Первая в мире DMD микросхема или матрица была изобретена не так давно, в 1987 году. Ее создал ученый Ларри Хорнбек, работающий в компании DARPA, для решений различных задач Пентагона. Топ-менеджеры компании по достоинству оценили новую разработку и начали изучение коммерческого применения микросхемы.
Спустя 7 лет после изобретения мир увидел первый DLP-проектор с применением матрицы. Специалисты со всего мира оценили новую технологию как очень перспективную и с того времени DLP вытеснило все прочие технологии на второй план на рынке. Патент на DMD-чип выкупила компания Texas Instruments и до сегодняшнего дня является собственником микросхем, поставляя их мировым производителям.
Устройство микросхемы
Матрица формируется на кремниевом кристалле КМОП-памяти. Она состоит из большого количества микрозеркал из алюминия, которые могут менять свой угол наклона. Таким образом, они могут отражать или поглощать свет, передавая на экран светлые и темные точки.
Стандартная технология использования кремния предполагает формирование матрицы запоминающих элементов. Размеры ее начинаются от 800х600, 1024х768 и больше, где выстраивается два слоя металлизации для соединения. Для ускорения доступа столбцы и строки разбивают на отдельные группы, каждая из которых управляется собственными дешифраторами и демультиплексорами.
В третьем слое металлизации собраны адресные электроды, а также шина смешения, на которой расположены посадочные зоны. Окантовку вокруг поля с микрозеркалами специально зачерняют. Это делается для того, чтобы избежать засветки вокруг экрана проектора, поддерживая высокое качество изображения.
Сам кристалл помещают в корпус с кварцевым стеклом, выполненный из металлокерамики. Для соединения контактных площадок кристалла с выводами корпуса используют проводники из золота. В самом корпусе также устанавливают специальное поле, которое будет отводить тепло от матрицы, защищая ее от перегрева.
В первых прототипах и моделях размер зеркал составлял 16x16 мкм, при этом они могли поворачиваться на угол в 10°. И это уже было достаточно много для того времени. Сегодня же размер зеркал в матрицах зависит от разрешения, а угол отклонения достигает 12°.
Зеркала крепят на торсионные подвесы, обеспечивая долговечность работы матрицы. Повороты зеркал осуществляются при помощи электростатики. Для подвесов используется сверхпрочный металл, который и гарантирует надежность технологии. Как оценивает сама компания Texas Instruments, работать такая микросхема может до 76 000 часов.
Как работает матрица
Состояние каждого пикселя изображения фиксируется в триггерах, специальных ячейках памяти. Именно они влияют на положение зеркал во время трансляции. Это происходит благодаря адресным электродам, которые подключают триггеры к микроструктуре.
Всю работу DMD-матрицы можно разделить на 6 состояний:
- Сброс. Микрозеркала притягиваются к электродам через импульс повышенного напряжения. Эта фаза защищает зеркала от “залипания” и предотвращает задержки в работе проектора.
- Освобождение. После прохождения импульса микрозеркала выстраиваются в одной плоскости, это состояние называют нейтральным положением.
- Дифференциация. На шину смещения передается промежуточное напряжение, которое выстраивает каждое зеркало в нужном положении, в зависимости от ячейки памяти.
- Приземление. На шину подается уже другой импульс напряжения, который ускоряет поворот зеркал, притягивая их к нужным электродам под максимальным углом наклона.
- Загрузка памяти. Зеркала в этой фазе не двигаются, а на ячейках памяти построчно обновляется информация.
- Готовность памяти. Во все триггеры последовательно загружена необходимая информация.
Фазы проходят попеременно, обеспечивая работу матрицы. Отразившись от зеркал, изображение через объектив проецируется на экран. Управление зеркалами осуществляется благодаря изменению напряжения в шине смещения. Оно регулируется микросхемами, которые размещают вне матрицы. Стоит отметить, что все зеркала в комплексе работают максимально синхронно. Это обеспечивает динамику работы матрицы, которая может качественно передавать движение.
За более чем четверть века работы над технологиями компанией Texas Instruments сменилось несколько поколений матриц. Каждая новая разработка получает все больше улучшений, значительно повышая характеристики моделей. Компания не планирует останавливаться на достигнутом, и продолжает исследования и разработки, поставляя миру матрицы, которые соответствуют растущим требованиям потребителя.