激光光源的高亮度是怎么實現(xiàn)的呢?答案是光纖耦合。激光光源具有極強的匯聚性,因此,可以利用光纖將很多個激光器的光纖匯聚成一個均勻的、直徑極小的光束。這一技術(shù)雖然能有效解決激光光源的亮度問題:比如用于工程投影機,或者超厚金屬板材的切割和焊接。但是,由于受制于單個半導(dǎo)體激光器的發(fā)光量僅在100mW水平,只能對應(yīng)20lm左右的最終投影亮度,因此,高亮的投影機必須加大采用半導(dǎo)體激光器的數(shù)量,這會增加系統(tǒng)成本。而且亮度越高系統(tǒng)成本越高。
在激光投影這類視覺系統(tǒng)中,需要的是紅綠藍三原色的激光光源!绻麑Ξ嬅嬗跋褓|(zhì)量具有特殊需求,也可以加入黃色、墨綠色等更多的原色光源,不過紅綠藍三原色是最基本的需求。這就使得,如果只是簡單的全部使用激光器實現(xiàn)三原色光源,投影機的成本就會再次大幅提升。
那么有沒有折中的方案呢?日本卡西歐公司,率先實現(xiàn)了激光LED混合光源的使用。用激光實現(xiàn)綠色,用LED實現(xiàn)紅色和藍色。這樣既避免了單獨LED光源,在綠色發(fā)光產(chǎn)品上的瓶頸,又減少了激光器的使用數(shù)量,降低了系統(tǒng)成本。
在紅綠藍三原色中,如果合成白色效果,綠色光源的能量是需求的最多的。這就是說,如果簡單的使用同等數(shù)量的紅綠藍激光或者LED光源實現(xiàn)白光,那么就要求綠光部分的組件能夠發(fā)出更強的光。這意味著材料學(xué)上更高的門堪。同時工作電壓、電流更大的綠光部分也會成為整個系統(tǒng),色彩漂移、系統(tǒng)壽命和維護間隔的瓶頸。
而采用LED實現(xiàn)紅色和藍色,可以減低系統(tǒng)的成本;使用激光實現(xiàn)綠色可以突破系統(tǒng)在綠色部分的門檻?芍^之LED和激光,兩大冷光源珠聯(lián)璧合之作。但是,在這一系統(tǒng)中,激光實現(xiàn)綠色部分依然面臨著和LED光源同樣的問題:高性能綠色激光光源成本更高。因此,激光LED混合光源,采用了另一項降低成本的技術(shù)——激光熒光轉(zhuǎn)化技術(shù)。
LED激光混合光源中,綠色部分由激光實現(xiàn):但是,采用的不是昂貴、體積更大、穩(wěn)定性也最差的綠色激光器,而是成本最低、體積小巧、驅(qū)動電壓最低、穩(wěn)定性最好的藍色激光器。藍色激光經(jīng)過藍綠轉(zhuǎn)換熒光粉轉(zhuǎn)換成綠色。雖然熒光轉(zhuǎn)換后有20%左右的能量損失,但是綜合亮度成本依然更低。
也就是說,激光和LED混合光源的每一步設(shè)計,都是在使用長效固態(tài)冷光源的需求下,最大程度節(jié)約成本的產(chǎn)物。這種設(shè)計思維也是激光熒光色輪的想法。
與激光和LED混合光源應(yīng)用于三片式LCD和LCOS投影和單片式DLP投影不同,激光熒光色輪技術(shù)是為單片DLP投影機定制的另一種節(jié)約成本的方法。
單片DLP投影機的三原色采用時序分布,是時間復(fù)用彩色技術(shù)。自身就需要一個分光色輪,以實現(xiàn)光源系統(tǒng)在不同的時間段輸出指定的單色光源。激光熒光色輪系統(tǒng),用不同顏色的熒光粉取代傳統(tǒng)色輪的彩色濾光層,用激光光源中最容易實現(xiàn)高亮度的藍色激光器作為輸入光源。藍色激光經(jīng)過透明、藍綠、藍紅或者其它熒光粉后,轉(zhuǎn)化成系統(tǒng)需要的單一藍色、綠色、紅色,或者其它顏色光源。
這一系統(tǒng)最大的好處是,節(jié)約了激光器的數(shù)量,避開了昂貴的綠色激光器:這和激光LED混合光源是一樣的。同時,這一系統(tǒng)還徹底省略了LED光源部分,用熒光轉(zhuǎn)換代替了紅色LED,并直接使用藍色激光光源:這是比激光LED混合光源更為精簡的系統(tǒng)部分。但是,利用藍色激光實現(xiàn)三原色的熒光轉(zhuǎn)化,需要更多種類的熒光粉,這是增加了系統(tǒng)復(fù)雜性的部分——不同種類的熒光粉的效率和壽命對系統(tǒng)壽命和色彩偏移的影響也更為復(fù)雜。
在另一方面,激光熒光色輪與激光LED混合光源技術(shù)也是可以結(jié)合到一起的技術(shù):例如,不僅利用藍色激光轉(zhuǎn)換綠色光源,而且直接利用藍色激光成像,將藍色激光、紅色和藍色LED的混合結(jié)構(gòu),變成藍色激光、藍綠熒光和透明色輪、紅色led的混合結(jié)構(gòu)——這就結(jié)合熒光色輪和混合光源技術(shù)的特點;再例如藍色激光加熒光色了、以及傳統(tǒng)三片式投影分光系統(tǒng)構(gòu)成的,為三片式投影系統(tǒng)設(shè)計的激光熒光色輪產(chǎn)品(索尼產(chǎn)品)等。但是,無論技術(shù)如何變種,都離不開混合光源和熒光色輪兩個基本概念。
無論是激光熒光色輪與激光LED混合光源技術(shù),其初衷都是實現(xiàn)更為廉價的激光光源系統(tǒng),實現(xiàn)激光光源在高明亮度的廉價投影機市場的普及應(yīng)用。但是,二者也各有優(yōu)缺點,因此,其在市場上的產(chǎn)品表現(xiàn)也有很大差別。