穿戴裝置熱 微型投影興起

穿戴裝置熱 微型投影興起

柏德葳／拓墣產業研究所光電產業中心資深經理

隨著Google Glass、Apple iWatch相關的專利通過，以及Sony所新申請的頭戴式顯示器專利，引起各界對LCoS、OLEDoS和DLP等微型投影技術的關注和熱烈討論，雖然微型投影技術仍須在性能與成本上取得突破性改善，然而LCoS、DLP、OLEDoS等微型顯示器(Microdisplay)元件市場規模，也在應用市場需求日趨增溫的推動下，可望從2011年2.5億美元持續成長至2016年約10億美元。

LCoS生產 不需額外龐大投資

微型顯示器通常是指對角線1～1.5吋以下的超小型顯示器，尤其是不以玻璃材質作為基板的LCoS與OLEDoS等。與TFT-LCD技術最大不同之處為LCoS及OLEDoS是以矽晶圓為基板，不需額外龐大投資，僅需利用現有半導體製程設備即可進行生產，也可透過製程的微細化，來達到最高為Full HD，甚至4K2K的高解析度規格需求；同時還可將驅動電路一併整合進去，簡化生產流程，也促進顯示元件的解析度提高。

由於TFT-LCD發展初期在製程上，無法發揮類似LCoS技術的優勢，且在玻璃基板大尺寸化的技術上遭遇生產製程瓶頸，過去台灣業者還曾經利用LCoS技術來開發、生產投影機，以解決TFT-LCD面板大尺寸化不易的問題，並切入大尺寸平面TV市場。隨著LCoS技術不斷進步，整體LCoS供應鏈趨於完整成熟，且LCoS元件生產成本日漸下滑，被消費電子市場的接受度也隨之提高。

HMD 性能、價格關鍵

HMD應用在穿戴式裝置，可說是LCoS與OLEDoS技術另一重要應用，和EVF同為近眼(Near to Eye)的運用，但礙於本身產品價格昂貴，在消費電子市場的接受度不如EVF應用產品。一般來說，消費電子產品能產生大量需求的價格帶是落在200美元以下，雖然LCoS與OLEDoS技術較LCD技術更適合應用在HMD產品，但其最關鍵因素仍是性能和價格。

不過，即使LCoS與OLEDoS解決了HMD性能和價格問題，消費者未必可以普遍接受，當使用者已習慣現有的智慧手機與平板機的大尺寸螢幕畫面，恐不易習慣且接受HMD畫面的呈現方式。再者，未來HMD如何和其他終端產品、雲端網路等連結，在人機介面設計上都將面臨極大考驗。最後，HMD產品如Google Glass等，產品的電池續航力偏短，可使用的用途範圍仍有限，均考驗HMD應用市場的未來發展。

除了可攜式多媒體播放器、掌上型遊戲機與輕薄筆電等可攜式行動產品外，智慧手機、平板機及雲端網路算是HMD可發揮的應用產品，搭配可投射出高解析、大尺寸虛擬畫面的LCoS/OLEDoS技術之HMD，將讓使用者和智慧手機與平板機一樣可收發郵件、瀏覽網頁，同樣可透過雲端網路及擴增實境、虛擬實境功能搭配HMD，即可進行隨走隨搜尋任何被目視的目標對象資訊，也可透過雲端網路來進行金融管理、工廠庫存管理、醫療服務、裝置維修及輔助機構設計等應用。

微型投影技術 仍須突破性改善

在顯示解析度的競賽，TFT-LCD面板技術已迎頭趕上，現階段TFT-LCD面板技術可以做到500ppi以上的解析度、UHD(3840×2160)的畫質，而目前現階段DLP技術可以做到Full HD解析度；至於LCoS方面，也有台灣廠商如禾鈶(Jasper Display)發展出解析度可達4K×2K的LCoS技術。

針對微型投影機等可攜式行動裝置用的LCoS、OLEDoS與DLP光學引擎來看，礙於其元件與體積的限制，則僅能做到HD(1280×720)解析度。為此，若LCoS技術要能穩定發展，勢必得往兩大方向發展：(1)超高解析4K×2K的投影螢幕顯示器應用；(2)需緊緻、微小的顯示元件產品應用，例如：微型投影機、電子觀景窗(Electronic Viewfinder；EVF)、抬頭顯示器(Head Up Display；HUD)、頭戴式顯示器(Head Mounted Display；HMD)與穿戴式裝置等應用市場。

