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LCOS投影技術探討

(2002/10/25 由寶來證券提供)

研究標的:

結論：

LCOS技術是結合了半導體與LCD技術，就技術面來看，具有高解析度、高亮度的特性，加上產品結構簡單，亦具低成本潛力，將是數位投影技術中的明星級產品。
就技術開發進度來看，LCOS目前仍處於研發階段，量產技術尚未成熟，在面板供貨上仍不穩定。
現有LCOS光學引擎在產品重量、亮度上仍不甚理想，現階段在前投影機競爭力較弱，不過由於具備高畫質特性，目前呈現二極化發展，一是朝大尺寸的背投影電視，這是目前LCOS的主流應用產品，另一則往小尺寸的高階可攜式產品面板發展。未來在量產技術克服、成本降低後，將有機會成為前投影機的主要技術之一。
國內廠商投入LCOS動作相當積極，其中以聯電帶頭邀集的LCOS聯盟最具代表性，不過目前一樣受限於技術未成熟，整體開發進度落後，目前尚未傳出具體的量產消息，不過在眾多廠商整合上下游研發資源的情況下，LCOS的產品預料將會越來越多，不過應著眼於長期開發的心態，短期不易有爆發性成長的機會。

LCOS投影技術：

投影機技術基本顯影原理相仿，主要是由鹵素燈、或氙氣燈等發光，集光至面板，將面板的影像經反射或透射投射出影像，再經過分光、合光系統，最後將影像投射到屏幕顯像。LCOS(Liquid Crystal on Silicon) 為投影技術的新興技術，由於在發展高解析度具有相當優勢，因此自2001年吸引國內眾多業者投入，國內業者在聯電帶頭組成LCOS聯盟下，將促使國內業者得以整合彼此資源，因此國內業者有機會藉由LCOS技術的開發，加強在投影機及背投影電視的競爭實力，然而從LCOS聯盟成立迄今已逾一年，不過似乎仍未見到較具體的量產成績，故在此就LCOS產業進行探討。

LCOS是結合半導體與LCD技術的投影技術，LCOS光學引擎是由光源模組、LCOS面板、分光合光系統、…等組成，而LCOS在這多項技術中，以LCOS面板及光學引擎架構技術最為關鍵。

壹、LCOS面板：

LCOS面板的結構有些類似TFT LCD，一樣是在上下二層基板中間撒佈Spacer以加以隔絕後，再填充液晶於基板間形成光閥，藉由電路的開關以推動液晶分子的旋轉，以決定畫面的明與暗。LCOS面板的上基板是ITO導電玻璃，下基板是則矽晶圓CMOS基板，LCOS面板最大的特色在於下基板的材質是單晶矽，因此擁有良好的電子移動率，而且單晶矽可形成較細的線路，因此與現有的HTPS LCD及DLP投影面板相較，LCOS是比較容易達成高解析度的投影技術。

圖一 LOCS面板結構圖

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貳、LCOS光學引擎架構：

由於LCOS技術仍在起步階段，目前並無標準製程，所以有多家廠商開發出不同的LCOS光學引擎架構，比較具有代表性的廠商有：IBM、ColorQuad、Philip、Hologram、…，而這十餘種技術各有優劣。在這些不同的技術中，可概分為三片式及單片式二大類，說明如下：

一、三片式光學引擎：

LCOS光學引擎目前以三片式為主，三片式是將光源經分光稜鏡將光束分為紅、藍、綠光後，再分別將光束投射入三片LCOS面板，將投射出的三色影像經過合光系統加以結合形成彩色影像。就Nikon設計的IBM 4-Cube光學引擎架構來看，由於三片式LCOS光學引擎除了需要三片面板外，並結合多項的分光、合光光學系統，因此體積較大、成本也較高，不過由於可以達到較高的光學效率，又具備高畫質的特性，因此主要是朝高階的專業用途發展，主要的產品以JVC的多款投影機為主，除此之外，三片式光學引擎還有ColorLink採用的ColoRQuard架構、Philips的Prism架構，致伸發展的Dichroic-PBS架構，及Unaxis的ColorCorner架構、…等。

