投影显示激光荧光色轮与激光LED混合光源发展的优缺点

激光光源兴起的原因

    2010年开始，激光光源在投影领域的应用呈现出快速发展的势头。经过三年余时间的努力，形成了纯激光光源、激光荧光色轮（激光荧光体）光源和激光LED光源等三种主要产品形态，分别满足高端工程机和普及型投影机产品的“新光源”应用需求。

    其中，以满足普通家用、商务和教育投影机应用为主的激光荧光色轮和激光LED混合光源的发展，关系着占据投影机市场8成以上应用领域的产品演进方向，是目前激光光源投影市场最受关注的技术之一。探讨二者的发展前景和规律，对于深入了解激光光源在投影机产业的市场价值，具有积极重要的意义。

    在投影机产品上，光源的重要性几乎和光阀一样：他们都在根本上决定了投影机产品的应用品质。好的光源未必等于好的投影机：毕竟投影机是一个复杂的设备体系；但是坏的光源却绝对意味着一台糟糕的产品。因此，自现代数字投影机产品诞生以来，投影厂商从未放弃，对先进光源技术的追求。

    光源产品在投影机的实际性能上，可以决定产品的亮度、色彩、寿命、稳定性、维护周期和全寿命使用成本。传统的汞灯光源，虽然自身成本低、亮度高，但是色彩、寿命、稳定性表现不好，尤其是高亮度正投应用的维护周期非常短，全寿命成本也很高（需要不断更换新灯泡）。此后发展出的卤素灯等，多种改良型的汞灯产品，虽然在色彩表现上得到了很大提升，但是对于汞灯的其它缺点并没有很好的改善。

    投影机光源第一个具有革命意义的产品是LED固态光源。这种产品除了在亮度上不及汞灯外，其他方面都具有显著的优势。尤其是在稳定性和光源寿命上，优势非常突出。目前在DLP拼接墙等主流背投产品上，LED光源已经占据多一半的市场份额，成为了真正的当家花旦。但是在正投影产品上，LED光源更低的亮度，成为了致命缺陷：不仅无力进入工程投影市场，甚至连基本的家用、教育和商用市场都不能满足。

    因此，LED光源革命，虽然已经有六七年的时间，却只是在背投拼接墙这一个窄众领域，完成了“一半”的革命。在更广阔的投影应用中，新光源依然被期盼着。这就为激光光源产品的问世奠定了基础。

    以高性能半导体激光器为基础，激光光线耦合技术为关键支撑，在不考虑成本的情况下，激光光源几乎可以满足各种亮度显示产品的应用需求。同时，激光光源在色彩、寿命、稳定性、维护周期等性能方面，也具有或多或少的优势。这使得，激光光源在工程投影机，这等对成本相对不敏感的领域，率先得到了很好的应用。截止目前，工程投影市场，所有类型和亮度的应用中，都可以找到适合的激光光源产品。工程市场，激光光源大行其道已经箭在弦上。

    但是，工程投影市场毕竟也是一个如同DLP拼接墙一样的小众领域，投影机光源技术，真正要解决的是占据市场绝对大头的“通用廉价产品”市场的需求。因此，开发廉价的、成本更为低廉的激光显示方案，成了业内最急迫的工作。这就促进了激光LED混合光源和激光荧光色轮光源的诞生。

为低成本而生：激光荧光色轮与激光LED混合光源

    激光光源的高亮度是怎么实现的呢？答案是光纤耦合。激光光源具有极强的汇聚性，因此，可以利用光纤将很多个激光器的光纤汇聚成一个均匀的、直径极小的光束。这一技术虽然能有效解决激光光源的亮度问题：比如用于工程投影机，或者超厚金属板材的切割和焊接。但是，由于受制于单个半导体激光器的发光量仅在100mW水平，只能对应20lm左右的最终投影亮度，因此，高亮的投影机必须加大采用半导体激光器的数量，这会增加系统成本。而且亮度越高系统成本越高。

    在激光投影这类视觉系统中，需要的是红绿蓝三原色的激光光源。——如果对画面影像质量具有特殊需求，也可以加入黄色、墨绿色等更多的原色光源，不过红绿蓝三原色是最基本的需求。这就使得，如果只是简单的全部使用激光器实现三原色光源，投影机的成本就会再次大幅提升。

    那么有没有折中的方案呢？日本卡西欧公司，率先实现了激光LED混合光源的使用。用激光实现绿色，用LED实现红色和蓝色。这样既避免了单独LED光源，在绿色发光产品上的瓶颈，又减少了激光器的使用数量，降低了系统成本。

