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LCOS投影技术分析
来源:本站整理  作者:佚名  2007-05-04 17:46:45



LCOS技术是结合了半导体与LCD技术,就技术面来看,具有高解析度、高亮度的特性,加上产品结构简单,亦具低成本潜力,将是数位投影技术中的明星级产品。就技术开发进度来看,LCOS目前仍处于研发阶段,量产技术尚未成熟,在面板供货上仍不稳定。

现有LCOS光学引擎在产品重量、亮度上仍不甚理想,现阶段在前投影机竞争力较弱,不过由于具备高画质特性,目前呈现二极化发展,一是朝大尺寸的背投影电视,这是目前LCOS的主流应用产品,另一则往小尺寸的高阶可携式产品面板发展。未来在量产技术克服、成本降低后,将有机会成为前投影机的主要技术之一。

台湾厂商投入LCOS动作相当积极,其中以联电带头邀集的LCOS联盟最具代表性,不过目前暂时受限于技术未成熟,整体开发进度落后,尚未传出具体的量产消息,不过在众多厂商整合上下游研发资源的情况下,LCOS的产品预料将会越来越多,应著眼于长期开发的心态,短期不易有爆发性成长的机会。

一、LCOS投影技术

投影机技术基本显影原理相仿,主要是由卤素灯、氙气灯等发光,集光至面板,将面板的影像经反射或透射投射出影像,再经过分光、合光系统,最后将影像投射到屏幕显像。LCOS(Liquid Crystal on SILICon) 为投影技术的新兴技术,由于在发展高解析度方面具有相当优势,因此自2001年吸引了业界众多业者投入,台湾业者在联电带头组成LCOS联盟下,将促使台湾业者得以整合彼此资源,因此台湾业者有机会藉由LCOS技术的开发,加强在投影机及背投影电视的竞争实力,然而从LCOS联盟成立迄今已逾一年,似乎仍未见到较具体的量产成绩,故在此就LCOS产业进行探讨。

1、LCOS面板:

LCOS面板的结构有些类似TFT LCD,一样是在上下二层基板中间撒布SPACer以加以隔绝后,再填充液晶于基板间形成光阀,藉由电路的开关以推动液晶分子的旋转,以决定画面的明与暗。LCOS面板的上基板是ITO导电玻璃,下基板是则矽晶圆CMOS基板,LCOS面板最大的特色在于下基板的材质是单晶矽,因此拥有良好的电子移动率,而且单晶矽可形成较细的线路,因此与现有的HTPS LCD及DLP投影面板相较,LCOS是比较容易达成高解析度的投影技术。


图一 LOCS面板结构图
 
2、LCOS光学引擎架构

由于LCOS技术仍在起步阶段,目前并无标准制程,所以有多家厂商开发出不同的LCOS光学引擎架构,比较具有代表性的厂商有:IBM、ColorQuad、Philip、Hologram、…,而这十余种技术各有优劣。在这些不同的技术中,可概分为三片式及单片式二大类,说明如下:

(1)三片式光学引擎

LCOS光学引擎目前以三片式为主,三片式是将光源经分光棱镜将光束分为红、蓝、绿光后,再分别将光束投射入三片LCOS面板,将投射出的三色影像经过合光系统加以结合形成彩色影像。就Nikon设计的IBM 4-Cube光学引擎架构来看,由于三片式LCOS光学引擎除了需要三片面板外,并结合多项的分光、合光光学系统,因此体积较大、成本也较高,不过由于可以达到较高的光学效率,又具备高画质的特性,因此主要是朝高阶的专业用途发展,主要的产品以JVC的多款投影机为主,除此之外,三片式光学引擎还有ColorLink采用的ColoRQuard架构、Philips的Prism架构,致伸发展的DIChroic-PBS架构,及Unaxis的ColorCorner架构…等。


图二 IBM 4-Cube光学引擎架构
 
(2)单片式光学引擎

单片式Color Wheel光学引擎则是以快速旋转的ColorSwitch将白光形成循序的红、蓝、绿光,并将三原色光与驱动程式产生的红、蓝、绿画面,同步形成分色影像,再藉由人眼视觉暂留的特性,最后在人脑产生彩色的投影画面。类似的技术有:Displaytech发表的Field Sequential Color、Philip所采用的Scrolling Color-Rotating Prism架构、及JVC采用的Spatial Color –Hologram架构。

单片式的最大优点就是因为面板数仅需一片,加上分光、合光的系统架构比较简单,因此在成本上较具竞争优势,而且光学引擎的空间也相对较小。然而目前在技术上面临一些困难,以Color Wheel而言,白光经偏极化后的光源仅为先前的1/3,亮度明显降低;此外,由于LCOS面板得在红、蓝、绿画面快速的切换下合成影像,因此面板反应速度的要求更高,使得生产的难度也相形提高。


图三 Color Wheel光学引擎架构
 
二、LCOS投影技术特色

与LCD、DLP投影机技术相较,LCOS投影技术具高解析度、高亮度、及低成本潜力,为投影技术的明日之星。

1、高解析度

LCOS投影技术最大的特色在于其面板的下基板采用矽晶圆CMOS基板,由于下基板的材质是单晶矽,拥有良好的电子移动率,而且单晶矽可形成较细的线路,因此比较容易达成高解析度的面板。

2、高亮度

LCOS为反射式技术,不会像HTPS LCD光学引擎会因为光线穿透面板而大幅降低光利用率,因此光利率率可提高至40%,与穿透式的HTPS LCD的3%相较,可减少耗电,并可产生较高的亮度。

