LED 投影的新水平

投影仪得益于发光技术，它将强大的蓝色和红色 LED 与基于荧光激发的绿色光源结合在一起。

ALEXANDER MARTIN ，欧司朗光电半导体公司（OSRAM OPTO SEMICONDUCTORS）

如果你参加了像今年拉斯维加斯消费电子展这样的展会，你就会知道，当你想向你的同事推荐时，你有很多种放映技术选择。先进制造商们正展出他们更大、可扩展甚至可折叠的屏幕，这些屏幕基于 OLED 或 micro-LED 技术。

但很不幸，这两种技术都有一个很大的问题——就是屏幕越大，价格越贵。对于以microLED 技术来说，还有一个难题 - 负担得起的高通量批量生产的挑战，这些屏幕的制造商将在未来几年内尝试解决这一挑战。

当屏幕技术的发展占据新闻头条的时候，现代投影技术的进步却常常不被重视。很多人都会忽视 LED 投影所取得的长足进步，如今它们能提供比传统 LCD 和 OLED 屏幕更高的亮度，成为其可行的替代选项。为了让观众能看清演示文稿而不得不将会议室变暗的日子早已一去不复返了。

LED 投影仪相较于 LCD 和 OLED 屏幕的另一个优势是它的灵活性。通过这种技术，能缩放尺寸的图片可以投影在任何刚性或柔性表面上，从而释放出空间。

在德国雷根斯堡（Regensburg）的欧司朗光电半导体公司，通过将一种新的 LED 技术进行开发和商业化，使基于这种光源的投影仪能够实现超过 3000ANSI 流明的破纪录亮度水平，从而为这一类投影仪的商用贡献了力量。这种亮度水平适用于大型投影市场，如办公室和家庭影院的投影仪。

我们的努力为投影仪制造商提供了一个更优越的选择，以替代他们现有的照明光源，即传统高亮度汞灯。随着对高亮度、高可靠光源需求的增长，激光成为理所当然的接替者。最近，激光器性能的改进使其成为汞灯优质成熟的替代品。其较长的寿命和亮度水平不会随时间降低的特性增强了它们的优势，这些恰是传统照明技术的又一短板。

随着激光成为有前途的潜在候选者之时，LED 已开始成为一个有竞争力的替代者。几年前，第一台微型投影仪的推出，宣告了 LED 投影仪的初步成功。当时它们只有 15 流明的亮度，与现在LED 投影仪所能提供的 4000 流明亮度而言就是小巫见大巫了。除了亮度强，LED 及激光所占用的空间也非常小，也是投影仪设计者高度重视的一个特性。

汞灯 vs LED

判断图像质量的方法之一是考察其颜色范围。常规的投影仪通常使用白光光源，其原色是通过机械驱动的色轮产生的。由于机械运动部件和高强度汞灯的体积较大，这些投影仪需要相对较大的光引擎架构。此外，它们也不是那么坚固。

高强度放电汞灯的另一个缺点是，在投影仪的使用寿命内需要多次更换它。因此，投影仪必须设计成让人容易接触到光源。

使用 LED 有许多好处。它们能提供差不多的亮度，但结构更紧凑，使用寿命也更长，并且由于直接产生有色光，它们能展示出更强烈、更丰富的色彩，即一个 LED 用于红色，另一个用于绿色，第三个用于蓝色。由于这些光源的使用寿命长，因此不需要定期更换它们，从而可以更好地密封投影仪的外壳，隔绝灰尘和湿气等外部影响，从而延长投影仪的使用寿命。所有这些因素，让LED 投影仪更加紧凑，系统设计也更为简单。

此外，LED 的另一个优点是，与高强度放电汞灯不同，它不含有毒的汞，而且它几乎可以立即开启，而传统的灯可能需要很长的 " 预热 " 时间。

我们长期以来一直在开发和制造应用于投影仪的光源。我们广泛的 LED 产品组合使我们能够帮助客户开发屏幕亮度值从 15 到 3,000 ANSI 流明的投影仪。为了满足如此广泛的需求，我们的产品系列包括为那些以电池为电源的投影仪提供最佳效率值的产品，和那些可以在非常高的电流密度下工作（高达 6 A/mm²）以实现巨大亮度的产品。

