淺析微型投影的主流技術及其市場應用

中國投影網投影機資訊　2010-7-2 8:28:33　編輯：孟子默　[ 大中小 ]

　　近年來，隨著行業的發展，投影機已不再滿足于當前的僅有的教育、商務、政府采購等領域，且伴隨著高清的普及以及微型投影的發展，目前在家用消費行業中，也扮演著越來越重要的角色。

淺析微型投影的主流技術及其市場應用

　　自上世紀90年代投影機誕生以來，直到2005年前后，才有投影機廠商推出了便攜式投影機，但是由于當時技術與成本的原因，直到去年便攜投影機才重新登上投影機真正的舞臺，與此同時隨著3M公司在華爾街作為第一家宣布微型投影的誕生，給投影機行業帶來了巨大的震動，投影行業發展至今，年銷售量大概在800萬臺左右，與家用電視,MP3等消費電子動輒幾千萬的量相比，始終無法在量上有很大的飛躍，微型投影的誕生，才讓投影行業才真正地感覺到家用消費電子類市場的近距離。

　　微型投影釋放了小尺寸手持設備實現大屏幕的潛能，將投影圖像放大到50至100英寸。微光學機電系統(MOEMS)器件極大地縮小了移動投影儀的體積，甚至可以嵌入纖薄的手機當中。

　　但手機并不是微型投影儀唯一的市場。各種移動設備制造商正在為多樣的設備評估內置微型投影儀，如攝像機、數碼相機、筆記本電腦、多媒體播放器、PDA、游戲機、玩具甚至用于汽車、醫療、工業和軍事用途的智能顯示器。由于完整的模塊尺寸僅毫米數量級，微投影模塊將逐漸成為下一種常用的電子子系統，就像數碼照相模塊成為移動手機的標配一樣。

“微型投影儀市場真的開始變得瘋狂。”Pacific Media Associates公司分析師William Coggshall表示，“這個市場發展很快，現在每年的市場規模呈三倍增加，不過初始量非常小。”

　　事實上，去年全球投影儀銷售收入僅6,900萬美元，銷售量為22.4萬臺，但這些數字到2014年預計將增加到17.6億美元和2,380萬臺，Pacific Media公司透露。

　　不過，這種微型模塊達到普及還有很長的路要走。“今天許多最終用戶微型投影儀的購買價格約200美元——我們認為這是足夠低至啟動強勁需求的主流價格點。”Insight Media公司總裁Chris Chinnock表示，“更低的價格當然會促進更多的銷售，但你不會那么快地看到微投影模塊進入每部手機。”

淺析微型投影的主流技術及其市場應用
圖：LCOS微型投影儀工作原理

“手機上的相機模塊在1-2個美元數量級，這是幾乎每部手機都有相機模塊的原因。在4至5年的時間內，微型投影儀模塊的價格可能下降到20至30美元范圍，但仍是很高的價格點。”

三大主流微投技術

　　目前有三種主流的競爭性微型投影儀技術，每種都基于不同的硅片，它們是DLP、硅基液晶(LCOS)和掃描型激光器。

　　DLP從微機電系統微鏡陣列反射光線，芯片上有數千個數字鏡片。LCOS從硅片表面上的完整LCD反射光線。激光掃描儀從單個MEMS微鏡芯片反射光線，這個芯片將圖像通過光柵掃描反映到屏幕上，非常像以前用電子束通過光柵掃描反映到陰極射線管。

　　“DLP和LCOS都有可能普及，”Gartner分析師Amy Teng表示，“這兩種技術都可以使用LED進行照明。因此與昂貴的激光照明相比，基于LED的微型投影儀更有可能普及。”

　　除了芯片和LED或激光照明源外，微型投影儀還需要光學透鏡進行投影和聚焦。“這些模塊非常復雜，涉及機械、光學和電子的校準，”Teng指出，“微投影模塊制造商正致力于改進性能。”

　　這些模塊“很有可能變成日用品，就像數碼相機于移動手機和網絡相機于筆記本一樣，但價格取決于良率的改進和經濟規模的擴張。”Teng補充道，“一旦一些主要的手持設備供應商采用這種硬件進行設計，并且有殺手級軟件和感興趣的消費者，那么增加經濟規模將有助于推動價格下降。”

　　DLP是三種競爭性技術中最成熟的一種。從1997年開始DLP就開始了批量生產，同年美國電影藝術和科學研究院率先選擇這種技術在奧斯卡頒獎典禮上投影奧斯卡影片。TI公司則在不斷改進DLP，從模擬發展到數字，至今交付了2,000萬臺以上的DLP子系統。DLP還應用于全球19,000個數字影院設備中，其中10,000個設備提供基于DLP的三維投影。

