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从LED看投影光源的发展趋势

2010-01-14 郑文钦 赵剑斌 经卫宁 依马狮视听网


前言:
    DLP技术应用于大屏拼接系统,发展至今,凭借着其高清显示、成熟稳定及24小时不间断使用的优势,得到广大用户的认同,已经成为专业监控领域的最佳选择。但DLP技术的使用成本是长期以来一直困扰用户的问题,其中尤以易耗品灯泡为重中之重。而今新技术——LED光源的应用让突破此瓶颈指日可待。
    LED光源的长效寿命,大大延长了DLP投影机的使用寿命,为大幅降低使用成本提供了发展空间。此外其高保真的色彩还原能力、绿色环保照明的特性以及其节能潜力,众多优势集于一身,必将成为未来投影光源的发展主流,并带动大屏拼接系统行业一次革命性的技术升级。

投影光源发展史
    1995 Philips开发UHP高压汞灯→2007年Laser Lamp(激光灯)→2008 年 LED Lamp 初露头角
    UHP(图一)的开发改善一直朝小型化、高亮度、长寿命方向努力,其发展方向也让投影机可以小型化并拥有足够的亮度,从而使得投影机普及化。迄今为止,UHP使用寿命已达10,000Hrs,亮度60lmW。目前UHP 占有 95% 以上的市场,由Philips和OSRAM分占前二。
    2007年出现了Laser Lamp(图二),意在解决UHP色域不够宽广的问题,因而产生了Laser Lamp的产品。Novalux、三菱是其中的代表厂家。Laser具有长的寿命( 30,000 Hrs)及超大色域,颜色非常纯。因背投电视的溃败其商业机会局限在了特殊用途。又因激光会有伤害人眼的顾虑,因此局限了它在前投投影机中的应用。

从LED看投影光源的发展趋势

从LED看投影光源的发展趋势    应环保及未来具有潜力的节能发展需求,LED(图三)应时而出。LED首选目标是照明及LCD背光用途,取代CCLF及白炽灯泡。但也因为它有长寿命( 50,000 Hrs )及宽广的色域,因此被开发到投影机光源的应用中。
    专门针对投影机设计的高亮LED Lamp,是Luminus公司的专利,他们有独特的技术:蜂巢状的半导体结构。这种结构有不少优点:产生有效率、均匀的平行光,有助于后级光的收集聚焦;可以制作高亮度、高瓦数的大面积组件;是一个积木式的结构,可以组合成各种比例及面积。
 
未来背投光源的发展趋势

    未来背投光源应该只有UHP及LED两种灯会存在。原因是电视墙l市场非常小( 30K台 年),无法支撑一个产业,只能搭其它产业的便车,如前投投影机。背投投影机因为LCD、PDP的大型化及低价化,而导致市场局限化。而前投投影机每年至少有500-600万台,加上既存的数千万台已安装的投影机售后换灯市场,故UHP依然抢手。同时,LED由于有环保的强点及技术聚焦,其性能改善的可能性非常高,是未来光源应用的趋势。免灯泡的意思是:不用换灯,即所谓无灯的投影机。其效率及寿命都会有极大的改善,且其周边组件成本也会大幅下降。另外LED有比UHP更好的特性,见下表:
  LED UHP 说明
灯寿命 >60,000小时 <10,000小时  
点亮时间 1 秒 ~60秒 实时点亮
色域(Gammut) 150% 100% 以UHP为基准
彩虹效应 相当于240Hz以上的色轮转动
系统可靠度 好, 无色轮 普通, 有色轮 无转动组件
色彩可调整度 任意调配 色轮决定 RGB能量比例可调配
亮度可调整度 >50% <20% 对Cube调整相当方便


从LED看投影光源的发展趋势    LED灯泡有以上诸多优点,故TI也在积极推进此技术的应用与发展。目前新设计的产品会使用LED灯泡技术。随时间的推移,LED性价比会更高,未来的趋势已很分明。
    UHP目前据有高占有率,但会被LED逐渐赶超。预计其销量的趋势如右图。
 
LED的工作原理及特性
    发光二极管与普通二极管一样是由一个PN结组成,也具有单向导电性。当给发光二极管加上正向电压后,从P区注入到N区的空穴和由N区注入到P区的电子,在PN结附近数微米内分别与N区的电子和P区的空穴复合,产生自发辐射的荧光。不同的半导体材料中电子和空穴所处的能量状态不同。当电子和空穴复合时释放出的能量多少不同,释放出的能量越多,则发出的光的波长越短。常用的是发红光、绿光或黄光的二极管。 [Page]
    LED 是点光源,热能非常集中,因此散热是一种重要技能,故光学聚光及散热设计是LED两大课题。
LED、DLP光机工作原理

 
LED灯
UHP灯
引擎类型 LED 光机 UHP光机
灯泡 LED + 光学组件(镜片) UHP 灯+灯杯
灯泡驱动器 LED驱动器 Lamp 启动器
色彩感应回馈
色轮


LED-DLP Vs UHP-DLP光机架构差异
    LED、DLP光机以RGB LED顺序点亮来达成与色轮旋转等同效果。
    为了解决LED灯泡对温度、电流导致亮度及色彩的飘移问题,TI加入了亮度及色彩回馈系统。以RGB Sensor不断取得LED灯泡的色彩及亮度信息,送至DSP芯片,做每一个Frame的修正,调整LED RGB Current,以得到稳定的视觉感受。
    UHP的投影机其输出颜色在选用灯及色轮频谱设计完成就决定了。但LED的投影机其颜色及亮度是可以随LED驱动设定而改变。改变RGB的能量比率组合,即可达成不同色彩表现。故其色域更宽广。

从LED看投影光源的发展趋势

从LED看投影光源的发展趋势

从LED看投影光源的发展趋势

从LED看投影光源的发展趋势

LED投影机产业化时间趋势
    Luminus LED 将于2009年3季度量产高亮LED光源:LED投影机可以达到 XGA ANSI 500流明,SXGA+ ANSI 600流明,另外LED的Pulse Light的方式,会比量测的数据给人更高的亮度感觉。有一名词叫Perceive Brightness ,意思是眼睛感知的亮度会是两倍于电表量测的数据。因此500 ANSI 相当于1,000 ANSI(等同于之前 132W RGBW高亮模式 )
    2009年Barco、科视以及Plannar都宣称有LED TV wall。预计2010会有少量交货,初步市场测试,2011年产品逐步成熟,客户接受性提高;2012年开始才会真正大量销售。

从LED看投影光源的发展趋势

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