Источники света в мультимедийных проекторах

В ранних моделях мультимедийных проекторов использовались галогенные лампы накаливания, успешно применявшиеся в графопроекторах и слайд-проекторах. Однако световой мощности этих ламп было недостаточно для создания ярких изображений, да и спектр светового потока оставлял желать лучшего. Поэтому производители проекторов перешли на использование газоразрядных металлогалоидных ламп. Такая лампа представляет собой герметичную колбу из оптически прозрачного стекла с двумя электродами в торцах. Лампа наполнена инертным газом и легкоиспаряющимся металлом (обычно ртутью или натрием), который снижает электрическое сопротивление инертного газа. Металлогалоидные лампы известны давно, однако в 90-х годах компания Philips специально для применения в мультимедийных проекторах разработала металлогалоидные (ртутные) лампы сверхвысокого давления с обозначением Ultra High Pressure, или UHP (100 атмосфер и выше). Именно эти лампы используются в настоящее время в большинстве проекторов. Они обладают достаточно большим сроком службы (от 2-х до 4-х и даже до 10 тыс. часов) и обеспечивают спектр, близкий к солнечному. Лампы, как правило, поставляются в виде модуля, включающего корпус, собственно небольшую лампу и параболический отражатель. Большинство проекторов с яркостью от 1000 до 10000 ANSI лм используют именно металлогаллоидные лампы. Для проекторов с большей яркостью используют ксеноновые лампы, обеспечивающие мощный световой поток с хорошим спектром. Но ксеноновые лампы имеют меньший срок службы.

Как ртутные, так и ксеноновые лампы весьма дороги, их стоимость может составлять 20-35% от стоимости моделей, что весьма чувствительно при длительной эксплуатации проектора. Естественно, что разработчики продолжают поиск альтернативных источников света, прежде всего – обладающих существенно большим сроком службы. В микропроекторах вместо ламп используются светодиоды, однако световой поток в таких проекторах пока невелик, не более 200-300 ANSI лм. В ряде случаев этого вполне достаточно – например, в проекторах, используемых в составе видеокубов, в настоящее время применяют именно светодиодные источники света (срок службы - до 100 тыс. часов). В отличие от ламп, излучающих белый свет широкого спектра, достаточно близкий к солнечному, светодиоды работают в узком диапазоне частот. Поэтому для создания полноцветного изображения приходится использовать светодиоды трёх базовых цветов: красного, синего и зелёного. Светодиоды имеют ряд существенных преимуществ перед лампами – прежде всего большой ресурс жизни (несколько десятков тысяч часов), а также высокий КПД. Они не требуют охлаждения при выключении. Недостаток – весьма слабый световой поток. Чтобы его увеличить, используют не один, а несколько одноцветных светодиодов. Недавно в этом направлении достигнуты существенные успехи, о чём будет рассказано в конце данного раздела.

В последние годы на рынке появились проекторы с принципиально новыми источникам света, основанными на использовании лазеров. Пионером выступила компания Casio, которая в 2010 году представила линейку из 9 проекторов, использующих гибридный лазерно-светодиодный источник со сроком службы 20 000 часов при световом потоке до 2000 ANSI лм.

Компания Casio, а вслед за ней и другие производители, в таких источниках использовали недорогие полупроводниковые лазеры (лазерные диоды). По сути это те же светодиоды, но снабжённые дополнительными оптическими резонаторами, которые усиливают свет строго определённой длины волны. Однако приходится учитывать, что мощность излучения лазерных диодов зависит от длины волны, причём только синий (в первую очередь) и красный лазеры обладают мощностью, достаточной для использования в проекторах. Поэтому появилась гибридная лазерно-светодиодная технология.

Принцип действия гибридного источника таков. Красный цвет создается с помощью красных светодиодов (либо с помощью красного лазера). Синий цвет обеспечивает синий лазер, мощность которого приходится приглушать до уровня красных светодиодов. В других гибридных источниках синий цвет создаётся синими светодиодами (как показано на рисунке). Зеленый (или жёлтый) цвет получается воздействием синего лазера на фосфорный люминофор, нанесенный на поверхность вращающегося диска. Диск применён, чтобы избежать перегрева люминофора. Такие гибридные источники света обеспечивают проекторам достаточно мощный световой поток и обладают сроком жизни 20000 часов, что в среднем в 10 раз превышает срок жизни обычных металлогалоидных ламп в проекторах, и в 10 раз превышает мощность чисто светодиодных источников света. Конечно, такие проекторы весьма привлекательны для пользователей, однако цветовая гамма их оставляет желать лучшего и заметно деградирует во времени.

Гибридные лазерно-фосфорные источники, помимо компании Casio, используют и другие производители проекторов, в частности, Christie, Barco, Optoma, NEC, Epson, Panasonic (новинка - 30000 ANSI лм).

Принципиально другие источники света использует компания Sony в своей новой линейке проекторов VPL-FH. Здесь применены лазерные источники света, основанные на уникальной фирменной технологии Z-Phosphor. В основе модуля Z-Phosphor лежат 28 лазерных диодов мощностью 3,75 Вт, но лазерный луч, имеющий синий цвет, является лишь источником энергии для активации фосфорного люминофора, обеспечивающего поток чистого белого света. Люминофор Z-Phosphor наносится на вращающееся колесо. При облучении этого колеса голубым лазером сразу возникает белый свет, т.е. голубой лазер в сочетании с люминофором Z-Phosphor по существу эквивалентен обычной лампе. А дальше изображение формируется как в обычном 3LCD-проекторе — свет разделяется с помощью призмы или дихроичных зеркал на три цветовых составляющих, попадает на три ЖК-матрицы и сводится в полноцветное изображение.

Таким образом, конструктивно такой проектор представляет собой 3LCD проектор, в котором стандартная лампа замещена лазерно-фосфорным модулем.

 

В результате лазерные проекторы Sony обеспечивают световой поток 4000-7000 ANSI Лм при отличном качестве изображения. Срок службы источника света – 20 тыс. часов.

Принципиальным недостатком всех рассмотренных выше источников света является наличие вращающегося колеса, срок службы которого существенно меньше 20 тыс. часов. Поэтому большой интерес представляет новейшая разработка компании Philips – ColorSpark HLD (High Lumen Density) LED technology, представляющая собой полностью светодиодный источник света, не использующий вращающиеся элементы.

 

 

 

Главное - компании Philips удалось создать зелёные светодиоды-лазеры с мощностью, достаточной для использования в мультимедиа проекторах. На рисунке они помещены в специальный блок.
Первой такие источники стала использовать в своих проекторах компания Hitachi. В июле 2016 г. компания презентовала LP-WU9750B – первый лазерный 1-чиповый DLP проектор с разрешением WUXGA (1980*1200), яркостью 8000 ANSI лм и контрастностью 20 000:1. Срок службы источника света – 20 тыс. часов.
Аналогичное решение использует компания Christie в своих уникальных проекторах Mirage 4KLH и
Mirage D4KLH60, имеющих яркость 60 000 ANSI лм при разрешении 4К.
 Нет сомнений, что данная технология будет успешно развиваться.