高壓汞燈(UHP)光源在投影機發展史占很重要的地位。由于UHP發展將近二十年，他的好處是投影機的集光系統由此變得很簡單，又因技術成熟，所以價格低廉，以致至今還是占領主流市 場位置。

但UHP含有鹵素及汞元素等有毒有害物質，被列為對環境不友好的產品。因此近幾年來TI極力開發半導體光源，以取代UHP燈。首先，在LED光源的設計上，LED可以即開即關，無高壓啟動點燈干擾系統運作問題，光譜色彩純正，超長壽命達60,000小 時；但其發光面積大，對投影機芯片（DM D）的收光效率不佳，因此投影機亮度不易超過2,000 ANSI。

這對于主流應用2,500-3,000 ANSI 才足夠的需求，的確沒能 拿到入場券。LED光源投影機，只在有特殊用途的電視墻及家庭 劇院占有一席之地。

因此TI繼續尋求更高亮度的半導體光源，三年前開發出藍色 激光加上熒光粉的組合光源。

為何沒有設計RGB純激光的光源？

（1）成本考慮:

激光二極管目前的技術，以藍色最為成熟，以光瓦計價，藍色：USD 3/W 。紅色次之：USD 12/W ，綠色最貴：USD 20/W 。 因此，以純激光RGB二極管來組成光源，其成本太高，一般應用在高端電影院市場。以成本考慮，設計光波長轉換的方法，以藍色激光去激發熒光輪，以產生較長波長的光線如綠色，黃色或紅色，是比較現實可行的。

（2）色彩考慮：

色彩的優或普通，完全取決于光譜的分布寬廣。LED有較佳色彩，熒光激發光色彩純度稍弱。

想辦法讓光譜分布集中，采用顏色飽和及色域寬廣的方法。作法上有，以色輪做光譜窄化，選用LED 或甚至采重成本以RGB激光都可以擴大色域范圍。

將亮度、色彩及成本最佳組合產生的結果是，以最有效率的藍色激光（技術最成熟），去激發熒光粉（這技術在白光LED是成熟的）以產生綠色及紅色的光，加上激光本身的藍光，完整提供投影機的RGB三原色。

我們從技術角度比較激光與LED 的差異，讓大家理解在主流市場激光為什么會被青睞？

請看圖1、圖2組件基本結構。激光也是具有LED PN二極管的架構，但激光在組件上增加了光的共振腔，可以精密地篩選特定波長的光，在腔室內不斷共振聚積能量，并透過準直鏡投光出去，以產生高密度聚焦的光束。相對來說，LED的聚光架構簡單，所以發光的角度大，光密度較低。

在投影光學里，我們關注光的集光效率，叫Etendue (光展量）= A*Ω，是一個發（收）光面積乘以發光角的一個數據。請看圖3。

光源部分，As : 發光面積，Ωs: 發光角度；

顯示部分(DMD)，Ai : DMD 面積，Ωi: DMD 收光角度。

這里有一個準則，光源光展量越小越好，顯示的光展量越大越好。Ai*Ωi決定光源被收納的有效性。光源系統發光的Etendue等于顯示系統的Etendue時是最佳的組合。當光源Etendue大于顯示組件，部分光源就不會被納入而浪費掉了。

以下我們從光展量及電光效率，來比較LED 與激光的優劣性。

光展量：激光有數十到百倍的優勢

光展量＝面積＊發光角

LED發光面積4.8×2.2m m (OSRAM P3W )，發光角約60°。

激光光源發光面積30×1 um，發光角5°×24 °(雙軸不對稱)

由以上數字即可看出單顆激光在光展量上有百倍以上優勢 （聚旋光性佳）。

驅動器效率損失：激光驅動省5%能耗

激光驅動器以2.5A 運作，LED是36A，電流大通過電路阻抗，其損耗就大，至少有5%的差異。

以組件電光轉換效率、驅動器損耗及集光效率的光展量等參數來看，激光有較佳的節能效果。 換個講法，
可以采用較小面積的DMD面板，以縮小光機體積，仍然可以保持亮度。

無須更換燈

UHP燈的壽命一般在2,000-3,000 小時，但激光在全功率下至少有20,000小時壽命，相較之下有約10倍壽命。若以每天用滿8小時，一年工作250天，可以整整用上10年。幾乎投影機有生之年都不用換燈，免除擾人的換燈售后服務及昂貴的費用。

