El dispositivo de microespejos digitales , o DMD , es el sistema microoptoelectromecánico (MOEMS) que constituye el núcleo de la tecnología de proyección de procesamiento de luz digital (DLP) registrada de Texas Instruments (TI). El DMD de Texas Instruments fue creado por el físico de estado sólido y miembro emérito de TI, el Dr. Larry Hornbeck, en 1987. [1] Sin embargo, la tecnología se remonta a 1973, cuando Harvey C. Nathanson (inventor de MEMS c. 1965) utilizó millones de espejos móviles microscópicamente pequeños para crear una pantalla de vídeo del tipo que ahora se encuentra en los proyectores digitales. [2]
El proyecto DMD comenzó como un dispositivo de espejo deformable en 1977 que utilizaba moduladores de luz analógicos micromecánicos. El primer producto DMD analógico fue la impresora de billetes de avión TI DMD2000 que utilizaba un DMD en lugar de un escáner láser. [3]
Un chip DMD tiene en su superficie varios cientos de miles de espejos microscópicos dispuestos en una matriz rectangular que corresponden a los píxeles de la imagen que se va a mostrar. Los espejos y las estructuras mecánicas de soporte se construyen utilizando micromaquinado de superficie . [4] Los espejos se pueden rotar individualmente ±10-12°, a un estado encendido o apagado. En el estado encendido, la luz de la bombilla del proyector se refleja en la lente haciendo que el píxel aparezca brillante en la pantalla. En el estado apagado, la luz se dirige a otra parte (normalmente a un disipador de calor ), haciendo que el píxel aparezca oscuro. Para producir escalas de grises , el espejo se enciende y apaga muy rápidamente, y la relación entre el tiempo de encendido y el tiempo de apagado determina el tono producido ( modulación binaria por ancho de pulso ). [5] Los chips DMD contemporáneos pueden producir hasta 1024 tonos de gris (10 bits). [6] Consulte Procesamiento de luz digital para obtener una discusión sobre cómo se producen las imágenes en color en sistemas basados en DMD.
Los espejos están hechos de aluminio y tienen un diámetro de alrededor de 16 micrómetros. Cada espejo está montado sobre un yugo que, a su vez, está conectado a dos postes de soporte mediante bisagras de torsión flexibles . En este tipo de bisagra, el eje está fijo en ambos extremos y gira en el medio. Debido a la pequeña escala, la fatiga de la bisagra no es un problema, y las pruebas han demostrado que incluso 1 billón (10 12 ) de operaciones no causan daños notables. Las pruebas también han demostrado que las bisagras no pueden dañarse por golpes y vibraciones normales, ya que son absorbidas por la superestructura del DMD. [7]
Dos pares de electrodos controlan la posición del espejo mediante atracción electrostática. Cada par tiene un electrodo a cada lado de la bisagra, uno de los cuales está posicionado para actuar sobre el yugo y el otro actúa directamente sobre el espejo. La mayoría de las veces, se aplican cargas de polarización iguales a ambos lados simultáneamente. En lugar de girar hacia una posición central como se podría esperar, esto en realidad mantiene al espejo en su posición actual. Esto se debe a que la fuerza de atracción en el lado del espejo que ya está inclinado es mayor, ya que ese lado está más cerca de los electrodos. [8]
Para mover los espejos, primero se carga el estado requerido en una celda SRAM ubicada debajo de cada píxel, que también está conectada a los electrodos. Una vez que se han cargado todas las celdas SRAM, se elimina el voltaje de polarización, lo que permite que prevalezcan las cargas de la celda SRAM y muevan el espejo. Cuando se restablece la polarización, el espejo se mantiene nuevamente en su posición y se puede cargar el siguiente movimiento requerido en la celda de memoria.
El sistema de polarización se utiliza porque reduce los niveles de voltaje necesarios para direccionar los píxeles de modo que puedan ser controlados directamente desde la celda SRAM, y también porque el voltaje de polarización se puede eliminar al mismo tiempo para todo el chip, de modo que cada espejo se mueve al mismo tiempo. Las ventajas de este último son una sincronización más precisa y una imagen en movimiento más cinematográfica .
El modo de falla descrito en estos es causado por contaminación interna, generalmente debido a una falla del sello que corroe los soportes del espejo. Una falla relacionada fue el pegamento utilizado entre 2007 y 2013, bajo el cual el calor y la luz se degradan y liberan gases: esto normalmente causa empañamiento dentro del vidrio y, finalmente, píxeles blancos/negros. Esto generalmente no se puede reparar, pero los chips DMD defectuosos a veces se pueden usar para proyectos menos críticos que no necesitan patrones que cambien rápidamente si los píxeles defectuosos existentes se pueden hacer parte de la imagen proyectada o mapear de otra manera, incluido el escaneo 3D. [9]