投影機的光源經過多年來的技術更新以及革命性換代,已經出現(xiàn)過多種多樣的光源類型。目前市場前景最好的光源莫過于激光光源,雖然LED光源曾經也被認為是“下一代”光源,但由于它很難實現(xiàn)高亮度,因此它的前景令人堪憂,而且近日索尼與住友電工聯(lián)手推出綠光鐳射二極管,這是世界上第一個半導體綠色激光二極管,彌補了半導體三色RGB激光顯示中綠色的空缺,真正的激光投影機或將推出,LED光源則可能被“放棄”。
LED被淘汰? 索尼或將研發(fā)三基色激光投影
近日,住友電工和索尼宣布聯(lián)合開發(fā)了世界上第一個真正的綠色半導體激光二極管,它的光輸出功率超過100毫瓦,波長在530納米,亮度是常規(guī)“氮化鎵綠色激光二極管”的兩倍。這種激光二極管可安裝在激光投影機和許多其他顯示器件。新型激光二極管具有兩倍于傳統(tǒng)的氮化鎵綠色激光二極管(60毫瓦或低于、520納米或以下)的光度,和一個擴大了182%的色域制式標準。因此,這些能讓激光投影實現(xiàn)更完美的視頻和圖像表現(xiàn)。
半導體激光二極管與真正的綠色激光
紅色和藍色激光二極管早已商用,高輸出功率的綠色激光二極管一直處在研發(fā)階段。傳統(tǒng)的GaN基綠色激光器不能實現(xiàn)足夠的亮度和波長,只能達到幾十毫瓦的輸出功率,波長則為520納米或更低。
為克服這些挑戰(zhàn),住友電工與索尼合作發(fā)展一個真正的綠色半導體激光器,借鑒住友電氣的半極性氮化鎵技術,晶體生長,及晶片加工技術,以及索尼的GaN基藍光激光技術。通過采用新技術和提高整個半導體激光器的生產過程,包括結構設計,晶體生長,晶片加工,和電極配置,住友電工和索尼才能夠成功地研發(fā)真正的綠色半導體激光器(光輸出功率超過100毫瓦的波長在530納米)。
綠色半導體激光二極管的研發(fā)令三基色激光光源完善,住友電工和索尼預計會將這一技術應用于激光投影機。同時,住友電工和索尼還將繼續(xù)研發(fā),以實現(xiàn)更高功率、更高效率、更高質量的綠色半導體激光二極管。下面,筆者將更詳細為大家介紹有關激光光源的技術。
什么是激光技術?
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(fā)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(fā)射”改稱“激光”。
激光顯示成像光路示意圖
激光顯示是繼黑白顯示、彩色顯示、數(shù)字顯示之后的下一代顯示技術。 激光顯示能實現(xiàn)傳統(tǒng)顯示所達到的所有先進技術指標,如大屏幕、高分辨率、數(shù)字化等, 而且以激光作為光源,具有波長可選擇性和高光譜亮度等特性,擁有更廣的色域,是CRT的兩倍。因此能夠提供最真實、最豐富、最鮮艷的色彩再現(xiàn)。
激光光源與燈炮光源和LED光源完全不同,它們有著極高的光譜純度:<<1nm;極高的亮度>>106W/mm2str;極好的方向性:<<3mrad;極好的偏振性:>500:1。同時,激光光源也有極高的效率。激光顯示將發(fā)展成為多平臺應用技術,如,手機投影顯示,前投影顯示,便攜投影顯示,背投電視等。其大色域、高效率、長壽命等優(yōu)點,將顯示技術發(fā)展提供一種選擇。
紅綠藍三色可見激光
激光投影技術原理
在這里所謂的激光投影技術分兩種,一種是單色光,一種是彩色光。單色光投影技術我們已經很常見了,舉個最簡單的例子,日常使用的激光筆就是一種單色光投影技術。而有些時候我們還可以在單色激光光線前增加各種各樣的格欄,這樣就能投射出最簡單的激光畫面了。
另一種彩色激光的原理也并不復雜,通過控制三色激光,構筑整個色彩體系,這與CRT的原理一樣,不同的是,CRT通過控制不同的電子槍,實現(xiàn)不同的顏色表現(xiàn),而激光投影機直接控制光線,效率和效果都大大增強了。
激光光源的特點
(一)色域更廣,色彩更亮麗
傳統(tǒng)投影機只能表現(xiàn)自然界中30%左右的人眼可識別色彩,致使另外70%的色彩無法通過傳統(tǒng)顯示設備讓我們感知。當前的2K數(shù)字放映機雖然在色彩及分辨率方面已經接近35mm膠片的質量,但還是有不少電影界人士更欣賞膠片所表現(xiàn)出的豐富色彩及過渡。純色的LED或激光光源是數(shù)字成像的理想光源,激光電影放映機能表現(xiàn)自然界中90%以上的人眼可識別色彩,激光電影放映機能給觀者還原出一個更完美的五彩斑斕的真實視界,更好的滿足電影的播放需求。
