Dispositivo de micromirror digital

El dispositivo de micromirrores digitales , o DMD , es el sistema microoptoelectromecánico (MOEMS) que constituye el núcleo de la tecnología de proyección de procesamiento digital de luz (DLP), marca registrada de Texas Instruments (TI). Este dispositivo se utiliza en proyectores digitales y consta de una matriz de millones de espejos microscópicos que pueden inclinarse individualmente miles de veces por segundo, creando así los píxeles de las imágenes proyectadas.

La tecnología se remonta a 1973 con el uso que hizo Harvey C. Nathanson (inventor de MEMS hacia 1965) de millones de espejos móviles microscópicos para crear una pantalla de video del tipo que ahora se encuentra en los proyectores digitales. ^{[ 1 ]}

El proyecto en Texas Instruments comenzó como el dispositivo de espejo deformable en 1977, utilizando moduladores de luz analógicos micromecánicos. El DMD fue inventado por el físico de estado sólido y miembro emérito de TI, Larry Hornbeck, en 1987. ^{[ 2 ]} El primer producto con DMD analógico fue la impresora de billetes de avión TI DMD2000, que salió al mercado en 1990 y 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 mediante micromecanizado de superficie . ^{[ 4 ]} Los espejos se pueden girar individualmente ±10–12°, para activarse o desactivarse. En el estado activado, la luz de la bombilla del proyector se refleja en la lente, haciendo que el píxel aparezca brillante en la pantalla. En el estado desactivado, la luz se dirige a otro lugar (generalmente a un disipador de calor ), haciendo que el píxel aparezca oscuro. Para producir escalas de grises , el espejo se activa y desactiva muy rápidamente, y la relación entre el tiempo de activación y el de desactivación determina el tono producido ( modulación binaria por ancho de pulso ). ^{[ 5 ]} Los chips DMD actuales pueden producir hasta 1024 tonos de gris (10 bits). ^{[ 6 ]} (Véase Procesamiento digital de la luz para una explicación de cómo se producen las imágenes en color en los sistemas basados ​​en DMD).

Los espejos están fabricados en aluminio y tienen un diámetro aproximado de 16 micrómetros. Cada espejo está montado sobre una horquilla que, a su vez, está conectada 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 centro. Debido a su pequeño tamaño, la fatiga de la bisagra no representa un problema, y ​​las pruebas han demostrado que incluso 1 billón ( ^10¹² ) de operaciones no provocan daños apreciables. Las pruebas también han demostrado que las bisagras no se dañan por golpes y vibraciones normales, ya que son absorbidos 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 ellos posicionado para actuar sobre el soporte y el otro directamente sobre el espejo. La mayor parte del tiempo, se aplican cargas de polarización iguales a ambos lados simultáneamente. En lugar de girar a una posición central, como cabría esperar, esto mantiene el espejo en su posición actual. Esto se debe a que la fuerza de atracción sobre el lado hacia el que el espejo 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, la cual también está conectada a los electrodos. Una vez cargadas todas las celdas SRAM, se elimina la tensión de polarización, permitiendo que las cargas de la celda SRAM prevalezcan y muevan el espejo. Al restablecerse la polarización, el espejo vuelve a quedar fijo 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 controlar los píxeles, permitiendo que se alimenten directamente desde la celda SRAM. Además, el voltaje de polarización se puede eliminar simultáneamente para todo el chip, de modo que cada espejo se mueve al mismo tiempo. Las ventajas de esto último son una sincronización más precisa y una imagen en movimiento más cinematográfica .

El modo de fallo descrito en estos dispositivos se debe a la contaminación interna, generalmente causada por la corrosión de los soportes del espejo debido a un fallo en el sellado. Un fallo relacionado fue el del adhesivo utilizado entre 2007 y 2013, que se degrada y libera gases bajo la acción del calor y la luz; esto suele provocar empañamiento en el interior del cristal y, finalmente, píxeles blancos o negros. Normalmente, esto no se puede reparar, pero los chips DMD defectuosos a veces se pueden utilizar para proyectos menos críticos que no requieren patrones que cambien rápidamente, si los píxeles defectuosos existentes se pueden integrar en la imagen proyectada o eliminar de alguna otra forma, incluyendo el escaneo 3D. ^{[ 9 ]}

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