萌芽階段的LCOS投影機
(2001/08/17 由統一證券 -黃文鴻 提供)
研究標的: 顯示器

壹、結論

  1. LCOS面板結合半導體及TFT-LCD製程,以台灣成熟的半導體產業及擁有TFT-LCD面板的製造背景,將是LCOS投影機最佳的發展地區,投影機將不再是高單價的產品。
  2. 現階段投影機市場仍以LCD投影機為主流,但LCOS投影機在多家廠商投入研發與量產後,未來在新技術加入後,整個市場將有效擴大。
  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,但目前技術尚未成熟,何時成為主流,仍需後續觀察。
  4. 在全球朝數位化、高解析度標準邁進的同時,電視機系統需要具備低成本、高解析度能力的新一代顯示器,才能滿足未來收視的需求,而LCOS投影機具備高開口率、高解析度的特性,在消費性市場(投影電視,家庭電影院,HDTV)將具發展潛力。
  5. 目前國內已投入或有LCOS投影機產品的廠商產量都不大,在面板良率不高(20%)及光路系統的設計上仍有瓶頸下,成本無法達到預期,使得LCOS最大的成本競爭優勢目前無法發揮作用,在市場尚無法形成主流。
  6. 由於LCOS預估在2002年下半年才有商品化的產品導入市場,而主導前投影市場的LCD與DLP兩項技術的領導廠商,亦虎視眈眈隱藏龐大商機的背投影市場,未來一旦有效降低生產成本與品質提升後,可以預期時間差處於劣勢的LCOS技術將面臨更嚴苛的考驗。

貳、LCOS技術結構

LCOS面板的主要結構為CMOS基板、ITO玻璃、配向膜(Alignment)、間隔物(Spacer)與液晶,而其製造程序可分為三大部分,分別為CMOS面板的形成、CELL製程、封裝及測試製程。

一、LCOS面板結構

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1.CMOS基板的形成

CMOS基板主要是先利用化學機械研磨法(Chemical Mechanical Polishing;CMP)來提高晶圓表面的平整度,再於最上層鍍上一層鋁作為反射鏡,所要求基板的特性為平坦性、高反射率、光阻絕效果。

2.CELL製程

包括Polyimide與Alignment的塗佈、灑間隔物、貼合、裂片、灌注液晶、封口,該製程的瓶頸在如何達到上下兩塊面板間的平坦性。

3.封裝及測試動作

二、LCOS面板主要技術

LCOS面板的主要技術可分為三類,分別為背板技術(Back Plane)、液晶技術、液晶封裝技術

1.背板技術

所謂背板即COMS基板,在矽晶片上將驅動電路、控制電路及各個像素用COMS製程產出。目前CMOS基板技術大多採用SRAM或DRAM等電路的基本架構予以變化,雖然在電路密度上遠低於坊間的SRAM或DRAM產品,但因為LCOS面板的使用狀態必須承受數千瓦甚至數百瓦的強光照射,而一般SRAM或DRAM則是密封保護,且LCOS畫素是要推動液晶分子的轉動,而SRAM或DRAM的位元素僅需儲存電荷,因此在相關設計上有基本不同的要求,從而有不同的專利及技巧。

2.液晶技術

液晶材料的特性較為複雜,不同的封裝結構需選配特定的液晶成分使其光電特性最佳化。

3.封裝技術

由於LCOS面板要在不到1吋的對角線面積內,顯示百萬以上的像素,因此無論在潔淨度、Cell gap、Cell gap的均勻度的控制、配項層的最佳控制及組合精度上均較一般STN、TFT-LCD製程嚴苛,因此LCOS的開發具高度進入障礙。

參、國內主要製造廠商

由於毛利高,台灣有愈來愈多的廠商相繼投入數位投影機的製造生產,在高溫多晶矽液晶面板和DMD晶片掌控於幾家大廠的情況下,LCOS投影機被認為是台灣投影機產業的絕佳發展方向,因此有愈來越多廠商投入LCOS投影機的行列,日前聯電亦積極與投影機廠商進行策略聯盟,整合上下游廠商,以攻佔長期被TI、SONY、EPSON獨占的投影機市場。目前宣稱已投入或有LCOS投影機產品的廠商有中光電、光群、慧生、大億、致伸、前錦、世界巔峰,不過目前廠商的產量都不大。

