①投影显示基本原理
投影设备是一种将图像或视频数字信号通过显示芯片转换为光信号后,经过光学镜头投影到幕布上的智能设备。
投影显示中光机即光学系统是投影仪的核心部分,其工作状态直接影响着整机的性能。光学系统主要包含四个部分:光源、照明系统、图像显示芯片和投影物镜。其中,光源为投影显示提供光路照明以及系统光能量的唯一来源;照明系统需要将光源发出的光尽可能多地收集到图像显示芯片上,并通过光路系统对光线进行重新分配使得芯片上的照度是均匀的;图像显示芯片接收图像的灰度信息;显示芯片被均匀照明后,通过投影物镜将画面以一定的倍数放大并投射到屏幕上。
②智能微投及其显示技术发展历程概况
智能微投产品,作为人类视觉终端产品演进的重要载体,既传统又创新,承载着跨越三个世纪的技术革新与文化变迁。从早期幻灯机的雏形到现代智能投影设备,这一行业既延续着光学成像的传统基因,又在数字化浪潮中不断突破创新,持续适应消费与商用场景的需求升级。当今显示技术进入了多样性时代,人们不断发展出新的信息显示方法,但若探究显示技术的起源,可以发现投影显示是人类最早的显示技术。
投影显示的基本原理就是将一束光挡成各种影子照射在相应的屏幕上形成图像。起源于两千多年前的西汉时期的中国民间古老的皮影戏,用光束将一些人手操作的人物或动物形象的画片投影在屏幕上,形成影戏,就是一种典型的投影显示。
20 世纪 90 年代以来,微显示器技术的发展导致了投影显示革命性的变化与发展,形成了现代投影显示技术与产业。日本 EPSON 公司的液晶(TFT-LCD)投影和美国德州仪器(TI)的基于 DMD(Digital Micro-mirror Devices,数字微镜器件)的数字光处理投影显示(Digital Light Processing,DLP)为代表的美日电器企业,实现了现代光电投影技术的产业化,成为现代显示技术中的一个重要组成部分。液晶显示技术在投影中的应用相对较早,但早期液晶显示器件光学透过率较低,且器件面积偏大。
1989 年,爱普生成功研制出第一块 LCD 投影显示芯片。 90 年代后期,索尼、爱普生先后推出了三片式液晶面板(3LCD)投影显示结构,进一步提高了液晶投影设备显示分辨率、色彩还原性及显示亮度,使得投影显示进入激增期,这个过程中日本的爱普生、索尼公司在推动液晶投影行业的技术进步和变革中起到了极其重要的作用,且目前仍然是全球主要的投影用小面积、高像素液晶投影面板生产商,垄断 3LCD 投影显示芯片专利技术。
在上世纪 90 年代后期,部分厂商基于 LCD技术基础,应用于成熟的 CMOS 技术(硅基板),发展出了 CMOS 驱动的反射式液晶显示技术 LCOS技术,具有芯片集成度高、分辨率高、高光效率和高对比度以及适用于大尺寸显示产品等优势,但由于技术成熟度的问题,目前的应用仍相对较少。
德州仪器(TI)开发的 DLP 技术在实现投影的紧凑性设计上具有划时代的意义。德州仪器(TI)自上世纪 80 年代开始研究数字光处理技术(DLP)。到 1996 年,应用单片 DMD 芯片(DLP 技术芯片)的投影设备问世。且相比于液晶显示芯片,DMD 芯片体积大幅缩小,且可实现全数字显示,在光能利用率、显示对比度、像素填充率等方面均具有优势。
此后,DLP 投影机不断推出新品刷新“便携化”概念,在 2007 年的 CES 国际电子消费展上,美国德州仪器(TI)以及维视图像相继推出手机投影和微投影设备,随后全球各大手机厂商如摩托罗拉、LG、诺基亚等纷纷将微投影技术与他们的产品进行整合,投影设备的发展进入微型化时代。
2014 年,国内投影厂商极米科技、火乐科技基于美国德州仪器(TI)的 DLP 技术先后发布了投影行业的首款智能微型投影产品,将投影设备和智能系统相结合,迅速提升了投影设备的智能化水平以及音画质水平,推动微型化投影设备进入智能化时代,即智能微投。智能微投极大地推动了投影设备向消费市场渗透的速度,投影市场迅速扩张。以国内市场为例,根据 IDC 数据,2014 年至2019 年间,国内投影机市场出货量由 213 万台增长至 462 万台,年均复合增长率达到 16.75%。
③投影显示技术概况