整體而言，現階段由於微型顯示器投影畫質不如TFT-LCD等平面顯示器，因此，微型投影機市場發展仍不順遂。

以LCoS為例，該微型投影技術在解析度、投影流明度與耗電量等方面，仍未符合終端客戶規格與消費者使用上的需求，因此在技術獲得突破性改善前，仍無法在微型投影市場上大鳴大放。除此之外，DLP微型投影技術與MEMS微型投影技術也是面臨同樣的難題。

而LCoS、OLEDoS、DLP與MEMS Laser Scanning等微型顯示器技術為了尋找生存空間，EVF、HUD、HMD與穿戴式裝置等新應用市場便成為其發展重點。

LCoS業者 各顯神通搶商機

過去十幾年，台灣廠商在投入LCoS技術開發的動作相當積極，其中以聯電帶頭邀集的LCoS聯盟最具代表性；不過當時受限於技術未臻成熟，整體開發進度落後，未有進一步發展。

儘管如此，至今仍有些LCoS廠商持續發展LCoS顯示技術，包括奇景光電與3M結盟，並共同發展針對微型投影機應用的LCoS技術，而日前奇景光電宣布與Google簽訂投資協議，為卡位穿戴式產品關鍵技術，Google將入股奇景光電旗下生產LCoS晶片與模組之子公司立景光電，並取得6.3%股權，更為台灣的LCoS市場注入強心劑。

而禾鈶所開發出的全球首顆解析度Full HD(1920×1080)、0.55吋、色序式LCoS微型顯示器產品JD4552，應用於平價投影機市場，是現今全球唯一量產的色序式、Full HD解析度LCoS微型顯示器。此外，禾鈶還開發出新一代微型顯示器，採用3.74μm×3.74μm尺寸的畫素設計，可使0.70吋的LCoS微型顯示器，容納高達 4096×2400畫素，為顯示器產業中畫素體積最小的規格。

因應Google Glass所掀起的穿戴式裝置熱門話題，工研院也在2013年台北國際光電週發表主動式LED微晶粒晶片技術，主要是微米發光二極體(μLED)結合禾鈶的高解析度驅動晶片，成功開發單色微顯示及微投影用模組，晶片尺寸與解析度分別為0.37吋及427×240畫素，預期瞄準如Google Glass之類的頭戴式顯示器等應用市場。

微型顯示技術產業的整體成長動能來源，不僅得依靠來自各應用產品投影顯示用的技術重點改善，包括光機引擎成本降低、光機引擎體積縮小、發光效率提升、光機引擎散熱處理能力與耗電量降低、延長電池續航力等，也必須創造出能讓微型顯示技術應用的市場，並且快速發展，包括智慧手機、數位相機、數位攝影機、車載抬頭顯示器與穿戴式裝置如頭戴式顯示器等之應用，才有機會為微型顯示技術的未來市場打開一條生路，而眾所期待的頭戴式顯示器產品，如Google Glass等，在電池續航力偏短、應用範圍仍有限的情況下，穿戴式裝置是否能為LCoS產業帶來另一個春天，還有待市場考驗。

EVF市場 乘勢崛起

除了微型投影機應用外，EVF(電子觀景窗)和HMD(頭戴顯示器)等亦是LCoS技術的兩大重要應用，而EVF主要又以數位攝影機及數位相機應用為主。

身為可顯示彩色化的LCoS技術，以成本和性能優勢切入EVF市場，在解析度方面，LCoS元件畫素間距比LCD小，響應速度亦較好，但在初期，LCoS技術在EVF市場的進展並不順遂，主要歸因於當時的LCoS元件，在供貨量的穩定性不足，以及當時HTPS(高溫多晶矽)TFT-LCD面板價格的下滑。

時至今日，LCoS元件供應鏈已較完整，加上未內建光學觀景窗的無反光鏡單眼相機(Mirrorless Interchangeable Lens Camera；MILC)市場，對EVF需求呈現高度成長，為此，日本Citizen Finetech Miyota還在2012年8月併購美廠Micron Technology的FLCoS（Ferroelectric LCoS）技術顯示器事業，並在2013年4月發表利用其Transmissive LCoS技術，而開發解析度高達約369萬畫素(1280×960×RGB)、0.4吋LCD面板的EVF產品。

從技術的角度來看，過去數位攝影機所採用的光學式EVF在光學的設計上，不易達到五倍的放大倍率，且多數使用者均利用其TFT-LCD螢幕。

反觀LCoS技術，則可輕易達到10倍的放大倍率，這便成了LCoS技術進入EVF市場的切入點，加上無反光鏡單眼相機的熱潮仍在，對EVF的潛在市場需求十分可觀，因此，日系矽基微型顯示技術如LCoS與OLEDoS的廠商，亦相當積極耕耘此一市場。

2013-08-18 工商時報