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）。

《图一 DMD芯片示意图》

＜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）。

《图二 DMD镜片摆动示意图》

＜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）。

《图三 单一DMD光机构示意图》

＜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）。

《图四 以HTPS技术为主的3LCD成像示意图》

＜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）。

《图四 以HTPS技术为主的3LCD成像示意图》

＜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）。

《图五 3LCD的光机构示意图》

＜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》

＜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）。

《图七 LCoS芯片的主要组件层示意图》

＜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3LC​​D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）

延 伸 阅 读	外观大致相同的投影基因所使用的显示元件的不同,内部的光学系统各异,有着不同的种类。现在市场上推出的投影机大致可以分为以下3种方式。相关介绍请见「投影机三大投影技术结构原理分析」一文。 慧聪网教育行业. 综观投影机技术的当今局势,早已是时过境迁,江山易主了。 CRT由红极一时走向末落,逐渐被人遗忘。 你可在「点评投影技术LCD与DLP谁人称霸2005年」一文中得到进一步的介绍。 说到投影机，就不能不提到投影技术，正式由于各种投影技术的不断成熟，才使得如今的投影机功能越来越强，价格越来越低廉。在「投影技术简单素描-投影机三种常见的实现技术」一文为你做了相关的评析。

最新消息	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。 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。 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。