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LCOS的產品現況與遠景
 

【作者: 吳秉思】   2001年09月01日 星期六

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在2001年電子產業景氣跌落谷底時,若干具活力的新興產品依然發揮能力,在市場上極為活躍,當中的一個代表便是微顯示器(Microdisplay),一般係指利用矽晶圓製造並灌入液晶,做成模組的LCOS(Liguid Cyrgtal on Silicon)。


市場環境百家爭鳴

正如微顯示器其名,LCOS可以做得很小,輕薄、耗電量少。卻可以達到大畫面和高解析度的效果,可廣泛應用在桌上型或攜帶性的產品上,非常具有市場潛力。從市場競爭的角度來看,LCOS是用來取代傳統的高溫多晶矽LCD。由於LCOS直接使用矽晶圓來製造,不必再另行投資設備,適合專業設計公司跨入,不必仿效日本LCD等具有垂直整合方式,唯LCOS亦在起步階段,所需配合的主客觀條件仍多,欲在市場上廣為接受仍需努力。


經營模式迥異的LCD業界

LCOS業者既出自於小規模的設計公司,在經營的靈活度和技術開發均自己一手包辦之外,部份歷史較久遠或另有基地投資事業的業者,則仍投入液晶工程或模組工程,如Three-Five和Kopin。有的業者在上述後段的工程上,是採取外包的方式和協力廠商共同合作。由於日本業界長期投入顯示器的發展,具有豐沛的資源,在LCOS後段工程零組件供應和終端應用產品的提升上,扮演相當關鍵的角色。


這些LCOS業者,還是得利用以夷制夷的手段,取得有利的奧援。日本各大商社因此成為LCOS生產業者。支援銷售上的助手,如佳友商事、日商Electronics、三井物產和菱電商事就分別是CMD、Displaytech、Kopin和Three-Five的合作夥伴。若以InViso的LCOS產品為例(圖一),我們可以發現LCOS的開發及需要的零組件、光學系統等支援非常繁瑣,一家公司欲從頭到尾一手承攬,十分困難。


終止投影機關鍵元件遭壟斷

LCOS的應用範圍儘管很多,卻反成這些小型開發業者的負擔,未必能承擔每一種應用,給予極好的支援。在2000年業界在投影機的應用上,逐漸建立組織,認為投影機正是LCOS初期可充份發揮的產品之一。當中的關鍵因素在於各種光電產品製造商,極欲跨入投影機的製造,唯在高階技術和產品形象無法和美日業者相抗衡的情況下,利用LCOS此低價解決方式,恰可彰顯台灣業者的產品差異性。


台灣業界在投影機顯示元件的取得上,一向受制於日本高溫多晶矽LCD業者和DMD元件製造商TI的壟斷現象,LCOS正可打破此瓶頸。同理,國際級二產投影機業者,亦面臨和台灣業者類似的處境,急需LCOS的產生來解套。另一方面,聯電對LCOS在晶圓製造上的全力支援,亦使得投影機業者在貨源短缺的疑慮漸失,而有更大的意願採用LCOS,遂使LCOS投影機在2001年漸開花結果。


景氣不佳造就產能增加的機會

相對於日本業界集中在LCD的發展,以Sony和Sciko Epson掛帥的高溫多晶矽TFT技術為主流,美國則是以專業設計公司的態勢集中在LCOS的開發,這些公司規模較小,無足夠的能力建立如日系TFT業者從TFT製造、零組件生產、封裝到銷售等垂直整合的體系,頂多只能跨獵液晶和模組工程,且因出貨量甚少,無法建立足夠的經濟規,發揮量產的效益。再者,LCOS啟蒙階段的1999~2000年間,適逢全球半導體景氣巔峰,產能滿載。


LCOS業者不易取得晶圓代工業者的襄助,是阻礙其發展的一大障礙。幸好在2001年景氣直轉而下,產能空乏,使得過去曾和子公司聯友有共同代工Kopin的LCOS晶圓和模組的聯電,決定全力支援LCOS業者的生產,使LCOS在絕處出現生機,得以和LCD奮力一博,使各LCOS業者推出的產品類型繁多(表一)。


