深度探析固態(tài)光源技術(shù)進(jìn)化史

2018年預(yù)計(jì)LED智能投影的銷量可達(dá)200萬臺(tái)，去年其銷量還是100萬臺(tái)。之所以這個(gè)市場(chǎng)成長(zhǎng)迅速，不得不說LED光源是智能投影市場(chǎng)成長(zhǎng)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(jī)市場(chǎng)不斷變化的真正推手。投影技術(shù)其實(shí)本質(zhì)沒有什么變化，無非是分辨率的升級(jí)以及價(jià)格的下降而已，只有光源變化市場(chǎng)的熱點(diǎn)。今天我們就來說說這些新固態(tài)光源的進(jìn)化歷史。

LED光源：缺陷和優(yōu)勢(shì)一樣明顯

其實(shí)LED智能投影市場(chǎng)的發(fā)展大約是從2010年才開始的，當(dāng)時(shí)LED光源的亮度還很低，智能系統(tǒng)也很不成熟，很多智能投影還采用的是Windows的移動(dòng)系統(tǒng)，產(chǎn)品很不穩(wěn)定，藍(lán)屏是常見現(xiàn)象。因此LED智能投影市場(chǎng)始終沒有發(fā)展起來。而到了2015年隨著安卓系統(tǒng)的成熟，以及LED光源的效率提升，LED智能投影市場(chǎng)才算真正成熟起來。

LED光源系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

相比于激光，LED光源的長(zhǎng)壽命以及色彩優(yōu)勢(shì)都不明顯，它最重要的優(yōu)勢(shì)還是體積小，而最大的缺陷在于光電轉(zhuǎn)化效率太低。因此使用LED光源的產(chǎn)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(jí)其實(shí)就是光電轉(zhuǎn)化效率的升級(jí)，尤其是對(duì)于綠色LED光電轉(zhuǎn)化效率的提升是關(guān)鍵。相比較之下，紅色和藍(lán)色LED的效率不錯(cuò)。由于半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展并不是那么快，因此綠色LED的效率一直都是瓶頸，這樣導(dǎo)致了智能投影市場(chǎng)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(gè)問題?市場(chǎng)上出現(xiàn)了HLD光源技術(shù)。

HLD光源：LED光源的加強(qiáng)版

HLD光源其實(shí)就是LED光源的加強(qiáng)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(shù)。由于無法短時(shí)間內(nèi)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(huì)造成光源的體積增大很多，同時(shí)因?yàn)榫G色LED光源的增加，散熱的需求也變得更苛刻。因?yàn)闆]有轉(zhuǎn)化成光的電能都變成熱能散逸出來。

HLD光源的本質(zhì)還是LED光源

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

采用HLD光源的系列反射式超短焦投影機(jī)

還有一類就是教育市場(chǎng)的產(chǎn)品。主要代表就是NEC等品牌推出的新產(chǎn)品。HLD光源不需要色輪，三原色也可以提供更優(yōu)質(zhì)的畫面效果。同時(shí)HLD光源的壽命長(zhǎng)，因此對(duì)于教育市場(chǎng)擁有不錯(cuò)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(shù)，但是應(yīng)用的品牌并不是特別多，相比于激光還是實(shí)力薄弱。從本質(zhì)上來看，這也不是一種新技術(shù)，只不過是對(duì)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(tài)光源非主流：激光+LED

其實(shí)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：

激光和紅、藍(lán)LED光源混用的光源系統(tǒng)

光源系統(tǒng)采用LED實(shí)現(xiàn)紅色和藍(lán)色，可以減低系統(tǒng)的成本。同時(shí)使用激光實(shí)現(xiàn)綠色，這樣就可以提升亮度了。但是激光實(shí)現(xiàn)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(xiàng)降低成本的技術(shù)——激光熒光轉(zhuǎn)化技術(shù)。

綠色激光的光電轉(zhuǎn)化效率也沒有藍(lán)色激光高

LED激光混合光源中，綠色部分由激光實(shí)現(xiàn)：采用成本最低、體積小巧、驅(qū)動(dòng)電壓最低、穩(wěn)定性最好的藍(lán)色激光器。藍(lán)色激光經(jīng)過藍(lán)綠轉(zhuǎn)換熒光粉轉(zhuǎn)換成綠色。雖然熒光轉(zhuǎn)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(shí)有天然的缺陷，那就是它無法做到高亮。因?yàn)榧t色和藍(lán)色LED的光電轉(zhuǎn)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。

