微型投影�(jī)的技�(shù)與發(fā)展趨勢分�
近年來，隨著多媒體手�(jī)、行�(dòng)電視、數(shù)位相�(jī)與攝影機(jī)、電子游戲機(jī)、行�(dòng)式多媒體播放器等行動(dòng)式電子產(chǎn)品的普及，培�(yǎng)消費(fèi)者在行動(dòng)裝置上觀看多媒體資料的習(xí)慣與攝錄影，也刺激消費(fèi)者對(duì)于多媒體資料的需�。然�，為攜帶方便，目前終端產(chǎn)品的�?zāi)怀叽鐚?duì)于消�(fèi)者而言還是太小，無法長�(shí)間透過熒幕觀看多媒體資料，因�，催生微型投影機(jī)的商�(jī)及需求�
目前微型雷射投影已被市場研究�(jī)�(gòu)視為下一世代的殺手級(jí)�(yīng)用產(chǎn)�，且其整合的光機(jī)電技�(shù)，被公認(rèn)為最有商�(yè)�(jià)值的新技�(shù)開發(fā)�(lǐng)�，將�(duì)包括手機(jī)在內(nèi)的消�(fèi)性行�(dòng)電子�(chǎn)品生�(tài)�(chǎn)生重大變�，所以手�(jī)一旦內(nèi)建微型雷射投影機(jī)，即可取代傳�(tǒng)笨重的投影機(jī)，對(duì)于生活的便利、商�(yè)的需求將�(huì)有極大的幫助�
雷射光較LED具備更多�(yōu)�
�1為微型投影機(jī)相關(guān)的技�(shù)的整理比較。技�(shù)原理其實(shí)都很類似，皆是由光源出發(fā)，經(jīng)過模組端諸如微型掃描反射�(MEM)、硅基液�(LCoS)、液晶顯示器(LCD)或數(shù)位微鏡裝�(DMD)的處�(前者為新技�(shù)、后三者為�(xiàn)有技�(shù))，再�(jīng)過光�(xué)系統(tǒng)投影到熒幕上，呈�(xiàn)出色彩豐富的平面影像。以上的分類歸納到最頂層源頭，大致可由光源部分分為二大類--�(fā)光二極管LED與雷射Laser�
�1 微型投影�(jī)相關(guān)技�(shù)比較�
微型LED投影�(jī)成本�、良率低，就DMD來說，需要百萬組微振�，一�(gè)鏡子只能顯示一�(gè)畫素，設(shè)�(jì)愈多才能顯示更多的畫�，造成制程難度與成本增加。且每一款LED投影�(jī)光機(jī)�(shè)�(jì)�(fù)�，需要復(fù)雜的光學(xué)系統(tǒng)�(jìn)行聚�，造成體積大、耐摔性差，而不易置入行�(dòng)電子�(chǎn)品中。微型雷射投影機(jī)只需要一片微型掃描鏡，即可掃描出很多畫素，而且�(shè)�(jì)的掃描鏡，若具更高頻與更大角�，就可具備高階顯像的成本�(yōu)勀再�，其掃描方式的最大好處是沒有鏡頭與對(duì)焦問�，投影機(jī)任意擺設(shè)皆可，雷射光投影出去，在任何的平面上就形成影�，不須如LED投影�(jī)還要旋轉(zhuǎn)鏡頭�(diào)整焦�，所以光�(jī)架構(gòu)非常簡單，目前微型化于行�(dòng)電子�(chǎn)品的可能性最高，而且，掃描鏡是經(jīng)由微�(jī)電制程批次量制�，可大幅降低成本�
另外，在色彩表現(xiàn)與效能消耗方面，雷射光因具有高指向性同�(diào)�，在空氣中傳播時(shí)不易被干�，所以能將光傳遞至遠(yuǎn)處，其發(fā)光頻譜亦較LED�。雷射的�(fā)光頻譜半高寬(FWHM)不到1納米(nm)，而LED半高寬卻高達(dá)50納米，所以在色彩的表�(xiàn)上，雷射光色純度較佳，比LED銳利飽滿。又雷射的電光轉(zhuǎn)換效率高，與同樣的發(fā)光波長比�，雷射會(huì)將輸入的電幾乎全部轉(zhuǎn)換成光；LED�(huì)將輸入的電轉(zhuǎn)換成�(fā)光頻譜較寬的�，而且還須要靠光學(xué)系統(tǒng)收集漫散的光源，LED的光電轉(zhuǎn)換效率明顯較�。因此，與LED總體比較起來，雷射作為投影機(jī)的光源會(huì)比LED有較佳的效率與省電性，且產(chǎn)生的熱也比較�，隨著紅綠藍(lán)(RGB)光三原色到齊，全�?qū)⑾破鹄咨滹@示的熱潮，在未來光電�(chǎn)�(yè)�，半�(dǎo)體雷射將具有舉足輕重的地位�
雷射光源于微型投影架�(gòu)中扮演重要角�
