微型投影技術(shù)掀起便攜式產(chǎn)品新革命

實(shí)現(xiàn)可攜式投影技術(shù)的關(guān)鍵

    最近幾年來，手機(jī)與電視結(jié)合的趨勢(shì)下，已經(jīng)使得行動(dòng)電視變成流行趨勢(shì)，因此在市場(chǎng)對(duì)于手機(jī)多功能不斷的要求下，目前各手機(jī)大廠已經(jīng)規(guī)劃在手機(jī)中加入投影的功能，讓行動(dòng)電話創(chuàng)造出更多元化的應(yīng)用。

　　－LED光源與雷射光源

　　目前手機(jī)大廠對(duì)手機(jī)投影功能具有高度興趣的原因，主要是由于信息系統(tǒng)的精簡(jiǎn)化、整合化的發(fā)展趨勢(shì)。整合了投影功能的行動(dòng)電話，將能夠提供使用者大畫面的影片觀賞，獲得視覺影像的享受，同時(shí)還能用于商務(wù)簡(jiǎn)報(bào)等用途，大幅拓展了行動(dòng)電話的應(yīng)用范圍。

　　會(huì)出現(xiàn)這樣變革的另一原因是，現(xiàn)有投影機(jī)產(chǎn)品已屆臨市場(chǎng)飽合度的問題，每年市場(chǎng)銷售成長(zhǎng)率相當(dāng)有限；但是反觀行動(dòng)電話應(yīng)用，愈來愈多的多媒體功能，如MP3音樂播放、數(shù)字相機(jī)、數(shù)字?jǐn)z影機(jī)…等，逐漸都已被整合至行動(dòng)電話之中；但行動(dòng)電話有限的體積，大大限制了顯示器尺寸的空間，因此，如何讓行動(dòng)電話的多媒體影像播放可以突破體積的限制，就是促成行動(dòng)電話銷售量再次躍升的關(guān)鍵之一。

　　再加上目前行動(dòng)電話市場(chǎng)已達(dá)到10億支的規(guī)模，對(duì)于行動(dòng)電話廠商、投影機(jī)廠商而言，如此龐大的市場(chǎng)商機(jī)，顯然就是放在眼前的肥肉，焉有視而不見的道理。

　　相關(guān)業(yè)者積極開發(fā)投影功能行動(dòng)電話

　　目前市場(chǎng)上具有投影功能的行動(dòng)電話數(shù)量極少，且價(jià)格大約在20萬日?qǐng)A左右，只能算是還在測(cè)試市場(chǎng)水溫的高價(jià)奢侈品。因此，低于10萬日?qǐng)A、甚至低于1萬日?qǐng)A的低價(jià)投影行動(dòng)電話，才是業(yè)者所期待的目標(biāo)，因此，相關(guān)組件廠商已經(jīng)計(jì)劃將微型投影機(jī)構(gòu)的單價(jià)設(shè)定在數(shù)萬日?qǐng)A，甚至于未來計(jì)劃跨越1萬日?qǐng)A以下的低價(jià)門坎。

　　在微型投影機(jī)關(guān)鍵組件的部分，包括DjinDisplay、MicroPrecision、Microvision、德州儀器(TI)、UpstreamEngineering等業(yè)者，早已著手進(jìn)行微型反射鏡片微機(jī)電(MEMS)的開發(fā)，各有研發(fā)成果發(fā)表出來；而微型投影機(jī)構(gòu)部份，Nokia、摩托羅拉、三星、Canon等業(yè)者，也已經(jīng)相繼開發(fā)出厚度只有數(shù)毫米，尺寸只有數(shù)公分的行動(dòng)電話用微型投影機(jī)構(gòu)。

　　另一方面，在光源的部分，也有相關(guān)的開發(fā)業(yè)者陸續(xù)開發(fā)出利用LED或者是雷射二極管來取代傳統(tǒng)的光源，提高行動(dòng)電話投影亮度，讓投影的質(zhì)量更能夠滿足影像質(zhì)量的最基本要求。圖說：目前包括Nokia、摩托羅拉、三星、Canon等等的業(yè)者，已經(jīng)相繼開發(fā)出厚度只有數(shù)毫米，尺寸只有數(shù)公分行動(dòng)電話用微型投影機(jī)構(gòu)，積極搶占即將出現(xiàn)的市場(chǎng).

