自最早的LED光源投影機于2003年,美國阿拉斯加消費電子展與消費者正是亮相以來,LED光源、激光光源等新興投影產品就在預謀推翻“汞燈”投影的龍床寶座。
從最早的LED驗證機,幾乎是將將可以看到畫面的亮度和碩大身軀的不和諧,到現在500流明亮度的LED光源商用產品、20000流明以上激光光源工程投影機,以及2012年最新上市的高亮度激光、RGBLED混合光源產品,投影機產業的先驅們從來沒有停止過改進、改造投影光源技術的腳步。
傳統的汞燈產品,能源效率低、廢棄物擁有巨大環境破話、壽命短、維護成本甚高、發熱大、體積大、三原色形成復雜、采用的模擬電源控制電路設計復雜……這一系列的“不是”,早已經讓投影機廠商和工程師看不上眼。但是,限于技術上的諸多原因的限制,新興光源的探索,直到最近三年才真正獲得商用級的突破!
LED光源和激光光源,都是夠純度、高能效的理想光源技術,通過特殊的光學材料,擴展成投影機采用的三原色面光源,在應用上具有非常多的優勢:高壽命、免維護、穩定的固態體系結構、散熱設計的核心封裝于光源之上、光路設計簡潔清晰、數字化的電源和控制電路設計等等。這些優勢使得LED、激光等新興光源廣受投影機廠商喜愛、三星、LG、奧圖碼、明基、宏碁、麗訊、富可視、3M、NEC、三菱、卡西歐等諸多主流投影企業紛紛推出各種產品。使得目前LED等新光源投影產品的市場豐度已經達到二三十款的數量。
據統計LED光源投影,自從09年進入市場后,已經實現了快速的成長,市場接受度逐漸提高,據專業數據統計,LED投影2009年成長率為193%>2010年的82.4%>2011年的30.6%,市場占有率快速增長到26%!
伴隨LED光源的普及,激光光源也沒有閑著。2008年北京奧運會之中,中視中科的20000流明激光工程投影機進入實用,圓滿完成奧運保障任務。而在此前,三菱公司的超薄激光背投影電視產品也引起了業界的廣泛關注。
激光技術,臺灣稱為鐳射技術,是一種人類迄今發現的最理想的光源:高效、高亮、高度一致。但是,在投影上應用,激光必須突破綠色光源的效率和壽命瓶頸,同時還必須實現傳統激光危險的高能力密度殺傷性點光源,向投影需要的安全性面光源的轉換——這一過程需要特種光學材料。除此之外,激光還有另一個大問題:成本!
優派1080P混合光源投影機
激光光源的優越性已經成為業界公認的最理想光源。因此,最要緊的課題是如何低廉的使用這種光源:與LED配合使用是近年來出現的一個新思路。通過明基、卡西歐等企業的實踐,激光LED混合光源在產品的成熟度、效率、成本、安全和穩定性上已經進入可以市場化的階段。未來激光和LED混合光源將是投影光源行業的一個重要發展方向。
不過,在LED等新光源產品普及的過程中,多數參與企業都是DLP投影技術陣營的成員,傳統LCD投影陣營的身影鮮有出現:索尼、愛普生兩大LCD巨頭,以及日立、松下這樣的3LCD主要追隨者,在新光源技術上幾乎表現出了一致的平靜。為什么DLP投影機LED等新興光源花開百態,但是3LCD陣營卻異!暗ā蹦?
