浅析微型投影的主流技术及其市场应用

中国投影网投影机资讯　2010-7-2 8:28:33　编辑：孟子默　[ 大中小 ]

　　近年来，随着行业的发展，投影机已不再满足于当前的仅有的教育、商务、政府采购等领域，且伴随着高清的普及以及微型投影的发展，目前在家用消费行业中，也扮演着越来越重要的角色。

浅析微型投影的主流技术及其市场应用

　　自上世纪90年代投影机诞生以来，直到2005年前后，才有投影机厂商推出了便携式投影机，但是由于当时技术与成本的原因，直到去年便携投影机才重新登上投影机真正的舞台，与此同时随着3M公司在华尔街作为第一家宣布微型投影的诞生，给投影机行业带来了巨大的震动，投影行业发展至今，年销售量大概在800万台左右，与家用电视,MP3等消费电子动辄几千万的量相比，始终无法在量上有很大的飞跃，微型投影的诞生，才让投影行业才真正地感觉到家用消费电子类市场的近距离。

　　微型投影释放了小尺寸手持设备实现大屏幕的潜能，将投影图像放大到50至100英寸。微光学机电系统(MOEMS)器件极大地缩小了移动投影仪的体积，甚至可以嵌入纤薄的手机当中。

　　但手机并不是微型投影仪唯一的市场。各种移动设备制造商正在为多样的设备评估内置微型投影仪，如摄像机、数码相机、笔记本电脑、多媒体播放器、PDA、游戏机、玩具甚至用于汽车、医疗、工业和军事用途的智能显示器。由于完整的模块尺寸仅毫米数量级，微投影模块将逐渐成为下一种常用的电子子系统，就像数码照相模块成为移动手机的标配一样。

“微型投影仪市场真的开始变得疯狂。”Pacific Media Associates公司分析师William Coggshall表示，“这个市场发展很快，现在每年的市场规模呈三倍增加，不过初始量非常小。”

　　事实上，去年全球投影仪销售收入仅6,900万美元，销售量为22.4万台，但这些数字到2014年预计将增加到17.6亿美元和2,380万台，Pacific Media公司透露。

　　不过，这种微型模块达到普及还有很长的路要走。“今天许多最终用户微型投影仪的购买价格约200美元——我们认为这是足够低至启动强劲需求的主流价格点。”Insight Media公司总裁Chris Chinnock表示，“更低的价格当然会促进更多的销售，但你不会那么快地看到微投影模块进入每部手机。”

浅析微型投影的主流技术及其市场应用
图：LCOS微型投影仪工作原理

“手机上的相机模块在1-2个美元数量级，这是几乎每部手机都有相机模块的原因。在4至5年的时间内，微型投影仪模块的价格可能下降到20至30美元范围，但仍是很高的价格点。”

三大主流微投技术

　　目前有三种主流的竞争性微型投影仪技术，每种都基于不同的硅片，它们是DLP、硅基液晶(LCOS)和扫描型激光器。

　　DLP从微机电系统微镜阵列反射光线，芯片上有数千个数字镜片。LCOS从硅片表面上的完整LCD反射光线。激光扫描仪从单个MEMS微镜芯片反射光线，这个芯片将图像通过光栅扫描反映到屏幕上，非常像以前用电子束通过光栅扫描反映到阴极射线管。

　　“DLP和LCOS都有可能普及，”Gartner分析师Amy Teng表示，“这两种技术都可以使用LED进行照明。因此与昂贵的激光照明相比，基于LED的微型投影仪更有可能普及。”

　　除了芯片和LED或激光照明源外，微型投影仪还需要光学透镜进行投影和聚焦。“这些模块非常复杂，涉及机械、光学和电子的校准，”Teng指出，“微投影模块制造商正致力于改进性能。”

　　这些模块“很有可能变成日用品，就像数码相机于移动手机和网络相机于笔记本一样，但价格取决于良率的改进和经济规模的扩张。”Teng补充道，“一旦一些主要的手持设备供应商采用这种硬件进行设计，并且有杀手级软件和感兴趣的消费者，那么增加经济规模将有助于推动价格下降。”

　　DLP是三种竞争性技术中最成熟的一种。从1997年开始DLP就开始了批量生产，同年美国电影艺术和科学研究院率先选择这种技术在奥斯卡颁奖典礼上投影奥斯卡影片。TI公司则在不断改进DLP，从模拟发展到数字，至今交付了2,000万台以上的DLP子系统。DLP还应用于全球19,000个数字影院设备中，其中10,000个设备提供基于DLP的三维投影。

