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投影机产业发展现况与趋势
 

【作者: 劉慶全】2000年10月01日 星期日

浏览人次:【21143】

投影机可依光线投影的方向分为前投与背投影机两种(图一),也可依内部所使用光阀(lightvalve)的不同,分为CRT、LCD(Liquid crystal)、LCOS(liquid crystal on sillicon)、DLP(Digital light pro)四种投影机,其中因为投影机运作时光线会透过LCD面板,故属于穿透式;LCOS、DLP(DMD)则是靠光线反射的原理显像,故称反射式投影机,由于LCD面板目前掌控在日方手里,因此反射式(LCOS与DLP)投影机近期的发展格外引人注目。



《图一》
《图一》

技术发展现况

整体来说投影机的技术议题包括:光学/光机系统设计、机构公差设计分析、热流分析与设计、系统整合测试、投影画质分析、噪音的降低、光利用效率、提升光源技术、驱动控制电路的设计。唯有在上述几个技术议题上不断改进才能使投影机在对比、分辨率、噪音、亮度与重量的表现上达到消费者对需求。就液晶投影机来看,可分为穿透式LCD投影机与反射式(LCOS)投影机,分述如下:


穿透式LCD投影机

穿透式的LCD计有TFT、a-Si (Amorphous Silicon)、Poly-Si,其价位和性能同样依其特性而大有不同。液晶投影显示器是采用小尺吋(0.7”~1.8”)液晶面板投射画像,由使用的面板数目又有区分为单片式及三片式液晶投影显示器。一般三片式的光机系统可适用TFT、a-Si、Poly-Si LCD,单片式的则只有a-Si适用。Poly-silicon产品具有高亮度、高对比度、量轻、小型的特性。目前市面上产品以三片式为主流,单片式因画质亮度等级不高,分辨率停留在SVGA,因此主攻Video Projector市场。投影机用高温多晶硅LCD的生产商仅有EPSON与SONY,其中仅有SONY外卖面板,在上述两家厂商采以量制价的策略下,近期价格滑落的机会不大,另外一家非晶硅LCD供货商为SHARP,面板大小为6.4吋主要用于单片式投影机与内投影机。为了因应市场需求EPSON投资210亿日圆扩充高温多晶硅产能,预定月产能将可由30万片,扩增为45万片,但以扩产的时程来看,今年供货的情况还难以抒解。


《图二》
《图二》

投影机系统(图二)主要包含光源模块、色分合光镜、LCD面板、反射镜、驱动控制电路、电源供应器与投射镜头等,运作时,光源模块(含光源与反射器)发出高效率的光经『透镜数组』让光均匀分布在经由分色镜(分成三组),将光线分成RGB三色,另外由驱动电路控制LCD面板的影像,RGB光线穿透过三组LCD面板在经过合光镜将此三色合光之后透过镜头投射在屏幕上,形成影像。


LCOS投影机

LCOS具有高开口率、高分辨率、以硅晶圆为基底具有circuit on panel的优点(图三)。



《图三》
《图三》

目前LCOS面板的制程瓶颈在于如何达到上下两块面板间的平坦性,尤其是对较大尺吋的LCOS而言,此阶段良率的提升应是重点所在。目前发展LCOS面板的厂商包括:IBM、JVC、Colorado、Aurora、philips、MicroPix、Inviso、Kopin、Digital Reflection、SpatiaLight、Displaytech、Three-Five Systems、MicroDisplay等,纵然LCOS有许多优点但实际用于投影机时却存在一些问题,一般来说,LCOS投影机的结构比穿透式投影机要复杂的多,主要原因在于进入LCOS的光线与离开的光线是在同一边,因此必须分别在三片LCOS的前面加入偏光分光镜(PBS,Polarized Beam Splitter),由两个45度的等腰三角形棱镜组合而成,以便将两束重合而方向却相反的光线分开,因此就重量与体积方面反射式投影机并不具优势,其他缺点包括:偏极分光镜质量不佳所造成对比不高、光通量/灯源瓦数值不高与光机内易产生杂散光等问题。现阶段LCOS的光机引擎皆为三片式结构(图三),在考虑成本与体积的因素下,有些公司如Displaytech、Micropix便开始发展单片式的LCOS。


DLP投影机

DLP投影机从1996年问世后(图四),其功能便不断的演进,从早期500-700流明,重量27Ib的产品,到近期PLUS发表了超轻量(低于3 Ib)携带型投影机U3,分辨率包括XGA与SVGA两种,亮度可达800流明以上主攻mobile presentation市场,现先就DLP投影机的灵魂-- DMD芯片做一简介(图五):


