結 論:
- LCOS技術是結合了半導體與LCD技術,就技術面來看,具有高解析度、高亮度的特性,加上產品結構簡單,亦具低成本潛力,將是數位投影技術中的明星級產品。
- 就技術開發進度來看,LCOS目前仍處於研發階段,量產技術尚未成熟,在面板供貨上仍不穩定。
- 現有LCOS光學引擎在產品重量、亮度上仍不甚理想,現階段在前投影機競爭力較弱,不過由於具備高畫質特性,目前呈現二極化發展,一是朝大尺寸的背投影電視,這是目前LCOS的主流應用產品,另一則往小尺寸的高階可攜式產品面板發展。未來在量產技術克服、成本降低後,將有機會成為前投影機的主要技術之一。
- 國內廠商投入LCOS動作相當積極,其中以聯電帶頭邀集的LCOS聯盟最具代表性,不過目前一樣受限於技術未成熟,整體開發進度落後,目前尚未傳出具體的量產消息,不過在眾多廠商整合上下游研發資源的情況下,LCOS的產品預料將會越來越多,不過應著眼於長期開發的心態,短期不易有爆發性成長的機會。
LCOS投影技術:
投影機技術基本顯影原理相仿,主要是由鹵素燈、或氙氣燈等發光,集光至面板,將面板的影像經反射或透射投射出影像,再經過分光、合光系統,最後將影像投射到屏幕顯像。LCOS(Liquid Crystal on Silicon) 為投影技術的新興技術,由於在發展高解析度具有相當優勢,因此自2001年吸引國內眾多業者投入,國內業者在聯電帶頭組成LCOS聯盟下,將促使國內業者得以整合彼此資源,因此國內業者有機會藉由LCOS技術的開發,加強在投影機及背投影電視的競爭實力,然而從LCOS聯盟成立迄今已逾一年,不過似乎仍未見到較具體的量產成績,故在此就LCOS產業進行探討。
LCOS是結合半導體與LCD技術的投影技術,LCOS光學引擎是由光源模組、LCOS面板、分光合光系統、…等組成,而LCOS在這多項技術中,以LCOS面板及光學引擎架構技術最為關鍵。
壹、LCOS面板:
LCOS面板的結構有些類似TFT LCD,一樣是在上下二層基板中間撒佈Spacer以加以隔絕後,再填充液晶於基板間形成光閥,藉由電路的開關以推動液晶分子的旋轉,以決定畫面的明與暗。LCOS面板的上基板是ITO導電玻璃,下基板是則矽晶圓CMOS基板,LCOS面板最大的特色在於下基板的材質是單晶矽,因此擁有良好的電子移動率,而且單晶矽可形成較細的線路,因此與現有的HTPS LCD及DLP投影面板相較,LCOS是比較容易達成高解析度的投影技術。
圖一 LOCS面板結構圖
貳、LCOS光學引擎架構:
由於LCOS技術仍在起步階段,目前並無標準製程,所以有多家廠商開發出不同的LCOS光學引擎架構,比較具有代表性的廠商有:IBM、ColorQuad、Philip、Hologram、…,而這十餘種技術各有優劣。在這些不同的技術中,可概分為三片式及單片式二大類,說明如下:
一、三片式光學引擎:
LCOS光學引擎目前以三片式為主,三片式是將光源經分光稜鏡將光束分為紅、藍、綠光後,再分別將光束投射入三片LCOS面板,將投射出的三色影像經過合光系統加以結合形成彩色影像。就Nikon設計的IBM 4-Cube光學引擎架構來看,由於三片式LCOS光學引擎除了需要三片面板外,並結合多項的分光、合光光學系統,因此體積較大、成本也較高,不過由於可以達到較高的光學效率,又具備高畫質的特性,因此主要是朝高階的專業用途發展,主要的產品以JVC的多款投影機為主,除此之外,三片式光學引擎還有ColorLink採用的ColoRQuard架構、Philips的Prism架構,致伸發展的Dichroic-PBS架構,及Unaxis的ColorCorner架構、…等。
圖二 IBM 4-Cube光學引擎架構
資料來源:工研院光電所
二、單片式光學引擎