卡西歐使用的激光和紅色LED混合的光源方案

其實(shí)除了這種混用的方法，還有一種“卡西歐模式”，那就是采用藍(lán)色激光和紅色LED構(gòu)成主要光源，藍(lán)色激光激發(fā)綠色熒光粉色輪形成綠色進(jìn)入最后的混色環(huán)節(jié)。這種方案現(xiàn)在只有卡西歐還在使用。

成本優(yōu)勢(shì)：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(jīng)提到了激光熒光轉(zhuǎn)化技術(shù)。于是行業(yè)內(nèi)拿出了這樣的解決方案：利用藍(lán)色激光激發(fā)熒光粉色輪形成高亮黃色，然后通過棱鏡分紅、綠、藍(lán)三色，這樣就一舉解決綠色激光器不給力的問題。

激光熒光粉色輪系統(tǒng)

目前很多教育、商務(wù)以及工程投影機(jī)都是使用這樣的方案。激光熒光轉(zhuǎn)化技術(shù)成為最具有代表性的激光光源技術(shù)，目前已經(jīng)基本形成一個(gè)較為成熟的陣營(yíng)。其形態(tài)穩(wěn)定，成本低廉，亮度也有不錯(cuò)的潛力。

但是激光熒光轉(zhuǎn)化技術(shù)并非完美無缺的技術(shù)。因?yàn)檫@種系統(tǒng)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(lán)色激光的波長(zhǎng)不完美的時(shí)候，畫面還總是有些偏紫。如今藍(lán)色激光發(fā)生器的納米波長(zhǎng)較為準(zhǔn)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(shí)候，還是有缺陷的。

另外傳統(tǒng)的熒光粉色輪的材質(zhì)在激光的長(zhǎng)時(shí)間照射下容易損壞或者偏色的情況。升級(jí)熒光粉色輪就成為了業(yè)界的又一個(gè)問題。

新的進(jìn)擊：熒光粉色輪新方向

如何升級(jí)熒光粉色輪。業(yè)界的主要方向還是從材料入手。轉(zhuǎn)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(jié)而產(chǎn)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(zhuǎn)化陶瓷色輪，這是目前最有技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)力的色輪技術(shù)之一。

轉(zhuǎn)換陶瓷色輪

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

轉(zhuǎn)換陶瓷色輪實(shí)拍

目前市場(chǎng)上已經(jīng)有2款材料(黃色和綠色熒光轉(zhuǎn)換陶瓷)，同時(shí)為動(dòng)態(tài)輪式設(shè)計(jì)和靜態(tài)設(shè)計(jì)供應(yīng)產(chǎn)品。這就意味著不管是DLP技術(shù)還是LCD技術(shù)，都可以應(yīng)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(shù)的主要是提升穩(wěn)定性，提升亮度，但是無法真正改善畫面的色彩表現(xiàn)。隨著亮度的逐漸提升，激光投影機(jī)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(fā)方向。這時(shí)候雙色激光出現(xiàn)了。

所謂的雙色激光就是在藍(lán)色熒光粉色輪光源技術(shù)中加入紅色激光，因?yàn)榧t色激光這幾年發(fā)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(tǒng)中，紅色表現(xiàn)不足的情況。

雙色激光系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

目前雙色激光的產(chǎn)品已經(jīng)出現(xiàn)，主要應(yīng)用在家用和教育市場(chǎng)。雙色激光的結(jié)構(gòu)更復(fù)雜，同時(shí)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(chǎn)品應(yīng)用了雙色激光。

RGB 三色激光系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

三色激光顧名思義，就是光源系統(tǒng)中，紅綠藍(lán)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(shí)體積較大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，一般只應(yīng)用在高端電影放映機(jī)當(dāng)中。這種機(jī)器一般售價(jià)都在百萬，因此可以不計(jì)成本，使用目前最完美的光源技術(shù)。

從LED光源講到激光光源，我們發(fā)現(xiàn)其實(shí)投影機(jī)的光源始終在亮度、色彩以及成本之間徘徊。新固態(tài)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(jī)市場(chǎng)光源種類繁多的情況。從長(zhǎng)遠(yuǎn)的技術(shù)角度發(fā)展來看，激光的亮度瓶頸不復(fù)存在，未來將向更優(yōu)質(zhì)的色彩、更低廉的價(jià)格發(fā)展。LED光源則是在相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間內(nèi)，只能布局入門市場(chǎng)了?，F(xiàn)在，LED光源布局入門家用市場(chǎng)，激光光源布局高端的大格局已經(jīng)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(yōu)勢(shì)也并不明顯，因此會(huì)逐漸式微。