《图四》
《图四》
《图五》
《图五》

DMD芯片式利用CMOS技术,在SRAM上以1μm为间隔,铺设48万(SVGA)到131万片(SXGA)的超威镜片,让这些镜片以+(-)10度的角度旋转,来完成显像状况。目前技术的发展趋势包括:减少镜片间距(由1μm降至0.8μm)以提高亮度,并透过所谓的BLOCK STEPPEDADDRESSING的方式提高亮度与增强PWM(Plus Width Modulation)的表现。目前面临的问题,在于particle所造成良率过低,目前TI以将主力由0.9” DMD转往0.7”,以其在每片晶圆上增加可获得的CHIP数量。


主要光机结构可分为(图六):



《图六》
《图六》

单片(重量轻是主要优点)、双片与三片式(亮度与分辨率高是主要优点)投影机,其中以单片(产品市场为商业市场)与三片式投影机(以电影院、大型聚会场所市场为主)较为多。


产品比较分析

现就目前主要三种投影机技术LCD、LCOS与DMD作一比较分析(表一):



《表一》
《表一》

开口率与光利用效率方面,由于LCD的TFT具有遮光效果,一般开口率仅约60%左右,而LCOS则可高达90%,Seiko Epson为解决光利用效率的问题,便设计在面板上加上microlens;分辨率方面,LCD受限于分辨率的提高会降低光的利用效率或则增大面板体积,未来在高分辨率的趋势下,对DMD与LCOS有较佳的发展潜力;光学系统设计方面,因LCD投影机发展的时间较久厂商也较多,因此技术最为成熟,但专利的问题也最多;量产能力方面,仍以LCD投影机最高,DLP投影机的厂商在TI扩产DMD芯片后市场成长极为迅速。


就目前各种投影机的关键组件价格来看,DMD价格最高(图七),其次为LCOS,再者为LCD,就长期来看,LCOS将发挥COST DOWN的特性,预计价格将从1999年的460美元,2003年的73美元,并以50美元为目标,短期来看晶圆代工产能不足与良率不高是目前LCOS成本无法大幅下降的原因,DMD芯片价格根据SRI的数据显示1999年的为670与522美元,跟据国内厂商表示今年DMD芯片已不像去年一样缺货,但市场需求依然强劲,因此在价格下降的幅度较小,另外若从产品特性来看,在高分辨率的趋势下,对LCOS的制造成本并不会增加太多,然对DMD或LCD而言,成本增加的幅度可能较大,这也是DMD与LCD的价格下降幅度不如LCOS的原因。



《图七》
《图七》

《图八》
《图八》

关键组件产值成长趋势

目前投影机最关键的零组件,莫过于LCD、DMD、与LCOS,1999年投影机用LCD(包括高温多晶硅与非晶硅LCD,但主要是高温多晶硅)537百万美元,DMD为85百万美元,LCOS为8百万美元,合计为630百万美元;预计今年可成长至25%至788百万美元,2002年可突破10亿美元,其余有关投影机相关零组件的供应概况如图九所示。



《图九》
《图九》

市场发展概况

全球成长趋势

1999年投影机产值、产量(图十)分别比1998年成长11.3%与18%;1999年产值为78亿美元,2000年将成长13%达88.1亿美元,出货量由210万台成长19%达253万台;展望未来1999~2003年间成长幅度最大者为 Rear Reflective,产值与产量的CAGR分别为44%,78%,相较于SRI的预估,另外一家研究机构the Worldwide Data Group预计2000年data/video 投影机的出货量将会成长33%到40%。



《图十》
《图十》

占有率分析

《图十一》
《图十一》

根据SRI(图十一)的数据显示:1999的年前投式LCD投影机方面以品牌占有率来看EPSON占12%、SHARP占10%、PROXIMA占9%、SONY占8%、INFOCUS占6%、其他占55%,预计PROXIMA与INFOCUS合并后将会稳做龙头的宝座,若以生产占有率来区分则以EPSON占有24%为最高;其次为SANYO的14%,SHARP的10%,NEC的11%,HITACHI的11%,其他占30%。会造成品牌与制造占有率不同的原因,主要是因为多数厂商(尤其是日本),除了自有品牌以外多数还兼做OEM,但无论如何,拥有投影机另外最关键零组件LCD面板的EPSON显然是最主要的赢家。


