投影機產業市場分析

1. 現階段市場仍以LCD投影機為主流，加上反射式投影機(DLP、LCOS投影機)在多家廠商投入研發與量產後，未來成長性高，在各種不同市場區隔與產品需求條件下，LCD、DLP、LCOS投影機將各有擅場。
2. 就關鍵零組件方面，LCD面板或DMD晶片組之供貨來源仍舊維持緊俏狀態，雖然Epson、Sony與TI均有擴增現有產能的計劃，但在技術掌握廠商出貨的策略性控制與技術授權篩選限制下，新技術如LCOS投影機的研發與零組件供應自主性應是廠商努力重點。
3. LCOS投影機具有高開口率、高解析度，若LCOS面板良率能大幅提昇，降低成本，在LCOS面板投入的廠商眾多下，相較於LCD 面板及DMD晶片的取得較為容易，有利廠商產量的提昇，但目前仍處於開發階段，何時成為主流，仍需後續觀察。
4. 台灣投入投影機生產的廠商雖然眾多，但因關鍵零組掌控在外商手中，具有量產能力的廠商並不多，目前廠商大多以LCD投影機生產為主，而獲得TI授權，可生產DLP投影機的廠商只有三家(中光電、明?、台達電)。

壹、投影機簡介

一、投影機的分類

投影機是利用光學投影方式將影像投射至大尺寸螢幕上的裝置，若依內部所使用的光閥(Lighvalve)的不同，可分為CRT、LCD(Liguid Crystal Display)、DLP(Digital Light Projector)、LCOS(Liquid Crystal on Sillicon)四種投影機，而LCD投影機因投影機運作時光線會透過LCD面板，所以屬於穿透式投影機，而LCOS、DLP則是靠光線反射的原理顯像，所以稱為反射式投影機。

若依光線投影的方向可分為前投式(Front Projection)與背投式(Rear Projection)，前投式投影機是投影機與觀看者在螢幕的同一邊，主機與螢幕是分離的，背投式投影機是投影機與觀看者在螢幕不同邊，此外，前投式或背投式投影機依其使用光閥數目的不同，又可分為單片式、兩片式與三片式兩種。

圖一、投影機的分類

資料來源：IT IS 、寶來證券研發部彙整

二、各類投影機的系統架構

投影機以前較為普遍的方式是使用CRT(陰極射線管)直接產生光源與影像，後來則利用燈泡產生光源，再利用LCD 或DMD(Digital Micromirror Device)、LCOS等光源調變裝置控制投影影像，使用LCD方式的為LCD投影機，使用DMD 者為DLP投影機，使用LCOS 者為LCOS投影機，因為CRT投影機不是國內的發展重點，因此僅就LCD投影機、DLP投影機、LCOS投影機作一介紹。

(一)、LCD投影機

1.基本原理

圖二、LCD投影機基本原理

資料來源：PIDA

LCD投影機的基本原理，是利用LCD 面板來調變由光源發射出來欲投影至螢幕的光訊號，以前投式(三片式)LCD投影機來講，為準確投影出影像的色彩，需先將光源分離成R(紅)、G(綠)、B(藍)三色，再利用三片LCD分別對R、G、B三種顏色的光作調變，最後再將R、G、B三色合併成影像色彩，透過投影鏡頭投射至螢幕。

2.系統架構

LCD投影機的主要結構可分為光源模組、分光及合光系統和成像部分，從光源開始至螢幕之間，依序必須經過Reflector(反射罩)、Integrator(鏡片陣列)、PBS陣列、Condense Lens(聚光鏡片)、Dichroic Mirror(雙色鏡)、Folding Mirror(折射鏡)、X-cube(雙色稜鏡)、Projection Lens(投影鏡頭)等光學元件。

