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投影技術玩到底
3LCD、DLP兩大投影技術比一比

【作者: 王岫晨】   2005年04月01日 星期五

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「走!去看電影吧。」電影院的聲光效果精彩且極具震撼力。但是,你有時間在電影院裡耗上兩、三個小時嗎?那不如待在家裡用PC或電視看DVD影片。只是,呆板的小螢幕侷限了影片的特技效果,讓人無法忍受。如果客廳空間夠大,並且具備不錯的音響設備,那麼,只要添購一台投影設備,便能讓你在自家客廳裡,輕鬆享受和電影院同等級的視聽享受。


近年來,由於平面顯示產品的大型化障礙逐漸被先進的技術所克服,因此大尺寸平面顯示器之應用領域已擴展至家用市場,並發展出如家庭劇院等用途。放眼現今市場上之平面顯示產品,除了PDP電視,LCD顯示器也從過去NB、PC用途擴展至家用電視,而各項投影技術的應用也從前投影市場延伸至背投影顯示器市場,這也讓平面顯示市場呈現百家爭鳴之勢。而投影技術能提供更大尺寸與更具震撼效果的視覺體驗,因此日漸受到消費者之青睞。


兩大投影技術分庭抗禮

現今市場上的投影技術相當多樣,其兩大主流技術分別為LCD(Liquid Crystal Display)與DLP(Digital Light Processing)。LCD與DLP投影技術又分為單片式與三片式,LCD投影技術目前均以三片式為主(因此業界廣泛以3LCD技術稱之),DLP則是以單片式最為普遍,三片式DLP投影技術多用於價格昂貴的高階應用,如數位劇院。投影顯示器若依投影方向不同又可分為前投影顯示器(Front Projection Display)與背投影顯示器(Rear Projection Display)等。


兩項投影技術中,以3LCD之發展最早,且其技術非常成熟,所呈現的畫面效果與色彩飽和度非常令人滿意。也因此,3LCD投影機非常適合色彩豐富的影像和動態畫面的輸出。而隨著投影市場的發展,大量商務應用也加速了投影機在小型化與高亮度上的突破,因此2002年許多可攜式投影機也紛紛見世。2004年,以德州儀器(Texas Instruments;TI)DLP投影技術為主的商用與家用投影機之全球市佔率也突破47%,幾乎與3LCD陣營之市場佔有率不分軒輊。據日本市調單位TSR的數據顯示,2004年DLP產品出貨超過260萬台,而太平洋媒體協會(Pacific Media Associates;PMA)也統計,DLP產品2004年第三季市佔率便提高8%,第四季更增加至14%。在產品佔有率方面,2004年3LCD與DLP產品的市佔率分別為53%與47%。從幾乎平分秋色的佔有率來看,兩大陣營互相較勁之意味相當濃厚。


下文中將以Epson之3LCD投影技術與TI之DLP投影技術為例,介紹其優點與應用領域。


3LCD

三片式LCD(3LCD)之技術架構係採用體型極小的高穿透式高溫多晶矽(High-Temperature Poly Silicon;HTPS)LCD顯示面板,利用分光原理,由分光濾鏡將影像光源分為紅、綠、藍(R、G、B)三色光,再分別透過投影機內部三片LCD面板將影像重疊聚合成一全彩的影像,最後透過鏡頭將影像投射至螢幕上。


3LCD投影技術特色

3LCD投影技術將顏色聚合後,其色彩非常正確,不會有色分離(Color Breakup)的現象產生,具備明亮、自然與柔和等優點。其三大特色分別如下:


自然的影像(Natural Images)

3LCD投影系統可準確控制R、G、B三色並構成影像之畫素,因此可讓使用者觀賞更自然生動的畫面,如人類膚色表現或黑色之色彩梯度均可細膩的呈現。


柔和的影像(Gentle on the Eyes)