  1. 中光電--中光電為國內投影機大廠,除了液晶投影機外,DLP投影機為TI第1家授權的投影機廠商,在LCOS投影機上,藉由與聯電的策略聯盟下,在LCOS投影機的生產上應有不錯的利基,除了與聯電策略聯盟外,亦朝向光學引擎及光學元件的開發,預估2002年的1Q推出新機型。
  2. 光群--LCOS投影機於2001年第4季小幅量產,預估產量約500台。LCOS面板主要與Aurora System合作,光學引擎已有專利,在投影機關鍵零組件的鏡片(PBS、分光鏡及合光稜鏡)有設計的能力,但仍需委外生產。
  3. 慧生--擁有專業設計、開發光學引擎的能力,近期成功開發亮度高達3,000流明的LCD投影機光學引擎,而預計LCOS投影機預計最快於第3季量產,2001年的出貨目標為1,000台,
  4. 大億--在LCOS投影機方面,大億科技與ViewSonic合作,ViewSonic持有大億科技20%的股份,將授予大億科技LCOS投影機引擎及專利性燈源集光技術,由大億科技進行商品化工程研發及量產,並結合大億科技0.9吋液晶投影光學引擎自有技術,共同研發更新一代投影顯示器產品。
  5. 致伸--在2001年CeBIT展中致伸首度展示其採用JVC開發的D-ILA面板的LCOS投影機,致伸科技目前已與JVC建立起面板採購的關係,光學引擎亦自行研發,公司預計2001年第4季開始出貨。
  6. 前錦--已在2001年CeBIT展中推出LCOS投影機,而LCOS面板來源部份,前錦已和Aurora System取得業務默契,在光源燈泡部份,前錦和日商松下(Matsushita)及台灣國喬光技也達成合作開發計畫。
  7. 世界巔峰--日前與光群合資成立投影機的新公司,以世界巔峰長期耕耘投影機系統開發和通路經營的經驗為基礎,加上光群雷射長期投注於光學領域的專業能力,以及在LCOS面板領域的投資,希望建立起上下游資源整合的整體效益,在前景看好的數位投影機領域作好卡位動作。

以國內主要投入LCOS投影機的廠商來看,預估今、明兩年仍限於小量試產,對各家廠商營收貢獻仍屬有限,且由於LCOS投影機未來將focus在背投影電視上,而根據ITIS的預估(如表)全球背投影顯示器到04年仍將以CRT為主力,以LOCS技術為主的投影機預估僅達到7萬台左右(市佔率不到2%),未來產業狀況仍需持續觀察。

全球背投影顯示器各類型技術之市場銷售量預估(00~04年)

年份/技術

2000

2001

2002

2003

2004

CAGR

CRT

221.1

237.2

249.4

278.0

308.3

8.7%

LCD

3.97

4.23

4.8

5.34

6.14

11.5%

DLP

1

1.70

3.5

10

23.1

119.8%

LCOS

0

0.2

1

3.2

7

275.6%

合計

226.1

243.3

258.7

296.5

344.5

11.1%

資料來源:Standford Resource;工研院經資中心ITIS計劃資料整理

肆、產品應用

在全球朝數位化、高解析度標準邁進的同時,電視機系統需要具備低成本、高解析度能力的新一代顯示器,才能滿足未來收視的需求,而LCOS投影機具備高開口率、高解析度的特性,在消費性市場(投影電視,家庭電影院,HDTV)將具發展潛力。

投影機的應用市場

應用市場

說明

消費市場

投影電視、家庭電影院、HDTV、以背投式機種為主

商業性市場

一般會議室、銷售或簡報專用、SOHO、以攜帶式以下機種為主

大型場合

體育場、戲院、大型會議室、教堂、大型貿易展中心等、以高亮度為訴求重點

小型場合

教育機構、政府單位、一般展示館、金融交易所、旅館、俱樂部、醫院等

高性能

電視牆、軍事用途、飛機或船上、CAD/CAM等、以高解析度為訴求重點

資料來源:MIC

伍、LCOS投影機的優勢與劣勢

LCD、DLP、LCOS投影機的比較(如表)

分項

LCD投影機

DLP投影機

LCOS投影機

優勢

1.製程較完整
2.具備量產技術
3.光學引擎結構較完整

1.輕型化
2.光利用率低
3.高解析度

1.利用半導體製程降低面版生產成本
2.開口率提高
3.高解析度

劣勢

1.光利用率低
2.開口率低
3.散熱問題

1.製程複雜
2.良率低
3.僅TI提供晶片組

1.不利輕型化
2.較高光學元件成本
3.影像對比較差

資料來源:統一投顧整理

  1. LCD投影機因發展時間較長,各項技術已達成熟階段,在光學系統開發量產難易度與面板成本相對DLP與LCOS具極大優勢,但在光利用率,開口率,與解析度上則無法與DLP與LCOS相抗衡,加上面板受制於少數廠商(SONY與EPSON),未來發展將受限。
  2. 而DLP投影機因可以單片式結構達到1000流明以上的亮度,使其在輕量化的發展趨勢中,可取得極大佔有率,且目前已有廠商發展出3磅的產品。而COMPAQ率先採取將NB搭配投影機銷售策略獲致成功,因此吸引Dell、IBM等競爭對手有跟進趨勢,對DLP市場需求量將有頗大的挹注。
  3. 至於LCOS投影機因採三片式結構需經過多次的分合光程序,在光利用率上較DLP低,此部分則有賴未來更多廠商投入研發方有提升空間,但其製程與半導體相近,提高面板面板解析度成本變化不大,且伴隨製程微縮與良率提高易於大量生產,致面板成本易於壓縮,00年DMD晶片售價400美元,LCOS價格為260美元,LCD為210美元,多家研究機構預估03年LCOS售價,將可滑落至150美元左右,LCOS未來市場競爭潛力不容忽視,尤其可應用於電視產品領域的背投電視最被人看好。

 
 
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