投影机固态光源发展趋势

2013-04-29郑文钦

信息化视听 2013年9期

郑文钦

激光光源光机性能的关键设计

激光二极管光点聚焦调整：如何将二、三十颗激光二极管精确地聚光成一小面积光点，以聚到荧光轮上，转化出扩散光。激光二极管准直镜的对位将是生产调校的重点，光点越小对光机的集光效率越有帮助。

激光二极管散热设计：如何把激光二极管的热透过HeatPipe导出来，让Heatsink及风扇带走，以保持所要求的二极管外壳50度以下温度以保证20，000小时的寿命。LED封装通常有一大片铜基板以为导热用途。但激光二极管是以TO的封装，其热导系数约为10-20K/W，其导热能力远低于LED（热导系数大约0.5K/W）。因此散热设计是一件非常关键的工作。

好的散热设计，若可以将二极管外壳由50度降低到40度，则激光寿命可以延长到40，000小时。

激光光源关键组件说明

激光二极管：

主要供货商：Nichia，OSRAM。

主流量产的是1.6W，但新一代可达3.5W。可以减少激光二极管个数，降低空间需求及成本。

改善散热能力，采用更好的封装，可以降低热组以期降低二极管温度，延长寿命。

温度是激光二极管的关键参数。

激光二极管对温度是敏感的，温度提高输出能量是下降的，如图13.1。

频谱会随温度上升而往高频带方向移动，如图13.2。

荧光粉：

主要成分及添加物为铝酸盐，红宝石，硅酸盐，氮化物，硫化物。

主要供货商有Nichia，OSRAM，Intematix。

相较于CRT及LED荧光粉，最大的差异是高能量的激发会产生的高热。解决之道，以荧光轮转动来避开持续激发同一点以解决高热问题。同时以金属当背板来强化散热。

显示荧光粉的信赖性在激光激发转换波长是非常稳定的。执行一千小时的结果，效率没有明显下降。如图14所示。

透过激光激发RGY红绿黄荧光粉，其频谱如下图15。若要改善颜色则改变荧光粉的选择即可。

激光安全规范的探讨：无安全顾虑，其投射光等同于UHP或LED光源。

激光投影机投光的安规要求，IEC60825-1都有规范。这是强制性的规范，主要考虑虑人眼光化学变化及皮肤的热灼伤。所在乎的是光的密度（单位面积光亮度）及能量（乘以时间得到的数值）。

测试理念是取其一小区块投影光，测量其能量以判断是否超过限制值，如图16所示。

为什么激光投影机无安全性问题？大家对激光的安全顾虑是认为激光可以切割金属，可以打印在金属表面，因此对激光的破坏性非常担心。

我们的激光投影机，虽然其灯源组件是激光二极管，但在光源内部已被光学组件及荧光粉柔化且变成平面光块约为5mm×6mm，且透过光机内部放大至与面板相同大小，最后被投影镜头放大，因此从投射出的光源在使用者端看起来，就如LED或UHP光机投射出来的光。且UHP投影机已行之多年，因此不需担心激光光机对人体的伤害。

我们来试算激光被稀释的比率，让读者有个概念，比如激光光点是1mm×1mm，等投射在50屏幕上，则等同稀释40×25.4×30×25.4=774，192；加上光机效率30%，肯定投光的密度已达原始的百万分之一。

未来技术发展

积极争取得到投影产业的认同及参与：TI自从2011年CES发表Laserengine后，每年都会在CES和InfoComm上发表新版本的光学设计，每次都会有令人惊讶的创新架构。同时也带领着关键组件厂商荧光粉，荧光轮及激光二极管做性能优化及成本下降的动作。

未来发展的重点是：如何降低成本并提升性能以达大量商品化。业界正集思广益，做提升效能的对策。比如Nichia正积极地提升激光二极管的光瓦特数；欧司朗则提供激光光源模块，让系统厂可以像使用UHPLamp一样容易。

增加激光二极管发光量及改善光谱

Nichia近日已量产3.5W蓝色激光二极管。将可减半二极管个数，得以缩减光学尺寸及灯的成品尺寸，从而降低激光灯源的成本。

改善蓝色激光的频谱，从445nm往455nm移动，以改善蓝光的颜色。

加大荧光粉色域范围及耐强光和高热

制作以陶瓷来制作的荧光粉，以耐更强的光及热。

增加光谱选择性，以满足不同色彩需求。并增加纯度，以加大色域范围。期望达到无须色轮即可有好色彩。以简化系统设计，增加系统信赖度。

光学架构的改善

激光聚光效率提升：优化聚光集中度，降低光点尺寸，让光机的集光效率提升。