投影顯示激光熒光色輪與激光LED混合光源發(fā)展的優(yōu)缺點

激光光源興起的原因

    2010年開始，激光光源在投影領(lǐng)域的應用呈現(xiàn)出快速發(fā)展的勢頭。經(jīng)過三年余時間的努力，形成了純激光光源、激光熒光色輪（激光熒光體）光源和激光LED光源等三種主要產(chǎn)品形態(tài)，分別滿足高端工程機和普及型投影機產(chǎn)品的“新光源”應用需求。

    其中，以滿足普通家用、商務和教育投影機應用為主的激光熒光色輪和激光LED混合光源的發(fā)展，關(guān)系著占據(jù)投影機市場8成以上應用領(lǐng)域的產(chǎn)品演進方向，是目前激光光源投影市場最受關(guān)注的技術(shù)之一。探討二者的發(fā)展前景和規(guī)律，對于深入了解激光光源在投影機產(chǎn)業(yè)的市場價值，具有積極重要的意義。

    在投影機產(chǎn)品上，光源的重要性幾乎和光閥一樣：他們都在根本上決定了投影機產(chǎn)品的應用品質(zhì)。好的光源未必等于好的投影機：畢竟投影機是一個復雜的設備體系；但是壞的光源卻絕對意味著一臺糟糕的產(chǎn)品。因此，自現(xiàn)代數(shù)字投影機產(chǎn)品誕生以來，投影廠商從未放棄，對先進光源技術(shù)的追求。

    光源產(chǎn)品在投影機的實際性能上，可以決定產(chǎn)品的亮度、色彩、壽命、穩(wěn)定性、維護周期和全壽命使用成本。傳統(tǒng)的汞燈光源，雖然自身成本低、亮度高，但是色彩、壽命、穩(wěn)定性表現(xiàn)不好，尤其是高亮度正投應用的維護周期非常短，全壽命成本也很高（需要不斷更換新燈泡）。此后發(fā)展出的鹵素燈等，多種改良型的汞燈產(chǎn)品，雖然在色彩表現(xiàn)上得到了很大提升，但是對于汞燈的其它缺點并沒有很好的改善。

    投影機光源第一個具有革命意義的產(chǎn)品是LED固態(tài)光源。這種產(chǎn)品除了在亮度上不及汞燈外，其他方面都具有顯著的優(yōu)勢。尤其是在穩(wěn)定性和光源壽命上，優(yōu)勢非常突出。目前在DLP拼接墻等主流背投產(chǎn)品上，LED光源已經(jīng)占據(jù)多一半的市場份額，成為了真正的當家花旦。但是在正投影產(chǎn)品上，LED光源更低的亮度，成為了致命缺陷：不僅無力進入工程投影市場，甚至連基本的家用、教育和商用市場都不能滿足。

    因此，LED光源革命，雖然已經(jīng)有六七年的時間，卻只是在背投拼接墻這一個窄眾領(lǐng)域，完成了“一半”的革命。在更廣闊的投影應用中，新光源依然被期盼著。這就為激光光源產(chǎn)品的問世奠定了基礎(chǔ)。

    以高性能半導體激光器為基礎(chǔ)，激光光線耦合技術(shù)為關(guān)鍵支撐，在不考慮成本的情況下，激光光源幾乎可以滿足各種亮度顯示產(chǎn)品的應用需求。同時，激光光源在色彩、壽命、穩(wěn)定性、維護周期等性能方面，也具有或多或少的優(yōu)勢。這使得，激光光源在工程投影機，這等對成本相對不敏感的領(lǐng)域，率先得到了很好的應用。截止目前，工程投影市場，所有類型和亮度的應用中，都可以找到適合的激光光源產(chǎn)品。工程市場，激光光源大行其道已經(jīng)箭在弦上。

    但是，工程投影市場畢竟也是一個如同DLP拼接墻一樣的小眾領(lǐng)域，投影機光源技術(shù)，真正要解決的是占據(jù)市場絕對大頭的“通用廉價產(chǎn)品”市場的需求。因此，開發(fā)廉價的、成本更為低廉的激光顯示方案，成了業(yè)內(nèi)最急迫的工作。這就促進了激光LED混合光源和激光熒光色輪光源的誕生。

