出版品代号:::CT
期数:::000162
文章代码:::CS1
文章标题:::投影显示技术市场发展趋势
文章副标:::
出版品单元:::CTCS
文章来源:::
作者:::陈浩彰
译者:::
引言:::DLP、3LCD、LCoS三种技术各有所长,DLP系统体积较小是它独特的优势;3LCD的画质自然是最大的优势;LCoS在制程技术有效突破之后,将渐渐追上DLP与3LCD。本文将介绍这三种投影技术并分析未来的市场发展。
附图定义:::图一(p1.gif),图二(p2.gif),图三(p3.gif),图四(p4.gif),图五(p5.gif),图六(p6 .gif),图七(p7.gif),
附表定义:::
公式图档定义:::
文章后之资料:::
属性(人物):::
属性(产业类别):::RED
属性(关键字):::DLP、3LCD、LCoS
属性(组织):::
属性(产品类别):::
属性(网站单元):::ZEOE
内容:::
目前市场上最为热门的背投影技术当推3LCD阵营的HTPS、TI的DLP与制程技术极高的LCoS三种技术。三种技术各有所长,目前以HTPS与DLP处于领先的状态,LCoS由于制程难度太高,目前还没办法有效地商用化量产。本文将为您介绍这三种技术,并且剖析这三种技术的未来市场发展。
令人赞叹的微机电技术--DLP技术原理
DMD晶片(Digital Micromirror Device;数位微镜片装置)
TI于1987年发展出的技术,藉由一百多万个小镜片,每一个小镜片约只有人类头发的五分之一大小,透过这些小镜片来反射入射的光源,每一个小镜片所反射出的光源就是一个画素,并藉由TI独家的Digital Light Processing(数位光源处理技术),来控制每一个小镜片不断地变换倾斜角度,以达到各个时间点不同的灰阶亮度,灰阶亮度的等级高达1024阶,也就是说DMD可以表示10bit的灰阶亮度(图一)。
<资料来源:TI,2005/3>
DMD晶片是相当令人赞叹的微机电技术,为了要控制镜片不断地倾斜任一角度,DMD晶片必需不断地去控制微机电枢纽(Hinge),想像一下同时有一百多万个镜片左摇右摆的壮观情形,同时每一个镜片必须在每一秒之中摆动数千次(图二)。
<资料来源:TI,2005/3>
让单一DMD也能有三色光的创意设计--色轮装置(Color Wheel)
为了让DMD能够反射出各种颜色,必须让打到DMD的光线具有基本的三原色,但如何能达到一种简单、体积小的设计来提供具三原色的光线呢?色轮装置就是一个颇具创意的发明装置,它将R、G、B三原色平均分配在一个轮盘之上,当色轮快速旋转的同时,由高亮度灯泡所发出的白光先经过色轮,依序不断地发出三种色光,再经由DMD反射,由于色轮快速旋转,人眼将会因为视觉暂留而形成各种不同的色调。理论上,单DMD系统可产生1670万色(16.7million),三DMD系统可产生35兆色(35 trillion),颜色相当丰富。注意的是色轮的设计是给单一DMD系统的简单装置(图三)。
<资料来源:TI,2005/3>
应用于高阶显示的3DMD系统设计
DLP的工作原理可同时支援单一DMD的光机构设计,亦可支援三个DMD的系统设计。一般家用系统使用单一DMD的光机构设计就已足够,也是比较价廉的选择;而三个DMD的系统设计适用于高画质要求的场合,原理是将高亮度白光源经由稜鏡分成R、 G、B三原色,每一个DMD处理一种单一颜色,最后在将此三种颜色于投影镜片中混合投射至屏幕上(图四)。
<资料来源:TI,2005/3>
日系大厂的工艺结晶--3LCD(HTPS)
为了推动消费者更进一步认识以HTPS(High-Temperature Polysilicon;高温多晶矽)技术为基础的背投影系统,由Epson、Fujitsu、Hitachi、Panasonic、Sanyo、Sony主要公司所组成的3LCD组织正式于2005年初成立,希望能透过网站对于HTPS技术的背投影显示做一个宣导,以下是以HTPS技术为主的3LCD系统的技术介绍。
3 LCD显示原理
3LCD主要是透过光学原理来呈现影像,光线先由一个超高亮度的水银灯泡发出后,经过一个分光镜片(Dichroic Mirror),将波长较长的红光分出,再将红光以外的光束继续经过第二个分光镜片,将该光束分成绿光与蓝光;分开后的红、蓝、绿三种颜色的光束再经由稜鏡(Prism)予以结合成一个完整的影像,然后由投影镜片(Projection Lens )聚焦投射到屏幕之上成像(图四)。
<资料来源:3LCD website,2005/3>
3LCD的光机构设计
