如今，从大屏幕背投拼接系统到便携式前投投影机，从家庭背投电视到全球火热的数字电影院，谈到DLP技术几乎是无人不知，它是显示领域不可或缺的关键技术。目前采用DLP的企业涵盖了各行各业。配备DLP的背投电视机型数迄今为止达到50多种，占前投式投影机40％的机型采用了DLP技术，而且还呈增长趋势。
TI生产和销售的DLP元器件的累计供货量迅速增长，支撑着供货量持续增长的DLP核心部件正是DMD(Digital Micromirror Device)芯片。虽说如今DLP在显示领域已经家喻户晓，而DMD背后的故事却鲜为人知。
从Larry J. Hornbeck和他的同事们说起
30多年前，作为信息处理系统中的图形识别等实现高速化的一种方法——利用光的处理方法受到了关注。要想实现这种光信息处理，可使光的通路任意变化的元器件就不可或缺。1977年11月，美国德克萨斯州达拉斯近郊的TI公司派了3名精通光学技术的人员开发空间光调制器用元件。
Larry J. Hornbeck就在这三名研究人员之列，也正是因为他20年的呕心沥血、潜心研究，才成就了今天众人皆知的DLP技术。
DLP利用了通过MEMS技术制造的显示器元件DMD。DMD采用在硅底板上排列大量极小的微镜的构造，通过用电控制这种微镜的朝向来决定是否将来自光源的光反射到屏幕方向。微镜以设在微镜下部的铰链作为轴，倾斜±12度(第1代产品为±10度)。微镜的倾斜开关控制借助静电引力来实现。这种开关动作控制可达到1秒钟最多数千次，虽然微镜的尺寸没有公布，但在SVGA尺寸下有48万个微镜密布在CMOS芯片上，在SXGA尺寸下则有131万个微镜密布在CMOS芯片上，每个微镜相当于1个像素，开发之初的像素数约为16×16或者128×128。
Larry最初的工作，是制作有机械构造的微镜阵列，这种微镜阵列是将金属覆膜的薄塑料板载于硅制芯片上而成。他们首先试制出了用锑对硝酸纤维素(Nitrocellulose)进行覆膜的微镜。
能否应用于打印机？
在开发起步两年后的1979年，Larry等试制出了16×16的微镜阵列，研发进展相当顺利，1981年又试制出了128×128像素的微镜阵列。虽然当时的定位是用于光信息处理的器件，但为了演示微镜的可控性，他们使像素凹陷或者不凹陷，从而在阵列上显示出了简单的图形。
那么这种DMD是否可用在激光打印机内部扫描的光学系统上呢？Larry的同事提出了这样一个思索。DMD能够使光的行进方向任意变化，那么将其应用于扫描的想法可能是可行的。如果能取代现有的激光式扫描头，那么应该能开拓出一个巨大的市场。
这一灵光一现的思考让大家都惊呼不已。从那以后，大家研究方向不再只是面向光信息处理，而是大幅转向了打印机的扫描头，对DMD的要求条件也变得截然不同。在反复进行各种特性评估的过程中Larry和他的同事发现，使塑料薄膜发生弯曲的这种构造非常不稳定，并得出了工作寿命等存在问题，不适合在打印机上使用的结论。他们发现，尤其在制作应用于激光打印机时的那种纵横比较高的微镜元件时，会变得更加困难。
Larry尝试了多种构造，还改良了制造工艺。终于，他找到了在单晶硅上构成单支撑悬臂的方法。通过在这种悬臂的制造工艺上下工夫，1984年成功试制出了2,400×1像素的直线型微镜阵列，这向打印机目标又走近了一步。
第十个年头的艰难抉择
采用可动的微镜来控制光的行进方向的器件，用电来控制微镜的角度，并将其应用到打印机上，这是Larry J.Hornbeck的目标。然而，事情并不是想象中的那么容易。Larry当时寄予厚望的单支撑悬臂式微镜器件，要保持微镜角度的稳定性非常困难。 [Page]
除此之外，各种难题也层出不穷。作为可动单支撑悬臂与支架体的连接部件的铰链太硬，不实用。当时要求的是既薄又容易变形的铰链，否则就不能高速且任意地改变微镜的角度。Larry为了实现新的单支撑悬臂构造而导入了新的工艺技术，想方设法制造出了前所未有的又薄又软的铰链。
