投影光源，敢問路在何方？

中國投影網投影機資訊　2010-6-9 8:31:29　編輯：孟子默　[ 大中小 ]

　　擴大投影機的銷售量和市場份額一直是投影廠商們努力的方向，普及投影機的呼聲也已喊了多年，但事與愿違，雖然近幾年來無論是消費級投影機還是工程級投影機價格都做了巨大的下調，但投影機市場的進展仍然舉步維艱，而同期進行市場大規模拓展的平板電視的普及量卻風光無限。

　　影響投影機走向普及、走向消費層面的最大因素就是其光源問題。雖然目前投影機的光源種類眾多，而且新的光源技術也在層出不窮，但是，能夠推動投影機走向普及的光源還不明朗。下面我們就來分析一下哪種光源能夠助投影機“手持彩練當空舞”。

投影光源，敢問路在何方？
普通光源投影成像示意圖

　　金屬鹵素燈泡

　　它因燈泡中填充了金屬鹵化物而得名，其優點是價格便宜，更換成本比較低。在燈泡處在點亮狀態時，燈泡兩端的電壓一般在60V左右，燈泡內的氣體壓強較高，燈絲處于半熔狀態，溫度則高達上千度，所以對投影機的散熱能力要求較高，一般多應用在體積較大的LCD投影機中。

　　其缺點就是壽命較短，使用壽命不過2000小時，在使用過程中，金屬鹵素燈泡的亮度會衰減得非常厲害，總工作時間1000小時后投影圖像效果一般還能勉強接受，再繼續使用下去投影的圖像就變得很差了。

　　UHE燈泡

　　UHE燈泡屬于超高壓汞一類燈泡，比較適合長時間使用。其價格比較適中，大概在2000元左右。UHE燈泡利用光學原理濾除了紅外線，發出冷光，熱量比較小，能有效降低投影機功耗。這種采用超高壓汞填充技術的燈泡通常被稱為冷光源燈泡，最突出的特點是亮度高、長時間使用亮度下降不明顯，一般能使用3000小時以上，在工作時間達到2000小時后，亮度幾乎不衰減。
　
　　UHP燈泡

　　UHP燈泡，同樣屬于超高壓汞燈泡，其壽命較長，一般標稱6000小時，最長的甚至標稱12000小時，累計工作時間4000小時后亮度也不會出現明顯的衰減。該燈泡是飛利浦公司發明的一種專利技術，當燈泡衰竭時會即刻熄滅。與UHE燈泡相比，不僅在相同功耗下，UHP燈泡能產生大光量，并能有效地抑制閃爍情況的發生，而且外形更小巧，亮度衰減更小，壽命也相對更長。不過由于其專利技術為飛利浦壟斷，價格偏高，一般都在3000元以上。

　　這三種投影機光源已經進入市場多年，早已為人所熟知，我們這里只做一個簡單的介紹。下面著重介紹一下近年開始嶄露鋒芒的兩種新興光源技術——LED光源技術和激光光源技術。

投影光源，敢問路在何方？
LED燈泡

　　LED光源

　　LED俗稱發光二極管，它是1962年美國通用電氣公司發明的，之后美國日本等工業化國家相繼開始研究和應用這項技術。到1993年，日本的日亞化學公司發明了高亮度的藍光LED后，LED技術開始有了快速的發展，并逐漸應用到日常生活中，我們所熟知的交通信號燈和很多儀表盤都是采用LED作為發光光源，而很多戶外玩家和探險愛好者所推崇的那種強光手電也是采用LED作為光源。LED相比于傳統光源具有體積小、低能耗、長壽命、低噪聲、廣色域等特點，當然其最大特點就是體積小。LED光源體積要遠遠小于投影機所常采用的UHP光源或UHE光源或金屬鹵素光源。因此，采用LED光源的投影產品通常會給人們留下小巧、便攜、迷你的印象。

　　由于LED光源屬于冷光源，在工作中不會產生如金屬鹵素燈那樣的高熱量，其燈泡模組和散熱系統相比原來也可以大幅減小，加上相對簡單的光路結構設計，既減小了產品體積，也簡化了產品內部結構。采用傳統光源燈泡投影產品開機后需要一定的預熱時間，關機時要繼續通電散熱一段時間；而LED不需要預熱時間，可以做到通電即發光，而斷電后也無需等待散熱，因此采用LED光源的投影機產品也可以做到即開即亮，即關即滅。下面來詳細來了解一下 LED光源的特點：