圖二 IBM 4-Cube光學引擎架構

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資料來源：工研院光電所

二、單片式光學引擎

單片式Color Wheel光學引擎則是以快速旋轉的ColorSwitch將白光形成循序的紅、藍、綠光，並將三原色光與驅動程式產生的紅、藍、綠畫面，同步形成分色影像，再藉由人眼視覺暫留的特性，最後在人腦產生彩色的投影畫面。類似的技術有：Displaytech發表的Field Sequential Color、Philip所採用的Scrolling Color-Rotating Prism架構、及JVC採用的Spatial Color – Hologram架構。

單片式的最大優點就是因為面板數僅需一片，加上分光、合光的系統架構比較簡單，因此在成本上較具競爭優勢，而且光學引擎的空間也相對較小。然而目前在技術上面臨一些困難，以Color Wheel而言，白光經偏極化後的光源僅為先前的1/3，亮度明顯降低；此外，由於LCOS面板得在紅、藍、綠畫面快速的切換下合成影像，因此面板反應速度的要求更高，使得生產的難度也相形提高。

圖三 Color Wheel光學引擎架構

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資料來源：工研院光電所

LCOS投影技術特色：

與LCD、DLP投影機技術相較，LCOS投影技術具高解析度、高亮度、及低成本潛力，為投影技術的明日之星。

壹、高解析度：

LCOS投影技術最大的特色在於其面板的下基板採用矽晶圓CMOS基板，由於下基板的材質是單晶矽，擁有良好的電子移動率，而且單晶矽可形成較細的線路，因此比較容易達成高解析度的面板。

貳、高亮度：

LCOS為反射式技術，不會像HTPS LCD光學引擎會因為光線穿透面板而大幅降低光利用率，因此光利率率可提高至40%，與穿透式的HTPS LCD的3%相較，可減少耗電，並可產生較高的亮度。

參、低成本：

LCOS光學引擎因為產品零件簡單，因此具有低成本的優勢，再加上台灣廠商大舉投入，相較於由Seiko Epson, Sony供貨的HTPS LCD面板、及德儀(TI)獨家供應的DLP面板，LCOS具有快速走低的供貨環境。

然而LCOS技術本身，仍有許多技術問題有待克服，諸如：黑白對比不佳、三片式LCOS光學引擎體積較大。雖然LCOS擁有一些技術上的優勢，不過目前在市場上LCOS投影機仍佔少數，主要問題在於量產技術尚未克服，零件供貨上仍不穩定，因此LCOS仍需假以時日才能成為投影機的主流技術。

表一　三大投影技術優劣勢比較

技術	LCD	DLP	LCOS
優勢	．中央與四周的亮度、焦距均一．製程技術較完整．具備量產技術．光學引擎結構較簡單	．反應速度快．易於輕型化．光利用率高．高解析度	．解析度提升較容易．可利用半導體製程大幅降低面板生產成本．開口率提高．高解析度
劣勢	．光利用率低．開口率低．散熱問題．黑白對比較差．動態顯示受限	．需高密度、小體積光源．製程複雜．良率低．僅TI提供晶片組	．黑白對比較差．不利於輕型化．較高光學元件成本．影像對比較差
潛在威脅	面板來源受限於SONY、EPSON	TI目前較少將產品外賣	LCOS的良率有待進一步提高

資料來源：寶來證券整理;資策會MIC

LCOS產業現況及發展趨勢：

以目前主要的投影機技術LCD、DLP、LCOS而言，LCOS屬於新興的投影技術，由於LCOS的技術尚未成熟，生產良率仍然偏低，面板供應仍不穩定，因此目前在市面上的量不多，預估到2003年佔總體前投影機0.8%。

相對於目前的主流技術LCD及近期相當熱門的DLP面板投影技術而言，LCOS仍難與其抗衡，不過因具有高解析度、以降低成本的低價的優勢，LCOS則仍是相當被看好的投影技術之一，只不過受限於目前量產技術仍未成熟，短期內在投影機產業三大技術中仍暫時屈居第三。

LCOS在技術克服後，將是相當具有競爭優勢的投影技術。不過在目前的情況下，LCOS有朝二極發展；大尺寸的背投影電視、與小尺寸的高階可攜式產品。未來在量產技術克服、成本降低後，將有機會成為前投影機的主要技術之一。