　　微型光機(jī)關(guān)鍵零件陸續(xù)獲得突破

　　在2007年的各項(xiàng)展覽之中，全球的相關(guān)業(yè)者已經(jīng)陸續(xù)展示其微型投影光機(jī)的研發(fā)成果，例如2007年1月在拉斯韋加斯舉辦的「2007InternationalCES」中，Microvision展示了其開發(fā)的微型投影機(jī)，以及相關(guān)的技術(shù)。Microvision所展示的微形投影機(jī)，使用了半導(dǎo)體雷射，可以將光源控制在40×25×8mm范圍內(nèi)，并且達(dá)到800×480畫素WVGA的影像分辨率顯示能力。

　　Microvision認(rèn)為，2007年微型投影手機(jī)的主要訴求目標(biāo)，是以內(nèi)建微型投影功能、單價(jià)在20萬日?qǐng)A的可攜式電子設(shè)備，用來取代單價(jià)10萬日?qǐng)A的傳統(tǒng)PC，作為未來數(shù)據(jù)的處理中心和顯示中心，而目標(biāo)則是將其微型投影機(jī)構(gòu)導(dǎo)入到行動(dòng)電話、PDA以及數(shù)字相機(jī)等各種的可攜式產(chǎn)品之中。

　　Microvision的技術(shù)開發(fā)策略是，采用2軸MEMS掃描儀、雷射光源的嵌入式超小型投影機(jī)，目前Microvision與2家相關(guān)技術(shù)業(yè)者進(jìn)行合作，以在2008年能夠?qū)崿F(xiàn)投產(chǎn)為目標(biāo)，來計(jì)劃出開發(fā)藍(lán)圖。至于價(jià)格方面，Microvision希望能夠在投影機(jī)構(gòu)內(nèi)建于手機(jī)后，手機(jī)的總體價(jià)格維持在400~500美元。

　　事實(shí)上，關(guān)于超小型投影技術(shù)的應(yīng)用，不僅僅是手機(jī)而已，Microvision還計(jì)劃將微型投影技術(shù)推及到如iPod等可攜式播放器，或者是PSP等可攜式游戲機(jī)的周邊產(chǎn)品中，達(dá)到透過簡(jiǎn)單的接口連接后，就能以較大的畫面來欣賞iPodMovie或PSP的影像。

　　光源的部分，Microvision采用了Novalux所生產(chǎn)的半導(dǎo)體雷射光源NECSEL，光通量約為10~15lm。整體技術(shù)上的主要特點(diǎn)是體積小、耗電低、成本低以及色域廣。由于采用了雷射光源，即使將影像投射到彎曲的物體上，也可讓整個(gè)畫面都顯示焦點(diǎn)出準(zhǔn)確的影像。圖說：Microvision的開發(fā)觀念是，采用2軸MEMS掃描儀和雷射光源的嵌入式超小型投影機(jī)，以在2008年能夠?qū)崿F(xiàn)投產(chǎn)為目標(biāo)來規(guī)劃開發(fā)藍(lán)圖。

　　DLP幾已成為微型投影機(jī)技術(shù)主流

　　在投影關(guān)鍵組件的部分，擁有相當(dāng)多技術(shù)專利與經(jīng)驗(yàn)的德州儀器，也在展覽會(huì)中展出內(nèi)建于手機(jī)上的微型投影機(jī)。雖說是將投影機(jī)構(gòu)內(nèi)建于手機(jī)之中，但是該微型投影機(jī)構(gòu)也可以獨(dú)立存在，亦即開發(fā)成可攜式微型投影機(jī)。

