投影光源，敢问路在何方？

中国投影网投影机资讯　2010-6-9 8:31:29　编辑：孟子默　[ 大中小 ]

　　扩大投影机的销售量和市场份额一直是投影厂商们努力的方向，普及投影机的呼声也已喊了多年，但事与愿违，虽然近几年来无论是消费级投影机还是工程级投影机价格都做了巨大的下调，但投影机市场的进展仍然举步维艰，而同期进行市场大规模拓展的平板电视的普及量却风光无限。

　　影响投影机走向普及、走向消费层面的最大因素就是其光源问题。虽然目前投影机的光源种类众多，而且新的光源技术也在层出不穷，但是，能够推动投影机走向普及的光源还不明朗。下面我们就来分析一下哪种光源能够助投影机“手持彩练当空舞”。

投影光源，敢问路在何方？
普通光源投影成像示意图

　　金属卤素灯泡

　　它因灯泡中填充了金属卤化物而得名，其优点是价格便宜，更换成本比较低。在灯泡处在点亮状态时，灯泡两端的电压一般在60V左右，灯泡内的气体压强较高，灯丝处于半熔状态，温度则高达上千度，所以对投影机的散热能力要求较高，一般多应用在体积较大的LCD投影机中。

　　其缺点就是寿命较短，使用寿命不过2000小时，在使用过程中，金属卤素灯泡的亮度会衰减得非常厉害，总工作时间1000小时后投影图像效果一般还能勉强接受，再继续使用下去投影的图像就变得很差了。

　　UHE灯泡

　　UHE灯泡属于超高压汞一类灯泡，比较适合长时间使用。其价格比较适中，大概在2000元左右。UHE灯泡利用光学原理滤除了红外线，发出冷光，热量比较小，能有效降低投影机功耗。这种采用超高压汞填充技术的灯泡通常被称为冷光源灯泡，最突出的特点是亮度高、长时间使用亮度下降不明显，一般能使用3000小时以上，在工作时间达到2000小时后，亮度几乎不衰减。
　
　　UHP灯泡

　　UHP灯泡，同样属于超高压汞灯泡，其寿命较长，一般标称6000小时，最长的甚至标称12000小时，累计工作时间4000小时后亮度也不会出现明显的衰减。该灯泡是飞利浦公司发明的一种专利技术，当灯泡衰竭时会即刻熄灭。与UHE灯泡相比，不仅在相同功耗下，UHP灯泡能产生大光量，并能有效地抑制闪烁情况的发生，而且外形更小巧，亮度衰减更小，寿命也相对更长。不过由于其专利技术为飞利浦垄断，价格偏高，一般都在3000元以上。

　　这三种投影机光源已经进入市场多年，早已为人所熟知，我们这里只做一个简单的介绍。下面着重介绍一下近年开始崭露锋芒的两种新兴光源技术——LED光源技术和激光光源技术。

投影光源，敢问路在何方？
LED灯泡

　　LED光源

　　LED俗称发光二极管，它是1962年美国通用电气公司发明的，之后美国日本等工业化国家相继开始研究和应用这项技术。到1993年，日本的日亚化学公司发明了高亮度的蓝光LED后，LED技术开始有了快速的发展，并逐渐应用到日常生活中，我们所熟知的交通信号灯和很多仪表盘都是采用LED作为发光光源，而很多户外玩家和探险爱好者所推崇的那种强光手电也是采用LED作为光源。LED相比于传统光源具有体积小、低能耗、长寿命、低噪声、广色域等特点，当然其最大特点就是体积小。LED光源体积要远远小于投影机所常采用的UHP光源或UHE光源或金属卤素光源。因此，采用LED光源的投影产品通常会给人们留下小巧、便携、迷你的印象。

　　由于LED光源属于冷光源，在工作中不会产生如金属卤素灯那样的高热量，其灯泡模组和散热系统相比原来也可以大幅减小，加上相对简单的光路结构设计，既减小了产品体积，也简化了产品内部结构。采用传统光源灯泡投影产品开机后需要一定的预热时间，关机时要继续通电散热一段时间；而LED不需要预热时间，可以做到通电即发光，而断电后也无需等待散热，因此采用LED光源的投影机产品也可以做到即开即亮，即关即灭。下面来详细来了解一下 LED光源的特点：

