디지털 마이크로미러 장치

Digital micromirror device
대부분의 프로젝터와 일부 TV에 사용되는 DMD 칩

디지털 마이크로미러 디바이스(DMD)는 텍사스인스트루먼트(TI)에서 트레이드마크한 DLP 프로젝션 기술의 핵심인 마이크로옵토 전자기계 시스템(MOEMS)이다. 텍사스 인스트루먼트의 DMD는 1987년 솔리드 스테이트 물리학자 겸 TI 펠로우 명예박사 래리 혼벡에 의해 만들어졌다.[1] 그러나 기술은 1973년 Harvey C로 거슬러 올라간다. Nathanson's (MEMS c. 1965년 발명자)는 수백만 개의 현미경처럼 작은 움직이는 거울을 사용하여 현재 디지털 프로젝터에서 볼 수 있는 종류의 비디오 디스플레이를 만들었다.[2]

DMD 프로젝트는 1977년 마이크로기계 아날로그 조명 조절기를 사용한 변형 미러 장치로 시작되었다. 첫 번째 아날로그 DMD 제품은 레이저 스캐너 대신 DMD를 사용한 TI DMD2000 항공권 프린터였다.[3]

DMD 칩은 표면에 표시할 이미지의 픽셀에 해당하는 직사각형 배열로 배열된 수십만 개의 미세한 거울을 가지고 있다. 미러는 개별적으로 ±10-12° 회전하여 ON 또는 OFF 상태로 회전할 수 있다. ON 상태에서 프로젝터 전구의 빛이 렌즈에 반사되어 픽셀이 화면에 밝게 나타난다. 꺼진 상태에서는 빛이 다른 곳(대개 히팅크 위)으로 향하여 픽셀이 어두운 것처럼 보이게 한다. 그리스를 생성하기 위해 거울은 매우 빠르게 켜졌다 꺼졌다 켜졌다 한다. 그리고 온타임 대 오프타임의 비율이 생성된 음영을 결정한다(이진 펄스 폭 변조).[4] 현대 DMD 칩은 최대 1024개의 회색(10비트)을 생산할 수 있다.[5] DMD 기반 시스템에서 컬러 이미지가 생성되는 방법에 대한 자세한 내용은 디지털 조명 처리를 참조하십시오.

디지털 마이크로미러 다이어그램은 토션 스프링이 좌측에서 우측 상단으로 이어지는 현수 요크에 장착된 미러(연회색)와 메모리 셀의 정전기 패드가 아래(왼쪽 위와 오른쪽 아래)로 표시됨

거울 자체는 알루미늄으로 만들어졌으며 지름이 16마이크로미터 정도 된다. 각 미러는 요크에 장착되며, 요크는 규정 준수 비틀림 힌지에 의해 두 개의 지지 기둥에 연결된다. 이러한 유형의 힌지에서는 차축이 양끝에 고정되고 가운데가 뒤틀린다. 규모가 작기 때문에 힌지 피로는 문제가 되지 않으며,시험 결과 1조12(10)가동해도 눈에 띄는 손상이 발생하지 않는 것으로 나타났다. 또한 시험 결과, 힌지는 DMD 상부 구조물에 의해 흡수되기 때문에 정상적인 충격과 진동에 의해 손상될 수 없는 것으로 나타났다.[6]

두 쌍의 전극이 정전기에 의해 미러의 위치를 제어한다. 각 쌍은 경첩의 양쪽에 하나의 전극을 가지고 있으며, 한 쌍은 요크에 작용하도록 배치하고 다른 한 쌍은 거울에 직접 작용한다. 대부분 균등편향 요금이 양측에 동시에 적용된다. 예상대로 중앙 위치로 돌리기보다는 실제로 거울을 현재 위치에 고정시킨다. 이는 이미 거울이 전극에 더 가깝기 때문에 거울이 이미 기울어진 측면의 끌어당기는 힘이 더 크기 때문이다.[7]

미러를 이동하기 위해 필요한 상태는 먼저 각 픽셀 아래에 위치한 SRAM 셀에 로드되며, 이 셀은 전극에도 연결된다. 모든 SRAM 셀이 로드되면 바이어스 전압이 제거되어 SRAM 셀로부터의 전하가 우세하게 되어 거울이 움직인다. 바이어스가 복원되면 거울은 다시 제자리에 고정되고, 다음으로 필요한 움직임은 메모리 셀에 로드될 수 있다.

바이어스 시스템은 픽셀을 SRAM 셀에서 직접 구동할 수 있도록 픽셀을 다루는데 필요한 전압 레벨을 줄이고, 또한 전체 칩에 대해 바이어스 전압을 동시에 제거할 수 있기 때문에 모든 거울이 동시에 움직이기 때문에 사용된다. 후자의 장점은 더 정확한 타이밍과 더 영화적인 움직이는 이미지다.

