出版品代號:::CT

期數:::000162

文章代碼:::CS1

文章標題:::投影顯示技術市場發展趨勢

文章副標:::

出版品單元:::CTCS

文章來源:::

作者:::陳浩彰

譯者:::

引言:::DLP、3LCD、LCoS三種技術各有所長，DLP系統體積較小是它獨特的優勢；3LCD的畫質自然是最大的優勢；LCoS在製程技術有效突破之後，將漸漸追上DLP與3LCD。本文將介紹這三種投影技術並分析未來的市場發展。

附圖定義:::圖一(p1.gif),圖二(p2.gif),圖三(p3.gif),圖四(p4.gif),圖五(p5.gif),圖六(p6.gif),圖七(p7.gif),

附表定義:::

公式圖檔定義:::

文章後之資料:::

屬性(人物):::

屬性(產業類別):::RED

屬性(關鍵字):::DLP、3LCD、LCoS

屬性(組織):::

屬性(產品類別):::

屬性(網站單元):::ZEOE

內容:::

目前市場上最為熱門的背投影技術當推3LCD陣營的HTPS、TI的DLP與製程技術極高的LCoS三種技術。三種技術各有所長，目前以HTPS與DLP處於領先的狀態，LCoS由於製程難度太高，目前還沒辦法有效地商用化量產。本文將為您介紹這三種技術，並且剖析這三種技術的未來市場發展。

令人讚嘆的微機電技術－－DLP技術原理

DMD晶片（Digital Micromirror Device；數位微鏡片裝置）

TI於1987年發展出的技術，藉由一百多萬個小鏡片，每一個小鏡片約只有人類頭髮的五分之一大小，透過這些小鏡片來反射入射的光源，每一個小鏡片所反射出的光源就是一個畫素，並藉由TI獨家的Digital Light Processing（數位光源處理技術），來控制每一個小鏡片不斷地變換傾斜角度，以達到各個時間點不同的灰階亮度，灰階亮度的等級高達1024階，也就是說DMD可以表示10bit的灰階亮度（圖一）。

《圖一　DMD晶片示意圖》

＜資料來源：TI，2005/3＞

DMD晶片是相當令人讚嘆的微機電技術，為了要控制鏡片不斷地傾斜任一角度，DMD晶片必需不斷地去控制微機電樞紐（Hinge），想像一下同時有一百多萬個鏡片左搖右擺的壯觀情形，同時每一個鏡片必須在每一秒之中擺動數千次（圖二）。

《圖二　DMD鏡片擺動示意圖》

＜資料來源：TI，2005/3＞

讓單一DMD也能有三色光的創意設計－－色輪裝置（Color Wheel）

為了讓DMD能夠反射出各種顏色，必須讓打到DMD的光線具有基本的三原色，但如何能達到一種簡單、體積小的設計來提供具三原色的光線呢？色輪裝置就是一個頗具創意的發明裝置，它將R、G、B三原色平均分配在一個輪盤之上，當色輪快速旋轉的同時，由高亮度燈泡所發出的白光先經過色輪，依序不斷地發出三種色光，再經由DMD反射，由於色輪快速旋轉，人眼將會因為視覺暫留而形成各種不同的色調。理論上，單DMD系統可產生1670萬色（16.7million），三DMD系統可產生35兆色（35 trillion），顏色相當豐富。注意的是色輪的設計是給單一DMD系統的簡單裝置（圖三）。

《圖三　單一DMD光機構示意圖》

＜資料來源：TI，2005/3＞

應用於高階顯示的3DMD系統設計

DLP的工作原理可同時支援單一DMD的光機構設計，亦可支援三個DMD的系統設計。一般家用系統使用單一DMD的光機構設計就已足夠，也是比較價廉的選擇；而三個DMD的系統設計適用於高畫質要求的場合，原理是將高亮度白光源經由稜鏡分成R、G、B三原色，每一個DMD處理一種單一顏色，最後在將此三種顏色於投影鏡片中混合投射至屏幕上（圖四）。

