投影仪将进入便携式设备

可嵌入到笔记本电脑、数码相机、手机等便携式设备中的小型投影模块已初具雏形。最早在2009年年末，集成了投影模块的手机就将上市(见图1)。

首先，是由电池供电并能放人口袋的小型外置投影仪(以下称为超小型投影仪)将从2008年末的圣诞节开始陆续实现产品化。这种投影仪主要用于连接便携式媒体播放器，将影像投影到大屏幕上，以供多人观看，也可用于连接笔记本电脑进行商务演示等。

实际上，目前市场上的LED光源小型投影仪(以下称为小型LED投影仪)正是面向上述应用的产品。但是，今后的超小型产品与嵌入式产品，会与现有的小型投影仪大不相同。目前的小型LED投影仪由于价格与尺寸的原因一直没有获得理想的销售成绩，而超小型产品和嵌入式产品的目标就是要对这两方面缺陷进行改善，以期取得市场成功。超小型投影仪实现量产后，其价格将小于200美元，还不到目前产品的一半。初期推出的模型样品的亮度约为101m，与数年前小型LED投影仪的亮度相当，如果仅由电池供电，使用时间大约为2个小时。其大小类似于便携式音乐播放器，易于携带(见表1)。大型厂商也纷纷加入。

大约3年前，业界就出现过超小型投影仪与嵌入式投影模块的研发提案，但当时参与的厂商很有限，大厂商那时还未正式加入。而从2007年末到2008年初，很多投影仪生产商及相关元器件厂商都纷纷投入到超小型投影仪与嵌入式投影模块的开发中(见图2)。

TI公司是生产投影仪用显示设备的领先企业，该公司已表明将于2008年内量产面向便携式产品的DLP Pico芯片组。日亚化学工业也开始销售超小型投影仪用的小功率蓝色半导体激光器。

目前，元器件生产商对光源、显示设备市场的扩大寄予了厚望，便携设备商需要新技术来拉开自己的产品与其它公司产品之间的差距，而投影仪生产商则希望能开辟新的领域。在这样的背景下，超小型投影仪与嵌入式投影模块已越来越接近现实。

另外，个人电脑生产商也开始关注超小型投影仪市场。中国台湾地区的华硕公司便在2008年6月举行的台北国际电脑展(ComputexTAIPEI 2008)上，展示了内置投影模块的笔记本电脑试制产品。嵌入式投影模块将改变便携式产品

如果能将投影仪嵌入到便携式设备中，那么只要有投影场所，不管在什么地方都可以享受大屏幕播放的影像，于是，便携式设备的使用方法将会发生翻天覆地的变化。

但是，要将投影仪嵌入到便携式设备中，就必须在技术及应用上有所突破。在技术方面，需要解决光源及显示设备等的小型化、低功耗化等课题。应用方面所面临的挑战在于应用前景不明朗。目前，相关厂商大多着眼于商务应用。如果能够发现对用户有较高吸引力的应用，嵌入式投影模块就将能够正式进入市场。

嵌入式产品的小型化，低成本化及低功耗化

为了将投影模块嵌入到便携式设备中，在技术方面需要做到以下几点：减小模块的体积；降低模块的功耗，降低材料的成本。一般来说，嵌入式投影模块的大小应该在10cm3以下，价格在100美元以下(见表2)。而功耗方面的要求是，在101m亮度下(该亮度意味着在较暗的房间里可欣赏A4～A3纸大小的画面)，能用电池连续放映2个小时，也就是一部电影的时间。但实际上，如果在2个小时内只是投影就会耗尽便携式设备的电池，那显然不能满足用户的需要，所以还需要进一步降低功耗。

设备厂商对投影模块的大小、功耗、价格等的需求，会随着便携式设备种类的不同而各不相同。　首先，对于大家备受期待的笔记本电脑来说，上述要求还是比较容易实现的。投影模块的大小只要在10cm～5cm3以下就可以方便地嵌入笔记本电脑中。另外，由于笔记本电脑充电电池的容量较大，因此功耗方面也较容易满足。而且，如果使用AC电源供电，对于驱动时间就更没有限制。笔记本电脑对投影模块价格的要求也比其它便携式设备要低，嵌入投影模块之后，即使笔记本电脑的销售价格会上升100美元左右，用户一般也可接受。