　　（一）壽命長，節省成本

　　投影機燈泡是一種損耗量很大的部件，壽命一到就要更換，且通常其壽命并不與價格成正比。也就是說，購買投影機時不論花多少錢，在使用2000-3000小時之后，一般都需要更換投影機燈泡，并且其價格不菲。而發光二極管的壽命高達上萬小時，有些甚至超過10萬小時。同時，LED光源比傳統光源造價要低廉得多。不但光源成本降低，由于節省了散熱系統，精簡了光路結構，總成本也可以得到很好的控制，即便用戶需要對光源進行更換，也無需為此過多花銷。可以說，采用LED光源無論是前期投入還是后期維護，都可以為用戶節省一筆不小的開支。

　　（二）色彩更好，更加環保

　　色彩范圍實際上是投影機的一個重要性能指標，但是常會被很多用戶忽略。傳統光源的投影機尤其是DLP產品由于其光源光譜范圍有限，需要色輪進行分色，這會對色彩的表現造成很大的影響；即使是不需要色輪進行分色的LCD投影機，其色彩表現也不能令人滿意。

　　而當前的LED已經突破了只有單色光源的限制，白色LED和RGB三原色光源的出現使其更適合應用于投影機中。RGB三色LED光源的純色非常高，三種顏色的發光體按時間順序輪流發光，其色域范圍可輕松達到100%以上，色彩還原效果非常好。另外還有一點需要一提，傳統光源的燈泡中含有對人體有害的汞，其含量雖然很低，但仍然對人體產生影響。而LED光源則不含任何對人體有害的元素，因此可以說，LED不僅節能環保，而且健康無害。

　　任何革命性的新技術在發揮在發展初期都會存在著缺陷，LED也不例外。首先，傳統投影機采用的是點光源，可以大大的提高光的能量效率，而LED是面光源，如何讓這種光源在單位面積內提高光通量，是目前各家廠商需要解決的問題。我們可以看到，目前市場上LED光源投影機亮度最高的也僅有1000流明，而傳統的商務投影機在亮度上可以輕松達到2000流明以上，市場主流的產品也在3000-4000流明水平。因此在亮度上LED光源投影機還亟待提升。

　　其次，價格是影響LED光源投影機的最大屏障。比如09年麗訊推出的全球首款亮度達到800流明的1080p全高清LED投影機H9080FD售價高達15萬元，而在今年準備推出價格僅有一半的機型，但其價格也達7.5萬元，這對于一般家庭來說實在難以承受。而三星最新推出的F10M雖然還沒有最終確定價格，但其售價也會大大高于傳統投影機產品。因此， LED光源投影機當前過高的價格也是制約其發展的一個重要因素。

投影光源，敢問路在何方？

　　雖然LED光源存在著缺陷，但這絲毫不影響市場對其的追捧。近一兩年，LED光源在投影機市場應用越來越廣泛，從1公斤以內的超便攜投影機到亮度僅有15流明，重量僅100克左右的微型投影機，以及亮度達到800流明，并采用1920×1080分辨率的全高清投影機，都已經有不錯的產品推出。　2009年更是LED光源迅猛發展的一年，這一年里，LED光源不僅在很多投影產品中得以運用。目前眾多的廠商都推出了LED光源投影機，包括三星、麗訊、LG、明基、奧圖碼、宏碁、戴爾等等，尤其是三星和麗訊兩家廠商，進入投影機市場不過幾年時間，憑借著技術的創新，在不長時間就成為投影機行業中備受矚目的廠商。在2009年4月16日麗訊更是推出了全球首款亮度達到800流明的1080p全高清LED投影機。

　　市場之所以對LED光源抱有如此高的熱情，是因為人們相信隨著技術的突破和應用開發能力的提高，LED光源的自身局限問題將逐步得到解決，未來市場將是一片光明，甚至被認為是21世紀最具發展前景的高技術領域之一。目前關鍵是要在技術上解決LED光源的亮度不足問題。

　　激光光源

　　正在人們為LED的發展瓶頸摩拳擦掌、展開攻勢的時候，又一種光源開始異軍突起，洶涌進入投影機光源市場，一時吸引眾多人的關注，這就是曾一度被給予厚望后又銷聲匿跡現在又卷土重來的激光投影。

　　激光的最初的中文名叫做“鐳射”、“萊塞”，是它的英文名稱LASER的音譯，是取自英文Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation的各單詞頭一個字母組成的縮寫詞。意思是"通過受激發射光擴大"。激光的英文全名已經完全表達了制造激光的主要過程。1964年按照我國著名科學家錢學森建議將“光受激發射”改稱“激光”。

