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        行業新聞

        激光LED相愛相殺 解析固態光源技術進化史

        2018年預計LED智能投影的銷量可達200萬臺,去年其銷量還是100萬臺。之所以這個市場成長迅速,不得不說LED光源是智能投影市場成長的主要催化劑。不僅僅是LED光源,諸如后面我們將要提到的激光光源以及HLD光源等等,都是這幾年投影機市場不斷變化的真正推手。


        投影技術其實本質沒有什么變化,無非是分辨率的升級以及價格的下降而已,只有光源變化市場的熱點。今天我們就來說說這些新固態光源的進化歷史。


        LED光源:缺陷和優勢一樣明顯


        其實LED智能投影市場的發展大約是從2010年才開始的,當時LED光源的亮度還很低,智能系統也很不成熟,很多智能投影還采用的是Windows的移動系統,產品很不穩定,藍屏是常見現象。因此LED智能投影市場始終沒有發展起來。而到了2015年隨著安卓系統的成熟,以及LED光源的效率提升,LED智能投影市場才算真正成熟起來。


        相比于激光,LED光源的長壽命以及色彩優勢都不明顯,它最重要的優勢還是體積小,而最大的缺陷在于光電轉化效率太低。因此使用LED光源的產品可以做到小體積,但是亮度卻一直無法突破,因此也就只能用作一般家用。


        LED光源的升級其實就是光電轉化效率的升級,尤其是對于綠色LED光電轉化效率的提升是關鍵。相比較之下,紅色和藍色LED的效率不錯。由于半導體技術的發展并不是那么快,因此綠色LED的效率一直都是瓶頸,這樣導致了智能投影市場2017年到2018年的LED智能投影的亮度始終沒有什么變化。


        如何解決這個問題?市場上出現了HLD光源技術。


        HLD光源:LED光源的加強版


        HLD光源其實就是LED光源的加強版。HLD光源是把綠色LED光源集束使用,從而提升整體亮度的光源技術。由于無法短時間內提升綠色LED的效率,自然就只能多用了。但是多用綠色LED光源就會造成光源的體積增大很多,同時因為綠色LED光源的增加,散熱的需求也變得更苛刻。因為沒有轉化成光的電能都變成熱能散逸出來。


        因此HLD光源的優勢是亮度獲得了提升,但是缺點就是成本高,體積大,要求散熱空間。使用HLD光源的產品自然就要非常之大。市場上有HLD光源的產品,主要分為兩類。第一就是家用產品,比如明基的X12000H,就是采用HLD光源的產品,其因此有原生三原色,色彩效果自然不錯。


        還有一類就是教育市場的產品。主要代表就是NEC等品牌推出的新產品。HLD光源不需要色輪,三原色也可以提供更優質的畫面效果。同時HLD光源的壽命長,因此對于教育市場擁有不錯的吸引力。


        HLD光源雖然是飛利浦這兩年一直在主推的新技術,但是應用的品牌并不是特別多,相比于激光還是實力薄弱。從本質上來看,這也不是一種新技術,只不過是對于LED光源的改善而已,這種改善也帶來了諸多問題。因此HLD光源的聲音始終不是特別大。


        固態光源非主流:激光+LED


        其實除了飛利浦的HLD方案,市面上還有一種解決方案。那就是激光和LED混合使用的方案。這種方案是這樣的:



        光源系統采用LED實現紅色和藍色,可以減低系統的成本。同時使用激光實現綠色,這樣就可以提升亮度了。但是激光實現綠色部分依然面臨著和LED光源同樣的問題:高性能綠色激光光源成本高。因此,激光LED混合光源,采用了另一項降低成本的技術——激光熒光轉化技術。


        LED激光混合光源中,綠色部分由激光實現:采用成本最低、體積小巧、驅動電壓最低、穩定性最好的藍色激光器。藍色激光經過藍綠轉換熒光粉轉換成綠色。雖然熒光轉換后有20%左右的能量損失,但是綜合亮度成本依然更低。


        這就是激光和LED混合的光源方案。這種方案其實有天然的缺陷,那就是它無法做到高亮。因為紅色和藍色LED的光電轉化效率雖然比綠色LED要好,但是依舊無法和激光光源相比。三者都要高亮的話,體積和成本又沒有辦法平衡。


