DLP（Digital Light Processing；數位光源處理）是由德州儀器（Texas Instruments；TI）以其研發的數位微鏡裝置（Digital Micromirror Device；DMD），所創造的一種全數位反射式投影技術。這是德州儀器的Larry Hornbeck博士於1987年所發明。

DLP晶片是先進的光開關，其含有約200萬個規則排列並相互鉸接的微型鏡片。數以萬計的鏡片組成一數位微顯鏡系統，每個微顯鏡的大小僅相當於頭髮絲的五分之一。

關於數位微鏡系統（DMD）

製造

DMD是Digital Micromirror Device的縮寫，即數位微鏡裝置。它是一種整合的微機電上層結構電路單元（MEMS superstructure cell），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）、絞鏈（hinge）、軛（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）以及等離子蝕刻（plasma-etched）處理，犧牲層則會經過等離子去灰（plasma-ashed）處理，以便製造出層間的空氣間隙。

工作原理

DMD是由數十萬片面積14×14微米，比頭髮斷面還小的微鏡片所組成，藉由增加DMD內微鏡片鏡的數量，即可提高產品的解析度，而不須改變微鏡片的大小；此外，微鏡片片數越多，元件面積越大，反射光也會隨之增加。

每個微反射鏡都能將光線從兩個方向反射出去，實際反射方向則視底層記憶晶胞的狀態而定；當記憶晶胞處於「ON」狀態時，反射鏡會旋轉至+12度，若記憶晶胞處於「OFF」狀態，反射鏡會旋轉至-12度。只要結合DMD以及適當光源和投影光學系統，反射鏡就會把入射光反射進入或是離開投影鏡頭的透光孔，使得「ON」狀態的反射鏡看起來非常明亮，「OFF」狀態的反射鏡看起來就很黑暗。利用二位脈衝寬度調變可以得到灰階效果，如果使用固定式或旋轉式彩色濾鏡，再搭配一顆或三顆DMD晶片，即可得到彩色顯示效果。配有一顆DMD晶片的DLP投影系統稱為單片式DLP投影系統，經色輪過濾後的光，至少可以生成1670萬種顏色；而採用三片式的DLP Cinema投影系統可生成的顏色則不少於3500萬種。

DMD的輸入是由電流代表的電子字元，輸出則是光學字元，這種光調變或開關技術又稱為二位元脈衝寬度調變（binary pulse-width modulation），它會把8位元字元送至DMD的每個數位光開關輸入端，產生28或256個灰階。最簡單的位址序列（address sequence）是將可供使用的字元時間（field time）分成八個部份，再從最高有效位（MSB）到最低有效位（LSB），依序在每個位時間使用一個位址序列。當整個光開關陣列都被最高位元定址後，再將各個畫素效能重設，使他們同時對最高有效位元的狀態（1或0）做出反應。在每個位元時間，下個位會被載入記憶體陣列，等到這個位時間結束時，這些畫素會被重設，使它們同時對下個位址位做出反應。此過程會不斷重複，直到所有的位址位元都載入記憶體。

入射光進入光開關後，會被光開關切換或調變成為光束（light bundles），然後再反射出來，光束時間則是由電子字元的個別位元所決定。對於觀察者來說，由於光束時間遠小於眼睛的integration時間，因此他們將會看到固定亮度的光線。而這種主要利用DMD將全數位影像投射到螢幕或其他表面上的電子元件便稱之為「數位光學處理」技術（Digital Light Processing）。

DLP架構

DLP投影系統應該採用一顆還是三顆DMD晶片是由多項因素決定，包括成本、光源效率、功耗、重量和體積。下面介紹單片式DLP投影系統及三片式DLP投影系統的工作原理。

單片式DLP投影系統

單片式DLP投影系統主要用於商用資料投影機、絕大多數的家庭娛樂投影機以及大螢幕背投電視，它先利用一組聚光鏡將燈泡發出的光線聚焦在色輪篩檢程式產生紅、綠、藍三色光，再利用第二組鏡片將通過色輪的光線均勻聚焦在DMD元件表面。隨著反射鏡旋轉狀態的不同（+12度或-12度），光線可能會反射進入投影鏡頭的透光孔（ON）或是離開投影鏡頭的透光孔（OFF）。人的視覺器官將連續投射的色彩混在一起，於是便可以看到全彩影像。