《圖四　以HTPS技術為主的3LCD成像示意圖》

＜資料來源：TI，2005/3＞

日系大廠的工藝結晶－－3LCD（HTPS）

為了推動消費者更進一步認識以HTPS（High-Temperature Polysilicon；高溫多晶矽）技術為基礎的背投影系統，由Epson、Fujitsu、Hitachi、Panasonic、Sanyo、Sony主要公司所組成的3LCD組織正式於2005年初成立，希望能透過網站對於HTPS技術的背投影顯示做一個宣導，以下是以HTPS技術為主的3LCD系統的技術介紹。

3LCD顯示原理

3LCD主要是透過光學原理來呈現影像，光線先由一個超高亮度的水銀燈泡發出後，經過一個分光鏡片（Dichroic Mirror），將波長較長的紅光分出，再將紅光以外的光束繼續經過第二個分光鏡片，將該光束分成綠光與藍光；分開後的紅、藍、綠三種顏色的光束再經由稜鏡（Prism）予以結合成一個完整的影像，然後由投影鏡片（Projection Lens）聚焦投射到屏幕之上成像（圖四）。

《圖四　以HTPS技術為主的3LCD成像示意圖》

＜資料來源：3LCD website，2005/3＞

3LCD的光機構設計

由於3LCD的顯像原理必須靠幾個獨立的光學元件構成，也造成了3LCD系統體積會較以DMD原主要元件的DLP系統略大，以光機構設計而言，必須十分準確地將各個光學元件放置在合適的位置，也要考慮系統搬移時的震動問題，生產所遭遇到的挑戰相當大；不過由於主要的顯示元件HTPS LCD的製造技術十分純熟，不像DMD元件只由TI一家生產，這也是3LCD系統的優勢之一（圖五）。

《圖五　3LCD的光機構示意圖》

＜資料來源：3LCD website，2005/3＞

有夢難圓的LCoS顯示技術

3LCD顯示技術畫質呈現較為自然，但受制於光學元件的開口率限制（Aperture Restriction），常常會有亮度與對比表現度不足的困擾，另外3LCD的體積較大，也是一個困擾。而DLP技術同樣也有一些問題，單一DMD顯像的DLP系統畫質表現較不自然，而三DMD裝置的DLP系統的成本又偏高。因此，LCoS技術就是希望所繫，希望研發一種新技術將LCD製作在矽晶片之上，同時結合光學元件的自然色彩呈現，又能解決光學元件的先天問題。LCoS的技術原理如下。

LCoS（Liquid Crystal on Silicon）技術原理

LCoS希望能在矽晶片之上製作出具反射能力的LCD，來改善3LCD的透光率問題，整個LCoS的技術精神與DLP有許多相似之處，除了都是在矽晶片上製作之外，LCoS同樣也有採用單一LCoS晶片的LCoS系統與使用三個LCoS晶片的高階LCoS系統。使用單一LCoS晶片的LCoS系統，是藉由一個不斷旋轉的稜鏡（或者仍採用色輪裝置），來達成類似於DLP系統中飛輪的工作。而使用三個LCoS晶片的LCoS系統的光機構設計則大致類似於3LCD的光機構設計，只是用LCoS元件來代替3LCD系統的HTPS LCD元件，底下是使用三個LCoS元件的LCoS系統示意圖：

《圖六　使用三個LCoS元件的LCoS系統示意圖》

＜資料來源：3LCD website，2005/3＞

LCoS製程技術

在Intel與Philips相繼宣佈退出LCoS晶片的市場之後，LCoS晶片製作上的複雜度再一次地為科技廠商所重視。LCoS基本上同時結合了半導體與液晶顯示器兩大產品的製造技術，由於兩種不同的製程技術結合後，許多新的問題就接踵而來。一般而言，LCoS主要是由三層元件來構成：分別是驅動畫素的電子元件（植於矽晶片之上）、矽晶材料層與上層的玻璃板。三者的結合就可以透過底層的矽晶片，去控制液晶材料來達成控制每一個畫素灰階亮度的目的（圖七）。

