實現可攜式投影技術的關鍵

    最近幾年來，手機與電視結合的趨勢下，已經使得行動電視變成流行趨勢，因此在市場對于手機多功能不斷的要求下，目前各手機大廠已經規劃在手機中加入投影的功能，讓行動電話創造出更多元化的應用。

　　－LED光源與雷射光源

　　目前手機大廠對手機投影功能具有高度興趣的原因，主要是由于信息系統的精簡化、整合化的發展趨勢。整合了投影功能的行動電話，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，同時還能用于商務簡報等用途，大幅拓展了行動電話的應用范圍。

　　會出現這樣變革的另一原因是，現有投影機產品已屆臨市場飽合度的問題，每年市場銷售成長率相當有限；但是反觀行動電話應用，愈來愈多的多媒體功能，如MP3音樂播放、數字相機、數字攝影機…等，逐漸都已被整合至行動電話之中；但行動電話有限的體積，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，就是促成行動電話銷售量再次躍升的關鍵之一。

　　再加上目前行動電話市場已達到10億支的規模，對于行動電話廠商、投影機廠商而言，如此龐大的市場商機，顯然就是放在眼前的肥肉，焉有視而不見的道理。

　　相關業者積極開發投影功能行動電話

　　目前市場上具有投影功能的行動電話數量極少，且價格大約在20萬日圓左右，只能算是還在測試市場水溫的高價奢侈品。因此，低于10萬日圓、甚至低于1萬日圓的低價投影行動電話，才是業者所期待的目標，因此，相關組件廠商已經計劃將微型投影機構的單價設定在數萬日圓，甚至于未來計劃跨越1萬日圓以下的低價門坎。

　　在微型投影機關鍵組件的部分，包括DjinDisplay、MicroPrecision、Microvision、德州儀器(TI)、UpstreamEngineering等業者，早已著手進行微型反射鏡片微機電(MEMS)的開發，各有研發成果發表出來；而微型投影機構部份，Nokia、摩托羅拉、三星、Canon等業者，也已經相繼開發出厚度只有數毫米，尺寸只有數公分的行動電話用微型投影機構。

　　另一方面，在光源的部分，也有相關的開發業者陸續開發出利用LED或者是雷射二極管來取代傳統的光源，提高行動電話投影亮度，讓投影的質量更能夠滿足影像質量的最基本要求。圖說：目前包括Nokia、摩托羅拉、三星、Canon等等的業者，已經相繼開發出厚度只有數毫米，尺寸只有數公分行動電話用微型投影機構，積極搶占即將出現的市場.

　　微型光機關鍵零件陸續獲得突破

　　在2007年的各項展覽之中，全球的相關業者已經陸續展示其微型投影光機的研發成果，例如2007年1月在拉斯韋加斯舉辦的「2007InternationalCES」中，Microvision展示了其開發的微型投影機，以及相關的技術。Microvision所展示的微形投影機，使用了半導體雷射，可以將光源控制在40×25×8mm范圍內，并且達到800×480畫素WVGA的影像分辨率顯示能力。

　　Microvision認為，2007年微型投影手機的主要訴求目標，是以內建微型投影功能、單價在20萬日圓的可攜式電子設備，用來取代單價10萬日圓的傳統PC，作為未來數據的處理中心和顯示中心，而目標則是將其微型投影機構導入到行動電話、PDA以及數字相機等各種的可攜式產品之中。

　　Microvision的技術開發策略是，采用2軸MEMS掃描儀、雷射光源的嵌入式超小型投影機，目前Microvision與2家相關技術業者進行合作，以在2008年能夠實現投產為目標，來計劃出開發藍圖。至于價格方面，Microvision希望能夠在投影機構內建于手機后，手機的總體價格維持在400~500美元。

　　事實上，關于超小型投影技術的應用，不僅僅是手機而已，Microvision還計劃將微型投影技術推及到如iPod等可攜式播放器，或者是PSP等可攜式游戲機的周邊產品中，達到透過簡單的接口連接后，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所生產的半導體雷射光源NECSEL，光通量約為10~15lm。整體技術上的主要特點是體積小、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，也可讓整個畫面都顯示焦點出準確的影像。圖說：Microvision的開發觀念是，采用2軸MEMS掃描儀和雷射光源的嵌入式超小型投影機，以在2008年能夠實現投產為目標來規劃開發藍圖。

　　DLP幾已成為微型投影機技術主流

　　在投影關鍵組件的部分，擁有相當多技術專利與經驗的德州儀器，也在展覽會中展出內建于手機上的微型投影機。雖說是將投影機構內建于手機之中，但是該微型投影機構也可以獨立存在，亦即開發成可攜式微型投影機。