投影设备目前所使用的显示技术主要包括液晶显示技术(包括单 LCD 和 3LCD)、DLP 技术和LCOS 技术。根据洛图科技(RUNTO)数据,2024 年度全球投影机出货中,单 LCD 技术、DLP 技术、3LCD 技术和 LCOS 技术分别占比 67.9%、22.2%、9.7%和 0.2%。
单 LCD 技术和 DLP 技术为目前家用智能微投应用的主流技术。其中,DLP 技术基于其在紧凑性、光效率、显示对比度和色彩饱和度等方面的优势,成为智能微投市场扩张早期阶段主流应用的显示技术,国内知名的智能微投品牌如极米、坚果、峰米、当贝等均采用 DLP 技术。
但 DLP 技术由德州仪器(TI)垄断,国内厂商虽然通过在光机结构、产品智能化等方面的引领创新在全球智能微投市场中取得领先优势,但由于核心显示技术被海外厂商垄断,产品成本高且存在较大的供应链风险。
单 LCD 技术可实现国产化的供应,但在智能微投市场扩张的早期阶段,单 LCD 智能微投在显示亮度、显示分辨率、产品品质、智能化等方面存在劣势,应用率相对较低。随着国内投影厂商在光学、结构、软硬件、智能化等产品技术层面的持续创新升级,以及国内产业链企业如显示面板龙头京东方等在投影液晶显示技术领域的研发投入,单 LCD 技术在性能、产品品质层面持续提升,市场竞争力持续增强,市场占比逐步超越 DLP 技术成为智能微投主流应用的显示技术。
以国内市场为例,根据洛图科技(RUNTO)中国智能投影线上数据监测显示,单 LCD 投影在国内市场线上销售在 2019 年至 2024 年间渗透率迅速提升,占比由 25%增长至 66.8%。
3LCD 技术主要应用于传统的商用投影市场并占据主流地位,该技术专利由日本爱普生、索尼公司共同掌握。由于爱普生、索尼均涉及下游投影领域,对其他智能微投企业在 3LCD 技术的专利授权相对保守,芯片成本高且供应受限。
(2)智能微投行业发展趋势分析
①智能微投全球市场渗透率持续提升
智能微投在搭载智能应用系统后可直接连接互联网,获取包括音视频、应用服务等多种形式的娱乐服务,同时内嵌包含 IOT、语音识别、人工智能操作等智能软件系统使得智能微投具备更加多元的场景渗透能力,逐步发展成为像智能手机一样的智能物联网终端。
从电子产品的消费属性来看,基于智能微投更具性价比的大屏属性,对传统的电视机具有一定的替代性;且基于智能微投的便携性以及多场景应用的优势,又衍生出卧室、户外等更为丰富的应用场景。智能微投在全球保持较高热度,最近几年出货量持续上涨。
根据洛图科技(RUNTO)最新调研数据,2024 年全球投影机市场出货量达到 2,016.70 万台,同比增长 7.50%,预测 2025 年全球投影机市场出货量有望达到 2,208 万台,同比增长 9.5%。
A、技术的持续突破,智能微投产品力持续提升
作为视觉终端产品,智能微投的核心体验在于显示画质、人机交互的便捷性、极致影音体验等方面。受益于在光源、光学结构、显示芯片、智能算法等底层技术的持续突破,智能微投的显示效果、操作的便捷性逐步优化,产品力持续提升。
重点如下:从光源技术来看,LED 与激光光源已成为当前主流的光源技术,根据洛图科技(RUNTO)数据,LED 光源、激光光源投影机在全球市场中的出货量份额分别达到 78.2%、11.0%。相比于传统的高压汞灯/疝灯光源,LED 光源成本更低,使用寿命更长(2 万小时以上),能耗更低,激光光源则在色彩表现、产品亮度方面更有优势,解决了智能微投成本高(灯泡需频繁更换)、寿命短、能耗高三大痛点。而在显示画质方面:显示分辨率持续提升,可实现极致细腻的画面显示效果。
主流的单 LCD智能微投中高端产品主流显示分辨率以 1080P 为主,且已突破原生 4K 显示分辨率;主流的消费级DLP 智能微投也以 1080P、4K 显示分辨率为主,画面的细腻度已与传统电视机接近。显示亮度的提升,解决早期微型投影机在光照环境下观影体验较差、显示画面泛白的痛点。
目前,单 LCD 智能微投显示亮度已突破 1,000ANSI 流明,科金明 2LCD 显示技术则可达到 1,500ANSI 流明,DLP 技术显示亮度性能更有优势,特别是激光光源 DLP 投影,显示亮度相对更高,已可满足绝大多数日常光环境下的观影需求。早期的投影机一般需要通过手动完成对焦、梯形校正、画面入幕等画面校正操作,操作复杂,更多适配于商务、办公等“专业场景”。
