專利名稱：Dmd顯示系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種顯示系統(tǒng)，具體地說(shuō)，涉及高清晰度顯示系統(tǒng)(HDD)或高清晰度電視(HDTV)顯示系統(tǒng)。
在顯示領(lǐng)域內(nèi)，HDTV對(duì)現(xiàn)有技術(shù)提出了不少問(wèn)題，這是因?yàn)檫@些現(xiàn)有技術(shù)試圖采用新的標(biāo)準(zhǔn)。顯示系統(tǒng)的主要類型有陰極射線管(CRT)，和液晶顯示(LCD)。每種顯示系統(tǒng)對(duì)HDTV都有明顯的缺點(diǎn)。
陰極射線管顯示或許是最通用的一種顯示，作為電視、計(jì)算機(jī)監(jiān)視器以及許多其它的顯示任務(wù)為全世界所采用。CRT一般具有電子槍，即跨越用各種熒光物質(zhì)處理過(guò)的玻璃的背面從一邊到另一邊進(jìn)行掃描的電子槍。當(dāng)電子槍的能量觸及熒光物質(zhì)時(shí)，熒光物質(zhì)發(fā)亮，因而在屏上形成影象。當(dāng)前的美國(guó)電視標(biāo)準(zhǔn)(NTSC)以大約480條水平行顯示圖象。圖象數(shù)據(jù)是隔行掃描的，即在一個(gè)時(shí)間間隔內(nèi)顯示奇數(shù)行，在另一時(shí)間間隔內(nèi)顯示偶數(shù)行。(當(dāng)前的歐洲標(biāo)準(zhǔn)與此類似，大約有576行)。在NTSC標(biāo)準(zhǔn)中，時(shí)間間隔為16.7毫秒。這時(shí)間使得電子槍能“駐留”在屏上任一具體象素斑點(diǎn)上一段微小的時(shí)間。
上述的時(shí)間和行數(shù)是現(xiàn)在的標(biāo)準(zhǔn)清晰度的電視采用的。然而，某些HDTV和EDTV(增強(qiáng)的清晰度電視)標(biāo)準(zhǔn)不是隔行掃描的，而是逐行掃描的，即數(shù)據(jù)按行的順序1，2，3…被顯示。因此，在上述的顯示240行的時(shí)間內(nèi)，EDTV和HDTV必須分別顯示480行或960行。在這種情況下，象素駐留時(shí)間要分別下降到1/2或1/4，因?yàn)槭盏降哪芰繙p小，每個(gè)象素的亮度必須降低。此外，HDTV的高寬比為16∶9而不是4∶3，這使得行更長(zhǎng)，使每個(gè)象素的時(shí)間更少。
因此，使用CRT對(duì)于HDTV可能是不滿意的。除非進(jìn)行某種補(bǔ)償。否則亮度將至少下降到1/4。因?yàn)镃RT是成熟的技術(shù)，因而極少有機(jī)會(huì)投入大量的工業(yè)力量去實(shí)現(xiàn)HDTV顯示中標(biāo)準(zhǔn)CRT的亮度水平。這使得HDTV顯示在亮度上比標(biāo)準(zhǔn)的電視差很多。因而用戶不易接受。出于上述原因，CRT似乎并不易為HDTV所選用，人們必須轉(zhuǎn)向LCD。
液晶顯示具有許多優(yōu)點(diǎn)，因?yàn)樗鼈兙哂锌蓡为?dú)尋址的元件。在顯示環(huán)境中，這些單個(gè)元件成為單個(gè)的可控的元素或象素。為適用于HDTV，元件數(shù)必須增加，但并不須要由于象素的增加而犧牲亮度。然而，LCD有其它的隔行掃描問(wèn)題。首先，它們的產(chǎn)量低，因而價(jià)格昂貴。其次，它們的發(fā)射效率低，第三和第四，它們的響應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)，對(duì)比度低。
若干因素導(dǎo)致LCD的高的成本。最大因素是在制造階段的產(chǎn)量低。象素尋址晶體管必須制成在玻璃基片上。一般地，這些基片大而難于處理，并且通常不能使用標(biāo)準(zhǔn)的硅片處理技術(shù)或使用標(biāo)準(zhǔn)的硅處理設(shè)備。因此，制造廠不能從大規(guī)模的硅處理工業(yè)獲得利益。完成LCD需要復(fù)雜的裝配技術(shù)，因而又不能利用相同的硅封裝工藝，此外，LCD材料本身就昂貴。
LCD一般由中間夾著晶體材料的兩片玻璃板構(gòu)成。一片或兩片玻璃板具有用來(lái)作為驅(qū)動(dòng)晶體材料的電極的晶體管。當(dāng)電極被驅(qū)動(dòng)時(shí)，沿極化軸對(duì)齊的晶體逐層地被扭曲。其結(jié)果是進(jìn)入LCD一邊上的偏振器的光通過(guò)扭曲的晶體行進(jìn)，并被第二偏振器吸收，產(chǎn)生暗的象素。在進(jìn)入晶體矩陣之前，光必須被偏振。一般地，顯示前板上的偏振涂層完成這一任務(wù)，在這兩個(gè)偏振器中的吸收量一般共引起60％以上的入射損失，因而使LCD效率低。
扭曲晶體的過(guò)程本身是一個(gè)問(wèn)題。晶體對(duì)電極信號(hào)的響應(yīng)時(shí)間慢，數(shù)量級(jí)為30毫秒，如上所述，HDTV要求快的而不是慢的顯示響應(yīng)時(shí)間，因?yàn)榇罅康男畔⒁伙@示。因?yàn)長(zhǎng)CD依賴于發(fā)射光在顯示器本身內(nèi)部吸收，所以通過(guò)吸收幅射使器件發(fā)熱是一個(gè)問(wèn)題。同時(shí)LCD的低的百分?jǐn)?shù)活性區(qū)域，進(jìn)一步導(dǎo)致其效率低。
