Les micro-miroirs digitaux

Dans le domaine de l'information numérique, la plupart des applications multimedia nécessitent à la fois des écrans plus brillants et plus larges en même temps qu'ils ont compacts et personnalisés. Les systèmes de projection conventionnels de films ne sont pas aptes à afficher les informations multimedia numériques. De nombreuses technologies électroniques d'affichage ont été développées depuis les années 1940. A l'heure actuelle, il y a deux technologies principales en compétition l'une avec l'autre sur un marché en croissance rapide : le technologie DLP (Digital Light Processing) et la technologie de projection LCD à polymère haute température. La technologie DLP est en avance très nette sur le marché des projecteurs de grande dimension de coût élevé et sur le marché des projecteurs ultra-portables à bas coût alors que la technologie LCD domine le marché intermédiaire.

Les projecteurs de grande dimension peuvent éclairer avec un flux de plus de 5000 lumens sur un écran. Ils coûtent très chers, ils sont lourds, massifs et nécessitent des précautions d'installation et de maintenance.

Au coeur d'un projecteur numérique DLP on trouve le système DMD (Digital Micrimirror Device) breveté par Texas Instruments (cf Etude de cas du cours Introduction à la micro-optique) qui est constitué d'une matrice de micro-miroirs. Chacun des micro-miroirs pivote sous l'effet d'un champ électrostatique agissant sur le substrat sur lequel il est déposé. En fonction de l'angle de pivotement (+10°, 0°, -10°), chaque miroir réfléchit la lumière émise par la lampe de projection de façon à réaliser une commutation on/off du flux lumineux et on peut ainsi créer numériquement une échelle des niveaux de gris sur 10 bits (1024 niveaux) pour chaque couleur primaire. L'image en couleur est ainsi obtenue soit avec des roues colorés et un seul dispositif DMD soit avec des miroirs dichroïques et en combinant des prismes avec trois dispositifs DMD pour chacune des trois couleurs primaires. Les signaux videos ou graphiques d'entrée sont transformés en un code numérique binaire qui fait pivoter les micro-miroirs.

Les dispositifs DMD sont constitués de micro-miroirs déposés sur des circuits CMOS de commande selon le schéma ci-dessous :

Le dispositif DMD est fabriqué d'un seul bloc par un processus compatible CMOS. Chaque micro-miroir est constitué d'une couche d'aluminiuùm de 16 µm x 16 µm. Le pivotement se fait selon l'axe de la diagonale du miroir sous l'effet de l'attraction électrostatique.

La plus grande difficulté technique de ces dispositifs consiste à assurer la fiabilité mécanique. Du fait de la vitesse de modulation élevée, le couple de torsion nécessite une fiabilité de plus de 1013 cycles au cours de sa vie en service. Les défauts ont été progessivement résolus par des améliorations continuelles de la conception au cours des dix dernières années.