《圖七　LCoS晶片的主要元件層示意圖》

＜資料來源：MicroDisplay，2005/3＞

DLP、3LCD、LCoS的市場現況

大廠陸續宣告放棄的LCoS市場

LCoS技術是由IBM與JVC於1990年代所開發出的技術，一般認為，LCoS將延續類似HTPS的自然色彩呈現的優點，又能提供一個體積較小、價格較便宜的解決方案。HP曾試著要將其商品化，卻因製造成本問題始終無法解決而無法導入量產。Intel曾經將LCoS晶片計劃那如期未來數位家庭體系裡的一個重要環節，提供未來家庭用高畫質數位電視系統的顯示晶片，Intel當時樂觀地估算整個LCoS市場將會帶來龐大的營業收入，經過實際的研發與生產之後，終究宣佈退出LCoS晶片的開發，原因也許不全然是因為LCoS晶片的困難度，但研發的難度與產生的效益無法符合預期也是不爭的事實。Philips亦宣告終止其LCoS晶片的發展計劃，理由也是無法迅速地將該技術導入大量商品化生產，又必須投資巨額的研發成本。

不過仍然有許多的公司持續地發展LCoS，像是eLCOS、Brillian、MicroDisplay、SpatialLight等等公司，台灣廠商則有聯電集團的聯誠光電負責LCoS晶片的相關研發生產工作。

另外值得注意的是，Intel原本希望以LCoS晶片與主推DLP的TI一較高下，雖然目前Intel宣告終止LCoS晶片計劃，進軍家用高畫質數位電視的企圖心卻未曾澆熄；Intel近期已透過併購的方式買入以色列的IC設計公司—Oplus technologies，希望藉由併購的方式繼續往高畫質電視市場努力，目標也將會更廣，包括PDP TV、LCD TV、背投影電視等等都將會是Intel的發展方向。

DLP、3LCD兩強相爭尚未結束

DLP、3LCD最新發展

TI的DLP技術在前投影市場的市佔率極高，根據Pacific Media Associates的統計資料，以DLP技術發展的前投影產品已經在全球市場中佔了47％的市場佔有率；在背投影市場上，以北美市場為例，DLP技術的背投影電視，其市場佔有率在2004年是16％，較2003年的8％足足成長了一倍，並且在2004年的市場佔有率超過了PDP電視。根據TI的統計，TI總共出貨有超過100萬片的DLP晶片用於背投影電視，而DLP晶片的總出貨量數目是超過500萬套；更值得注意的是，光是最近八個月的出貨量就達200萬套，市況可說是相當熱。

除了傳統的前投影與背投影市場之外，TI近來大力地推動其高階的DLP晶片，最近剛獲得金球獎的「神鬼玩家；The Aviator」就是運用了DLP技術在其拍攝過程裡，TI的DLP Cinema技術可以使用在電影拍攝上，也可以使用在電影放映之上。運用在電影院放映電影的技術將會是TI的三個DMD的DLP解決方案，來提供觀賞者更為自然的色彩呈現（不會發生單一DMD的DLP解決方案色彩不夠自然的缺點）。根據TI的說法，目前全球已經有276個採用DLP技術的數位電影院，台灣亦有四座DLP技術的數位電影院。

在投影機市場上，TI推出了0.55吋的XGA等級的DLP晶片（1024 × 768畫素），以達到更低成本、體積更輕巧的解決方案；相較於目前市場上的0.7吋XGA等級的DLP晶片，新一代的晶片由於尺寸較小，能夠反射光源的平均面積下降，將有可能會遇到亮度下降的問題。

