激光投影挑起“视”界大战

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  你是否想过拥有一个小巧的显示设备,屏幕能在看电影时自动放大?现在,这种激光显示设备已基本成熟,预计2008年就会进入大批量生产,新的“视”界大战即将掀起。
  2006年,被业界视为显示技术的分水岭,其原因是,在这一年中,激光技术有了突破性进展,可以实现商业化应用,而且其中不乏彩色激光投影机的身影,这让我们看到了显示设备未来的发展方向。
  从2006年初开始,一系列公司的激光投影机迈开了走向市场的步伐。Novalux于年中发布了使用DLP实现激光投影的技术;Vanadate用于剧院的激光投影机输出光效已经可以达到5000lum;Light Blue的PVPro早就名声在外;激光扫描技术的先锋Symbol宣布2008年,该公司的激光投影机将批量进入市场,即便现在是概念机,价格也在2000美元左右,相当具有吸引力。回首往昔,面向未来,我们仿佛已经闻到了“视”界大战的硝烟。
  
  原理简单 表现非凡
  
  彩色激光的原理并不复杂,通过控制三色激光,构筑整个色彩体系,这与CRT的原理一样,不同的是,CRT通过控制不同的电子枪,实现不同的颜色表现,而激光投影机直接控制光线,效率和效果都大大增强了。
  制造激光投影机,至少需要两个条件:首先是实现三种颜色的激光;其次是需要能够实现激光逐点扫描。
  彩色激光投影机此前无法大量生产,根本原因在于没有合适的固态绿色激光可用。绿色激光波长大约540nm,目前是用1080nm的红色激光,通过一个按照正弦波振荡的石英,实现频率的倍增,从而获得绿色激光。不过,由于这种方式对环境温度要求比较高,因而,输出不够稳定,这种做法也使得激光投影机的大部分被绿色激光模块占据,成本和体积没有办法大幅度下降。如果一旦找到好的绿色激光模块,一个功率还不错的激光投影机体积就有可能与ZIPO打火机相当。
  在扫描方面,目前技术很多。其中著名的一种是Symbol公司的技术,该技术用高频率的棱状反射玻璃,通过高速旋转实现水平的扫描,从而构成水平像素,而垂直方向则通过速度较低的镜片实现。最终的成像因为没有镜头,也不需要额外的光源设备,拥有十分自由的成像模式,即可远可近,不需要对焦,还能够在不规则的平面投影,这项技术具有很大的潜力。
  为了实现成像,仅仅有扫描是不够的,还需要控制激光实现灰度表现,从而表现出各种各样的颜色。
  总体上说,激光从电到光的光效率并不高,但是因为激光并不发散,超强的指向性能使得激光的光线利用率变得非常高。因而,即便是Symbol的样机只有10lum,也能够实现相当不错的视觉感受。在12英寸大小的屏幕相当亮丽,还能够在更大尺寸上看文本显示,在样机的展示现场,我们看到即便是打到一面墙上,还隐隐约约可见,这种光通量在一般的光源上实现显示,基本上不可想像。
  仔细看看,我们可以发现激光投影机其实相当简单。所有部件都是原理上的要求的,没有额外的附加设备,使得激光投影机有可能成为制造成本非常低的显示设备,与LCD比起来,没有极化玻璃片,不需要担心每个像素,这才是理想的显示设备。
  在显示效果上,因为模拟了自然色彩,看上去相当舒服,颜色和层次也更为丰富,画面饱和,低亮度而高对比度。重要的是,光线的波长是固定的,因而看上去很舒服,没有那种灯泡刺眼的不舒服感觉,更重要的是,没有传统光源的紫外线,使得眼睛看画面的时候很放松,这一点,无论是投影设备,还是主动发光设备都无法比拟。
  经过测试表明,现在的激光投影机可以很容易实现超过200%的NTSC色域,与LCD色域普遍70%左右(最大109%)相比,已经提高了一倍以上,更为接近自然色,是动态画面的理想播放介质。稍显不足的是,激光投影机在文本显示方面依然有CRT不够瑞丽和精准的缺点,这倒是需要注意和改善的地方。
  
