激光投影機將挑起“視”界大戰(zhàn) 概述

如今，正當作為固態(tài)光源的LED在顯示市場上如火如荼的時候，《計算機世界》實驗室卻將目光投向了應(yīng)用前景更為廣闊的另一種固態(tài)光源—激光光源。我們相信LED光源的成功具有非凡的意義，其中一個重要的意義就是對固態(tài)光源將成為顯示光源這種必然發(fā)展趨勢的印證。2009年9月我們對國激光挑起“視”界大戰(zhàn)內(nèi)自主研發(fā)的激光投影機的相關(guān)指標進行了測試，測試結(jié)果令人振奮，一切都讓我們更加相信，固態(tài)光源從高、中、低端顯示光源全方位地淘汰傳統(tǒng)氣態(tài)光源的歷史巨輪已經(jīng)開始轉(zhuǎn)動，并在2009年軋出了第一條有力的轍痕，這一年注定載入史冊。

固態(tài)光源殺來

早在激光誕生之初，人們就開始嘗試把激光引入顯示領(lǐng)域。不過受限于當時的技術(shù)，激光光源功率較小而體積過于龐大，成本異常高昂，其效果不盡如人意，只是在極小的范圍內(nèi)，用激光作為掃描器件，應(yīng)用于三維投影或者墻面投影，而不是一般的顯示設(shè)備，在設(shè)計上沒有考慮設(shè)備的耐久性和可靠特性。

國內(nèi)和國外都在研究固態(tài)光源進入顯示行業(yè)。LED更方便，通過簡單地替代傳統(tǒng)的陰極射線管，就很方便地用在了液晶電視、顯示器上，并且因為液晶領(lǐng)域相對比較成熟，已經(jīng)有足夠的市場空間，國外的多數(shù)資源是投入到這個領(lǐng)域的。

至于激光，鮮有成果。而且激光的特性決定了它的用途與LED完全不一樣。激光是點光源，而LED是典型的面光源，兩者在適合的顯示設(shè)備方面就有差異。如果用LED作為液晶的背光尚好，若是作投影機的光源，這就有些勉為其難了，光路傳導的損失將會變得很大，并且也不容易做到亮度很高。激光的點光源特性，決定了激光更適合投影使用。比如通過與反射式的成像器件配合，做成投影機，那就是最好的應(yīng)用模式。

但是激光本身也有一定的要求，對電源和散熱要求苛刻。電源需要專門的制作工藝，雖然就單個激光模塊而言，尺寸已經(jīng)相當小巧，但就整體顯示系統(tǒng)而言，激光投影設(shè)備的體積依然不算小，不過這一點正在快速地改變著。比如500lm以下的應(yīng)用中，采用風冷就能滿足散熱需求的場所，激光模塊的優(yōu)勢就會體現(xiàn)得淋漓盡致的。

國外擁有類似大功率激光器的廠商，在產(chǎn)品設(shè)計上也有了初步的經(jīng)驗，他們認為超過30W左右，就需要水冷了。這就制約了這樣的投影機進入普通家庭，目前，激光投影機主要瞄準的是高端顯示領(lǐng)域。國內(nèi)以中視中科為代表，他們的方案采用光源和主機分離的方式，光源通過光纖導入到機器，這樣可以很容易把傳統(tǒng)光源的機器改造成為激光投影機，簡化了投影機改進的步驟，同樣還給投影機增添了應(yīng)用空間，在某些特定的場合，這種模式更適合。比如高濕度和震動頻繁環(huán)境，或者需要低發(fā)熱低工作噪音的應(yīng)用環(huán)境，把光源安排在另外一個安全的地方，反而有利于整個投影系統(tǒng)的可靠性提高，改善工作狀態(tài)。

雖然作為未來趨勢的激光光源對整個光源歷史來說，還算是起步階段，但起點顯然已經(jīng)很高。激光作為光源早就是人類的夢想。當前，LED的發(fā)光效率已經(jīng)達到了100lm/w的水準，而激光能夠?qū)崿F(xiàn)超過600lm/w的效率，是目前人造光源的極致。傳統(tǒng)投影機的UHP汞燈，發(fā)光效率只有60lm/w，高品質(zhì)的氙燈效率也并不高，散發(fā)的大量的熱不僅讓燈泡的壽命受到局限，同時成像器件的壽命也會受到影響。