微型雷射光機(jī)引擎各�(gè)元件�(shè)�(jì)與擺置如�1所�，主要由RGB雷射�、分光鏡(Dichroic)、掃描鏡(Scanning Mirror)、基�(Base)四部分組合而成。微型雷射光�(jī)引擎�(yùn)作時(shí)，由于分光鏡所鍍之鍍膜層對(duì)紅光不起反射作用，因此紅光會(huì)直接穿透兩片分光鏡；綠光會(huì)于到�(dá)前一片分光鏡�(shí)�90度角反射，而于另一片時(shí)呈現(xiàn)穿透狀�；藍(lán)光會(huì)在到�(dá)分光鏡時(shí)，呈90度角反射，最�，三原色光源呈現(xiàn)溷光狀�(tài)，到�(dá)掃描鏡片�(shí)，再�90度角反射而投影到顯示屏幕。當(dāng)掃描鏡片開始作動(dòng)�(shí)，會(huì)�±10o�±15o的掃描角�(依各家廠商之�(guī)格而有所不同)，此�(shí)，在屏幕上就�(huì)由混光的投射�(diǎn)掃描變成二維的混光投射面，達(dá)到全彩投影的效果。以下分別介紹微型雷射光�(jī)引擎各組成元件�
�1 微型雷射投影的光�(jī)引擎架構(gòu)�
雷射�
半導(dǎo)體雷射具有體積小、電光轉(zhuǎn)換效率高、低消耗功�、壽命長及易控制其光輸出功率，且�(diào)制頻率可�(dá)10GHz以上等特�，使半導(dǎo)體雷射應(yīng)用在微型投影�(jī)中將不可或缺。其�，各種雷射光�，紅光波長為638奈米、綠光波長為532奈米、藍(lán)光波長則�445奈米�
分光�
提供雷射源穿透或反射，使三色源能溷光。其中使用的兩片分光�，一片的�(guī)格為反射波長485�545奈米、穿透波�570�825奈米，目的是使綠光反射，紅光穿�；另一片的�(guī)格為反射波長327�488奈米、穿透波�515�850奈米，目的是使藍(lán)光反�，而紅�、綠光穿�，最后能�(dá)到三色原溷光效果。綠光反射鏡與藍(lán)光反射鏡的穿透率與波長關(guān)係如下圖2�3所�，圖中的分光鏡為Semrock�(biāo)�(zhǔn)�(guī)格產(chǎn)品�
�2 綠光反射鏡穿透率與波長關(guān)�
�3 �(lán)光反射鏡穿透率與波長關(guān)�
掃描鏡片
掃描鏡片因具有大掃描�、高操作頻率、結(jié)�(gòu)簡單�(yōu)勢，在光�(jī)引擎中扮演重要角�，即為將投影�(diǎn)掃描成二維投影面。主要由一�(gè)提供水平方向高頻掃描的鏡�，其扭轉(zhuǎn)軸固定于一�(gè)提供垂直方向低頻掃描的框架，將雷射光源投射于鏡面�，此兩�(gè)不同軸向且正交的扭轉(zhuǎn)�，即可掃描出一�(gè)二維的畫面，借由扭轉(zhuǎn)�、鏡面與框架的設(shè)�(jì)即可�(dá)成高頻掃描需求�
基座
基座主要的功能除承載雷射�、掃描鏡、分光鏡三項(xiàng)元件�，最重要的作用是散熱。在如此微小的光�(jī)體積�，熱若無法有效散除，則必�(duì)雷射源的效率�(chǎn)生重大影�，亦即溫控對(duì)雷射源非常重�。在�(yùn)作時(shí)，須為一接近常溫的定�，且考量光機(jī)引擎是裝置于密閉空間中，由于無法�(chǎn)生對(duì)�，因此鰭片將失去散熱效果，所以去除鰭片的�(shè)�(jì)，改由與之接觸的大底殼面積散�，而且，以人手的觸感能接受的溫度為原則，上限為40℃�
晶圓�(jí)微型雷射投影�(jī)為未來趨�
因應(yīng)市場小型�、薄型化與低成本的需求，而衍生出來的核心技�(shù)為半�(dǎo)體綠光雷射與晶圓�(jí)光學(xué)封裝兩大�。微型光�(jī)引擎為雷射投影模組的核心組件，其�(guī)格重要性直接影響微投影模組的體積、品�(zhì)(投影亮度與尺�)與組裝成本等，組裝不良時(shí)將產(chǎn)生雜散光而影響投射畫�，但太過精密的組裝則又將�(dǎo)致成本的增加，而為因應(yīng)未來�(nèi)建于行動(dòng)電子裝置的需�，微型化光機(jī)體積是最首要的規(guī)格要��
由RGB微型雷射光源、微型掃描鏡等各零件組合成微型光�(jī)引擎，再整合微機(jī)電系�(tǒng)(MEMS)微型光學(xué)平臺(tái)(Optical Bench)、微型準(zhǔn)直鏡�、微型塊狀分光鏡的可攜式微型雷射投影模�，將是未來行�(dòng)電子裝置的重要賣�(diǎn)� (本文作者任職于�(tái)灣工研院南分院微系統(tǒng)科技中心)