文_李瑋盛

激光光源已成大勢所趨探索未來的家用投影光源發(fā)展趨勢

文_李瑋盛

家用投影機從模擬走向數(shù)字顯示方式,從480p標清走向1080p全高清,再到4K超高清,我們的關注點始終都放在顯示芯片技術之上,事實上與投影機畫面密切相關的部分還有很多重要環(huán)節(jié),例如光學鏡頭,它很大程度上決定了畫面中心與邊緣的銳利度,另外也對畫面色彩還原帶來不少的影響。不過影響畫面色彩表現(xiàn)最核心的部分其實是光源部分,沿用了十多年的高壓水銀燈泡目前已經(jīng)無法適應新一代BT.2020標準對于色域空間的要求,面臨著技術更新或者被淘汰的命運。而包括LED與激光光源在內(nèi)的新一代固態(tài)光源嶄露頭角,以往限制其發(fā)展的輸出亮度較低的問題在這兩年取得了突破性的進展,HLD高亮度LED光源技術與激光熒光光源技術的出現(xiàn)使得兩者的輸出亮度分別邁向了2000流明與5000流明的級別,不過色域空間方面盡管相比高壓水銀燈有所擴展,但是卻很難達到BT.2020的標準,換句話來說,現(xiàn)階段不管是LED還是激光光源都有繼續(xù)發(fā)展的空間。下面,我將從專業(yè)領域來探索一下未來家用領域激光光源技術的發(fā)展,包括了激光熒光光源、RGB激光光源、6P激光光源三大核心技術。

不同的激光熒光粉系統(tǒng)基本結構分析

從頂級的Dolby Cinema杜比影院所采用的激光放映系統(tǒng)談起

現(xiàn)階段最前沿的激光投影技術的應用層面當屬應用在杜比影院當中的激光放映系統(tǒng),在頂配版的杜比影院之中實現(xiàn)了4K/120Hz 3D顯示能力,色域方面更是遠遠超出DCI P3色域范圍,達到了BT.2020的標準,當然在輸出亮度方面也能滿足在巨幕上實現(xiàn)充足高光能量感畫面的要求,讓Dolby Vision在高動態(tài)與廣色域方面的優(yōu)秀之處充分展現(xiàn)出來,可以說這套激光放映系統(tǒng)代表了目前投影機的尖端技術,也是未來家用投影機不斷向前邁進的目標。

在這里,需要指出一點,在杜比影院當中所采用的激光放映系統(tǒng)是來自Christie(科視)的6P激光系統(tǒng)。那么究竟什么是6P激光系統(tǒng)?這就需要從RGB激光系統(tǒng)與激光熒光粉系統(tǒng)的不同說起了。

從LIPA激光照明投影機協(xié)會延伸到激光熒光粉系統(tǒng)與RGB激光系統(tǒng)的區(qū)別

為什么這兩年激光光源技術在投影機方面取得如此快速的發(fā)展?現(xiàn)在基本上絕大部分主流的投影機品牌都開始推出激光光源的投影機,涵蓋商用、電影放映以及家用領域,最主要的一個原因在于LIPA(laser illuminated projector Association)激光照明投影機協(xié)會在2011年的成立與不斷壯大,目前包括Christie、Barco、Epson、NEC、Panasonic、Sony、Casio、杜比實驗室、德州儀器、Walt Disney Imagineering Research & Development、IMAX、Appotronics、OSRAM、Philips等投影機、研發(fā)機構、院線以及光源企業(yè),對于激光光源的技術突破起到了關鍵性的作用。

目前在家用領域之中,應用得最廣的屬于激光熒光粉系統(tǒng),基本上大部分的家用激光投影機、激光電視都是采用這種技術。在原理上,激光熒光光源基本上是以單色激光發(fā)光再打到熒光粉色輪上來構成畫面,具體來說是以藍色激光二極管作為光源,到達一個熒光粉色輪上之后產(chǎn)生黃光,也就是紅和綠的混色光,而藍色激光還會透過色輪上的擴散段產(chǎn)生藍光,從而再分別傳送到顯示芯片上最終構成各種色彩的畫面。正是由于整個激光熒光光源系統(tǒng)之中僅僅使用單色激光光源,相比傳統(tǒng)意義上的RGB紅綠藍三色激光光源的成本要更為低廉,同時這種光源可以適應更高的溫度下工作,具有更長的使用壽命,但是不足之處在于輸出亮度還不能達到太高的水平,同時色域的表現(xiàn)也要依靠熒光色輪的素質。