    在红绿蓝三原色中，如果合成白色效果，绿色光源的能量是需求的最多的。这就是说，如果简单的使用同等数量的红绿蓝激光或者LED光源实现白光，那么就要求绿光部分的组件能够发出更强的光。这意味着材料学上更高的门堪。同时工作电压、电流更大的绿光部分也会成为整个系统，色彩漂移、系统寿命和维护间隔的瓶颈。

    而采用LED实现红色和蓝色，可以减低系统的成本；使用激光实现绿色可以突破系统在绿色部分的门槛。可谓之LED和激光，两大冷光源珠联璧合之作。但是，在这一系统中，激光实现绿色部分依然面临着和LED光源同样的问题：高性能绿色激光光源成本更高。因此，激光LED混合光源，采用了另一项降低成本的技术——激光荧光转化技术。

    LED激光混合光源中，绿色部分由激光实现：但是，采用的不是昂贵、体积更大、稳定性也最差的绿色激光器，而是成本最低、体积小巧、驱动电压最低、稳定性最好的蓝色激光器。蓝色激光经过蓝绿转换荧光粉转换成绿色。虽然荧光转换后有20%左右的能量损失，但是综合亮度成本依然更低。

    也就是说，激光和LED混合光源的每一步设计，都是在使用长效固态冷光源的需求下，最大程度节约成本的产物。这种设计思维也是激光荧光色轮的想法。

    与激光和LED混合光源应用于三片式LCD和LCOS投影和单片式DLP投影不同，激光荧光色轮技术是为单片DLP投影机定制的另一种节约成本的方法。

    单片DLP投影机的三原色采用时序分布，是时间复用彩色技术。自身就需要一个分光色轮，以实现光源系统在不同的时间段输出指定的单色光源。激光荧光色轮系统，用不同颜色的荧光粉取代传统色轮的彩色滤光层，用激光光源中最容易实现高亮度的蓝色激光器作为输入光源。蓝色激光经过透明、蓝绿、蓝红或者其它荧光粉后，转化成系统需要的单一蓝色、绿色、红色，或者其它颜色光源。

    这一系统最大的好处是，节约了激光器的数量，避开了昂贵的绿色激光器：这和激光LED混合光源是一样的。同时，这一系统还彻底省略了LED光源部分，用荧光转换代替了红色LED，并直接使用蓝色激光光源：这是比激光LED混合光源更为精简的系统部分。但是，利用蓝色激光实现三原色的荧光转化，需要更多种类的荧光粉，这是增加了系统复杂性的部分——不同种类的荧光粉的效率和寿命对系统寿命和色彩偏移的影响也更为复杂。

    在另一方面，激光荧光色轮与激光LED混合光源技术也是可以结合到一起的技术：例如，不仅利用蓝色激光转换绿色光源，而且直接利用蓝色激光成像，将蓝色激光、红色和蓝色LED的混合结构，变成蓝色激光、蓝绿荧光和透明色轮、红色led的混合结构——这就结合荧光色轮和混合光源技术的特点；再例如蓝色激光加荧光色了、以及传统三片式投影分光系统构成的，为三片式投影系统设计的激光荧光色轮产品（索尼产品）等。但是，无论技术如何变种，都离不开混合光源和荧光色轮两个基本概念。

    无论是激光荧光色轮与激光LED混合光源技术，其初衷都是实现更为廉价的激光光源系统，实现激光光源在高明亮度的廉价投影机市场的普及应用。但是，二者也各有优缺点，因此，其在市场上的产品表现也有很大差别。

激光荧光色轮与激光LED混合光源各自适应不同领域

    激光荧光色轮技术，可以称为单片DLP投影机的定制技术。他最大程度的上保持了原来投影机产品的基本设计和架构。巧妙的利用了色轮分光这一工作环节，实现了激光技术低成本的应用。

    激光荧光色轮技术与单片DLP投影技术结合的优点是，系统光源只有一个、整体系统更为简洁、完全融入原有产品系统。但是，这一方案也有他的缺点：第一是，采用至少两种荧光转化材料，对荧光粉产业的技术依赖增强；第二是，DLP单片投影机，采用时序色彩混合方式成像，这意味着单一原色获得的时间片段，比较应用激光LED混合光源、采用三片光阀成像的LCD或者LCOS投影，更短。也就是说，实现相同的最终输出亮度，不考虑光阀和其它光学部件的效率，激光荧光色轮产品，需要亮度更高的蓝色激光器组件（激光LED混合光源应用于单片DLP投影时，没有这一需求）。