由於畫面是由R、G、B三片不同色彩的HTPS LCD面板所投射出的影像所構成,因此快速移動畫面與影像將不會出現如彩虹現象(rainbow effect)等色分離現象。


明亮的影像(Bright Images)

3LCD是將燈泡發出的光線分離成R、G、B三種顏色的光並分別通過LCD面板聚合投射成像。由於三色光為同時投射,因此其光效率非常高,使用者可以觀賞明亮且清晰的影像。


為了提供更為明亮的影像,Epson利用了兩項自身專利,一是Lens Array(累計透鏡),一是PS Converter(極化偏光轉換元件)。


Epson電子零件事業群電子零件技術服務部顯示技術經理張德群表示,一般燈光打出之後,中間部份都會比起周圍來得明亮,加上Lens Array之後,能將光線均勻分佈,因此中間部份與四周之亮度會更接近,不但可節省光源,並增加約40%的亮度。此外,雖然光是四散的,但其仍可分為垂直軸向與水平軸向兩方向之向量,若使用偏光鏡片會將某方向光線完全阻隔,並不適合需求高亮度的投影機使用,而PS Converter可將光源軸向改變,讓垂直光源完全轉變為水平光源,因此光源亮度可加倍。


DLP

DLP意即數位光處理,這種投影技術先把影像訊號經數位處理後,再把畫面投影出來。DLP之技術核心是由TI所開發的DMD(Digital Micro-mirror Device)數位微型反射鏡元件來處理畫面資訊,這是在CMOS的標準半導體製程上,加上可改變角度的微鏡片以控制光線之反射。DMD晶片上以矩陣排列許多微鏡片,而一個微鏡片就代表畫面中之一個畫素,例如解析度為XGA(1024 × 768)的DMD晶片上,就會有1024 × 768個微鏡片。


亮麗的視覺享受

影像不失真

DLP投影技術能利用微鏡片提供清晰、正確且不失真的影像。DMD微鏡片之間藉由緊密的編排,其間隔可小於一微米(micron),因此影像之畫素與畫素之間幾乎無法察覺其縫隙,可以避免影像之像素化(pixellation)與紗窗效應(screen door)現象。另外DLP的動態對比技術(Dynamic Black),可讓畫面之暗部細節非常明顯。DLP晶片監控並改變色彩的變化,其動態調整的方式讓消費者可看到更多暗部細節,最高的對比度可達到6000:1。DLP並可解決類比電視惱人的烙印(burn-in)效應。


畫面明亮

DMD微鏡片能夠將更多的光源帶至螢幕上,以提高光效率,不論是家用視聽產品或商業簡報用途均可提供充足的亮度。而在數位劇院的用途上,其影像亮度更可達到15000流明(ANSI lumens)。


色彩豐富

不論是背投電視或家庭劇院,DLP投影技術均可提供更為深邃的暗部細節與色調,而DLP Cinema投影技術更可提供高達35兆的色彩,幾乎是現在電影院中類比投射技術的八倍之多,且全球已有285家電影院採用這種投影技術。其優點是電影所呈現的影像正是導演希望觀眾所看到的,不會有傳統電影母帶拷貝的影像變質問題。


更具魅力的產品特色

更小體積

DLP投影技術僅需一片DMD晶片核心便可以快速調變影像,如此可讓產品體積更小巧,光線更明亮,並空出更多的空間以供系統商加入其他功能。因此設計人員可集中心力在如何讓產品更小巧優雅。不但客廳中的DLP背投電視可省下不少空間,商務人員也可攜帶輕巧的行動投影裝置輕鬆進行簡報。