理論上,光源技術和微型數字投影機的“微芯片”技術沒有明確的對應關系。LED光源、激光光源并不是絕對不可以、或者先天不適應3LCD液晶投影系統。只不過,現階段的LED技術與DLP投影產品的“配合”更為密切。
原因之一是目前LED光源技術的亮度瓶頸問題:主流市場的采用三原色RGBled光源的DLP投影機能夠實現300-500流明的亮度,試驗階段的產品可以實現1000流明的亮度。這種亮度依然低于市場主流投影機產品2000-4000流明的亮度。雖然對比度和色彩的優勢使得,LED光源500流明能夠產生類似于傳統光源700-1000流明的顯示感受。但是面對確實存在的亮度瓶頸,3LCD只能望而卻步。
與DLP系統采用的DMD芯片比較,3LCD投影系統的LCD芯片的投射式成像的光效率更低。也就是實現同等的亮度需要更亮的光源產品。在一般應用中,為了實現較好的亮度表現,LCD投影多數采用三片式的復合成像,以提升瞬時的光通量,保障產品亮度。這與DLP系統通常采用單片式DMD芯片呈現形成了巨大反差。更低的光效率,決定了3LCD產品不能適應現有LED光源產品。
目前,新出現的LED光源產品復合激光光源產品則渴望形成更高的亮度。如果這種技術能夠達到傳統汞燈的光通量水平,則可望在3LCD技術投影產品上得到應用。
強調LED光源和DLP投影技術的吻合性,并不是要揭LED光源亮度不足的短。LED光源在效果上也具有獨特魅力。采用RGB三原色LED光源對于DLP投影機可以減少一個重要組件:色輪。而色輪正是在成傳統汞燈光源下,DLP投影產品出現一些顯示效果弱化的根本原因。加上LED光源自身的高純度和高飽和度,三原色RGBLED光源,能夠令DLP投影機單片系統的色域范圍提升50%以上!狶ED光源的這些優勢在3LCD投影機上則不會出現、或者大打折扣!
作為固態半導體技術的LED光源或者激光光源,在DLP投影機上應用還具有另一個系統性優勢:散熱設計。散熱設計影響投影機壽命的重要因素。高熱不僅直接損傷光源,好會損傷投影微芯片。因此傳統汞燈的3LCD產品,必須涉及嚴格的散熱系統,保障LCD這個液態有機物芯片不被損毀,并提升汞燈的使用壽命。
但是,激光和LED光源的光源壽命因素主要是芯片本身的內部溫度:LED光源芯片內部溫度在室溫時會擁有100000小時的理想亮度和色度;但是溫度升高到50攝氏度,則壽命縮短到30000-50000小時;溫度在75度以上則只擁有10000-20000小時的壽命;在超高溫,LED穩定工作時間只有幾毫秒。
因此,可以看到LED光源或者激光光源對于溫度是很敏感的。但是,投影機采用的LED光源或者激光光源是“封裝好”的光源成品。也就是光源廠商完成了最基本的芯片散熱設計。投影機廠家只需要保障一個理想的環境溫度就可以。這種光源應用在DLP技術上,與DLP投影技術的半導體固態微機電DMD芯片自身的溫度穩定性相得益彰,使得整體投影產品散熱設計更為簡單。而LED光源與3LCD集合,雖然光源部分的散熱不復雜,但是LCD芯片自身還是需要特殊的散熱設計才能保持理想的工作狀態——70度高溫可能會使LCD芯片的壽命還沒有LED光源長。
作為半導體技術的LED光源的另一個特點,也是很多人不熟知的特點,更是其與DLP完美搭檔的一大優勢:LED光源和汞燈比是一種廉價光源。第一,LED壽命長、維護低,更換成本大大減少;第二LED節能,同等亮度可以大幅節約“電費”開支達一半以上;第三同等亮度和色度的LED光源自身也比汞燈便宜!
DLP投影機在非工程市場的主要優勢集中體現在產品的價格低廉上。而如果自身成本更低的LED光源能夠很好的普及,DLP投影機的這種價格優勢會更為明顯。目前,奧圖碼500流明寬屏1280×800高清分辨率LED投影機已經跌破5000元大關,就是LED光源低成本特性的最好證明了!
應用綜合的分析方法,可以發現LED等新興光源技術還在崛起階段、或者說是普及的初期。一個亮度爬坡的過程,就可以將其諸多優勢“淡定掉”一大半。但是即便如此,LED、激光等新興光源,應用在DLP產品之中形成的一系列新“優勢”還是令3LCD投影只能望洋興嘆!