為低成本而生：激光熒光色輪與激光LED混合光源

    激光光源的高亮度是怎么實現(xiàn)的呢？答案是光纖耦合。激光光源具有極強的匯聚性，因此，可以利用光纖將很多個激光器的光纖匯聚成一個均勻的、直徑極小的光束。這一技術(shù)雖然能有效解決激光光源的亮度問題：比如用于工程投影機，或者超厚金屬板材的切割和焊接。但是，由于受制于單個半導體激光器的發(fā)光量僅在100mW水平，只能對應20lm左右的最終投影亮度，因此，高亮的投影機必須加大采用半導體激光器的數(shù)量，這會增加系統(tǒng)成本。而且亮度越高系統(tǒng)成本越高。

    在激光投影這類視覺系統(tǒng)中，需要的是紅綠藍三原色的激光光源。——如果對畫面影像質(zhì)量具有特殊需求，也可以加入黃色、墨綠色等更多的原色光源，不過紅綠藍三原色是最基本的需求。這就使得，如果只是簡單的全部使用激光器實現(xiàn)三原色光源，投影機的成本就會再次大幅提升。

    那么有沒有折中的方案呢？日本卡西歐公司，率先實現(xiàn)了激光LED混合光源的使用。用激光實現(xiàn)綠色，用LED實現(xiàn)紅色和藍色。這樣既避免了單獨LED光源，在綠色發(fā)光產(chǎn)品上的瓶頸，又減少了激光器的使用數(shù)量，降低了系統(tǒng)成本。

    在紅綠藍三原色中，如果合成白色效果，綠色光源的能量是需求的最多的。這就是說，如果簡單的使用同等數(shù)量的紅綠藍激光或者LED光源實現(xiàn)白光，那么就要求綠光部分的組件能夠發(fā)出更強的光。這意味著材料學上更高的門堪。同時工作電壓、電流更大的綠光部分也會成為整個系統(tǒng)，色彩漂移、系統(tǒng)壽命和維護間隔的瓶頸。

    而采用LED實現(xiàn)紅色和藍色，可以減低系統(tǒng)的成本；使用激光實現(xiàn)綠色可以突破系統(tǒng)在綠色部分的門檻�？芍^之LED和激光，兩大冷光源珠聯(lián)璧合之作。但是，在這一系統(tǒng)中，激光實現(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更高。因此，激光LED混合光源，采用了另一項降低成本的技術(shù)——激光熒光轉(zhuǎn)化技術(shù)。

    LED激光混合光源中，綠色部分由激光實現(xiàn)：但是，采用的不是昂貴、體積更大、穩(wěn)定性也最差的綠色激光器，而是成本最低、體積小巧、驅(qū)動電壓最低、穩(wěn)定性最好的藍色激光器。藍色激光經(jīng)過藍綠轉(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。

    也就是說，激光和LED混合光源的每一步設計，都是在使用長效固態(tài)冷光源的需求下，最大程度節(jié)約成本的產(chǎn)物。這種設計思維也是激光熒光色輪的想法。

    與激光和LED混合光源應用于三片式LCD和LCOS投影和單片式DLP投影不同，激光熒光色輪技術(shù)是為單片DLP投影機定制的另一種節(jié)約成本的方法。

    單片DLP投影機的三原色采用時序分布，是時間復用彩色技術(shù)。自身就需要一個分光色輪，以實現(xiàn)光源系統(tǒng)在不同的時間段輸出指定的單色光源。激光熒光色輪系統(tǒng)，用不同顏色的熒光粉取代傳統(tǒng)色輪的彩色濾光層，用激光光源中最容易實現(xiàn)高亮度的藍色激光器作為輸入光源。藍色激光經(jīng)過透明、藍綠、藍紅或者其它熒光粉后，轉(zhuǎn)化成系統(tǒng)需要的單一藍色、綠色、紅色，或者其它顏色光源。

    這一系統(tǒng)最大的好處是，節(jié)約了激光器的數(shù)量，避開了昂貴的綠色激光器：這和激光LED混合光源是一樣的。同時，這一系統(tǒng)還徹底省略了LED光源部分，用熒光轉(zhuǎn)換代替了紅色LED，并直接使用藍色激光光源：這是比激光LED混合光源更為精簡的系統(tǒng)部分。但是，利用藍色激光實現(xiàn)三原色的熒光轉(zhuǎn)化，需要更多種類的熒光粉，這是增加了系統(tǒng)復雜性的部分——不同種類的熒光粉的效率和壽命對系統(tǒng)壽命和色彩偏移的影響也更為復雜。

