DLP技术核心DMD芯片原理介绍

前段时间国际领先的汽车照明企业马瑞利研发的一款h-Digi车灯模块入围2020年《美国汽车新闻》PACE奖决赛。h-Digi模块首次采用了包含130万个微镜的芯片。这里的微镜芯片就是DLP技术，数字光处理技术，数字光处理技术的核心就是DMD芯片。

DLP技术的应用领域很多，比如投影仪、电视、手机、3D打印等，应用的时间也有几年时间了。但是这项技术被引入到车灯照明领域还是第一次。所以，对于车灯领域的研发人员可能很多人还不太熟悉。那么今天就来聊聊DLP技术的核心原理DMD工作原理。首先来看一段视频，来了解一下。

光电显示

DMD芯片工作原理

微反射镜结构

在DMD芯片，微反射镜是其最小的工作单位，也是影响其性能的关键。微反射镜的体积非常小，但是依然拥有不同于液晶的复杂机械结构——每块微反射镜都有独立的支撑架，并围绕铰接斜轴进行+/-12°进行的偏转。对于微反射镜这种微型机械，传统的机械或是液压控制已无法使用（即使能够使用，也会由于机械磨损而迅速损坏），因此在微反射镜的两角布置了两个电极，通过电压控制控制偏转，获得了高精度的控制能力和无限的偏振寿命。

微反射镜工作示意图

微反射镜是依靠反射光线工作的，其偏转能力是其关键，如上图所示这是一个偏转角度达+/-12°微反射镜的工作示意图，在微反射镜开启状态时（On State，+12°），入射光线（光源）的入射角达到12°，反射角亦达12°（两者相加即是24°），此时光能最大，即为（255，255，255）；若微反射镜偏向关闭（Off State，-12°）状态，此时镜头接收到的光线越来越小，到达关闭状态时，亮度最低，即为（0，0，0）。

微反射镜工作侧视图

一块微反射镜仅能提供+/-12°的偏转，但是实际情况却提供72°的工作范围，再考虑到微反射镜是透过电极控制的、可视为能实现无级翻转，进而在单个像素内提供极高的亮度控制范围，最终轻松实现高对比度。

DMD芯片驱动

与所有半导体一样，DMD芯片亦需要进行封装，以保护脆弱的内核（反射镜）和提供散热条件。BGA（Ball Grid Array，球形栅格阵列封装）、PGA（Pin Grid Array，针状栅格阵列封装、LGA（Land Grid Array，栅格阵列封装）都是一些常见的封装形式，TI在DMD芯片上选择了CPU常用的PGA封装，因此外观上与奔腾3、Althon XP这些CPU非常相似，不过实际上仍存在很大不同。

DMD芯片正面

与CPU不同，位于DMD芯片内核的不是刻蚀电路而是海量的微反射镜，这些微反射镜脆弱的同时又得面向光线，因此在微反射镜表面是覆盖了一整块高透光率、高硬度的光学玻璃作为保护。

DMD芯片背面

DMD芯片散热设计注定是一件麻烦的事情，其工作时自身会把电能转化为热量，同时一部分入射光线亦会转换为热量，要保护微反射镜不怕热量和减少光路扭曲破坏必须进行制冷，可是受到微反射镜工作原理决定，不可能在微反射镜表面贴上散热片，只能把热量传递到背面再进行制冷。从DMD芯片背面图可以看到，大量针脚布局在基板的外围，用于供电与传输信号；芯片中间空旷是微反射镜阵列的背面，辅以加速热量传递的金属片，DMD芯片正是基于这个区域的将热量传递出去的。