2024年6月13日发(作者：江绮梅)
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范朝勋：ＬＥＤ投影发展和趋
臻基
文章编号：１００６—６２６８（２００６）１２—０００６—０７
ＬＥ Ｄ投影发展和趋势述评
范朝勋
（成都光电显示工程技术中心。成都６１００２１）
摘要：概括论述和评价ＬＥＤ投影的分类、现状和趋势，ＬＥＤ投影光源的设计和应用前蒂，ＬＥＤ
投影引擎的设计考虑。
关键词：ＬＥＤ投影；ＬＥＤ光源；ＬＥｔ）投影引擎
中图分类号：ＴＮ１４１ 文献标识码：Ａ
Ｒｅｖｉｅｗｉｎｇ Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ａｎｄ Ｔｅｎｄｅｎｃｙ ｏｆ ＬＥＤ－ｂａｓｅｄ Ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ
ＦＡＮ Ｃｈａｏ－ｘｕｎ
（Ｃｈｅｎｇｄｕ Ｃｅｎｔｅｒ ｏｆ Ｏｐｔｏ－Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｄｉｓｐｌａｙ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ＆Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ。
Ｓｉｃｈｕａｎ Ｃｈｅｎｇｄｕ ６１ ００２１，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ＬＥＤ－ｂａｓｅｄ ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ，ｉｔｓ ｅｘｉｓｔｉｎｇ ｓｉｔｕａｔｉｏｎ ａｎｄ ｃｏｍｉｎｇ
ｔｅｎｄｅｎｃｙ ａｒｅ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ ａｎｄ ｅｖａｌｕａｔｅｄ．Ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ ｔｈｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ＬＥＤ ｌｉｇｈｔ ｓｏｕｒｃｅ，
ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｃｏｎｓｉｄｅｒａｔｉｏｎ ｏｆ ＬＥＤ ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ ｅｎｇｉｎｅ ａｒｅ ａｌｓｏ ｒｅｖｉｅｗｅｄ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＬＥＤ－ｂａｓｅｄ ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ；ＬＥＤ ｌｉｇｈｔ ｓｏｕｒｃｅ；ＬＥＤ ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ ｅｎｇｉｎｅ
ＬＥＤ投影系指采用ＬＥＤ光源的所有投影装置，
Ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ）应该大体上包含四类产品。
第一类称为口袋／袖珍式投影机（Ｐｏｃｋｅｔ
Ｐｒｏｊｅｃｔｏｒ），亦称移动（Ｍｏｂｉｌ）、个人（Ｐｅｒｓｏｎａ１）、掌
上（Ｈａｎｄ—Ｈｅｌｄ）或超小型投影机（Ｍｉｎｉ—Ｐｒｏｊｅｃｔｏｒ）。
它给投影赋予光源特征，以区别于传统的ＵＨＰ或
ＨＩＤ投影。当前，多种显示技术并存共生，平板显示
特别是液晶显示的进展引人注目。而前投影机和背
投电视的全球销量目前也已达千万台，并具较好成
长性，也不容忽视。
它小型轻便到可置于手掌上或口袋中，画面可供数
人观看，主要为个人应用，高端机型也可适合商业应
用。近几年，移动数码图像产品种类层出不穷，销量
突飞猛进，移动投影也被选择作为笔记本电脑、
ＰＤＡ、便携式ＤＶＤ、ＤＳＣ、ＤＶ、ＰＭＰ以及移动电话等
产品的显示伴侣，用以获得比原屏幕大得多的画面。
ＬＥＤ投影产品、市场和技术的现状以及发展趋
势，给整个投影行业会带来怎样的变化和影响，这些
都值得关注和探讨。
１ ＬＥＤ投影分类和特征
１．１ 四类ＬＥＤ投影
考虑现状和趋向，ＬＥＤ投影（ＬＥＤ—Ｂａｓｅｄ
６现代显示Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｄｉｓｐｌａｙ
第二类称为集成式投影机（１ｎｔｅｇｒａｔｅｄ
Ｐｒｏｊｅｃｔｏｒ），亦称微型投影机（Ｍｉｃｒｏ、Ｐｉｃｏ或Ｎａｎｏ
Ｐｒｏｊｅｃｔｏｒ）。它无须单独机壳，仅以组件形式将ＬＥＤ
投影光机组合到其它数码产品中，投射出比原有直
Ｄｅｃ ２００６ 收稿日期：２００６—１０—８
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视屏幕大的图像。它组合在多媒体手机中的前景最
为诱人，但首先组合的可能是尺寸较大的其它数码
产品。目前报道的集成式光机有两种架构，一种将口
道，其中包括４家的销售产品。曾经看到两个全球市
场预测，如表２所示。
表２ 口袋式ＬＥＤ投影机市场预测
（千台）年份 ２００５
预测１（２００４年） ３０
袋式ＬＥＤ投影光机性能大为简化、尺寸极端微型
化，另一种是ＬＥＤ激光扫描成像投影光机。
２００６
２２０
２００７
９４０
２００８ ２０１０
第三类称为便携式投影机（Ｐｏｒｔａｂｌｅ Ｐｒｏｊｅｃｔｏｒ），
尺寸和重量比前述口袋式投影机大，类似于目前采
用ＵＨＰ灯的超便携投影机，适用于商务和家用。
第四类为背投电视（ＲＰＴＶ），以家用为主。
预测２（２００６年） 很少 ３０￣５０ ～１．０００ ～２，８００
全新市场的产品本来就难以预测，２００５和
２００６两年的实际销售量都滞后于预测１，据分析有
两个原因：一是产品本身的，即原来的１ ０１ｍ～２０１ｍ
的光输出使得图像尺寸小、亮度低，价格也明显偏
高：二是市场认知，目标消费者尚未接触到，当然就
没机会认同该产品及其应用。产品正在不断进步，今
第一、二类产品市场是ＬＥＤ投影开拓的独有领
地，传统ＵＨＰ投影过去没有以后也不会进入这个新
市场；而第三、四类产品市场却是ＵＨＰ投影的传统
优势领域。
１．２各类ＬＥＤ投影性能特征
许多性能指标对四类ＬＥＤ投影不构成类别特
征；也有些性能参数差异明显，可供产品的分类策
划、设计和销售参考。因此，尝试归纳类别特征实属
必要，如表１所示。
年６月索尼公司报道了一款产品（图１下），采用
３一ＬＣＤ ０，６２ｉｎ，分辨率８００×６００，体积４１０ｃｃ，１Ｗ
４Ｒ＋６Ｇ＋４Ｂ ＬＥＤ光源，光输出５０１ｍ，整机功耗／Ｊ、于
３ＯＷ，光源功耗１８Ｗ。采用该公司配售的高增益前
投屏幕，２０ｉｎ画面亮度高达２９２ ｃｄ／ｍ 。
这些分类特征数据的预测适合于至２０１ ０年，此