    在另一方面，激光熒光色輪與激光LED混合光源技術(shù)也是可以結(jié)合到一起的技術(shù)：例如，不僅利用藍色激光轉(zhuǎn)換綠色光源，而且直接利用藍色激光成像，將藍色激光、紅色和藍色LED的混合結(jié)構(gòu)，變成藍色激光、藍綠熒光和透明色輪、紅色led的混合結(jié)構(gòu)——這就結(jié)合熒光色輪和混合光源技術(shù)的特點；再例如藍色激光加熒光色了、以及傳統(tǒng)三片式投影分光系統(tǒng)構(gòu)成的，為三片式投影系統(tǒng)設計的激光熒光色輪產(chǎn)品（索尼產(chǎn)品）等。但是，無論技術(shù)如何變種，都離不開混合光源和熒光色輪兩個基本概念。

    無論是激光熒光色輪與激光LED混合光源技術(shù)，其初衷都是實現(xiàn)更為廉價的激光光源系統(tǒng)，實現(xiàn)激光光源在高明亮度的廉價投影機市場的普及應用。但是，二者也各有優(yōu)缺點，因此，其在市場上的產(chǎn)品表現(xiàn)也有很大差別。

激光熒光色輪與激光LED混合光源各自適應不同領(lǐng)域

    激光熒光色輪技術(shù)，可以稱為單片DLP投影機的定制技術(shù)。他最大程度的上保持了原來投影機產(chǎn)品的基本設計和架構(gòu)。巧妙的利用了色輪分光這一工作環(huán)節(jié)，實現(xiàn)了激光技術(shù)低成本的應用。

    激光熒光色輪技術(shù)與單片DLP投影技術(shù)結(jié)合的優(yōu)點是，系統(tǒng)光源只有一個、整體系統(tǒng)更為簡潔、完全融入原有產(chǎn)品系統(tǒng)。但是，這一方案也有他的缺點：第一是，采用至少兩種熒光轉(zhuǎn)化材料，對熒光粉產(chǎn)業(yè)的技術(shù)依賴增強；第二是，DLP單片投影機，采用時序色彩混合方式成像，這意味著單一原色獲得的時間片段，比較應用激光LED混合光源、采用三片光閥成像的LCD或者LCOS投影，更短。也就是說，實現(xiàn)相同的最終輸出亮度，不考慮光閥和其它光學部件的效率，激光熒光色輪產(chǎn)品，需要亮度更高的藍色激光器組件（激光LED混合光源應用于單片DLP投影時，沒有這一需求）。

    與此比較，激光LED混合光源，雖然也可以應用在DLP投影的單片方案中，但是卻也更能適應三片LCD或者LCOS投影系統(tǒng)——是一種更能夠普遍應用的系統(tǒng)方案。但是，激光LED混合光源的結(jié)構(gòu)比較負責，這自然會降低系統(tǒng)的穩(wěn)定性。尤其是藍色激光、藍色LED、紅色led和藍綠熒光粉四個環(huán)節(jié)的亮度和功效衰退曲線不一致，產(chǎn)生的色彩偏移問題，要比激光熒光色輪僅有藍綠和藍紅兩種熒光粉產(chǎn)生的色彩偏移問題更為嚴重。

    同時，由于采用兩種光源技術(shù)，激光LED混合光源在光源的供電、驅(qū)動方面也面臨更為復雜的設計。雖然這部分的穩(wěn)定性比較強、成本也比較低，不會成為系統(tǒng)瓶頸，但是這也是激光LED混合光源的缺點之一。

    從產(chǎn)業(yè)演進看，無論是激光器產(chǎn)品價格的下降、綠色激光器產(chǎn)品性價比的再次突破，還是綠色LED產(chǎn)品亮度的突破，都會成為激光LED混合光源的“噩夢”——因為，這種綜合兩種光源優(yōu)勢的復雜技術(shù)，成立的前提是兩種光源的瓶頸都不能被突破。相比之下，激光熒光色輪技術(shù)，對激光成本的降低是喜聞樂見的：這將更有助于這種技術(shù)下的產(chǎn)品的普及。同時，即便是激光光源產(chǎn)品成本降低到，三原色產(chǎn)品可以大量普及，激光熒光色輪技術(shù)也依然是最低成本的方案，其存在的市場價值不會徹底消失。因此，激光熒光色輪技術(shù)的可能的產(chǎn)業(yè)“噩夢”，只有LED光源亮度全面突破這一個。所以，激光熒光色輪與激光LED混合光源的不同還應該包括，激光熒光色輪產(chǎn)業(yè)風險更小這個優(yōu)勢。

