近年來(lái)，隨著(zhù)多媒體手機、行動(dòng)電視、數位相機與攝影機、電子游戲機、行動(dòng)式多媒體播放器等行動(dòng)式電子產(chǎn)品的普及，培養消費者在行動(dòng)裝置上觀(guān)看多媒體資料的習慣與攝錄影，也刺激消費者對于多媒體資料的需求。然而，為攜帶方便，目前終端產(chǎn)品的螢幕尺寸對于消費者而言還是太小，無(wú)法長(cháng)時(shí)間透過(guò)熒幕觀(guān)看多媒體資料，因此，催生微型投影機的商機及需求。

　　目前微型雷射投影已被市場(chǎng)研究機構視為下一世代的殺手級應用產(chǎn)品，且其整合的光機電技術(shù)，被公認為最有商業(yè)價(jià)值的新技術(shù)開(kāi)發(fā)領(lǐng)域，將對包括手機在內的消費性行動(dòng)電子產(chǎn)品生態(tài)產(chǎn)生重大變化，所以手機一旦內建微型雷射投影機，即可取代傳統笨重的投影機，對于生活的便利、商業(yè)的需求將會(huì )有極大的幫助。 

　　雷射光較LED具備更多優(yōu)勢 

　　表1為微型投影機相關(guān)的技術(shù)的整理比較。技術(shù)原理其實(shí)都很類(lèi)似，皆是由光源出發(fā)，經(jīng)過(guò)模組端諸如微型掃描反射鏡(MEM)、硅基液晶(LCoS)、液晶顯示器(LCD)或數位微鏡裝置(DMD)的處理(前者為新技術(shù)、后三者為現有技術(shù))，再經(jīng)過(guò)光學(xué)系統投影到熒幕上，呈現出色彩豐富的平面影像。以上的分類(lèi)歸納到最頂層源頭，大致可由光源部分分為二大類(lèi)--發(fā)光二極管LED與雷射Laser。

表1　微型投影機相關(guān)技術(shù)比較表

　　微型LED投影機成本高、良率低，就DMD來(lái)說(shuō)，需要百萬(wàn)組微振鏡，一個(gè)鏡子只能顯示一個(gè)畫(huà)素，設計愈多才能顯示更多的畫(huà)素，造成制程難度與成本增加。且每一款LED投影機光機設計復雜，需要復雜的光學(xué)系統進(jìn)行聚焦，造成體積大、耐摔性差，而不易置入行動(dòng)電子產(chǎn)品中。微型雷射投影機只需要一片微型掃描鏡，即可掃描出很多畫(huà)素，而且設計的掃描鏡，若具更高頻與更大角度，就可具備高階顯像的成本優(yōu)勢。再者，其掃描方式的最大好處是沒(méi)有鏡頭與對焦問(wèn)題，投影機任意擺設皆可，雷射光投影出去，在任何的平面上就形成影像，不須如LED投影機還要旋轉鏡頭調整焦距，所以光機架構非常簡(jiǎn)單，目前微型化于行動(dòng)電子產(chǎn)品的可能性最高，而且，掃描鏡是經(jīng)由微機電制程批次量制造，可大幅降低成本。 

　　另外，在色彩表現與效能消耗方面，雷射光因具有高指向性同調光，在空氣中傳播時(shí)不易被干涉，所以能將光傳遞至遠處，其發(fā)光頻譜亦較LED窄。雷射的發(fā)光頻譜半高寬(FWHM)不到1納米(nm)，而LED半高寬卻高達50納米，所以在色彩的表現上，雷射光色純度較佳，比LED銳利飽滿(mǎn)。又雷射的電光轉換效率高，與同樣的發(fā)光波長(cháng)比較，雷射會(huì )將輸入的電幾乎全部轉換成光；LED會(huì )將輸入的電轉換成發(fā)光頻譜較寬的光，而且還須要靠光學(xué)系統收集漫散的光源，LED的光電轉換效率明顯較差。因此，與LED總體比較起來(lái)，雷射作為投影機的光源會(huì )比LED有較佳的效率與省電性，且產(chǎn)生的熱也比較少，隨著(zhù)紅綠藍(RGB)光三原色到齊，全球將掀起雷射顯示的熱潮，在未來(lái)光電產(chǎn)業(yè)中，半導體雷射將具有舉足輕重的地位。 