因?yàn)楦叱杀尽⒌退俾?、慢的響?yīng)時(shí)間和低的對(duì)比度，LCD對(duì)HDTV是不理想的。HDTV必須被廣大用戶的所接受，必須產(chǎn)生與現(xiàn)有電視顯著的不同。對(duì)LCD和CRT達(dá)到這些是困難的。
因此，HDTV需要一種顯示技術(shù)，它具有好的亮度、低的成本、容易制造以及容易適應(yīng)不同電視制成的標(biāo)準(zhǔn)。
為了更完整地理解本發(fā)明及其優(yōu)點(diǎn)，參照附圖對(duì)其詳述如下，其中

圖1表示DMD顯示系統(tǒng)的方塊圖；圖2表示其上具有列陣的上層基片；圖3表示灰度時(shí)序圖；圖4表示DMD陣列的透視圖；圖5表示DMD元件的電子原理；圖6表示驅(qū)動(dòng)陣列周圍電子的原理；圖7表示用于DMD陣列的光系統(tǒng)的不同結(jié)構(gòu)。
圖1為數(shù)字電視或顯示系統(tǒng)100的總圖。信號(hào)由天線/接收器102接收。接收器102把信號(hào)送入調(diào)諧單元104，它把音頻和視頻信號(hào)與載波信號(hào)分離開(kāi)。然后音頻部沿單獨(dú)路徑106被視頻信號(hào)再同步，這一問(wèn)題不在此討論。調(diào)諧電路用來(lái)識(shí)別多個(gè)電視標(biāo)準(zhǔn)并解碼，使得輸出的視頻信號(hào)為統(tǒng)一的制式而不管進(jìn)入電視信號(hào)的制式。
可以使用相位平方譯碼器或其它的這類譯碼器把視頻信號(hào)分成色度信號(hào)和亮度信號(hào)，進(jìn)一步處理可以得到包括紅、綠、蘭信號(hào)信息單個(gè)幀的視頻信號(hào)分量。雖然可以制造模擬的和數(shù)字的兩種DMD系統(tǒng)，但由于下述原因，數(shù)字微鏡裝置(DMD，這也叫可變形的鏡裝置，為了說(shuō)明方便，我們把兩者都叫數(shù)字微鏡裝置)最好采用數(shù)字式操作，因此，數(shù)據(jù)然后進(jìn)入數(shù)字器108，對(duì)于每一象素，把數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成數(shù)字。該數(shù)字長(zhǎng)度取決于所需的彩色和系統(tǒng)的清晰度。例如，對(duì)于每種顏色有8位清晰度的系統(tǒng)將有24位(3色×8位)數(shù)據(jù)長(zhǎng)度。數(shù)字化的數(shù)據(jù)被存貯在存儲(chǔ)器105中，然后送入信號(hào)處理器110。
此處討論的顯示系統(tǒng)可以從不同的視頻信號(hào)源例如源107發(fā)投射影象。源107可以提供計(jì)算機(jī)產(chǎn)生的影象以及上述的視頻影象。上述的由天線/接收器為源接收到的視頻信號(hào)被稱為“廣播”視頻信號(hào)，以便與由107所示的另一種視頻源區(qū)別開(kāi)來(lái)。另一種視頻信息可以沿路徑111以模擬形式進(jìn)入顯示系統(tǒng)或以數(shù)字形式沿路徑113進(jìn)入。
對(duì)于基于數(shù)字DMD的顯示系統(tǒng)，對(duì)進(jìn)入源信號(hào)的首要要求是，在到達(dá)DMD之前，它必須是數(shù)字形式的。接收器102和調(diào)諧器104本身可以是數(shù)字源，如果廣播電視標(biāo)準(zhǔn)是數(shù)字式的話，象對(duì)USHDTV提出的那樣。如用模擬標(biāo)準(zhǔn)輸入，數(shù)字源將包括接收器102，調(diào)諧器104和數(shù)字器108。類似地，另一種源107本身可以是數(shù)字源，或者，在模擬輸入情況下，數(shù)字源將包括另一種源107和數(shù)字器108。
出于下面說(shuō)明的理由，DMD以每次一幀的形式顯示視頻信息。因?yàn)樵S多電視標(biāo)準(zhǔn)由在時(shí)間上和空間上構(gòu)成以產(chǎn)生幀影象的隔行場(chǎng)構(gòu)成，信號(hào)處理器必須完成被顯示的電視標(biāo)準(zhǔn)所要求的場(chǎng)對(duì)場(chǎng)的空間和時(shí)間的交錯(cuò)。已經(jīng)提出了實(shí)現(xiàn)這種轉(zhuǎn)換的許多不同的算法。
除去隔行到逐行的轉(zhuǎn)換之外，可能還需要其它的信號(hào)處理，當(dāng)顯示數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)時(shí)，可能出現(xiàn)不同的抖動(dòng)，例如突然轉(zhuǎn)換而不是平滑地過(guò)渡。借助于各種數(shù)據(jù)控制算法，信號(hào)處理器可以消除這些問(wèn)題。信號(hào)處理器也可以執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)的電視功能，例如伽馬校正和色調(diào)、顏色、亮度、清晰度以及對(duì)比度控制。此外，如果先前沒(méi)有處理，信號(hào)處理器單元可以完成分量視頻信號(hào)的合成轉(zhuǎn)換。當(dāng)信號(hào)處理器已完成用于顯示的數(shù)據(jù)準(zhǔn)備時(shí)，信號(hào)處理器把處理過(guò)的數(shù)據(jù)存入存儲(chǔ)器109中，在那里被保留到直到送給DMD為止。