智能微投通过融合 AI 智能算法与智能感知硬件设备(TOF、摄像模组、红外感知等),可实现人机全自动交互,大幅提升操作便捷性。因此,底层技术创新的突破是智能微投快速崛起的核心,产品力的持续提升,使得智能微投从“可用”完成了向“好用”的转变。
B、智能化的融合使得智能微投实现从“单一显示”到“智能中枢”的转变
随着投影设备和智能操作系统、智能感知等新兴技术融合的不断深入,智能微投在搭载智能应用系统后可直接连接互联网,获取包括音视频、应用服务等多种形式的娱乐服务,同时内嵌包含 IOT、语音识别、人工智能操作等智能软件系统。
C、高性价比大屏幕投放,极致家庭影音体验
智能微投可实现大屏幕投放,如科金明部分家庭影院系列智能微投,可实现 210 英寸超大屏投放。而传统电视机主流尺寸覆盖 55 英寸-85 英寸之间,超大尺寸(100 英寸以上)电视机成本较高。相比之下,智能微投以相对较低的成本即可获得更大尺寸的投放,在如今消费者对于显示大屏化的需求趋势推动下,出货量持续上升。在视觉体验上,智能微投超清、细腻的显示画质、超大屏幕投放再搭配高品质音箱,为人们提供极致的家庭影音体验。
此外,在教育、商务办公等场景中也更加适配,如在当前越来越多的在线教育场景中(AR 互动、网课等),智能微投的大屏显示相比于电子屏幕更沉浸,也更护眼,家长更愿意为“家庭学习场景”买单。
D、便携化的设计,使得智能微投具备更加多元化的场景渗透能力
智能微投设计紧凑、结构精巧,可随时移动。便携化的特性,使得智能微投除在家庭固定观影场景中应用外,在户外露营、集体聚会(如体育赛事等)、卧室等场景中均被广泛应用。如户外集体观看球赛,可随时随地大屏投放,营造氛围感;在户外露营文化兴起的当下,智能微投的出现也使得户外大屏幕观影成为可能;可移动的特性,解决城市租户“难以安装电视”的痛点。且智能微投设计结构逐步丰富,满足不同消费者在多场景下的应用需求,部分机型小巧秀珍,甚至能装进口袋。
因此,便携化、多样化的设计,使得智能微投具备更加多元化的场景渗透能力。随着消费群体代际更迭的加速,新兴代消费者对于新兴显示技术的认知持续深化,对于多元化场景的需求更加旺盛,拉动智能微投需求的增长。
整体来看,投影设备自诞生以来,在很长一段时间内以办公、教育等商用场景为主。而智能微投在产品力、智能化应用、内容生态的丰富、大屏显示、多元化场景渗透的优势,使得投影设备完成了从“专业设备”到“家用设备”的转变。而智能微投向消费级市场的迅速渗透,是最近几年智能微投市场增长的主要驱动力。
根据洛图科技(RUNTO)数据显示,最近两年全球投影机市场出货量按应用场景分布中,消费级投影市场占比均突破 80%。②单 LCD 技术渗透率持续提升从主要的显示技术的应用来看,单 LCD 技术已成为全球市场智能微投主流应用的显示技术,且渗透率仍在持续提升。
根据洛图科技(RUNTO)数据,最近几年单 LCD 投影在全球投影市场出货量占比持续上升,2024 年度已达到 67.9%。在国内市场,单 LCD 投影在最近两年的增长趋势更为明显,2021 年线上销量占比仅为 43.0%,2023 年、2024 年则分别增长至 66.1%、66.8%。从市场的发展趋势来看,单 LCD 技术成为智能微投最重要的增量市场,也是创新应用的重点方向。
单 LCD 技术在全球市场的渗透率迅速扩张,逐步成为家用智能微投主流显示技术。具体原因分析如下:
A、单 LCD 技术不断升级,产品竞争力持续增强
随着智能微投市场的扩张,LCD 投影产业链企业加大研发投入,推动单 LCD 技术的不断升级。如科金明等国内智能微投厂商在投影光学、结构、智能化等层面的创新升级;国内面板龙头京东方等纷纷布局投影用液晶显示面板的研发等,推动单 LCD 技术的不断升级,单 LCD 智能微投产品性能、产品品质的持续提升,产品竞争力不断增强,是推动单 LCD 技术渗透率持续提升的核心因素。主要体现为以下几个重要方面:
a、光效率的持续提升,显示亮度不断突破
从技术原理上来看,液晶显示技术在色彩还原性上的表现相对更优异,但其通过液晶光电效应调制需以偏振光入射,导致光效率偏低。而单 LCD 技术又需要通过三原色滤色膜对单路光线进行像素分割实现彩色成像,光效率进一步下降,导致产品亮度偏低,早期亮度仅几十流明,系单 LCD技术应用率偏低的核心制约因素。
