短弧氙燈VS超高壓汞燈 淺析投影光源

　　[中關村在線投影機頻道原創]在投影顯示領域，主流的兩種光源技術分別為超高壓短弧氙燈和超高壓汞燈。兩種光源技術，有哪些區別？孰優孰劣？

投影短弧氙燈局部特寫 

　　由於投影機工作原理的特殊性，無論其成像單元的結構和差異化，都需要有顯示光源的支持。從光源到屏幕，從不到1英寸的顯示晶片，到100英寸的輸出畫面，顯示面積呈100x100倍的放大，光源高亮的重要性不言而喻。在民用領域，投影機的光源，就是我們在現實生活中，能接觸到的最亮的光源設備之一。現階段，在投影領域，傳統光源特指超高壓汞燈和氙燈技術，新光源一般指LED、雷射和雷射LED混合光源技術。

投影成像面積倍增

共同點分析：

A，兩種燈泡技術，都主要應用在投影顯示領域，都屬於高強度氣體放電燈。

B，皆工作在融凝石英玻殼內，工作時內部溫度都很高，參考石英的熔點是1750攝氏度。

投影燈芯溫度示意圖 

C，燈泡內部都有高壓氣體，工作時通常在幾百個大氣壓。

D，燈泡內的電極成為弧間流動電流，並發光。

　　由於超高壓汞燈和短弧氙燈在工作狀態時，內部都會有高壓、高溫和有毒物質，存在炸燈的隱患，這也是部分用戶迴避投影機的主要原因之一。其實現階段，我們已經不用過於擔心這個問題。如今的正規投影廠商、大牌燈泡廠商都對此很關注，尤其是要嚴格遵守歐盟的苛刻標準，在燈芯結構、投影機身機構、鏡頭設計、燈杯設計、燈架設計、電源管理、溫度監控等諸多方面已經做了優化處理，相對老款機型，炸燈的機率非常低；即使發生意外的炸燈情況，燈泡的碎片不會直接噴射出機身，相對而言不易對人身產生傷害；尤其是內部監控電路設計的不斷完善，在燈泡出現異常情況前，主機會自動切斷電路，防患於未然。

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　　從中文名稱分析，超高壓汞燈，具備兩大特性：A，內部成分含有汞；B，內部具有很高的大氣壓力。超高壓汞燈裡確實有汞，而且是以汞蒸氣的形態出現，壓力為10133～20265千帕，約為100～200個大氣壓。

超高壓汞燈結構 

　　隨著壓力的變化，超高壓汞燈的波長和色溫都會有相應的變化，例如在130大氣壓時，主要發射波長在546.1nm，相當的能量為219kJ/mol(52.3kcal/mol)的。超高壓汞燈從長波紫外到可見光都有很強的輻射，電弧亮度極高；而且隨著汞蒸氣壓提高，可見光部分愈豐富，電弧亮度也愈高。超高壓汞燈之所以被選作投影顯示光源，有幾大優勢：

A，色域寬廣。隨著壓力增加，可見光部分愈強烈，表現為色彩更加豐富更加準確。

B，壽命長。普通白熾燈的壽命一般為1000小時，超高壓汞燈壽命在2000小時以上。

衰減比較 

C，衰減率更低。普通滷素燈壽命為1000小時，但在500小時後亮度會衰減為50%。現階段，超高壓汞燈壽命一般都在3000小時以上，在2000小時以後才開始出現明顯的衰減，且衰減幅度小於20%。

D，亮度較高，體積較小，相對成本較低。 

　　短弧氙燈是第一種用於投影的光源，在1948年由西德奧斯蘭公司開始研製這種光源，1951年開始銷售該種產品。1954年，在西德舉行的科隆世界照相和電影博覽會上，蔡司-依康公司展出了世界上第一個球形短弧氙燈，接著世界各地相繼研製生產，我國在1964年也研製成功了這種光源。