採用單片面板可以縮小光學系統的體積，減輕它們的重量，使廠商得以發展出攜帶方便又有彈性的投影機。

三片式DLP投影系統

對於必須提供高亮度輸出的應用，例如會議室、禮堂、研討會以及出租和舞臺，就必須採用三顆DMD的架構，即三片式DLP投影系統。這樣能組成更大的反射面積，讓投影機能透過鏡頭提供更高亮度的輸出。在採用三顆DMD元件的投影機中，燈泡發出的光線會被棱鏡分成紅綠藍三種原色，每種顏色則分別被導向適當的DMD元件，這表示紅光、綠光和藍光都各有一顆DMD組件負責執行光調變。對於採用單顆DMD的DLP系統，螢幕畫素是一個微反射鏡的輸出結果，但是三片式DMD提供的螢幕畫素則是三個微反射鏡輸出的組合/聚光結果，第一個微反射鏡調變紅光，第二個調變綠光，第三個調變藍光。

DLP技術的優勢

高解析度

DLP技術的核心是由數以萬計的鏡片組成的數位微顯鏡系統，每塊鏡片之間的距離不到1微米，因此可以達到極高的空間利用率，並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，不會出現其他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解析度的原因。

高度可靠性

DLP是數位技術，數位投影技術的優點在於能完整、忠實地呈現原始影像，不會受到溫度、濕氣或震動等環境因素的影響。而DLP晶片超過10萬個小時的使用壽命，更確保畫面不會有褪色的情形發生。

高對比

在看電影或電視時，影像呈現的立體感非常重要。因為人體的視覺感官是依靠對比值來辨識物體的邊緣，因此具高對比值的影像看起來將更加銳利。當對比度低時，暗色部位即呈現模糊一片，影像顯得平坦且缺乏真實感。DLP技術除了提供高對比值之外，更可依據場景的亮暗、色彩與對比的需求，動態調整系統的對比度數。目前Samsung的67吋1080p投影電視已可達到10000：1的對比度，真正達到True HD的高畫質效果。

高反應速度

許多人在觀看動態畫面時，都曾發現快速移動的影像發生拖曳殘影現象，這是由於顯示器回應速度不夠快的緣故。DLP技術的切換非常快速，僅數微秒，相較於液晶電視以毫秒計，反應速度快了千倍之多。也就是因為具備快速的回應速度，即使是賽車或球類等高速動態影像，都不會有殘影現象的發生，呈現出清晰而逼真的影像。

價格優勢

運用半導體製程技術生產DLP晶片，不僅可協助縮小面板尺寸，更提供了降價空間，進而提供消費者價格實惠、品質優良的電視產品，這也是DLP產品製造商能夠不斷在市場上壓低價格的主要原因。根據賽諾市場研究公司（Sino）的最新調查顯示，目前中國市場中50至60英吋DLP高解析度電視的價格僅為同尺寸電漿電視的44％。

高彈性設計空間

DLP技術的核心是數位微顯鏡元件，其對光信號的調變速度比其他顯示裝置要快得多。這意味著DLP投影系統只需要一塊面板，而其他投影技術則需要三塊。這樣一來，投影子系統可以做得很小，重量也相應輕了許多，為創新設計留下充分的空間。產品設計師可以構思體積小、重量輕並兼顧時尚的產品。目前全球已經有三星、三菱和東芝等三家廠商推出DLP口袋型投影機，開啟投影機應用的新紀元。

多樣化產品功能

DLP技術可在生活中的各種場合，滿足放映畫面的視覺享受。採用DLP技術的全數位式電視和家庭劇院系統可用於播放電視節目、欣賞網路影片、玩遊戲軟體與觀看數位照片等。此外，三晶片DLP投影機滿足專業投影市場的要求，現已用於奧斯卡頒獎晚會和艾美獎等知名活動。DLP Cinema（DLP影院）也以數位化的技術呈現電影效果，是好萊塢導演、製片商和電影公司採用和支援的數位投影技術。目前數位電影院的風潮正席捲全世界，全球已經有超過1000家電影院和專業放映廳裝置採用DLP Cinema技術的投影機。

不斷創新發展的DLP技術

最新的DLP技術應用LED光源推出高解析度電視，以及提升DLP顯示引擎光學效率的極致色彩技術。

LED DLP TV

關於LED

LED是會發光的二極體。二極體是最基本的半導體元件，其作用是在一可控制的範圍內導電。最簡單的二極體由電的不良導體構成，並對其進行改善以增加自由電子。高電子含量材料（稱為N型材料）與低電子含量材料（稱為P型材料）相連，為自由電子流動建立了通路。這個連接被稱為PN連接。

