一、DLP系统中光源的重要性

DLP系统中光源被设计成为可替换的部件,不同于LCDLED,其光源部分为一个独立的子系统,一般由发光部件、电源部件、散热部件和结构部件四部分组成。光源子系统是DLP系统的一个重要子系统,对DLP产品有重大影响,同时影响整个DLP系统的设计。

1.光源决定DLP系统图像的质量

光源的选取决定DLP系统的重要指标,决定系统亮度、均匀度、对比度的初始值。作为整个系统光能的提供系统,对DLP系统的图像起决定性作用。

2.光源决定DLP系统的稳定性

光源系统发热量大、温度高,其稳定性对整个系统的稳定性起决定性的作用。在DLP系统的发展前期,由于其稳定性无法完全保证,很多系统被设计成双光源系统来保证整体系统的稳定。几乎每个早期的DLP生产企业也都经历过连续爆灯的噩梦,走过了艰难的成长过程。

3.光源决定DLP产品的维护周期

由于光源系统的特性,不可避免的都有衰减周期,而每个产品的衰减周期是相对不可控制的。这样造成产品在交付客户使用一段时间后,色彩和亮度都会有比较大的变化,需要进行维护。其维护的周期由光源及其他原因决定,其中光源起了决定性的作用。

4.光源决定DLP产品的维护成本

光源作为DLP产品的重要组成部分,不同光源的选择对于DLP后期的维护成本也会有差异。由于光源技术的发展成熟度不一样和使用寿命长短的不同,在后期维护的时候,需要更新的原器件价格和更新频率也不尽相同,这样就造成了维护成本的差异。

 

二、常见光源的分类

DLP系统中的光源分类大致有四种,分别为UHP、LED、LASER、混合光源。本文只对前三种进行详细论述和对比。

1.UHP 光源

UHP(Ultra High Performance)光源是2010年以前DLP系统几乎唯一的可用光源。UHP属于超高压汞灯泡,其寿命较长,一般100/120W标称8000小 时,最长的甚至标称12000小时,累计工作时间4000小时后亮度也不会出现明显的衰减;200/250W使用寿命在3000小时左右。因为UHP灯泡 发出的光是理想的冷光源,所以现普遍应用在正投投影机和DLP和LCD(较早的背投大屏)背投拼接墙上,其主要提供商为PHILIPS和OSRAM。

2. LED 光源

LED(Light Emitting Diode) 的基本结构是一块电致发光的半导体材料,置于一个有引线的架子上,然后四周用环氧树脂密封,起到保护内部芯线的作用,所以 LED 的抗震性能好。LED从2004年开始研发,到2010年后不断分割市场,目前占领了DLP系统的半壁江山。其主要提供商是OSRAM 和LUMENUS。

3.LASER 光源

LASER光源是利用激发态粒子在受激辐射作用下发光的电光源,是一种相干光源。LASER 光源系统在2008年开始研发,2011年开始分割市场,在DLP显示系统中更多应用于数字影院等高亮度正投中,2012年开始进入DLP拼接系统。其主 要提供商是NICHIA等。

4.混合光源(不做详细介绍)

混合光源系统,本文认为是对LED光源的补充,主要解决LED光源绿色灯亮度不足的问题,2011年开始出现 LED(R\B)+LASER(G)的产品。

三、各类光源的工作原理介绍

1.UHP光源的工作原理

UHP光源为超高压汞灯,通过20KV的高压击穿电弧进行启动,一般以风扇作为其散热方式。UHP光源发出白色光通过透射色轮,产生色彩,其色域的 大小取决于色轮的色彩分布。出于亮度的考虑一般都会在色轮上增加白色部分,提高白色的亮度,但是同时会减少色域的分布。UHP光源通过15年以上的使用过 程,技术上成熟可靠,由于部分产品的家电化,成本比较低。UHP专利由PHILIPS掌握,以后可能会发展到20000小时的平均寿命。

UHP光源工作原理简图

2.LED光源的工作原理

LED即发光二极管,是一种半导体固体发光器件,一般以冷媒作为散热主要方式。由于有红、绿、蓝不同颜色的LED灯,所以LED光源系统不需要色 轮。但是由于亮度不够,目前需要多颗同色作为三组灯进行工作。LED光源前期亮度无法提高,其中绿色灯是亮度瓶颈。目前搭载OSRAM LED光源的DLP产品,已经可以达到典型值1000lm,细选单个产品可以达到1200lm,基本解决了亮度问题。但是由于多色多颗分布,多颗led光 源衰减不可控制,目前色彩漂移更依赖于各个厂家的产品设计能力。

LED光源工作原理简图

3. LASER激光光源工作原理

LASER为激光光源,由红绿蓝三色激光组成的系统过于庞大,价格惊人,目前在数字影院等前投设备中使用。我们这里介绍的是由激光发生器发出蓝色激 光,通过荧光粉色轮,改变为红、绿、蓝三色。有部分厂家将激光加荧光粉色轮的系统称为LPD(Laser Phosphor Display) 系统,目前使用在拼接系统中的产品,多为有荧光粉色轮的系统。一般认为激光发生器的平均寿命为40000小时,但是对荧光粉色轮的寿命还没有准确的估计。 其系统类似UHP光源的系统。