投影光源，敢問路在何方？
激光顯示成像圖

　　激光的原理是物理學家愛因斯坦在 1916 年發現的， 1958 年激光被首次成功制造。被稱為“最快的刀”、“最準的尺”、“最亮的光”和“奇異的光”。激光顯示是繼黑白顯示、彩色顯示、數字顯示之后的下一代顯示技術。它的系統主要由三基色激光光源、光學引擎和屏幕三部分組成。光學引擎則主要由紅綠藍三色光閥、合束X棱鏡、投影鏡頭和驅動光閥組成，光閥驅動使光閥上分別生成紅、綠、藍三色對應的小畫面，然后分別引入三色激光照明投影到屏幕上，即產生全色顯示圖像。充當光閥及驅動源的可以是各種微型顯示系統、如LCD，LCOS，DMD，GLV等。

激光光源的特點有以下三點：

　　（一）色域更廣，色彩更亮麗

　　傳統投影機的色彩再現能力均未突破NTSC制式的色彩空間，其色域空間僅能覆蓋人眼所能識別的色彩空間的31.8％，難以真實還原自然色彩，這一不足成為進一步提高顯示質量的重要障礙。激光顯示技術是以高飽和度的紅、綠、藍（RGB）三基色激光作為光源的顯示技術。其充分利用激光波長可選擇性和高光譜亮度的特點，使顯示圖象具有更大的色域表現空間，色域覆蓋率可達90%，可實現2倍于傳統光源的色彩再現能力，色彩飽和度為傳統顯示的100倍以上。最大程度地展現人眼可以識別的色彩，真實地再現客觀世界豐富、亮麗的色彩，提供更具震撼的表現力。

　　（二）真正保持長期高畫質

　　傳統投影機會在使用一段時間后隨著光源的急劇衰減而使圖像變暗變黃(如亮度衰減、色飽和度對比度降低等)，在電影院這些高要求使用場合，即使燈泡仍還在發光，也不得不因此而更換燈泡，造成使用成本居高不下。激光電影放映機所使用的是激光器作為顯示光源，其壽命可達10000小時以上，其衰退過程也是緩慢的，使得其輸出的畫質長期保持高亮度、色飽和度和對比度，畫面色彩始終亮麗如新。

　　（三）更高的光通量

　　目前傳統投影機燈泡(氙燈或汞燈)的最高功率可達到6500W-7000W，單機最高可達到33000流明光通量，其燈泡壽命在此條件下最多只能達到500-800小時。而激光光源屬于新一代冷光源，不存在發熱量過大而使其溫度過高的因素，只需通過增加激光器數量，就可以很輕松的將激光投影機單機的光通量達到10000-50000流明以上，且其光源的使用壽命仍然可以達到10000-20000小時以上，使用該技術的影院投影機，可大大降低影院的長期成本，不再有炸燈的風險，并提升影院的檔次和性價比。

投影光源，敢問路在何方？
激光顯示色域覆蓋率數據圖

　　激光顯示技術為投影光源提供了一個新的發展趨勢，它在繼承了數字顯示技術所有優點的基礎上在色度學方面實現了重大突破，解決了顯示技術領域長期以來懸而未決的大色域色彩再現的難題。并且，投影機使用激光作為光源，還具備壽命長、維護費用低(激光光源具有冷光源特性，其壽命是傳統投影光源壽命的10倍以上);裝備投資規模小;環保耗能低等優勢。

　　目前有眾多廠商投入到激光投影的開發和生產中來。索尼不久前宣布即將推出小型激光光源模塊。中視中科在2008年就研發出擁有自主知識產權的“極星”、“北斗”系列激光器產品。年初CES2010展上，卡西歐發布了激光和LED光源組成的混合光源投影機GREEN SLIM。而由北京中視中科、中國科學院光電研究院及北京UME華星國際影城聯合推出的激光影院也早已投入商業運營。

　　但是，廠商們的熱情并不能掩蓋激光投影技術還處在研發階段這樣一個事實。

　　制造激光投影機，至少需要兩個條件：首先是實現三種顏色的激光；其次是需要能夠實現激光的逐點掃描，但目前在這兩方面都有不小的問題。而其中最主要的制約問題就來自于一直沒有合適的固態綠色激光可用。綠色激光波長大約540nm，紅色激光通過一個按照正弦波振蕩的石英，實現頻率的倍增，從而獲得綠色激光。由于這種方式對環境溫度要求比較高，因而輸出不夠穩定，同時綠色激光模塊較大且成本很高。

　　安全問題也是制約其發展的一個因素之一。激光投影機的特點一直就是光通量大，功率達到20W的投影機，其光通量就達到了5000lum，如果有好事者拿一個透鏡，就有可能把一定距離的東西燒壞。要知道，一個150mw的激光在1米以外可以很容易燒壞我們通常用的塑料薄膜袋，一些工業用的切割機床激光功率也不過如此。因此，在開放空間，這一問題更加嚴重。

