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微型投影機產品開發與市場趨勢

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3M主推的LCoS微投影解決方案,具光機成本優勢,在終端產品的整合應用相當多元。3M
3M主推的LCoS微投影解決方案,具光機成本優勢,在終端產品的整合應用相當多元。3M

投影機的應用,在於利用LCD、DLP等技術搭配物理光源的投射原理,讓小巧機身可以投射超過50~200吋的投射畫面,而微投影機的技術大同小異,除在光機大幅簡省空間外,光源的選用與投影技術的差異,亦會直接影響其效能表現,投影技術的演進也讓相關產業發生結構性變化...

微型投影機的技術原理,主要是利用顯示面板的極度小型化設計,讓投影機的尺寸變得迷你,同時透過降低料件與生產成本,以低價形式提高消費者對微投影機的市場接受度。

Microvision的PicoP解決方案,光機成本較高,市場上多以Microvision自行開發的獨立型微投影產品為主。Microvision

Microvision的PicoP解決方案,光機成本較高,市場上多以Microvision自行開發的獨立型微投影產品為主。Microvision

TI投入資源開發DLP關鍵元件,圖中為前後代DLP晶片的尺寸差異,體積大幅壓縮但性能未減。TI

TI投入資源開發DLP關鍵元件,圖中為前後代DLP晶片的尺寸差異,體積大幅壓縮但性能未減。TI

DLP、LCoS及Microvision PicoP 三大微投影技術各有優勢

以具量產能力的微投影技術來區分,現有的微投影機產品在市場大致上由DLP(Digital Light Processing)及LCoS(Liquid crystal on silicon)兩大技術陣營分據,在投影技術方面的應用差異,已決定了產品的效能與整合形式。

但實際上目前的微投影機顯示技術,主要可分為3種,即是DLP、LCoS及Microvision PicoP。DLP主要是TI(Texas Instruments)主導之技術架構,並已獲大量投影機採用;LCoS則具有價格與成本優勢,在推廣者方面以3M著力較深,目前產品主力多在低階市場;PicoP技術目前以SHOWWX+為主,但產品單價較高。

DLP技術以微機電製程為核心 高解析度發展技術難度高

以DLP顯像面板技術來說,主要是透過採半導體製程製作的MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)微機電系統來加以生產,在呈現影像的性能方面具備高亮度、高對比優勢,以技術觀點檢視DLP的顯像面板,其上佈滿數量極多的MEMS鏡片,每個小鏡片之下同時設計1個電晶體來控制鏡片顯像時的偏角,在DLP顯示技術方面,此鏡片的整體數量即直接對應到呈現畫面的每一個像素。

觀察市售的實際商品,以目前微投影機常見的TI DLP解決方案,若是0.55”的800x600 DLP顯像面板,其面積範圍內已設置了480,000個鏡片,然而DLP技術要呈現彩色畫面,光靠顯像面板與鏡片形式的MEMS設計是不夠的,為了產生色彩3原色的色光混色效果,光機必須具備1片DLP顯像面板,再搭配色輪或3色LED投射來產生Color Sequential色序法的顏色呈現效果,為利用直接之投射光源RGB三色輪流切換,或是利用RGB透鏡讓DLP輸出之畫面快速濾光達到所欲呈現之對應色光。也因為DLP的技術原理相當單純,其光機的組成架構與相關設計顯得異常簡單,因此在光機的開發、生產成本方面可以有效降低,同時增加組裝廠的生產效率與產品良率。

但DLP顯像技術並非無懈可擊,DLP技術之投影品質,在顯像成果方面具高對比、高動態表現是無庸置疑的,但DLP技術容易因混光形式而出現彩虹效應問題,必須在成像方面的光學與電學設計投入更多資源來加以改善。

另一個關鍵在於,DLP投影技術為利用MEMS半導體製程來製作關鍵顯像元件,一般會採黃光蝕刻形式來製造高度精緻、微小的鏡片結構組態,但當MEMS製作的面板要因應解析度提升時,對應的良率問題即直接影響核心元件的產製成本,對相關終端產品的開發業者而言,產品的效能表現完全與DLP的晶片效能綁在一起,即等於TI的製程技術即影響後續產品的演進效能與品質,因而較難開發出差異化的終端產品。

LCoS結合LCD與DLP架構 具成本優勢

至於另一款關鍵顯像技術LCoS,其顯像原理結合LCD(liquid crystal display)與DLP架構,解析度方面的效能表現較好,但影像對比與投射亮度表現,則較DLP略差一些。

LCoS的顯像面板可說是HTPS(High Temperature Poly-Silicon)-LCD與DLP顯像面板的整合設計,整體而言,LCoS採用DLP的鏡片反射設計架構,避開HTPS-LCD的開口率設計問題,同時應用HTPS-LCD面板在電晶體控制的液晶架構,改善DLP的MEMS製程在提升解析度方面可能造成的高成本、製作難度、產品良率降低...等關鍵問題。

LCoS顯像面板既然兼具DLP與HTPS-LCD技術架構,因此呈現的畫質與效果,一般都介於DLP與HTPS-LCD表現之間,且大多是應用於大螢幕投影,在設計光機時會搭配3片式的架構來進行開發,同時必須採行PBS(Polarization Beam Splitter)分光鏡進行分光與偏極處理,這些技術架構會增加整體光機模組的零件成本,同時也大幅增加光機後端產線的組裝難度。

但大螢幕應用的LCoS與隨身LCoS微投影機光機,在設計上則有大幅改善空間,因為LCoS微型投影光機,目前的整合趨勢是與DLP微投影光機同樣採取導入R、G、B三色光之LED光源,來進行Color Sequential,進一步有效降低光機的內部結構複雜度,同時也能讓產品的尺寸更小。

DLP、LCoS、PicoP光機成本仍是發展關鍵

由目前3大技術微投影機的產品售價來觀察,以LCoS顯像技術開發的光機成本最低、市場的零組件降價幅度也較顯著,甚至其光機體積微縮速度,目前僅次於Microvision PicoP的雷射掃描微投影技術!

另外,DLP顯像技術的光機價格雖然較LCoS稍微貴一點,但TI主導技術核心使其價格策略可以緊追LCoS的光機成本,現有DLP與LCoS呈現市場拉鋸;Microvision PicoP目前受限光機成本較高,導致終端產品多為獨立型的隨身投影設備,在整合應用方面較DLP、LCoS技術走得稍慢,雖然現在已經將核心技術釋出給ODM廠商開發終端產品且略有起色,但短期內仍難與DLP與LCoS大軍爭逐主流市場。

最後再從DLP、LCoS及Microvision PicoP的現有終端產品合作夥伴來檢視。目前表明採行DLP技術架構的手機大廠,包括Nokia、Samsung等多家行動電話品牌,Microvision PicoP則會與Motorola進行合作,而光機成本極具優勢的LCoS,應會以大陸白牌手機為應用大宗。比較可惜的是,PicoP雖在各方面表現極佳,但礙於光機成本較高且缺乏較有力的業者奧援,初期較難在微型投影市場有突出表現,但其技術發展仍值得持續關注。