　　因此，對于需要經常進行簡報的商務消費者來說，就不再需要攜帶筆記型計算機、投影機等等的設備，即可進行簡報。因為，未來只需要攜帶內建有DLP微型投影功能的手機、或者是手持式智能裝置(如PDA、SmartPhone、PDAPhone)搭配微型投影機，就可以順利完成簡報工作了。

　　雖然德州儀器本身并不開發相關的投影機產品，但是對于DLP技術的推廣應用，則是不遺余力的與各方業者合作。例如在2006年所發表的1款可攜式微投影機，目前已與三菱、三星、東芝等業者合作，開發提供相關必要的技術與零組件。

　　這款內建于手機上的微型投影技術，結構含有3個部分，一是作為光源的半導體雷射、用于顯示圖形影像的DLP芯片，以及電源管理電路，機構整體的長度只有1.5寸，而其顯示畫質能力的部分，已能夠讓手機投射出DVD質量的影片，因此手機也將可因此化身為視訊播放機或電視來使用。

　　德國的Fraunhofer學院近期便采用德州儀器的DLP方案作為顯示核心，開發出更新的微型投影技術。這項投影技術所開發出來的投影模塊尺寸，只有16mm×9mm×9mm，可以整合應用在手機、PDA或筆記型計算機之中，并且能夠提供高分辨率顯示能力。

　　可惜的是，在光源的部分，Fraunhofer僅使用紅光和藍光雷射二極管，所以無法達到全彩畫面的顯示，沒有加入綠光雷射二極管創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小，暫時無法整合在此一微型投影機構中。

　　受惠關鍵組件效能提升終端產品陸續現身市場

　　在關鍵零件業者陸續開發出相關的技術與組件之后，終端產品的開發業者也紛紛嗅覺出市場的潛力與商機，接連投入具有投影功能的手機產品研發。

　　2007年7月，LightBlueOptics展示了1款火柴盒大小的彩色投影機，其中關鍵的技術是，LightBlueOptics利用了電子控制液晶空間光調變器，來對紅光、綠光和藍光的光束進行調變。雖然距離產品商用化還有一段時間，但是，就該實驗樣品的顯示質量和尺寸來說，已經相當接近使用者所需的微型條件。

　　行動電話大廠摩托羅拉已經宣布與Microvision的合作策略，在未來推出的新款手機中，將會搭配Microvision微投影模塊，提供手機使用者將所拍攝的圖片、視訊，或者是存入手機中的視訊檔案等內容，透過內建的投影功能，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。

　　目前摩托羅拉所開發的投影功能手機，在分辨率方面只能夠達到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，這畢竟是前導期的產品，相信在經過投影機構改善之后，其投影解析能力將會大大的提升。

　　Canon在早幾年也發表過微形投影機構技術，Canon是利用Novalux三原色半導體雷射，來讓微形投影機構顯示出SVGA質量的影像，并且實現NTSC比114%的色再現性。

　　雖然在數據處理與儲存能力并不強，但如果是針對使用手機來進行商務簡報的應用來說，已經是相當足夠。根據Canon的規劃，這款微形投影機構技術，如果未來配合量產效應與低成本化結果，相信可以壓低到5,000日圓左右的成本，得以大量內建在高階行動電話之中。

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

LED效能獲得強化成為光源最佳候選組件

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

　　目前全球業者已經陸續發表可投射出小尺寸畫面的可攜式微投影機，或者是提供投影功能的手機，雖然大多的微投影機畫面亮度，都低于100ANSI流明，因此只能被局限陰暗環境使用，不過相關業者均認為，微投影機具備相當深厚的發展潛力和技術突破的空間。

　　如上所述，低光束LED光源，必需利用光控制技術提高光的利用率，例如傳統的照明燈具，大多將反射鏡設于焦點，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控制，只是設法讓朝前方出射的光線變多而已，這種方式結構非常簡易，不過光的控制效率很差。

　　因此傳統的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，是在光源前方設置準直收斂鏡片，它的光控制性比前者優秀。

　　反射型LED結構上與傳統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置發光組件、周圍再圍繞反射罩的結構也不相同。基本上反射型LED的反射鏡與發光組件呈對向設置，發光組件產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，此時只有透明樹脂的穿透率、反射面的反射率和導線陰影，會造成微弱的光損失，理論上發光組件產生的光線，接近90%左右的控制光可以取出到外部。

　　LED還是無法與發光效率60lm/W、全光束1萬流明的傳統燈泡光源抗衡，因此微型投影機使用LED作為投影光源時，包括光學引擎在內的整體光線利用效率，將是投影質量好壞的關鍵.

