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熒光色輪新進步:滾筒熒光色輪技術探究

市場三代熒光色輪的不同與發展
來源:投影時代 更新日期:2015-12-23 作者:蕭蕭
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市場三代熒光色輪的不同與發展

    激光熒光色輪技術既然是激光光源投影產品的最主流技術路線,也就能吸引眾多廠商開發出不同特色的產品。到目前為止,這些差異產品大致可以分為三大類:

    第一代產品:激光藍光+紅綠熒光粉、直接投射藍光色輪。這種產品是用紅綠熒光粉實現紅色和綠色兩種原色;但是藍色部分直接采用藍色激光光源。產品的好處在于成本最低,且能保持藍色激光部分的“激光原味”。不過,其缺點也很顯著。在早期藍色激光都采用半導體泵浦固體激光器。這種激光器出光光譜寬度為3納米左右,光譜范圍窄能量集中,且波長多為455納米段,比較一般的藍色光源更為偏向紫外波段。這些特性使得第一代激光熒光技術,在采用半導體泵浦固體激光器條件下,產品畫面會有藍色偏紫的現象,和較強的激光散斑。

熒光色輪新進步:滾筒熒光色輪技術探究

    第二代激光熒光技術,改進了藍光部分效果。采用激光藍光熒光粉,而不是直接使用藍色激光。即,第二代熒光色輪是全熒光粉色輪,不再有藍色透明部分。這可以顯著改善第一代產品最終顯示畫面的偏紫和激光散斑問題。同時,這一時期,廠商還在色輪上額外加入黃色、或者白色熒光粉區間,進而由此提高整個光源的輸出亮度水平。

    以上兩種熒光色輪技術,有一個共同的缺陷:即,激光光源的出光是很小的一個光斑,接近線光源。很小的出光橫截面積導致了熒光色輪上只有很窄的一部分扇形區域參與光色彩轉化。這部分區域長期高強度接受激光照射,色度、亮度衰減更為劇烈。如何解決色輪上窄扇區的超強度工作和老化問題,是激光熒光顯示技術進步的一大難題。

    這個難題的解決有三個方案:第一個是研發壽命更長、能量損傷低的熒光粉產品。但是,這一方案無疑意味著很多嶄新的工作,全新材料的開發也未必能夠成功。技術、產業風險巨大。第二個方案是在色輪和激光器之間增加光學系統,擴大激光光斑的截面積。這個方案沒有技術風險,不過會增加整個系統的光學復雜度和成本,同時也并沒有根本上解決激光光斑集中照射色輪有限扇區的問題。

    解決這個問題的第三個方案就是本文的主角:激光熒光滾筒色輪。其原理是,讓激光光斑在色輪上的照射區間能夠改變。進而大幅提升色輪熒光涂覆部分的有效工作面積。同時,不同工作面積還可以“輪流休息”。兩項作用結合在一起,起到徹底改善熒光體工作工況過強、過集中的問題。在降低了熒光體工作強度、提升了熒光色輪壽命的背景下,也可以采用更強輸出的激光器件,在額定壽命不變的背景下,大幅提升光源亮度水平。

    這種由視美樂首先開發出的滾筒色輪的設計非常精巧:色輪被制作成一個滾筒狀,可以垂直軸向旋轉,亦同時平行軸向移動——后者使得激光光斑可以遍歷整個色輪的每一份面積。在熒光滾筒色輪上,激光沿軸向入射后,在色輪中心軸前方由反射鏡90度折射,轉向滾筒面——即與傳統色輪技術比較,滾筒色輪的出入光線成90度角,而不是一般色輪的出入方向一致。

    視美樂熒光滾筒色輪采用與一般色輪一樣的垂直軸向旋轉控制系統、軟件算法和硬件芯片;其平行軸向移動,不需要復雜數字控制系統,僅以預設慢速周期運動即可。這一設計幾乎不增加額外的控制系統開發成本。同時,能夠兼容以黃色、白色熒光粉段增加整體出光亮度的傳統設計,能夠融入任何既有的色輪投影系統設備之中。

    當然,熒光滾筒色輪技術也有其缺點:如,畢竟增加了另一方向的運動,使得系統機械復雜度略有提升;再例如產品的體積也會較傳統色輪有所增加;同時,進出光方向的改變,也意味著整個投影機內部布局、散熱結構的調整。好在,這些影響都不嚴重,且更難以抵消熒光滾筒技術,在單位色輪面積上能量耐受力的強化,整體熒光色輪系統壽命近10-20倍的提升。

    最為重要的是,視美樂這一發明,完全采用的是成熟技術和產品,在技術、工藝、成本成熟性上具有天然優勢。

   

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