首先,在微型投影市場,無論是白光還是RGB,LED與DLP的配合都是目前最成熟的技術思路。固態、微體積、更簡潔的散熱設計需求,使得二者在微型投影市場如沐春風。將微型投影放大,就是便攜投影。便攜投影機采用DLP和LED光源技術,在可移動性上更具優勢,而且高效節能的特點還可以使其采用電池供電——這可是便攜投影的一場革命:沒有電源線的阻絆,才是真的便攜。
第二,LED光源是固體半導體技術,DLP投影系統的核心DMD和驅動IC也是半導體產品。而且,目前廣泛采用的投影機信號處理系統,主要也是由一塊半導體芯片構成。甚至,就連電源的變壓器也是功率半導體芯片!虼,采用LED光源的DLP投影系統,實際上就是有半導體、光學透鏡、光學鏡頭、一兩塊印刷電路板構成,其系統的簡潔性非同一般。
比較而言,即便3LCD投影機采用了LED光源,三片式的投影機結構、LCD芯片自身需要的高級散熱設計都會使的產品自身變得“復雜”。這種系統性的差距,也是LED光源在DLP領域得以廣泛應用的原因,并造成了接下來的第三點,也是最關鍵的一點的“優勢”。
第三,LED光源,或者是激光混合光源技術使得DLP投影系統更具穩定可控的顯示性能!采用3LCD顯示技術的投影機,一個很核心的技術就是紅綠藍三片LCD形成三原色分離投影畫面,必須精確對準——這個精度要求是極其高。這也是3LCD光機技術一直幾乎被光學背景的理光壟斷的原因。
在3LCD系統中,光機的設計雖然也經歷了整個半導體技術和產業進步的過程,但是必須保留一系列“模擬”時代的機械技術。精打細磨,這種日系電子巨頭最擅長的工藝的積累,形成了日系投影巨頭,尤其是索尼、愛普生、日立等企業的“技術優勢”。這種優勢,具有時空積累的特點,不是簡單學習和模仿就能得到的。這也是后起之秀DLP投影技術的一大傳統弱勢。
但是,LED光源技術的出現則改變了這種狀況。正如上面說提到的,LED光源單片式DLP投影,自身就是半導體、光學與印刷電路系統的結合。最核心的技術被幾款半導體芯片,一些光學膜材料和鏡頭這個可以批量采購的組件全部集中起來。這使得更多的投影機企業可以設計出產品性能出色的產品,而不需要過多的技術細節的研磨;同時也提供了在更多的應用技術領域廠商們自主發揮,不用顧忌產品的固有核心技術細節的空間。——包括汞燈的散熱、色輪等部件在LED時代的消失,帶給DLP投影的不僅僅是簡單的部件性的變化,更包括整個產品設計體系的重大變化!
由此看一看到,LED光源目前亮度的瓶頸問題雖然還是一個巨大的缺陷,但是已經掩蓋不了LED技術自身與DLP技術結合之后“交相輝映”的技術光環。二者一光環下是少數3LCD巨頭急不情愿的“淡定”!
一方面,LED光源的亮度瓶頸與3LCD的低光通效率問題結合在一起,使得現在還不具有推出LED光源3LCD投影機的良好技術窗口。另一方面,LED光源的出現,讓DLP投影機的整機系統體系核心技術得到了很大程度上的集中,進而抵消了日系巨頭多年辛苦磨研形成的3LCD工藝技術優勢。同時,LED光源也起到了幫助DLP陣營,以及這個陣營內的企業樹立“更高更快更強”的創新形象的作用。
LED等新興光源技術的種種影響、種種特色之下,3LCD的沉默實屬無奈,而不是內心真的“淡定”。LED帶給DLP的變革不僅是今天能夠看到的這一摞新產品,更包括假以時日之后,整個產業陣營實力的變化、消費者認知的轉化和市場對LED光源、進而對DLP產品青睞的形成!