　　雷射光源于微型投影架構中扮演重要角色 

　　微型雷射光機引擎各個(gè)元件設計與擺置如圖1所示，主要由RGB雷射源、分光鏡(Dichroic)、掃描鏡(Scanning Mirror)、基座(Base)四部分組合而成。微型雷射光機引擎運作時(shí)，由于分光鏡所鍍之鍍膜層對紅光不起反射作用，因此紅光會(huì )直接穿透兩片分光鏡；綠光會(huì )于到達前一片分光鏡時(shí)呈90度角反射，而于另一片時(shí)呈現穿透狀況；藍光會(huì )在到達分光鏡時(shí)，呈90度角反射，最后，三原色光源呈現溷光狀態(tài)，到達掃描鏡片時(shí)，再呈90度角反射而投影到顯示屏幕。當掃描鏡片開(kāi)始作動(dòng)時(shí)，會(huì )有±10o～±15o的掃描角度(依各家廠(chǎng)商之規格而有所不同)，此時(shí)，在屏幕上就會(huì )由混光的投射點(diǎn)掃描變成二維的混光投射面，達到全彩投影的效果。以下分別介紹微型雷射光機引擎各組成元件。

圖1　微型雷射投影的光機引擎架構圖

　　雷射源

　　半導體雷射具有體積小、電光轉換效率高、低消耗功率、壽命長(cháng)及易控制其光輸出功率，且調制頻率可達10GHz以上等特性，使半導體雷射應用在微型投影機中將不可或缺。其中，各種雷射光中，紅光波長(cháng)為638奈米、綠光波長(cháng)為532奈米、藍光波長(cháng)則為445奈米。

　　分光鏡

　　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鏡，一片的規格為反射波長(cháng)485～545奈米、穿透波長(cháng)570～825奈米，目的是使綠光反射，紅光穿透；另一片的規格為反射波長(cháng)327～488奈米、穿透波長(cháng)515～850奈米，目的是使藍光反射，而紅光、綠光穿透，最后能達到三色原溷光效果。綠光反射鏡與藍光反射鏡的穿透率與波長(cháng)關(guān)係如下圖2、3所示，圖中的分光鏡為Semrock標準規格產(chǎn)品。

圖2　綠光反射鏡穿透率與波長(cháng)關(guān)系

圖3　藍光反射鏡穿透率與波長(cháng)關(guān)系

　　掃描鏡片

　　掃描鏡片因具有大掃描角、高操作頻率、結構簡(jiǎn)單優(yōu)勢，在光機引擎中扮演重要角色，即為將投影點(diǎn)掃描成二維投影面。主要由一個(gè)提供水平方向高頻掃描的鏡面，其扭轉軸固定于一個(gè)提供垂直方向低頻掃描的框架，將雷射光源投射于鏡面上，此兩個(gè)不同軸向且正交的扭轉軸，即可掃描出一個(gè)二維的畫(huà)面，借由扭轉軸、鏡面與框架的設計即可達成高頻掃描需求。

　　基座

　　基座主要的功能除承載雷射源、掃描鏡、分光鏡三項元件外，最重要的作用是散熱。在如此微小的光機體積中，熱若無(wú)法有效散除，則必對雷射源的效率產(chǎn)生重大影響，亦即溫控對雷射源非常重要。在運作時(shí)，須為一接近常溫的定值，且考量光機引擎是裝置于密閉空間中，由于無(wú)法產(chǎn)生對流，因此鰭片將失去散熱效果，所以去除鰭片的設計，改由與之接觸的大底殼面積散熱，而且，以人手的觸感能接受的溫度為原則，上限為40℃。

　　晶圓級微型雷射投影機為未來(lái)趨勢

　　因應市場(chǎng)小型化、薄型化與低成本的需求，而衍生出來(lái)的核心技術(shù)為半導體綠光雷射與晶圓級光學(xué)封裝兩大類(lèi)。微型光機引擎為雷射投影模組的核心組件，其規格重要性直接影響微投影模組的體積、品質(zhì)(投影亮度與尺寸)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(huà)面，但太過(guò)精密的組裝則又將導致成本的增加，而為因應未來(lái)內建于行動(dòng)電子裝置的需求，微型化光機體積是最首要的規格要求。 

　　由RGB微型雷射光源、微型掃描鏡等各零件組合成微型光機引擎，再整合微機電系統(MEMS)微型光學(xué)平臺(Optical Bench)、微型準直鏡片、微型塊狀分光鏡的可攜式微型雷射投影模組，將是未來(lái)行動(dòng)電子裝置的重要賣(mài)點(diǎn)。 　(本文作者任職于臺灣工研院南分院微系統科技中心)