  改变格局 打破垄断
  
  激光投影机还可能改变目前投影机的市场格局,打破目前的技术垄断。因为从原理和制造甚至材料上,都没有特别的要求,从理论上来说制造的门槛大大降低了。Symbol公司承认,对于激光投影机,他们惟一拥有专利的乃是用于扫描的镜片。而通过控制扫描的速度和扫描的角度,就能够实现超高分辨率的输出,变换分辨率和改变投影的比例,都是相当容易的事情。而且因为没有固定的屏幕,没有成像元件,不仅降低了成本,而且减少了制造环节。
  现在,能制约激光投影机的大问题,就是功率无法继续大幅度提高,尤其是在开放空间,功率超过一定数值就无法在开放空间使用,并且有可能带来安全隐患。
  比如用于剧院的Vanadate的激光,功率最大可以达到20W,光通量达到5000lum,属于四类激光,如果有好事者拿一个透镜,就有可能把一定距离的东西烧坏。要知道,一个150mw的激光在1米以外可以很容易烧坏我们通常用的塑料薄膜袋,一些工业用的切割机床激光功率也不过如此。
  这一问题目前也得以解决了,办法是提高激光的发光效率。日亚光电在今年公布了能够达到90lum/w的固体激光技术,这就意味着激光完全可以作为照明的设备来用,这样可以大大降低同亮度下的激光危险程度。
  但这也限制了激光在大尺寸上的应用。Symbol公司明确表明,他们的目标是手持的移动设备,并且要抢占目前中小尺寸的LCD市场,而对大尺寸的投影设备,尽管他们能够做,但他们没有兴趣,。从我们见到的样品来看,Symbol的激光投影机不仅不需要成像设备,甚至连本身的发热量也比较低,仅有的一个很小的风扇,也主要是给投影机的声光模块准备的。
  目前,已经有台湾省的厂商设计了全折叠的笔记本电脑。他们舍弃掉现有的屏幕,这可以大幅度降低整体重量,并且通过一个激光投射头和一个合适的显示介质,轻易实现显示屏幕的功能。那样,屏幕折叠的难题很容易就解决了。
  对于20英寸以下的屏幕,Symbol的相关人员说,有可能完全改变目前人们使用电脑和屏幕的方式,有可能不需要每个人都有屏幕,只需要一些投影幕就可以了。
  在汽车领域,实现风挡玻璃的彩色GPS信号导航,也在开发中。并且还能够通过汽车的风挡,实现完全的屏幕功能,由于这种激光投影机完全没有聚焦的问题,因而能够实现良好的显示,不会有模糊。
  未来激光投影机可以做得很小安放在手机上,或是做成钢笔一样小巧的设备……构想种种,市场前景不可限量。
  
  激光暗战 悄然打响
  
  现在,激光投影机有三种光线处理方式。一种是上文以Symbol为代表的扫描技术,这需要很精细的镜片加工和装配,这个细微的模块估计阻碍了很多厂商在这个方面的探索,因而除了Symbol,其他厂商对此项技术的投入兴趣并不高。另外两种都需要使用成像设备,不过他们不是在控制激光本身,而是在改进激光光源的利用方式,一种是通过使用阵列激光技术,把RGB三色激光各做成大规模的阵列,通过硅片加工技术实现成本的大幅度降低,既保证了单个激光头满足公开环境下的使用,又提高了整体的光效输出。比如Novalux就是这样的,十分特别。不过由于要使用成像芯片,体积无法做到很小,并且需要保证激光模块与成像模块的角度,否则无法呈现大尺寸的画面。
  另外一种技术把激光通过光纤导入一个扩散器,使得激光的面积成百倍放大,并且重新适当聚焦之后,投射到成像原件上,最后成像输出。
  我们看到,激光投影机都不需要镜头,这大大降低了投影机的成本,而且没有高发热量的灯泡,所以设计上更为方便自由,最重要的是,激光发生器的100%功率寿命可以达到两万小时,而灯泡的50%功率寿命大概在2000小时左右,即便是经济模式也只有8000小时,由此看,激光投影机已经可以让用户把它们当电视用了。何况,激光投影机没有紫外线的困扰,这将让用户更为愿意使用。
  这两个问题解决之后,投影机不仅会大幅度降价,还有可能使得生产投影机的技术门槛大幅度降低,从而带动投影机真正走入家庭。EPSON的相关人士表示,他们很关注这项技术,不排除会推出使用激光作为光源的投影机。
  然而,BenQ的人士则认为,在未来的两年内,不会有革命性的技术突袭投影机领域,因而他们目前的想法就是如何更好地生产现有技术的投影机,而不是其他。他们认为,现在是产业竞争,而不是单个的技术竞争,因而,激光投影机能否获得认同,还需要看激光投影机是否能够形成产业链,让参与其中的人获得利益。
  有一点可以肯定。激光投影机厂商把眼光首先投向手持设备,作为手机、PDA等的显示工具,是很有战略眼光的做法,这些产品的销量远远高于PC,而且在未来潜力更大。
  然而也有不同,三菱公司另辟蹊径,宣布在2007年推出使用激光作为光源的背投电视,这无疑给激光投影机市场预热了一把,并且背投设备也将因为激光而改变命运。
  可以看出,激光投影机的暗战已经悄然打响。
  
