激光光源与LED光源 谁将成为未来的霸主？

J.laser

    对于一台投影机来说，最昂贵的耗材莫过于投影机的光源部件灯泡，投影机的光源经过多年来的技术更新以及革命性换代，已经出现过多种多样的光源类型。如：金属卤素灯、UHE灯、UHP灯、氙灯、LED灯和激光光源等。金属卤素灯属于热光源，由于功耗高，寿命短，亮度衰减较大，发热量大等缺点，已经逐步推出了主流投影光源市场；UHE和UHP都属于超高压汞灯泡，都属于冷光源寿命较长，亮度高，长时间使用亮度下降不明显，性能曲线平滑；氙灯一般应用于高端投影机，能提供较好的色彩，能够随时开关，且关闭后能够立刻再次启动。

    但是，真正能够笑傲在投影光源市场的却不是前面的四种光源，随着LED光源与激光光源的发展，这两者将会是投影光源的主角。LED光源寿命超长，能够达到数万小时，而且亮度几乎不会衰减，功耗低成就了发热量小，减轻了投影机的散热问题。激光光源结构简单，能够省去投影机内部的反射和聚光设备，拥有良好的色彩层次感等。
   
    投影机具有更大屏幕效果和随意调整的屏幕大小的性能优势，但与播放寿命在几万甚至十几万小时以上的平板电视等视频设备相比， 投影机3000-4000小时的灯泡使用寿命就显得非常的可怜了。虽然，投影机可以通过更换灯泡来延长其使用寿命，但灯泡的价格却非常的昂贵，千元或几千元的灯泡价格还是让普通家庭用户觉得过于奢侈。投影机在工作的时候灯泡的温度非常高，高温是直接影响投影灯泡寿命的直接杀手，为了提高灯泡命，投影机器内都设有散热风扇以及时排出灯泡发出的热量。近年来，从投影机的新品中可以看出，不但在性能要提高，而且更多是提高的灯泡使用奉命和节能设计。在此境况下，LED光源和激光光源的出现将改变这种情况，这两种光源也将会是未来的主流投影光源，为什么这么说呢，下面将逐步介绍。

    LED光源：
    LED俗称发光二极管，早在上世纪就已经广泛应用于日常生活中，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，其最大特点，就是体积小，要远远小于我们常见的投影机所常采用UHP光源或UHE光源或金属卤素光源，即使是做成投影机光源，也仍然要小很多。这也是采用LED光源的投影产品通常会留给我们小巧、便携、迷你等特点的主要原因。
   
    同时，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，这给用户的使用带来了极大的方便。
  
    激光光源：
    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”。
   
    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。 激光显示能实现传统显示所达到的所有先进技术指标，如大屏幕、高分辨率、数字化等， 而且以激光作为光源，具有波长可选择性和高光谱亮度等特性，拥有更广的色域，是CRT的两倍。因此能够提供最真实、最丰富、最鲜艳的色彩再现。激光光源与灯炮光源和LED光源完全不同，它们有着极高的光谱纯度：＜＜1nm；极高的亮度＞＞106W/mm2str；极好的方向性：＜＜3mrad；极好的偏振性：＞500：1。同时，激光光源也有极高的效率。激光显示将发展成为多平台应用技术，如，手机投影显示，前投影显示，便携投影显示，背投电视等。其大色域、高效率、长寿命等优点，将显示技术发展提供一种选择。
   
    LED光源特点：
    （一）寿命长，节省成本
    对投影机有一定了解的朋友都知道，投影机灯泡是一种耗材，与打印机的墨盒类似，需要随着使用而更换，且通常其寿命并不与价格成正比。也就是说，不论你花多少钱买的投影机，在使用2000-3000小时之后，你都要更换投影机灯泡，并为之付出一笔不菲的费用。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，而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
    色彩范围作为投影机的一个性能指标，通常会被很多用户忽略。我们知道，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，色轮的速度对色彩表现有很大的影响；LCD产品虽然不需要色轮进行分色，色彩表现要较DLP好很多，但仍然不能令人满意。
   
    LED发展到现在，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。最后不得不提的是，传统光源的灯泡中均含有对人体有害的汞，其含量虽然很低，但仍然对人体有或多或少的伤害；而LED光源则不含任何对人体有害的元素，从这个意义上来看，LED才是真正环保的。
   
    激光光源特点：
    （一）色域更广，色彩更亮丽
    传统投影机只能表现自然界中30%左右的人眼可识别色彩，致使另外70%的色彩无法通过传统显示设备让我们感知。当前的2K数字放映机虽然在色彩及分辨率方面已经接近35mm胶片的质量，但还是有不少电影界人士更欣赏胶片所表现出的丰富色彩及过渡。纯色的LED或激光光源是数字成像的理想光源，激光电影放映机能表现自然界中90%以上的人眼可识别色彩，激光电影放映机能给观者还原出一个更完美的五彩斑斓的真实视界，更好的满足电影的播放需求。
   
    （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。

    LED光源和激光光源共同点：
    高寿命、发热量低、结构简单
    大家知道，传统的超高压汞灯模块其寿命在1000-4000小时左右，而氙灯模块的寿命一般在500-1500小时左右，并且其光通量越高寿命越短。而LED光源和激光光源则不存在这种障碍，两者在使用的过程中发热量不大，温度非常低，寿命可达20000小时以上，是传统投影机使用寿命的10倍以上。由于发热量低，所以在散热方面，省去了大功率风扇并节省了投影机的体积，尤其是激光独有的汇聚性，它发射的光线基本上不会发散，所以省去了投影机内部的聚光部件，更是缩小了投影机的体积。