激光光源工作原理简图

四、关于光源可靠性的说明

可以影响光源可靠性的因素很多,并非采用了LED光源的平均寿命就会更长,更多依赖整个系统的方案设计。
影响光源寿命的因素有以下几种:

1.温度和湿度

不论任何的光源,温度和湿度的要求是第一位的,温度和湿度对灯的寿命影响是决定性的,不论UHP灯还是现在的LED灯,把温度降下来是每个设计者最大的问题,每增加10度的温度,光源的寿命要降低一半。湿度的增加也会降低光源的寿命。

2.电流和电压

UHP灯在点灯触发后,可以保证稳定的电压和电流,并不会随外界电压变化而变化,但是在UHP灯的亮度不够的前期,也会有一些厂家调整输出电流大小 来让自己的产品显得更亮。在LED灯亮度无法保证的情况下,部分厂家OVERLAP25%,以提高产品亮度,更有厂家OVERLAP30%,其后果必然是 寿命降低。

3.灰尘和腐蚀

灰尘和腐蚀与使用环境及产品设计的微环境有关。当然灰尘对整个DLP系统都是致命的,目前厂家采用各类防尘系统来降低灰尘和化学腐蚀的作用。当然,当降温和防尘的设计矛盾体放在一起,设计的难度是非常大的。
4. 其他

机械结构的受热变形和光路设计也会影响光源的可靠性。

五、各类光源的优缺点

彩讯科技的产品,涵盖了以上各类光源的产品,出于对用户选型的需要,对三个大类的光源进行了对比和总结,只代表本公司观点。

1.亮度对比

UHP
LED
LASER
亮度(lm)
900(1600双灯)
1000
2000(可更高)

在亮度对比上,LASER是最高的,UHP可以采用双灯叠备的形式,也可以提供1600lm的亮度,在这个PK中,LED无法取胜。由于目前各种光源的亮度都已经基本够用,我们给UHP、LED、LASER分别打9分、8分和10分

2.平均寿命对比

UHP
LED
LASER
平均寿命(h)
10000
60000
40000-60000

平均寿命的定义为当工作到上述额定寿命时,有50%的光源的亮度保持在其额定亮度的50%以上。

UHP光源的寿命仍然在奋力提升(后续可达到20000小时),LED发光二极管的稳定性已经得到认可,LASER光源的亮度由于其荧光粉色轮的寿命目前无法验证,暂时设定为40000小时。

本轮战斗,LED光源胜出。我们给UHP、LED、LASER分别打5分、10分和8分

3. 可靠性对比

UHP
LED
LASER
色轮平均无故障时间(h)
20000
无色轮
20000(荧光)

LED光源没有色轮,减少了一个光学零件。色轮(COLOR WHEEL)作为一个转动机械,靠马达带动旋转,平均无故障时间(MTBF)基本为20000小时。色轮作为DLP系统中MTBF最小的零件,对可靠性的 影响是巨大的。一般色轮在DLP系统中都以耗材出现,UHP光源和LASER光源都有色轮,LED光源减少了一个耗材零件。

依旧LED光源胜出。我们给UHP、LED、LASER分别打9分、10分和7分

4. 维护周期对比

UHP
LED
LASER
色彩漂移时间(h)
5000
3000
5000(未确认)

UHP光源和LASER光源(LPD)都是一组光源,其衰减和色坐标的变化都取决于单一零件,LED光源由三组不同色光组成,每组上有六颗灯,不同 颜色灯的衰减的程度无法一致,造成颜色漂移过大,一定的时间后必须进行调整。以上数据根据彩讯科技工程服务部提供,其中LASER光源的维护时间没有进行 确认。

本轮UHP胜出,但是都没有达到免维护的理想,我们给UHP、LED、LASER分别打5分、3分和4分

5.价格对比

UHP
LED
LASER
系统复杂程度
高(led,冷媒)
高(激光发生器)

UHP光源历时15年的改善,技术非常成熟,系统上需要更新的产品少,而LED光源和激光发生器的价格,目前仍然居高不下。其中LED三色光源的透 镜价格大大高于一个色轮的价格,冷媒散热系统更是价格不斐。使用新产品的用户必须分摊研发的成本。其中激光光源可以借用原来UHP光源的平台,价格上和 LED光源比有一定的优势。

在价格上UHP胜出。我们给UHP、LED、LASER分别打10分、7分和8分。

6.总结

综合以上所述,我们看下列表格,分别在以上五个项目上各类光源的得分情况。

亮度
寿命
可靠性
维护周期
价格
合计得分
UHP
9
5
8
5
10
37
LED
8
10
10
3
7
38
LASER
10
8
7
4
8
37

在2008年以前,我们的产品没有如此的百花齐放,差异微乎其微,更多的是看用户的需求和偏好。技术革新给客户带来更多的选择,客户可以根据自己使用的次数\时间\环境的明亮程度等来选择产品。

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