圖三、前投式液晶投影機(三片式)結構圖

資料來源：Epson、PIDA

(1)光源模組

照明部分主要有燈泡、Reflector、Integrator、 PBS陣列，由於LCD面板無法自己發光，所以需要光源照明，由燈泡發出的光經由Reflector反射後，成為平行光至光學系統，而Integrator則將平行光源分佈重新整理，使光源的能量分佈均勻，而因為光源投射出的光會被LCD的偏光板吸收，因此PBS陣列將P偏光轉換成S偏光，提昇光效率率。

(2)分光合光系統

分光合光系統主要包括Condense Lens、Dichroic Mirror、Folding Mirror、X-cube等零組件。主要的功能是作分光合光的動作，是利用Dichroic Mirror將光源中之R、G、B三原色分離，穿過三片LCD面板後，再透過X-cube將三色的光訊號合併成欲投影之影像，而Condense Lens的作用為使光路維持收斂狀態，讓光能量平行傳遞，Folding Mirror的作用則是反射光使光路改變。

(3)成像部分

成像部分在於將LCD板上的影像圖案成像在螢幕上，其中包含兩個部分，一是投影鏡頭，一是螢幕。投影鏡頭需要有相當的解析度解析出LCD面板上的每一畫素，液晶板上的解析度越高投影鏡頭的解析度就要更好。

(二)LCOS投影機

1.基本原理

LCOS投影機的基本原理與LCD投影機相似，只是LCOS投影機是利用LCOS面板來調變由光源發射出來欲投影至螢幕的光訊號，與LCD投影機最大的不同是LCD投影機是利用光源穿過LCD作調變，屬於穿透式，而LCOS投影機中是利用反射的架構，所以光源發射出來的光並不會穿透LCOS面板，屬於反射式。LCOS面板是以CMOS晶片為電路基板及反射層，然後再塗佈液晶層後，以玻璃平板封裝。

圖四、LCOS面板結構圖

資料來源：PIDA

2.系統架構

由於LCOS面板是以CMOS晶片為電路基板，因此無法讓光線直接穿過，其分光合光系統設計和LCD投影機有些不同，通常需要在分光合光系統中利用偏極化分光鏡(Polarization Beam Spliter;PBS)，將入射LCOS面板的光束與反射後的光束分開。

(1)偏極化分光鏡(PBS)的功能

PBS是由兩個45度等腰直角稜鏡底邊黏合的而成的稜鏡，當非線性偏極化光入射PBS時，PBS會反射入射光的S偏光(垂直入射線平面)，並且讓P偏光(平行入射線平面)通過。

(2)主要結構

圖五、LCOS投影機結構圖

資料來源：工研院光電所

LCOS投影機與LCD投影機的主要結構在導光及分光合光部分的設計大同小異，只是在LCOS投影機系統中，LCOS面板前均多加了PBS。

而由光源所發出的光經由Dichroic Mirror(雙色鏡)後分成R、G、B三色光，此三色光分別通過各自的PBS後，會反射S偏光進入LCOS面板，當液晶顯示為亮態時，S偏光將改變成P偏光，最後以雙色稜鏡(Dichroic Prism)組合調變過的三道偏極光，投射至螢幕處得到影像。

(三)DLP投影機

DLP投影機是一種特殊光源調變方式的投影顯示器，是由德州儀器公司(TI)所發展出來的投影系統，利用DMD(Digital Micromirror Device)晶片上的反射鏡反射光線(DMD晶片上共有50萬片微小鏡片)，將影像投射出去，屬於反射式投影機。

1.基本原理

圖六、DMD基本原理

資料來源：工研院光電所

DLP投影機是利用DMD上的反射鏡面的偏轉，使入射光產生不同角度的反射偏折，而達到反射光點ON-OFF的效果(圖六)。

(1)螢幕光點的形成

當加上正偏壓於反射鏡的偏轉驅動電路上(圖六(A))，使反射鏡偏轉+10度，光束入射於反射鏡上，經過適當的光路安排使得反射鏡的反射光完全進入投影鏡頭，而將光束投影在螢幕上的某一位置，形成一個光點，即所謂的”ON”。