RGB激光系統(tǒng)的核心為紅、綠、藍三色激光光源部件

從前面所談及的激光熒光光源可以清楚地看出它與RGB激光系統(tǒng)的區(qū)別。而RGB激光系統(tǒng)其實對于我們來講并不陌生,在多年之前就曾經(jīng)有國內(nèi)的廠家推出類似結構的家用激光投影機,只是由于并沒有處理好RGB三色激光二極管相互平衡的關系,畫面色彩運行并不穩(wěn)定,某些時候會出現(xiàn)較為嚴重的色偏現(xiàn)象。不過,RGB激光系統(tǒng)的發(fā)展同樣相當迅速,目前不少品牌都能在三色平衡方面取得更好的把控,同時也使得其灰階白平衡達到了理想的狀態(tài),同時也充分凸顯了RGB激光光源系統(tǒng)色域廣的特點,部分品牌已能達到BT.2020的標準。值得留意的一點,現(xiàn)在RGB激光光源系統(tǒng)已經(jīng)能對不同的激光模塊進行擴展與升級,讓整個系統(tǒng)具備一定的冗余性,即使某個模塊出現(xiàn)了故障,只要剩下的模塊還能正常工作,投影機依然能繼續(xù)正常運行,這主要應用在長時間工作的電影放映系統(tǒng)之中,不過未來對于頂級激光系統(tǒng)在家用領域的應用還是有不少啟發(fā)。此外,為了提高激光光源冷卻與噪聲問題的管控,現(xiàn)在RGB激光光源的放映機有些已經(jīng)在使用放映頭與激光光源分離式的設計,這點同樣值得家用激光投影機學習。

6 P激光系統(tǒng)事實上就是RGB激光系統(tǒng)的延伸

所謂6P激光系統(tǒng)事實上就是同時采用兩套RGB激光系統(tǒng),也就是兩臺RGB激光光源放映機,主要針對3D應用而開發(fā),一組應用于左眼,另一組使用稍有不同波長的紅綠藍三色用于右眼,透過3D眼鏡將不同波長色彩的畫面過濾出來,最終構成3D畫面。這樣的系統(tǒng)相比家用領域常見的快門分時式與偏振分光式,能獲得更加明亮與更寬廣色域的畫面,同時由于左右眼影像同時出現(xiàn),不會出現(xiàn)視覺疲勞與頭暈等問題,同時畫面的分辨率與刷新率也能維持在較高的水平,這也就是為什么頂級配置的杜比影院能夠實現(xiàn)4K/120Hz 3D高亮顯示的重要原因。不過,由于采用了雙系統(tǒng)疊加投影的方式,對于整個系統(tǒng)的調校要求更高,包括像素晶格對齊、色溫與色域平衡等方面,而且家用領域要采用這樣的系統(tǒng),構建成本也會大幅度提升,如果真的要進入家用市場,估計也只是針對高端頂級玩家的市場。

當未來家用投影領域迎來8K,相信最初可能會透過4機組合的方式來呈現(xiàn)

不知道大家有沒有留意到一點,在家用領域除了激光電視之外,采用激光光源的家庭影院投影機都屬于4K超高清級別的機型。這當中最主要的原因在于要充分展現(xiàn)激光光源在色域與高動態(tài)范圍方面的優(yōu)勢,只有透過UHD 4K HDR級別的片源才能實現(xiàn),基于標準動態(tài)范圍與BT.709高清標準色域制作的普通1080p全高清級別的片源并沒能真正表現(xiàn)出激光光源的優(yōu)勢所在。而需要留意的一點,對于UHD超高清標準而言,4K僅僅是第一個階段,8K才是真正的UHD超高清技術最終規(guī)范。未來當UHD 8K超高清片源正式推出之后,其中一種快捷的解決方案就是透過4臺4K投影機組合的方式來實現(xiàn)。在不少專業(yè)展會上已經(jīng)能夠看到不少品牌透過這種方式來顯示8K超高清的內(nèi)容,而要呈現(xiàn)出色彩鮮艷性的特點,還是得依靠激光光源,換句話來說,未來的高端投影機市場,不管是電影放映市場還是普通家用市場,相信將會逐漸由激光光源成為主導。不過,由于成本方面的因素,很有可能電影放映方面將會以RGB激光系統(tǒng)為主流,而家用領域則以成本較低的激光熒光系統(tǒng)為核心。

總結

對于未來家庭影院投影機光源的發(fā)展,激光光源尤其是激光熒光光源將會成為中高端機型當中的重要配置,同時隨著技術的不斷突破,激光熒光光源在色域與亮度方面會達到更高的水準,要完全釋放出UHD超高清藍光等高素質4K片源的潛力將指日可待。而在主流級別市場,相對于成本較高的激光熒光光源,我認為LED以及HLD光源則有更大的機會取代高壓水銀燈,特別是當輸出亮度達到3000流明的水平之后。有趣的是,在微型投影機市場,在RGB LED光源所壟斷的市場之中慢慢加入了激光光源的競爭,主要原因在于激光光源在輸出亮度方面的優(yōu)勢,使其有望進一步拉近與普通家用投影機之間的亮度差距,但是當輸出亮度不斷提升,顯示芯片體積較小的微型投影機將面臨著工作溫度過高的難題。最后,對于未來的投影光源的趨勢,讓我們一同拭目以待吧。