在众所瞩目的DLP投影机占有率方面以INFOCUS占有率45%(以生产量为准)最高;依次为PLUS的19%,DAVIS的13%,其他23%。若进一步将LCD与DLP的出货量合计统计则厂商占有率的排名又出现变化以INFOCUS的13%居冠,EPSON的10%居后,其次为SHARP的8%,PROXIMA的8%,NEC的7%。从上述名次的变化可以看出DLP影响力相当大,另外从TFC.NET所公布的美国市场投影机的占有率分别是InFocus:47%、Proxima:22%、Epson:8%、NEC:5%、Viewsonic:4%,也可以窥见InFocus与Proxima在美国市场的影响力。


面对竞争日趋激烈的投影机产业,Seiko Epson 总经理 Mr. Masahiro Kobayashi 则预计, 于2002年, 投影机生产商将由现今的六十多间减少至少于十间,虽然全球对于投影机的需求急切增加(大约每年增加30%),但同时间市场价格亦每年下降大约20%,因此厂商将面临抢大的生存压力。


相关厂商动态方面

Infocus

1999年的营收从1998年306.7百万美元成长至390.7百万美元,就1999年销售区域来看美国占 63%、Europe占20%、Asia/Pacific占9%、其他占8%。目前投影机透过三种品牌销售:InFocus、 Proxima、ASK。近期Infocus的大事莫过于和Proxima合并,1999年Proxima的营业额298百万美元,预计今年合并营收可达860百万美元。根据该公司2000年第二季公布的财报来看,营收成长35%,营收净利成长高达84%,销售方式包括自有品牌与OEM,今年将为IBM生产三款投影机(OEM),而IBM牌投影机将正式投入市场。产品研发方面除了既有的LCD投影机外,又积极介入LCOS与DLP投影机,2000年第一季该公司便有69%的营收是来自DLP,主力产品将集中在5Ib以下。


SEIKO EPSON

居全球投影机与光机引擎制造牛耳的SEIKO EPSON,为了提升获利已计划将自有品牌的比重提升至80%以上,并计划在2001年夺下DATA 投影机20%的市场为目标,产品类型方面主要以XGA级与1200 ANSI流明的高阶产品为主(图十二)。


《图十二》
《图十二》

目前EPSON主要的销售通路约有三分之二集中在AV通路商,因此开始将通路分散至打印机的通路商与先前该公司在办公室设备上所建立的通路,除了在欧洲市场名列前茅外,SEIKO EPSON在中国大陆也颇有斩获,占有率约30%。另外投资210亿日圆扩充高温多晶硅产能,预定月产能将可由30万片,扩增为45万片(包括0.7吋、0.9吋、1.3吋)。


SONY

1999年出货量约十万五千台,预计2002年出货目标为二十万台,销售区域方面,欧美各占40%,其他占20%,未来会加重中国大陆的比重,占有率方面,在欧洲为12%、北美为10%、日本10%、中国13%,该公司的特色在于具有丰富的产品现与优势的研发设计能力。除了LCD投影机外,SONY也介入DLP产品,除了传统的AV通路外,SONY在美国市场也开始使用电子商务来销售。


产品销售比例为:10%以下为固定安装型,会议室型占50%以上,余下的大约40%为轻便可携型。


目前高温多晶硅的LCD面板外售比率约为65%,月产能将于2000年中扩充15%,达到15万片。


SHARP

SHARP自1989年便开始生产投影机,占有率一直名列前茅,然而面临投影机激烈的竞争,市场占有率也逐渐下降,因此SHARP的管理阶层开始着手进行一连串的改革,首先将将投影机部门从『LCD数字系统部门』,独立出来,并锁定三个目标市场data投影机、家庭剧院与内投影机,预计2000年投影机营收为300亿日圆。


三洋

1999年液晶投影机营收成长35%,并与Interlink Electronics共同成功开发全球首款支持「蓝芽」无线传输规格的液晶投影机,预计于明年春季,正式将该款产品商品化上市。