　　而高成本則是另外一個絆腳石，這也是制約激光投影機普及的最大的因素之一。低成品率以前是制約LCOS 技術發展的因素，而如今它也成為了制約激光投影機發展的因素。中國科學院院士王占國就指出，做好激光顯示產業，加大力度提高成品率是關鍵。雖然如今已經有了一些激光投影產品推出，但是真正要量產這種產品，目前的成品率是達不到要求的，這需要國家和企業投入大量資金去研發。在生產中只有成品率高了，成本才有可能降下來。

　　然而，我們也不需要悲觀，因為隨著國家對激光技術發展的大力支持和科技發展的日新月異，以及激光技術自身的優勢，我們有理由相信，激光投影的發展前景一定會非常廣闊。

投影光源，敢問路在何方？

最后的話

　　長期以來，投影機產品一直采用金屬鹵素燈泡和超高壓汞燈泡作為基本的光源產品。金屬鹵素燈泡的優點是價格便宜，但是抗衰期短，一般使用1000小時左右亮度就會降低到原先的一半左右，并且由于發熱高，不能做長時間(4小時以上)投影使用，目前，金屬鹵素燈泡已逐漸退出投影機燈泡市場。汞燈具有研制簡便、結構簡便、控制簡便的特點，但是要想實現高性能、高色彩性、高亮度和長壽命、超長工作穩定性卻還有很大差距。

　　LED光源和激光光源的出現或許將改變這種情況。從技術發展的歷史角度上看，任何新技術取代舊技術并成為趨勢，一個重要的指標就是它能否全方位滿足原有需求，同時又能在性能上產生新的突破，從而給用戶帶來更廣泛、更便捷、更經濟的使用價值。如今固態光源LED和激光光源憑借更高的性能和應用廣度為投影機的發展提供了方向。

　　LED光源對于投影機發展的最主要的意義在于為機身小型化開辟了新的道路。由于LED光源體積小，且具有很多顯示技術優點，所以更適于研發小巧的投影機甚至原件，使用戶的投影更加“隨身化”和“自由化”。LED用于投影照明，不僅壽命增加，而且改變了投影機結構，由于減少了散熱需求，并縮短了光路系統，所以散熱量和噪聲都有更好的表現。目前，LED光源主要應用與集成化小型投影原件和袖珍式小型機兩種投影產品，集成化小型投影原件不做成獨立機型，其主要是與微型顯示設備如手機、數碼相機、筆記本電腦集成在一起，電池供電，可以投影約A4紙或標準信紙大小的圖像，方便與他人共享畫面。袖珍式掌上投影機則是完整獨立機型，體積小巧輕便，一只手也可以輕易的拿起，攜帶方便，可放于文件包內，因此，商務應用是它的未來發展方向。
　　
　　激光投影的性能更優異。在激光光源面前，任何其他投影機光源只能甘拜下風。在色彩、壽命、可靠性等諸方面，激光光源擁有無與倫比的優勢，而且在光源端實現了數字控制，這一點與LED類似。固態激光的前端也跟LED類似，不過經過放大環節以及聲光晶體的頻率調制，控制好輸出光的波長。LED則是利用基板直接發光，產品沒有那么復雜，而控制起來也簡單，包含外圍電路也簡單得多。現在LED背光顯示已經逐步走向市場，LED背光電視和LED光源的投影機已經可以買得到。而激光的顯示產品，現在成本上還比較高昂，目標客戶還局限在行業端。

　　總的來說，固態光源是光源技術的一次革命，是一次跨越式的發展，同時也是未來的趨勢。LED光源以及激光光源，相對于過去的傳統光源，都有著自己的優勢。投影業界為了尋找一種可以推動投影機普及的光源，曾經一度對LED光源寄予厚望，其擁有節能、環保、經濟實惠、高壽命、發熱量低、結構簡單等特性，不過LED光源存在的最大問題就是亮度不高。在低亮度領域，LED光源無疑是最佳的選擇，但是要走入更廣泛的應用領域甚至取代傳統光源，亮度問題必須解決。而激光作為點光源，能夠實現非常高的亮度。它作為晶體/半導體結構的高指向性冷光源，在色彩純度、發光效率、光利用率、長壽命、低衰減以及低功耗、低發熱等各個方面都占有充分的優勢，如今存在的問題是，產業環境沒有啟動，上游的芯片產量比較低，沒有達到規模產能，所以綜合成本比較高。等上下游產業鏈構筑完成的時候，激光的未來會相當光明，而且隨著成本的降低，技術的完善，安全問題得到解決，激光投影機的普及也許就會為期不遠了。

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文章來源：中國投影網