然而，这反过来却使微镜的动作变得不稳定，Larry等陷入了困境。为了找到解决问题的突破口，以Larry为首的研究人员依然没日没夜地埋头进行研究。然而，他们总也无法使单支撑悬臂倾斜振摆的均一性达到所要求范围。
研究团队最后达成了一个结论：放弃单支撑悬臂式微镜器件研究。时间是在1987年，自开始微镜器件研究之日算起正好是第10个年头。
在单支撑悬臂式微镜器件中，微镜的4个角中的1个与底板相连接，以这一部分作为支架体，微镜在静电引力作用下向下倾斜。
研究已经进行了10年，却毫无能够投产的迹象。研究遇到了一面无法逾越的墙壁。是停止开发还是继续进行下去？凭借着研究人员的那份执著和坚持，Larry经过了反复的思考和琢磨之后，依然决定继续投入到新的微镜器件构造的研发工作中。哪怕是稍微有一点可能的方案，只要发现了就着手进行一番研发，像着了魔一样。
有一天，一个创意突然来临了。1987年年底，Larry构思出了全新概念的器件构造。那是一个完全改变支撑微镜构造的想法。在此前研究的单支撑悬臂式微镜器件中，采用了在1个部位支撑微镜的构造。而新的构造是，取而代之的是在对角线上配备铰链，以铰链为轴心的弯曲(倾斜)横梁，该横梁弯曲到触及下部底板上配置的电极座。
模拟到数字的转变
横梁倾斜的角度取决于电极座与横梁之间的空间距离以及横梁的大小。其倾斜的方向，可通过向配置在对角线上的成对地址电极的哪一方外加电压来进行选择。在此次试制的构造中，在地址电极的下部设置了内存单元，可通过对该单元的控制来控制横梁的倾斜方向。另外通过对横梁外加偏置电压，即使外加在地址电极上的电压很微小，也能大大改变横梁的倾斜角度。新构造解决了迄今为止困扰Larry的各种问题。
首先，倾斜角度贡献最为重大。例如，可以倾斜±10度。此前的悬臂式微镜器件无法倾斜如此大的角度。另外，此次的倾斜角度可不受周围环境变化及时间变化的影响，一直保持恒定。其中，不受温度变化的影响是非常重要的因素。而且，外加在地址电极上的电压大约为5V，与此前相比只需很小的电压即可。由此，与标准工艺技术的兼容性大为提高。
Larry采用制成的试制芯片马上开始了各种试验，不仅证实了这种芯片可自由控制明暗，还进行了印刷的实际演示。1987年11月，据他打算停止研究还不到1年。之所以能实现彩色显示，是因为来自光源的光通过R(红色)、G(绿色)、B(蓝色)色轮(Color Wheel，滤光器)入射到DMD中。此时，如果是单板式DMD系统，则反射到微镜上的光透过透镜，投影到屏幕上。如果是大型投影机以及数字电影等，则对RGB各分配1个DMD专用，即3板式DMD。
现行的DLP系统就是由这种DMD、DMD驱动ASIC、外部SDRAM以及视频信号前端IC等构成的。
Larry倾注心血的芯片终于完成，不过，随着试验继续进行，新的问题不断显现了出来。微镜只与电极座接触了数百万次，前端便刺入了电极座。刺入之后，微镜的运动性能随之变差。最坏的情况下，甚至有可能变得不可控制。
经过在研究室里的艰苦奋斗，Larry最终想出了以电方式消除微镜端部与电极座之间吸引力的方法。具体做法是，通过将电压脉冲外加在横梁上，使横梁发生变形。随后使其释放出能量，横梁便像弹簧一样变软，并脱离接触部位。512×1像素的微镜阵列导入了这种吸力消除技术。将其导入打印机的作业终于开始了，到1988年，数字式打印机的试制机制造完成。 [Page]
应用于投影机
采用DMD的投影电视最早的实际演示，做得非常简单。首先1990年首次进行的实际演示，是一种将打印机用DMD芯片嵌入到同一封装内、只能显示2条直线的产品。采用的是在这种芯片上组装可旋转的彩色滤光片，以时分复用方式显示红绿蓝三色。