投影用液晶显示面板透过率的提升、光机光效率的优化改进以及 LED 光源功效的提升,推动单LCD 技术光效率持续提升,单 LCD 智能微投显示亮度不断突破。2021 年,单 LCD 智能微投实现了 300-500 流明产品的亮度突破,市场的增长开始进入快车道;到 2023 年初,单 LCD 智能微投产品显示亮度突破 1,000 流明,实现了向主流家用智能微投亮度的性能突破升级。
b、显示分辨率持续提升,实现原生 4K 分辨率的突破
早期在 LCD 投影液晶显示面板的分辨率主要由 720P 主导,而随着国内显示面板企业在投影用液晶显示面板制造工艺上的逐步升级,投影厂商在投影成像系统的开发升级,1080P 已逐渐成为 LCD智能微投主流分辨率。且在 2023 年 8 月在国内智能微投市场出现全球首款采用 4K 芯片的单片 LCD智能微投(系由科金明为飞利浦制造的 Neopix926/927,采用科金明自主开发的原生 4K 光机)。
相比于市场面主流的 DLP 产品普遍采用抖动方式(即高频振动)实现模拟 4K 显示分辨率,单 LCD 产品提供的原生 4K 的显示分辨率,具有明显的优势,对于 4K 投影市场的普及化发展也将是一个重要的里程碑。
c、全封闭式光机提升产品品质
传统的单 LCD 投影由于产品热管理的需求普遍采用开放式光机设计,存在漏光、噪音大、屏幕灰尘污染影响显示质量及使用寿命,产品品质相对较差。而随着投影厂商在产品热管理、防尘气密结构设计上的突破,推出全封闭式 LCD 智能微投光机,在光机的紧凑设计、零部件加工、产品工艺制程管理等方面的高要求,解决了使用寿命、可靠性以及显示稳定性等问题,极大地提升了产品品质。从实际的市场表现来看,单 LCD 智能微投最近几年在国内市场的市场占比逐年快速提升,与产品在性能指标、产品品质的大幅提升是相一致的,从而也进一步说明了单 LCD 智能微投渗透率的快速提升的推动力主要来自于其本身产品竞争力的提升。
B、单 LCD 国产化的供应链,具备供应链及成本优势
基于在智能化技术的先发优势,国内厂商及品牌引领全球智能微投的发展。但在核心显示技术领域,DLP 技术由德州仪器(TI)垄断,所有 DLP 投影生产厂商均需向其采购 DMD 芯片。即国内智能微投市场早期的迅猛发展过程中,面临着核心技术较为依赖海外厂商的局面,产品成本高且面临较高的供应链风险。而单 LCD 技术,从光源到核心显示器件可实现国产化的供应,在核心元器件供应、产业链协同发展、成本等方面均具有明显的优势,在产品的策略上也更加灵活。单 LCD技术的强势崛起,逐步打破了 DLP 技术在家用智能微投的优势地位,深刻影响了智能微投的供应链格局及其未来的发展趋势。
③中国是全球市场智能微投主要供应国
中国厂商是全球智能微投市场最主要的制造商,国内品牌在全球占据着重要的地位,对全球智能微投的技术创新作出了重要的贡献。
国内品牌作为投影设备趋向智能化的先行者,在交互系统、自动化智能化、家居融合等技术创新层面具有较强的优势,大步走向海外将是必然选择。而国产化供应链推动全球产业链的重构深化,中国投影厂商凭借技术迭代能力及制造、成本优势,推动智能微投渗透率扩张。近几年,在国家战略带动下,受互联网发展、数字化技术提升、全球供需关系变化等重要因素驱动,跨境电商兴起并保持高速增长。
国内智能微投出口主要通过线上渠道以及本土品牌线下渠道销售,线上销售渠道如亚马逊、沃尔玛、品牌独立站等,线下渠道包括沃尔玛、Best Buy 等大型电子卖场以及区域品牌商线下自营渠道等。为国产投影品牌拓展全球市场销售渠道,构建新型营销矩阵形成了强有力的支撑。
根据中华人民共和国海关总署数据统计,2022 年至 2024 年,我国彩色投影机出口数量分别为800.99 万台、892.09 万台及 1,191.37 万台,复合增长率为 21.96%。未来,中国制造仍将在全球智能微技术深化、产品供应扮演重要的角色。
④欧美等发达地区是全球智能微投最重要的消费市场
相比国内,欧美等发达地区的消费者有着更为浓厚的露营、聚会文化,大屏化、便携化的智能微投在很大程度上契合了发达地区消费者在户外露营、聚会等“可移动”场景下,对于更具群体氛围感的视觉终端设备的需求。根据洛图科技(RUNTO)数据,2024 年度北美、西欧和亚太市场出货量占全球出货量比重达到 56.6%,为全球智能微投最重要的消费市场,且增速显著高于国内市场。