可靠性

DLP投影系統較不易因為高溫、潮濕與震動等環境因素而影響影像品質。


多變性

DLP投影系統全數位影像處理方式可提供更多彈性,不論是觀賞電視、家庭劇院、上網、玩電子遊戲或瀏覽數位相機之影像,通通可利用DLP投影系統完成。


兩大技術比一比

3LCD投影技術中關鍵的LCD投影面板,目前全球只有兩家廠商可以生產,分別為日本的Seiko Epson與Sony。該兩家廠商領導3LCD技術開發,其產品從低階到高階,從商用到家用,清一色均使用3LCD投影技術,並受許多知名廠牌歡迎。但另一方面,目前全球也有超過75家廠商採用DLP技術生產背投影電視與投影機,而目前市場上背投電視與投影機僅DLP機種就超過350款。在2003年時,DLP背投影電視只有18種,現在已有50種不同的品牌。且DLP背投影電視在美國市佔率已達18%。3LCD陣營面對DLP陣營的快速崛起,尤其在行動簡報等商用機種的坐大,於是利用在亮度、解析度及體積縮小等方向之改善、調降HTPS LCD面板價


格等積極作為以繼續保有其在投影市場上之主導優勢。


產品差異性

對3LCD投影技術來說,由於晶片技術上的差異,對於高亮度如2500或3000流明以上之需求都可以輕鬆達成。Epson電子零件事業群電子零件技術服務部執行經理高英億指出,以現今家用投影機對高畫質與高品質的需求來看,3LCD是優於其他投影技術的。台灣廠商較少發展自有品牌,而是以系統組裝為其強項,其優點是組裝速度快、出貨快,且價格也可壓低。然而3LCD投影技術在光學引擎生產中的良率、光學噪訊或製程上的模組化問題需要技術經驗的累積才得以解決,因此也令許多廠商敬而遠之。3LCD投影技術並非由單一廠商提供,能讓產品具備更大的差異性,而主要廠商如Epson之產能已經在2004年底完成擴充,未來也將更具備足夠技術能力以充分支援系統廠商生產,這對所有對3LCD技術有興趣的廠家來說,無疑是個好消息。


另一方面,雖然DLP技術均由TI所提供,然而TI並沒有自己的品牌,只提供技術部份,不會發生與自身客戶競爭的情況,加上DLP之技術特性適合台灣廠商生產,因此DLP日漸受到台灣系統廠商的青睞。德州儀器DLP產品亞洲區業務總監Eric Braddom表示,DLP技術本身僅為一個光學元件,而就整個產品來說,很多部份需要客戶自己去完成,也可藉此提高產品的差異性。對TI來說,DLP技術最大的優勢在於客戶。由於不同的客戶發展不同的市場與產品,比如隨身攜帶型投影機、視訊投影機或劇場用的投影機。因此DLP技術重點在於客戶可在自己的利基市場做創新。相對於3LCD悠久且成熟的發展歷史,DLP年紀尚輕,將來仍具創新的機會,並滿足市場供需。


壽命與亮度

若單純比較投影核心的壽命,DLP之DMD晶片由於是半導體製程,比起LCD顯示面板稍佔優勢,其畫質與色彩穩定,不會隨著時間與使用次數而降低影像色彩與品質。但若以整機壽命進行比較的話,由於DLP投影技術倚靠高速旋轉之色輪,只要一開機便不停高速轉動,因此色輪馬達之耗材壽命問題也成為消費者考量的重點之一。另外,光效率也會影響消費者購買意願。過去LCD技術常見光耗損的問題,經過Epson改良HTPS LCD面板製程,提高LCD開口率後已獲得解決。而DLP技術在投射單一色光時會阻隔其他兩種色光,也將影響其光效率。三片式DLP光效率最佳,但其價格昂貴,是屬於高階應用的產品,例如電影院所使用的純數位放影機就是三片式DLP投影設備。


當3LCD與DLP兩種投影機所投影出來的亮度相同時,DLP投影機所需之燈泡瓦數相對較高,由於高亮度金屬燈泡的溫度非常高,散熱效果的好壞將對燈泡壽命產生相當大的影響,而散熱時所產生的風扇噪音問題,也是投影機往後亟待克服的重點。此外,LCD投影面板會隨著使用年限增長稍微影響畫面品質,而DLP由於是採用數位方式播放,因此其影像品質較不易隨著時間而變化。