LED就是擁有PN連接的二極體半導體，在通電後釋放光子。該過程被稱為注入發光，發生於電子從N型材料填充到P型材料低能量孔的過程中。高能電子進入低能量孔時會釋放能量，產生光子。P型和N型材料層所使用的材料，以及兩者之間的間距決定了生成光線的波長和能量。

目前比較普遍用於製造LED的材料是砷化鋁鎵（AlGaAs）、磷化鋁銦鎵（AlInGaP）和氮化銦鎵（InGaN）。結合新的生產架構，可以被做成極亮的LED，用於一般照明和汽車照明。一些架構開始應用額外的磷化物以生成白光，憑藉極低的能量消耗和更長的壽命與普通日光燈和螢光燈展開競爭。

使用LED照明的DLP電視

目前已有廠商開發出利用LED照明技術的DLP高解析度電視，其亮度性能已經能與燈管的系統相媲美。使用新一代的高亮度LED，DLP 高解析度電視已經能夠充分利用其照明的優勢。(圖一)為該系統的基本光學結構。

《圖一　 DLP高解析度電視LED光學架構 》

目前，運用LED技術的DLP產品都使用了德州儀器的DSP元件即時處理系統資訊，在操作溫度範圍內提供穩定性，並提高亮度和可靠性。

LED技術的快速交換能力與DLP技術的快速交換性能可互相搭配。利用DMD和LED的高速性，色彩的更新率高過現有設計；色彩的隨意排列也成為可能。另外，畫面色深更多、動態效果更佳，亮度也更高。增加LED的交換頻率可以產生更大的能源驅動，並減小PN連接的熱負荷。DLP技術的快速交換能力可利用LED新開發的色彩，透過單一DMD設備實現多重色彩配置，進而獲得更大靈活性。在DLP系統中，LED無需最佳化，只要將光精確地從DMD鏡面反射出去，便可得到極高效率，使亮度和系統的效率達到最大，並減少發熱。其優點能使系統的成本降低、亮度提高、色域加寬，遠超越利用普通照明光源的傳統系統。隨著LED和DLP技術整合，其性能和可靠性將超越現有的DLP高解析度電視產品。

極致色彩技術（BrilliantColor）

極致色彩技術專為提升DLP顯示引擎的光學效率而設計。對於UHP燈泡而言，該技術能夠比傳統的三色解決方案提高50％的亮度。使用六種色彩可以拓寬色域，比三色方案更能夠忠實地再現自然界的色彩，讓觀眾得到身臨其境的感受。

提高照明效率

在基於燈泡的顯示系統中，有幾個因素會影響到顯示器的亮度。包括燈泡的流明值、光系統的效率、色輪的效率以及顯示幕的效率。簡而言之，螢幕的亮度就是光系統的效率乘以流明值和螢幕增益值。提升光路徑中任何一段的效率都可以提高螢幕的亮度。

極致色彩技術透過使用額外的濾色片解決了這一問題。燈泡能量在580nm波長上沒有得到充分利用，而使用黃色濾色片可以重新獲得這部分能量。同樣的，青色濾色片可以提升500nm區域的效率。設計一個使用五色照明（紅、藍、綠、黃、青）的投影系統可以將最終亮度提高達50％。(表一)顯示了在DLP顯示系統中使用新型的0.45吋720p DMD和五色輪可以獲得的改進。

拓展色域

除了提升系統照明效率之外，極致色彩技術還能拓寬色域。紅、綠、藍顯示器的色域是一個三角形的區域，三個頂點分別由紅、藍和綠色等濾色片的色度值確定。該系統能夠顯示的任何一種顏色都由紅、綠和藍混合而成。儘管對於許多應用而言這一色彩空間已經夠用，但是它無法表現明亮的黃色和青色。這是因為自然界中經常可以看見明亮的黃色及青色超出了這個三角形的範圍。增加額外的顏色便可以將三角形擴展成一個更大的多邊形，可供選擇的顏色也隨之增加。(圖二)說明了今天許多電視機使用的Rec.709色彩標準的三角形。透過使用多原色色輪和極致色彩技術，便可以將色域擴展到外面的多邊形（虛線部份）。