    与此比较，激光LED混合光源，虽然也可以应用在DLP投影的单片方案中，但是却也更能适应三片LCD或者LCOS投影系统——是一种更能够普遍应用的系统方案。但是，激光LED混合光源的结构比较负责，这自然会降低系统的稳定性。尤其是蓝色激光、蓝色LED、红色led和蓝绿荧光粉四个环节的亮度和功效衰退曲线不一致，产生的色彩偏移问题，要比激光荧光色轮仅有蓝绿和蓝红两种荧光粉产生的色彩偏移问题更为严重。

    同时，由于采用两种光源技术，激光LED混合光源在光源的供电、驱动方面也面临更为复杂的设计。虽然这部分的稳定性比较强、成本也比较低，不会成为系统瓶颈，但是这也是激光LED混合光源的缺点之一。

    从产业演进看，无论是激光器产品价格的下降、绿色激光器产品性价比的再次突破，还是绿色LED产品亮度的突破，都会成为激光LED混合光源的“噩梦”——因为，这种综合两种光源优势的复杂技术，成立的前提是两种光源的瓶颈都不能被突破。相比之下，激光荧光色轮技术，对激光成本的降低是喜闻乐见的：这将更有助于这种技术下的产品的普及。同时，即便是激光光源产品成本降低到，三原色产品可以大量普及，激光荧光色轮技术也依然是最低成本的方案，其存在的市场价值不会彻底消失。因此，激光荧光色轮技术的可能的产业“噩梦”，只有LED光源亮度全面突破这一个。所以，激光荧光色轮与激光LED混合光源的不同还应该包括，激光荧光色轮产业风险更小这个优势。

    综上所述，激光荧光色轮与激光LED混合光源显然各有千秋。二者在市场竞争上很难表现出谁替代谁的问题。尤其是由于激光荧光色轮技术实际上是DLP投影的定制技术，所以激光荧光色轮与激光LED混合光源的竞争，根本上表现为DLP投影和LCD/LCOS投影阵营的竞争。

    在高亮度廉价纯激光光源和高亮度廉价纯LED光源难以突破的背景下，DLP单片式投影机，在相对低端市场，可以选择激光荧光色轮与激光LED混合光源两套技术方案，产品可选择性和丰富性更好。而廉价三片式LCD/LCOS投影最好的选择是激光LED混合光源方案：如果选择激光荧光色轮方案，将比DLP的光学系统复杂很多——三片式系统的分光结构和单片DLP必须的色轮结构同时存在，必将提升成本，这将成为DLP投影机在激光时代的一个先手优势。

廉价性固态光源投影机的技术前景依然不明

    激光荧光色轮与激光LED混合光源的目的，包括上文提到的荧光色轮和混合光源的混合技术，荧光色轮和三片式投影的分光系统混合技术的目的，都仅仅是在获得高亮固态光源的前提下，实现低成本经济性。

    投影市场有这样的技术性需求的前提是：激光光源很贵，和，高亮度LED光源依然困难或者也很昂贵。如果这两个前提，有一个彻底消息，现在这些面对节约成本的需求而开发的技术，都会失去市场价值。这是一个多领域技术进步的不确定性问题：而且这些领域并不属于投影行业的范畴。

    或者说，在新光源市场上，各种创新技术的投影机产品能够存活、或者存活多久，并不取决于投影产业的技术，而是依赖于行业外的光源和材料学技术进步。这是投影产业为什么对新光源产品的反应总是亦步亦趋的原因：投影机厂商必须谨慎对待，那些自己完全不了解的行业。这就构成了以下这些基本事实：

    虽然，2014年，激光投影已经非常火爆，而LED投影也在不断进步。但是这些新技术的应用，更多的体现在“优势领域”：如激光在工程机上的使用、LED在背投拼接和微型投影上的使用——因为这三个领域，没有其它更好的方案，或者多种方案可以选择。而选择余地最大的廉价的商务、教育和家用市场，投影厂商依然比较保守，处于尝试状态。何时市场能真正明朗依然未可知。

    尝试但不完全信赖现有的激光和LED光源在廉价投影市场的创新，保持多种选择的可能性和余地。这是现在大多数投影厂商，在家用、商用和教育市场所做的事情。也是激光荧光色轮与激光LED混合光源所面临的最基本的行业环境和市场规律。在加上，这类产品成本较高、价格较高，现在谈论类似产品的普及，显然还为时尚早。不过，综合比较，处于产业风险洼地的激光荧光色轮技术已经更受青睐，虽然这一技术会增加三片式投影系统的复杂性。