后，表中的数据将可能更好一些。
表１ 四类ＬＥＤ投影的性能特征
画面尺寸 引擎输出
供电方式 体积（ｃｃ） 重量（ｇ）
（ｉｎ） （１ｍ）
集成式 ５ １５ ５～１５
３０ ５Ｏ
电池
电池或外
＜５Ｏ ＜１００
口袋式 １５ ４０ 接交直变 ＜６０Ｏ
５０—１０Ｏ
＜５ｏｏ
流电源
２００ ４００
便携式 ３０￣８０
４００—８００
交流 ＜３．０００ ＜ｌ，５００
背 投 ４０—７Ｏ ２００—５００ 交流 ｜ ｜
２ 四类ＬＥＤ投影进展各不相同
２．１ 口袋式ＬＥＤ投影
口袋式ＬＥＤ投影在四类机型中最引人注目，
２００３年出现原理样机，到目前有１ Ｏ多家公司的报
图１口袋式ＬＥＤ投影机
现代显示Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｄｉｓｐｌａｙ ７
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■■ｒ—’、
范朝勋：ＬＥＤ投影发展和趋势述评 专家的思考
Ｔｈｅ Ｍａｓｔｅｒ’Ｓ Ｗａｙ
业内公认这类ＬＥＤ投影会最早量产量销。作者
认为，如表１，销售产品的光通量输出必须达到
３０１ｍ ５０１ｍ，至２０１０年将接近１００１ｍ。技术已经能
靠、宽色域、瞬时开关、静音、环保等新卖点，且合理
低价，ＬＥＤ背投才会有市场生命力。
实现这样的光输出，问题在于同时满足其它性能，如
电池工作时的耗电，体积重量和价格。市场开始上量
时，中等性能产品的价格不宜超过５００美元，经成本
分析可行，但取决于厂家的价格策略。它即将进入快
速成长期，近来国内外热烈报道手机收看电视的信
息对其显示伴侣当是利好。
２．３便携式ＬＥＤ投影
主流传统前投影机采用１Ｏ０Ｗ一２５０Ｗ ＵＨＰ
灯，光输出１，０００１ｍ一２，５００１ｍ，投影尺寸３０ｉｎ一
２００ｉｎ，重量１．５ｋｇ一４ｋｇ，体积４，０００ｃｃ￣１０，０００ｃｃ。到
２０１０年前，便携式ＬＥＤ投影虽因光输出较低，只能
用在低端尺寸（３０ｉｎ ８０ｉｎ），但功耗仅几十瓦，重量
和体积分别小于１．５ｋｇ及３，０００ｃｃ，再因ＬＥＤ光源
２．２ ＬＥＤ微显背投
ＬＥＤ微显背投是已投入市场销售的第二类
ＬＥＤ投影，样机在２００５年ＣＥＳ展会首次亮相，
２００６年ＣＥＳ上，多达５家公司展示ＬＥＤ微显背
投。今年８月，三星一马当先，将ＬＥＤ背投
ＨＬ—Ｓ５６７９Ｗ（图２）投放北美市场。单片ＤＬＰ，
１９２０Ｘ １０８０ｐ，５６ｉｎ，采用专门用于ＬＥＤ微显背投的
光源。其说明书足够详尽，但却没有给出光源和整机
功耗，以及引擎光输出或屏幕亮度等指标。可推断其
光输出￣＞３００１ｍ，应与１２０Ｗ—ＵＨＰ微显背投相当。
有一系列比较优势（表３，见下页），如合理低价，可
应用在家庭影院和移动商务。它在ＵＨＰ前投传统优
势市场中竞争，虽未创造新用途，但其显在和潜在的
优势可能会激发新型市场和原有市场分层的需求。
至今仅有个别采用微显示、光输出大于１ Ｏ０ ｌｍ
的ＬＥＤ前投影机的研究报道。光输出超过３００ Ｉｍ的
ＬＥＤ背投所ｌ角的光源（见３＿４节）原理上也可用于微
显示前投。再一方案则采用非微显示成像器件，增大
系统光束扩展量和ＬＥＤ光源尺寸，使光输出达到
２００１ｍ一４００ Ｉｍ。据分析预测，到２００８年和２０１０年，
便携式ＬＥＤ投影光输出可分别达５００１ｍ和８００ Ｉｍ。
２．４集成式ＬＥＤ投影
几年前就构想集成式投影组合到数码图像产品
内，而原理样机（图３）今年才见报道。以手机为代表
图２ ＬＥＤ微显背投
微显背投分辨率高，价格远低于同尺寸平板电
视，全球尤其北美市场经历了连续４年的高增长，总
规模达到＞３００万台。近年，ＰＤＰ和ＬＣＤ超大屏幕
电视加快性能提升和降价趋势，５０ｉｎ以下微显背投
的性价比优势正在减弱。ＬＥＤ背投市场是ＵＨＰ背投
的传统优势领域。它处于市场导入期，只有认知ＬＥＤ
光源给背投带来的高亮度、长寿命不换灯、稳定可
图３集成式ＬＥＤ投影原理样机
８现代显示Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｄｉｓｐｌａｙ Ｄｅｃ ２００６
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的各类数码产品数量如此巨大，故
ＬＥＤ集成式投影的探索和尝试不
会停歇。
光色
色饱和度
彩色再现范围
光谱
辐射热
响应时间
表３ ＬＥＤ和ＵＨＰ光源的比较
ＬＥＤ光源
ｉ基、多基色、白色
高
大
可见光
很小
＜１ ｉｎｓ
ＵＨＰ光源
白色
较低
较小
可见光．ＵＶ／ＩＲ
较大
＞１ ｒａｉｎ
备 注
图３原理样机距实用尚远，达
到表１中光输出容易，将引擎体积
减小到３０ｃｃ却难以实现。２０１０年
前实用大概不可能，除非技术和光
元器件有突破或创新进展。
ＬＥＤ的传导热仍然较大
环保 符合环保标准
＞２０，０００
较易
较大
５０—６５
含高汞气压
２，０００￣６，０００ ＵＨＰ寿命与功率成反比
较难
很小
￣７０
ＵＨＰ光源的ｑ）ｓ／Ｅｓ更高
指功率Ｗ—ＬＥＤ
３ ＬＥＤ投影光源
３．１ 设计要求
ＬＥＤ投影光源主要由ＬＥＤ（器
寿命（ｈｒｓ）
驱动
光束扩展量Ｅｓ
流明效率（１ｍ／Ｗ）
件或芯片）、基板、初级光学元件和
外，应用时往往需要加置与基板装
配的热沉。其主要设计要求简述如
下：
效率温度关系 温度ｔ，效率ｌ
１，３，５，１０
较低
２４０
不显著
１００－２５０
较高
８０—１３０ 指通用的功率ＬＥＤ
ＬＥＤ矩阵达可数十瓦
驱动电路等部分组成。除上述部分
单灯单芯片功枣（Ｗ）
光学引擎成熟度
流明成本￣／Ｋ ｌｍ
ＬＥＤ（器件或芯片）种类和数量，满足光源光学
扩展量、光输出、光色、功耗和排列等要求；
基板利于散热和热沉组合装配，便于内外连
接、热管理控制以及防静电损坏等；
散热路径各部分的热阻都低并有效冷却，减
改进提高后与ＵＨＰ相当或超过。
在颜色、光谱和响应方面，ＬＥＤ灯优势明显。它
可直接发出Ｒ、Ｇ、Ｂ基色光，而白光ＵＨＰ灯则需经
分光、滤色或者滤色轮才能形成基色光，利用效率较
低。ＬＥＤ不辐射ＵＨＰ固有的紫外和红外光，有利于
少热积累和温升，降低结温，保持ＬＥＤ光输出和颜
色稳定：
液晶成像器件的安全和整机可靠性，利于采用量轻
价低的光学塑料元件。基色ＬＥＤ光源特别适合场
驱动电路效率高，驱动电流设置有利于高效
和可靠发挥ＬＥＤ性能；
序彩色（ＦＳＣ）方式，从而提高引擎效率，实现小型、
轻量和低成本化。长寿命是ＬＥＤ灯的另一明显优
初级光学元件的收集入射角与ＬＥＤ匹配，收
势，如果投影尺寸相同，即便在目前，寿命长３—１ ０
倍的优点就可弥补流明成本高２～３倍的不足，更不
消说ＬＥＤ灯寿命增长和成本下降的潜力远大于
ＵＨＰ。ＬＥＤ光源灯优势也带出了ＬＥＤ投影引擎的
优势。
集率和透过率高，出射角度小，使尽量多的光能进入
引擎：
长寿命，高可靠，低成本，体小量轻。
３．２ ＬＥＤ和ＵＨＰ光源比较
表３列出ＬＥＤ光源和ＵＨＰ光源的简明比较。
表中１～９项是ＬＥＤ光源的比较优势，属于固有