　　TI公司的Emmy-winning数字光处理器(DLP)可以在现代数字院影中处理亮度高达3万流明的图像，如今经过尺寸缩小可用于内置10至50流明投影模块的最精致移动手持设备中。DLP已成功用于手机中的微投影模块设计：LG公司的eXpo是向美国移动用户提供的具备可拆卸式微投影配件的首款手机，三星在韩国国内市场销售的W7900则是首款带内置微投影模块的移动手机(美国型号是i8520，有望在今年晚些时候推出)。

　　LCOS是第二种最成熟的技术，已被成功应用于背投电视和摄像机中的直接浏览电子取景器以及像头戴式显示器之类的近眼装置。但LCOS的开发之路并不平坦，而且在交付数量上也没达到DLP的水平。

　　LCOS工艺“很难把握，有许多LCOS公司倒下便是明证。”Pacific Media公司的Coggshall表示，“LCOS供应链也很复杂，从而带来额外的挑战。”

　　虽然DLP和激光扫描仪都依赖于MEMS，但LCOS本质是只是另一种CMOS芯片，因此很有希望变得非常便宜，进而实现大批量生产。出于看好大众化市场的潜力，Micron科技公司去年收购了DisplayTech公司，期望后者的LCOS芯片能够成为Micron自己日常存储器芯片业务的有效补充。目前为止消息还不错，因为3M公司不仅选择向最终用户销售基于Micron公司LCOS panel的微型投影仪，而且为其他厂商提供基于LCOS的OEM模块。

　　“我们评估了所有的竞争性微型投影仪技术，选择LCOS并不是因为它的任何一个特性，而是因为它给我们提供了适合我们市场的最佳成本、效率、亮度和分辨率组合，这个市场主要是移动商业用户，他们可以在周末时将微型投影仪带回家实现娱乐活动。”3M公司项目经理Gabe Wiebenga表示，“我们也向其他厂商(如天瀚科技)提供OEM模块。”

　　除了商业和大众化消费市场外，还有一些专业应用可以使所有这三种主要的微型投影仪技术实现商用。例如在低端市场，只有几百个像素的小型超低价LCOS显示板可能在大众化市场应用中流行，如儿童玩具。在高端市场，用于军事、汽车、工业和医疗设备的智能显示器组可以利用激光投影仪的固定焦点(Focus Free)功能在汽车挡风玻璃上显示速度等战术或实时控制信息。即使艺术家也使用固定焦点功能。例如日本艺术家三上圣子，最近在日本山口艺术媒体中心展示了一种交互式视频装置，这种装置在机器人手臂上安装了6台Microvision公司的固定焦点激光扫描仪，这些扫描仪可以将观众的活动图像投影到12英尺高的昆虫眼(insect eye)的多个面上。 “我们花了很多时间使显示器看起来比现有的任何产品更漂亮，亮度和对比度高，”Microvision公司光学/光子工程技术经理Maarten Niesten表示，“我们还提供更宽的色域和更多的灰度等级。用户可以看清由我们的显示器投影出来的图像的每个微小细节。”

　　今天的大众化消费市场上充斥着很多附加式投影仪——独立部件，体积约一副扑克牌大小，可以接到笔记本电脑或智能手机上。终端用户版本的独立微型投影仪领先供应商包括3M、Optoma Technology和台湾天瀚科技(Aiptek)公司。3M公司使用Micron公司的LCOS显示板，Optoma使用DLP，天瀚科技则使用3M公司的LCOS OEM模块。

　　Microvision公司最近刚发布了10流明、549美元的ShowWX产品，这是基于激光而非LED的首款微型投影仪。“我们有许多分销商在欧洲，并且与沃达丰开展了试运行。”Microvision公司通信总监Matt Nichols表示，“我们的设计赢得包括Uniden公司，他们将贴牌制造ShowWX。该公司是在自己的微型投影仪设计中使用我们模块的一家主要OEM商。”

　　3M公司最近对基于LED的微型投影仪进行了升级改造，推出了第二代产品MPro 150。这款产品售价为395美元，输出15流明，带内存和一个Micro-D插槽用于存储内容，还有一个按钮菜单系统。“我们首家推出商用微型投影仪的公司，也是首家推出第二代设备的公司。”3M公司视觉系统事业部项目经理Steve Saxe指出，“我们的第二代微型投影仪自身就可以存储投影内容，所以用户不必再携带存储内容的笔记本或智能手机，因为你完全可以从微型投影仪装载和显示任何文件。”