(2)螢幕光點的消失

如果在反射鏡的驅動電路上加上一個負偏壓訊號(圖六(B))，那麼反射鏡將偏轉-10度，入射的光束將不再進入投影鏡頭的接收範圍內，螢幕上相對應位置即不會產生光點，這即是所謂的”OFF”。

2.系統架構

(1)單片式DLP投影機

圖七、單片式DLP投影機

資料來源：PIDA

由光源、彩色濾光片轉盤、DMD晶片及投影鏡頭所構成，光源藉由透鏡的聚焦，通過R、G、B三色濾光片轉盤，最後入射在DMD晶片上，DMD上的每個反射鏡為一個圖素，每個反射鏡底下都有一個記憶體和驅動電路與之對應，每個圖素的記憶體會記錄該圖素的訊號數位值，並將數位訊號送給驅動電極來產生微小反射鏡的的偏轉，經過適當的光路安排使反射鏡的反射光完全進入投影鏡頭，並將影像投射於螢幕上。

(2)三片式DLP投影機

圖八、三片式DLP投影機

資料來源：PIDA

三片式的DLP投影系統不需要三色濾光片轉盤，改用三顆分色稜鏡來將原始光源的R、G、B區分出來，每一色光對應一顆DMD晶片，最後再將RGB三色光混合在一起形成全彩色。三片式的架構固然比較複雜，但是訊號的處理比單片式容易，同時投影的亮度也比單片式高出三倍。

貳、投影機關鍵零組件

各類型的投影機中，佔成本比重最高的即所使用的光閥(LCD、LCOS、DMD)，其次為光源系統，以前投式LCD投影機(三片式)的成本結構來看，兩者已佔了全部成本的60%。

圖九、三片式LCD投影機成本結構

資料來源：工研院經資中心IT IS,2000/10

一、光閥-LCD、LCOS、DMD的比較

表一：LCD、LCOS、DMD的比較

資料來源：工研院經資中心IT IS計劃整理,2000/10

(一)LCD面板

早期的LCD投影機面板是以a-Si TFT-LCD為主，目前除了Sharp的6.4”panel(單片式投影機)是a-Si TFT-LCD外，其餘均為高溫多晶矽(High-temperature Poly Silicon, HTPS)製程的小型panel，HTPS較a-Si有更高速的電子移動速率，可以得到更高解析度的畫面及較大的開口率，已佔有LCD投影機的市場，目前高溫多晶矽液晶panel目前只有Epson及Sony有量產的能力，其中EPSON佔有75％左右供應量。

(二)LCOS面板

由於採用光反射原理，因此LCOS技術最大優點在於高開口率(可高達90%)、高解析度以及面板結構易於小型化，但由於仍處於技術開發階段，標準製程尚未確立，導致初期產品價格過高，因此尚無法充分展現其低成本的潛力，目前LCOS面板佔成本比重仍高達38%。

(三)DMD晶片

DMD為反射式的元件，光效率大於60%，而位於DMD上的細微鏡片只有16um²，距離約1um，因此填滿率約90%，可提供較高的解析度。DMD為TI所開發出來的技術，因製程複雜且良率偏低，雖然近年來TI在產能的提升上有所突破，但是仍無法無限量供貨，所以在選擇供貨對象上相當謹慎。

二、光源系統

目前液晶投影器使用的光源系統主要有鹵素燈、金屬鹵化物燈(Metal Halide)、超高壓汞燈(UHP)，投影機需要使用極強的光源以獲得足夠的畫面亮度，而且因為顯示彩色畫面，所以亦必須要有良好的演色性。

傳統上最具發光效率的白光光源為金屬鹵化物燈，但因為價錢較高且使用短電弧燈，因此壽命不長，而鹵素燈雖然單價較金屬鹵化物燈便宜，但壽命、色溫、發光效率皆居於劣勢，而飛利浦所(Philips)開發出的超高壓汞燈(UHP)因為壽命長且保有短電弧長、演色性佳的優點，使投影機多使用此類燈泡作為光源，但因為製作上有許多技術頻頸須突破，因此除了Philips外，能製造的廠商並不多，如Osram、Matsushida、Ushio。