화면에 "흰색 점"이 "흰색 픽셀"로 나타나는 부서진 DMD 칩.

여기에 설명된 고장 모드는 일반적으로 미러 지지대를 부식시키는 씰 고장으로 인한 내부 오염으로 인해 발생한다. 관련 고장은 2007년과 2013년 사이에 사용된 접착제로, 열과 빛이 저하되고 방출되는 접착제로, 일반적으로 유리 내부에 안개가 끼게 되고 결국 흰색/검은색 픽셀이 된다. 이것은 보통 수리할 수 없지만, 기존의 불량 픽셀을 투사된 이미지의 일부분으로 만들 수 있거나 3D 스캐닝을 포함한 다른 방법으로 매핑할 수 있다면, 빠르게 변화하는 패턴을 필요로 하지 않는 덜 중요한 프로젝트에 결함이 있는 DMD 칩을 사용할 수 있다. [8]

적용들

참조

  1. ^ "래리 혼벡, 디지털 마이크로미러 디바이스, 미국 특허 번호 5061,049, 2009년 인덕티드", "국가 발명가 명예의 전당"
  2. ^ 미국 특허권 3746911, Nathanson 외 연구진, 1973-7-17을 발행한 "프로젝트 디스플레이용 정전기 편향식 조명 밸브"
  3. ^ Johnson, R. Colin (2007-01-29). "TI fellow on DLP: We did it with mirrors". EE Times. Retrieved 2021-05-29.
  4. ^ Brennesholtz, Matthew; Stupp, Edward H. (September 15, 2008). "Chapter 5 Microelectromechanical Devices". Projection Displays. John Wiley & Sons. pp. 57–69. ISBN 978-0-470-77091-7.
  5. ^ Akride, Mike; Butler, Tim J.; Moss, Graham H. (August 1, 1999). "Digital micromirror yields bright array of colors". Laser Focus World. Retrieved 2021-06-07.
  6. ^ Douglass, M. R. (1998). "Lifetime estimates and unique failure mechanisms of the Digital Micromirror Device (DMD)". 1998 IEEE International Reliability Physics Symposium Proceedings 36th Annual (PDF). pp. 9–16. doi:10.1109/RELPHY.1998.670436. ISBN 0-7803-4400-6. S2CID 33779816.
  7. ^ Horenstein, Mark N.; Pappas, Seth; Fishov, Asaf; Bifano, Thomas G. (2002). "Electrostatic micromirrors for subaperturing in an adaptive optics system" (PDF). Journal of Electrostatics. 54 (3–4): 321–332.
  8. ^ Schirmer, Eric. "Explanation of DLP chip failure: white dots and white haze?". DLP® products - DLP products forum. Texas Instruments Inc. Retrieved 2019-12-19.
  9. ^ "Plano Cinema Firm To Open Theater With Digital Projection, Self-Serve Snacks". Texas Business. Old Mesquite LLC. 2010-10-25. Archived from the original on 2012-01-26. Retrieved 2011-10-24.
  10. ^ Barreto, Raul (2011-05-13). "Using DLP® Development Kits for 3D Optical Metrology Systems" (PDF) (Application Report). DLPA026. Texas Instruments. Retrieved 2021-05-29.
  11. ^ Heath, Daniel J; Feinaeugle, Matthias; Grant-Jacob, James A; Mills, Ben; Eason, Robert W (2015-05-01). "Dynamic spatial pulse shaping via a digital micromirror device for patterned laser-induced forward transfer of solid polymer films" (PDF). Optical Materials Express. 5 (5): 1129. Bibcode:2015OMExp...5.1129H. doi:10.1364/ome.5.001129. ISSN 2159-3930.
  12. ^ Georgieva, Alexandra; Belashov, Andrei; Petrov, Nikolay V (2020-10-02). "Optimization of DMD-based independent amplitude and phase modulation: a spatial resolution and quantization". p. 2010.00955. arXiv:2010.00955 [physics.optics].
  13. ^ Lee, Kyeoreh; Kim, Kyoohyun; Kim, Geon; Shin, Seungwoo; Park, Yong-Keun (2017-02-28). "Time-multiplexed structured illumination using a DMD for optical diffraction tomography". Optics Letters. 42 (5): 999–1002. arXiv:1612.00044. Bibcode:2017OptL...42..999L. doi:10.1364/OL.42.000999. ISSN 0146-9592. PMID 28248352. S2CID 46878533.
  14. ^ "State-of-the-Art Illumination Technology". Polygon Cellular-Resolution Optogenetics & Photostimulation. Mightex Systems. Retrieved 2021-05-28.

외부 링크