　　因此，對(duì)于需要經(jīng)常進(jìn)行簡(jiǎn)報(bào)的商務(wù)消費(fèi)者來說，就不再需要攜帶筆記型計(jì)算機(jī)、投影機(jī)等等的設(shè)備，即可進(jìn)行簡(jiǎn)報(bào)。因?yàn)�，未來只需要攜帶內(nèi)建有DLP微型投影功能的手機(jī)、或者是手持式智能裝置(如PDA、SmartPhone、PDAPhone)搭配微型投影機(jī)，就可以順利完成簡(jiǎn)報(bào)工作了。

　　雖然德州儀器本身并不開發(fā)相關(guān)的投影機(jī)產(chǎn)品，但是對(duì)于DLP技術(shù)的推廣應(yīng)用，則是不遺余力的與各方業(yè)者合作。例如在2006年所發(fā)表的1款可攜式微投影機(jī)，目前已與三菱、三星、東芝等業(yè)者合作，開發(fā)提供相關(guān)必要的技術(shù)與零組件。

　　這款內(nèi)建于手機(jī)上的微型投影技術(shù)，結(jié)構(gòu)含有3個(gè)部分，一是作為光源的半導(dǎo)體雷射、用于顯示圖形影像的DLP芯片，以及電源管理電路，機(jī)構(gòu)整體的長(zhǎng)度只有1.5寸，而其顯示畫質(zhì)能力的部分，已能夠讓手機(jī)投射出DVD質(zhì)量的影片，因此手機(jī)也將可因此化身為視訊播放機(jī)或電視來使用。

　　德國(guó)的Fraunhofer學(xué)院近期便采用德州儀器的DLP方案作為顯示核心，開發(fā)出更新的微型投影技術(shù)。這項(xiàng)投影技術(shù)所開發(fā)出來的投影模塊尺寸，只有16mm×9mm×9mm，可以整合應(yīng)用在手機(jī)、PDA或筆記型計(jì)算機(jī)之中，并且能夠提供高分辨率顯示能力。

　　可惜的是，在光源的部分，F(xiàn)raunhofer僅使用紅光和藍(lán)光雷射二極管，所以無法達(dá)到全彩畫面的顯示，沒有加入綠光雷射二極管創(chuàng)造全彩畫面的原因是，在一定顯示投射功率的要求下，目前綠光雷射二極管的外形還難以做到相當(dāng)小，暫時(shí)無法整合在此一微型投影機(jī)構(gòu)中。

　　受惠關(guān)鍵組件效能提升終端產(chǎn)品陸續(xù)現(xiàn)身市場(chǎng)

　　在關(guān)鍵零件業(yè)者陸續(xù)開發(fā)出相關(guān)的技術(shù)與組件之后，終端產(chǎn)品的開發(fā)業(yè)者也紛紛嗅覺出市場(chǎng)的潛力與商機(jī)，接連投入具有投影功能的手機(jī)產(chǎn)品研發(fā)。

　　2007年7月，LightBlueOptics展示了1款火柴盒大小的彩色投影機(jī)，其中關(guān)鍵的技術(shù)是，LightBlueOptics利用了電子控制液晶空間光調(diào)變器，來對(duì)紅光、綠光和藍(lán)光的光束進(jìn)行調(diào)變。雖然距離產(chǎn)品商用化還有一段時(shí)間，但是，就該實(shí)驗(yàn)樣品的顯示質(zhì)量和尺寸來說，已經(jīng)相當(dāng)接近使用者所需的微型條件。

　　行動(dòng)電話大廠摩托羅拉已經(jīng)宣布與Microvision的合作策略，在未來推出的新款手機(jī)中，將會(huì)搭配Microvision微投影模塊，提供手機(jī)使用者將所拍攝的圖片、視訊，或者是存入手機(jī)中的視訊檔案等內(nèi)容，透過內(nèi)建的投影功能，將影片或影像投影放大，成為可播放大畫面的可攜式多媒體電影播放機(jī)。