三、光學元件

目前我國廠商已能自主供應的光學元件有Condense Lens、Reflector、Dichroic Mirror、Folding Mirror、Projection Lens(定焦鏡頭)等光學元件，至於X-cube仍仰賴國外進口。

參、市場分析

一、投影機市場規模仍小，但產品毛利率仍高

表二、投影機的產值及產量預估 單位：百萬美元/仟台

資料來源：工研院經資中心IT IS計劃整理,2000/10

受限於重要的關鍵零組件(光閥和燈泡)掌控於幾家大廠手中，供貨量有限，加上價格仍高，因此產值和產量目前並不大，以2001年的預估，全球產量為151.1萬台，產值為52.89億美元，而以國內而言，雖然目前產值及產量佔全世界的比重並不高，但成長率以2001年及2002年而言，可以有26%以上的成長，加上只要管理費用、成本控制統籌得當，一台投影機的代工毛利可以有15％到20％左右的水準，所以投入投影機生產的台灣廠商眾多。

二、各類型投影機的優劣勢

表三：LCD、DLP、LCOS投影機的比較

資料來源：全球電子報 2000/10

(一)LCD投影機-發展時間較長，製程技術已標準化

LCD投影機由於發展時間較長，因此在製程技術標準化程度與量產能力上均較DLP或LCOS投影機為強，但是因為使用LCD面板，因此光利用率及開口率均較DLP或LCOS投影機低。

(二)DLP投影機-在可攜式投影機市場佔上風

DLP投影機因不需要像LCD及LCOS投影機中使用到複雜的光學系統，來提昇光使用的效率，因此產品有小型、輕量化的特性，在可攜式、超可攜式投影機市場佔有率高(目前DLP投影機重量可做到3磅，而LCD投影機只能做到5磅左右)，不過因為TI掌控DMD晶片的技術，因此在價格及產量擴增上較不具優勢。

(三) LCOS投影機-技術仍處開發階段

目前仍於技術開發階段，由於標準製程尚未確立，LCOS面板良率並不高，導致目前產品價格仍過高，而且因為必須在LCOS面板之前放置PBS稜鏡，因此整體構造較為龐大，在投影機體積與重量上不具優勢，但因為具有高開口率、高解析度，若未來LCOS面板良率能大幅提昇，降低成本，在LCOS面板投入的廠商眾多下，相較於LCD 面板及DMD晶片的取得較為容易，有利廠商產量的提昇。

三、全球大廠的佔有率

圖十、1999年投影機廠商的市佔率

資料來源：工研院經資中心IT IS計劃整理,2000/10

1999年各廠商的市佔率，若單單以LCD投影機而言，以EPSON市佔率為最高，達24%，其次為SANYO，達14%，但若以LCD與DLP投影機出貨量合計統計後，則INFOCUS以13%市佔率居冠，EPSON居次，達10%，可見DLP投影機的影響力相當大。

肆、台灣廠商的情況

投影機的經營型態可分為，光機引擎組裝(光機引擎包含光源模組、分合光系統及成像部分的組合)、光機引擎製造、整機製造、代理投影機與自有品牌為主，外購光機引擎組裝的附加價值在於電路與外觀設計，附加價值低，出貨量為獲利關鍵，而光機引擎製造屬於高附加價值，專業廠商較少，整機製造結合光機引擎製造及電路組裝，所需技術及人力更高，而台灣廠商大部份以外購光機引擎組裝為主。台灣廠商有光機引擎製造能力的有慧生、大億、光群，其餘大部分為外購光機引擎組裝的廠商，如中光電、明?、台達電、創日、捷揚、世界顛峰。

表四：台灣廠商概況

資料來源：寶來證券彙整