３．３ 矩阵光源
单ＬＥＤ（芯片或器件）光输出不足，有时需采
用矩阵光源形式。单ＬＥＤ就算具有标准的朗伯分
的原理性特征；１０～１５项是ＬＥＤ用做投影光源灯目
前的不足。光学扩展量和效率温度关系虽是ＬＥＤ光
源的固有限制，但也有明显进步：此外的其它不足可
布特性，矩阵光源却是多个离散发光元件的扩展
面光源。
有两种矩阵结构可得到光输出高的ＬＥＤ投影
Ｄｅｃ ２００６ 现代显示Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｄｉｓｐｌａｙ ９
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■ｒ—、
ｉ 羹ｌｌ 强 范朝勋：ＬＥ。投影发展 趋势述 Ｔｈｅ专家 Ｍａｓ的思ｔｅｒ’Ｓ考 Ｗａｙ
光源。一是多个瓦级功率ＬＥＤ封装器件紧密排列在
基板上的器件矩阵光源；二是多个ＬＥＤ瓦级芯片排
列和封装在散热良好的基板上的芯片矩阵光源。目前
矩阵光源的标准产品甚少，需要自行设计研制或定制
外购。
与单ＬＥＤ光源的设计要求相比，矩阵光源有两
个难点，即热管理和收集光学元件。ＬＥＤ发光效率尚
不够高，密集排列的ＬＥＤ容易使热量集中，基板和热
沉来不及散热，ＬＥＤ的Ｐ—Ｎ结温上升，发光效率下
图４ ＬＥＤ背投光源：Ｌｕｍｉｎｕｓ（ａ）和欧斯朗（ｂ）
表４参数引自论文报道，尚未查到公司的产
品说明书。两个标 号的参数系本文计算值，说明
在直流驱动条件下，引擎光输出可达３００ Ｉｍ。计算
中合理假设白平衡下基色光通量比例Ｒ：Ｇ：
降，反过来又造成更多热量。热管理设计的目标是芯
片到热沉路径的热阻和热沉与环境温度差的最小化，
并实现智能控制。由于ＬＥＤ矩阵光源的离散发光特
性，收集光学元件与ＬＥＤ一一对应，也呈现密集排
列。如ＬＥＤ本身的发光角度较大，微光学元件就难以
Ｂ＝３：７：１，背投屏幕的对角线５２ｉｎ，增益４，透过
率６Ｏ％，亮度３００ｎｉｔ。据信２００６年ＣＥＳ展会上５
家公司的ＬＥＤ背投都采用Ｌｕｍｉｎｕｓ的
达到收集入射角小，收集透过率高和出射角度小的设
计要求。
ＰｈＩａｔＬｉｇｈｔ 光源，其中之一就是３ＬＣＤ引罄，其
通过提高发光效率来缩小发光面积，以及通过
降低发光角来减／Ｊ、收集入射角的思路，对于单个或
矩阵ＬＥＤ光源的光输出，对于减缓热管理和收集光
学元件压力，均意义重大。
２０％的高引擎效率主要源于ＬＥＤ光源的光谱特
性明显优于ＵＨＰ灯。
３．５ ＬＥＤ光效前景
３．５．１ 流明效率
３．４两种新型ＬＥＤ背投光源
Ｌｕｍｉｎｕｓ Ｄｅｖｉｃｅ和欧斯朗两公司依靠各自独
它也称发光效率，与ＬＥＤ投影光源的光输出密
切相关，更是半导体照明产业发展进程中的关键指
特的芯片和封装技术，能提供目前最好的背投影光
源。Ｌｕｍｉｎｕｓ的光子晶体技术和欧斯朗的纯表面发
射技术，都同样达到提高发光效率和降低发光角的
设计目标，在ＬＥＤ背投应用中均处于领先地位。
标。明确并信赖其发展前景，对ＬＥＤ投影的从业者十
分重要。
根据参考文献 ，流明效率ｒ７ Ｌ＝ ＬＭＸ ＬＥ
式中，极限流明效率订ＬＭ＝Ｃ Ｘ Ｅ（．７Ｉ）Ｘ Ｖ（．７Ｉ）
Ｏｓｒａｍ－０Ｓ
０ｓｔａｒ ＲＩｙｒＶ
｜
表４ 两家公司的ＬＥＤ背投光源
公 司
商标
刑 号
Ｌｕｍｉｎｕｓ Ｄｅｖｉｃｅ
ＰｈｌａｔＬｉｇｈｔ
８５
备 注
Ｏｓｔａｒ带锥形收集器
单色光源面积（ｍｍ２）
发光（收集）芈角（。）
８．６
５５。（发光半角）
２４．５
２５。（收集半角）
光源（收集）Ｅ（ｍｍ ｓｒ）
微显（ＭＤ）对角线（ｉｎ）
投影镜头Ｆ数
热阻（结到基板）Ｉ（／Ｗ
单片微显Ｅｄ
１８．６（Ｅｓ）
０．７
２．４
１．０
１８３
３２，５（Ｅｃ）
０皇５—０．９５
２．４
１．０５
３２．０
型号ＰｈｌａｔＬｉｇｈｔ￣Ｍ－ＰＴＩ８０用于０．８ｉｎ－，Ｏ．９ｉｎ的ＭＤ
Ｒ、Ｇ、Ｂ光通量（１ｍ１
白平衡光通量ｌｍ（Ｒ：Ｇ：Ｂ＝３：７：１）
＊３ＬＣＤ引擎效率％（引擎输山３００ ｌｍ）
８００、ｌ。０００、１５０
１，４００
２１．４
７５０、１，２５０、１８０
１ ８００
１５．８
ＰｈｌａｔＬｉｇｈｔＭＴ－ＰＴ１８０达到２，０００ ｌｍ
没屏幕５２ｉｎ Ｌ＝３００ｎｉｔＧ＝４ 印％求出中
１ ０现代显示Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｄｉｓｐｌａｙ Ｄｅｃ ２００６
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色光和ＲＧＢ白光ＬＥＤ的能量利用效率力 ＝
ＥＱＥ Ｘ ＷＰ Ｘ Ｐ
别却比较明显，ＬＥＤ新光源必须对应新型的投影引擎。
而荧光白光ＬＥＤ的能量利用效率力 ＝ＥＱＥ Ｘ
ＷＰ× Ｐ× Ｃ
４．１新光源新引擎
光学引擎中顺序￣ｌｚｌＮ着ＬＥＤ光源、照明系统、成
上述式中，常数Ｃ＝６８３ Ｉｍ／Ｗ，Ｅ（ ）相对光谱能
像器件和投影系统。对应单片成像器件，投影系统就
是投影镜头；对应三片则需增加合光棱镜。成像器件
种类规格的选择和镜头的设计基本同于传统投影。
系统光束扩展量
光源光束扩展量
Ｅｎ＝Ｔｒ ／４Ｆ
量分布函数，Ｖ（ ）光谱光视效率函数，ＥＱＥ外量子
效率， 电功效率， 封装效率， 荧光效率。
的提高，玑 这些能量 随着ＥＱＥ、 ｖｖＰ、 、
利用效率逐步提升，流明效率仉也朝着其极限
值——光谱流明效率仉Ｍ逐步提高。
３．５．２功率ＬＥＤ流明效率提高趋势
Ｅ＝ＴｒＡ ｓｉｎ ０
两式表明，已正比于成像器件面积Ａ ，反比于
投影镜头的Ｆ口：而 则与发光面积Ａ 和对发光光
功率ＬＥＤ流明效率提高趋势如表５。以
Ｗ—ＬＥＤ为例，其流明效率理论极限是
３００１ｍ／Ｗ一４００ Ｉｍ／Ｗ，随着分项能量利用效率持续
改进，经历１ ５～２Ｏ年后，将从目前的５０１ｍ／Ｗ提高
束的收集半角０ 都成正比。原理上一般认为要有
效地将光能从光源收集并传递到成像器件，应满足
Ｅｓ不大于Ｅｄ；实际上，合理考虑设计和制造中的因
素影响，Ｅｓ可能会等于或稍大于Ｅ口。基于简单逻辑，
增大已有利于采用更大的Ｅ，从而提高引擎光输
出。因微显成像器件的已很小，有时为缓解它对Ｅ
的限制，需要适当调整 选择和Ｆ设计。
到２００ Ｉｍ／＼／ｖ上下。表５中的趋势值得期待，提高的
根本推动力来自于ＬＥＤ的普通照明，这是所有先进
工业国家能源环保基本国策的共识。
最新报道功率Ｗ—ＬＥＤ器件商品在３５０ｍＡ下输
出９５１ｍ．相当于光效８５１ｍ／Ｗ：７００ｍＡ下输出１ ６Ｏ Ｉｍ．
光效６７ Ｉｍ／＼／ｖ，表明一年来光效的提高超过了预计。
表５ 功率ＬＥＤ的 ｕⅥ、 ＬＥ和 的目前水平和发展前景
光源可利用的光输出和引擎光效决定引擎光输
出，这是ＬＥＤ投影引擎设计的关键。ＬＥＤ新引擎与
传统引擎的主要区别在于不同的光源和与之紧密配
合的照明系统。
Ｒ—ＬＥＤｋｄ Ｇ—ＬＥＤｋｄ Ｂ—ＬＥＤｋｄ Ｗ—ＬＥＤ依门光方
经十多年改进，采用ＵＨＰ灯的传统引擎日趋成
熟，除ＬＣＯＳ引擎外，３ＬＣＤ和ＤＬＰ引擎都已进行
