投影显示光源颜色特性—浅析飞利浦UHP投影光源

1. 前言

    高性能投影系统对光源的要求非常高，包括光源的寿命、亮度、色温、光谱、光学特性等。就光谱而言，要求颜色能量均衡的白光，整个寿命其间颜色稳定。

    飞利浦UHP投影光源被广泛地应用于专业前投影机、家用前投影机、微显背投电视、电视墙等领域。 UHP光源具有的优异光学特性很好地满足了投影市场的快速发展，UHP光源不仅具有超高的亮度，电弧的平均值高达1Gcd/m2，而且在整个寿命期间拥有稳定完美的色谱。本文将对UHP光源的光谱特性作一分析。

    2. 放电管的光谱

    UHP投影光源由放电管和反光杯组成。放电管是发光的核心部件，反光杯主要作用是产生平行或聚焦的光束，满足光学系统的要求。

    放电管是一种超高压汞灯。普通的高压汞灯工作时汞蒸气压力为几个大气压，辐射以线光谱为主，而且需要用荧光粉将紫外辐射转换成可见光，显色性差，光效低。而飞利浦UHP灯汞蒸气工作压力超过200大气压，由于可见光辐射大大增强，谱线压力展宽和汞分子连续谱线的作用，光效和显色性都有极大的提高。而且汞作为唯一的发光物质，整个电弧发光颜色均匀，没有金属卤化物灯颜色不均匀的问题。图1 是放电管的典型光谱强度分布曲线。

    图2是不同汞蒸气工作压力下160Bar/200Bar/240Bar光谱强度分布的比较。从中可以看到随着汞蒸气压力提高，谱线峰值下降而宽度展宽，光谱连续基底提高。从投影显示应用来看，低于200Bar的光谱不能令人满意，所以飞利浦UHP灯的汞蒸气工作压力大于200Bar，当然理论上讲压力更高更好，但是产品制造会更困难，基本上设计极限在300Bar左右。飞利浦最新HighEfficiency产品汞蒸气工作压力达到250大气压，图3 是它的典型光谱强度分布曲线。 

 
图3 HigEfficiency200W放电管光谱分布

    3. UHP光源的光谱
    放电管发光经反光杯反射产生平行光或聚焦光，抛物面反光杯产生平行光，椭圆面反光杯产生聚焦光。反光杯内壁的耐高温特殊涂层对可见光辐射具有很高的反射率，而对红外和紫外辐射具有低的反射率，透过涂层的红外辐射透过反光杯玻璃从后部发射，透过涂层的紫外辐射被反光杯玻璃吸收。因此从反光杯前端出射的光谱分布发生了改变，图4是放电管经过涂层反射和前罩玻璃透射的光谱分布比较。从中可以看到UV-B，UV-C辐射已基本没有。但是少量的UV-A需要在应用设计中根据实际情况适当处理。 

 
图4 UHP灯的光谱

    4. 投影显示的颜色处理和颜色平衡
    在投影显示系统中，光源发出的光一般经过分色片分色，然后分色光由图像信号处理后再合色通过投影镜投射到屏幕上。因此要求光源的光谱颜色分布均衡，否则为了达到色温的要求，会损失一部分光效。图5是RGB滤色片光谱透光率曲线。从中可以看到UHP光源RGB三色能量有较好的平衡。而UHP HighEfficiency产品进一步改进了红色光谱的能量，从而进一步提高光颜色利用效率。 

 
图5 UHP灯不谱分色

    5. 总结

    飞利浦UHP投影光源具有优越的光谱特性，能非常好地满足投影显示的光色要求，而且整个寿命期间的稳定的色谱使投影系统的颜色在使用中保持稳定。

    陆军民
    工程师
    飞利浦技术中心
    Email: junmin.lu@philips.com