    綜上所述，激光熒光色輪與激光LED混合光源顯然各有千秋。二者在市場競爭上很難表現(xiàn)出誰替代誰的問題。尤其是由于激光熒光色輪技術(shù)實際上是DLP投影的定制技術(shù)，所以激光熒光色輪與激光LED混合光源的競爭，根本上表現(xiàn)為DLP投影和LCD/LCOS投影陣營的競爭。

    在高亮度廉價純激光光源和高亮度廉價純LED光源難以突破的背景下，DLP單片式投影機，在相對低端市場，可以選擇激光熒光色輪與激光LED混合光源兩套技術(shù)方案，產(chǎn)品可選擇性和豐富性更好。而廉價三片式LCD/LCOS投影最好的選擇是激光LED混合光源方案：如果選擇激光熒光色輪方案，將比DLP的光學系統(tǒng)復雜很多——三片式系統(tǒng)的分光結(jié)構(gòu)和單片DLP必須的色輪結(jié)構(gòu)同時存在，必將提升成本，這將成為DLP投影機在激光時代的一個先手優(yōu)勢。

廉價性固態(tài)光源投影機的技術(shù)前景依然不明

    激光熒光色輪與激光LED混合光源的目的，包括上文提到的熒光色輪和混合光源的混合技術(shù)，熒光色輪和三片式投影的分光系統(tǒng)混合技術(shù)的目的，都僅僅是在獲得高亮固態(tài)光源的前提下，實現(xiàn)低成本經(jīng)濟性。

    投影市場有這樣的技術(shù)性需求的前提是：激光光源很貴，和，高亮度LED光源依然困難或者也很昂貴。如果這兩個前提，有一個徹底消息，現(xiàn)在這些面對節(jié)約成本的需求而開發(fā)的技術(shù)，都會失去市場價值。這是一個多領(lǐng)域技術(shù)進步的不確定性問題：而且這些領(lǐng)域并不屬于投影行業(yè)的范疇。

    或者說，在新光源市場上，各種創(chuàng)新技術(shù)的投影機產(chǎn)品能夠存活、或者存活多久，并不取決于投影產(chǎn)業(yè)的技術(shù)，而是依賴于行業(yè)外的光源和材料學技術(shù)進步。這是投影產(chǎn)業(yè)為什么對新光源產(chǎn)品的反應總是亦步亦趨的原因：投影機廠商必須謹慎對待，那些自己完全不了解的行業(yè)。這就構(gòu)成了以下這些基本事實：

    雖然，2014年，激光投影已經(jīng)非�；鸨�，而LED投影也在不斷進步。但是這些新技術(shù)的應用，更多的體現(xiàn)在“優(yōu)勢領(lǐng)域”：如激光在工程機上的使用、LED在背投拼接和微型投影上的使用——因為這三個領(lǐng)域，沒有其它更好的方案，或者多種方案可以選擇。而選擇余地最大的廉價的商務、教育和家用市場，投影廠商依然比較保守，處于嘗試狀態(tài)。何時市場能真正明朗依然未可知。

    嘗試但不完全信賴現(xiàn)有的激光和LED光源在廉價投影市場的創(chuàng)新，保持多種選擇的可能性和余地。這是現(xiàn)在大多數(shù)投影廠商，在家用、商用和教育市場所做的事情。也是激光熒光色輪與激光LED混合光源所面臨的最基本的行業(yè)環(huán)境和市場規(guī)律。在加上，這類產(chǎn)品成本較高、價格較高，現(xiàn)在談論類似產(chǎn)品的普及，顯然還為時尚早。不過，綜合比較，處于產(chǎn)業(yè)風險洼地的激光熒光色輪技術(shù)已經(jīng)更受青睞，雖然這一技術(shù)會增加三片式投影系統(tǒng)的復雜性。