过优化，甚至某种程度的标；住化设计，继续提高的余
地相对不大。ＬＥＤ厂家较多，有基色ＬＥＤ也有白光
ＬＥＤ，可用ＬＥＤ芯片也可用ＬＥＤ封装器件，单ＬＥＤ
和矩阵ＬＥＤ均可选做光源。因光源灯的特点和来源
多渠道，微显成像器件分三种，本身的个性设计要求，
使得ＬＥＤ照明系统设计百花齐放。因此，仅三年历史
的ＬＥＤ投影引擎设计很不成熟，远未优化，更谈不上
标准化。目前的引擎架构繁多，暂时不便分类评述。
６２７ｎｍ ５３０ｎｍ ４７０ｎｍ 式、Ｅ（Ａ）、ＣＣＴ、ＣＲＩ
而定
３００—４００
△Ａ ２０ｎｍ △Ａ ３５ｎｍ △Ａ ２５ｎｍ
∞ＬＭ ２０４ ５８９ ６２
（１ｍ／Ｗ）
＂ｒ／ｔｚ ２ｏｏ５年 １６
６６
３３
ＲＧＢ广１光 荧光ｆＬｌ光
７
６６
４１
２６
６６
１６
１７
６６
—５４
ｌ３
５６
—４５
ｆ％１ ２０２０ ２５伍
∞Ｌ ２００５钜
０ｍ／Ｗ） ２０２０～２５拒 １３５ ３８９ ４１ ～２１Ｏ ～１８Ｏ
４ ＬＥＤ投影引擎
４．２光源与引擎
ＬＥＤ投影的主要架构包括投影引擎、电子电路和
第３节专门评述过ＬＥＤ投影光源，现在需要补
充它与投影引擎设计的相互关系。ＬＥＤ光源给投影
性 能带来一些限制，特别是光输出。光源的核心要求
是在单位光源光学扩展量内输出尽量大的光通量，
结构。电子电路与传统投影的差别在于光源灯驱动，以
及光源和成像器件的同步时序控制：结构上的差异在
于光源的散热结构。但ＬＥ Ｄ投影引擎与传统投影的差
现代显示Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｄｉｓｐｌａｙ １ １
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范朝勋：ＬＥＤ投影发展和趋势
即中ｓ／Ｅｓ最大化。
ＬＥＤ可用作投影光源，但用于微显投影的却都是
ＲＧＢ基色ＬＥＤ，照明系统无须形成基色。单片式照明
系统内不再有机械式的马达色轮，由电路控制光源和
为确定光源所用ＬＥＤ（芯片或封装器件），一般需
经历以下设计步骤。根据引擎光输出指标，由原理引擎
的设计效率计算光源光输出；由此选择ＬＥＤ，验证其发
光面积、发光角满足Ｅｄ限制；如不能确定满足，可另选
单位光束扩展量对应光通量更高的ＬＥＤ，或修改引擎
成像器件ＦＳＣ同步形成彩色。两者彩色实现方式不
同，而且ＬＥＤ光源更加有利于提高照明效率。
设计以提高其效率，或通过修改成像器件尺寸选择和
投影镜头设计以增大已；如仍然不能确定满足，可能
就只有降低引擎光输出的设计要求。
这是以光输出为主线的设计和修改，过程中应注意
两个方面。一是折中处理上面提及的多个性能，可能需
参考文献
【１】Ｋ．Ｗｅｎｍｅｒ．Ｃｏｍｉｎｇ Ａｔｔｒａｃｔｉｏｎｓ：ＣＥＳ ２００６
Ｓｈｏｗｃａｓｅｓ Ｌａｔｅｓｔ ＦＰＤ，ＭＤＴＶ ａｎｄ ＢＬＵ
Ｐｒｏｄｕｃｔｓ［Ｊ］．现代显示，２００６，６５（７）：５—１ ０．
【２】Ｃ．Ｃｈｉｎｎｏｃｋ．ＣＥＳ Ｅｘｈｉｂｉｔｓ Ｈｅｒａｌｄ ｔｈｅ Ａｒｒｉｖａｌ ｏｆ
Ｔｅｌｅｖｉｓｉｏｎｓ Ｂａｓｅｄ ｏｎ ＬＥＤｓ【Ｊ】．Ｌｅｄｓｍａｇａｚｉｎｅ，
２００６。２：１５—１７．
要经验和技巧的积累；二是还必须考虑其它指标，诸如
ＬＥＤ光源的热管理和温度影响，成像器件上照明光束的
幅型比变换、均匀性和孔径角，尺寸重量和成本等。
【３】Ｈ．Ｚｏｕ，ｅｔ．ａ１．Ｓｉｎｇｌｅ—Ｐａｎｅｌ ＬＣＯＳ Ｃｏｌｏｒ Ｐｒ—
ｏｊｅｃｔｏｒ ｗｉｔｈ ＬＥＤ Ｌｉｇｈｔ Ｓｏｕｒｃｅｓ【Ｃ】．ＳＩＤ‘０５
４．３照明光学系统
照明系统属非成像光学，设计要点是光能传递，
包括光通量、光色、光束角、幅型比、均匀性等指标。
光学元件的功能可能分别涉及对光源光能的收集、
光束幅型比变换、偏振光变换、基色形成和彩色合
成、光束整形、光束方向折返等。并非ＬＥＤ投影均要
求上述功能，比如口袋式投影通常需要照明系统有
效简化。传统ＵＨＰ照明系统的设计可供借鉴：源于
ＵＨＰ和ＬＥＤ光源的差异，两者的光源光能收集和彩
Ｄｉｇｅｓｔ：１６９８－１７０１．
【４】Ｃ．Ｈｏｅｐｆｎｅｒ．ＰｈｌａｔＬｉｇｈｔ Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ Ｌａｔｔｉｃｅ ＬＥＤｓ
ｆｏｒ ＲＰＴＶ Ｌｉｇｈｔ Ｅｎｇｉｎｅｓ【Ｃ】．ＳＩＤ‘０６ Ｄｉｇｅｓｔ，：
１８０８－１８１ １．
【５ｌ Ｎ．Ｂｒｅｉｄｅｎａｓｓｅｌ，ｅｔ．ａ１．ＬＥＤ Ｌｉｇｈｔ Ｓｏｕｒｃｅ ｆｏｒ
ＲＰＴＶＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ【Ｃ】．ＳＩＤ’０６Ｄｉｇｅｓｔ：１８１６—１８１８．
【６】范朝勋．ＬＥＤ流明效率的研讨【Ｊ】 现代显示，ｌ
２００６．６５（７）：１１—１６．
【７】Ｇ ｒｅｅ Ｕｎｖｅｉｌｓ Ｈｉｇｈ—ｃｕｒｒｅｎｔ Ｘｌａｍｐ Ｐｏｗｅｒ ＬＥＤ
【Ｊ】．Ｎｅｗｓ ｆｒｏｍ Ｌｅｄｓｍａｇａｚｉｎｅ，２００６，１ ０：３．
【８】Ｈ．Ｓａｋａｔａ，ｅｔ．ａ１．Ａ Ｈｉｇｈ—Ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ＨＴＰＳ
色实现却有很大区别。
ＵＨＰ灯发光点极小，传统照明系统采用反射器
收集它发出的光能。ＬＥＤ视同面光源，发光立体角 Ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ Ｅｎｇｉｎｅ ｗｉｔｈ ＬＥＤ Ｌｉｇｈｔ Ｓｏｕｒｃｅｓ【Ｃ】．
ＳＩＤ‘０６ Ｄｉｇｅｓｔ：１ ７２４—１ ７２７．
【９】Ｏ．Ｈ．Ｗｉｌｌｅｍｓｅｎ，ｅｔ．ａ１．Ａ Ｈａｎｄｈｅｌｄ Ｍｉｎｉ—
２ Ｔｒ；若存在侧面发射，发光立体角更大。满足光束扩
展限制有难度，用作投影光源的ＬＥＤ也各不相同，
故收集元件种类较多，包括透镜、收集器、抛物面聚
Ｐｒｏｊｅｃｔｏｒ Ｕｓｉｎｇ ＬＥＤ Ｌｉｇｈｔ Ｓｏｕｒｃｅｓ【Ｃ１．ＳＩＤ’０５
Ｄｉｇｅｓｔ：１ ７０６－１ ７０９．
光器和光椎等。匹配ＬＥＤ的角分布特性，位置尽量
靠近芯片，在最小角度内收集到最多光能，透过率
高，出射角小，与后续照明元件匹配，这些是光能收
作者简介：范朝勋（１ ９４２一），成都入，教授级高工，
１ ９６４年西安电子科技大学毕业后留校任教，后陆续
任大型电子企业副总工，股份公司副总裁，工程技术
集元件设计或选择的主要准则。
微显投影的ＵＨＰ照明光源是白光源，其光谱的
中心首席专家，近十多年，主要技术方向为平板和投
影显示，目前集中研究ＬＥＤ投影，兼任现代显示杂
基色峰值特性不理想，尤其在可见光的长波长区。因
此，三片式和单片式的基色形成及彩色合成过程均涉
及损耗，而调整ＵＨＰ光谱实现白平衡也有损耗。白光
志专家编委，大屏幕投影显示协会专家委员会委员，
Ｅ—ｍａｉｌ：ｆａｎｃｈａｏｘｕｎ＠ｙａｈｏｏ．ｃｏｍ．ｃｎｏ