但是，笔记本电脑在分辨率及投影屏幕大小等方面的要求较高。如果投影画面不能大于笔记本电脑的液晶屏幕，那么就无法显示出投影的优点。

内置到手机中需要技术的革新

嵌入式投影模块的另一个应用市场是手机，虽然该市场的潜在规模非常大，但其对于尺寸、功耗和价格的要求也非常严格。特别是在尺寸方面，某日本通信运营商的商品策划负责人认为。即使投影模块的体积缩小到1cm3，也还是很难集成到手机中。除了小型化之外，模块还必须超薄。以色列的bTendo公司认为，投影模块的厚度需要在7mm以下。

现有的开发产品很难直接集成到手机中，因此大多数激光器生产商及相关器件生产商都认为必须要采用一些创新的技术，这一目标才能实现。

要将投影模块嵌入到手机里，并连续投影2小时，就需要将投影模块的功耗控制在2W以下。手机锂离子充电电池的容量大多不到4Wh，而且还需要能够使用通话等其它功能，所以还需进一步降低功耗。也就是说，如果想要集成到手机中，实际上需要将投影模块的功耗降低到1W以下。在这样的情况下，要想得到101m的亮度，投影模块的光输出效率就必须达到101m／w以上。此外，对于手机投影模块价格的需求也比较严格，需要在50～60美元以下。

而对于大型的数码相机及单反相机等来说，它们所要求的模块大小介于笔记本电脑与手机之间。但对于价格及功耗的需求，则与手机相当。不过，如果能将模块封装到传输底座(Cradle)内，那么小型化及低功耗化的障碍就会小很多。关键是光源与显示设备。

为了实现嵌入式投影模块，元器件生产商正在加紧进行研发。投影仪主要由光源、显示设备、光学电路及光源驱动IC、显示驱动IC、图像处理电路等组成(见图3)。其中，对模块尺寸及功耗有较大影响的是光源与显示设备。

可选择的光源包括LED与激光。由于LED比较便宜，所以最先得到应用。实际上，表示要在2008年实现产品化的超小型投影仪，大多都采用LED光源。

欧司朗光电半导体公司(OSRAM Opto Semiconductors)将于2008年秋开始量产超小型投影仪LED光源OSTAR ProjectionSMT(见图4)。该产品采用表面贴装型SMT封装，尺寸仅为5.8mm×4.7mm×1.1mm，与之前的产品相比，无需额外的散热板及连接器。

现有产品的光输出效率约为401m／W。如果其光学部分的光利用效率与普通投影仪同样为10％ ～20％的话，那么要获得101m的亮度，就需要1.25W以上的功率。这样，光是LED就已经超过了整个模块1W的目标功耗值。

欧司朗光电半导体公司表示今后将进一步提高光输出效率。根据该公司在2008年6月的投影仪国际会议“Projection Summit 2008”上所展示的产品规划来看，其目标是在2013年之前，以每年10％的速度提高光输出效率，到2013年将使光输出效率达到601m／W左右。如此一来，功耗就从1.25W变成了0.83W左右。如果能够再将显示设备的驱动功率降低几十毫瓦，那么模块的总功耗就可以降低到1W以下。

据估计，该LED光源的样品价格约为3000～4000日元(100日元约合6.4元人民币)。在2008年秋季量产之后，最初的价格目标将是1000日元以下。如果能够实现这样的价格，那么就可以在笔记本电脑中集成100美元左右的投影模块。但是，要想在手机上应用，还需要再把价格降低一半左右。

绿色激光器

激光光源也正在光源的实用化方面赶超LED。TI(日本)公司认为，激光比LED更容易实现小型的投影模块。与LED相比，激光光源发出的光较为集中，因此无需LED光源所需要的用于集光的光学电路。而且，由于激光的光束较细，因此能够使用更小的显示设备。正因为以上原因，激光光源得到了人们的关注。