傳統(tǒng)的光源使得整個投影機所考慮的散熱至少包含兩個部分：一方面是機器運作帶來熱量; 另外一方面則是光源帶來巨大熱量。這大幅度提高了機器設(shè)計的復(fù)雜度，而且工程級別投影機要求的雙燈備份也讓光路設(shè)計復(fù)雜化。

且不說這些問題，就是遇到要更換燈泡的維修，那也不是那么簡單，何況雙燈備份也大幅度增加了投影機光路的設(shè)計難度，增加了損耗。一般來說，超高亮度的投影機需要的短弧氙燈，功率以KW為單位，需要仔細考慮隔熱和紅外線、紫外線問題，這也是固態(tài)光源不需要考慮的。所以，固態(tài)光源對比傳統(tǒng)光源的諸多優(yōu)勢，使其進入投影領(lǐng)域是再合適不過了。

傳統(tǒng)的投影機由于光路和設(shè)計上都包含那些隔熱設(shè)計和UV鏡，如果直接套用到激光模塊上，大幅度降低了光的利用率，帶來的損失是不小的。比如多一層阻隔措施，就可能帶來5%的損失; 而隔熱設(shè)計在激光擴散之后已經(jīng)不是問題，光線中根本就沒有紅外線; UV更是不存在的。針對激光光源的這些特性對投影機內(nèi)部結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化，將有效地簡化投影機的內(nèi)部構(gòu)造并降低成本。

激光開數(shù)字光源先河

我們?yōu)槭裁匆眉す鈦砣〈鷤鹘y(tǒng)的光源，這是個縈繞在我腦海里的問題，也同樣是很多人的疑問。或者說，激光投影機真的在視覺上就能吸引我們嗎?值得為此花費如此的成本嗎?

我看值得。就如同吃飯，山珍海味、蘿卜白菜各有所愛。除了沒有紅外線、紫外線問題外，激光本身是有極強的指向性的，而且紅綠藍三原色更純，所以能夠制造出在色彩上與現(xiàn)實情況極為相近的色彩表現(xiàn)。

這如果還不夠吸引人，那就看看另外一個特點，激光投影機產(chǎn)品能夠帶來良好的顏色層次感，自然的高對比度大幅度提高了大場景的細節(jié)表現(xiàn)力，使得色彩更為生動。也是因為它的指向性，投影畫面的主觀感受要比傳統(tǒng)投影機柔和，沒有那么刺眼。因而它的亮度寬容度也變得更高，既能實現(xiàn)高亮度還能實現(xiàn)高對比度，還能保證色彩的飽和度和層次感覺，這是現(xiàn)在的汞燈、氙燈投影機無法做到的。

由于激光投影系統(tǒng)是通過紅綠藍三原色成像疊加到物鏡上顯示的，所以通過控制三原色不同的比例便可實現(xiàn)顯示效果的變化，這是傳統(tǒng)光源無法做到的?，F(xiàn)在的激光光源產(chǎn)品，通過多個模塊進行組合來實現(xiàn)高功率的輸出，激光的特性能夠保證激光的一致性，而且在多臺激光投影機進行拼接的時候，也能夠很容易實現(xiàn)顯示的一致性。正是因為這個原因，對比傳統(tǒng)光源，激光光源體現(xiàn)了全面可調(diào)的數(shù)字化特征，光源能根據(jù)需求來進行調(diào)制，從而能夠很輕易地實現(xiàn)多屏幕的無縫拼接，并長期保持各拼接單元畫面在亮度、色彩上的一致性。

目前，在投影機構(gòu)成的顯像系統(tǒng)中，圖像信號的部分已經(jīng)數(shù)字化，成像器件已經(jīng)數(shù)字化。在數(shù)字化條件下，非數(shù)字化的光源已經(jīng)與數(shù)字化的環(huán)境格格不入，光源邁入數(shù)字化也是必然的進程。通過光源的數(shù)字化，在成像的終端，圖像品質(zhì)和感受才會更真切。

在測試的現(xiàn)場我們也看到，即便簡單地把燈泡替換成為激光光源，投影設(shè)備的表現(xiàn)力已經(jīng)大幅度提高。在色彩飽和度、亮度和層次上，燈泡根本無法與之匹敵。尤其是在色彩純度和亮度，再加上對比度要求條件下，燈泡基本上只能滿足一部分特定需求，而我們面對激光投影的時候，差點忘了這是投影，那鮮花不就如同太陽光下的鮮花嗎?在傳統(tǒng)的氙燈和汞燈照射下，顏色不可能如此生動。