１ ２现代显示Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｄｉｓｐｌａｙ Ｄｅｃ ２００６
2024年6月13日发(作者：江绮梅)
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范朝勋：ＬＥＤ投影发展和趋
臻基
文章编号：１００６—６２６８（２００６）１２—０００６—０７
ＬＥ Ｄ投影发展和趋势述评
范朝勋
（成都光电显示工程技术中心。成都６１００２１）
摘要：概括论述和评价ＬＥＤ投影的分类、现状和趋势，ＬＥＤ投影光源的设计和应用前蒂，ＬＥＤ
投影引擎的设计考虑。
关键词：ＬＥＤ投影；ＬＥＤ光源；ＬＥｔ）投影引擎
中图分类号：ＴＮ１４１ 文献标识码：Ａ
Ｒｅｖｉｅｗｉｎｇ Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ａｎｄ Ｔｅｎｄｅｎｃｙ ｏｆ ＬＥＤ－ｂａｓｅｄ Ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ
ＦＡＮ Ｃｈａｏ－ｘｕｎ
（Ｃｈｅｎｇｄｕ Ｃｅｎｔｅｒ ｏｆ Ｏｐｔｏ－Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｄｉｓｐｌａｙ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ＆Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ。
Ｓｉｃｈｕａｎ Ｃｈｅｎｇｄｕ ６１ ００２１，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ＬＥＤ－ｂａｓｅｄ ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ，ｉｔｓ ｅｘｉｓｔｉｎｇ ｓｉｔｕａｔｉｏｎ ａｎｄ ｃｏｍｉｎｇ
ｔｅｎｄｅｎｃｙ ａｒｅ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ ａｎｄ ｅｖａｌｕａｔｅｄ．Ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ ｔｈｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ＬＥＤ ｌｉｇｈｔ ｓｏｕｒｃｅ，
ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｃｏｎｓｉｄｅｒａｔｉｏｎ ｏｆ ＬＥＤ ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ ｅｎｇｉｎｅ ａｒｅ ａｌｓｏ ｒｅｖｉｅｗｅｄ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＬＥＤ－ｂａｓｅｄ ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ；ＬＥＤ ｌｉｇｈｔ ｓｏｕｒｃｅ；ＬＥＤ ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ ｅｎｇｉｎｅ
ＬＥＤ投影系指采用ＬＥＤ光源的所有投影装置，
Ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ）应该大体上包含四类产品。
第一类称为口袋／袖珍式投影机（Ｐｏｃｋｅｔ
Ｐｒｏｊｅｃｔｏｒ），亦称移动（Ｍｏｂｉｌ）、个人（Ｐｅｒｓｏｎａ１）、掌
上（Ｈａｎｄ—Ｈｅｌｄ）或超小型投影机（Ｍｉｎｉ—Ｐｒｏｊｅｃｔｏｒ）。
它给投影赋予光源特征，以区别于传统的ＵＨＰ或
ＨＩＤ投影。当前，多种显示技术并存共生，平板显示
特别是液晶显示的进展引人注目。而前投影机和背
投电视的全球销量目前也已达千万台，并具较好成
长性，也不容忽视。
它小型轻便到可置于手掌上或口袋中，画面可供数
人观看，主要为个人应用，高端机型也可适合商业应
用。近几年，移动数码图像产品种类层出不穷，销量
突飞猛进，移动投影也被选择作为笔记本电脑、
ＰＤＡ、便携式ＤＶＤ、ＤＳＣ、ＤＶ、ＰＭＰ以及移动电话等
产品的显示伴侣，用以获得比原屏幕大得多的画面。
ＬＥＤ投影产品、市场和技术的现状以及发展趋
势，给整个投影行业会带来怎样的变化和影响，这些
都值得关注和探讨。
１ ＬＥＤ投影分类和特征
１．１ 四类ＬＥＤ投影
考虑现状和趋向，ＬＥＤ投影（ＬＥＤ—Ｂａｓｅｄ
６现代显示Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｄｉｓｐｌａｙ
第二类称为集成式投影机（１ｎｔｅｇｒａｔｅｄ
Ｐｒｏｊｅｃｔｏｒ），亦称微型投影机（Ｍｉｃｒｏ、Ｐｉｃｏ或Ｎａｎｏ
Ｐｒｏｊｅｃｔｏｒ）。它无须单独机壳，仅以组件形式将ＬＥＤ
投影光机组合到其它数码产品中，投射出比原有直
Ｄｅｃ ２００６ 收稿日期：２００６—１０—８
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视屏幕大的图像。它组合在多媒体手机中的前景最
为诱人，但首先组合的可能是尺寸较大的其它数码
产品。目前报道的集成式光机有两种架构，一种将口
道，其中包括４家的销售产品。曾经看到两个全球市
场预测，如表２所示。
表２ 口袋式ＬＥＤ投影机市场预测
（千台）年份 ２００５
预测１（２００４年） ３０
袋式ＬＥＤ投影光机性能大为简化、尺寸极端微型
化，另一种是ＬＥＤ激光扫描成像投影光机。
２００６
２２０
２００７
９４０
２００８ ２０１０
第三类称为便携式投影机（Ｐｏｒｔａｂｌｅ Ｐｒｏｊｅｃｔｏｒ），
尺寸和重量比前述口袋式投影机大，类似于目前采
用ＵＨＰ灯的超便携投影机，适用于商务和家用。
第四类为背投电视（ＲＰＴＶ），以家用为主。
预测２（２００６年） 很少 ３０￣５０ ～１．０００ ～２，８００
全新市场的产品本来就难以预测，２００５和
２００６两年的实际销售量都滞后于预测１，据分析有
两个原因：一是产品本身的，即原来的１ ０１ｍ～２０１ｍ
的光输出使得图像尺寸小、亮度低，价格也明显偏
高：二是市场认知，目标消费者尚未接触到，当然就
没机会认同该产品及其应用。产品正在不断进步，今
第一、二类产品市场是ＬＥＤ投影开拓的独有领
地，传统ＵＨＰ投影过去没有以后也不会进入这个新
市场；而第三、四类产品市场却是ＵＨＰ投影的传统
优势领域。
１．２各类ＬＥＤ投影性能特征
许多性能指标对四类ＬＥＤ投影不构成类别特
征；也有些性能参数差异明显，可供产品的分类策
划、设计和销售参考。因此，尝试归纳类别特征实属
必要，如表１所示。
年６月索尼公司报道了一款产品（图１下），采用
３一ＬＣＤ ０，６２ｉｎ，分辨率８００×６００，体积４１０ｃｃ，１Ｗ
４Ｒ＋６Ｇ＋４Ｂ ＬＥＤ光源，光输出５０１ｍ，整机功耗／Ｊ、于
３ＯＷ，光源功耗１８Ｗ。采用该公司配售的高增益前