光源強度可以自我設計

UHP光源及LED都只能從廠家提供的幾個瓦數里做設計選擇，但激光光源可以讓廠家設計自己要的亮度。以前高亮的工程機所需要雙燈或多燈的設計，現在可以做激光單燈設計。目前率先找到定位的投影機是高亮工程機，所有工程機廠家都已導入激光光源。

激光投影機的光源不再只是一個組件（如UHP，LED ），它是一個模塊的結構，因此設計沒有標準。可以因亮度、色彩及成本，產生多種組合的架構。目前產業界的設計考慮著重于色彩質量及亮度的要求。因LED 光譜，激光光譜及熒光粉激發光譜的特性不同，激發的熒光亮度高，因此產生多種設計架構。

以藍色激光激發熒光粉以產生的綠色紅色或黃色光，其光譜分布較寬廣，會導致色域較限縮，請看圖5。寬光譜是熒光粉的天生掣肘，可以外加色輪以修整光譜以得到較寬廣的色域。

相較LED 光譜較集中，激光可以有較寬的色域。請看圖6。

以下我們探討激光光源模塊的結構及其使用的組件。

激光光源模塊的主要組成是：

激光二極管：發光組件，是藍光激光二極管；

波長轉換熒光輪：接受藍色激光刺激，以產生長波長綠色，黃色及紅色光的組件；

聚光合光光學部品：聚焦激光到熒光輪，并收集激發光成平行光，以提供光源給投影芯片。

激光光源架構依光路可分：

1、反射式：TI 的建議設計是以反射式熒光輪，加上色輪過濾光以構成符合色彩REC.709要求。其光路復雜但可以提供較高流明輸出。請看圖8。

2、穿透式：以穿透式熒光輪內建色輪，二輪合一的設計，可以簡化光學設計。但其缺點是亮度無法大幅提升，因熒光輪會吸光產生熱。請看圖9。

激光光源架構依發光源分為：

1、純RGB 激光：可以得到非常廣的色域，但價格很高，只合適高檔應用。請看圖10。

2、藍色激光熒光輪光源：這是典型的激光光源架構，光路較單一化，但色域較小。一般會用色輪來優化色域。請看圖11。

3、激光及LED混和式光源：用以改善紅光純度：以紅色LED取代紅色熒光激發光，綠色光還是由激光激發熒光粉以產生。請看圖12。

用以改善藍光純度：藍色光以LED來提供，綠色，紅色及黃色光由激光激發熒光粉以產生。請看圖13。

熒光輪的演進：改善散熱及涂布均勻，對于熒光輪的轉換效率，影響因素主要有兩個。

工作溫度：熱會讓轉換效率變差及影響信賴性。

因此，現在工藝上努力解決的問題是散熱，嘗試以陶瓷或玻璃與熒光粉混和，取代早期的硅膠可以讓熒光輪更耐熱。增加信賴性及可以操作在更高溫，以減輕散熱的要求或可以耐更高瓦數的激光。另外，熒光輪采用鋁鏡基板取代之前的銀鏡基板，可以增加散熱能力。

>熒光粉涂布的厚度：太厚或太薄的熒光粉轉換效率均不是最好。

從前是用涂布的方式涂上光粉，容易有厚薄不均問題。現在改用印刷方式，可以產生一致的厚度。紅光熒光粉對熱的耐受性不好且轉換效率比黃色低，成本高壽命短，因此現行設計采用黃色熒光粉再外加色輪去過濾以產生紅色光譜。

為了縮減光學空間，嘗試以穿透式的熒光輪來達到二合一的效果（熒光輪加色輪）。穿透式熒光輪，激光進入光有部分被反射無法進入熒光粉，又因其吸熱較多因此轉換效率比反射式差。因此穿透式熒光輪投影機，不使用于2,000 流明以上的機器。

激光二極管組件的演進：增加整合度，減輕系統廠生產工時。請看圖14。

早期投影機廠家開發激光光源，是以購入激光二極管顆粒，自行將多個組件組合做光線調校對正。近期激光組件廠家，提供已經調校對正的模塊，讓系統廠家降低生產的障礙了，并減少與客戶的技術服務。另外有一種新型型態出現，將二十個激光二極管的晶圓直接焊接在銅基板上，可縮小組件尺寸，以利于光機系統廠縮小體積的設計。

激光投影機還在成長初級階段，組件廠及系統廠無不絞盡腦 汁，提高性能降低成本及增加信賴性。目前為了普及激光，組件 廠先以降低每光瓦的價錢為手段，熒光輪廠家則改善熒光輪的散 熱及耐熱能力，并嘗試達到更高的熒光粉發光效率，耐熱及長壽 命。往后幾年看，激光一定會有很多驚人的進展。