Laserowe źródło światła w nowoczesnych projektorach DLP i LCD

W dziedzinie technologii projekcyjnej w przeciągu ostatnich dziesięciu lat nie mieliśmy do czynienia z żadną rewolucją, którą można by porównać do wprowadzenia laserowego źródła światła. Dzięki laserom projektory zyskały nowe możliwości i stały się zdecydowanie bardziej atrakcyjnym wyborem niż dotychczas. To laser otworzył drzwi na nowe możliwości i wiele nowych technologii.

Bez wątpienia diody laserowe stały się w przeciągu ostatnich dwóch najbardziej popularnym źródłem światła w profesjonalnych projektorach instalacyjnych. Można powiedzieć, że w przypadku nowych produktów lampy zostały praktycznie wyparte. Większość nowych projektorów wyposażonych jest w laserowe źródło światła. Obecnie nie ma żadnych zalet standardowych lamp w stosunku do podświetlenia światłem lasera. Oczywiście należy się spodziewać, że w przeciągu kilku następnych lat technologia ta upowszechni się również w bardziej przystępnych cenowo produktach biznesowych, edukacyjnych czy też domowych. Zastosowanie laserowego źródła światła w tańszych produktach nie ma dziś uzasadnienia ekonomicznego – wartość modułu laserowego przekraczałaby wartość całego projektora ze standardowym źródłem światła. Zupełnie inaczej jest w przypadku projektorów instalacyjnych, gdzie ekonomicznie nie opłaca się już stosować lamp. Cena takiego projektora niezależnie od użytego źródła światła jest bardzo podobna, dotyczy to produktów o jasnościach wyższych niż 6000 ANSI lumenów, co automatycznie wyklucza użycie lamp. W przyszłości możemy spodziewać się, że poziom rozsądnej jasności uzasadniający użycie lasera mocno spadnie. Według FutureSource do 2020 roku większość projektorów instalacyjnych z wymienną optyką będzie posiadała półprzewodnikowe źródło światła. 
Dlaczego zdecydowano się na stopniowe zastępowanie lamp laserami? Powodów jest wiele, ale wśród najbardziej popularnych i merytorycznych możemy wyróżnić:
1. Bardzo długą żywotność modułu laserowego sięgającą przeważnie 20 000 roboczogodzin do połowy nominalnej jasności.
2. Brak widocznego wpływu cyklu włączeń i wyłączeń na ogólną żywotność laserowego źródła światła.
3. Liniowa degradacja jasności w czasie (około 1,5–2,5%na 1000 godzin pracy). Lampy charakteryzują się dość wyraźnym spadkiem jasności w przeciągu pierwszych 100–200 godzin pracy.
4. Dużą niezawodność i odporność na przypadkowe wyłączenia zasilania; zazwyczaj moduł podświetlenia laserowego składa się z wielu diod laserowych, a jednoczesne uszkodzenie wszystkich jest bardzo mało prawdopodobne.
5. Brak konieczności serwisu projektora, na co dodatkowo może wpływać zamknięty silnik światła pozbawiony filtrów.
6. Możliwość liniowej zmiany jasności projektora w zakresie od około 30% do 100%. Pozwala to bardzo precyzyjnie dostosować jasność wyświetlanego obrazu do aktualnych wymagań pomieszczenia. Lampy miały zazwyczaj dwie, maksymalnie trzy predefiniowane jasności.
7. Brak użycia groźnych i toksycznych materiałów.
8. Niższe zużycie energii i niższa emisja ciepła związana z większą efektywnością laserowego źródła światła w porównaniu z popularnymi rozwiązaniami lampowymi.
Na rynku mamy kilka rodzajów laserowych źródeł światła. Pamiętajmy jednak, że laser nie był pierwszym półprzewodnikowym podświetleniem w projektorach dającym możliwość pracy do 20 000 h, mowa tutaj oczywiście o diodach LED, które co prawda nie zdobyły rynku (głównie ze względu na niewielką jasność), ale pojawiły się wcześniej niż lasery i w porównaniu z podświetleniem laserowo-fosforowym mają jedną zaletę – szerszy gamut barwowy, ale do tego dojdziemy później. Wróćmy jednak do samego lasera. W chwili powstawania tego artykułu mamy na rynku kilka popularnych technologii laserowego podświetlenia w projektorach zarówno LCD, jak i DLP. Celowo pomijamy tutaj kwestię samej technologii tworzenia obrazu z pobudek czysto merytorycznych – na pewno pojawi się artykuł na ten dość drażliwy temat. Najbardziej popularną, a zarazem najtańszą projekcją czysto laserową jest projekcja laserowo-fosforowa. Dlaczego czysto laserową? Jedne z pierwszych projektorów wykorzystujących półprzewodnikowe źródło światła bazowały bowiem nie tylko na laserze, ale jednocześnie na diodach LED, tworząc niejako hybrydę laserowo-fosforowo-ledową. Laser w tym przypadku stosowany był głównie do poniesienia ogólnej