但是，采用激光光源所面临的最大障碍就是绿色激光器。因为绿色激光器的光输出效率比红色和蓝包激光器低、价格也更高。目前并没有可以直接振荡的绿色半导体激光器，必须通过SHG(二次谐波产品)元件将振荡波长1064nm的红外激光器的光转换成振荡波长532nm的绿色SHG激光。因此，很难提高其光输出效率。

因此，各厂商开始研究怎样提高绿色SHG激光器的光输出效率，并降低其成本。美国康宁公司与美国慧视通讯公司(ArasorInternational)、欧司朗光电半导体公司，以及美国QPC Lasers公司都在进行超小型投影仪用绿色sHG激光器的研发工作(见表3)。大多数生产商都认为，要想得到101m左右的亮度，输出功率需要达到50mW左右。但是，绿色SHG激光的WPE(光电转换效率)仅有5％～10％左右。而蓝色半导体激光器的WPE虽然比红色半导体激光器低，但也在15％左右。如果绿色激光器的WPE能够达到蓝色激光器的水平，那么要获得50mW的光输出功率，就需要大约330mW的电输入功率。

绿色sHG激光的价格与生产量也有关系，样品价格通常高达几十万日元。如果能够量产的话，多家激光器厂商都表示价格至少可以降到1000日元以下。但是，如果仅是绿色激光器就需要这样的价格，那么就很难实现100美元以下的投影模块。

扩展工作温度范围

绿色SHG激光头器不仅需要较高的效率与较低的成本，而且还需要能在高温下稳定的工作，并确保量产后能够稳定供应。

由于某投影仪生产商希望产品最好能够在60℃的高温下稳定工作，因此，康宁公司试制了工作温度范围扩大至10℃～60℃的绿色SHG激光器(见图5)。该产品在红外激光器与波长转换元件之间，放置了2个镜头以反射入射的红外光。通常情况下，如果温度升高，那么镜头的位置会发生偏移，从而使光很难被反射到波长转换元件上，导致转换效率降低。因此，康宁公司在产品中加入了校正结构，能够通过压电元件在二维方向上自动调节2个镜头的位置，以便高效率地得到入射光线。

QPC Lasers公司的绿色SHG激光器的优势在于能够稳定地进行量产。该公司表示：“我们正在考虑每月量产100万个。据说，如果在红外激光器与SHG元件之间安装3个镜头，应该就可以得到绿色激光，而且也可以实现自动化组装。”

SHG元件也急需提高效率并降低成本

对绿色sHG激光器的特性及价格有较大影响的是SHG元件，因此SHG元件也需要提高效率并降低成本。卡西欧公司目前已经着手开发具有较高光输出效率的波导SHG元件。为了提高波导产品的波长转换效率，该公司采用了独创的制造方法(见图6)。制造方法如下：首先，在掺杂了MgO的LiNbO3(MgO：LiNbO3)晶圆上施加电压，形成极化反转结构，以提高转换效率；然后，将此晶圆与另一LiNbO3晶圆贴合，以保证强度，之后再对上部的MgO：LiNbO3晶圆进行打磨、切片加工，形成波长转换元件。

该波长转换元件所使用的高品质MgO：LiNbO3晶圆是山寿陶瓷公司生产的产品。该公司以之前用于sAW过滤器的LiNbO3基板技术为基础，开发出面向SHG元件的具有高光学特性的3英寸MgO：LiNbO3基板。山寿陶瓷公司现在也已经成功开发出4英寸基板，计划于2009年上市。

目前，绿色SHG激光器是主流产品。但是，为了进一步降低成本并缩小尺寸，业界仍然寄望于直接振荡产生绿色光的半导体激光器。日亚化学工业公司认为：“如果继续改善现有的技术并实现量产的话，就可以实现几百日元的价格，也就相当于目前小功率蓝紫色半导体激光器的价格。”因此，发光元件生产商及大学等都在为实现业界首款绿色半导体激光器而努力。但是，要想达到这一目标似乎尚需时日。产品上市的最早时间估计也要到2011年以后。