　　由于發光組件與反射面構成的相對性光學系統，此種構造可以使LED的形狀變小，相較之下，傳統結構封裝的LED外形，幾乎已經變成一般設計標準，因此傳統LED提高光利用效率時，通常都需要加大外部形狀。

　　為獲得高亮度光源光束，發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，才能承擔大電流的輸入。但從光學系統角度而言，發光組件越小，光的利用效率反而愈高，兩者出現相互矛盾的關系，尤其是投影機用發光組件除了要求小型之外，同時還要求高散熱性的封裝技巧，技術難度不低。

　　高輸出、優秀光控制性的LED新結構，是使散熱路徑單純化，同時加大搭載發光組件Lead的斷面積，藉此維持必要的散熱性。

　　雖然反射型LED的發光組件，同樣設置在透明環氧樹脂的表面附近，不過環氧樹脂本身也是隔熱材料，因此對放射面的有散熱相當程度的幫助。

　　復雜困難的微光學系統設計

　　微型LED投影機的光學系統是由LED芯片與集光鏡片構成，接著再透過Condenser鏡片與Lighttunnel，獲得高均整性光束，系統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光學系統中，發光組件與光學鏡片，或是反射鏡的大小，對配光控制性具有決定性影響，根據實驗結果顯示，使用相同集光鏡片或是反射鏡時，單純加大發光組件，配光角會變大，軸照度的差異則完全消失，因此針對投影機要求的平行光成份，必需采用小發光組件構成投影機光學系統的方式獲得。

　　使用反射型單色LED基本結構時，基于提高光利用效率等考慮，一般都是使用4個1W等級的反射型LED構成的模塊，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。

　　在照度的部分，800mA點燈時紅光照度為330klx，綠光照度為650klx，藍光照度為470klx；有關直流點燈時的基本特性，由于實際使用條件會變成脈沖點燈，因此1/3Duty的矩形波脈沖點燈時，通電電流可以視為積分電流值，不過該電流值會隨著周圍溫度環境改變，因此矩形波點燈時，最好等發光波長穩定后才使用。

　　此外，對于模塊均整度的改善，開發者比較傾向采用棱鏡、導管、液晶提高效率，并在前面放置Cellhooklens、聚光鏡片、PS偏光片等等。

　　實現利用小型電池作為手持式投影機電源這是很重要的一點，對于手持式產品來說，舍棄AC電源而改用小型電池供電，是1項必備的條件。過去，投影機使用高壓水銀燈泡的環境下，瞬間啟動電壓高達數十KV，這是利用小型電池供電的情況下不可能達成的目標。

　　除了高壓電力的問題外，由于水銀燈泡的高啟動電壓，以及高電流消耗，燈泡會產生大量的廢熱，需要高效率的主動散熱系統協助散熱，這也會影響到手持投影機的電池續航力問題。

　　一般投影機機構內部溫度往往高達攝氏8、900度，同時，也必須使用相當復雜的變壓電路，如果期望利用小型電池作為投影機電源，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，不復存在，不但只需要小型電池就足以負擔系統所需的電力之外，并且不需要散熱系統的情況下，自然不會有擾人的散熱系統噪音問題，且因為少了龐大的散熱機構，當然體積也會大幅度的縮小。

　　顏色表現能力雖改善但亮度仍需提升

　　對于需要背光的液晶顯示器來說，光源對于顏色的表現占了相當大的影響程度，從愈來愈多業者嘗試改采LED光源作為液晶電視背光模塊就可以了解，因為使用LED背光源，可以使LCD色域的表現能力大幅提升。因此，改采用LED雷射作為光源的微型投影機，其顏色表現能力也是相當值得期待。

　　三菱電機采用LED雷射作為微型投影機光源的理由是：第1，因為是使用單色系的光源，所以在色廣度上面有相當不錯的表現；第2，由于雷射光的光線直徑可以控制的相當細微，因此，在透鏡的尺寸上，也可以相對的縮小，如此更有助于光機引擎的小型化。

　　不過，使用LED雷射的微型投影機在實際投射的表現上并非相當完美，包括整體顯示的照度和輝度，仍需相當程度的提升。根據資料，目前使用高壓水銀燈泡的一般投影機輸出亮度，約在為1,500~3,000lm之間，但是，現階段LED投影光源僅能提供約10~20lm的亮度輸出，而目前所發表的LED投影機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之上，主要的關鍵還是得視應用目的而定。舉例來說，像是家庭劇院、會議室簡報、大型研討會等等，每種應用的環境均不相同。手持式微投影機的功能設計，是不是適合拿傳統高壓水銀燈泡投影機作為比較基準，顯然意義并不大，因為手持式微投影機的用途，主要是設定在空間不大的小型會議室中、提供2~3人簡報觀看之用，那么或許這樣的亮度就足足有余了。