顯然，DMD上數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的順序?qū)︼@示系統(tǒng)的操作是重要的，這與逐象素和逐行的方式不同，在那種方式下數(shù)據(jù)按電視標(biāo)準(zhǔn)提供。因此，信號(hào)處理功能的關(guān)鍵部分是數(shù)據(jù)從存儲(chǔ)器109輸入到DMD模塊112時(shí)的合適的順序，模塊112包括可單獨(dú)尋址的鏡元件DMD陣列以及有關(guān)的存儲(chǔ)電路，它存儲(chǔ)影象數(shù)據(jù)，直到數(shù)據(jù)按順序輸入給DMD陣列。
當(dāng)處理過(guò)的數(shù)據(jù)被按順序輸入(加載)到DMD以后，陣列由光源結(jié)合聚光和亮度光學(xué)系統(tǒng)照亮。來(lái)自DMD鏡的反射光在合適的偏轉(zhuǎn)狀態(tài)下通過(guò)投射光學(xué)系統(tǒng)送入視屏。如上所述，可以使用模擬和數(shù)字DMD建立這種光學(xué)系統(tǒng)，在模擬的DMD實(shí)施例中，鏡元件的偏轉(zhuǎn)隨所加電壓的大小而改變。這一般用運(yùn)轉(zhuǎn)在模擬域(也可運(yùn)轉(zhuǎn)在數(shù)字域中)的膜片DMD或“束狀”DMD完成，前者由在一剛性支撐上的薄的反射膜組成，后者由樞軸上的鏡構(gòu)成。束狀DMD將參照?qǐng)D4討論。在膜狀DMD情況下的偏轉(zhuǎn)大于整體膜的局部變形。這些系統(tǒng)的例子可以在US4,680,579和4,638,309中找到，兩者都已發(fā)給Ott。
在顯示系統(tǒng)中使用這一類型的模擬DMD有一明顯的限制，尤其是用在HDTV系統(tǒng)中，因?yàn)镈MD在通常的半導(dǎo)體芯片制造領(lǐng)域中制造，可被使用的鏡材料，通常為某種高反射率的金屬，例如鋁，其厚度可以改變高達(dá)5％。在束狀器件下，鏡偏轉(zhuǎn)再隨所加電壓的改變正比于由于厚度改變而引起的厚度的立方的改變。這引起由于材料厚度5％的變化而產(chǎn)生橫跨元件的偏轉(zhuǎn)特性的15％的差。由于非均勻偏轉(zhuǎn)，會(huì)難于獲得用開(kāi)關(guān)元件進(jìn)行均勻的光調(diào)制。
數(shù)字操作產(chǎn)生這一問(wèn)題，因?yàn)樵谑鵂頓MD中，ON或“1”狀態(tài)以兩個(gè)相同角之一偏轉(zhuǎn)，而OFF或“0”狀態(tài)則以另兩個(gè)角偏轉(zhuǎn)。同樣，膜狀DMD，也有兩種不同的狀態(tài)，其中每個(gè)都代表兩個(gè)數(shù)字狀態(tài)之一(ON或OFF)。這兩個(gè)狀態(tài)包括平直狀態(tài)和完全變形狀態(tài)。
在數(shù)字模式中，DMD鏡的快速轉(zhuǎn)換時(shí)間使其在兩個(gè)位置之間轉(zhuǎn)換，即或者把光反射進(jìn)一套投射光系統(tǒng)，因而增加顯示影象的強(qiáng)度，或者把光反射使其離開(kāi)投射光系統(tǒng)。這種以數(shù)字方式進(jìn)行的器件的詳細(xì)操作后面將要討論?；旧?，器件的每個(gè)鏡，它相當(dāng)于投射影象中的一具體象素，以二進(jìn)制方式操作，使每個(gè)元件在ON與OFF間轉(zhuǎn)換。鏡在ON狀態(tài)花費(fèi)的時(shí)間越長(zhǎng)，則相應(yīng)的象素就越亮。
ON時(shí)間正比于數(shù)字化影象的強(qiáng)度水平。觀眾的眼睛把投射到屏上每個(gè)象素位置的不同強(qiáng)度的時(shí)間總合，就產(chǎn)生了完整的模擬影象的印象。如果使用時(shí)間變量顏色濾光器(例如色輪)，并且合適的紅、綠、蘭的亮度被濾過(guò)的紅、綠、蘭亮度同步，用這種方式一個(gè)DMD便可產(chǎn)生完整的彩色圖象。可使用的數(shù)字DMD有多種選擇，包括3片系統(tǒng)，每片對(duì)應(yīng)一種顏色，使用濾光器例如色輪濾光器，以及甚至2片系統(tǒng)，其中一個(gè)器件在兩種顏色之間轉(zhuǎn)換而第一個(gè)發(fā)出一種色。光學(xué)討論將在圖7a-7c中討論。
使用依靠觀眾眼睛來(lái)合成亮度和顏色的器件有一帶寬的問(wèn)題。器件必須足夠快，以便以所有顏色來(lái)顯示和轉(zhuǎn)換所有影象數(shù)據(jù)而沒(méi)有任何可覺(jué)察的閃爍。具有3個(gè)DMD的系統(tǒng)，一個(gè)用于一種顏色，會(huì)有較低的帶寬。3個(gè)DMD實(shí)際上可能是實(shí)體上分離的片或在一個(gè)大的器件上的三個(gè)區(qū)域，但仍然需要足夠的帶寬，以便在每16.7毫秒的視頻幀期間把幾十萬(wàn)的鏡在ON和OFF之間轉(zhuǎn)換數(shù)百次。
