“如果僅僅認為,投影市場激光等半導體替代汞燈,是投影行業自己的事情。那就小看了這種變化的必然性:實際上,包括白熾燈、熒光燈、汞燈、鹵素燈、氙氣燈等等傳統光源技術,在所有應用場景中,都在出現被LED和激光取代的趨勢!”
即從未來角度看,半導體光源技術在投影行業上的“勝利”至少分成兩個層次:第一是“光源革命”意義上的;第二是投影顯示創新意義上的。
光源革命正在發生
從2010年到2020年,10年間,國內照明市場,LED光源的滲透率從只有3%,上升到占據新裝照明光源需求99%以上的比例。這是光源革命中,最大的獨立市場“照明”行業給出的“未來答案”。
為什么光源系統必然轉向半導體產業鏈呢?因為無論是白熾燈、熒光燈、鹵素燈、氙氣燈,還是投影機等產品應用的超高壓汞燈,其發光方式都是“連續光譜熱發光”。而半導體光源,LED和激光等光源發光方式是“有效的精準頻譜發光”。這一差別,讓在特定應用中,半導體光源的“有效電光轉化效率”具有極高的理論潛力。
而人類社會對能源的利用正在走向綠色、高效和低碳。僅僅是照明市場全面轉向半導體光源,其同等功用下的能耗已經下降一半,未來還有進一步大幅下滑的空間。
即新光源革命是低碳革命、是更低能源成本的革命、是更高光源效率的革命。投影機的光源從汞燈更多轉向激光和LED的時候,也會具有相同的“未來意義”。投影機產品作為大屏顯示的“高效低成本解決方案”,必然需要更高效的光源技術不斷提升自己的“綠色”內涵:高效率、長壽命、低污染的半導體照明,將是唯一選擇。
產品形態創新,激光等新光源的主場
即便在投影機產品自身的創新意義上,半導體光源的價值也是“極大”的。近年來,國內投影市場“小體積、差異造型、嵌入式應用”等創新產品層出不窮。其中,最根本的原因就在于激光和LED等半導體光源的特性:
首先,汞燈光源的燈泡和燈泡支架必須是一個“正方體”的造型。其占據的投影機內部空間會更大。考慮到汞燈發光的特點和其高壓汞蒸氣的工作狀態,汞燈光源還需要減震保護,這進一步增加了其產品體積上的劣勢。相反,LED和激光光源芯片是很小的半導體顆粒、封裝結構也是一個“片”狀產品。其自身體積空間占據非常小,而且長寬尺寸可以更為靈活設計。尤其是采用多組光源靈活搭配,即可形成不同亮度的特點,更增加了投影機內部空間設計上的靈活性。
第二,投影機光源的輔助系統,即“熱管理”系統是投影機中最重要的產品組件之一。這個結構不僅會占據不小的機內空間,而且也是噪音的來源。這方面,半導體芯片為核心材質的激光和LED光源,可以采用半導體散熱材料、熱管散熱、液冷散熱等技術,以及緊貼發光芯片散熱的“接觸式”熱管理結構,實現更高的熱量傳輸效能。相反,汞燈產品的散熱必須是“非接觸的”、也必須是“多角度吹風”的。這使得汞燈系統的熱管理技術的靈活性大大下降,進而顯著影響了熱管理效率、增加了系統噪聲水平。
第三,汞燈光源的壽命問題,也影響了產品的集成設計——即必須為投影機設計易于更換燈泡的空間和機構。這部分設計降低了投影機整體集成的空間密度,顯著影響著外觀造型,特別是嵌入式產品設計的“創新余量”。相反,長效高壽命的LED和激光產品則可以實現“緊湊的非更換式”設計,特別是激光光源還可以做到“陣列芯片的冗余集成”,進一步提升產品長效使用的可靠性。
基于以上三點,就構成了半導體光源崛起之后,投影機造型設計上的創新無窮、嵌入式投影機產品設計的不斷發展。這與傳統汞燈投影千篇一律的大個頭、長方體造型,形成了鮮明對比。未來隨著半導體光源的效能的進一步提升,其在產品形態設計上的優勢只會越來越大,也將推動嵌入式投影市場的進一步發展。
