投影顯示光源顏色特性—淺析飛利浦UHP投影光源

1. 前言

    高性能投影系統(tǒng)對(duì)光源的要求非常高，包括光源的壽命、亮度、色溫、光譜、光學(xué)特性等。就光譜而言，要求顏色能量均衡的白光，整個(gè)壽命其間顏色穩(wěn)定。

    飛利浦UHP投影光源被廣泛地應(yīng)用于專業(yè)前投影機(jī)、家用前投影機(jī)、微顯背投電視、電視墻等領(lǐng)域。 UHP光源具有的優(yōu)異光學(xué)特性很好地滿足了投影市場(chǎng)的快速發(fā)展，UHP光源不僅具有超高的亮度，電弧的平均值高達(dá)1Gcd/m2，而且在整個(gè)壽命期間擁有穩(wěn)定完美的色譜。本文將對(duì)UHP光源的光譜特性作一分析。

    2. 放電管的光譜

    UHP投影光源由放電管和反光杯組成。放電管是發(fā)光的核心部件，反光杯主要作用是產(chǎn)生平行或聚焦的光束，滿足光學(xué)系統(tǒng)的要求。

    放電管是一種超高壓汞燈。普通的高壓汞燈工作時(shí)汞蒸氣壓力為幾個(gè)大氣壓，輻射以線光譜為主，而且需要用熒光粉將紫外輻射轉(zhuǎn)換成可見光，顯色性差，光效低。而飛利浦UHP燈汞蒸氣工作壓力超過200大氣壓，由于可見光輻射大大增強(qiáng)，譜線壓力展寬和汞分子連續(xù)譜線的作用，光效和顯色性都有極大的提高。而且汞作為唯一的發(fā)光物質(zhì)，整個(gè)電弧發(fā)光顏色均勻，沒有金屬鹵化物燈顏色不均勻的問題。圖1 是放電管的典型光譜強(qiáng)度分布曲線。

    圖2是不同汞蒸氣工作壓力下160Bar/200Bar/240Bar光譜強(qiáng)度分布的比較。從中可以看到隨著汞蒸氣壓力提高，譜線峰值下降而寬度展寬，光譜連續(xù)基底提高。從投影顯示應(yīng)用來看，低于200Bar的光譜不能令人滿意，所以飛利浦UHP燈的汞蒸氣工作壓力大于200Bar，當(dāng)然理論上講壓力更高更好，但是產(chǎn)品制造會(huì)更困難，基本上設(shè)計(jì)極限在300Bar左右。飛利浦最新HighEfficiency產(chǎn)品汞蒸氣工作壓力達(dá)到250大氣壓，圖3 是它的典型光譜強(qiáng)度分布曲線。 

 
圖3 HigEfficiency200W放電管光譜分布

    3. UHP光源的光譜
    放電管發(fā)光經(jīng)反光杯反射產(chǎn)生平行光或聚焦光，拋物面反光杯產(chǎn)生平行光，橢圓面反光杯產(chǎn)生聚焦光。反光杯內(nèi)壁的耐高溫特殊涂層對(duì)可見光輻射具有很高的反射率，而對(duì)紅外和紫外輻射具有低的反射率，透過涂層的紅外輻射透過反光杯玻璃從后部發(fā)射，透過涂層的紫外輻射被反光杯玻璃吸收。因此從反光杯前端出射的光譜分布發(fā)生了改變，圖4是放電管經(jīng)過涂層反射和前罩玻璃透射的光譜分布比較。從中可以看到UV-B，UV-C輻射已基本沒有。但是少量的UV-A需要在應(yīng)用設(shè)計(jì)中根據(jù)實(shí)際情況適當(dāng)處理。 

 
圖4 UHP燈的光譜

    4. 投影顯示的顏色處理和顏色平衡
    在投影顯示系統(tǒng)中，光源發(fā)出的光一般經(jīng)過分色片分色，然后分色光由圖像信號(hào)處理后再合色通過投影鏡投射到屏幕上。因此要求光源的光譜顏色分布均衡，否則為了達(dá)到色溫的要求，會(huì)損失一部分光效。圖5是RGB濾色片光譜透光率曲線。從中可以看到UHP光源RGB三色能量有較好的平衡。而UHP HighEfficiency產(chǎn)品進(jìn)一步改進(jìn)了紅色光譜的能量，從而進(jìn)一步提高光顏色利用效率。 

 
圖5 UHP燈不譜分色

    5. 總結(jié)

    飛利浦UHP投影光源具有優(yōu)越的光譜特性，能非常好地滿足投影顯示的光色要求，而且整個(gè)壽命期間的穩(wěn)定的色譜使投影系統(tǒng)的顏色在使用中保持穩(wěn)定。

    陸軍民
    工程師
    飛利浦技術(shù)中心
    Email: junmin.lu@philips.com