三片方法相對(duì)于單片方法可以減少帶寬，然而卻導(dǎo)致極高的成本。假定處理過(guò)的硅芯片成本為1000美元，一片硅芯片上可以有12片這種大小的片子，片產(chǎn)量為33％，則每個(gè)裝置的成本為250美元。封裝過(guò)的片子的成本可以接近350美元。在任何其它電子功能要求被考慮之前，3片系統(tǒng)的成本將為1050美元。對(duì)于用戶可用的系統(tǒng)，這似乎不是可接受的開(kāi)始。另一種選擇是在同一器件上有3個(gè)區(qū)。然而，器件尺寸將是條狀的，每個(gè)芯片上只能有4個(gè)器件，假定產(chǎn)量相同，以每個(gè)芯片一個(gè)器件則為1000美元，不考慮封裝。
提高產(chǎn)量當(dāng)然能降低成本，不過(guò)進(jìn)一步降低成本，用一個(gè)元件的使用彩色順序法似乎是可取的。然后問(wèn)題轉(zhuǎn)向了帶寬方面，即能夠制造具有足夠的I/O能力以便在所需的視頻頻率下實(shí)現(xiàn)全色影象的合理的芯片嗎？因?yàn)閱螏瑫r(shí)間為16.7毫秒，每種顏色為1/3幀，或5.5毫秒被顯示，要達(dá)到8位的彩色清晰度，這些5500微秒必須被分成256個(gè)單個(gè)時(shí)間窗，每個(gè)21微秒的持續(xù)時(shí)間。數(shù)字DMD有一10微秒的運(yùn)動(dòng)或“飛行”時(shí)間。因此，足夠的時(shí)間可以使DMD從一個(gè)狀態(tài)轉(zhuǎn)向另一狀態(tài)，對(duì)那段小時(shí)間為ON或OFF。然后返回。
為了使在這21微秒的時(shí)間內(nèi)對(duì)整個(gè)DMD尋址，必須提供高的數(shù)據(jù)I/O帶寬。對(duì)2048×1152個(gè)象素的器件，一種可能的結(jié)構(gòu)是在器件的頂上提供512個(gè)輸入銷，以及在器件底部提供512個(gè)銷，每個(gè)輸入以1比4的系數(shù)分離。當(dāng)4位數(shù)據(jù)裝進(jìn)每個(gè)銷時(shí)，2個(gè)2048位行數(shù)據(jù)可被裝進(jìn)DMD象素陣列。為了在21微秒內(nèi)對(duì)器件尋址，在器件頂上和底下的576行中的每一行必須在36納秒(ns)內(nèi)尋址。要對(duì)每一銷在36ns內(nèi)提供4位，需要每銷為107MHz的數(shù)據(jù)頻率。這些銷數(shù)和數(shù)據(jù)頻率，雖然是一種挑戰(zhàn)，但可以實(shí)現(xiàn)，從而表明基于DMD的單片、全部數(shù)字高清晰度顯示系統(tǒng)是可以實(shí)現(xiàn)的。
具有512個(gè)輸入銷的DMD與為其提供輸入信號(hào)的存儲(chǔ)器遠(yuǎn)距離地安裝是不方便的，并且，支持DMD、存儲(chǔ)器以及信號(hào)處理電路的電路板裝進(jìn)光學(xué)系統(tǒng)也是不方便的。因而，把DMD和存儲(chǔ)器裝在一遠(yuǎn)離信號(hào)處理板的混合模塊內(nèi)可能是可取的。這種模塊的一種可能的結(jié)構(gòu)已被披露了。
如圖2所示，DMD一般是裝在一陶瓷片載體200上。器件被支撐保護(hù)窗204的環(huán)202圍繞著，并且在窗和陶瓷基片之間密封有惰性氣體。DMD輸入端口被捆成束在環(huán)下方通過(guò)，并且通過(guò)32幀緩沖器RAM206a和206b與片互連。幀緩沖器RAM(FRAM)不斷地用在2.36百萬(wàn)個(gè)象素中的每個(gè)象素的紅、綠、蘭的強(qiáng)度數(shù)據(jù)更新DMD。這些緩沖器可以是任何形式的隨機(jī)存儲(chǔ)器(RAM)，倒如視頻隨機(jī)存儲(chǔ)器(VRAM)，或先進(jìn)先出(F1F0)緩沖器。在本實(shí)施例中，假定7位數(shù)據(jù)，它要求總的FRAM容量為49.5百萬(wàn)位(3幀×2048×1152×7位)。因而，32FRAM中的每一個(gè)應(yīng)當(dāng)有1.55兆位的容量。8位電視數(shù)據(jù)則要求1.77兆位容量的32FRAM。這些要求對(duì)當(dāng)前的存儲(chǔ)器技術(shù)并不構(gòu)成挑戰(zhàn)。
每一FRAM將供給DMD輸入銷中的32個(gè)，DMD象素的每一行將依次被一系列不同長(zhǎng)度的時(shí)鐘脈沖尋址。如圖3所示，最重要的強(qiáng)度位(MSB)被裝進(jìn)象素接近更新時(shí)間的一半的持續(xù)時(shí)間，第二個(gè)MSB則為1/4更新時(shí)間，依此類推。因而數(shù)據(jù)強(qiáng)度值被用來(lái)直接地尋址象素的工作周期。每16.7ms必須更新FRAM的兩個(gè)空白，這對(duì)8位系統(tǒng)要求每秒3.4吉位的數(shù)據(jù)頻率。假定4倍的32位總線供給4個(gè)顯示象限中的每一個(gè)，則產(chǎn)生每線26.5MHz的數(shù)據(jù)頻率，是完全可以達(dá)到的。