  市场奶酪 并不好抢
  
  虽然,激光投影机代表了未来的方向,但如果光源技术没有本质的改变,有可能使得激光投影机本身无法摆脱现有竞争的格局。其原因在于,激光光源并不是尽善尽美的。
  一方面,单就“光”的利用来说,激光一定要比通常的光源好,尤其是相干特性优良,能够达到屏幕的光线比率要比通常的光源高得多。另一方面,固态激光光源尚存在发光效率太低的问题,无法与现在的一些发光技术相提并论,而且因为安全问题无法把功率无限制提高,在一定程度上限制了它的应用范围。
  一方面,因为光线的波长是固定的三种,所以实现的颜色层次更好、颜色饱和度更高,这是其他光源所无法想像的。另一方面,激光的频率是固定的,在光线到达屏幕的时候,反射回来的光线会改变相位,因而可能导致射入与射出光线之间的干扰,可能加强也可能减弱。这可能让敏感的用户看到亮点或者暗点,这是激光无法改变的现实状态,也是激光作为光源的最大弱点之一。
  
  那么,投影厂商会选择什么材料,构建新的激光光源呢?
  
  熟悉光源的读者可能会问,为什么不拿氙灯作为光源呢?它的发光效率达到100lum/w,不是要高于目前的UHP灯泡60lum/w的水平吗?
  的确是这样的,但是氙灯有一些致命的弱点。尽管它可以轻松做到10KW以上,不过因为散热比较困难;而且靠气体发光的灯泡很难把一种气体做得那么纯净,因而光的色温很难控制;并且氙灯是电弧放电,电弧是绕着气体的壁腔旋转的,并不稳定;再加上紫外干扰和聚焦困难等问题。所以,除非超大投影尺寸实在找不到替代品,一般不会使用它作为光源。
  据了解,碳纳米管有可能作为投影机新光源的强有力竞争者。现有的商用碳纳米管发光效率是60lum/w,而且碳纳米管的发光纯净度更好控制,尽管LED的发光波长也是一定的,但LED则受到材料的影响比较大,不容易做出最纯净的光谱。现在,碳纳米管的问题是纯度无法做得很高,这成为了它被充分利用的一道门槛,也是激光研究的新课题。
  由此看来,如果真的要动传统投影机的奶酪,激光投影机厂商还要好好地做一番准备。
  
  链接:我们的产业需要做好准备
  
  面对新技术的变革,我们的产业做好准备了吗?首先是我们的产业端并没有做好这样的应对,至少在这个技术推出的时候,说不定我们又落后了。在激光投影机的原理和制造上,我们的难点估计在扫描镜或者在激光的纯净度方面。
  最近也听到了国内有人说能够做这样的产品,问题是到底能够到什么程度,能够大规模生产而且吸引很多人来共同开发吗?单色激光的投影技术我并不怀疑,但是彩色激光的技术挑战,不一定都做好准备了吧。
  这实际上是一个全新的领域,也将真的改变我们很多做事情的方式。比如GPS的彩色投影到风挡上,这种想法就很酷,或者笔形的投影机,那是以前不敢想像的事情。
  作为普通的用户,我们也应该能够闻到激光投影机带来的机会,尤其是它的低功耗、低材料消耗,低使用成本,广泛应用的特征,真的希望马上就能够有一台,这种冲动,很多年未曾有过,至少是针对IT领域,这将成为未来10年内,最令人动心的产品,期待吧!
  