　　目前摩托羅拉所開發(fā)的投影功能手機(jī)，在分辨率方面只能夠達(dá)到854×480，與目前主流的XGA(1024×768)，或者是SVGA(800×600)還有一些的差距，但是，這畢竟是前導(dǎo)期的產(chǎn)品，相信在經(jīng)過投影機(jī)構(gòu)改善之后，其投影解析能力將會(huì)大大的提升。

　　Canon在早幾年也發(fā)表過微形投影機(jī)構(gòu)技術(shù)，Canon是利用Novalux三原色半導(dǎo)體雷射，來讓微形投影機(jī)構(gòu)顯示出SVGA質(zhì)量的影像，并且實(shí)現(xiàn)NTSC比114%的色再現(xiàn)性。

　　雖然在數(shù)據(jù)處理與儲(chǔ)存能力并不強(qiáng)，但如果是針對(duì)使用手機(jī)來進(jìn)行商務(wù)簡(jiǎn)報(bào)的應(yīng)用來說，已經(jīng)是相當(dāng)足夠。根據(jù)Canon的規(guī)劃，這款微形投影機(jī)構(gòu)技術(shù)，如果未來配合量產(chǎn)效應(yīng)與低成本化結(jié)果，相信可以壓低到5,000日?qǐng)A左右的成本，得以大量?jī)?nèi)建在高階行動(dòng)電話之中。

　　圖說：摩托羅拉與Microvision合作，在未來新款的手機(jī)中，將會(huì)搭配Microvision微投影模塊。透過內(nèi)建的投影功能，可將影片或影像放大投影出來，成為實(shí)現(xiàn)可播放大畫面的可攜式多媒體顯示器。

LED效能獲得強(qiáng)化成為光源最佳候選組件

　　最近這幾年LED的發(fā)光效率與輸出亮度都大幅提高，但即便如此，LED還是無法與發(fā)光效率60lm/W、全光束1萬流明的傳統(tǒng)光源抗衡。這意味著采用LED作為微投影機(jī)主力光源時(shí)，必需考慮包含光學(xué)引擎在內(nèi)的整體光線利用效率。

　　目前全球業(yè)者已經(jīng)陸續(xù)發(fā)表可投射出小尺寸畫面的可攜式微投影機(jī)，或者是提供投影功能的手機(jī)，雖然大多的微投影機(jī)畫面亮度，都低于100ANSI流明，因此只能被局限陰暗環(huán)境使用，不過相關(guān)業(yè)者均認(rèn)為，微投影機(jī)具備相當(dāng)深厚的發(fā)展?jié)摿�和技術(shù)突破的空間。

　　如上所述，低光束LED光源，必需利用光控制技術(shù)提高光的利用率，例如傳統(tǒng)的照明燈具，大多將反射鏡設(shè)于焦點(diǎn)，盡量集中光線照射方向，但由于光源出射的光線并未受到精準(zhǔn)控制，只是設(shè)法讓朝前方出射的光線變多而已，這種方式結(jié)構(gòu)非常簡(jiǎn)易，不過光的控制效率很差。

　　因此傳統(tǒng)的LED照明燈具為提高光的控制性，通常采用的方法就是增加反射鏡或是集光鏡片的面積，稍微提高光線的控制性。另外1種LED光源的控制方式，是在光源前方設(shè)置準(zhǔn)直收斂鏡片，它的光控制性比前者優(yōu)秀。

　　反射型LED結(jié)構(gòu)上與傳統(tǒng)前方包覆樹脂作光控制的炮彈型LED截然不同，它與芯片型LED在高散熱電路基板設(shè)置發(fā)光組件、周圍再圍繞反射罩的結(jié)構(gòu)也不相同。基本上反射型LED的反射鏡與發(fā)光組件呈對(duì)向設(shè)置，發(fā)光組件產(chǎn)生的光線利用反射面接收，受到控制的光線再出射到LED外部，此時(shí)只有透明樹脂的穿透率、反射面的反射率和導(dǎo)線陰影，會(huì)造成微弱的光損失，理論上發(fā)光組件產(chǎn)生的光線，接近90%左右的控制光可以取出到外部。

　　LED還是無法與發(fā)光效率60lm/W、全光束1萬流明的傳統(tǒng)燈泡光源抗衡，因此微型投影機(jī)使用LED作為投影光源時(shí)，包括光學(xué)引擎在內(nèi)的整體光線利用效率，將是投影質(zhì)量好壞的關(guān)鍵.

