易，且不論是投影的亮度比單片式高出三倍，
對比度與最終畫面呈現的效果皆較為優越。圖3-12所示即為三片式DLP投影機的 架構圖。
圖3- 12 三片式 DLP 投影機架構
三片式的DLP投影系統不需要光學元件色輪，是改用三顆分色稜鏡來將原始 光源的R、G、B區分出來，每一色光對應一顆DMD晶片，最後再將RGB三色光 混合在一起形成全彩色。