投屏幕，２０ｉｎ画面亮度高达２９２ ｃｄ／ｍ 。
这些分类特征数据的预测适合于至２０１ ０年，此
后，表中的数据将可能更好一些。
表１ 四类ＬＥＤ投影的性能特征
画面尺寸 引擎输出
供电方式 体积（ｃｃ） 重量（ｇ）
（ｉｎ） （１ｍ）
集成式 ５ １５ ５～１５
３０ ５Ｏ
电池
电池或外
＜５Ｏ ＜１００
口袋式 １５ ４０ 接交直变 ＜６０Ｏ
５０—１０Ｏ
＜５ｏｏ
流电源
２００ ４００
便携式 ３０￣８０
４００—８００
交流 ＜３．０００ ＜ｌ，５００
背 投 ４０—７Ｏ ２００—５００ 交流 ｜ ｜
２ 四类ＬＥＤ投影进展各不相同
２．１ 口袋式ＬＥＤ投影
口袋式ＬＥＤ投影在四类机型中最引人注目，
２００３年出现原理样机，到目前有１ Ｏ多家公司的报
图１口袋式ＬＥＤ投影机
现代显示Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｄｉｓｐｌａｙ ７
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■■ｒ—’、
范朝勋：ＬＥＤ投影发展和趋势述评 专家的思考
Ｔｈｅ Ｍａｓｔｅｒ’Ｓ Ｗａｙ
业内公认这类ＬＥＤ投影会最早量产量销。作者
认为，如表１，销售产品的光通量输出必须达到
３０１ｍ ５０１ｍ，至２０１０年将接近１００１ｍ。技术已经能
靠、宽色域、瞬时开关、静音、环保等新卖点，且合理
低价，ＬＥＤ背投才会有市场生命力。
实现这样的光输出，问题在于同时满足其它性能，如
电池工作时的耗电，体积重量和价格。市场开始上量
时，中等性能产品的价格不宜超过５００美元，经成本
分析可行，但取决于厂家的价格策略。它即将进入快
速成长期，近来国内外热烈报道手机收看电视的信
息对其显示伴侣当是利好。
２．３便携式ＬＥＤ投影
主流传统前投影机采用１Ｏ０Ｗ一２５０Ｗ ＵＨＰ
灯，光输出１，０００１ｍ一２，５００１ｍ，投影尺寸３０ｉｎ一
２００ｉｎ，重量１．５ｋｇ一４ｋｇ，体积４，０００ｃｃ￣１０，０００ｃｃ。到
２０１０年前，便携式ＬＥＤ投影虽因光输出较低，只能
用在低端尺寸（３０ｉｎ ８０ｉｎ），但功耗仅几十瓦，重量
和体积分别小于１．５ｋｇ及３，０００ｃｃ，再因ＬＥＤ光源
２．２ ＬＥＤ微显背投
ＬＥＤ微显背投是已投入市场销售的第二类
ＬＥＤ投影，样机在２００５年ＣＥＳ展会首次亮相，
２００６年ＣＥＳ上，多达５家公司展示ＬＥＤ微显背
投。今年８月，三星一马当先，将ＬＥＤ背投
ＨＬ—Ｓ５６７９Ｗ（图２）投放北美市场。单片ＤＬＰ，
１９２０Ｘ １０８０ｐ，５６ｉｎ，采用专门用于ＬＥＤ微显背投的
光源。其说明书足够详尽，但却没有给出光源和整机
功耗，以及引擎光输出或屏幕亮度等指标。可推断其
光输出￣＞３００１ｍ，应与１２０Ｗ—ＵＨＰ微显背投相当。
有一系列比较优势（表３，见下页），如合理低价，可
应用在家庭影院和移动商务。它在ＵＨＰ前投传统优
势市场中竞争，虽未创造新用途，但其显在和潜在的
优势可能会激发新型市场和原有市场分层的需求。
至今仅有个别采用微显示、光输出大于１ Ｏ０ ｌｍ
的ＬＥＤ前投影机的研究报道。光输出超过３００ Ｉｍ的
ＬＥＤ背投所ｌ角的光源（见３＿４节）原理上也可用于微
显示前投。再一方案则采用非微显示成像器件，增大
系统光束扩展量和ＬＥＤ光源尺寸，使光输出达到
２００１ｍ一４００ Ｉｍ。据分析预测，到２００８年和２０１０年，
便携式ＬＥＤ投影光输出可分别达５００１ｍ和８００ Ｉｍ。
２．４集成式ＬＥＤ投影
几年前就构想集成式投影组合到数码图像产品
内，而原理样机（图３）今年才见报道。以手机为代表
图２ ＬＥＤ微显背投
微显背投分辨率高，价格远低于同尺寸平板电
视，全球尤其北美市场经历了连续４年的高增长，总
规模达到＞３００万台。近年，ＰＤＰ和ＬＣＤ超大屏幕
电视加快性能提升和降价趋势，５０ｉｎ以下微显背投
的性价比优势正在减弱。ＬＥＤ背投市场是ＵＨＰ背投
的传统优势领域。它处于市场导入期，只有认知ＬＥＤ
光源给背投带来的高亮度、长寿命不换灯、稳定可
图３集成式ＬＥＤ投影原理样机
８现代显示Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｄｉｓｐｌａｙ Ｄｅｃ ２００６
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的各类数码产品数量如此巨大，故
ＬＥＤ集成式投影的探索和尝试不
会停歇。
光色
色饱和度
彩色再现范围
光谱
辐射热
响应时间
表３ ＬＥＤ和ＵＨＰ光源的比较
ＬＥＤ光源
ｉ基、多基色、白色
高
大
可见光
很小
＜１ ｉｎｓ
ＵＨＰ光源
白色
较低
较小
可见光．ＵＶ／ＩＲ
较大
＞１ ｒａｉｎ
备 注
图３原理样机距实用尚远，达
到表１中光输出容易，将引擎体积
减小到３０ｃｃ却难以实现。２０１０年
前实用大概不可能，除非技术和光
元器件有突破或创新进展。
ＬＥＤ的传导热仍然较大
环保 符合环保标准
＞２０，０００
较易
较大
５０—６５
含高汞气压
２，０００￣６，０００ ＵＨＰ寿命与功率成反比
较难
很小
￣７０
ＵＨＰ光源的ｑ）ｓ／Ｅｓ更高
指功率Ｗ—ＬＥＤ
３ ＬＥＤ投影光源
３．１ 设计要求
ＬＥＤ投影光源主要由ＬＥＤ（器
寿命（ｈｒｓ）
驱动
光束扩展量Ｅｓ
流明效率（１ｍ／Ｗ）
件或芯片）、基板、初级光学元件和
外，应用时往往需要加置与基板装
配的热沉。其主要设计要求简述如
下：
效率温度关系 温度ｔ，效率ｌ
１，３，５，１０
较低
２４０
不显著
１００－２５０
较高
８０—１３０ 指通用的功率ＬＥＤ
ＬＥＤ矩阵达可数十瓦
驱动电路等部分组成。除上述部分
单灯单芯片功枣（Ｗ）
光学引擎成熟度
流明成本￣／Ｋ ｌｍ
ＬＥＤ（器件或芯片）种类和数量，满足光源光学
扩展量、光输出、光色、功耗和排列等要求；
基板利于散热和热沉组合装配，便于内外连
接、热管理控制以及防静电损坏等；
散热路径各部分的热阻都低并有效冷却，减
改进提高后与ＵＨＰ相当或超过。
在颜色、光谱和响应方面，ＬＥＤ灯优势明显。它
可直接发出Ｒ、Ｇ、Ｂ基色光，而白光ＵＨＰ灯则需经
分光、滤色或者滤色轮才能形成基色光，利用效率较
低。ＬＥＤ不辐射ＵＨＰ固有的紫外和红外光，有利于
少热积累和温升，降低结温，保持ＬＥＤ光输出和颜
色稳定：
液晶成像器件的安全和整机可靠性，利于采用量轻
价低的光学塑料元件。基色ＬＥＤ光源特别适合场
驱动电路效率高，驱动电流设置有利于高效
和可靠发挥ＬＥＤ性能；
序彩色（ＦＳＣ）方式，从而提高引擎效率，实现小型、
轻量和低成本化。长寿命是ＬＥＤ灯的另一明显优
初级光学元件的收集入射角与ＬＥＤ匹配，收
势，如果投影尺寸相同，即便在目前，寿命长３—１ ０
倍的优点就可弥补流明成本高２～３倍的不足，更不
消说ＬＥＤ灯寿命增长和成本下降的潜力远大于
ＵＨＰ。ＬＥＤ光源灯优势也带出了ＬＥＤ投影引擎的
优势。
集率和透过率高，出射角度小，使尽量多的光能进入
引擎：
长寿命，高可靠，低成本，体小量轻。
