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| LED效能获得强化成为光源最佳候选组件 | |
| 时间:2008-12-29 15:16:51 来源:投影时代 作者: 浏览 | |
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最近这几年LED的发光效率与输出亮度都大幅提高，但即便如此，LED还是无法与发光效率60lm/W、全光束1万流明的传统光源抗衡。这意味着采用LED作为微投影机主力光源时，必需考虑包含光学引擎在内的整体光线利用效率。 目前全球业者已经陆续发表可投射出小尺寸画面的可携式微投影机，或者是提供投影功能的手机，虽然大多的微投影机画面亮度，都低于100ANSI流明，因此只能被局限阴暗环境使用，不过相关业者均认为，微投影机具备相当深厚的发展潜力和技术突破的空间。 如上所述，低光束LED光源，必需利用光控制技术提高光的利用率，例如传统的照明灯具，大多将反射镜设于焦点，尽量集中光线照射方向，但由于光源出射的光线并未受到精准控制，只是设法让朝前方出射的光线变多而已，这种方式结构非常简易，不过光的控制效率很差。 因此传统的LED照明灯具为提高光的控制性，通常采用的方法就是增加反射镜或是集光镜片的面积，稍微提高光线的控制性。另外1种LED光源的控制方式，是在光源前方设置准直收敛镜片，它的光控制性比前者优秀。 反射型LED结构上与传统前方包覆树脂作光控制的炮弹型LED截然不同，它与芯片型LED在高散热电路基板设置发光组件、周围再围绕反射罩的结构也不相同。基本上反射型LED的反射镜与发光组件呈对向设置，发光组件产生的光线利用反射面接收，受到控制的光线再出射到LED外部，此时只有透明树脂的穿透率、反射面的反射率和导线阴影，会造成微弱的光损失，理论上发光组件产生的光线，接近90%左右的控制光可以取出到外部。 LED还是无法与发光效率60lm/W、全光束1万流明的传统灯泡光源抗衡，因此微型投影机使用LED作为投影光源时，包括光学引擎在内的整体光线利用效率，将是投影质量好坏的关键. 为获得高亮度光源光束，发光组件的大小反而成为主要问题，主要原因是想要提高光量，最快的方法就是增加电流；然而必需要加大LED芯片，才能承担大电流的输入。但从光学系统角度而言，发光组件越小，光的利用效率反而愈高，两者出现相互矛盾的关系，尤其是投影机用发光组件除了要求小型之外，同时还要求高散热性的封装技巧，技术难度不低。 高输出、优秀光控制性的LED新结构，是使散热路径单纯化，同时加大搭载发光组件Lead的断面积，藉此维持必要的散热性。 虽然反射型LED的发光组件，同样设置在透明环氧树脂的表面附近，不过环氧树脂本身也是隔热材料，因此对放射面的有散热相当程度的帮助。 复杂困难的微光学系统设计 微型LED投影机的光学系统是由LED芯片与集光镜片构成，接着再透过Condenser镜片与Lighttunnel，获得高均整性光束，系统整体的大小则需控制在400立方公厘左右，输出光量大约是60lm左右。 LED光学系统中，发光组件与光学镜片，或是反射镜的大小，对配光控制性具有决定性影响，根据实验结果显示，使用相同集光镜片或是反射镜时，单纯加大发光组件，配光角会变大，轴照度的差异则完全消失，因此针对投影机要求的平行光成份，必需采用小发光组件构成投影机光学系统的方式获得。 使用反射型单色LED基本结构时，基于提高光利用效率等考虑，一般都是使用4个1W等级的反射型LED构成的模块，如此便可以获得LED正下方20mm，半值角度±70的配光特性，外部形状以LED光束收敛在17mm正方范围内。 在照度的部分，800mA点灯时红光照度为330klx，绿光照度为650klx，蓝光照度为470klx；有关直流点灯时的基本特性，由于实际使用条件会变成脉冲点灯，因此1/3Duty的矩形波脉冲点灯时，通电电流可以视为积分电流值，不过该电流值会随着周围温度环境改变，因此矩形波点灯时，最好等发光波长稳定后才使用。 此外，对于模块均整度的改善，开发者比较倾向采用棱镜、导管、液晶提高效率，并在前面放置Cellhooklens、聚光镜片、PS偏光片等等。 实现利用小型电池作为手持式投影机电源这是很重要的一点，对于手持式产品来说，舍弃AC电源而改用小型电池供电，是1项必备的条件。过去，投影机使用高压水银灯泡的环境下，瞬间启动电压高达数十KV，这是利用小型电池供电的情况下不可能达成的目标。 除了高压电力的问题外，由于水银灯泡的高启动电压，以及高电流消耗，灯泡会产生大量的废热，需要高效率的主动散热系统协助散热，这也会影响到手持投影机的电池续航力问题。 一般投影机机构内部温度往往高达摄氏8、900度，同时，也必须使用相当复杂的变压电路，如果期望利用小型电池作为投影机电源，这些问题都是无法被克服的。所以，在未改变光源组件的情况下，采用小型电池是不可能的事情。 但是，如果是改采LED雷射作为光源的话，这些问题便可迎刃而解，不复存在，不但只需要小型电池就足以负担系统所需的电力之外，并且不需要散热系统的情况下，自然不会有扰人的散热系统噪音问题，且因为少了庞大的散热机构，当然体积也会大幅度的缩小。 颜色表现能力虽改善但亮度仍需提升 对于需要背光的液晶显示器来说，光源对于颜色的表现占了相当大的影响程度，从愈来愈多业者尝试改采LED光源作为液晶电视背光模块就可以了解，因为使用LED背光源，可以使LCD色域的表现能力大幅提升。因此，改采用LED雷射作为光源的微型投影机，其颜色表现能力也是相当值得期待。 三菱电机采用LED雷射作为微型投影机光源的理由是：第1，因为是使用单色系的光源，所以在色广度上面有相当不错的表现；第2，由于雷射光的光线直径可以控制的相当细微，因此，在透镜的尺寸上，也可以相对的缩小，如此更有助于光机引擎的小型化。 不过，使用LED雷射的微型投影机在实际投射的表现上并非相当完美，包括整体显示的照度和辉度，仍需相当程度的提升。根据资料，目前使用高压水银灯泡的一般投影机输出亮度，约在为1,500~3,000lm之间，但是，现阶段LED投影光源仅能提供约10~20lm的亮度输出，而目前所发表的LED投影机整体投射亮度几乎都不超过20lm。 不过LED雷射光源的亮度是否足够用于投影机之上，主要的关键还是得视应用目的而定。举例来说，像是家庭剧院、会议室简报、大型研讨会等等，每种应用的环境均不相同。手持式微投影机的功能设计，是不是适合拿传统高压水银灯泡投影机作为比较基准，显然意义并不大，因为手持式微投影机的用途，主要是设定在空间不大的小型会议室中、提供2~3人简报观看之用，那么或许这样的亮度就足足有余了。 | |
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