jasności obrazu. Obecnie najpopularniejsza jest projekcja laserowo-fosforowa, która charakteryzuje się prostotą i optymalnym współczynnikiem możliwości do ceny. Stosowana jest najczęściej w projektorach o jasności do 12 000 ANSI lumenów. Najczęściej wykorzystuje się w tym przypadku zespół diod laserowych oświetlających żółte koło fosforowe – stąd też nazwa technologii. Światło lasera oświetlające koło fosforowe produkuje światło żółte, z którego z kolei rozszczepia się kolor czerwony i zielony. Wszystkie wiązki wraz z niebieskim światłem z lasera przechodzą przez dodatkowe koło kolorów mające za zadanie ujednolicenie barw, a w przypadku niebieskiego światła laserowego pozbycie się efektu mrowienia. Zdarza się, że w przypadku mocniejszych projektorów producenci stosują dwa oddzielne banki laserowych diod LED, z czego jeden zespół odpowiedzialny jest za tworzenie światła niebieskiego, a drugi poprzez żółte koło fosforowe produkuje światło zielone i czerwone. Wszystko zależy od technologii producenta. Wszystkie tego typu rozwiązania łączy wspólny mianownik, a mianowicie fosfor, który pod wpływem promieniowania laserowego świeci określonym kolorem. Nieco bardziej wysublimowaną technologią jest ta korzystająca z dwóch lub trzech laserów o różnej długości fali elektromagnetycznej odpowiadającej kolorowi niebieskiemu czerwonemu i zielonemu. Jak to w życiu bywa, tak i w przypadku tej metody mamy do czynienia z dwiema jej odmianami. Pierwsza, technicznie tańsza do produkcji światła kolorowego wykorzystuje dwa zestawy diod laserowych niebieskich oraz jeden zestaw diod laserowych czerwonych. Zielone światło lasera jest ciężkie do wytworzenia, a zatem diody tego typu są dość drogie w produkcji, dlatego też do wyzwalania zielonego światła wykorzystuje się niebieski zespół diod laserowych oświetlających zielone koło fosforowe, które wzbudzone laserem świeci w tym kolorze. Tego typu rozwiązania spotykane są wyłącznie w projektorach DLP opartych o trzy moduły DMD. Jedną z niewątpliwych technologii opartej o dwa różnobarwne lasery jest poszerzony zakres saturacji barw. Kolory są bardziej nasycone i czystsze, a jasności możliwe do osiągnięcia jeszcze wyższe. Tego typu projektory spotykać będziemy przede wszystkim jako konstrukcje typowo kinowe z jasnościami do 35 000 ANSI lumenów. Zdecydowanie najbardziej zaawansowanym sposobem wykorzystania lasera jako źródła światła w projektorach jest odmiana technologii wykorzystująca trzy niezależne diody laserowe o emisji fali elektromagnetycznej odpowiadającej kolorowi niebieskiemu, czerwonemu i zielonemu. Zazwyczaj w takich przypadkach stosuje się zewnętrzne moduły laserowe instalowane w pewnej odległości od samego projektora. Przesyłanie światła odbywa się za pomocą specjalnie zaprojektowanych, wydajnych światłowodów. Głównym problemem, z którym musieli poradzić sobie inżynierowie konstruujący projektory w oparciu o tę technologię, jest pozbycie się efektu mrowienia obrazu charakterystycznego dla laserowego światła. Oczywiście nowoczesne projektory mają wbudowane i bardzo wydajne układy odmrawiające obraz. Zdecydowanie największą zaletą projektorów RGB laserowych jest perfekcyjna wręcz czystość produkowanego przez nie światła, a co za tym idzie – niesamowicie szeroki gamut barwowy zupełnie nieosiągalny dla żadnego innego urządzenia wyświetlającego obraz. W tym przypadku pojawia się również skalowalność, w zależności od użytego modułu laserowego ten sam projektor może świecić jasnościami od 35 000 ANSI lumenów do nawet 120 000 ANSI lumenów. Oczywiście tego typu projektory są na tę chwilę najbardziej zaawansowanymi i jednocześnie najdroższymi rozwiązaniami na rynku, których zastosowanie wiąże się ściśle z przyszłościowymi rozwiązaniami ki-nowymi opierającymi się na standardzie REC2020.
Podsumowanie Niezależnie z jakim systemem laserowym mamy do czynienia w konkretnym projektorze, jedno jest pewne – przyszłość należy do tej technologii i to nie tylko ze względu na jej dłuższy czas pracy oraz niewątpliwe walory eksploatacyjne. Jedną z najważniejszych przesłanek do całkowitego wyeliminowania lamp w projektorach będzie szeroko rozumiana ekologia związana z produkcją, energooszczędnym wykorzystaniem i w końcu utylizacją źródła światła. Lasery szczególnie na tym polu wypadają o wiele lepiej niż tradycyjne lampy. 

TEKST: Wojciech Kosek