由于3LCD的显像原理必须靠几个独立的光学元件构成,也造成了3LCD系统体积会较以DMD原主要元件的DLP系统略大,以光机构设计而言,必须十分准确地将各个光学元件放置在合适的位置,也要考虑系统搬移时的震动问题,生产所遭遇到的挑战相当大;不过由于主要的显示元件HTPS LCD的制造技术十分纯熟,不像DMD元件只由TI一家生产,这也是3LCD系统的优势之一(图五)。
<资料来源:3LCD website,2005/3>
有梦难圆的LCoS显示技术
3LCD显示技术画质呈现较为自然,但受制于光学元件的开口率限制(Aperture Restriction),常常会有亮度与对比表现度不足的困扰,另外3LCD的体积较大,也是一个困扰。而DLP技术同样也有一些问题,单一DMD显像的DLP系统画质表现较不自然,而三DMD装置的DLP系统的成本又偏高。因此,LCoS技术就是希望所系,希望研发一种新技术将LCD制作在矽晶片之上,同时结合光学元件的自然色彩呈现,又能解决光学元件的先天问题。 LCoS的技术原理如下。
LCoS(Liquid Crystal on Silicon)技术原理
LCoS希望能在矽晶片之上制作出具反射能力的LCD,来改善3LCD的透光率问题,整个LCoS的技术精神与DLP有许多相似之处,除了都是在矽晶片上制作之外,LCoS同样也有采用单一LCoS晶片的LCoS系统与使用三个LCoS晶片的高阶LCoS系统。使用单一LCoS晶片的LCoS系统,是藉由一个不断旋转的稜鏡(或者仍采用色轮装置),来达成类似于DLP系统中飞轮的工作。而使用三个LCoS晶片的LCoS系统的光机构设计则大致类似于3LCD的光机构设计,只是用LCoS元件来代替3LCD系统的HTPS LCD元件,底下是使用三个LCoS元件的LCoS系统示意图:
![《图六 使用三个LCoS组件的LCoS系统示意图》](/art/2005/07/131738583345/p6.gif)
《图六 使用三个LCoS组件的LCoS系统示意图》 |
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<资料来源:3LCD website,2005/3>
LCoS制程技术
在Intel与Philips相继宣布退出LCoS晶片的市场之后,LCoS晶片制作上的复杂度再一次地为科技厂商所重视。 LCoS基本上同时结合了半导体与液晶显示器两大产品的制造技术,由于两种不同的制程技术结合后,许多新的问题就接踵而来。一般而言,LCoS主要是由三层元件来构成:分别是驱动画素的电子元件(植于矽晶片之上)、矽晶材料层与上层的玻璃板。三者的结合就可以透过底层的矽晶片,去控制液晶材料来达成控制每一个画素灰阶亮度的目的(图七)。
<资料来源:MicroDisplay,2005/3>
DLP、3LCD、LCoS的市场现况
大厂陆续宣告放弃的LCoS市场
LCoS技术是由IBM与JVC于1990年代所开发出的技术,一般认为,LCoS将延续类似HTPS的自然色彩呈现的优点,又能提供一个体积较小、价格较便宜的解决方案。 HP曾试着要将其商品化,却因制造成本问题始终无法解决而无法导入量产。Intel曾经将LCoS晶片计划那如期未来数位家庭体系里的一个重要环节,提供未来家庭用高画质数位电视系统的显示晶片,Intel当时乐观地估算整个LCoS市场将会带来庞大的营业收入,经过实际的研发与生产之后,终究宣布退出LCoS晶片的开发,原因也许不全然是因为LCoS晶片的困难度,但研发的难度与产生的效益无法符合预期也是不争的事实。Philips亦宣告终止其LCoS晶片的发展计划,理由也是无法迅速地将该技术导入大量商品化生产,又必须投资巨额的研发成本。
不过仍然有许多的公司持续地发展LCoS,像是eLCOS、Brillian、MicroDisplay、SpatialLight等等公司,台湾厂商则有联电集团的联诚光电负责LCoS晶片的相关研发生产工作。
另外值得注意的是,Intel原本希望以LCoS晶片与主推DLP的TI一较高下,虽然目前Intel宣告终止LCoS晶片计划,进军家用高画质数位电视的企图心却未曾浇熄;Intel近期已透过并购的方式买入以色列的IC设计公司—Oplus technologies,希望藉由并购的方式继续往高画质电视市场努力,目标也将会更广,包括PDP TV、LCD TV、背投影电视等等都将会是Intel的发展方向。
DLP、3LCD两强相争尚未结束
DLP、3LCD最新发展
TI的DLP技术在前投影市场的市占率极高,根据Pacific Media Associates的统计资料,以DLP技术发展的前投影产品已经在全球市场中占了47%的市场占有率;在背投影市场上,以北美市场为例,DLP技术的背投影电视,其市场占有率在2004年是16%,较2003年的8%足足成长了一倍,并且在2004年的市场占有率超过了PDP电视。根据TI的统计,TI总共出货有超过100万片的DLP晶片用于背投影电视,而DLP晶片的总出货量数目是超过500万套;更值得注意的是,光是最近八个月的出货量就达200万套,市况可说是相当热。