不同的 LED 设计

大多数 LED 制造商没有花很长时间就开发出了亮度值可以接受的红色和蓝色 LED。但真正的挑战一直是绿色表亲。正是所谓的“绿色差距”，损害着效率和亮度。这是一个重大缺陷，因为绿色是对白光投影仪亮度而言最重要的颜色。部分原因是在标准 D65 白点下，投影仪的绿色部分提供了大约 80％的亮度，而红色部分只提供了15％，蓝色部分更只有 5％。另外，人眼在色阶的绿色范围内灵敏度最高。

为了避免与“绿色差距”相关的问题，我们开发了具有“绿色转化技术”的 LED。在这些器件中，借助特殊的荧光粉将蓝光转换为绿光。这样就使亮度和效率得到了提升。

我们的工程师发现，这种色彩转换技术在单一的蓝色 LED 芯片上并没有发挥出最大的亮度。因此还有获得更大亮度的可能。为了利用这一点，除了三色设置外，我们还将另一块蓝色 LED 芯片集成到系统中，该芯片将更多的蓝光泵入转换后的绿色 LED 的转换器中。这种四通道概念构成了当今 LED 投影仪的技术基础。

除 LED 外，投影仪的光引擎还包含光学器件、反射镜和数字微镜装置。将这些组件组合在一起会形成一个复杂的结构，设计师需要考虑它们之间的所有相互作用。如果要提高系统效率，则必须考虑所谓的集光率——这是一个物理常数，它描述了光学系统内光线传输的几何范围。LED 最大发光面积由各个系统参数（例如接收角度和成像器的尺寸）确定，并且不能增加以达到更高的流明值。

为了实现更高的效率和可实现的更高亮度，投影仪的设计者必须努力匹配光源和成像仪的集光率。这么做的核心目标是在数字微镜设备的受光面上容纳尽可能多的光线。值得庆幸的是，我们在 LED 技术上的进步为这些努力提供了帮助，为投影仪亮度的提高奠定了基础。

Ostar 的投影能力

在大功率、多 LED 芯片器件中，为了产生一个光源，常见的做法是将单个芯片焊接到金属芯PCB 上，以并联的方式驱动各个芯片，从而使电流均匀分布在各个芯片上。例如，要用 6 个芯片产生预期的投影仪亮度，每个芯片需要约 8 A 的电流，因此总共需要 48 A 的电流。这样的缺点是，需要昂贵的专用驱动器来提供极高的电流，还需要直径巨大的电缆来承受它们。

在现有芯片技术已经达到最大驱动电流的情况下，我们决定开发一种具有更高的电流能力的新芯片技术。它应用于欧司朗 Ostar 投影电源产品系列中，其全新的拓扑结构能够极大地提高 LED投影仪的亮度。今年早些时候发布的这个产品组合，具有三色一芯片、二芯片、四芯片和六芯片四个版本，可分别使投影仪达到 750、1500、2500和 3000 ANSI 流明以上的亮度。这些器件是当今LED 投影机的理想选择，它得益于我们的红、绿、蓝三色发射器，以及深蓝色版的泵浦绿色转换器。

该产品系列的核心创新点是采用全新封装设计的革命性芯片技术。它允许单个芯片串联，而不是并联。这种配置大大降低了整体驱动电流，不再需要像前几代 LED 技术那样在金属芯 PCB和 LED 芯片之间设置一个特殊的绝缘层。此外，我们的技术还简化了光引擎的电气驱动、电气隔离和热管理，并降低了冷却系统的噪音，从而为产品设计人员提供了帮助。例如，驱动一个六芯片的引擎不再需要 48 A 的电流，而只需要 10 A。得益于这降低的电流，光引擎的制造商可以使用更便宜的驱动结构和插头等连接技术。

随着投影仪的成像元件变得越来越小，这些产品也变得更加紧凑。模组尺寸得以缩小，或者说，节省下来的空间可以用来集成其他功能，如高品质的音频器件。在传统投影仪系统中，会存在一个即使不使用也要永久挂在墙上的平面幕布，以及一个占用额外空间的音响系统。如果便携式投影仪配备了集成的音频功能，那么家庭影院的体验不仅更加灵活，而且对最终用户来说也更加易于使用。

一个需要改进的地方是，当今投影仪中 LED产生的 1 万多流明光线，其中只有约 3000 流明到达了屏幕。解决这个问题将有助于加速投影仪向LED 芯片技术的转换，而这种技术正越来越受到关注。毋庸置疑，基于 LED 的投影仪将有一个光明和创新的未来。