在这种条件下进行的颜色灰阶显示是DMD的特长。DMD微镜器件是一种数字式的光开关，其功能类似于打开及关闭电灯。如果逐渐提高开关的速度，则有可能用于灰阶表现。开发团队首先针对PAL制式电视节目播放用途，试制出了投影电视用的首款芯片。进而在1991年，又成功试制了2,048×1,152像素的演示用芯片，采用DMD器件的企业开始稍有增加。
DMD商业化投入
在DMD器件终于实用化的推动下，TI公司内出现了基于该技术实现产品的高潮。1991年12月， TI启动了DIVP(Digital Imaging Venture Project)项目，DMD应用的开拓也开始加速。DMD的名称也由此前的Deformable Mirror Device变成了“Digital Micromirror Device”，与以往研究的模拟方式之间有了明确的差异。
1992年5月，TI进行了768×576像素的投影电视用器件的实际演示，1993年完成了HD画质的部件试制，并开始寻找HD画质DMD的买家。随后该公司选定了日本的一家著名电子厂商，随即派遣几名技术人员带着器件从美国的达拉斯来到了日本东京都的品川区，并得到一次机会向日本一家大型电视机厂商实际演示。
以前投式投影机作为突破口
虽然1993年在日本进行的现场演示还算成功，但之后并没有带来商业订单。不仅如此，据说上次看了演示的那家企业开始独自研发采用不同技术的投影式显示器。TI的工作人员没有时间去懊悔，他们将重心转向了下一个应用。当时在DMD风险投资项目中，应用开拓进展最大的是前投式投影机。以微镜器件DMD为中心，与驱动用ASIC、背照灯及透镜等光学系统组合在一起，制作出了前投式投影机的参考设计，TI将这种参考设计称为“Engine”。TI只负责提供附加值最高的DMD以及ASIC，其余的光学系统由OEM厂商负责。这是因为在光学系统方面，投影机厂商积累了更多的技术经验。
然而，这样一来，对开发的技术支持难度将比以前翻一倍还多。而连同必要的光学系统一起配套提供的话，TI就能完成光学系统与DMD的匹配等微妙调整，连同光学系统整体提供的做法对TI来说更容易。
当时在前投式投影机业界，采用液晶面板的透射型产品已开始投放市场，在日本，大型厂商也在产品开发方面展开了激烈竞争。DMD风险投资项目的工作人员坚信，DMD前投式投影机作为放射型比透射型投影机具有更高的亮度。
为了促进DMD在前投式投影机领域的应用开拓，TI决定将这种“Engine”拿到国外的展会上展出。目的是以在展会上展出为契机，寻找OEM厂商。在1995年日本大阪举办的“Electronics Show 95”展会的TI展台，展示了采用DMD的前投式投影机。
令人惊喜的是，在展会后不到一个月时间里，日本德州仪器的总部里迎来了日本普乐士的投影机业务负责人一行。 他们正是在展会上看到了TI所展示的前投产品的巨大市场潜力，想试制采用DMD的前投式投影机。
开发出厚度为10厘米的投影机
TI与普乐士组成的开发团队开始认真考虑DMD与小型光学系统的组合。在1997年年初，他们完成了与采用TI的“Engine”相比，大小只有前者一半左右的试制机。这相对于当时的前投式投影机来说，简直是像梦幻一般的数字。如果能实现这个目标，反响肯定非同一般。普乐士定下的目标是在1997年6月完成试制机，以便在同月于美国旧金山举办的InfoComm展会上展出。
在InfoComm展会即将开幕之际，开发团队完成了两台厚度不足10厘米的投影机试制机。然后，他们将其带到了会场。 [Page]
在特设会场参观了试制机的人，大多都感慨不已，很多人表示希望接触到真机。显然他们不相信这么小的投影机真的能工作。 不知不觉之间，试制机在会场内成了一大话题，一传十，十传百，蜂拥而至的参观者甚至多到特设会场都无法完全容纳得下了。
小型投影机的反响远远超出了TI的想像。不仅被美国以及日本的媒体大肆报道，市场营销部门还收到了许多希望早日投产的消费者的呼声。