除了传统的前投影与背投影市场之外,TI近来大力地推动其高阶的DLP晶片,最近刚获得金球奖的「神鬼玩家;The Aviator」就是运用了DLP技术在其拍摄过程里,TI的DLP Cinema技术可以使用在电影拍摄上,也可以使用在电影放映之上。运用在电影院放映电影的技术将会是TI的三个DMD的DLP解决方案,来提供观赏者更为自然的色彩呈现(不会发生单一DMD的DLP解决方案色彩不够自然的缺点)。根据TI的说法,目前全球已经有276个采用DLP技术的数位电影院,台湾亦有四座DLP技术的数位电影院。
在投影机市场上,TI推出了0.55吋的XGA等级的DLP晶片(1024 × 768画素),以达到更低成本、体积更轻巧的解决方案;相较于目前市场上的0.7吋XGA等级的DLP晶片,新一代的晶片由于尺寸较小,能够反射光源的平均面积下降,将有可能会遇到亮度下降的问题。
在HTPS技术的显示系统上,面对TI的DLP持续进逼,由六家日系厂商为主的3LCD联盟(Epson、 Fujitsu、Hitachi、Panasonic、Sanyo、Sony)也于2005年初正式成立,希望透过联盟组织的设立,藉由网站教育消费者认识高画值的3LCD系统,并藉由产业链的垂直整合,能继续保有3LCD?系统的市占率。据3LCD表示,使用3LCD系统由于将R、G、B三色分开处理,对于色彩的呈现较为自然,而不会产生彩虹现象与色彩破碎的现象。另外,3LCD也加强改善3LCD原有亮度不足与对比度不够的缺点,最新的3LCD系统能达到6000:1的对比度与5000流明的照度。
DLP、3LCD市场预测
DLP技术的相关市场发展愈来愈好,直接威胁到3LCD阵营,根据TSR的统计,2003年DLP背投影市场出货量约有21万台,而3LCD系统的背投影电视则有34万台; 2004年DLP系统大幅成长至80万台,3LCD背投电视则成长至100万台。 TSR并预估2005年DLP背投电视将会和3LCD背投电视差距在十万台之内,到了2008年,DLP背投电视将会以350万台超越3LCD背投电视280万台的出货量。
在与传统CRT电视的市场规模比较下,预料2005年CRT市场仍将会以385万台超越3LCD与DLP背投电视的出货总和(约290万台),到了2008年,3LCD与DLP背投电视的出货总和将达到630万台,远远超越传统CRT电视80万台的出货预估。
结语
DLP、3LCD、LCoS三种技术各有所长,由于DLP技术可以使用3个DMD来建构系统,来解决为人诟病的单DMD系统产生的问题,3DMD系统可以进攻高画质市场,单DMD系统可以瞄准低阶市场,同时DLP系统的体积较小也是它独特的优势。 3LCD的画质自然是最大的优势,但也受限于光学元件的特性无法缩小体积,亦是让DLP系统能抢占市场的一个重要因素。
LCoS系统能结合DLP与3LCD的优点,但制程技术同时横跨半导体与LCD两大制程,衍生出很多新的问题,若相关制程技术有效突破之后,方能有进一步的表现。不过整体而言,整个背投影的市场将会继续是此三种技术竞争的态势,而传统CRT的电视将会陆续地退出市场,相关的厂商应把握此一商机。
(作者为拓墣产业研究所通讯与半导体产业资深研究员)
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SONY公司利用MEMS(microelectromechanical systems微机电系统),开发出来了一种新型基于光栅阀技术(grating-light-valve)的投影原型机。相关介绍请见「投影技术再迈新台阶,达到3000:1」一文。
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2003 年的回顾,我们将发现2004年投影机行业的技术发展起源于2003年提出的一系列想法,比如“梯形校正”“无线功能”“sRGB”等技术概念,甚至“经济型投影机”的市场前景分析。你可在「畅想2005投影技术什?技术令人关注」一文中得到进一步的介绍。
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未来几年内,3LCD技术将不断进步,3LCD产品供给量也将持续增加,3LCD集团将通过各种宣传活动推广3LCD。在「众厂商力推3LCD投影技术」一文为你做了相关的评析。
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