已經(jīng)確定數(shù)字彩色操作是可能的，并且合適的DMD和支持電路也可以實(shí)現(xiàn)，這就有助于詳細(xì)討論DMD的操作。圖4表現(xiàn)了一片陣列400?；?02一般是硅，具有CMOS尋址電路。在尋址電路的頂上有金屬層，其形式使得可安裝電極404和406。
懸在電極上方的鏡元件408的一種處理順序說(shuō)明如下。電極被涂以大約2微米厚的聚合物，然后將涂層硬化。聚合物被形成圖形以便形成通向下方基片的通路。然后淀積上鉸合部金屬410，并在鉸合層上淀積氧化層，并形成鉸鏈形狀，膠鏈將在后面的過(guò)程中形成。一層較厚的金屬被淀積在氧化鉸鏈罩上。這層的頂面就是鏡面。已被填充在先前形成的通路中的兩層金屬形成均勻地支撐基片上的鏡層的支柱。然后鏡金屬被成形，并且氧化層保護(hù)薄的鉸接金屬不致在這一刻蝕期間被除去。陣列可以被等離子刻蝕，從而除去剛好在鏡下方的聚合物，剩下鉸鏈部分用來(lái)把鏡連到支柱/通路的頂部。
上述DMD的結(jié)構(gòu)稱為扭轉(zhuǎn)鉸鏈。還在其它結(jié)構(gòu)，包括懸臂束，它由一個(gè)鉸鏈支撐，以及由4個(gè)鉸鏈支撐的撓曲束。懸臂束的運(yùn)動(dòng)類似于潛水板，撓曲束類似于活塞。這些結(jié)構(gòu)的每一種都可用于DMD顯示系統(tǒng)中，調(diào)節(jié)光學(xué)系統(tǒng)可獲得不同的系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)特性。
這些結(jié)構(gòu)的操作也是類似的，除去懸臂和撓曲束結(jié)構(gòu)之外一般只有一個(gè)尋址電極。扭轉(zhuǎn)束的特點(diǎn)在于，它有三個(gè)不同的數(shù)字尋址狀態(tài)平直的，扭轉(zhuǎn)向一側(cè)，或扭轉(zhuǎn)向另一側(cè)。扭轉(zhuǎn)束的一個(gè)側(cè)視圖示于圖5中。
在圖5中，如果左欄選擇線502a被啟動(dòng)，它就把一電壓加在左尋址電極506a上，該電壓引起鏡元件508和尋址電極506a之間的靜電吸引。鏡508偏轉(zhuǎn)，其末端接觸沉陷電極(landing electrode)504a。沉陷電極504a和504b保持在與鏡508相同的電壓上以防止任何短路或流過(guò)電流，它們可能破壞尋址電路或使鏡粘在沉陷電極上。
如果鏡被偏轉(zhuǎn)。那么進(jìn)入光將偏轉(zhuǎn)一定角度。鏡元件可以以轉(zhuǎn)向左邊相同的方式偏向右邊。這有許多優(yōu)點(diǎn)，例如兩個(gè)方向可以是ON與OFF，從而使來(lái)自處于OFF狀態(tài)的鏡的光避免進(jìn)入ON狀態(tài)鏡的影象系統(tǒng)。
DMD的結(jié)構(gòu)如圖6所示。2048×1152個(gè)象素的中央陣列600被CMOSDRAM電路尋址。大的元件尺寸(20μm)將允許對(duì)所需電路采用松散的設(shè)計(jì)規(guī)則從而對(duì)大的芯片尺寸提高其產(chǎn)量。上部576行被設(shè)在片的頂部的4∶1分離器602a從512行到2048行尋址。第二分離器602b供給底部576行。合成的1024輸入行以107MHz輸入，使得分離器的輸出運(yùn)行在26.8MHz。這26.8MHz行頻產(chǎn)生46.5KHz的幀頻。
46.5KHz幀頻足以使在單色順序電視幀期間使顯示更新256次。因而，基于單片DMD的發(fā)射器(Projector)可以把視頻幀分成三個(gè)時(shí)間片，并且在這些時(shí)間片中順序地過(guò)濾照射光紅、綠、蘭。在每一時(shí)間片內(nèi)，光強(qiáng)用256個(gè)離散的間隔進(jìn)行脈寬調(diào)制(PWM)，這樣整個(gè)發(fā)射器對(duì)比度將在三種顏色的每一種中在256個(gè)離散步的每一步的每個(gè)象素得到。
DMD輸入分離器必須能夠支持107MHz輸入數(shù)據(jù)流以達(dá)到26.8MHz的行頻。實(shí)際上，這一數(shù)據(jù)速率不需要連續(xù)地維持。如圖3所示，被傳輸入到DMD的灰度數(shù)據(jù)的8位足夠能在1/3幀5.5ms內(nèi)控制256個(gè)時(shí)間片。對(duì)于每一象素的每一數(shù)據(jù)位(最重要的位或MSB)，在1/3幀時(shí)間開(kāi)始時(shí)傳送給DMD。下一個(gè)MSB數(shù)據(jù)在1/3幀時(shí)間的一半時(shí)傳送給每一象素。第三個(gè)重要位在幀時(shí)間的3/4時(shí)(一半加上一半的一半)傳送，依此類推直到所有8位傳給DMD為止。每位用來(lái)確定每一象素的ON/OFF狀態(tài)，其時(shí)間長(zhǎng)短正比于每位相對(duì)的加權(quán)。
這類尋址減少了傳送給DMD的數(shù)據(jù)平均帶寬，然而要求DMD的數(shù)據(jù)具有位平面的形式而不是以象素平面的形成。因而，圖1所示的緩沖存儲(chǔ)器結(jié)合DMD基片上的存儲(chǔ)器必須包括數(shù)據(jù)重構(gòu)的特點(diǎn)，即對(duì)在存儲(chǔ)器輸入端收到的象素平面形式的數(shù)據(jù)輸出進(jìn)行重新排序，使其變?yōu)榇鎯?chǔ)器輸出要求的位平面形式。