性能和功用升級,激光必將稱雄
半導體光源,特別是激光光源在投影機產品創新進化上的優勢,絕不僅在于造型藝術或者嵌入式設計上。在投影機產品性能,尤其是新興智能應用產品上,激光光源的優勢更為明顯。
例如,三原色激光光源投影是目前唯一能達到超高清時代100% BT.2020色域標準的顯示技術。同時,激光光源,也是將投影機超高亮顯示技術提升到5萬流明以上的主要“技術力量”。激光光源的高準確性,亦是萬流明工程機型大規模普及和可以不依賴外置大體積光源系統、實現緊湊化設計的基礎。
同時,激光光源的接觸式散熱結構、長效無需更換的高壽命,也讓激光光學引擎可以實現真正高可靠性封閉設計。進一步提升了投影機在高塵、高濕,甚至水下環境的適用性。為特種投影機應用和嵌入式投影的設計,提供了前所未有的可行性。
除了性能上的提升,投影機在激光和LED光源時代,也在迎來“功用”升級。最典型的兩個產品是:激光電視和智能投影。這兩個品類都是充分利用半導體光源的特性才出現的產品。激光電視利用了激光光源的高可靠性、高顯色性優勢,在居家環境配合抗光屏幕,實現彩電化的家居大屏應用。
智能投影機則是將智能系統與投影系統結合在一起。更高的內部功能集成度意味著產品更高的熱管理、電磁兼容管理需求。這方面半導體光源的天然優勢進一步體現出來,帶給產品設計更多的靈活性。
而且,隨著投影機的應用日益向普及抗光幕、智能等方向前進的時候,消費市場對產品畫質的要求也會越來越高。即功用升級與顯示性能升級是相輔相成的。例如,激光電視大多內置高端智能系統、更好的音響系統、外部配備高端光學抗光幕……這樣一個“多重黑科技打造的產品”,必然也需要光源系統在性能水平上不斷提升。
恰因如此,過去七八年來,激光光源的應用范疇從最早的工程投影為主,不斷滲透到商教、家用、激光電視、智能微投、嵌入式投影等更多創新品類,成為了“全形態、全場景通吃”的光源選擇。
瞄準未來,新光源潛力無窮
今天的投影市場上,激光和LED等半導體新光源產品已經表現出“極其強勢”的對汞燈的替代趨勢。汞燈光源已經進入生命周期的最后階段:但是,這還不是新光源真正的輝煌時刻。
新光源技術之所以廣受關注,更重要的在于其是一項嶄新的技術,還在不斷發展和創新的技術。從電光轉化半導體的原理、材料、制備工藝、封裝技術,到成品光源的設計、光學引擎的設計,再到投影機產品的整機設計,都擁有巨大的進步空間。
例如,海信副總裁于芝濤指出,2024年,激光電視成本降幅將超過40%;中國科學院蘇州納米技術與納米仿生研究所研究員劉建平指出,采用InGaN四元合金和ITO限制層增加了激光器外延結構設計的靈活性和制備的相容性,大幅提升了量子阱增益區的發光均勻性,綠光激光器斜率效率提升到0.67;三安光電2021年第四季度將量產4W藍光激光顯示芯片,2022年第一季度將試量產1W綠光激光顯示芯片以及1.5W紅光激光顯示芯片……
更好的色彩、更低的功耗、更高的亮度、更穩定的材料、更高效的封裝……”半導體光源的進步,會持續推動包括激光顯示、激光投影產品的“創新升級和成本下降”。這是新光源對汞燈光源的“最根本優勢”:未來無限、潛力無窮。
綜上所述,新興半導體光源在投影產品上的崛起和更大規模應用,是行業持續創新與上游產業鏈不斷升級的共振,也是投影機產品未來適用場景、應用空間持續擴大的堅強后盾。意欲在未來投影行業執牛耳的品牌,就必須在新光源創新上執牛耳——這已經成為行業共識:擁抱新光源就是擁抱未來,投影產業不斷前進。