　　由于發(fā)光組件與反射面構(gòu)成的相對(duì)性光學(xué)系統(tǒng)，此種構(gòu)造可以使LED的形狀變小，相較之下，傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)封裝的LED外形，幾乎已經(jīng)變成一般設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，因此傳統(tǒng)LED提高光利用效率時(shí)，通常都需要加大外部形狀。

　　為獲得高亮度光源光束，發(fā)光組件的大小反而成為主要問題，主要原因是想要提高光量，最快的方法就是增加電流；然而必需要加大LED芯片，才能承擔(dān)大電流的輸入。但從光學(xué)系統(tǒng)角度而言，發(fā)光組件越小，光的利用效率反而愈高，兩者出現(xiàn)相互矛盾的關(guān)系，尤其是投影機(jī)用發(fā)光組件除了要求小型之外，同時(shí)還要求高散熱性的封裝技巧，技術(shù)難度不低。

　　高輸出、優(yōu)秀光控制性的LED新結(jié)構(gòu)，是使散熱路徑單純化，同時(shí)加大搭載發(fā)光組件Lead的斷面積，藉此維持必要的散熱性。

　　雖然反射型LED的發(fā)光組件，同樣設(shè)置在透明環(huán)氧樹脂的表面附近，不過環(huán)氧樹脂本身也是隔熱材料，因此對(duì)放射面的有散熱相當(dāng)程度的幫助。

　　復(fù)雜困難的微光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　微型LED投影機(jī)的光學(xué)系統(tǒng)是由LED芯片與集光鏡片構(gòu)成，接著再透過Condenser鏡片與Lighttunnel，獲得高均整性光束，系統(tǒng)整體的大小則需控制在400立方公厘左右，輸出光量大約是60lm左右。

　　LED光學(xué)系統(tǒng)中，發(fā)光組件與光學(xué)鏡片，或是反射鏡的大小，對(duì)配光控制性具有決定性影響，根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，使用相同集光鏡片或是反射鏡時(shí)，單純加大發(fā)光組件，配光角會(huì)變大，軸照度的差異則完全消失，因此針對(duì)投影機(jī)要求的平行光成份，必需采用小發(fā)光組件構(gòu)成投影機(jī)光學(xué)系統(tǒng)的方式獲得。

　　使用反射型單色LED基本結(jié)構(gòu)時(shí)，基于提高光利用效率等考慮，一般都是使用4個(gè)1W等級(jí)的反射型LED構(gòu)成的模塊，如此便可以獲得LED正下方20mm，半值角度±70的配光特性，外部形狀以LED光束收斂在17mm正方范圍內(nèi)。

　　在照度的部分，800mA點(diǎn)燈時(shí)紅光照度為330klx，綠光照度為650klx，藍(lán)光照度為470klx；有關(guān)直流點(diǎn)燈時(shí)的基本特性，由于實(shí)際使用條件會(huì)變成脈沖點(diǎn)燈，因此1/3Duty的矩形波脈沖點(diǎn)燈時(shí)，通電電流可以視為積分電流值，不過該電流值會(huì)隨著周圍溫度環(huán)境改變，因此矩形波點(diǎn)燈時(shí)，最好等發(fā)光波長(zhǎng)穩(wěn)定后才使用。

　　此外，對(duì)于模塊均整度的改善，開發(fā)者比較傾向采用棱鏡、導(dǎo)管、液晶提高效率，并在前面放置Cellhooklens、聚光鏡片、PS偏光片等等。