因?yàn)檫@一尋址方法提供的效率，由單個(gè)分離器驅(qū)動(dòng)的576行的每一行必須在1/3幀5.5ms內(nèi)只尋址8次。這等于在每一DMD陣的垂直欄上時(shí)間平均數(shù)據(jù)頻率為838KHz；它在512位寬DMD輸入數(shù)據(jù)的兩個(gè)端口的每一銷上使數(shù)據(jù)頻率增加到3.35MHz。這樣，只在每一DMD數(shù)據(jù)銷內(nèi)部的存儲(chǔ)緩沖器的層可以降低峰值輸入數(shù)據(jù)速率，從107MHz變?yōu)?.35MHz的平均數(shù)據(jù)速率。在每一輸入數(shù)據(jù)銷的緩沖器的一層的作用將把要求的輸入數(shù)據(jù)速率從107MHz降到53.5MHz。緩沖器的兩位將把這一速率降低到27.7MHz，依此類推。
能夠按高清晰度彩色顯示的需要對(duì)DMD尋址使得對(duì)光學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)有若干的選擇。某些例子示于圖7a-7c中。圖7a表示三片系統(tǒng)，其中每一器件具有其自己的合適顏色的照度。為了討論方便，圖中朝向底部的部分認(rèn)為是“蘭”系統(tǒng)。光源704a是一蘭光源，它可以是一蘭色燈泡，或具有蘭濾色器的白光源(未示出)。從光源704a發(fā)出的光由透鏡706a擴(kuò)展，并通過(guò)蘭濾色器708a發(fā)射。然后，蘭光打到蘭器件702a的表面上。702a上的每一單個(gè)的鏡代表屏上的一個(gè)點(diǎn)。在此圖中由鏡表示照射的時(shí)間順序。
通路712a代表來(lái)自不向屏716反射光的那些象素的光。這些象素或者是在其所有的色調(diào)中沒(méi)有蘭光的象素或者是在其色調(diào)中有某些混合的或蘭色的象素并且對(duì)那一具體位處于“OFF”。通路710a代表把光反射到屏716上的象素。類似于不反射光到屏的象素，這些象素，或者全部是蘭的，或偶然剛好在一位是蘭的，在那里它們?cè)谄辽巷@示為蘭色作為其色調(diào)的一部分。在通路710a內(nèi)的光通過(guò)成象透鏡714a在屏716上聚焦。
這一單一的色系統(tǒng)在本例中對(duì)綠和紅光是一樣的。為了完整起見(jiàn)，光源704b的系統(tǒng)是綠光系統(tǒng)，光源704c的系統(tǒng)是紅光系統(tǒng)。這些系統(tǒng)根據(jù)需要定位，并不一定如圖所示。當(dāng)被適當(dāng)定位并濾過(guò)時(shí)，這些光的色束可由一單獨(dú)的白光源得到。
對(duì)于為什么三片系統(tǒng)是理想的有若干理由。根據(jù)系統(tǒng)的尺寸以及所用的光學(xué)元件，它可以提供較高的強(qiáng)度和較好的圖象。然而，如前所述，它可能太貴。使用三個(gè)器件，過(guò)濾器和光系統(tǒng)對(duì)較低的或較小的系統(tǒng)可能是太貴或太大。許多可用的另一個(gè)例子如圖7b所示。
在圖7b中，光源704是一種白光源。光通過(guò)聚光裝置706和濾色器708，它們必須能給器件702提供紅、綠、蘭光。實(shí)現(xiàn)這個(gè)的一種方法是使用色輪并相應(yīng)于輪上的彩色順序在器件上安排數(shù)據(jù)。這一為光排序的方式要求器件702分開(kāi)“處理”(把每個(gè)象素ON或OFF一所需時(shí)間)每種顏色的數(shù)據(jù)。達(dá)到屏716的每種色的光再次沿路徑710通過(guò)成象透鏡714。不被發(fā)送到屏上的每種色的光將沿路徑712行進(jìn)。此處的數(shù)據(jù)處理是一更復(fù)雜的位，因?yàn)閿?shù)據(jù)必須被排序，然而光學(xué)系統(tǒng)卻比三片系統(tǒng)簡(jiǎn)單的多。
在兩者之間的一種中間系統(tǒng)是兩片系統(tǒng)，如圖7C所示。器件702b把來(lái)自兩個(gè)光源704b或704c之一的光發(fā)送出去，如果它向一個(gè)方向偏轉(zhuǎn)，來(lái)自蘭色系統(tǒng)704c、706c、708c的光就被反射給屏716。如果鏡向另一方向偏轉(zhuǎn)，來(lái)自紅色系統(tǒng)704b，706b，708b的光就反射給屏716。路徑712c代表來(lái)自紅系統(tǒng)的未被使用的光，712b代表來(lái)自蘭色系統(tǒng)的未被使用的光。未被使用的光是未偏轉(zhuǎn)的鏡的反射光，以及鉸鏈和DMD結(jié)構(gòu)的支柱反射的光。來(lái)自光源704的光被708a過(guò)濾，用來(lái)提供影象的綠色部分，由于人眼對(duì)綠色敏感，所以系統(tǒng)專用于綠光。象在三片系統(tǒng)中一樣，光學(xué)系統(tǒng)可以被安置對(duì)所有光都用一個(gè)光源。
