正文 主流光源技術展望(2 / 3)

壽命增至數倍

目前短焦投影機尚未有應用激光或LED光源的實例,但可以從台式機的實例推知其設置性提高的效果。上市了利用激光及LED的台式機型的卡西歐計算機營業本部戰略統轄部遊戲戰略部PJ企劃推進室室長山本喜之表示:“上市後,接到了一些設想以外用途的垂詢。”例如,一家擊球訓練中心想在投球機器邊難以維修之處安裝一個投影機,以投射名棒球員的影像。與其類似的娛樂中心等設施也可應用。

使用激光或LED光源的台式投影機已紛紛上市。例如,卡西歐計算機結合使用了激光和LED,亮度實現了2500ANSI流明(以下簡稱為lm)的投影機已於2010年4月上市。韓國三星電子同年6月也上市了僅以LED光源就實現了1000lm亮度的投影機。衝破了激光或LED光源投影機一直以來難以跨越的1000lm的障礙。現有的數據投影機多具有1500lm至2500lm的亮度。而如果有1000lm以上的亮度,就可以在明亮的室內觀看投影的影像。

著眼於劇場的大屏幕用投影機的高輸出化取得了進展。例如,索尼公司開發了可輸出三原色(紅、綠和藍,或RGB)的激光模塊,並在2010年下半年通過其全資子公司索尼Manufacturing Systems開始樣品出貨。該激光模塊的光輸出可達RGB合計為相當於5000lm亮度的21W,盡管因投影機的構造等原因,其屏幕上的亮度約為1500lm左右。此外,日本Ushio公司的全資子公司美國Ushio America,也正在進行高輸出投影機用高輸出激光光源的開發。

白色LED發光效率還能進一步提高

白色LED在不久的將來到底會有多亮?美國科銳表示,在輸入350mA電流時,白色LED的發光效率可達到160lm/W。美國科銳還表示,繼160lm/W產品(研究開發階段為161lm/W)之後,186lm/W級產品將於2012年~2013年麵市,其後208lm/W級產品將於2013~2014年亮相。

日亞化學工業的白色LED的輸入功率為0.1W~0.5W級產品的發光效率將由2010年下半年的122lm/W提高至2011年下半年的130lm/W。輸入電流為350mA的產品中配備3個或6個LED芯片的多芯片型,其發光效率將由2010年下半年的115lm/W提高至2011年上半年的130lm/W,同年下半年達到150lm/W。同屬350mA產品、配備1個大型LED芯片的型號,其發光效率將由2010年下半年的130lm/W提高至2011年的50lm/W。

雖然白色LED的發光效率將不斷提高,但發光效率也存在物理極限。組合使用藍色LED芯片和熒光體的白色LED,其物理極限大約為230lm/W。德國歐司朗光電半導體表示,在達到物理極限之前首先會麵臨成本極限。雖然今後白色LED的發光效率將持續提高,但為實現高發光效率,將會大幅增加生產成本,從而麵臨經濟極限。德國歐司朗光電半導體認為,2020年發光效率的開發將達到經濟極限。對於LED廠商來說,為降低單位亮度的單價,今後除發光效率的提高外,從LED芯片製造到封裝的低成本化的重要性也將日趨提高。

白色有機EL潛力很大

白色LED是點光源,要想得到可用於照明的亮度,必須並列多個白色LED,使其形成一個麵。而作為點光源來說,白色LED的亮度實際上還不如HID(高壓氣體放電)燈。而需要麵光源和點光源的時候,白色LED之外其他光源的重要性就浮現出來。

與作為線光源的熒光管和點光源的白色LED一樣,作為麵光源,白色有機EL將成為照明領域中獨具特色的中堅力量。鬆下電工計劃於2011年開始白色有機EL麵板的樣品供貨,最初將應用於特殊照明,接著將用於店鋪照明,2014年以後預計將擴展到普通照明領域。

雖然與白色LED相比,現階段白色有機EL的發光效率稍顯遜色,但將來肯定會趕上白色LED。白色LED的發光效率可能基本上會穩定在200lm/W左右,而隨著高效率磷光類有機EL材料開發的不斷推進,白色有機EL與白色LED之間的差距將會迅速縮小。從鬆下電工的研究成果來看,2014年前後出現發光效率達130lm/W的產品將不是夢想。

鬆下電工的雙層多單元構造有機EL元件是把紅色、綠色磷光發光層和藍色熒光發光層作縱向堆疊而成。RGB三種顏色通過縱向堆疊得以均勻混合,即使觀看白色有機EL麵板的角度有變,白光的色調也幾乎不變。另外,之所以在藍色有機EL層使用熒光發光材料,是因為現階段還沒有實用型藍色磷光發光材料。

純綠色激光光源已實現

住友電氣工業已成功開發了純綠色的半導體激光器(振蕩波長531nm)。此為全球首款無需波長轉換而直接振蕩綠色的半導體激光器,是可用於激光電視及便攜激光投影機等的光源。

激光顯示器除高亮度及高精細之外,還具有小型、輕量及低功耗等特點。目前在光的三原色(紅、綠、藍)中,紅色和藍色的半導體激光器已經實現,但綠色則需利用特殊的光學結晶由紅外激光的波長轉換而成。原因是沒有高效直接振蕩綠色光的半導體激光器。綠色區域的材料目前有藍色發光二極管使用的氮化镓(GaN)類半導體,但將波長從藍色向綠色加長時,存在發光效率大幅下降的問題。該公司開發了克服效率下降問題的GaN結晶,並利用該結晶在純綠色區域中全球首次實現了波長531nm的激光振蕩(室溫、脈衝)。該公司開發的綠色半導體激光,具有GaN結晶的品質高和在綠色區域中可任意選擇波長的特點。

此前的結晶在波長從藍色向綠色加長時,作為發光層的結晶會產生很大的內部電場,從而導致發光效率下降。因此,目前業界正在研究通過改變結晶麵方位來減弱發光層內部電場影響的方法。為此,該公司開發了大幅提高發光層品質的技術,並應用到了綠色半導體激光器中。

另外,之所以可在綠色區域振蕩任意波長,是因為開發出了通過抑製發光層而使振蕩波長變化的技術。因基本覆蓋了整個綠色波長區域,所以可選擇最佳的波長。