安全性与频谱噪声

虽然激光光源有望实现更小的投影模块，但其在安全性与频谱噪声方面还有很多问题有待解决。

如果激光直接射入人眼内，会对眼睛造成损伤。因此，日本、欧洲、美国等国家都已经制定了激光安全标准。根据这些标准，使用激光光源与MEMS反射镜时，亮度不可高于201m。考虑到安全标准，就必须控制激光的输出，可能需要将超小型投影仪的亮度控制在十几1m以下。解决方案之一是将影像投影到具有高反射率的特殊屏幕上，这样，在相同的光输出下，就可以看到更明亮的影像。但是，由于这样的屏幕不便携带，所以没有实际意义。

因此，将来的LED光源与激光光源很有可能各据市场。在需要获得高亮度时，使用可得到高输出功率的LED光源超小型投影仪；对亮度的需求较低时，如便携式设备等产品可使用激光光源的投影仪。

此外，频谱噪声会使影像出现闪烁，虽然目前已有多个解决方案，但是会增加产品的成本。

对扫描反射镜的要求是小尺寸与低价格

超小型产品的显示设备可分为 扫描反射镜(以MEMS技术制作，以下称为MEMS反射镜)、液晶屏和DMD三大类。其中，人们寄予厚望的是MEMS反射镜，利用它可以实现价格更低、尺寸更小的投影模块。

由于MEMS反射镜是采用MEMS技术制造的，所以许多生产商都认为将来量产后可以实现几百日元的价格。如果采用MEMS反射镜，由于反射镜的直径仅为1mm左右，所以必须使用激光光源。

与激光光源配合使用的MEMS反射镜也需要进行小型化，包括驱动电路在内的体积应该能做到5cm3左右。如果能实现这样的尺寸，那么其应用将不仅是笔记本电脑，还可集成到数码相机中。

在采用激光光源与MEMS反射镜的模块产品中，bTendo公司的产品是业界最小的，其尺寸约为3.5cm3，厚为7mm。

MEMS反射镜之所以能够实现更小的尺寸，主要是因为2个MEMS反射镜是以静电驱动方式工作的，由于无需磁铁，所以减小了尺寸。而对于以电磁驱动方式工作的产品来说，磁铁是必需具备的。

今后，目前由分立元件组成的反射镜驱动电路与激光驱动电路将分别实现ASIc化，两者的尺寸都计划将控制在0.3cm3左右。

在使用MEMS反射镜的模块中，已率先实现产品化的是Microvision公司。该公司已试制了大小为40mm×20mm×7mm、体积仅5.6cm3的模块PicoP。模块内包括反射镜和激光驱动ASIC，功耗为3.5W。该公司计划于2008年内提供超小型投影模块，并将功耗再降低30％左右。此外，该公司还准备于2009年内提供功耗小于1.5W的便携式设备用投影模块。

DMD与液晶屏

面向超小型投影仪的DMD与液晶屏也已经登场。多家公司成功试制了采用DLP Pico芯片组的投影仪。该芯片组是TI公司的产品，将于2008年下半年开始量产，主要由0.17英寸的DMD及其控制处理器组成(见图7)。

TI公司在台式投影仪市场上取得了良好业绩，其产品可提供具有立体感的高画质，以此为武器，TI希望能够尽早切入嵌入式模块市场。

目前面临的挑战是分辨率过小以及材料成本价格过高的问题。0.17英寸的DMD所支持的分辨率为480×320(HVGA)，只有其它显示设备的一半左右。

在液晶屏方面，西铁城福泰克公司已经开始提供透过型液晶屏的样品，计划于2008年秋开始量产(见图8)。与反射型产品相比，透过性液晶屏由于无需用于反射光的PBS(偏极化分光镜)，因此尺寸更小。

该产品的基板使用了单晶蓝宝石基板，这种基板具有较好的透过率与热传导率。因此，这款液晶，屏产品将应用于发热量较高的投影仪。

美国Displaytech公司已经在销售用于3种超小型投影仪的LCOS(硅基液晶)，分别是支持VGA的0.37英寸LC0s、支持WVGA的0.452英寸LCOS，以及支持SVGA的0.463英寸LCOS。3种产品都集成在11.5mm×19mm×3.7mm的封装内，驱动功率为100mW。