氙燈結構細節特寫 

　　現階段，短弧氙燈的主要品牌包括飛利浦、歐司朗、ASL等，與超高壓汞燈的市場格局類似，飛利浦在投影顯示領域的燈泡技術最先進、市場佔有率最高。

短弧氙燈特寫

短弧氙燈具有許多優點：

1，亮度高，比超高壓汞燈更亮；現階段，傳統光源的工程投影機，最高亮度可達到4萬流明。

2，輻射光譜接近日光，色溫5000～6000K；

大功率工程用短弧氙燈

3，衰減性控制良好，隨工作電流和工作時間變化較小；

4，可連續工作，壽命可達1000小時以上。

　　在結構上，超高壓汞燈和短弧氙燈都屬於高強度氣體放電燈。結構上都採用了密封的耐高溫的透明石英管，內部安裝兩個距離一定的不同形狀鎢電極，並充入氙、汞或者金屬滷化物。啟動時，先在電極間加上脈衝高壓，形成輝光放電，繼而形成弧光放電，發出耀眼的白光，可製作成交流或直流工作方式。加入的氣體和滷化物不同，電弧管內的壓力不同，高強度氣體放電燈可分為多種。

高強度氣體放電燈 

　　兩種燈泡技術都需要預熱與散熱過程，一般在啟動2分鐘後即可獲得全光通量輸出，即達到燈泡光輸出的最佳效果。這也是ZOL進行客觀測試時，要預熱30分鐘以上的原因。

結構比較 

　　投影領域的超高壓汞燈和短弧氙燈，在結構上非常接近，但是在電氣特點上有很大差異：

1，超高壓汞燈工作電壓小於5安培，短弧氙燈工作電壓最大可達50安培；

2，超高壓汞燈亮度最高可達到6000流明以上，短弧氙燈最亮可達4萬流明；

3，超高壓汞燈功耗一般小於500瓦，短弧氙燈功耗最大可達5000瓦；

4，超高壓汞燈電弧極距小於1.3毫米，短弧氙燈電弧極距一般大於4毫米小於10毫米；

5，超高壓汞燈內部填充的是汞蒸氣和氬氣，短弧氙燈內部填充的是氙氣；

6，超高壓汞燈有直流電型和交流電性，而短弧氙燈只有直流電型；

尺寸比較 

7，從尺寸上比較，超高壓汞燈設計的比較小巧，燈芯尺寸一般不大於70毫米；而短弧氙燈尺寸比較大，燈芯長度一般都大於200毫米。換一個角度考慮，一般小型商教投影採用的都是超高壓汞燈，而體積較大的投影機才會採用短弧氙燈。

　　通過簡單的分析，我們可以認為，超高壓汞燈體積小，與氙燈相比亮度較低，發熱量和功耗自然也較小，相對而言成本也較低，比較適合小機型；而短弧氙燈體積大，可以實現超高亮度，比較適合高亮的工程投影機。但是為何很多影院機型也採用氙燈，而不是超高壓汞燈呢？

這裡可以細分為三個原因：

1，顯示晶片的尺寸

電弧極距差異 

　　由於電弧極距差異非常明顯，為保證光源的最佳利用率，小尺寸的顯示晶片與小型的超高壓汞燈搭配更加合理，而大尺寸的顯示晶片與大型的短弧氙燈搭配更加合理。

2，成本高低的差異

技術參數比較 

　　兩種光源技術比較，相對而言，同等功耗的短弧氙燈的成本要高於超高壓汞燈，而超高亮度只有超大功率、價格不菲的短弧氙燈可以勝任。同等功耗的產品，在使用壽命方面，超高壓汞燈要長於短弧氙燈。總體而言，短弧氙燈的成本要遠高於超高壓汞燈。

3，色彩表現

可見光波長範圍 

　　可見光的波長範圍在380～780納米之間，超高壓汞燈呈現出的可見光波長範圍在380～650納米之間，短弧氙燈呈現出的可見光波長範圍在400～750納米之間。色彩差異表現為：

