產業剖析》DLP技術概要
 
 
 
DLP(Digital Light Processing;數位光源處理技術)是由德州儀器公司以其研發的數位微型反射鏡元件(Digital Micromirror Device;DMD)所開發的一項投影技術,該技術可運用在投影機以及背投電視等商品上。


製造與工作原理

DMD為德州儀器的Larry Hornbeck博士於1987年所發明,其為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,透過光罩層的使用,製造出鋁金屬層與硬化光阻層、鉸鍊、軛與反射鏡。

每一片DMD晶片上透過了半導體製程而在表面上形成了數十萬片的微小鏡片,當表面上的微鏡片數量越多,則可提高晶片的解析度。每個微鏡片都能將入射的光線從兩個方向反射出去,而鏡片轉動的方向則取決於所接受的訊號,當所接受的訊號為「ON」時,鏡片方向則往+12度,若訊號為「OFF」時,則鏡片方向則轉往-12度。將DMD與適當的光源及投影系統搭配,當訊號為「ON」時,反射鏡就會將入射光反射進入透光孔,此時屏幕上的單一畫素就顯的明亮,當訊號為「OFF」時,反射鏡就會將入射光反射至黑色的光吸收體,此時則顯的黑暗。

光點的灰階表現則可藉由二位元脈衝寬度調變(binary pulse-width modulation)技術達成。當數位影像訊號輸入DMD旁的處理器後,處理器將訊號轉化為光學字元,此為一8位元字元,其可產生256個位址序列,根據這些位址序列,鏡片可做時間不等的開關,使光束投射在屏幕上的時間為並不連續,由於鏡片的開關速度相當快,每秒鐘可高達5000次,以人眼的視覺能力而言,在屏幕上表現出來則為灰階的效果,而非閃爍的效果。


DLP 架構

DLP投影系統可分為單晶片或為三晶片,取決因素包括成本、光源效率、功耗、重量與體積等。單晶片DLP主要應用在商用簡報投影機、家庭娛樂投影機以及背投電視等,它先利用一組聚光鏡將燈泡發出的光聚焦在穿透性色輪(transmissive color wheel),色輪快速旋轉後,穿透後的光源變成紅、藍、綠三色光,並輪流且連續的照射在DMD晶片上,再經由上述的成像原理投射在屏幕上,雖然三原色為輪流,但人眼的視覺暫留效果則感覺到此三原色混合在一起,因此可得到全彩的動態影像。單晶片可以縮小光學系統的體積,減輕重量,讓廠商發展出攜帶方便的投影機。

三晶片 DLP 投影系統主要提供大面積、高亮度的應用需求,例如大型會場、舞台等的投影設備。該系統中,燈泡所發出的光線會被稜鏡分成紅、藍、綠三種原色,每種顏色分別被導向三片DMD上,這表示紅、藍、綠各有一片晶片負責執行光的調變,經過成像原理後同時投射在屏幕上而得到影像。


DLP 技術的優點

目前投影顯示技術主要為 DLP 以及 LCD,兩者互為競爭對手,但 DLP 有多項優勢勝過 LCD:

1. 高對比

DMD上有數以萬計的鏡片組成,每塊鏡片之間的距離不到 1 微米,因此可以大幅縮小投影畫面畫素之間的距離,呈現無縫隙的數位畫面,且在任何尺寸都可以保持良好的影像銳利度,不會出現LCD投影技術所造成的畫素間距痕跡或篩孔,這也是採用DLP技術投影的影像總能保持高對比的原因。

2. 高反應速度

由於DMD上的微鏡片開關速度非常快速,僅數微秒,相較於 LCD 以毫秒計,反應速度快了千倍之多,因而具備快速的回應速度,在快速移動的影像如球類等,都不會有殘影現象的發生。

3. 高度可靠性

DMD的預期壽命經實驗測試顯示超過 100,000 小時,此外由於採無機材料,不會像有機材料般,常暴露在光與熱下會產生劣化的情形,LCD畫質的變差常常是偏光板和面板的有機材料劣化所致。

4. 高彈性設計空間

DLP投影系統只需要一片 DMD 晶片,LCD 投影技術則需要三塊,相較之下,整體投影系統可以做得很小,重量也相應輕了許多,因而可以讓產品設計師可以構思體積小、重量輕並兼顧時尚的產品。

DLP 技術的缺點

目前市場上的DLP 投影機大都屬於單晶片,為利用色輪將三原色輪流投射至屏幕上,而LCD投影技術在三原色上幾乎為同時抵達屏幕上,因而DLP之色彩飽和度相對於LCD則略遜一籌。

極致色彩技術

色輪最初由紅、藍、綠三原色組成,後來發展到四節點色輪技術,即在 R、G、B基礎上又加入了白色,從而可提供更標準的色彩與高亮表現能力;後來發展出在傳統四節點色輪中,又加入了比例正確且極其精準的黃色(可形象地稱之爲“黃金色輪”),可投射出精確的色彩,一般投影機最難表現的人體膚色及金屬色等,在搭載“黃金色輪”的投影機上,都能夠得到忠實的呈現。

DLP 與 LCD 各自雄霸一方

DLP産品的核心元件—DMD晶片一直由德州儀器獨家供應給各家投影機生産廠家,由於該技術是德州儀器的專利,處於壟斷地位,多數投影機廠家並不買德州儀器的帳,造成初期DLP的機器生産數量並不是很多,直接導致單位成本比較高,所以DLP機器始終比同檔次的LCD機器價格要高,市場佔有率和認知度遠不及LCD投影機。

不過 DLP 所具有的優勢仍將有利於其市場的發展,但這一切還需要廠商和市場去共同驗證,鹿死誰手,勝負難料。目前兩種技術均各有其擁護者,亦有腳踏兩條船的雙線生產者,下表為主要兩陣營中主要的廠商:

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