如上所述，數(shù)字空間光調(diào)制器例如DMD的使用使得設(shè)計(jì)者可以選擇不同的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。
基于DMD的顯示具有前述的優(yōu)點(diǎn)，即響應(yīng)快，成本低。好的清晰度，較好的亮度和對(duì)比度。此外，如上所述，它可用于所有不同的顯示需要。
因此，盡管已經(jīng)描述了數(shù)字微鏡元件的特定實(shí)施例，但這些描述并不是對(duì)本發(fā)明的限制，而用下附的權(quán)利要求限制本發(fā)明。
權(quán)利要求
1.一種顯示系統(tǒng)，包括(a)數(shù)字化的視頻數(shù)據(jù)源；(b)接收來(lái)自所述源的數(shù)據(jù)的視頻存儲(chǔ)器；(c)信號(hào)處理器，用來(lái)接收來(lái)自所述視頻存儲(chǔ)器的所述數(shù)字視頻數(shù)據(jù)，并處理所述數(shù)據(jù)以便顯示；(d)緩沖存儲(chǔ)器，用來(lái)接收來(lái)自所述處理器的處理過(guò)的數(shù)據(jù)；(e)至少一個(gè)數(shù)字式的微鏡元件，用來(lái)接收來(lái)自所述緩沖存儲(chǔ)器的所述處理過(guò)的數(shù)據(jù)，每個(gè)所述調(diào)制器包括單獨(dú)可尋址的元件的陣列和尋址電路；其中所述尋址電路接收處理過(guò)的數(shù)據(jù)用于所述單個(gè)元件，使得每個(gè)所述單個(gè)元件響應(yīng)所述處理過(guò)的數(shù)據(jù)；(f)至少一個(gè)光源，用來(lái)在所述單個(gè)元件響應(yīng)所述尋址數(shù)據(jù)的期間照亮所述單個(gè)元件；以及(g)光學(xué)系統(tǒng)，使來(lái)自接收操作數(shù)據(jù)的單個(gè)元件的反射光在顯示表面上被接收和聚焦，所述操作數(shù)據(jù)用來(lái)改變所述元件的偏轉(zhuǎn)角。
2.如權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中所述數(shù)字視頻數(shù)據(jù)源還包括接收器，調(diào)諧器和數(shù)字器。
3.如權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中所述數(shù)字視頻數(shù)據(jù)源進(jìn)一步包括接收器和調(diào)諧器。
4.如權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中所述數(shù)字視頻數(shù)據(jù)源是一種非廣播模擬視頻源。
5.如權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中所述數(shù)字視頻數(shù)據(jù)源是一種非廣播數(shù)字視頻源。
6.如權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中所述緩沖器包括至少一個(gè)先進(jìn)先出緩沖器。
7.如權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中所述緩沖存儲(chǔ)器是可操作的，以便實(shí)現(xiàn)象素平面對(duì)位平面的轉(zhuǎn)換。
8.如權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中所述緩沖存儲(chǔ)器包括至少一個(gè)隨機(jī)存取存貯器。
9.如權(quán)利要求8的系統(tǒng)，其中所述緩沖存儲(chǔ)器包括至少一個(gè)視頻隨機(jī)存儲(chǔ)器。
10.如權(quán)利要求8的系統(tǒng)，其中所述緩沖存儲(chǔ)器包括至少一個(gè)幀隨機(jī)存取存儲(chǔ)器。
11.如權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中所述至少一個(gè)數(shù)字微鏡元件進(jìn)一步包括兩個(gè)數(shù)字微鏡元件，一個(gè)用來(lái)接收紅、綠、蘭中的兩個(gè)，另一個(gè)接收剩余的一種顏色。
12.如權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中所述至少一個(gè)數(shù)字微鏡元件進(jìn)一步包括三個(gè)數(shù)字微鏡元件，一個(gè)接收紅光，一個(gè)接收蘭光，一個(gè)接收綠光。
13.如權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中所述緩沖存儲(chǔ)器、所述接收電路和所述單個(gè)元件的陣列全部包含在一片基片上。
14.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中每個(gè)鏡按照一系列脈沖被置為ON狀態(tài)，一個(gè)用于數(shù)字強(qiáng)度值的每一位，其中每個(gè)所述脈沖的時(shí)間長(zhǎng)度正比于所述數(shù)字強(qiáng)度值的每位的加權(quán)。