　　（一）寿命长，节省成本

　　投影机灯泡是一种损耗量很大的部件，寿命一到就要更换，且通常其寿命并不与价格成正比。也就是说，购买投影机时不论花多少钱，在使用2000-3000小时之后，一般都需要更换投影机灯泡，并且其价格不菲。而发光二极管的寿命高达上万小时，有些甚至超过10万小时。同时，LED光源比传统光源造价要低廉得多。不但光源成本降低，由于节省了散热系统，精简了光路结构，总成本也可以得到很好的控制，即便用户需要对光源进行更换，也无需为此过多花销。可以说，采用LED光源无论是前期投入还是后期维护，都可以为用户节省一笔不小的开支。

　　（二）色彩更好，更加环保

　　色彩范围实际上是投影机的一个重要性能指标，但是常会被很多用户忽略。传统光源的投影机尤其是DLP产品由于其光源光谱范围有限，需要色轮进行分色，这会对色彩的表现造成很大的影响；即使是不需要色轮进行分色的LCD投影机，其色彩表现也不能令人满意。

　　而当前的LED已经突破了只有单色光源的限制，白色LED和RGB三原色光源的出现使其更适合应用于投影机中。RGB三色LED光源的纯色非常高，三种颜色的发光体按时间顺序轮流发光，其色域范围可轻松达到100%以上，色彩还原效果非常好。另外还有一点需要一提，传统光源的灯泡中含有对人体有害的汞，其含量虽然很低，但仍然对人体产生影响。而LED光源则不含任何对人体有害的元素，因此可以说，LED不仅节能环保，而且健康无害。

　　任何革命性的新技术在发挥在发展初期都会存在着缺陷，LED也不例外。首先，传统投影机采用的是点光源，可以大大的提高光的能量效率，而LED是面光源，如何让这种光源在单位面积内提高光通量，是目前各家厂商需要解决的问题。我们可以看到，目前市场上LED光源投影机亮度最高的也仅有1000流明，而传统的商务投影机在亮度上可以轻松达到2000流明以上，市场主流的产品也在3000-4000流明水平。因此在亮度上LED光源投影机还亟待提升。

　　其次，价格是影响LED光源投影机的最大屏障。比如09年丽讯推出的全球首款亮度达到800流明的1080p全高清LED投影机H9080FD售价高达15万元，而在今年准备推出价格仅有一半的机型，但其价格也达7.5万元，这对于一般家庭来说实在难以承受。而三星最新推出的F10M虽然还没有最终确定价格，但其售价也会大大高于传统投影机产品。因此， LED光源投影机当前过高的价格也是制约其发展的一个重要因素。

投影光源，敢问路在何方？

　　虽然LED光源存在着缺陷，但这丝毫不影响市场对其的追捧。近一两年，LED光源在投影机市场应用越来越广泛，从1公斤以内的超便携投影机到亮度仅有15流明，重量仅100克左右的微型投影机，以及亮度达到800流明，并采用1920×1080分辨率的全高清投影机，都已经有不错的产品推出。　2009年更是LED光源迅猛发展的一年，这一年里，LED光源不仅在很多投影产品中得以运用。目前众多的厂商都推出了LED光源投影机，包括三星、丽讯、LG、明基、奥图码、宏碁、戴尔等等，尤其是三星和丽讯两家厂商，进入投影机市场不过几年时间，凭借着技术的创新，在不长时间就成为投影机行业中备受瞩目的厂商。在2009年4月16日丽讯更是推出了全球首款亮度达到800流明的1080p全高清LED投影机。

　　市场之所以对LED光源抱有如此高的热情，是因为人们相信随着技术的突破和应用开发能力的提高，LED光源的自身局限问题将逐步得到解决，未来市场将是一片光明，甚至被认为是21世纪最具发展前景的高技术领域之一。目前关键是要在技术上解决LED光源的亮度不足问题。

　　激光光源

　　正在人们为LED的发展瓶颈摩拳擦掌、展开攻势的时候，又一种光源开始异军突起，汹涌进入投影机光源市场，一时吸引众多人的关注，这就是曾一度被给予厚望后又销声匿迹现在又卷土重来的激光投影。

　　激光的最初的中文名叫做“镭射”、“莱塞”，是它的英文名称LASER的音译，是取自英文Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation的各单词头一个字母组成的缩写词。意思是"通过受激发射光扩大"。激光的英文全名已经完全表达了制造激光的主要过程。1964年按照我国著名科学家钱学森建议将“光受激发射”改称“激光”。

