近年來，隨著多媒體手機、行動電視、數位相機與攝影機、電子游戲機、行動式多媒體播放器等行動式電子產品的普及，培養(yǎng)消費者在行動裝置上觀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，目前終端產品的螢幕尺寸對于消費者而言還是太小，無法長時間透過熒幕觀看多媒體資料，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研究機構視為下一世代的殺手級應用產品，且其整合的光機電技術，被公認為最有商業(yè)價值的新技術開發(fā)領域，將對包括手機在內的消費性行動電子產品生態(tài)產生重大變化，所以手機一旦內建微型雷射投影機，即可取代傳統(tǒng)笨重的投影機，對于生活的便利、商業(yè)的需求將會有極大的幫助。 

　　雷射光較LED具備更多優(yōu)勢 

　　表1為微型投影機相關的技術的整理比較。技術原理其實都很類似，皆是由光源出發(fā)，經過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、后三者為現(xiàn)有技術)，再經過光學系統(tǒng)投影到熒幕上，呈現(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--發(fā)光二極管LED與雷射Laser。

表1　微型投影機相關技術比較表

　　微型LED投影機成本高、良率低，就DMD來說，需要百萬組微振鏡，一個鏡子只能顯示一個畫素，設計愈多才能顯示更多的畫素，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，需要復雜的光學系統(tǒng)進行聚焦，造成體積大、耐摔性差，而不易置入行動電子產品中。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有鏡頭與對焦問題，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單，目前微型化于行動電子產品的可能性最高，而且，掃描鏡是經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(xiàn)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(xiàn)上，雷射光色純度較佳，比LED銳利飽滿。又雷射的電光轉換效率高，與同樣的發(fā)光波長比較，雷射會將輸入的電幾乎全部轉換成光；LED會將輸入的電轉換成發(fā)光頻譜較寬的光，而且還須要靠光學系統(tǒng)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，雷射作為投影機的光源會比LED有較佳的效率與省電性，且產生的熱也比較少，隨著紅綠藍(RGB)光三原色到齊，全球將掀起雷射顯示的熱潮，在未來光電產業(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，由于分光鏡所鍍之鍍膜層對紅光不起反射作用，因此紅光會直接穿透兩片分光鏡；綠光會于到達前一片分光鏡時呈90度角反射，而于另一片時呈現(xiàn)穿透狀況；藍光會在到達分光鏡時，呈90度角反射，最后，三原色光源呈現(xiàn)溷光狀態(tài)，到達掃描鏡片時，再呈90度角反射而投影到顯示屏幕。當掃描鏡片開始作動時，會有±10o～±15o的掃描角度(依各家廠商之規(guī)格而有所不同)，此時，在屏幕上就會由混光的投射點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，紅光波長為638奈米、綠光波長為532奈米、藍光波長則為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(guī)格為反射波長485～545奈米、穿透波長570～825奈米，目的是使綠光反射，紅光穿透；另一片的規(guī)格為反射波長327～488奈米、穿透波長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關係如下圖2、3所示，圖中的分光鏡為Semrock標準規(guī)格產品。

圖2　綠光反射鏡穿透率與波長關系

圖3　藍光反射鏡穿透率與波長關系

　　掃描鏡片

　　掃描鏡片因具有大掃描角、高操作頻率、結構簡單優(yōu)勢，在光機引擎中扮演重要角色，即為將投影點掃描成二維投影面。主要由一個提供水平方向高頻掃描的鏡面，其扭轉軸固定于一個提供垂直方向低頻掃描的框架，將雷射光源投射于鏡面上，此兩個不同軸向且正交的扭轉軸，即可掃描出一個二維的畫面，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，熱若無法有效散除，則必對雷射源的效率產生重大影響，亦即溫控對雷射源非常重要。在運作時，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，由于無法產生對流，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趨勢

　　因應市場小型化、薄型化與低成本的需求，而衍生出來的核心技術為半導體綠光雷射與晶圓級光學封裝兩大類。微型光機引擎為雷射投影模組的核心組件，其規(guī)格重要性直接影響微投影模組的體積、品質(投影亮度與尺寸)與組裝成本等，組裝不良時將產生雜散光而影響投射畫面，但太過精密的組裝則又將導致成本的增加，而為因應未來內建于行動電子裝置的需求，微型化光機體積是最首要的規(guī)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(tǒng)(MEMS)微型光學平臺(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，將是未來行動電子裝置的重要賣點。 　(本文作者任職于臺灣工研院南分院微系統(tǒng)科技中心)