公司管理层立即批准了以投产为目标的开发，当初的目标是在对外公布试制机的1997年内投放市场，剩下的时间只有短短的6个月。产品化的道路相当险峻，试制机与量产机在许多方面截然不同，部件的选用也要重新进行。几乎相当于重新设计。
可喜的是，厚度为98毫米的投影机终于在1997年底完成了。 这是一款以单板方式采用800×600像素SVGA画质DMD，亮度为600流明，重量为4.5千克的产品。这在当时，可谓是划时代的产品性能，产品名称为“UP-800”。
瞄准日立、松下及三菱
普乐士的成功，对于身为DMD供货方的TI而言也是一大成果。这是因为使用了DMD的DLP技术在日本国内一举提高了认知度。除了普乐士以外，TI开始向多家北美的大型投影机厂商提供DLP，并在前投式投影机领域获得了较大的市场份额。
在促进DMD应用于前投式投影机的同时，TI还虎视眈眈地把DMD瞄准在了主营业务的背投电视领域。其目标是“在所有电视机中配备DMD”。为了实现这一宏图大志，必需使DMD得到大型电视机厂商的采用。为此，TI希望与日本的电视机厂商进行联合开发。
最初瞄准的厂商有3家：日立制作所、松下电器产业以及三菱电机。如果采用DLP技术，也许就能以比较低廉的价格制造大屏幕电视，电视机厂商也对采用DLP技术的背投电视表现出了强烈的兴趣。
通过TI与松下技术人员的奋斗，具有充分表现力的试制机终于完成了。于是将其拿到了松下电器电视机业务部负责人列席的会议上进行实际演示。 试制机实际演示成功之后，松下电器决定在采用DLP技术的背投电视方面与TI进行联合开发。
在此之前对于制造什么样的产品TI方面只有一个大致的设想，而松下电器对TI的DLP提出的技术参数要求非常高，通过松下电器技术团队的指点，TI的目标也因此而变得明确了。
与松下电器的会议结束后，TI修改了该公司所设想的背投电视技术参数，同时还大幅改变了开发策略。为了能更多地采纳电视机厂商的要求，还相应完善了开发体制。
面向电视机用途，TI将提供组装有DMD、驱动用ASIC以及DSP的板卡。在板卡上将嵌入各电视机厂商的前端电路。
电视机厂商技术人员对画质的要求极其精细。其中最为严格的，是控制用来实现DMD平滑灰阶表现的“On”及“Off”的PWM调制算法、以及用于在DLP上实现彩色表现的色轮的调整。
DLP的灰阶取决于将DMD的微镜角度切换到On或者切换到Off的比率(时间)。但是，如果只有On或者Off单方的时间连续不断的话，灰阶表现就会变得生硬。为了避免这种情况，可采用有意使切换到On及Off的顺序分散开来的“划分位区(Bit Splitting)”法。如何分配此时的顺序(Sequence)，将决定灰阶表现的平滑度。
色轮的调整方面，TI成功地改变了颜色的深度等。例如，对于“想加强红色”或者“想加深绿色”之类的要求，可通过增加色轮的特定颜色区域(色域)来满足。比如，将红色及绿色的色域在整个色轮中设得大一些。
在色轮转速方面苛意追求的技术人员也为数不少。如果提高转速，颜色的反应速度会加快。然而与此同时，在色轮中将各颜色间隔开的区域(即轮辐)所占的时间将会增多。其结果便会带来一个问题：来自DMD的反射光照射在轮辐上的时间增加，从而使效率降低。在这种色度平衡的调整，一切取决于电视机厂商技术人员的细微感觉。 [Page]
此外，工作温度范围方面，要求能在-20℃?+85℃的较宽温度范围下进行驱动。在电视机领域理所当然的这些要求，对TI技术人员而言，每个却都变成了巨大的挑战。
通过TI技术人员对DMD特性的改进以及松下电器技术人员的苛意追求，采用DLP技术的背投电视终于完成了。1999年，松下电器面向美国市场投放了首批产品。虽然价格超过了1万美元，但作为旗舰产品具有重大意义。
就在推进与松下电器的联合开发的同时，TI还在与三菱电机进行背投电视的联合开发，开发的内容是采用DLP技术的商业用显示器。
自此之后，DLP技术走上了家喻户晓的道路。