    节能、环保、经济
    得利于LED光源和激光光源的优秀特性，两者比传统光源模块更环保、更安静、安装使用更方便，且投影机去掉了风扇等散热系统而变得更为轻便，无论是桌式和吊装都变得更简单。节能环保更是这个时代倡导的主题，两种光源均实现了低功率、低噪音的要求，超长的使用寿命节省了传统投影机最大耗材灯泡的开销，购买之后不会有后顾之忧，更经济更实惠。

    缺点：
    LED光源：亮度
    尽管LED作为投影机光源优势众多，但它也有着比较明显的缺陷。亮度是困扰LED投影机普及的最大问题之一。虽然市面上有亮度可以达到1000流明以上的LED投影机产品，但这个亮度对于日常应用尤其是商务应用还是远远不足；而即使是亮度相对较低的LCD投影机，其通常也可以轻松突破2000流明，相比于LED光源，显然优势要明显的多。要增加LED的亮度，最好的办法就是增加发光体LED的数量，也就是我们所熟知的点阵式LED光源布局，只要数量足够，亮度是可以成倍增加的。不过由于作为投影机光源，其尺寸不能太过庞大，而且这样也会造成LED光源价格的上升，使产品成本同样上升，这就几乎失去了前面我们所说的大部分LED的优势。
   
    激光光源：安全性
    现在制约激光投影机最大的问题，就是安全隐患，特别是在开放空间，这一问题更加严重。还是以最简单的激光笔为例，激光笔里边就是一个半导体激光器，前面有一个光学镜头用来聚焦。所有人都知道是不能将激光头的光线直接照射眼睛，这是由于激光能量相当集中，因此对人体非常有害。比如用于剧院的Vanadate激光，功率最大可以达到20W，光通量达到5000lum，属于四类激光，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。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。
   
    LED光源和激光光源是未来投影光源发展方向
   
    LED光源在投影机方面，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，未来的发展方向是商务应用。因此，现阶段，LED投影机还只能更多的应用于便携领域，要走入更广泛的应用领域甚至取代传统光源的投影机产品，尚需不短的时日。
   
　　激光显示设备的到来，提高了显示设备的门槛，在激光面前，任何其他显示设备只能甘拜下风。在色彩、寿命、可靠性等诸方面，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。而如今存在的问题是，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，而且随着成本继续降低，激光显示的普及恐怕就真的到来了。
  
    总的来说，投影业界正在寻找可以替代传统灯泡的光源，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光源投影产品有了突飞猛进的发展，从7、8流明到200、800流明，不同亮度不同层次的产品纷纷推出，不过LED光源存在的最大问题就是亮度不高。LED是典型的面光源，所以光路传导的损失将会变得很大，并且也不容易做到很高的亮度，而激光作为点光源，能够实现较高的亮度。激光光源作为新型投影光源，虽然很早就有激光光源投影机，但其并不普及，只是在一些数字电影放映机和高端投影机中才能够看到，以至于大部分人都尚不清楚它的性能特点，激光光源可以实现高亮度，这正好可以LED光源互补。
   
    在低亮度领域，LED光源无疑是最佳的选择，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；而激光光源点光源的特性则能实现高亮度投影，能带来更为理想的色彩表现。随着技术的不断成熟，凭借超长寿命及高效能，LED光源和激光光源必将成为未来投影市场上投影光源的首选，让投影机不再因为灯泡的耗损问题而绞尽脑汁。

phoevadmin

有个观点更正一下：
激光电视、投影产品所应用的激光光源很安全！
一提到激光，大家可能会想到激光器、激光切割等，但是激光光源红绿蓝激光在成像前有一个扩束的过程，其原理就是将较细的平行光束用透镜发散，然后再用凹透镜发散，然后再用凸透镜聚成较粗的平行光束，这时激光已经从点光源变成了面光源。也就是说从激光投影机镜头投出的光与从任何普通灯泡光源投影机镜头投射出的光具有同样的安全性能指标。

拿电视机举例就是屏幕破损，激光不慎从屏幕中射出，大家也不必担心。激光其仍然是被扩束后通过镜头折射出的柔和光线的一部分，对人眼不构成伤害。

hkjohn

各位大大,
非常好的文章. 但不知能否一并提些可能发展上会遇到的挑战,譬如speckle等. 谢!

optikma

和一个做激光显示的朋友探讨，目前及激光显示最大的问题是激光器的价格居高不下，另外，从技术层面上看，激 ...
totio 发表于 2010-8-16 16:32

激光器本身的散斑问题？

漂流四方

看到上面的文章我很欣慰，因为我就是做LD的 ，看来还是有前途的

saillaser

资料好全面，值得学习！

air108

短期应该是LED更有优势，长期来说，激光显示应该更有前景，关键是成本。

rekker

资料好全面，值得学习！

custkaay

非常好的文章. 但不知能否一并提些可能发展上会遇到的挑战,譬如speckle等. 谢!

yian454

好文章啊，在这里先学习一下。

bairuizheng

激光的相干性出现散斑，在做实验真的很烦，观察照明物都有亮暗无规则小点，那位大侠给指点如何改善。