噪音與體積

3LCD與DLP投影機各擁市場,過去由於3LCD投影技術的先天限制,因此可攜式機種是由DLP投影技術以其小巧體型佔有絕大優勢,然而藉由3LCD投影技術的不斷改良,可攜式機種由DLP獨大的局面已不復見。輕巧體型小的投影機主要問題在於噪音大。投影機主要的噪音來源為其散熱風扇,而DLP投影機由於需要另一顆高速馬達來轉動色輪,因此開機後同時有兩顆馬達在機體內轉動,噪音問題較僅有散熱風扇馬達的3LCD投影機稍大。另外,體形大的投影機因為易於散熱,故風扇馬達轉速較低,透過其內部效果良好的隔音機制,相較於體積小巧的可攜式投影設備,更可達到安靜的效果,所以家庭劇院均為體型較大的產品。


投影技術進軍平面顯示市場

除了辦公室與家庭應用之外,投影技術另一主要應用領域是背投影電視,特別是50吋以上的機種。大尺寸平面電視現今主要有LCD、PDP(電漿電視)與背投影三種技術。LCD電視的發展由於TFT-LCD面板的技術瓶頸而受限,和一般PC用的LCD監視器相較,最大差異在於LCD電視對亮度與反應速度的要求較高,並以寬螢幕及尺寸大型化為產品主要訴求,而其標準化製程則提升了LCD電視的競爭優勢。但既使是七代面版廠所生產出來的玻璃基版最多也只能切出兩塊50吋以上的面版,且其價格非常昂貴。因此目前LCD電視發展主要均以40吋以下的平面顯示器市場為主。


PDP電視是利用惰性氣體在真空中放電所產生的電漿效應,藉由激發玻璃管壁上的螢光粉發出可見光來產生影像。其優點為尺寸大、體型薄、廣視角與體積輕等,但無標準化製程與價格昂貴為其最大弱勢。


至於背投影電視,則是將投影裝置放置於機身中,將影像經過反射投影在屏幕上以產生影像。早期主要的CRT投影技術,由於聚焦清晰度、解析度與明暗對比均不足,因此已漸漸被其他投影顯示技術取代。


背投與LCD夾擊 PDP屈居弱勢

比較這些大尺寸平面顯示器,LCD電視、PDP電視與背投影電視在性能表現上各有優劣。PDP電視與背投影電視主要專攻50吋以上大尺寸顯示器市場,LCD電視目前則以40吋以下市場為主。日後隨著價格的下滑與面板尺寸的突破,三者間之差異將漸趨縮小。也因此,使用者對價格與畫質表現的要求將決定何者能在此一市場中脫穎而出。


與CRT電視相比,目前LCD電視的價格仍高,因此市場無法大幅度攀升,但未來隨著價格下滑,預計在大尺寸顯示器中的成長速度將最為快速。PDP雖然發展較LCD電視為早,但礙於價格昂貴,因此僅得到金字塔頂端消費族群青睞,但由於LCD面板尺寸的增大與產能的大量開出,將明顯壓縮其生存空間,除非PDP能夠降低價格,否則難以維持市佔率。


以42吋的LCD與42吋的PDP電視來做比較,雖然PDP電視較為便宜,但將來LCD電視的價格下降速度將更快。另外,以單位尺寸的成本相較,投影技術價格更為經濟。以北美市場為例,由於數位電視發展較成熟,客廳中以內投影電視為中心的家庭娛樂平台,尺寸都在47吋以上,且同時兼具電視、DVD播放以及家庭數位影像中心的功能,單位成本相對LCD電視或PDP來說,更為吸引人。對於PDP生產商來說,需時時刻刻注意其產品良率,而背投影電視重點在其光學引擎,系統商可輕鬆量產。因此將來PDP電視在面臨上有背投影電視的壓力,下有LCD電視進逼的狀況下,其生存空間也將受到壓縮。