這一新的色域所代表的自然界色彩要比今天多數顯示系統的色彩更為豐富。新的色域也更能平衡色度和亮度，呈現出最真實的色彩。

《圖二　色彩色域圖》

使用RGB色輪改進色域

此外，在傳統的紅、綠、藍（RGB）色輪上使用極致色彩技術同樣可以改進色彩處理。所有的色輪在不同的濾色片之間都有一個過渡區域。當該過渡區域照亮DMD時，色彩處理器並不能確定DMD上到底是哪種顏色的光。比如說，當紅/綠輪輻照亮DMD時，DMD只看到紅光和綠光的混合光。

色彩處理可以妥善利用這種情況。紅色加上綠色生成黃色。同樣，紅色加上藍色生成洋紅，而藍色加上綠色生成青色，參見(圖三)。在這種情況下，黃色、洋紅和青色點位於紅、綠和藍濾光片構成的三角形色域區間以內（因為這些顏色是由色域內的兩種顏色混合而成的）。 這和在三角形區域外增加新的色點構成多原色色輪的做法稍有不同。

《圖三　RGB色輪和輪輻 》

極致色彩技術可以將輪輻區域處理成一種合成色（即將綠/紅輪輻處理成黃色）。色彩處理器可以使用黃色、青色和洋紅來提升顯示器的亮度，這樣可以得到更加飽和的原色，如(圖四)。

《圖四　RGB色輪更加明亮的色域 》

極致色彩技術的其他優勢

除了改進照明光學效率並拓寬色域之外，極致色彩技術還可以進一步改善DLP顯示器的影像品質。和傳統數位固定的色彩計算不同，色彩計算使用了浮點演算法，確保計算的精確度。這樣降低噪訊，顯示的色彩更加真實。提升的計算精度加上更寬的色域為DLP投影系統提供了更多色彩。此外，極致色彩技術具備靈活性，可以讓OEM廠商按照自己的需要訂製顯示器的色彩表現，提高市場競爭的差異化。

結語

根據PMA 2006年2月的調查結果指出，DLP在全球前投影市場的市佔率已超越50％，在中國市場的市佔率更高達59％。隨著技術的不斷改善及創新，未來也將出現更具競爭力的DLP解決方案，進而為消費者提供更多選擇性的DLP產品。除了技術之外，與客戶的緊密配合，也是數位/高解析度電視戰爭中的決勝關鍵。供應商不推出自有品牌的終端產品，並與製造商保持絕對的合作關係，甚至針對客戶的需求，提供研發、行銷、服務等各項協助，才能創造彼此雙贏。DLP不斷升高的市佔率即證明了這項策略是成功的。核心技術的提供廠商不能以壟斷市場為目的，而是透過與眾多業者的合作，將先進的技術轉化為更多元、更創新的應用，推廣至世界上更多的角落，才能為消費者創造豐富的影音世界。

（作者為TI德州儀器DLP亞洲區業務總監）

延 伸 閱 讀	DLP技術是以一種微機電（MEMS）元件為基礎，稱為數位微型反射鏡元件（Digital Micromirror Device；DMD）。相關介紹請見「DLP技術概要」一文。 數位光學處理（Digital Light Processing；DLP）投影機是一種特殊光源調變方式的投影顯示技術。你可在「DLP投影機技術與產品動態」一文中得到進一步的介紹。 德州儀器宣布其客戶推出的兩類全新DLP投影機，它可以將DLP投影、DVD播放器和音響系統集成在一起，實現真正的家庭影院。 在「DLP新型投影機實現真正家庭影院」一文為你做了相關的評析。

市場動態

Optoma亞洲區總經理郭特利表示，現在市面上已見到1080P的投影機，但是單價 高達新台幣25～30萬元，不具有市場性；2005年底奧圖碼將推出720P的投影機，價格將由 現在的18.9萬元降到10萬元以下。相關介紹請見「德儀DLP 1080P前投晶片問世」一文。 德洲儀器表示，經過多年推廣，DLP技術已經在台灣前投產品市場上取得良好成果；該公司引述太平洋媒體協會（Pacific Media Associations；PMA）資料指出，2003年第一季，DLP前投產品在台灣市佔率僅有15.2％，但現在已躍升至62.8％。 你可在「DLP拿下台灣前投產品市場半壁江山」一文中得到進一步的介紹。 德州儀器在美國消費性電子展（CES）上展示了全新的DLP HDTV技術，以及具備「極致色彩」（BrilliantColor）處理技術的新款HDTV晶片組，將協助DLP HDTV的製造商推出更高畫質產品，提供消費者更多選擇。 在「TI在CES展出DLP HDTV顯示器技術」一文為你做了相關的評析。