這些秘密你可知道：高亮激光投影的魔術棒

近年來激光投影光源大行其道。尤其是在高端工程、高亮機型上，亮度瓶頸不斷被突破。30000-90000流明的激光投影光源系統不斷被搬上行業頭條。一時間，困擾投影界許久的高亮問題似乎迎刃而解。這背後又有何秘密呢？

光纖耦合和全反射的魔術棒

有心的行業人士早已經發現，高亮激光投影機背後的秘密：模塊化光源、外置光源——亮度增加一倍，光源體積也幾乎增加一倍。尤其是在30000流明及其以上機器上，這些特點幾乎是標配。

其實，激光光源為投影機實現「源源不斷」的亮度提升的秘密主要來自於一種叫做「光纖耦合」的技術。激光的特性是高純度的線性光源，特別適合於光纖傳播。通過光纖藕合，可以實現近乎無限多的激光半導體發光器的光能量被整合到一個「點」上。正是通過這種模塊化的方式，不斷堆疊更多的激光器，激光投影能實現更高的光源亮度。

激光投影光源的模塊化堆疊實現高亮的原理，與汞燈時代「雙燈」高亮設計是「異曲同工」的。但是，汞燈光源自身的穩定性、壽命曲線和球狀發光，讓多光源的光路設計、散熱設計非常複雜，進而限制了通過「人多力量大」這種模式，不斷提升產品終極亮度的技術空間。

談到多光源的光路設計，就必須提一下光纖傳輸光的基本原理：這就是全反射。光纖中的光傳輸依賴於全反射。理論上全反射不會導致光能損失——也就不會導致「熱效應」。後者是極高的激光能量能夠穩定在光纖中傳輸和藕合的前提所在。目前，光纖藕合技術，實現數百瓦、甚至數千瓦的光能輸出，都是「貨架」技術。

正因為激光光源有利於「多光源藕合」的特點，業內甚至提出：高亮投影機在激光時代已經沒有光源亮度瓶頸——相反的，能夠承受更高亮度的DMD等光閥，成為製造更高亮度投影機的「最大瓶頸」。

線性特徵，讓激光成為工程投影光源唯一選擇

2017年以來，激光光源在工程投影市場的滲透越來越深入。行業數據表明，2017年底，激光在工程投影市場的滲透已經高達7成。尤其是在萬流明以上的新品種，激光成為唯一的「光源選擇」。

對此，很多人提出，為何激光能夠勝任「投影的終極光源任務」呢？為何不是另一個固態光源明星LED呢？答案在於激光的「線性特徵」。

在液晶電視等顯示設備上，LED是標準的「面光源產品」。其通過點陣發光和導光板藕合的方式，能夠為液晶顯示提供區域可控（HDR技術）的高效、高穩定性、高顯色性能的光源。但是，導光板藕合和光纖藕合的「體積」截然不同。

光纖理論上是一根極度細小的線纜：即便是一束光纖，也不過是直徑非常小的線纜組合。導光板則呈現出一個「巨大」的面積。這種面積特徵使得「模塊化」堆疊更多的同向發光導光板藕合LED光源，需要配置更多的大型反射鏡——後者讓通過導光板堆疊形成高亮光源的系統「體積巨大」。這種光源即便可以通過縮束光路，用於投影機產品，也會使得最終的投影系統非常笨拙，無法適應大多數的工程安裝需要。

實際上，LED光源不適合於高亮投影機的技術困難，與多汞燈光源系統在高亮投影機產品設計中的「體積與光路」複雜性並無二致。激光光源則依賴「線性特點」、光纖藕合技術，成為高亮工程機的唯一光源選擇：這個答案或許已經是工程投影光源的終極選擇。

熱管理技術，高亮工程投影光源設計的核心

巨大的體積是工程投影機的最大外在特徵。而這個巨大的體積的核心，只不過是散熱系統。實際上，任何光源技術，都會因為總亮度增長而帶來總熱量的同比增長。同時，由於這些熱量過於集中在投影機和光源系統內部，這使得散熱技術的難度成幾何級數增長。

尤其是在激光光源時代，通過光纖藕合、更多激光器的堆疊即可輕鬆實現高亮度，這使得工程投影光源設計的中心，幾乎只剩下「散熱」一項。

與汞燈技術相比，激光器的發光效率更高。即同等亮度條件下激光產品的發熱量更低。但是，汞燈自身對熱的耐受性要好於激光半導體，汞燈發熱的空間分布相對也更分散——激光半導體的發熱集中在晶元內部，可以說是點狀發熱，激光半導體對熱非常敏感，熱管理幾乎就是「材料器件的壽命」管理。

這些特點使得激光光源的熱管理分成兩個基本層面：首先是激光器自身的散熱。這是一個點熱源的快速散熱問題。必須依靠很好的封裝散熱材料和溫差技術實現。第二個層面是激光光源整體的熱管理。主要是大量激光器集中發熱導致的熱累積效益。這方面的散熱，本質是為每一個激光器的散熱提供一個「很好的外部環境」。

這種雙重散熱設計的需求，使得激光投影光源的散熱管理往往採用「全主動導流」的設計。大量應用熱管散熱、液冷技術和環境散熱技術。通過主動散熱、多層散熱體系，保障高亮激光投影的光源始終處於「合理溫度」，正常工作。

雖然激光光源的散熱設計是一個很核心的技術工作，但是相比之下固態的激光光源可以依賴接觸性散熱，這是汞燈系統所沒有的「優勢」。汞燈系統不能採用大面積接觸發光體的方式實現高效散熱。從而使得汞燈系統實現更高的亮度「難度更為巨大」。可以說「大面積接觸式」散熱設計，是激光光源比較汞燈的又一個重要優勢。

沒有完美的技術，激光光源的「劣勢」

雖然業內認為激光光源幾乎已經提供了高亮工程投影機的「終極」光源解決方案，且理論上可以提供無限亮度的產品設計空間。但是，激光光源也有其固有的「劣勢」。

一方面，激光光源依賴更為緊湊，層次更多的散熱設計。這必然產生噪音問題。目前激光投影機，無論是家用產品還是工程產品，噪音都比較明顯。且隨著散熱系統的機械部件老化，這種噪音問題還會加重。

其二，激光光源通過模塊化的方式增加亮度，以及散熱系統的能力，這讓激光投影機的「個頭都不小」。這一點對於工程機而言問題不大。尤其是通過外置光源模塊，可以有效控制主機的體積。但是對於一體化的商教和家用機，激光投影機依然在體積上顯著增加。這成為很多消費者不喜歡激光技術的原因之一。

第三，雖然激光投影機已經實現長壽命光源系統，但是溫度控制依然是影響系統發光效率和壽命的最大變數。所以，進一步研發更高效率的激光器、更耐受高溫的激光器、以及更高效的散熱系統，依然是激光光源投影機持續進步與發展的關鍵。理論上激光器的光效還可以提升10倍以上。

總之，激光技術讓投影、尤其是工程投影設計找到了從未有過的利器，讓亮度瓶頸問題徹底成為歷史。但是，作為一種不斷進步的新技術，激光光源還有很大的發展和改進空間，對應而言，激光投影亦處於快速技術進步的道路上。隨著新材料和新技術在激光半導體中的應用，未來的激光顯示藍圖將更為絢爛。

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