激光光源已成大势所趋探索未来的家用投影光源发展趋势

文_李玮盛

激光光源已成大势所趋探索未来的家用投影光源发展趋势

文_李玮盛

家用投影机从模拟走向数字显示方式,从480p标清走向1080p全高清,再到4K超高清,我们的关注点始终都放在显示芯片技术之上,事实上与投影机画面密切相关的部分还有很多重要环节,例如光学镜头,它很大程度上决定了画面中心与边缘的锐利度,另外也对画面色彩还原带来不少的影响。不过影响画面色彩表现最核心的部分其实是光源部分,沿用了十多年的高压水银灯泡目前已经无法适应新一代BT.2020标准对于色域空间的要求,面临着技术更新或者被淘汰的命运。而包括LED与激光光源在内的新一代固态光源崭露头角,以往限制其发展的输出亮度较低的问题在这两年取得了突破性的进展,HLD高亮度LED光源技术与激光荧光光源技术的出现使得两者的输出亮度分别迈向了2000流明与5000流明的级别,不过色域空间方面尽管相比高压水银灯有所扩展,但是却很难达到BT.2020的标准,换句话来说,现阶段不管是LED还是激光光源都有继续发展的空间。下面,我将从专业领域来探索一下未来家用领域激光光源技术的发展,包括了激光荧光光源、RGB激光光源、6P激光光源三大核心技术。

不同的激光荧光粉系统基本结构分析

从顶级的Dolby Cinema杜比影院所采用的激光放映系统谈起

现阶段最前沿的激光投影技术的应用层面当属应用在杜比影院当中的激光放映系统,在顶配版的杜比影院之中实现了4K/120Hz 3D显示能力,色域方面更是远远超出DCI P3色域范围,达到了BT.2020的标准,当然在输出亮度方面也能满足在巨幕上实现充足高光能量感画面的要求,让Dolby Vision在高动态与广色域方面的优秀之处充分展现出来,可以说这套激光放映系统代表了目前投影机的尖端技术,也是未来家用投影机不断向前迈进的目标。

在这里,需要指出一点,在杜比影院当中所采用的激光放映系统是来自Christie(科视)的6P激光系统。那么究竟什么是6P激光系统?这就需要从RGB激光系统与激光荧光粉系统的不同说起了。

从LIPA激光照明投影机协会延伸到激光荧光粉系统与RGB激光系统的区别

为什么这两年激光光源技术在投影机方面取得如此快速的发展?现在基本上绝大部分主流的投影机品牌都开始推出激光光源的投影机,涵盖商用、电影放映以及家用领域,最主要的一个原因在于LIPA(laser illuminated projector Association)激光照明投影机协会在2011年的成立与不断壮大,目前包括Christie、Barco、Epson、NEC、Panasonic、Sony、Casio、杜比实验室、德州仪器、Walt Disney Imagineering Research & Development、IMAX、Appotronics、OSRAM、Philips等投影机、研发机构、院线以及光源企业,对于激光光源的技术突破起到了关键性的作用。

目前在家用领域之中,应用得最广的属于激光荧光粉系统,基本上大部分的家用激光投影机、激光电视都是采用这种技术。在原理上,激光荧光光源基本上是以单色激光发光再打到荧光粉色轮上来构成画面,具体来说是以蓝色激光二极管作为光源,到达一个荧光粉色轮上之后产生黄光,也就是红和绿的混色光,而蓝色激光还会透过色轮上的扩散段产生蓝光,从而再分别传送到显示芯片上最终构成各种色彩的画面。正是由于整个激光荧光光源系统之中仅仅使用单色激光光源,相比传统意义上的RGB红绿蓝三色激光光源的成本要更为低廉,同时这种光源可以适应更高的温度下工作,具有更长的使用寿命,但是不足之处在于输出亮度还不能达到太高的水平,同时色域的表现也要依靠荧光色轮的素质。