　　还有许多供应商提供其他微型投影仪型号——从戴尔到惠普——价格低至149美元。

　　“每种微型投影仪技术都有各自的优缺点，它们的适宜性取决于市场或目标应用。”Insight Media公司的Chinnock指出，“MPro 150有非常好的颜色，亮度也比大多数投影仪高，还具有很好的功能和较高的分辨率。TI有好几个芯片组用在Optoma公司的微型投影仪中，这些芯片组主要瞄准数据和视频应用，同样可以提供漂亮的颜色和取决于具体应用的分辨率。Microvision公司推出了首款激光微型投影仪，可以提供相当好的颜色和无焦点(no-focus)功能，这对易用性有很大帮助。”

　　不同的架构

　　目前的微型投影仪要么使用基于显示板的架构，要么使用扫描式架构。基于显示板的投影仪引擎在硅片(LCOS或DLP显示板)上对整个屏幕编码。基于扫描的系统工作在对显示器进行逐行扫描的光栅模式下，使用微镜将光源偏转到特定像素位置。

浅析微型投影的主流技术及其市场应用

　　在显示板阵营，TI是DLP芯片的唯一供应商，但有许多老公司和新创企业正在制造LCOS显示板。除了Micron外，还包括Aurora Systems有限公司、台湾奇景光电(HiMax)公司和Syndiant公司。

　　DLP采用二元微镜组成的图像阵列，这些微镜可以映射整幅画面，并且只需翻转与相关像素有关的镜子就能随机改变画面的任意部分。

　　同样，在使用LCOS芯片时，整个画面可以同时被映射到微型液晶显示器上，并随机更新。在扫描式阵营，有提供单镜双轴扫描仪的Microvision和以色列Maradin Technologies公司，还有提供双镜单轴扫描仪的以色列bTendo公司。去年美国国家半导体公司透露正在开发基于激光器的微型投影仪。TI公司也有激光扫描技术，主要用于打印设备，不过今后也可能用于激光微型投影仪。

　　“根据流行需求我们选择了DLP，但任何时候需要时我们也能做扫描镜。”TI公司新兴市场业务经理Frank Mozio表示，“当我们启动微型投影仪业务时，我们同时使用带激光器的扫描镜和由LED提供照明的DLP创建原型，用户最喜欢的是DLP/LED解决方案。”

　　微型投影仪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，因此供不应求。虽然激光器的亮度比LED高，但使用高强度LED的最亮微型投影仪在电池供电的设备(如Optoma的PK301)上也可以产生高达50流明的亮度。

　　对基于显示板的微型投影仪来说，LED可以是白色的，用于基于彩色滤波器的显示板(它们会把全部三种颜色同时投影到屏幕上)；也可以是红、蓝和绿三种LED，用于颜色连续的显示板(这种显示板在RGB三种颜色中循环，用一种颜色照明整个显示板)。颜色连续的显示板依赖于人类眼脑系统对红、蓝、绿三种颜色的平均，这三种颜色切换非常快(360Hz)，因此看不出分离效果。

　　Micron公司向3M公司提供用独特铁电液晶代替传统向列液晶的颜色连续型LCOS，能在100ms内完成红、绿、蓝图像层的切换，而传统LCD的切换时间在1ms以上。

　　激光器可以用来照明基于显示板或扫描仪的微型投影仪。例如，Syndiant公司(与香港应用科技研究院合作开发)的LCOS显示板就是由固定焦点的激光器提供照明，并已用于上海三鑫科技的微型投影仪模块。这种微型投影仪模块尺寸为39×24×7.8mm。相比之下，Microvision公司的激光扫描引擎尺寸为40×20×7mm。

　　激光器也能用来照明DLP显示板，一些三菱电视机就是采用这样的方式。

　　“我们不关心照明方式，设计者可以将LED或激光器与DLP一起使用，具体取决于用户。”TI公司的Mozio指出。

　　基于显示板和基于扫描仪的微型投影仪对激光器速度有不同的要求。照明DLP或LCOS显示板只是意味着以360Hz速度从容地开关激光器。然而，对基于扫描仪的设计来说，激光器必须针对显示器上的每个像素进行脉冲式开关，结果导致MHz级的速度要求，而越快的激光器价格越贵。

　　绿色微型激光器是最近才推向市场的(来自康宁和欧司朗光学半导体公司)，在2011年前可能一直处于供不应求的状态，而且价格奇贵。

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文章来源：中国投影网