背投影電視前景看好

值得一提的是,今天越來越多的電視節目(如Cable新聞台)開始使用子母畫面,小小的子畫面在小尺寸電視螢幕上播放讓使用者觀賞起來非常不舒服,而大尺寸的投影電視可讓畫面更賞心悅目;另外,數位電視的開播更推昇了背投影電視的市場,特別是效能與畫面品質改善,使得越來越多消費者轉而使用背投影電視。背投影電視最大優勢便在於單位尺寸的成本較為低廉,一旦克服了體積、重量及光源壽命等問題後,在大尺寸顯示器市場中,其成長前景將無可限量。


投影技術新興應用

DLP

All in One即時劇院(Instant Theater)

運用DLP技術的即時劇院投影產品,可讓消費者以同一款產品便可擁有家庭劇院的享受。Eric Braddom表示,即時劇院產品是結合DLP投影機、DVD播放器和音響系統於一身的平價產品,免除連接零件與接線的困擾,主要針對消費者鍾情大螢幕、價格合理與操作簡單等需求而設計,只要一個按鍵就可以輕鬆享受電影院般的震撼效果。


攜帶方便的口袋型投影機

DLP口袋型投影機結構小巧,體積只有121×47×97mm,重量僅400克,以電池驅動,利用LED光源(發光二極體),因此不必熱機,一開機便可使用。可用於觀賞電影、數位相片及電動遊戲等。


3LCD

結合無線傳輸的多媒體液晶投影機

Epson的無線傳輸多媒體液晶投影機,是第一部對應802.11g無線傳輸規格的投影機,將傳輸速度由過去11Mbps提升到54Mbps。另外,配合NON-PC時代,以隨身碟、記憶卡隨插即讀的功能,可讓簡報更輕鬆。透過無線數據傳輸技術,其資料傳輸速度可比同類產品提高四倍,讓影像傳送更為流暢。而一部NB也可同時與四部投影機做作無線連接,方便使用者於會議中清楚陳述內容。


結語

用戶需求增加、製造成本下降、技術不斷創新與新產品相繼問世,均使得投影產品的普及率不停攀升,應用範圍也不斷擴展。而更為寬廣的發展空間也讓投影產品的定位從過去昂貴的專業設備轉變為現今大眾化影音產品。未來隨著技術的進步,投影市場肯定會有更多精彩的產品,值得消費者引頸期待。


延 伸 閱 讀

外觀大體相同的投影機因所使用的顯示元件的不同,內部的光學系統各異,有著不同的種類。現在市場上推出的投影機大致可以分為以下3種方式。相關介紹請見「投影機三大投影技術結構原理分析」一文。

慧聰網教育行業. 縱觀投影機技術的當今局勢,早已是時過境遷,江山易主了。CRT由紅極一時走向末落,逐漸被人遺忘。 你可在「點評投影技術LCD與DLP誰人稱霸2005年」一文中得到進一步的介紹。

說到投影機,就不能不提到投影技術,正式由於各種投影技術的不斷成熟,才使得如今的投影機功能越來越強,價格越來越低廉。在「投影技術簡單素描-投影機三種常見的實現技術」一文為你做了相關的評析。

最新消息

SONY公司利用MEMS(microelectromechanical systems微機電系統),開發出來了一種新型基於光柵閥技術(grating-light-valve)的投影原型機。相關介紹請見「投影技術再邁新台階,達到3000:1」一文。

2003 年的回顧,我們將發現2004年投影機行業的技術發展起源於2003年提出的一系列想法,比如“梯形校正”“無線功能”“sRGB”等技術概念,甚至“經濟型投影機”的市場前景分析。你可在「暢想2005投影技術什?技術令人關注」一文中得到進一步的介紹。

未來幾年內,3LCD技術將不斷進步,3LCD產品供給量也將持續增加,3LCD集團將通過各種宣傳活動推廣3LCD。在「眾廠商力推3LCD投影技術」一文為你做了相關的評析。

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