　　TI公司的Emmy-winning數字光處理器(DLP)可以在現代數字院影中處理亮度高達3萬流明的圖像，如今經過尺寸縮小可用于內置10至50流明投影模塊的最精致移動手持設備中。DLP已成功用于手機中的微投影模塊設計：LG公司的eXpo是向美國移動用戶提供的具備可拆卸式微投影配件的首款手機，三星在韓國國內市場銷售的W7900則是首款帶內置微投影模塊的移動手機(美國型號是i8520，有望在今年晚些時候推出)。

　　LCOS是第二種最成熟的技術，已被成功應用于背投電視和攝像機中的直接瀏覽電子取景器以及像頭戴式顯示器之類的近眼裝置。但LCOS的開發之路并不平坦，而且在交付數量上也沒達到DLP的水平。

　　LCOS工藝“很難把握，有許多LCOS公司倒下便是明證。”Pacific Media公司的Coggshall表示，“LCOS供應鏈也很復雜，從而帶來額外的挑戰。”

　　雖然DLP和激光掃描儀都依賴于MEMS，但LCOS本質是只是另一種CMOS芯片，因此很有希望變得非常便宜，進而實現大批量生產。出于看好大眾化市場的潛力，Micron科技公司去年收購了DisplayTech公司，期望后者的LCOS芯片能夠成為Micron自己日常存儲器芯片業務的有效補充。目前為止消息還不錯，因為3M公司不僅選擇向最終用戶銷售基于Micron公司LCOS panel的微型投影儀，而且為其他廠商提供基于LCOS的OEM模塊。

　　“我們評估了所有的競爭性微型投影儀技術，選擇LCOS并不是因為它的任何一個特性，而是因為它給我們提供了適合我們市場的最佳成本、效率、亮度和分辨率組合，這個市場主要是移動商業用戶，他們可以在周末時將微型投影儀帶回家實現娛樂活動。”3M公司項目經理Gabe Wiebenga表示，“我們也向其他廠商(如天瀚科技)提供OEM模塊。”

　　除了商業和大眾化消費市場外，還有一些專業應用可以使所有這三種主要的微型投影儀技術實現商用。例如在低端市場，只有幾百個像素的小型超低價LCOS顯示板可能在大眾化市場應用中流行，如兒童玩具。在高端市場，用于軍事、汽車、工業和醫療設備的智能顯示器組可以利用激光投影儀的固定焦點(Focus Free)功能在汽車擋風玻璃上顯示速度等戰術或實時控制信息。即使藝術家也使用固定焦點功能。例如日本藝術家三上圣子，最近在日本山口藝術媒體中心展示了一種交互式視頻裝置，這種裝置在機器人手臂上安裝了6臺Microvision公司的固定焦點激光掃描儀，這些掃描儀可以將觀眾的活動圖像投影到12英尺高的昆蟲眼(insect eye)的多個面上。 “我們花了很多時間使顯示器看起來比現有的任何產品更漂亮，亮度和對比度高，”Microvision公司光學/光子工程技術經理Maarten Niesten表示，“我們還提供更寬的色域和更多的灰度等級。用戶可以看清由我們的顯示器投影出來的圖像的每個微小細節。”

　　今天的大眾化消費市場上充斥著很多附加式投影儀——獨立部件，體積約一副撲克牌大小，可以接到筆記本電腦或智能手機上。終端用戶版本的獨立微型投影儀領先供應商包括3M、Optoma Technology和臺灣天瀚科技(Aiptek)公司。3M公司使用Micron公司的LCOS顯示板，Optoma使用DLP，天瀚科技則使用3M公司的LCOS OEM模塊。

　　Microvision公司最近剛發布了10流明、549美元的ShowWX產品，這是基于激光而非LED的首款微型投影儀。“我們有許多分銷商在歐洲，并且與沃達豐開展了試運行。”Microvision公司通信總監Matt Nichols表示，“我們的設計贏得包括Uniden公司，他們將貼牌制造ShowWX。該公司是在自己的微型投影儀設計中使用我們模塊的一家主要OEM商。”

　　3M公司最近對基于LED的微型投影儀進行了升級改造，推出了第二代產品MPro 150。這款產品售價為395美元，輸出15流明，帶內存和一個Micro-D插槽用于存儲內容，還有一個按鈕菜單系統。“我們首家推出商用微型投影儀的公司，也是首家推出第二代設備的公司。”3M公司視覺系統事業部項目經理Steve Saxe指出，“我們的第二代微型投影儀自身就可以存儲投影內容，所以用戶不必再攜帶存儲內容的筆記本或智能手機，因為你完全可以從微型投影儀裝載和顯示任何文件。”