傳統(tǒng)的投影機可以通過電路上的處理把燈泡投影機的對比度和亮度提高，但是無法解決顏色層次的問題。尤其是藍色，被看做是數(shù)字成像設(shè)備的死穴，一般來說非常死板，沒有層次，在我們一般的投影設(shè)備中根本無法看到與湛藍天空相媲美的色彩，激光倒是能夠接近這種感受了。所以能夠在色彩上呈現(xiàn)巨大的反差，而不僅僅是黑白的巨大反差，這或許是激光那么驚人的根本原因。

有經(jīng)驗的讀者還會注意到，過于高的對比度和亮度的組合，將會帶來不舒服的視覺體驗，這在傳統(tǒng)光源中是常見的現(xiàn)象。傳統(tǒng)光源的光線無方向性，為了達到需求的對比度，光線的浪費比較多，導致需要很高的亮度，這樣會刺激眼睛，大幅度降低觀看舒適度。激光不同，通過光纖導出的光線經(jīng)過擴散，投射在成像器件上，還是有方向的，這些光的利用率大幅度提高，從而能夠在很高對比度的時候不需要太高的亮度，從而能夠保證眼睛的舒適程度。

加上激光的RGB三色的純度相當高，激光特性決定了光譜不漂移，從而保證整個顯示畫面的一致性。實際上，因為激光光源的特性，對鏡頭的鍍膜要求都降低了，同時透過鏡頭的熱已經(jīng)大幅度降低，可以大幅度降低鏡頭設(shè)計的難度，并且低的溫升也能保證鏡頭在使用過程中對畫面的影響降低到最小。這些優(yōu)勢讓激光投影機的畫面能夠保持一致性，投影畫面的一致性能夠超過90%。

這一切造就了最好的投影品質(zhì)，我形容激光的畫面如同流動的清水，那么清澈而透亮，是目前顯示設(shè)備中最好的。但是因為目前的采集設(shè)備和輸出設(shè)備都是按照傳統(tǒng)光源光譜特性設(shè)計和調(diào)整的，所以在某些方面，激光替換上去會有過飽和的情況出現(xiàn)。比如紅色就是如此。傳統(tǒng)的采集設(shè)備能夠表現(xiàn)不錯的紅，但是輸出的時候紅的衰減比較厲害，燈泡的光譜在紅端以熱能喪失比較多，所以在信號上會做增強。而RGB激光的紅，本來就要超越一般燈泡，再加上電路的處理，那就有些過飽和。紅和藍兩色，其實是激光的殺手锏，它們的生動程度與否就會影響輸出設(shè)備的表現(xiàn)力; 綠光的主要貢獻在于提供足夠的照度。

5W綠光激光器

1W藍光激光器

1.6W紅光激光器

色域大戰(zhàn)

在主觀上，我們已經(jīng)看到了激光投影機的強大威力。這次中視中科準備的是一臺Barco的電影投影機，更換了激光光源，通過光纖把模塊與投影機連接起來。相比傳統(tǒng)的燈泡，激光模塊體積(主要是散熱模塊)還有些大，但是在效率上已經(jīng)無與倫比了。Barco的這臺電影投影機采用氙燈，燈泡的功率4KW，標稱壽命1000小時，更換成本接近3萬元，鏡頭投射光通量大概15000lm。中視中科的激光模塊只需要100瓦左右，就能夠?qū)崿F(xiàn)12000lm左右的投射亮度，壽命超過兩萬小時，兩相比較，高下層分已不言自明。

中視中科這3年來，已經(jīng)讓激光模塊的每瓦成本降低到了10倍，隨著技術(shù)的改進和市場應(yīng)用的展開，仍然有很大的下降空間。而一個投射2000lm的投影機，只需要20W左右的激光就行了，成本是可以接受的。如果投影機專門為激光光源進行設(shè)計的話，激光功率還可以適當降低。當然了，這種光源分離的方式，大幅度提高了投影機的靈活度，比如要制作不同亮度的投影機變得很簡單，而不會受到設(shè)備早期設(shè)計的限制，甚至可以在后期進行提高也沒有問題。