激光顯示技術的研發(fā)
(二)真正保持長期高畫質
傳統(tǒng)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(fā)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。
激光顯示色域是傳統(tǒng)NTSC色域的兩倍以上
(三)更高的光通量
目前傳統(tǒng)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(fā)熱量過大而使其溫度過高的因素,只需通過增加激光器數(shù)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。#p#分頁標題#e#
明基單色純激光投影機
2012年第一季度,明基BenQ率先推出了一款基于激光光源技術的商教投影機LX60ST/LW61ST,該機器配備了業(yè)界領先的藍核光引擎技術,該光引擎由激光二極管發(fā)光組件,分色處理光路及短焦鏡頭組成,LX60ST/LW61ST具有2000流明的高亮度輸出,是當時主流品牌在國內發(fā)布的唯一一臺純激光投影機,具有超長的光源壽命,艷麗的色彩和高達80000:1的對比度。
明基單色激光投影機
明基藍核光引擎采用的是業(yè)界最新的高亮藍色激光二極管模組取代了傳統(tǒng)的熱燈泡光源。從實際的投影效果來看,藍核光引擎投射的畫面色彩艷麗,字跡銳利,將DLP細節(jié)豐富的優(yōu)勢和LCD色彩艷麗的特點合二為一。另外憑著激光模組先天的長壽優(yōu)勢,LX60ST/LW61ST的藍核光引擎可提供10000/20000小時(標準/節(jié)能)的使用壽命,而且在長期的使用中,激光模組亮度的衰減遠慢于普通熱燈泡,約合傳統(tǒng)光源2-3倍,具有劃時代的進步意義。
明基單色激光投影機
明基這款投影機采用了藍色激光作為主光源,這也是為什么其稱為“藍核光”的緣故。藍色激光發(fā)出的光線通過色輪分色為紅綠藍三色,然后三色投射在DMD芯片上,從形成人眼所看到的圖像。當然由于激光是點光源,所以該系統(tǒng)也有擴散片、光管等等構造,從而將激光擴束使用。
不僅如此,明基還將增強的SmartEco advanced智能節(jié)能技術應用于藍核光引擎激光投影機。在開啟SmartEco advanced模式后,LX60ST/LW61ST會智能判斷輸入信號的明暗程度,并根據其明暗變化曲線來調節(jié)激光模組的亮度輸出,從而在不損失畫質的前提下智能省電。正是如此,藍核光引擎最高可節(jié)省90%的能耗,使維護和擁有投影機的總成本大幅下降,同時也綠色環(huán)保,保護地球環(huán)境。
混合型激光光源投影機
混合型光源激光投影機是指將激光光源與LED光源結合的投影機,第一個將LED光源與激光光源結合的是卡西歐公司。激光的加入是為了對LED光源中最弱的藍光源進行補充,提升光源整體的亮度和飽和度。這樣一來,卡西歐不但把燈泡壽命做到20000小時,而且亮度也能做到3500流明,做到了亮度和燈泡壽命達到了平衡。除了卡西歐公司,目前優(yōu)派、奧圖碼也已經推出自己的混合型光源投影機。
優(yōu)派篇:2012年4月19日,美國優(yōu)派在京展示了一款創(chuàng)新產品——采用激光、LED混合光源的投影機,這款產品定位直指家庭影院市場。不過目前這款產品還處于工程樣品階段,相關的技術、外形等尚未確定,最終命名型號還不得而知。
優(yōu)派混合光源投影機
這款產品采用三色光源系統(tǒng),包括:藍色激光光源、紅色LED光源及藍色LED光源,然后通過相應技術將藍色激光轉換為綠色色源,從而實現(xiàn)紅藍綠的RGB的三原色。亮度方面,這款產品具備多亮度模式,可實現(xiàn)800、1000、1200、1600流明的不同亮度,以應對多種環(huán)境的需求;20000小時的燈泡壽命,免去用戶更換燈泡的后顧之憂。