單片式Color Wheel光學引擎則是以快速旋轉的ColorSwitch將白光形成循序的紅、藍、綠光,並將三原色光與驅動程式產生的紅、藍、綠畫面,同步形成分色影像,再藉由人眼視覺暫留的特性,最後在人腦產生彩色的投影畫面。類似的技術有:Displaytech發表的Field Sequential Color、Philip所採用的Scrolling Color-Rotating Prism架構、及JVC採用的Spatial Color – Hologram架構。
單片式的最大優點就是因為面板數僅需一片,加上分光、合光的系統架構比較簡單,因此在成本上較具競爭優勢,而且光學引擎的空間也相對較小。然而目前在技術上面臨一些困難,以Color Wheel而言,白光經偏極化後的光源僅為先前的1/3,亮度明顯降低;此外,由於LCOS面板得在紅、藍、綠畫面快速的切換下合成影像,因此面板反應速度的要求更高,使得生產的難度也相形提高。
圖三 Color Wheel光學引擎架構
資料來源:工研院光電所
LCOS投影技術特色:
與LCD、DLP投影機技術相較,LCOS投影技術具高解析度、高亮度、及低成本潛力,為投影技術的明日之星。
壹、高解析度:
LCOS投影技術最大的特色在於其面板的下基板採用矽晶圓CMOS基板,由於下基板的材質是單晶矽,擁有良好的電子移動率,而且單晶矽可形成較細的線路,因此比較容易達成高解析度的面板。
貳、高亮度:
LCOS為反射式技術,不會像HTPS LCD光學引擎會因為光線穿透面板而大幅降低光利用率,因此光利率率可提高至40%,與穿透式的HTPS LCD的3%相較,可減少耗電,並可產生較高的亮度。
參、低成本:
LCOS光學引擎因為產品零件簡單,因此具有低成本的優勢,再加上台灣廠商大舉投入,相較於由Seiko Epson, Sony供貨的HTPS LCD面板、及德儀(TI)獨家供應的DLP面板,LCOS具有快速走低的供貨環境。
然而LCOS技術本身,仍有許多技術問題有待克服,諸如:黑白對比不佳、三片式LCOS光學引擎體積較大。雖然LCOS擁有一些技術上的優勢,不過目前在市場上LCOS投影機仍佔少數,主要問題在於量產技術尚未克服,零件供貨上仍不穩定,因此LCOS仍需假以時日才能成為投影機的主流技術。
表一 三大投影技術優劣勢比較
技 術 |
LCD |
DLP |
LCOS |
優勢 |
.中央與四周的亮度、焦距均一 .製程技術較完整 .具備量產技術 .光學引擎結構較簡單 |
.反應速度快 .易於輕型化 .光利用率高 .高解析度 |
.解析度提升較容易 .可利用半導體製程大幅降低面板生產成本 .開口率提高 .高解析度 |
劣勢 |
.光利用率低 .開口率低 .散熱問題 .黑白對比較差 .動態顯示受限 |
.需高密度、小體積光源 .製程複雜 .良率低 .僅TI提供晶片組 |
.黑白對比較差 .不利於輕型化 .較高光學元件成本 .影像對比較差 |
潛在威脅 |
面板來源受限於SONY、EPSON |
TI目前較少將產品外賣 |
LCOS的良率有待進一步提高 |
資料來源:寶來證券整理;資策會MIC
LCOS產業現況及發展趨勢:
以目前主要的投影機技術LCD、DLP、LCOS而言,LCOS屬於新興的投影技術,由於LCOS的技術尚未成熟,生產良率仍然偏低,面板供應仍不穩定,因此目前在市面上 的量不多,預估到2003年佔總體前投影機0.8%。
相對於目前的主流技術LCD及近期相當熱門的DLP面板投影技術而言,LCOS仍難與其抗衡,不過因具有高解析度、以降低成本的低價的優勢,LCOS則仍是相當被看好的投影技術之一,只不過受限於目前量產技術仍未成熟,短期內在投影機產業三大技術中仍暫時屈居第三。
LCOS在技術克服後,將是相當具有競爭優勢的投影技術。不過在目前的情況下,LCOS有朝二極發展;大尺寸的背投影電視、與小尺寸的高階可攜式產品。未來在量產技術克服、成本降低後,將有機會成為前投影機的主要技術之一。
壹、現階段以背投影電視為主