激光投影機的另外一個好處就是長期能夠保持投影的穩(wěn)定性，激光模塊的壽命為兩萬小時，是真正的長壽命低衰減的光源。像氣體的汞燈和氙燈因為其中摻有雜質(zhì)，色溫控制不可能完美，也不可能像激光這么穩(wěn)定。

有人擔心，激光這么大功率是不是有危險。我不小心透過投影機的鏡頭往里面看，沒有不適應(yīng)，激光已經(jīng)被擴散，光的強度已經(jīng)比激光束大幅度下降。但是打在視網(wǎng)膜上，我們能感受到那種衍射，這是傳統(tǒng)光源沒有的。直視激光投影機光束給我的感受要溫和得多，也讓我意外。同時我注意到在投影機鏡頭前的溫度已經(jīng)非常低，通過光纖，激光的熱早被隔絕，而且擴散之后，光的功率密度大幅度下降，溫度自然降低了，直視也沒有問題了。

從測試結(jié)果我們可以看到，激光的色域已經(jīng)大大超越傳統(tǒng)顯示設(shè)備，是激光投影能夠如此清亮動人的根本原因。配合我們一塊測試的技術(shù)人員說，實際上純激光出來測試的色域更大，但是經(jīng)過Barco投影機之后，可能在信號上做了一些均衡，即便測試結(jié)果沒有200%的NTSC覆蓋率，已經(jīng)相當驚人了，實測超過了170%。

在對比度方面，改造后的Barco這款投影機對比度大約為2500∶1，正是因為原生的高對比度，測試的機器在表現(xiàn)單色的時候，因為顏色很純正，飽和度高而且層次好，這樣的色彩生動而且有動感。在大場景的時候，因為對比度高，加上單色的純正，所以大場景的顏色感覺也很好，長時間看也不累。

激光也要唱主角

激光顯示設(shè)備的到來，提高了顯示設(shè)備的門檻，在激光面前，任何其他顯示設(shè)備只能甘拜下風。在色彩、壽命、可靠性等諸方面，擁有無與倫比的優(yōu)勢，而且在光源端實現(xiàn)了數(shù)字控制，這一點與LED類似。

固態(tài)激光的前端也跟LED類似，不過經(jīng)過放大環(huán)節(jié)以及聲光晶體的頻率調(diào)制，控制好輸出光的波長。LED則是利用基板直接發(fā)光，產(chǎn)品沒有那么復(fù)雜，而控制起來也簡單，包含外圍電路也簡單得多。現(xiàn)在LED背光顯示已經(jīng)逐步走向市場，LED背光電視和LED光源的投影機已經(jīng)可以買得到。而激光的顯示產(chǎn)品，現(xiàn)在成本上還比較高昂，目標客戶還局限在行業(yè)端。

國外與中視中科的同期的產(chǎn)品還有幾家，產(chǎn)品還局限在實驗室階段。與中視中科最相近的是Colorvision的激光系統(tǒng)，但是功率無法匹敵，他們只做到了45W左右，而中視中科的模塊可以組合成超過100W。而且，中國豐富的稀土資源，讓中國在激光領(lǐng)域有獨特的優(yōu)勢。

現(xiàn)在的問題是，產(chǎn)業(yè)環(huán)境沒有啟動，而上游的芯片產(chǎn)量比較低，沒有達到規(guī)模產(chǎn)能，所以綜合成本比較高。等上下游產(chǎn)業(yè)鏈構(gòu)筑完成的時候，激光的未來會相當光明，而且隨著成本繼續(xù)降低，激光顯示的普及恐怕就真的到來了。以普通的亮度計算，2000lm的產(chǎn)品就可以在使用成本上比現(xiàn)在的投影機低，而在使用過程中無需擔心更換燈泡等類似的問題，最重要的是，這個投影產(chǎn)品能夠一直保持這種一致性到壽命的終點，這是除激光之外沒有任何一種光源可以做到的。

激光本身能做的事情絕不僅限于顯示。在景觀照明以及特定的醫(yī)療領(lǐng)域，甚至美容，都能夠看到激光大顯身手。連續(xù)式激光進入投影領(lǐng)域證明了這個產(chǎn)品的成熟，而站在潮頭浪尖的中視中科顯然比國內(nèi)其他擁有類似創(chuàng)新技術(shù)的公司在全球的地位更高，在推出這個產(chǎn)品的這一刻，已經(jīng)站在了世界的前端，足以笑傲江湖了。