国内发展现况

上游零组件方面,生产镜片与镜头的厂商包括:先进、保胜、益进、亚洲光学等,目前在定焦镜头方面国内已能自主供应,部分高阶变焦镜头则由国外供应,由于开发一个镜头的模具成本相当高,厂商便常会面临下游投影机业者变更规格与出货量无法确定的影响,造成模具开发的损失,另一方面由于数字相机的快速成长也会占用到部份投影机用镜头的产能,未来镜头供给是否充裕,也是系统厂商必须考虑的问题;分光镜所牵涉的镀膜技术在国内发展也已有一段时间,以国内的技术水平供应投影机所需的分光镜也不成问题,厂商包括:先进、益进、清盈等;合光镜则因技术层次较高,由国外供应居多;光源方面,目前全仰赖进口,国乔光技则预计于今年第四季推出产品;LCOS方面,近期碧悠、激态与micropix联合投资成立一家生产LCOS的公司,碧悠欲结合自身在LCD制程上的技术与micropix在LCOS上的研发经验发展该产品,而台湾微型影像在投入研发一段时间后,近期也宣布建构量产线,由于LCOS面板除了先前的联电与联友有相关的量产经验外,并无较具规模的厂商投入,因此面临一些不确定性,未来上述厂商量产后的情形,值得观察;电源供应器方面,由于台湾是生产电源供应器的重镇,因此供应较不成问题,只不过投影机所需的规格通常较特殊,技术层次也比一般信息计算机用的产品要高,国内厂商限于市场规模因素并未大举投入,厂商包括:台达电、康舒等;控制IC方面,目前主要供货商为日商Seiko Epson,国内的旺宏因在视讯多媒体IC的技术以相当成熟,再加上近期大举投入LCD监视器控制IC的生产,电路设计与制程相似的投影机控制IC的生产自然也不成问题;另外精碟也开始生产内投影电视所使用的屏幕。整体来说,投影机的关键零组件除了灯泡与LCD面板完全赖进口,其余都能自制。


国内投入投影机的厂商大致可分为几类:以投影机为主力产品的厂商包括:慧生大亿、捷扬、前锦、创日等与以相关光电周边产品发展为主轴的厂商包括:中强光电、明 痋A台达、华映、致伸、世界颠峰、诚洲、青云、鸿友等,前者投入的厂商又多介入附加价值较高的光机引擎制造,后者加入的厂商除了看准未来投影机的发展前景外,基于分散产品风险与多角化也是主要考虑,从近期加入者不乏从事传统扫描仪与监视器的厂商来看,上述旧有产品线的毛利(多在10%以下)不断被压缩来看,积极转向较高毛利(一般可达20%以上)的投影机产品亦是公司的产品策略之一。


《表二》 - BigPic:566x331
《表二》 - BigPic:566x331

就制造型态可分为:外购光机引擎组装、光机引擎制造、整机制造与代理商品;就销售型态可分为OEM与自有品牌。各有不同的经营特色,外购光机引擎的附加价值在于电路与外观设计,以现在LCD面板缺货的情形短期无法解决的状况下,外购光机引擎倒可以解决此一难题,另外由于台湾是监视器大国,相关的视讯电路设计人才与技术不虞匮乏,进入障碍较低,专利问题也较少,因此多数厂商会先选择此种模式,但缺点是附加价值较低,以光机引擎所占成本比重高达70%以上来看,后段所能再赚取的利润有限,因此出货量是否购大成为获利的关键;光机引擎制造,则是属于高附加价值的一环,国内专业的厂商并不多(主要以慧生、大亿为代表),但以国内厂商擅长的『反向工程能力』来看,将来系统组装厂商有可能向上整合,加上专业的光机引擎制造人才也不容易寻找,这些都是必须克服的问题;整机制造结合光机引擎制造与电路组装,所需的技术与人力更高,零组件较多,因此要更多的购料成本与库存资金,同时也面临大型通路商较严苛的付款条件,因此要有较佳的存货与现金流量管理;代理商方面,所重视的是营销策略、售后服务、存货管理与代理产品的选择。


就销售型态来看,走自有品牌路线的附加价值虽然较高,由于需要强大的营销通路、售后服务、促销费用与流动现金因此除非公司规模较大或是利用其他产品既有的通路,否则对一般中小企业是不太可行的;OEM似乎是目前厂商可以走的策略,但是LCD面板缺货的问题若无法解决,要接到国际大厂订单似乎也是一大难题,目前国内新进的厂商主要以OEM为主,大厂如中强光电与明 痋A走的模式相似,LCD投影机主要为自有品牌(较多)与OEM,而DLP则以OEM占大多数。


因此另一项替代产品LCOS投影机便成为众家厂商希望所系。整体来说投影机主要的经营重点在于:关键零组件的掌握能力、技术人才的培养、OEM/ODM的接单能力、Time to market 的速度、Cost Down的能力等。


结论

展望未来,投影机在厂商纷纷加入之下,价格竞争在所难免,根据以往的信息电子产品的经验,价格下滑速度太快的产品皆会给台湾带来OEM的机会,以现阶段来说,这个效应还不明显,除了厂商生产规模不大,无法形成规模经济外,占投影机成本极大的LCD面板掌握度不够、相关技术研发人才不足,因此成本优势短期内无法显现,相信未来LCD面板的供应若能有所抒解与LCOS的发展有所突破,台湾的成本优势才能展现。整体来说,投影机在台湾发展的历史较短,相关的技术、人才与资源较为缺少,但相信在国内众多厂商持续加入的情况下,相信会对台湾显示器产业注入新的一股成长力量。


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