雖然LCOS面板技術相當具有潛力,不過就技術現況來看,LCOS雖然在解析度上優於LCD及DLP技術,然而在重量、亮度及對比上均較為不如,加上在良率偏低的情況下,仍然不具成本優勢,因此目前LCOS在前投影機產品中較不具競爭力,不過在畫質要求較高、體積較大的背投影電視而言,提供LCOS較佳的成長空間,也是目前LCOS技術比較看得到的營運實績。就以LCOS技術較為領先的JVC而言,其主要的應用產品即以背投影電視為主。LCOS技術以其高畫質的優點,加上耗電量低於PDP電視,因此在背投影電視具成長潛力。
圖四 LCOS背投影電視出貨量
資料來源:Stanford Resources; 工研院經資中心
貳、朝小型化(可攜式產品面板)高階應用發展
由於LCOS面板尺寸小、解析度高、耗電量低,因此可以取代LCD在一些高階可攜式產品的面板需求,以DSC而言,已有Minolta以LCOS面板取代LCD面板,如果LCOS成本可以有效降低後,將有機會進軍高階可攜式產品發展。
國內LCOS廠商發展狀況:
由於LCOS投影技術尚未成熟,國人此時介入LCOS技術的開發,將有機會能與美、日、韓大廠一爭高低,可以擺脫在LCD、DLP投影技術上受制於人的情況,因此國內廠商投入LCOS技術開發相當積極,其中尤其以聯電所主導的LCOS聯盟最引人注目。
相較於HTPS TFT及DLP面板掌握在國際大廠手上,由於LCOS技術仍處於起步階段,國內業者此時投入,將有機會在LCOS面板供應上佔有一席之地,此聯盟主要目的即是希望藉由上下游合作,整合彼此的研發資源,以即早解決LCOS關鍵技術的開發。
表二 聯電LCOS聯盟廠商
發展部位 |
參與廠商 |
LCOS面板設計 |
Aurora |
LCOS基板代工 |
聯電 |
液晶封裝 |
Veritronics、碧悠 |
投影機相關零組件 |
國喬光電(燈泡)、亞洲光學(光學元件)、光群雷射(光學元件) |
投影機光學引擎與整機製造 |
中強光電、明碁電通、大億科技、台達電子、光峰科技、前錦光電、 |
以LCOS的技術優勢來看,在量產技術克服後,投影技術將呈現LCD、DLP、及LCOS三足鼎立之勢。不過就目前三大技術的開發進度來看,LCOS仍是處於研發階段,要有大幅的成長,目前看來仍嫌太早。就以近期的展覽會中推出的投影機產品來看,仍然是以DLP強調超可攜(Ultra-Portable)為重點,LCOS產品仍屬少數,
就聯電所組成的LCOS聯盟來看,在產品開發進度不如預期的情況下,聯盟的聲勢不如當初,友達在去年底即已退出LCOS聯盟,整機製造的廠商也不若當時的積極。加上DLP以其輕薄短小的特性,近期在商用可攜式投影機市場崛起,成為投影機產業的耀眼的明星級產品,今年國內許多投影機業者也相繼投入DLP投影機陣營行列,這使得LCOS的聲勢相較不如DLP搶眼。
就關鍵零組件LCOS面板而言,聯電轉投資15億元成立聯誠光電,已製造LCOS面板為主,自2月份投產開始,至今累計出貨僅2,000套面板,日前聯誠光電展示5款MicroView LCoS背投電視,不過這樣的量基本上僅提供下游客戶作研發、測試用,離量產應該還要再經過一段時間,而最主要因素仍在於良率偏低,據了解,目前LCoS面板良率仍無法突破20%,光機系統廠商良率也未達40%的良率水準,這也不難瞭解為何雖然LCOS技術面上具有如此的優勢,然而現今卻有部分聯盟成員仍然轉而投入DLP研發。
LCOS應用目前看來第一波的市場將以背投影電視為主力,不過LCOS強調的高畫質仍比較不容易找到著力點,目前市場主流以解析度460與720的背投影電視為主,而LCOS標榜的高解析度1080,市場需求仍不明朗。雖然許多國際大廠已陸續推出新產品,不過由於良率問題,目前的高價位使LCOS仍只局限在高階市場,要能有效開拓市場,產品價格必須要能有相當大的降幅。因此,就目前看來,國內廠商對LCOS的商機應抱持長期開發的心態,短期不易有爆發性成長的機會。