３．２ ＬＥＤ和ＵＨＰ光源比较
表３列出ＬＥＤ光源和ＵＨＰ光源的简明比较。
表中１～９项是ＬＥＤ光源的比较优势，属于固有
３．３ 矩阵光源
单ＬＥＤ（芯片或器件）光输出不足，有时需采
用矩阵光源形式。单ＬＥＤ就算具有标准的朗伯分
的原理性特征；１０～１５项是ＬＥＤ用做投影光源灯目
前的不足。光学扩展量和效率温度关系虽是ＬＥＤ光
源的固有限制，但也有明显进步：此外的其它不足可
布特性，矩阵光源却是多个离散发光元件的扩展
面光源。
有两种矩阵结构可得到光输出高的ＬＥＤ投影
Ｄｅｃ ２００６ 现代显示Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｄｉｓｐｌａｙ ９
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■ｒ—、
ｉ 羹ｌｌ 强 范朝勋：ＬＥ。投影发展 趋势述 Ｔｈｅ专家 Ｍａｓ的思ｔｅｒ’Ｓ考 Ｗａｙ
光源。一是多个瓦级功率ＬＥＤ封装器件紧密排列在
基板上的器件矩阵光源；二是多个ＬＥＤ瓦级芯片排
列和封装在散热良好的基板上的芯片矩阵光源。目前
矩阵光源的标准产品甚少，需要自行设计研制或定制
外购。
与单ＬＥＤ光源的设计要求相比，矩阵光源有两
个难点，即热管理和收集光学元件。ＬＥＤ发光效率尚
不够高，密集排列的ＬＥＤ容易使热量集中，基板和热
沉来不及散热，ＬＥＤ的Ｐ—Ｎ结温上升，发光效率下
图４ ＬＥＤ背投光源：Ｌｕｍｉｎｕｓ（ａ）和欧斯朗（ｂ）
表４参数引自论文报道，尚未查到公司的产
品说明书。两个标 号的参数系本文计算值，说明
在直流驱动条件下，引擎光输出可达３００ Ｉｍ。计算
中合理假设白平衡下基色光通量比例Ｒ：Ｇ：
降，反过来又造成更多热量。热管理设计的目标是芯
片到热沉路径的热阻和热沉与环境温度差的最小化，
并实现智能控制。由于ＬＥＤ矩阵光源的离散发光特
性，收集光学元件与ＬＥＤ一一对应，也呈现密集排
列。如ＬＥＤ本身的发光角度较大，微光学元件就难以
Ｂ＝３：７：１，背投屏幕的对角线５２ｉｎ，增益４，透过
率６Ｏ％，亮度３００ｎｉｔ。据信２００６年ＣＥＳ展会上５
家公司的ＬＥＤ背投都采用Ｌｕｍｉｎｕｓ的
达到收集入射角小，收集透过率高和出射角度小的设
计要求。
ＰｈＩａｔＬｉｇｈｔ 光源，其中之一就是３ＬＣＤ引罄，其
通过提高发光效率来缩小发光面积，以及通过
降低发光角来减／Ｊ、收集入射角的思路，对于单个或
矩阵ＬＥＤ光源的光输出，对于减缓热管理和收集光
学元件压力，均意义重大。
２０％的高引擎效率主要源于ＬＥＤ光源的光谱特
性明显优于ＵＨＰ灯。
３．５ ＬＥＤ光效前景
３．５．１ 流明效率
３．４两种新型ＬＥＤ背投光源
Ｌｕｍｉｎｕｓ Ｄｅｖｉｃｅ和欧斯朗两公司依靠各自独
它也称发光效率，与ＬＥＤ投影光源的光输出密
切相关，更是半导体照明产业发展进程中的关键指
特的芯片和封装技术，能提供目前最好的背投影光
源。Ｌｕｍｉｎｕｓ的光子晶体技术和欧斯朗的纯表面发
射技术，都同样达到提高发光效率和降低发光角的
设计目标，在ＬＥＤ背投应用中均处于领先地位。
标。明确并信赖其发展前景，对ＬＥＤ投影的从业者十
分重要。
根据参考文献 ，流明效率ｒ７ Ｌ＝ ＬＭＸ ＬＥ
式中，极限流明效率订ＬＭ＝Ｃ Ｘ Ｅ（．７Ｉ）Ｘ Ｖ（．７Ｉ）
Ｏｓｒａｍ－０Ｓ
０ｓｔａｒ ＲＩｙｒＶ
｜
表４ 两家公司的ＬＥＤ背投光源
公 司
商标
刑 号
Ｌｕｍｉｎｕｓ Ｄｅｖｉｃｅ
ＰｈｌａｔＬｉｇｈｔ
８５
备 注
Ｏｓｔａｒ带锥形收集器
单色光源面积（ｍｍ２）
发光（收集）芈角（。）
８．６
５５。（发光半角）
２４．５
２５。（收集半角）
光源（收集）Ｅ（ｍｍ ｓｒ）
微显（ＭＤ）对角线（ｉｎ）
投影镜头Ｆ数
热阻（结到基板）Ｉ（／Ｗ
单片微显Ｅｄ
１８．６（Ｅｓ）
０．７
２．４
１．０
１８３
３２，５（Ｅｃ）
０皇５—０．９５
２．４
１．０５
３２．０
型号ＰｈｌａｔＬｉｇｈｔ￣Ｍ－ＰＴＩ８０用于０．８ｉｎ－，Ｏ．９ｉｎ的ＭＤ
Ｒ、Ｇ、Ｂ光通量（１ｍ１
白平衡光通量ｌｍ（Ｒ：Ｇ：Ｂ＝３：７：１）
＊３ＬＣＤ引擎效率％（引擎输山３００ ｌｍ）
８００、ｌ。０００、１５０
１，４００
２１．４
７５０、１，２５０、１８０
１ ８００
１５．８
ＰｈｌａｔＬｉｇｈｔＭＴ－ＰＴ１８０达到２，０００ ｌｍ
没屏幕５２ｉｎ Ｌ＝３００ｎｉｔＧ＝４ 印％求出中
１ ０现代显示Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｄｉｓｐｌａｙ Ｄｅｃ ２００６
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色光和ＲＧＢ白光ＬＥＤ的能量利用效率力 ＝
ＥＱＥ Ｘ ＷＰ Ｘ Ｐ
别却比较明显，ＬＥＤ新光源必须对应新型的投影引擎。
而荧光白光ＬＥＤ的能量利用效率力 ＝ＥＱＥ Ｘ
ＷＰ× Ｐ× Ｃ
４．１新光源新引擎
光学引擎中顺序￣ｌｚｌＮ着ＬＥＤ光源、照明系统、成
上述式中，常数Ｃ＝６８３ Ｉｍ／Ｗ，Ｅ（ ）相对光谱能
像器件和投影系统。对应单片成像器件，投影系统就
是投影镜头；对应三片则需增加合光棱镜。成像器件
种类规格的选择和镜头的设计基本同于传统投影。
系统光束扩展量
光源光束扩展量
Ｅｎ＝Ｔｒ ／４Ｆ
量分布函数，Ｖ（ ）光谱光视效率函数，ＥＱＥ外量子
效率， 电功效率， 封装效率， 荧光效率。
的提高，玑 这些能量 随着ＥＱＥ、 ｖｖＰ、 、
利用效率逐步提升，流明效率仉也朝着其极限
值——光谱流明效率仉Ｍ逐步提高。
３．５．２功率ＬＥＤ流明效率提高趋势
Ｅ＝ＴｒＡ ｓｉｎ ０
两式表明，已正比于成像器件面积Ａ ，反比于
投影镜头的Ｆ口：而 则与发光面积Ａ 和对发光光
功率ＬＥＤ流明效率提高趋势如表５。以
Ｗ—ＬＥＤ为例，其流明效率理论极限是
３００１ｍ／Ｗ一４００ Ｉｍ／Ｗ，随着分项能量利用效率持续
改进，经历１ ５～２Ｏ年后，将从目前的５０１ｍ／Ｗ提高
束的收集半角０ 都成正比。原理上一般认为要有
效地将光能从光源收集并传递到成像器件，应满足
Ｅｓ不大于Ｅｄ；实际上，合理考虑设计和制造中的因
素影响，Ｅｓ可能会等于或稍大于Ｅ口。基于简单逻辑，
增大已有利于采用更大的Ｅ，从而提高引擎光输
出。因微显成像器件的已很小，有时为缓解它对Ｅ
的限制，需要适当调整 选择和Ｆ设计。
到２００ Ｉｍ／＼／ｖ上下。表５中的趋势值得期待，提高的
根本推动力来自于ＬＥＤ的普通照明，这是所有先进
工业国家能源环保基本国策的共识。
最新报道功率Ｗ—ＬＥＤ器件商品在３５０ｍＡ下输
出９５１ｍ．相当于光效８５１ｍ／Ｗ：７００ｍＡ下输出１ ６Ｏ Ｉｍ．
光效６７ Ｉｍ／＼／ｖ，表明一年来光效的提高超过了预计。
表５ 功率ＬＥＤ的 ｕⅥ、 ＬＥ和 的目前水平和发展前景
光源可利用的光输出和引擎光效决定引擎光输
出，这是ＬＥＤ投影引擎设计的关键。ＬＥＤ新引擎与
传统引擎的主要区别在于不同的光源和与之紧密配
合的照明系统。