優(yōu)派方面表示,這款產品將于今年7月份上市;在今年8、9月份會推出針對教育市場的短焦型激光混合光源投影機,亮度將實現(xiàn)2000流明。在12月份還會推出具備3D顯示技術的混合光源投影機。
奧圖碼篇:2012年6月,Optoma 推出了兩款無燈泡短焦投影機ZX210ST與 ZW210ST,采用LED與激光混合光源,面向需要長時間使用投影機的教育應用市場。
奧圖碼混合光源投影機
LED與激光混合光源的燈源壽命至少兩萬小時,對使用者來說,省去了更換燈泡耗材的費用,而環(huán)保燈源具有低耗能的特性,除了節(jié)能減碳之外更節(jié)省電費支出。此兩款投影機亮度為2000流明,解析度分別為XGA(1024×768)和WXGA(1280×800),對比度高達100000:1,在不需完全遮光的環(huán)境下,提供高畫質、明亮而鮮艷的影像品質輸出。
而且它們還采用短焦鏡頭設計,ZX210ST與ZW210ST只要80公分投影距離可分別投影60吋、70吋大畫面,此機種的另一特色為隨開即用,超快速開機時間、零秒關機,省時又有效率。ZX/ZW210ST配備完整輸出入訊源接口,包括HDMI、VGA、S-Video、Wi-Fi、ÚSB、RJ45等,可連結筆電、游戲機與多媒體播放器,同時也配備有SD卡讀取插槽,不需連結電腦即可播放影像內容。
曾經制約激光投影機發(fā)展兩大因素
制造激光投影機,至少需要兩個條件:首先是實現(xiàn)三種顏色的激光;其次是需要能夠實現(xiàn)激光的逐點掃描,但目前在這兩方面都有不小的問題。
首先制約激光投影技術發(fā)展的根本原因在于一直沒有合適的固態(tài)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(xiàn)頻率的倍增,從而獲得綠色激光。由于這種方式對環(huán)境溫度要求比較高,因而輸出不夠穩(wěn)定,同時綠色激光模塊較大且成本很高。
三基色激光光源
在掃描方面,目前技術很多。其中著名的一種是Symbol公司的技術,該技術用高頻率的棱狀反射玻璃,通過高速旋轉實現(xiàn)水平的掃描,從而構成水平像素,而垂直方向則通過速度較低的鏡片實現(xiàn)。最終的成像因為沒有鏡頭,也不需要額外的光源設備,擁有十分自由的成像模式,即可遠可近,不需要對焦,還能夠在不規(guī)則的平面投影,這項技術具有很大的潛力。在掃描方式這個問題上,還有很多不同的方案,上面提到的只是其中一種。
安全性:現(xiàn)在制約激光投影機最大的問題,就是安全隱患,特別是在開放空間,這一問題更加嚴重。還是以最簡單的激光筆為例,激光筆里邊就是一個半導體激光器,前面有一個光學鏡頭用來聚焦。所有人都知道是不能將激光頭的光線直接照射眼睛,這是由于激光能量相當集中,因此對人體非常有害。比如用于劇院的Vanadate激光,功率最大可以達到20W,光通量達到5000lum,屬于四類激光,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。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(yè)用的切割機床激光功率也不過如此。#p#分頁標題#e#
激光安全眼鏡
全文總結:光源可以說是制約投影機發(fā)展的重要因素,尤其在投影機分辨率和體積的問題都已經得到解決的前提下,投影光源的問題已經亟待解決。如果投影機光源的問題得到解決,相信家庭投影機的數(shù)量將成幾何式的增長。光源問題一旦解決,阻止投影機成為大眾消費品的最大攔路虎便迎刃而解。
如今,索尼與住友成功研發(fā)半導體綠色激光光源,將實現(xiàn)真正地激光光源投影機。這也預示著激光投影時代的到來,在激光面前,任何其他顯示設備只能甘拜下風。在色彩、壽命、可靠性等諸方面,激光擁有無與倫比的優(yōu)勢。
投影業(yè)界一直在尋找可以替代傳統(tǒng)燈泡的光源,LED光源也被看作投影替代光源的新一代,尤其是在2009年,采用LED光源投影產品有了突飛猛進的發(fā)展,但LED亮度不高的詬病一直未被解決,而激光作為點光源,能夠實現(xiàn)高亮度。尤其是在索尼與住友成功研發(fā)半導體綠色激光之后,LED或許將無生存之地,“下一代”光源可能未成功就將面臨淘汰。
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