LCOS雖在投影機上踏出具里程碑意義的第一步,但仍有許多地方有待努力。在性能方面,對比只有300~500:1,比其他技術差,同時它黑色的再現性亦不理想。


EVF應用上將和LCD對壘

除了投影機之外,觀景窗EVF和頭戴式顯示器(HHD)是LCOS其他兩種重要的應用,前者乃是以攝影機和數位相機為主。早期的EVF使用CRT,為了減少耗電量,除了必須縮小可觀面積,同時降低了解析度,不算是理想的應用,所以後來改用多晶矽TFT-LCD。EVF專用的CRT製造商只剩下Miyota一家,並在2000年停產。在停產前,Miyota便和Displaytech合作生產LCOS的EVF,以替代CRT生產線。除此之外,委託聯電和聯友從事前後段生產的Kopin,早以LCOS的EVF為主要收入來源,並成功地打入JVC、松下和三星等家電製造商。最近SONY亦決定採用Kopin和Displaytech的LCOS產品。於是在EVF的應用上,便形成LCOS和LCD對壘的態勢。


EVF初期 創造大規模需求的應用市場

高溫多晶的LCD逐出CRT在EVF市場勢力的優勢對抗LCD,在解析度方面,LCOS的畫素間距比LCD小,居於有利的位置,在速度上亦較好。Displaytech宣稱在相同解析度下,LCOS的價格只有高溫多晶矽的一半。Mclaughlin Consulting Group在「Microdisplay Forecast and Competitive Postioning」的報告中,曾指出在眾多如PDA與IA產品智慧型手機和DVD隨身看等應用中,EVF確實是LCOS較成熟且能大量取代LCD的應用。


Infornation Display亦認為QVGA的EVF應是LCOS第一個可以衡量的應用產品。然而實際上LCOS在EVF的市場進展並不如預期地好,可歸因於LCOS在供貨量的穩定性仍不足,以及現存的高溫多晶矽LCD面板的價格的下滑。業界必須設法克服LCOS性能不穩定的問題,並在控制器的供應上有安定的來源,方能取信於眾經銷產品製造商。


2002年HMD之應用產品可望商品化


HMD在可戴式PC(Wearable PC)亦是LCOS另外一個重要的應用,和EVF一樣,同為近眼(Near Eye)的運用,但是市場的接受度卻大不如EVF。HMD首次上市約始於1995年前後,由Olympns、Sony、和Canon推出,採用高溫多晶矽TFT-LCD,市場的銷售狀況不甚理想,除了和畫質不夠好、單價過高有關之外,消費者的認同度不足更是最大的障礙。


現在HMD 600美元以上的價格使其雖成為消費電子產品的主流產品,不過一般消費電子產品能夠產生大量需求的價格點是要在200美元以下。理論上LCOS要比LCD更適合應用在HMD上,其最大的賣點依然是在性能和價格。以電力消耗為例,HMD至少得耗電1瓦,但是同尺寸的直線型QVGA反射式TFT-LCD卻在5MW以下。日本業界估計最遲在2002年,就會有LCOS的HMD在市面上出現。


產品成熟度不足 業界仍有待努力

台灣業界利用LCOS而完成投影機設計的例子不勝枚舉,使得業界對LCOS的討論比過去頻繁。事實上LCOS應用仍不只侷限於投影機,所以小型LCD可以發揮的應用產品,理論上LCOS都可以滲透,如頭戴式顯示器(HMD)、行動電話手機面板、攝影機獲數位相機的面板。甚至於LCOS卻可以用投影的方式,打入20吋以上的監視器,解決平面LCD大型化不易的問題。惟LCOS起步不久,垂直面的各環節支援尚未成熟,使得低價化的速度不如預期地快。欲使LCOS廣泛地被市場接受,業界仍需努力。


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