壹、現階段以背投影電視為主

雖然LCOS面板技術相當具有潛力，不過就技術現況來看，LCOS雖然在解析度上優於LCD及DLP技術，然而在重量、亮度及對比上均較為不如，加上在良率偏低的情況下，仍然不具成本優勢，因此目前LCOS在前投影機產品中較不具競爭力，不過在畫質要求較高、體積較大的背投影電視而言，提供LCOS較佳的成長空間，也是目前LCOS技術比較看得到的營運實績。就以LCOS技術較為領先的JVC而言，其主要的應用產品即以背投影電視為主。LCOS技術以其高畫質的優點，加上耗電量低於PDP電視，因此在背投影電視具成長潛力。

圖四 LCOS背投影電視出貨量

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資料來源：Stanford Resources; 工研院經資中心

貳、朝小型化(可攜式產品面板)高階應用發展

由於LCOS面板尺寸小、解析度高、耗電量低，因此可以取代LCD在一些高階可攜式產品的面板需求，以DSC而言，已有Minolta以LCOS面板取代LCD面板，如果LCOS成本可以有效降低後，將有機會進軍高階可攜式產品發展。

國內LCOS廠商發展狀況：

由於LCOS投影技術尚未成熟，國人此時介入LCOS技術的開發，將有機會能與美、日、韓大廠一爭高低，可以擺脫在LCD、DLP投影技術上受制於人的情況，因此國內廠商投入LCOS技術開發相當積極，其中尤其以聯電所主導的LCOS聯盟最引人注目。

相較於HTPS TFT及DLP面板掌握在國際大廠手上，由於LCOS技術仍處於起步階段，國內業者此時投入，將有機會在LCOS面板供應上佔有一席之地，此聯盟主要目的即是希望藉由上下游合作，整合彼此的研發資源，以即早解決LCOS關鍵技術的開發。

表二聯電LCOS聯盟廠商

發展部位	參與廠商
LCOS面板設計	Aurora
LCOS基板代工	聯電
液晶封裝	Veritronics、碧悠
投影機相關零組件	國喬光電(燈泡)、亞洲光學(光學元件)、光群雷射(光學元件)
投影機光學引擎與整機製造	中強光電、明碁電通、大億科技、台達電子、光峰科技、前錦光電、

以LCOS的技術優勢來看，在量產技術克服後，投影技術將呈現LCD、DLP、及LCOS三足鼎立之勢。不過就目前三大技術的開發進度來看，LCOS仍是處於研發階段，要有大幅的成長，目前看來仍嫌太早。就以近期的展覽會中推出的投影機產品來看，仍然是以DLP強調超可攜(Ultra-Portable)為重點，LCOS產品仍屬少數，

就聯電所組成的LCOS聯盟來看，在產品開發進度不如預期的情況下，聯盟的聲勢不如當初，友達在去年底即已退出LCOS聯盟，整機製造的廠商也不若當時的積極。加上DLP以其輕薄短小的特性，近期在商用可攜式投影機市場崛起，成為投影機產業的耀眼的明星級產品，今年國內許多投影機業者也相繼投入DLP投影機陣營行列，這使得LCOS的聲勢相較不如DLP搶眼。

就關鍵零組件LCOS面板而言，聯電轉投資15億元成立聯誠光電，已製造LCOS面板為主，自2月份投產開始，至今累計出貨僅2,000套面板，日前聯誠光電展示5款MicroView LCoS背投電視，不過這樣的量基本上僅提供下游客戶作研發、測試用，離量產應該還要再經過一段時間，而最主要因素仍在於良率偏低，據了解，目前LCoS面板良率仍無法突破20%，光機系統廠商良率也未達40％的良率水準，這也不難瞭解為何雖然LCOS技術面上具有如此的優勢，然而現今卻有部分聯盟成員仍然轉而投入DLP研發。

LCOS應用目前看來第一波的市場將以背投影電視為主力，不過LCOS強調的高畫質仍比較不容易找到著力點，目前市場主流以解析度460與720的背投影電視為主，而LCOS標榜的高解析度1080，市場需求仍不明朗。雖然許多國際大廠已陸續推出新產品，不過由於良率問題，目前的高價位使LCOS仍只局限在高階市場，要能有效開拓市場，產品價格必須要能有相當大的降幅。因此，就目前看來，國內廠商對LCOS的商機應抱持長期開發的心態，短期不易有爆發性成長的機會。

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