在HTPS技術的顯示系統上，面對TI的DLP持續進逼，由六家日系廠商為主的3LCD聯盟（Epson、 Fujitsu、Hitachi、Panasonic、Sanyo、Sony）也於2005年初正式成立，希望透過聯盟組織的設立，藉由網站教育消費者認識高畫值的3LCD系統，並藉由產業鏈的垂直整合，能繼續保有3LCD?系統的市佔率。據3LCD表示，使用3LCD系統由於將R、G、B三色分開處理，對於色彩的呈現較為自然，而不會產生彩虹現象與色彩破碎的現象。另外，3LCD也加強改善3LCD原有亮度不足與對比度不夠的缺點，最新的3LCD系統能達到6000：1的對比度與5000流明的照度。

DLP、3LCD市場預測

DLP技術的相關市場發展愈來愈好，直接威脅到3LCD陣營，根據TSR的統計，2003年DLP背投影市場出貨量約有21萬台，而3LCD系統的背投影電視則有34萬台；2004年DLP系統大幅成長至80萬台，3LCD背投電視則成長至100萬台。TSR並預估2005年DLP背投電視將會和3LCD背投電視差距在十萬台之內，到了2008年，DLP背投電視將會以350萬台超越3LCD背投電視280萬台的出貨量。

在與傳統CRT電視的市場規模比較下，預料2005年CRT市場仍將會以385萬台超越3LCD與DLP背投電視的出貨總和（約290萬台），到了2008年，3LCD與DLP背投電視的出貨總和將達到630萬台，遠遠超越傳統CRT電視80萬台的出貨預估。

結語

DLP、3LCD、LCoS三種技術各有所長，由於DLP技術可以使用3個DMD來建構系統，來解決為人詬病的單DMD系統產生的問題，3DMD系統可以進攻高畫質市場，單DMD系統可以瞄準低階市場，同時DLP系統的體積較小也是它獨特的優勢。3LCD的畫質自然是最大的優勢，但也受限於光學元件的特性無法縮小體積，亦是讓DLP系統能搶佔市場的一個重要因素。

LCoS系統能結合DLP與3LCD的優點，但製程技術同時橫跨半導體與LCD兩大製程，衍生出很多新的問題，若相關製程技術有效突破之後，方能有進一步的表現。不過整體而言，整個背投影的市場將會繼續是此三種技術競爭的態勢，而傳統CRT的電視將會陸續地退出市場，相關的廠商應把握此一商機。

（作者為拓墣產業研究所通訊與半導體產業資深研究員）

延 伸 閱 讀	外觀大體相同的投影機因所使用的顯示元件的不同，內部的光學系統各異，有著不同的種類。現在市場上推出的投影機大致可以分為以下3種方式。相關介紹請見「投影機三大投影技術結構原理分析」一文。 慧聰網教育行業. 縱觀投影機技術的當今局勢，早已是時過境遷，江山易主了。CRT由紅極一時走向末落，逐漸被人遺忘。 你可在「點評投影技術LCD與DLP誰人稱霸2005年」一文中得到進一步的介紹。 說到投影機，就不能不提到投影技術，正式由於各種投影技術的不斷成熟，才使得如今的投影機功能越來越強，價格越來越低廉。在「投影技術簡單素描-投影機三種常見的實現技術」一文為你做了相關的評析。

最新消息	SONY公司利用MEMS（microelectromechanical systems微機電系統），開發出來了一種新型基於光柵閥技術（grating-light-valve）的投影原型機。相關介紹請見「投影技術再邁新台階，達到3000:1」一文。 2003 年的回顧，我們將發現2004年投影機行業的技術發展起源於2003年提出的一系列想法，比如“梯形校正”“無線功能”“sRGB”等技術概念，甚至“經濟型投影機”的市場前景分析。你可在「暢想2005投影技術什?技術令人關注」一文中得到進一步的介紹。 未來幾年內，3LCD技術將不斷進步，3LCD產品供給量也將持續增加，3LCD集團將通過各種宣傳活動推廣3LCD。在「眾廠商力推3LCD投影技術」一文為你做了相關的評析。