3、低成本

LCOS光学引擎因为产品零件简单,因此具有低成本的优势,再加上台湾厂商大举投入,相较于由Seiko Epson, Sony供货的HTPS LCD面板、及德仪(TI)独家供应的DLP面板,LCOS具有快速走低的供货环境。

然而LCOS技术本身,仍有许多技术问题有待克服,诸如:黑白对比不佳、三片式LCOS光学引擎体积较大。虽然LCOS拥有一些技术上的优势,不过目前在市场上LCOS投影机仍占少数,主要问题在于量产技术尚未克服,零件供货上仍不稳定,因此LCOS仍需以时日才能成为投影机的主流技术。


表一 三大投影技术优劣势比较 
 
三、LCOS产业现况及发展趋势

以目前主要的投影机技术LCD、DLP、LCOS而言,LCOS属于新兴的投影技术,由于LCOS的技术尚未成熟,生产良率仍然偏低,面板供应仍不稳定,因此目前在市面上的量不多,预估到2003年占总体前投影机0.8%。

相对于目前的主流技术LCD及近期相当热门的DLP面板投影技术而言,LCOS仍难与其抗衡,不过因具有高解析度、以降低成本的低价的优势,LCOS则仍是相当被看好的投影技术之一,只不过受限于目前量产技术仍未成熟,短期内在投影机产业三大技术中仍暂时屈居第三。

LCOS在技术克服后,将是相当具有竞争优势的投影技术。不过在目前的情况下,LCOS有朝二极发展;大尺寸的背投影电视、与小尺寸的高阶可携式产品。未来在量产技术克服、成本降低后,将有机会成为前投影机的主要技术之一。

1、现阶段以背投影电视为主

虽然LCOS面板技术相当具有潜力,不过就技术现况来看,LCOS虽然在解析度上优于LCD及DLP技术,然而在重量、亮度及对比上均较为不如,加上在良率偏低的情况下,仍然不具成本优势,因此目前LCOS在前投影机产品中较不具竞争力,不过在画质要求较高、体积较大的背投影电视而言,提供LCOS较佳的成长空间,也是目前LCOS技术比较看得到的营运实绩。就以LCOS技术较为领先的JVC而言,其主要的应用产品即以背投影电视为主。LCOS技术以其高画质的优点,加上耗电量低于PDP电视,因此在背投影电视具成长潜力。

2、朝小型化(可携式产品面板)高阶应用发展

由于LCOS面板尺寸小、解析度高、耗电量低,因此可以取代LCD在一些高阶可携式产品的面板需求,以DSC而言,已有Minolta以LCOS面板取代LCD面板,如果LCOS成本可以有效降低后,将有机会进军高阶可携式产品发展。

四、台湾LCOS厂商发展状况

由于LCOS投影技术尚未成熟,业者此时介入LCOS技术的开发,将有机会能与美、日、韩大厂一争高低,可以摆脱在LCD、DLP投影技术上受制于人的情况,因此台湾厂商投入LCOS技术开发相当积极,其中尤其以联电所主导的LCOS联盟最引人注目。

相较于HTPS TFT及DLP面板掌握在国际大厂手上,由于LCOS技术仍处于起步阶段,台湾业者此时投入,将有机会在LCOS面板供应上占有一席之地,此联盟主要目的即是希望藉由上下游合作,整合彼此的研发资源,以即早解决LCOS关键技术的开发。


表二 联电LCOS联盟厂商
 
以LCOS的技术优势来看,在量产技术克服后,投影技术将呈现LCD、DLP、及LCOS三足鼎立之势。不过就目前三大技术的开发进度来看,LCOS仍是处于研发阶段,要有大幅的成长,目前看来仍嫌太早。就以近期的展览会中推出的投影机产品来看,仍然是以DLP强调超可携(Ultra-Portable)为重点,LCOS产品仍属少数。就联电所组成的LCOS联盟来看,在产品开发进度不如预期的情况下,联盟的声势不如当初,友达在去年底即已退出LCOS联盟,整机制造的厂商也不若当时的积极。加上DLP以其轻薄短小的特性,近期在商用可携式投影机市场崛起,成为投影机产业的耀眼的明星级产品,今年台湾许多投影机业者也相继投入DLP投影机阵营行列,这使得LCOS的声势相较不如DLP抢眼。

就关键零组件LCOS面板而言,联电转投资15亿元成立联诚光电,以制造LCOS面板为主,自2002年2月份投产开始,至今累计出货仅2,000套面板,日前联诚光电展示5款MicroView LCoS背投电视,不过这样的量基本上仅提供下游客户作研发、测试用,离量产应该还要再经过一段时间,而最主要因素仍在于良率偏低,据了解,目前LCoS面板良率仍无法突破20%,光机系统厂商良率也未达40%的良率水准,这也不难了解为何虽然LCOS技术面上具有如此的优势,然而现今却有部分联盟成员放弃该项投入而转向投入DLP研发。

LCOS应用目前看来第一波的市场将以背投影电视为主力,不过LCOS强调的高画质仍比较不容易找到著力点,目前市场主流以解析度460与720的背投影电视为主,而LCOS标榜的高解析度1080,市场需求仍不明朗。虽然许多国际大厂已陆续推出新产品,不过由于良率问题,目前的高价位使LCOS仍只局限在高阶市场,要能有效开拓市场,产品价格必须要能有相当大的降幅。因此,就目前看来,台湾厂商对LCOS的商机应抱持长期开发的心态,短期不易有爆发性成长的机会。

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