投影光源，敢问路在何方？
激光显示成像图

　　激光的原理是物理学家爱因斯坦在 1916 年发现的， 1958 年激光被首次成功制造。被称为“最快的刀”、“最准的尺”、“最亮的光”和“奇异的光”。激光显示是继黑白显示、彩色显示、数字显示之后的下一代显示技术。它的系统主要由三基色激光光源、光学引擎和屏幕三部分组成。光学引擎则主要由红绿蓝三色光阀、合束X棱镜、投影镜头和驱动光阀组成，光阀驱动使光阀上分别生成红、绿、蓝三色对应的小画面，然后分别引入三色激光照明投影到屏幕上，即产生全色显示图像。充当光阀及驱动源的可以是各种微型显示系统、如LCD，LCOS，DMD，GLV等。

激光光源的特点有以下三点：

　　（一）色域更广，色彩更亮丽

　　传统投影机的色彩再现能力均未突破NTSC制式的色彩空间，其色域空间仅能覆盖人眼所能识别的色彩空间的31.8％，难以真实还原自然色彩，这一不足成为进一步提高显示质量的重要障碍。激光显示技术是以高饱和度的红、绿、蓝（RGB）三基色激光作为光源的显示技术。其充分利用激光波长可选择性和高光谱亮度的特点，使显示图象具有更大的色域表现空间，色域覆盖率可达90%，可实现2倍于传统光源的色彩再现能力，色彩饱和度为传统显示的100倍以上。最大程度地展现人眼可以识别的色彩，真实地再现客观世界丰富、亮丽的色彩，提供更具震撼的表现力。

　　（二）真正保持长期高画质

　　传统投影机会在使用一段时间后随着光源的急剧衰减而使图像变暗变黄(如亮度衰减、色饱和度对比度降低等)，在电影院这些高要求使用场合，即使灯泡仍还在发光，也不得不因此而更换灯泡，造成使用成本居高不下。激光电影放映机所使用的是激光器作为显示光源，其寿命可达10000小时以上，其衰退过程也是缓慢的，使得其输出的画质长期保持高亮度、色饱和度和对比度，画面色彩始终亮丽如新。

　　（三）更高的光通量

　　目前传统投影机灯泡(氙灯或汞灯)的最高功率可达到6500W-7000W，单机最高可达到33000流明光通量，其灯泡寿命在此条件下最多只能达到500-800小时。而激光光源属于新一代冷光源，不存在发热量过大而使其温度过高的因素，只需通过增加激光器数量，就可以很轻松的将激光投影机单机的光通量达到10000-50000流明以上，且其光源的使用寿命仍然可以达到10000-20000小时以上，使用该技术的影院投影机，可大大降低影院的长期成本，不再有炸灯的风险，并提升影院的档次和性价比。

投影光源，敢问路在何方？
激光显示色域覆盖率数据图

　　激光显示技术为投影光源提供了一个新的发展趋势，它在继承了数字显示技术所有优点的基础上在色度学方面实现了重大突破，解决了显示技术领域长期以来悬而未决的大色域色彩再现的难题。并且，投影机使用激光作为光源，还具备寿命长、维护费用低(激光光源具有冷光源特性，其寿命是传统投影光源寿命的10倍以上);装备投资规模小;环保耗能低等优势。

　　目前有众多厂商投入到激光投影的开发和生产中来。索尼不久前宣布即将推出小型激光光源模块。中视中科在2008年就研发出拥有自主知识产权的“极星”、“北斗”系列激光器产品。年初CES2010展上，卡西欧发布了激光和LED光源组成的混合光源投影机GREEN SLIM。而由北京中视中科、中国科学院光电研究院及北京UME华星国际影城联合推出的激光影院也早已投入商业运营。

　　但是，厂商们的热情并不能掩盖激光投影技术还处在研发阶段这样一个事实。

　　制造激光投影机，至少需要两个条件：首先是实现三种颜色的激光；其次是需要能够实现激光的逐点扫描，但目前在这两方面都有不小的问题。而其中最主要的制约问题就来自于一直没有合适的固态绿色激光可用。绿色激光波长大约540nm，红色激光通过一个按照正弦波振荡的石英，实现频率的倍增，从而获得绿色激光。由于这种方式对环境温度要求比较高，因而输出不够稳定，同时绿色激光模块较大且成本很高。

　　安全问题也是制约其发展的一个因素之一。激光投影机的特点一直就是光通量大，功率达到20W的投影机，其光通量就达到了5000lum，如果有好事者拿一个透镜，就有可能把一定距离的东西烧坏。要知道，一个150mw的激光在1米以外可以很容易烧坏我们通常用的塑料薄膜袋，一些工业用的切割机床激光功率也不过如此。因此，在开放空间，这一问题更加严重。