A，呈現出的可見光範圍，短弧氙燈大於超高壓汞燈；尤其是人眼最敏感的紅色，短弧氙燈呈現出的範圍更加寬廣，相對而言視覺上紅色更加飽滿。參考數值，可見光中的紅色，波長範圍在622～780納米之間。

B，從實際測量而言，未經調校的短弧氙燈色溫接近6000K，輕微偏暖色；而未經調校的超高壓汞燈接近7000K，偏冷色。經過專業人員調校後，超高壓汞燈也可以符合自然白光的色溫要求。 

波長範圍比較 

　　由於短弧氙燈的特殊性，隨著電流的提高，可見光的輻射強度增加的比長波輻射快，即提高可見光的能量強度。我們可以簡單理解為，在低亮度情況下，超高壓汞燈和短弧氙燈差異不大；在高亮度情況下，超高壓汞燈的色彩略遜於短弧氙燈；超高亮度範疇，只有短弧氙燈，能勝任色彩輸出要求。

ZOl分析：

　　對於調校知識相對不豐富的用戶而言，採用短弧氙燈的高清影院產品的色彩更加鮮豔，不過售價會略高。對於專業人士，經過多番調教後，超高壓汞燈的效果可以非常接近氙燈，但還是有一點小小的差距。

　　市面上銷售的超高壓汞燈，有兩大關鍵詞UHP和UHE。無論從結構、外形、定義、性能等諸多方面，兩者非常近似，也是用戶最不易區分的關鍵詞。

燈芯特寫 

　　UHP燈泡的全稱是Ultra High Performance，是荷蘭飛利浦公司於1995年研發並註冊的一種超高壓汞燈技術，極距約1.3毫米。這種超高壓汞燈泡，120W使用壽命在8000小時左右，250W使用壽命在3000小時左右。我們常見的UHP燈泡功率一般在200瓦以上。為了達到更好的集光效果並延長使用壽命，近年來UHP光源的電弧極距減少到1.0毫米，其壽命達10000小時以上，實驗室已經做到1.5萬小時，不久有望提高到2萬小時。

UHE燈泡結構 

　　UHE燈泡也是超高壓汞燈，是精工在1997年研發出來的燈泡技術。如今，愛普生重點研發E-TORL燈泡，Epson-Twin Optimize Reflection Lamp的簡稱。這個系統在橢圓形反射鏡的基礎上結合了一個非球面的透鏡和一個半球形的鏡面。這種設計的優點是燈泡體積小，但光功率高，燈泡使用壽命長。UHE燈泡利用光學原理濾除了紅外線，發出冷光，熱量比較小，能有效降低投影機功耗，其使用壽命能達到3000小時以上。

　　在不清楚產品的情況下，從價錢、技術、結構、外形、封裝等都很難區分，除非卸下燈泡，並拆除燈架後，查看燈泡的標識才能明確是UHP還是UHE。

如何快速區分：

1，商家流行的簡易方法，UHP的最後一個字母為PHILIPS的P，簡稱P燈；UHE的最後一個字母為EPSON的E，簡稱E燈。

2，愛普生的產品多數為3LCD產品，只有極少數為反射式液晶產品，而UHE只出現在採用液晶技術的機型上。其它更多的非液晶技術的投影產品，若顯示其使用了超高壓汞燈，一般都是UHP的燈泡。

　　在民用領域，常見的超高壓汞燈品牌有飛利浦PHILIPS的UHP、愛普生EPSON的UHE、歐司朗OSRAM 的VIP、松下panasonic的UHM、日本優志旺USHIO的UMPRD/UMVRD/NSH、日本鳳凰PHOENIX的SHP、美國奇異GE的SHL等等。但是從市場銷售來看，UHP的量最大，也是假冒偽劣的盛行之地，我們購買時需要格外小心。