　　實(shí)現(xiàn)利用小型電池作為手持式投影機(jī)電源這是很重要的一點(diǎn)，對(duì)于手持式產(chǎn)品來說，舍棄AC電源而改用小型電池供電，是1項(xiàng)必備的條件。過去，投影機(jī)使用高壓水銀燈泡的環(huán)境下，瞬間啟動(dòng)電壓高達(dá)數(shù)十KV，這是利用小型電池供電的情況下不可能達(dá)成的目標(biāo)。

　　除了高壓電力的問題外，由于水銀燈泡的高啟動(dòng)電壓，以及高電流消耗，燈泡會(huì)產(chǎn)生大量的廢熱，需要高效率的主動(dòng)散熱系統(tǒng)協(xié)助散熱，這也會(huì)影響到手持投影機(jī)的電池續(xù)航力問題。

　　一般投影機(jī)機(jī)構(gòu)內(nèi)部溫度往往高達(dá)攝氏8、900度，同時(shí)，也必須使用相當(dāng)復(fù)雜的變壓電路，如果期望利用小型電池作為投影機(jī)電源，這些問題都是無法被克服的。所以，在未改變光源組件的情況下，采用小型電池是不可能的事情。

　　但是，如果是改采LED雷射作為光源的話，這些問題便可迎刃而解，不復(fù)存在，不但只需要小型電池就足以負(fù)擔(dān)系統(tǒng)所需的電力之外，并且不需要散熱系統(tǒng)的情況下，自然不會(huì)有擾人的散熱系統(tǒng)噪音問題，且因?yàn)樯倭她嫶蟮纳�熱機(jī)構(gòu)，當(dāng)然體積也會(huì)大幅度的縮小。

　　顏色表現(xiàn)能力雖改善但亮度仍需提升

　　對(duì)于需要背光的液晶顯示器來說，光源對(duì)于顏色的表現(xiàn)占了相當(dāng)大的影響程度，從愈來愈多業(yè)者嘗試改采LED光源作為液晶電視背光模塊就可以了解，因?yàn)槭褂肔ED背光源，可以使LCD色域的表現(xiàn)能力大幅提升。因此，改采用LED雷射作為光源的微型投影機(jī)，其顏色表現(xiàn)能力也是相當(dāng)值得期待。

　　三菱電機(jī)采用LED雷射作為微型投影機(jī)光源的理由是：第1，因?yàn)槭鞘褂脝紊�系的光源，所以在色廣度上面有相當(dāng)不錯(cuò)的表現(xiàn)；第2，由于雷射光的光線直徑可以控制的相當(dāng)細(xì)微，因此，在透鏡的尺寸上，也可以相對(duì)的縮小，如此更有助于光機(jī)引擎的小型化。

　　不過，使用LED雷射的微型投影機(jī)在實(shí)際投射的表現(xiàn)上并非相當(dāng)完美，包括整體顯示的照度和輝度，仍需相當(dāng)程度的提升。根據(jù)資料，目前使用高壓水銀燈泡的一般投影機(jī)輸出亮度，約在為1,500~3,000lm之間，但是，現(xiàn)階段LED投影光源僅能提供約10~20lm的亮度輸出，而目前所發(fā)表的LED投影機(jī)整體投射亮度幾乎都不超過20lm。

　　不過LED雷射光源的亮度是否足夠用于投影機(jī)之上，主要的關(guān)鍵還是得視應(yīng)用目的而定。舉例來說，像是家庭劇院、會(huì)議室簡(jiǎn)報(bào)、大型研討會(huì)等等，每種應(yīng)用的環(huán)境均不相同。手持式微投影機(jī)的功能設(shè)計(jì)，是不是適合拿傳統(tǒng)高壓水銀燈泡投影機(jī)作為比較基準(zhǔn)，顯然意義并不大，因?yàn)槭殖质轿⑼队皺C(jī)的用途，主要是設(shè)定在空間不大的小型會(huì)議室中、提供2~3人簡(jiǎn)報(bào)觀看之用，那么或許這樣的亮度就足足有余了。