　　而高成本则是另外一个绊脚石，这也是制约激光投影机普及的最大的因素之一。低成品率以前是制约LCOS 技术发展的因素，而如今它也成为了制约激光投影机发展的因素。中国科学院院士王占国就指出，做好激光显示产业，加大力度提高成品率是关键。虽然如今已经有了一些激光投影产品推出，但是真正要量产这种产品，目前的成品率是达不到要求的，这需要国家和企业投入大量资金去研发。在生产中只有成品率高了，成本才有可能降下来。

　　然而，我们也不需要悲观，因为随着国家对激光技术发展的大力支持和科技发展的日新月异，以及激光技术自身的优势，我们有理由相信，激光投影的发展前景一定会非常广阔。

投影光源，敢问路在何方？

最后的话

　　长期以来，投影机产品一直采用金属卤素灯泡和超高压汞灯泡作为基本的光源产品。金属卤素灯泡的优点是价格便宜，但是抗衰期短，一般使用1000小时左右亮度就会降低到原先的一半左右，并且由于发热高，不能做长时间(4小时以上)投影使用，目前，金属卤素灯泡已逐渐退出投影机灯泡市场。汞灯具有研制简便、结构简便、控制简便的特点，但是要想实现高性能、高色彩性、高亮度和长寿命、超长工作稳定性却还有很大差距。

　　LED光源和激光光源的出现或许将改变这种情况。从技术发展的历史角度上看，任何新技术取代旧技术并成为趋势，一个重要的指标就是它能否全方位满足原有需求，同时又能在性能上产生新的突破，从而给用户带来更广泛、更便捷、更经济的使用价值。如今固态光源LED和激光光源凭借更高的性能和应用广度为投影机的发展提供了方向。

　　LED光源对于投影机发展的最主要的意义在于为机身小型化开辟了新的道路。由于LED光源体积小，且具有很多显示技术优点，所以更适于研发小巧的投影机甚至原件，使用户的投影更加“随身化”和“自由化”。LED用于投影照明，不仅寿命增加，而且改变了投影机结构，由于减少了散热需求，并缩短了光路系统，所以散热量和噪声都有更好的表现。目前，LED光源主要应用与集成化小型投影原件和袖珍式小型机两种投影产品，集成化小型投影原件不做成独立机型，其主要是与微型显示设备如手机、数码相机、笔记本电脑集成在一起，电池供电，可以投影约A4纸或标准信纸大小的图像，方便与他人共享画面。袖珍式掌上投影机则是完整独立机型，体积小巧轻便，一只手也可以轻易的拿起，携带方便，可放于文件包内，因此，商务应用是它的未来发展方向。
　　
　　激光投影的性能更优异。在激光光源面前，任何其他投影机光源只能甘拜下风。在色彩、寿命、可靠性等诸方面，激光光源拥有无与伦比的优势，而且在光源端实现了数字控制，这一点与LED类似。固态激光的前端也跟LED类似，不过经过放大环节以及声光晶体的频率调制，控制好输出光的波长。LED则是利用基板直接发光，产品没有那么复杂，而控制起来也简单，包含外围电路也简单得多。现在LED背光显示已经逐步走向市场，LED背光电视和LED光源的投影机已经可以买得到。而激光的显示产品，现在成本上还比较高昂，目标客户还局限在行业端。

　　总的来说，固态光源是光源技术的一次革命，是一次跨越式的发展，同时也是未来的趋势。LED光源以及激光光源，相对于过去的传统光源，都有着自己的优势。投影业界为了寻找一种可以推动投影机普及的光源，曾经一度对LED光源寄予厚望，其拥有节能、环保、经济实惠、高寿命、发热量低、结构简单等特性，不过LED光源存在的最大问题就是亮度不高。在低亮度领域，LED光源无疑是最佳的选择，但是要走入更广泛的应用领域甚至取代传统光源，亮度问题必须解决。而激光作为点光源，能够实现非常高的亮度。它作为晶体/半导体结构的高指向性冷光源，在色彩纯度、发光效率、光利用率、长寿命、低衰减以及低功耗、低发热等各个方面都占有充分的优势，如今存在的问题是，产业环境没有启动，上游的芯片产量比较低，没有达到规模产能，所以综合成本比较高。等上下游产业链构筑完成的时候，激光的未来会相当光明，而且随着成本的降低，技术的完善，安全问题得到解决，激光投影机的普及也许就会为期不远了。

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文章来源：中国投影网