        其實除了這種混用的方法,還有一種“卡西歐模式”,那就是采用藍色激光和紅色LED構成主要光源,藍色激光激發綠色熒光粉色輪形成綠色進入最后的混色環節。這種方案現在只有卡西歐還在使用。


        成本優勢:激光熒光粉色輪方案


        激光配合LED還是不太成功,如何才能讓新光源成本低,亮度又高呢?上面我們已經提到了激光熒光轉化技術。于是行業內拿出了這樣的解決方案:利用藍色激光激發熒光粉色輪形成高亮黃色,然后通過棱鏡分紅、綠、藍三色,這樣就一舉解決綠色激光器不給力的問題。


        目前很多教育、商務以及工程投影機都是使用這樣的方案。激光熒光轉化技術成為最具有代表性的激光光源技術,目前已經基本形成一個較為成熟的陣營。其形態穩定,成本低廉,亮度也有不錯的潛力。


        但是激光熒光轉化技術并非完美無缺的技術。因為這種系統中沒有原生的紅色以及綠色的成本,因此畫面顯示效果并不完美。特別是早期藍色激光的波長不完美的時候,畫面還總是有些偏紫。如今藍色激光發生器的納米波長較為準確,畫面偏色的情況基本解決,但是其顯示紅色以及綠色畫面的時候,還是有缺陷的。


        另外傳統的熒光粉色輪的材質在激光的長時間照射下容易損壞或者偏色的情況。升級熒光粉色輪就成為了業界的又一個問題。


        新的進擊:熒光粉色輪新方向


        如何升級熒光粉色輪。業界的主要方向還是從材料入手。轉換陶瓷制造工藝是解決之道。這種材料和其它陶瓷一樣,由粉末壓型和燒結而產生,其燒制溫度超過1000°C,可以承受極高的高溫。利用這種材料制成的色輪就是轉化陶瓷色輪,這是目前最有技術競爭力的色輪技術之一。


        轉換陶瓷色輪采用純無機材料,它由100%的熒光體材料組成,并且為高轉換效率提供了高效的光源解決方案,為高熱導率幫助更好的熱管理,從而允許高亮度投影機,為高溫度穩定性保證可靠的表現,為長壽命提供了便宜的維護成本和用戶實際使用成本。


        目前市場上已經有2款材料(黃色和綠色熒光轉換陶瓷),同時為動態輪式設計和靜態設計供應產品。這就意味著不管是DLP技術還是LCD技術,都可以應用這種新型的色輪。


        為了色彩:雙色激光 VS 三色激光


        新色輪技術的主要是提升穩定性,提升亮度,但是無法真正改善畫面的色彩表現。隨著亮度的逐漸提升,激光投影機的普遍亮度開始逐漸高于一般用戶的需求,因此色彩成為新的研發方向。這時候雙色激光出現了。


        所謂的雙色激光就是在藍色熒光粉色輪光源技術中加入紅色激光,因為紅色激光這幾年發展較快,亮度提升有了顯著效果。因此加入紅色激光可以有效的改善單色激光系統中,紅色表現不足的情況。


        目前雙色激光的產品已經出現,主要應用在家用和教育市場。雙色激光的結構更復雜,同時成本也比較高。因此雙色激光雖然效果更好,但是始終無法大面積的普及。目前一些激光電視產品應用了雙色激光。



        三色激光顧名思義,就是光源系統中,紅綠藍三色激光都有配置的一種光源。這種光源自然更加昂貴,同時體積較大,結構復雜,一般只應用在高端電影放映機當中。這種機器一般售價都在百萬,因此可以不計成本,使用目前最完美的光源技術。


        從LED光源講到激光光源,我們發現其實投影機的光源始終在亮度、色彩以及成本之間徘徊。新固態光源解決了壽命的問題,但是LED光源有亮度缺陷,激光光源則有色彩缺陷。兩者交叉碰撞以及各自的突破形成了這幾年投影機市場光源種類繁多的情況。從長遠的技術角度發展來看,激光的亮度瓶頸不復存在,未來將向更優質的色彩、更低廉的價格發展。LED光源則是在相當長的一段時間內,只能布局入門市場了。


        現在,LED光源布局入門家用市場,激光光源布局高端的大格局已經形成,HLD光源雖然試圖沖破這種格局,但是目前來看底氣不足。而激光+LED光源的混用方式,亮度提不上去,成本降不下來,色彩優勢也并不明顯,因此會逐漸式微。

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