15.一種顯示系統(tǒng)，包括(a)數(shù)字化的視頻數(shù)據(jù)源；(b)接收來(lái)自所述源的所述數(shù)據(jù)的視頻存儲(chǔ)器；(c)信號(hào)處理器，用來(lái)接收來(lái)自所述視頻存儲(chǔ)器的數(shù)字視頻數(shù)據(jù)，并且處理該數(shù)據(jù)，以便顯示；(d)緩沖存儲(chǔ)器，用來(lái)接收來(lái)自所述處理器的處理過(guò)的數(shù)據(jù)；(e)數(shù)字微鏡裝置，用來(lái)接收來(lái)自所述緩沖存儲(chǔ)器的處理過(guò)的數(shù)據(jù)，每個(gè)所述調(diào)制器包括單個(gè)可尋址元件的陣列和尋址電路，其中所述尋址電路接收用于所述單個(gè)元件的所述處理過(guò)的數(shù)據(jù)，使得每一所述單個(gè)元件響應(yīng)所述處理過(guò)的數(shù)據(jù)；(f)光源，用來(lái)在所述單個(gè)元件響應(yīng)所述尋址數(shù)據(jù)期間照亮所述單個(gè)元件，其中所述光源照到所述單個(gè)元件上的順序?yàn)榧t光、綠光和蘭光；以及(g)一個(gè)這樣的光學(xué)系統(tǒng)，使得來(lái)自那些接收操作數(shù)據(jù)的所述單個(gè)元件的反射光被捕獲并在顯示表面上聚焦，所述操作數(shù)據(jù)用來(lái)改變所述元件的偏轉(zhuǎn)角。
16.如權(quán)利要求15的系統(tǒng)，其中所述數(shù)字視頻數(shù)據(jù)源進(jìn)一步包括接收器、調(diào)諧器和數(shù)字器。
17.如權(quán)利要求15的系統(tǒng)，其中所述數(shù)字視頻數(shù)據(jù)源進(jìn)一步包括接收器和調(diào)諧器。
18.如權(quán)利要求15的系統(tǒng)，其中所述數(shù)字視頻數(shù)據(jù)源是一種非廣播模擬視頻源。
19.如權(quán)利要求15所述的系統(tǒng)，其中所述數(shù)字視頻數(shù)據(jù)源是一非廣播數(shù)字視頻源。
20.如權(quán)利要求15的系統(tǒng)，其中所述緩沖存儲(chǔ)器包括至少一個(gè)先進(jìn)先出緩沖器。
21.如權(quán)利要求15的系統(tǒng)，其中所述緩沖存儲(chǔ)器包括至少一個(gè)隨機(jī)存儲(chǔ)器。
22.如權(quán)利要求21的系統(tǒng)，，其中所述緩沖存儲(chǔ)器包括至少一個(gè)視頻隨機(jī)存儲(chǔ)器。
23.如權(quán)利要求21的系統(tǒng)，其中所述緩沖存儲(chǔ)器包括至少一幀隨機(jī)存儲(chǔ)器。
24.如權(quán)利要求15的系統(tǒng)，其中所述至少一個(gè)數(shù)字微鏡裝置進(jìn)一步包括兩個(gè)數(shù)字微鏡元件，一個(gè)用來(lái)接收或者紅、綠或者蘭中的兩個(gè)，一個(gè)接收剩余的一種顏色。
25.如權(quán)利要求15的系統(tǒng)，其中所述至少一個(gè)數(shù)字微鏡裝置進(jìn)一步包括三個(gè)數(shù)字微鏡元件，一個(gè)接收紅光，一個(gè)接收蘭光、一個(gè)接收綠光。
26.如權(quán)利要求15的系統(tǒng)，其中所述緩沖存儲(chǔ)器，所述接收電路以及所述單個(gè)元件的陣列都包含在一個(gè)基片上。
27.一種重構(gòu)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的方法，包括(a)接收輸入到存儲(chǔ)器的象素平面數(shù)據(jù)；(b)把所述象素平面數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成位平面數(shù)據(jù)；(c)從所述存儲(chǔ)器中輸出所述位平面數(shù)據(jù)；以及(d)用數(shù)字微鏡元件接收所述位平面數(shù)據(jù)。
全文摘要
一種數(shù)字視頻顯示系統(tǒng)(100)。該系統(tǒng)接收來(lái)自廣播視頻源(102)或另一種源(107)的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，或者以模擬形式或以數(shù)字形式。該系統(tǒng)把數(shù)據(jù)處理成顯示數(shù)據(jù)，并把數(shù)據(jù)加載于數(shù)字微鏡裝置上(112)。所述數(shù)據(jù)或者按色順序構(gòu)成或者對(duì)單個(gè)元件分成色數(shù)據(jù)。該數(shù)據(jù)使裝置上的單個(gè)元件響應(yīng)，然后這些元件被照亮。從偏轉(zhuǎn)元件到來(lái)的光在顯示表面上被顯示。
文檔編號(hào)G02B26/08GK1119393SQ9411930
公開(kāi)日1996年3月27日 申請(qǐng)日期1994年11月1日 優(yōu)先權(quán)日1993年11月1日
發(fā)明者杰弗里·B·桑普塞爾 申請(qǐng)人:德克薩斯儀器股份有限公司