各种各样的荧光色轮,到底哪个更好呢

四季花开 2018-08-06

    对于激光显示行业的发展,荧光色轮是一个神奇的角色。业内曾经有行业大佬说,如果将激光看成新一代投影技术的上帝,那么荧光色轮就是上帝的使者——正是这位天使,接通了激光和投影显示联姻的桥梁。

    正因为荧光色轮如此重要,激光显示产品问世以来,各种各样的荧光色轮不断被开发出来。包括荧光粉材料的进步、色轮机械结构的进步、色轮基底材料的进步、色轮与激光配合结构的改进等等。面对如此多的不同类型的荧光色轮,消费者自然会问“到底哪个更好呢”?

    从部分荧光到全荧光的进步

    早期的激光荧光色轮会保留一部分直接透射的蓝色激光。现阶段更多的荧光色轮则采用三原色全部经过“激光-荧光”转化的结构。这两种结构有什么差异呢?

    首先,部分荧光色轮,由于蓝光部分直接透射,这减少了蓝色荧光粉的开发成本,同时能够为成像系统提供原汁原味的蓝色激光效果,且避免了部分荧光转化的亮度损失。但是,蓝色激光的纯正性,也有劣势——一方面是,激光波长的单一性、相位同步性,导致干涉散斑的出现,蓝色激光部分需要配备独立的消散斑设计;另一方面,早期的蓝色激光器一般是448纳米,这个波长的蓝光色彩有些接近紫色,这进一步产生了终端画面的偏紫问题。

各种各样的荧光色轮,到底哪个更好呢

    目前,部分荧光色轮的使用规模已经缩小。一些更在乎画面质量和色彩品质的产品,开始转向“全荧光激发技术”。后者的含义即是红绿蓝三原色均经过了“激光-荧光”转化。这种技术,足以避免散斑和蓝色波长的偏色问题,在产品的画质均匀性和色彩柔和性上更为舒适漂亮。

    当然,研发全荧光激发色轮,需要在高可靠蓝光荧光粉上实现突破。这意味着新的技术挑战。但是,考虑到全荧光转化节省了消散斑结构,其成本变化基本可以忽略。

    黄色荧光色轮和三原色荧光色轮

    荧光色轮技术的核心是令蓝色激光变成白色光源。这个转化过程,有两种技术思路:其一是黄色+蓝色,构成白色;其二是红色+绿色+蓝色构成白色。这就涉及到有一个荧光色轮技术差异点。

    采用黄色荧光色轮的好处显而易见,一种色轮色彩,结构最为简单。而且可以在时间片同步提供三原色色彩,特别适合三片式投影系统的“简洁型荧光引擎”设计。如果采用红色+绿色的分段式荧光色轮,红色和绿色光阀就不能同时成像,这会产生基于时间浪费的整体性能损失。

各种各样的荧光色轮,到底哪个更好呢

    采用红色+绿色荧光色轮段设计的产品,具有的优势则是,更好的与单片式DLP投影系统的滤色色轮同步共体设计,非常符合单片DLP“时间片混色成像”的显示原理。如果是黄色色轮用在单片DLP投影上,就会产生更高的亮度损失:红色像素成像时,黄色荧光粉转化出来的绿色就被全部浪费了。

    对于普通消费者,黄色荧光色轮和红色+绿色色轮的设计差异,最敏感的是“色彩水平”、“显色指数”是否有变化。一般认为黄色总是不及“红绿分工”的结构更为专业。但是,亦不可以偏概全:因为黄色荧光转化技术也在不断发展,高效、高显色的黄色荧光粉,完全能够媲美单独的红色和绿色荧光色轮技术的色彩效果。——具体产品性能上的优劣,不能以上游技术的大方向而下定论,还要看这些技术的应用层次高地和整体系统的优化能力。