  评论:LCD和PDP还有救吗?
  
  2006年,对激光投影设备来说,是重要的一年,激光投影技术从设想到应用历经了10年。同样的,今年也是DLP的10年,按照技术的发展速度,我们真的很难看到DLP的未来10年。而对LCD而言,激光投影机更是毁灭性的,索尼自己也有激光投影技术,无奈是3LCD联盟的坚实后盾,主要把重心放在了剧院投影。目前,数字剧院还是TI的天堂,如果能够分得一杯羹,也是一个不错的事情。
  这就反映了一个问题。在某个领域比较强的公司,往往不愿意放弃现在的既得利益,而无法在新的领域开疆辟土,导致新技术出现的时候无法顺利转身,索尼已经在不少领域尝到败绩。此乃教训。
  就目前数字电视市场而言,LCD和PDP是绝对的主流,尤其以LCD为甚。不过,因为大尺寸的LCD大规模生产也是最近几年的事情,大尺寸LCD会出现的问题,一般用户还没有遇到,但是我们还是要在此提醒:LCD潮流不可盲从。
  LCD有固定的屏幕介质,也就决定了LCD的成本很多都压在了面板上,现在整个产业进入了微利时代,是无法应付如此大规模的生产线投入的。尤其是近年来,显示器市场上的热点明显减少了,自响应时间炒热之后,鲜有新的热点,构成了一个空白期。
  LCD的技术特性大家都知道,不过因为尺寸增加,有一些更难应付的事情。最难做的是光源,一般的LCD光源要占整个显示器的一半功率左右,而大尺寸的LCD背光管相当长,发光不容易稳定。因而,厂商是不给用户调整背光亮度的选项的,那么亮度是如何实现调整的呢?只有通过调整液晶的偏转角度,所以一台液晶电视一旦打开,跟全功率运行没有多大区别,这个时候,背光管发出的大量热将毁坏液晶分子,使得液晶面板变黄。这是LCD电视的必然宿命。如果非要把这个也叫做烧屏,也应该跟PDP归为一类了,并且时间长了,电视的一些像素会被烧坏,无法复原,导致电视的损坏。
  PDP的像素构成是数字的,而显色的时候是模拟的,这种奇怪的特性就需要抹平数字与模拟的差异,要靠高速的刷新实现两者的统一。
  为了刷新显示模式,电路被设定为一定的时候刷新像素,一方面是为了保证屏幕的均匀度,另外一方面是为了防止长时间固定显示内容导致的烧屏。如果控制不够好,就无法实现屏幕的纯黑,因为刷新的过程中,肯定会有泄漏的电流,因而在某些灰度屏幕的时候,用户可以看到类似于足球场很多人看球赛时拍照的那种星星点点一样的效果。
  另外,因为内部有气腔充气,面板玻璃做得相当厚重,使得PDP一方面无法做得很薄,另外一方面又无法使得光线快速通过屏幕,导致PDP给人的感觉不够透亮。最近松下的9系列PDP改进了面板的厚度,使得PDP能够更亮,而且对比度更高。PDP的最大优势是颜色丰富多彩,对比度和动态范围更高,最大的问题是不容易实现精密的层次控制,而且整个屏幕的均匀度很难保证,过大的像素给人感觉很粗糙。何况,因为是气体放电,24KV以上的电压高频闪动,会有噪音和电磁辐射。
  不过,自我看了松下的PDP技术之后,对PDP有了根本的变革。我看中的颜色饱和度和颜色层次以及通透度,达到了非常高的水平,尤其是屏幕的均匀度,给人的视觉感受很舒服。如果是所有PDP能够达到这种水平的话,LCD的确不会有太多机会,总之,我现在对于LCD的担心多于PDP。
  但是,面对激光投影机,它们还有多少胜算,实在很难说。如果某天,有一个人拿着一枝笔样的东西,随意驳接电脑构成显示设备,并且可以根据需要随意调整长宽比以及投影的大小,一定会让我们很受刺激。(文/吴挺)
  
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