Ｒ—ＬＥＤｋｄ Ｇ—ＬＥＤｋｄ Ｂ—ＬＥＤｋｄ Ｗ—ＬＥＤ依门光方
经十多年改进，采用ＵＨＰ灯的传统引擎日趋成
熟，除ＬＣＯＳ引擎外，３ＬＣＤ和ＤＬＰ引擎都已进行
过优化，甚至某种程度的标；住化设计，继续提高的余
地相对不大。ＬＥＤ厂家较多，有基色ＬＥＤ也有白光
ＬＥＤ，可用ＬＥＤ芯片也可用ＬＥＤ封装器件，单ＬＥＤ
和矩阵ＬＥＤ均可选做光源。因光源灯的特点和来源
多渠道，微显成像器件分三种，本身的个性设计要求，
使得ＬＥＤ照明系统设计百花齐放。因此，仅三年历史
的ＬＥＤ投影引擎设计很不成熟，远未优化，更谈不上
标准化。目前的引擎架构繁多，暂时不便分类评述。
６２７ｎｍ ５３０ｎｍ ４７０ｎｍ 式、Ｅ（Ａ）、ＣＣＴ、ＣＲＩ
而定
３００—４００
△Ａ ２０ｎｍ △Ａ ３５ｎｍ △Ａ ２５ｎｍ
∞ＬＭ ２０４ ５８９ ６２
（１ｍ／Ｗ）
＂ｒ／ｔｚ ２ｏｏ５年 １６
６６
３３
ＲＧＢ广１光 荧光ｆＬｌ光
７
６６
４１
２６
６６
１６
１７
６６
—５４
ｌ３
５６
—４５
ｆ％１ ２０２０ ２５伍
∞Ｌ ２００５钜
０ｍ／Ｗ） ２０２０～２５拒 １３５ ３８９ ４１ ～２１Ｏ ～１８Ｏ
４ ＬＥＤ投影引擎
４．２光源与引擎
ＬＥＤ投影的主要架构包括投影引擎、电子电路和
第３节专门评述过ＬＥＤ投影光源，现在需要补
充它与投影引擎设计的相互关系。ＬＥＤ光源给投影
性 能带来一些限制，特别是光输出。光源的核心要求
是在单位光源光学扩展量内输出尽量大的光通量，
结构。电子电路与传统投影的差别在于光源灯驱动，以
及光源和成像器件的同步时序控制：结构上的差异在
于光源的散热结构。但ＬＥ Ｄ投影引擎与传统投影的差
现代显示Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｄｉｓｐｌａｙ １ １
维普资讯
范朝勋：ＬＥＤ投影发展和趋势
即中ｓ／Ｅｓ最大化。
ＬＥＤ可用作投影光源，但用于微显投影的却都是
ＲＧＢ基色ＬＥＤ，照明系统无须形成基色。单片式照明
系统内不再有机械式的马达色轮，由电路控制光源和
为确定光源所用ＬＥＤ（芯片或封装器件），一般需
经历以下设计步骤。根据引擎光输出指标，由原理引擎
的设计效率计算光源光输出；由此选择ＬＥＤ，验证其发
光面积、发光角满足Ｅｄ限制；如不能确定满足，可另选
单位光束扩展量对应光通量更高的ＬＥＤ，或修改引擎
成像器件ＦＳＣ同步形成彩色。两者彩色实现方式不
同，而且ＬＥＤ光源更加有利于提高照明效率。
设计以提高其效率，或通过修改成像器件尺寸选择和
投影镜头设计以增大已；如仍然不能确定满足，可能
就只有降低引擎光输出的设计要求。
这是以光输出为主线的设计和修改，过程中应注意
两个方面。一是折中处理上面提及的多个性能，可能需
参考文献
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Ｔｅｌｅｖｉｓｉｏｎｓ Ｂａｓｅｄ ｏｎ ＬＥＤｓ【Ｊ】．Ｌｅｄｓｍａｇａｚｉｎｅ，
２００６。２：１５—１７．
要经验和技巧的积累；二是还必须考虑其它指标，诸如
ＬＥＤ光源的热管理和温度影响，成像器件上照明光束的
幅型比变换、均匀性和孔径角，尺寸重量和成本等。
【３】Ｈ．Ｚｏｕ，ｅｔ．ａ１．Ｓｉｎｇｌｅ—Ｐａｎｅｌ ＬＣＯＳ Ｃｏｌｏｒ Ｐｒ—
ｏｊｅｃｔｏｒ ｗｉｔｈ ＬＥＤ Ｌｉｇｈｔ Ｓｏｕｒｃｅｓ【Ｃ】．ＳＩＤ‘０５
４．３照明光学系统
照明系统属非成像光学，设计要点是光能传递，
包括光通量、光色、光束角、幅型比、均匀性等指标。
光学元件的功能可能分别涉及对光源光能的收集、
光束幅型比变换、偏振光变换、基色形成和彩色合
成、光束整形、光束方向折返等。并非ＬＥＤ投影均要
求上述功能，比如口袋式投影通常需要照明系统有
效简化。传统ＵＨＰ照明系统的设计可供借鉴：源于
ＵＨＰ和ＬＥＤ光源的差异，两者的光源光能收集和彩
Ｄｉｇｅｓｔ：１６９８－１７０１．
【４】Ｃ．Ｈｏｅｐｆｎｅｒ．ＰｈｌａｔＬｉｇｈｔ Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ Ｌａｔｔｉｃｅ ＬＥＤｓ
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１８０８－１８１ １．
【５ｌ Ｎ．Ｂｒｅｉｄｅｎａｓｓｅｌ，ｅｔ．ａ１．ＬＥＤ Ｌｉｇｈｔ Ｓｏｕｒｃｅ ｆｏｒ
ＲＰＴＶＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ【Ｃ】．ＳＩＤ’０６Ｄｉｇｅｓｔ：１８１６—１８１８．
【６】范朝勋．ＬＥＤ流明效率的研讨【Ｊ】 现代显示，ｌ
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【７】Ｇ ｒｅｅ Ｕｎｖｅｉｌｓ Ｈｉｇｈ—ｃｕｒｒｅｎｔ Ｘｌａｍｐ Ｐｏｗｅｒ ＬＥＤ
【Ｊ】．Ｎｅｗｓ ｆｒｏｍ Ｌｅｄｓｍａｇａｚｉｎｅ，２００６，１ ０：３．
【８】Ｈ．Ｓａｋａｔａ，ｅｔ．ａ１．Ａ Ｈｉｇｈ—Ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ＨＴＰＳ
色实现却有很大区别。
ＵＨＰ灯发光点极小，传统照明系统采用反射器
收集它发出的光能。ＬＥＤ视同面光源，发光立体角 Ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ Ｅｎｇｉｎｅ ｗｉｔｈ ＬＥＤ Ｌｉｇｈｔ Ｓｏｕｒｃｅｓ【Ｃ】．
ＳＩＤ‘０６ Ｄｉｇｅｓｔ：１ ７２４—１ ７２７．
【９】Ｏ．Ｈ．Ｗｉｌｌｅｍｓｅｎ，ｅｔ．ａ１．Ａ Ｈａｎｄｈｅｌｄ Ｍｉｎｉ—
２ Ｔｒ；若存在侧面发射，发光立体角更大。满足光束扩
展限制有难度，用作投影光源的ＬＥＤ也各不相同，
故收集元件种类较多，包括透镜、收集器、抛物面聚
Ｐｒｏｊｅｃｔｏｒ Ｕｓｉｎｇ ＬＥＤ Ｌｉｇｈｔ Ｓｏｕｒｃｅｓ【Ｃ１．ＳＩＤ’０５
Ｄｉｇｅｓｔ：１ ７０６－１ ７０９．
光器和光椎等。匹配ＬＥＤ的角分布特性，位置尽量
靠近芯片，在最小角度内收集到最多光能，透过率
高，出射角小，与后续照明元件匹配，这些是光能收
作者简介：范朝勋（１ ９４２一），成都入，教授级高工，
１ ９６４年西安电子科技大学毕业后留校任教，后陆续
任大型电子企业副总工，股份公司副总裁，工程技术
集元件设计或选择的主要准则。
微显投影的ＵＨＰ照明光源是白光源，其光谱的
中心首席专家，近十多年，主要技术方向为平板和投
影显示，目前集中研究ＬＥＤ投影，兼任现代显示杂
基色峰值特性不理想，尤其在可见光的长波长区。因
此，三片式和单片式的基色形成及彩色合成过程均涉
及损耗，而调整ＵＨＰ光谱实现白平衡也有损耗。白光
志专家编委，大屏幕投影显示协会专家委员会委员，
Ｅ—ｍａｉｌ：ｆａｎｃｈａｏｘｕｎ＠ｙａｈｏｏ．ｃｏｍ．ｃｎｏ
１ ２现代显示Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｄｉｓｐｌａｙ Ｄｅｃ ２００６