    透射与反射色轮技术的差异

    传统荧光色轮产品以透射式为主。但是,近期爱普生等企业也有采用反射式荧光色轮技术。二者的主要区别是“光引擎”内的成像光路差异巨大。

    用透射式的荧光色轮,显然色轮要处于整个成像结构的中心部位——即前后都有核心光学设备;而反射式荧光色轮,基本是单侧部署成像结构即可,即这种产品可以处于整个光学系统的边缘、角落位置,也可以处于中心位置。后者的这个优势,使得其容易设计出一些紧筹型的光路结构。尤其是在三片式成像系统中,其成像结构已经比较复杂,考虑整机体积时,留给荧光色轮的空间会更紧张,这时候反射式荧光色轮就变得更有用武之地。

各种各样的荧光色轮,到底哪个更好呢

    反射式荧光色轮的好处不仅仅是更适用于三片式投影机的紧凑设计,也包括一些额外的好处:例如,金属反射设计的自身吸收热效应更低,有利于提升光源利用效率;色轮背后的空间没有光学等结构,且采用金属基底,可以形成更好的散热设计和效果,有利于进一步提升荧光粉的寿命。

    当然,在单片式DLP成像系统中,透射的滤光色轮不可或缺。将透射荧光色轮和滤光色轮一体结构设计,是最为紧凑的选择。这就使得反射式色轮不太适合单片DLP投影系统。

    从部件和材料角度持续改进色轮产品

    荧光色轮技术的进步,亦体现在基础的材料和部件的设计与选择上。这部分的进步可以与各种不同的色轮结构创新相配合。

    比如,荧光粉的创新。包括转化效率、转化后波长范围的集中性和准确性、荧光粉的寿命和老化曲线、荧光粉涂敷技术的升级,不同品种荧光粉的混涂和混用对转化效果与寿命的改善等等。这些方面是很多投影厂商一直不断努力的重要领域。甚至,有些看上去结构完全一样的投影机,已经在荧光粉的层面做了升级。

各种各样的荧光色轮,到底哪个更好呢

    再例如,荧光色轮的基底材料也很重要。一方面是要有好的光学性能,比如透射能力、荧光粉的附着能力;另一方面也要有更好的寿命表现,比如热变形的稳定、透射和色彩性能的稳定等等。这方面近年来发展出陶瓷基板技术、反射式色轮的金属基板技术等。

    除了材料的选优和进步,荧光色轮也注重很多结构部件的优选。这其中最核心的是驱动电机。荧光色轮的一个妙处就是,利用转动实现荧光粉转化过程的“中间休息”,进而解决“荧光粉灼伤变性”的寿命问题。所以,好的、高可靠的转动电机很重要。同时,这个电机最好还要满足静音需要,比如采用磁悬浮技术。

    荧光色轮在三原色激光时代的继续使用

    对于激光和荧光色轮的绝配搭档,大多数消费者的理解是:荧光色轮是为了在仅仅使用技术成熟、价格低廉的蓝色激光器时,实现彩色的技术选择。如果激光发展到三原色时代,荧光色轮就会被淘汰。

    然而,以上认识忽略了一个重要的事实:荧光色轮不仅是蓝色激光彩色化的技术,她还是目前最好的消干涉散斑技术。激光光源具有典型的方向集中、频率单一、相位一致的特点,这三个方面都是散斑形成的原因。激光的荧光转化,可以在以上三个方面都形成“单一性破坏”,进而实现优良的消散斑效果。

各种各样的荧光色轮,到底哪个更好呢

    对此,很多消费者担心,荧光转化会不会改变三原色激光的“色彩效果”。一方面,消散斑的核心不是“单一改变了光源的频率波长分布”,也包括相位和方向的重新调整。后两者与色彩表现没有关系。另一方面,人眼对色彩的感知是在一个较宽范围内的,而不是某一个点。荧光转化后依然足以保障其色彩波长分布在人眼敏感范围内,实现色彩损失几乎为零的效果。

    所以,荧光色轮不仅仅是单色激光时代的天使,也是三原色激光时代的天使。特别是随着荧光色轮相应技术的不断升级进步,这项神奇的创新技术,还会发展出更为出色的应用效果。

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