原裝UHP燈泡 

　　多數銷售投影燈泡的經銷商是厚道的，四個月免費保修；也是非常不厚道的，炸燈除外。四個月內，你能試出啥毛病？炸燈就是最大的問題，而且是用戶最不願意直面的慘澹現實。

原裝燈泡 

ZOL建議：

1，優先選購原裝、大品牌和正規渠道銷售的超高壓汞燈產品，不僅安全可靠，而且可以避免買到使用過、次品、無售後等不良產品。

2，由於投影機的供電系統不同，一般不能隨意搭配使用，但是同功率、同類型、同尺寸的超高壓汞燈可以互相替換，即兼容燈泡可以使用，但我們不推薦。

3，莫要貪圖小便宜，毀掉了上萬元投影機，還失去了保修，可謂得不償失。

4，大型工程投影機，有指定的品牌和燈泡類型，我們沒得選擇，你懂得。

為何，一定要使用汞？

　　由於汞蒸氣壓愈高，燈的亮度也越高，而且汞原子譜線寬度變大，分子連續譜與帶電粒子複合光譜也更強，特別是595nm以上的紅光輻射隨燈內工作壓強的升高而增強，從而使燈的顯色性提高。為了克服由於電極處於極高溫度，造成鎢材料蒸發並沉積在球壁上造成光衰，工藝上對燈內充入微量滷素達到有效清潔泡殼的作用，同時有效延長燈泡的使用壽命。

淘汰白熾燈路線圖

是否會淘汰超高壓汞燈？答案是，會，但短期不會。

　　2012年，將是光源歷史上一個值得紀念的日子，傳統的白熾燈泡在歐盟正式壽終正寢。雖然愛迪生發明的白熾燈，在人類史上的貢獻巨大，但是無法逃避被歷史車輪淘汰的命運；同理，投影界的封疆大吏，超高壓汞燈亦無法迴避這一問題。

部分歐盟標準

　　根據歐盟的計劃，淘汰白熾燈泡後，下一步將著手處理高壓汞燈問題。而現階段，95%以上的投影機採用的都是超高壓汞燈類光源，相對而言汞燈的電熱轉化效率不高、發熱量大、存在安全隱患等弊端，已經是綠色環保部門的首要關注對象。新光源的研發、應用和普及，淘汰汞燈已經成為歐盟討論的法令議題。

巴可的55000流明的雷射投影機 

　　在工程領域是雷射技術最能有所作為的領域，但是受限於：A，技術難題，擁有高亮雷射光源技術的廠商，屈指可數；B，受制於歐盟的標準，暫時未放開5000流明以上雷射光源的應用。所以造成雷射產品少之又少，高亮的工程產品遲遲未能正式上市銷售。根據我們的分析，LED、混合光源和純雷射，未來將逐級瓜分傳統光源的廣袤市場份額，而且還會不斷拓寬市場：

　　一，家用，LED全盤接手。在不久的未來，LED將逐漸失去壟斷和競爭力，到時家用領域將會由LED一統天下。雖然LED亮度有不足的問題，但是配合合理的應用方案，滿足普通家用已經是綽綽有餘。在微投領域，LED依然具有不少優勢。

　　二，商教工程，渾噩光源的地盤。隨著技術的完善，成本適中、易於實施、性能穩定的混合光源，將佔據商教市場和低端的工程領域。當然，可能還會有比第二代混合光源更加完善的產品出現，進一步滿足工程領域的需求。

　　三，雷射，為工程而奮鬥不息。經過不斷的技術完善，具有最高亮度的雷射光源，必將在工程領域大放異彩，或許能抗拒太陽光的人類光源亦可能出現。

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投影顯示領域，主流的兩種光源技術分別為超高壓短弧氙燈和超高壓汞燈。兩種光源技術，有哪些區別？孰優孰劣？新型的雷射、LED光源與之相比又有何優勢？看過文章，大家可以找到答案。

彭文娟