RGB激光系统的核心为红、绿、蓝三色激光光源部件

从前面所谈及的激光荧光光源可以清楚地看出它与RGB激光系统的区别。而RGB激光系统其实对于我们来讲并不陌生,在多年之前就曾经有国内的厂家推出类似结构的家用激光投影机,只是由于并没有处理好RGB三色激光二极管相互平衡的关系,画面色彩运行并不稳定,某些时候会出现较为严重的色偏现象。不过,RGB激光系统的发展同样相当迅速,目前不少品牌都能在三色平衡方面取得更好的把控,同时也使得其灰阶白平衡达到了理想的状态,同时也充分凸显了RGB激光光源系统色域广的特点,部分品牌已能达到BT.2020的标准。值得留意的一点,现在RGB激光光源系统已经能对不同的激光模块进行扩展与升级,让整个系统具备一定的冗余性,即使某个模块出现了故障,只要剩下的模块还能正常工作,投影机依然能继续正常运行,这主要应用在长时间工作的电影放映系统之中,不过未来对于顶级激光系统在家用领域的应用还是有不少启发。此外,为了提高激光光源冷却与噪声问题的管控,现在RGB激光光源的放映机有些已经在使用放映头与激光光源分离式的设计,这点同样值得家用激光投影机学习。

6 P激光系统事实上就是RGB激光系统的延伸

所谓6P激光系统事实上就是同时采用两套RGB激光系统,也就是两台RGB激光光源放映机,主要针对3D应用而开发,一组应用于左眼,另一组使用稍有不同波长的红绿蓝三色用于右眼,透过3D眼镜将不同波长色彩的画面过滤出来,最终构成3D画面。这样的系统相比家用领域常见的快门分时式与偏振分光式,能获得更加明亮与更宽广色域的画面,同时由于左右眼影像同时出现,不会出现视觉疲劳与头晕等问题,同时画面的分辨率与刷新率也能维持在较高的水平,这也就是为什么顶级配置的杜比影院能够实现4K/120Hz 3D高亮显示的重要原因。不过,由于采用了双系统叠加投影的方式,对于整个系统的调校要求更高,包括像素晶格对齐、色温与色域平衡等方面,而且家用领域要采用这样的系统,构建成本也会大幅度提升,如果真的要进入家用市场,估计也只是针对高端顶级玩家的市场。

当未来家用投影领域迎来8K,相信最初可能会透过4机组合的方式来呈现

不知道大家有没有留意到一点,在家用领域除了激光电视之外,采用激光光源的家庭影院投影机都属于4K超高清级别的机型。这当中最主要的原因在于要充分展现激光光源在色域与高动态范围方面的优势,只有透过UHD 4K HDR级别的片源才能实现,基于标准动态范围与BT.709高清标准色域制作的普通1080p全高清级别的片源并没能真正表现出激光光源的优势所在。而需要留意的一点,对于UHD超高清标准而言,4K仅仅是第一个阶段,8K才是真正的UHD超高清技术最终规范。未来当UHD 8K超高清片源正式推出之后,其中一种快捷的解决方案就是透过4台4K投影机组合的方式来实现。在不少专业展会上已经能够看到不少品牌透过这种方式来显示8K超高清的内容,而要呈现出色彩鲜艳性的特点,还是得依靠激光光源,换句话来说,未来的高端投影机市场,不管是电影放映市场还是普通家用市场,相信将会逐渐由激光光源成为主导。不过,由于成本方面的因素,很有可能电影放映方面将会以RGB激光系统为主流,而家用领域则以成本较低的激光荧光系统为核心。

总结

对于未来家庭影院投影机光源的发展,激光光源尤其是激光荧光光源将会成为中高端机型当中的重要配置,同时随着技术的不断突破,激光荧光光源在色域与亮度方面会达到更高的水准,要完全释放出UHD超高清蓝光等高素质4K片源的潜力将指日可待。而在主流级别市场,相对于成本较高的激光荧光光源,我认为LED以及HLD光源则有更大的机会取代高压水银灯,特别是当输出亮度达到3000流明的水平之后。有趣的是,在微型投影机市场,在RGB LED光源所垄断的市场之中慢慢加入了激光光源的竞争,主要原因在于激光光源在输出亮度方面的优势,使其有望进一步拉近与普通家用投影机之间的亮度差距,但是当输出亮度不断提升,显示芯片体积较小的微型投影机将面临着工作温度过高的难题。最后,对于未来的投影光源的趋势,让我们一同拭目以待吧。