投影顯示技術簡介

顯示技術是利用視覺作為傳達資訊的目的，最早可推演至壁畫、繪畫等。時至今日，電子與傳播工業的發達使得影像和聲音可利用電子訊號作為紀錄與傳輸，並在終端予以重現影像。因此技術顯示技術已成為人類最重要的溝通與訊息傳達的工具。時至今日顯示技術可分成兩類，一是直視型(direct view)顯示技術與一是投影型(projection)顯示技術。

直視型(direct view)顯示技術中最廣為人知的顯示器為陰極射線管（Cathode Ray Tube, CRT）顯示器，1949年第一台遮罩式彩色電視問世，20世紀後期，以CRT為核心的顯示器充斥在每個家庭內。隨著半導體工藝技術發展，利用半導體技術研發出微小的場發射電極元件，利用矩陣式的場發射電極元件建構出場發射顯示器（Field Emission Display, FED）。1967年發明了一種自發光平板顯示器，具有高亮度、廣視角等優點，稱為真空螢光顯示器（Vacuum Fluorescent Display, VFD）。1964年美國兩位教授創始最原始的電漿（Plasma Display Panel, PDP）顯示器，突破彩化、亮度和壽命等問題，即是目前在市場上的實用化的PDP顯示器。而液晶（Liquid Crystal, LC）的輕薄與低電壓的特性，使得液晶後來居上，成為今日顯示技術的主流。液晶顯示的方式又可分成被動矩陣式（Passive Matrix）的扭曲向列型（Twisted Nematic, TN）液晶、超扭曲向列型（Super Twisted Nematic, STN）液晶與主動矩陣式（Active Matrix）的薄膜電晶體（Thin Film Transistor, TFT）液晶，後者即是成為有名的薄膜電晶體液晶顯示器（TFT-LCD）。

投影顯示技術市利用光學方式將微型顯示器(microdisplay)予以放大至所需顯示之尺寸。因為其投影尺寸可以遠遠超過平面顯示器的尺寸，所以對於超大尺寸顯示的需求，投影顯示技術是較佳的選擇。也因為其投影顯示技術具有影像光學放大的概念因此對於攜帶型顯示器具有很大的機會。若依照微型顯示元分類，可分為發射式投影顯示器（Emissive Microdisplays）、透射式投影顯示器（Transmissive Microdisplays）與反射式投影顯示器（Reflective Microdisplays）。發射式投影顯示器有投影片式(Overhead projectors)顯示器與CRT背投影顯示器。透射式投影顯示器有高溫多晶矽液晶板(High-Temperature Poly-Silicon Liquid Crystal Display, HTPS-LCD)投影顯示器。反射式投影顯示器有液晶矽板(Liquid Crystal on Silicon, LCoS)投影顯示器和數位振鏡式(Digital Light Processing ,DLP)投影顯示器，彼此互相競爭解析度、亮度、對比度、壽命等關鍵問題，而投影顯示技術的發展也帶動光學設計、鍍膜技術、機構設計等相關技術。

近年來投影顯示器不斷發展與進步，已經成為一個相當成熟的顯示技術。依照投影顯示元可分為發射式投影顯示元（Emissive Microdisplays）、透射式投影顯示元（Transmissive Microdisplays）與反射式投影顯示元（Reflective Microdisplays），如下圖1所示。

(a) 發射式顯示元 (b) 透射式顯示元 (c) 反射式顯示元
圖1:投影顯示元種類

顯示器的色彩合成方法可分為三種，有空間式色彩合成（Spatial Color Formation）、重疊式色彩合成（Overlay Color Formation）與時間共享式色彩合成（Time Sharing Color Formation）。若白光光源經過已排列好的彩色濾光片後，產生色彩合成的效果，此形成方式稱為空間式色彩合成，如圖2(a)。若白光光源分別經過紅、綠、藍三種濾光片分成三道光，再經過匯聚稜鏡合成一道彩色的色光，此形成方式稱為重疊式色彩合成，如圖2(b)。若紅、綠、藍三道色光利用快速切換達到色彩合成的效果，此形成方式稱為時間共享式色彩合成，如圖2(c)。

(a)空間式 (b)重疊式 (c)時間共享式
圖2: 色彩合成方法

投影機基本架構如圖3，從光源經過投射系統將光帶入分光系統，分為紅、綠、藍三道光進入顯示元，最後到合光系統經由投影鏡頭投射出大尺寸影像，其中需要散熱系統為投影機內每個元件散熱，亦需要電路架構做電源開關、影像處理等。

圖3:投影機基本架構

作者：國立中央大學光電科學與工程學系 歐陽盟教授