　　還有許多供應商提供其他微型投影儀型號——從戴爾到惠普——價格低至149美元。

　　“每種微型投影儀技術都有各自的優缺點，它們的適宜性取決于市場或目標應用。”Insight Media公司的Chinnock指出，“MPro 150有非常好的顏色，亮度也比大多數投影儀高，還具有很好的功能和較高的分辨率。TI有好幾個芯片組用在Optoma公司的微型投影儀中，這些芯片組主要瞄準數據和視頻應用，同樣可以提供漂亮的顏色和取決于具體應用的分辨率。Microvision公司推出了首款激光微型投影儀，可以提供相當好的顏色和無焦點(no-focus)功能，這對易用性有很大幫助。”

　　不同的架構

　　目前的微型投影儀要么使用基于顯示板的架構，要么使用掃描式架構。基于顯示板的投影儀引擎在硅片(LCOS或DLP顯示板)上對整個屏幕編碼。基于掃描的系統工作在對顯示器進行逐行掃描的光柵模式下，使用微鏡將光源偏轉到特定像素位置。

淺析微型投影的主流技術及其市場應用

　　在顯示板陣營，TI是DLP芯片的唯一供應商，但有許多老公司和新創企業正在制造LCOS顯示板。除了Micron外，還包括Aurora Systems有限公司、臺灣奇景光電(HiMax)公司和Syndiant公司。

　　DLP采用二元微鏡組成的圖像陣列，這些微鏡可以映射整幅畫面，并且只需翻轉與相關像素有關的鏡子就能隨機改變畫面的任意部分。

　　同樣，在使用LCOS芯片時，整個畫面可以同時被映射到微型液晶顯示器上，并隨機更新。在掃描式陣營，有提供單鏡雙軸掃描儀的Microvision和以色列Maradin Technologies公司，還有提供雙鏡單軸掃描儀的以色列bTendo公司。去年美國國家半導體公司透露正在開發基于激光器的微型投影儀。TI公司也有激光掃描技術，主要用于打印設備，不過今后也可能用于激光微型投影儀。

　　“根據流行需求我們選擇了DLP，但任何時候需要時我們也能做掃描鏡。”TI公司新興市場業務經理Frank Mozio表示，“當我們啟動微型投影儀業務時，我們同時使用帶激光器的掃描鏡和由LED提供照明的DLP創建原型，用戶最喜歡的是DLP/LED解決方案。”

　　微型投影儀的其他主要元件就是光源——LED或微型激光器。目前LED比激光器要便宜得多，因此供不應求。雖然激光器的亮度比LED高，但使用高強度LED的最亮微型投影儀在電池供電的設備(如Optoma的PK301)上也可以產生高達50流明的亮度。

　　對基于顯示板的微型投影儀來說，LED可以是白色的，用于基于彩色濾波器的顯示板(它們會把全部三種顏色同時投影到屏幕上)；也可以是紅、藍和綠三種LED，用于顏色連續的顯示板(這種顯示板在RGB三種顏色中循環，用一種顏色照明整個顯示板)。顏色連續的顯示板依賴于人類眼腦系統對紅、藍、綠三種顏色的平均，這三種顏色切換非常快(360Hz)，因此看不出分離效果。

　　Micron公司向3M公司提供用獨特鐵電液晶代替傳統向列液晶的顏色連續型LCOS，能在100ms內完成紅、綠、藍圖像層的切換，而傳統LCD的切換時間在1ms以上。

　　激光器可以用來照明基于顯示板或掃描儀的微型投影儀。例如，Syndiant公司(與香港應用科技研究院合作開發)的LCOS顯示板就是由固定焦點的激光器提供照明，并已用于上海三鑫科技的微型投影儀模塊。這種微型投影儀模塊尺寸為39×24×7.8mm。相比之下，Microvision公司的激光掃描引擎尺寸為40×20×7mm。

　　激光器也能用來照明DLP顯示板，一些三菱電視機就是采用這樣的方式。

　　“我們不關心照明方式，設計者可以將LED或激光器與DLP一起使用，具體取決于用戶。”TI公司的Mozio指出。

　　基于顯示板和基于掃描儀的微型投影儀對激光器速度有不同的要求。照明DLP或LCOS顯示板只是意味著以360Hz速度從容地開關激光器。然而，對基于掃描儀的設計來說，激光器必須針對顯示器上的每個像素進行脈沖式開關，結果導致MHz級的速度要求，而越快的激光器價格越貴。

　　綠色微型激光器是最近才推向市場的(來自康寧和歐司朗光學半導體公司)，在2011年前可能一直處于供不應求的狀態，而且價格奇貴。

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文章來源：中國投影網