LED激光投影产业链分析报告.docx
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LED激光投影产业链分析报告
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正文目录
1.概述4
1.1.LED/激光投影电视快速发展4
1.2.LED/激光投影设备构成4
2.投影光源产业链5
2.1.投影光源三种类型5
2.2.高强度气体放电光源6
2.2.1.技术背景及来源6
2.2.2.技术原理7
2.2.3.技术特点7
2.2.4.技术发展趋势8
2.3.LED光源9
2.3.1.技术背景及来源9
2.3.2.技术原理9
2.3.3.技术特点12
2.3.4.技术发展趋势12
2.4.激光光源12
2.4.1.技术背景及来源12
2.4.2.技术原理13
2.4.3.技术特点15
2.4.4.技术发展现状和趋势16
2.5.三种光源对比和市场趋势19
3.结论及相关建议21
3.1.LED/激光投影产品将高速发展21
3.2.推出激光光源产品公司将引领投影市场发展22
3.3.整个LED/激光投影产业链将进入景气周期22
3.4.风险提示24
图表目录
图表1：
投影设备构成示意图5
图表2：
投影光源分类示意图6
图表3：
超高压汞灯工作原理示意图7
图表4：
三片式LCOS投影原理示意图10
图表5：
不同材料组合对应LED颜色简表11
图表6：
半导体激光器能量激发原理示意图14
图表7：
半导体激光器谐振放大原理示意图15
图表8：
日亚化学蓝绿激光产品16
图表9：
三菱电机红色激光产品17
图表10：
RGB三基色激光光源方案17
图表11：
蓝色激光光源方案18
图表12：
混合光源方案19
图表13：
三种光源技术对比20
图表14：
不同光源市场关注度趋势21
1.概述
1.1.LED/激光投影电视快速发展
我们看好整个LED/激光投影电视产业的发展，认为2017-2018年将是激光电视产品快速扩大市场占有率，进入主流电视产品市场的时间。
其发展催化因素有三点：
一是行业先锋公司快速将价格定位在足以与高端主流大屏LCD/LED电视竞争的水准，吸引相当部分大屏需求消费者购买，带动产业链生产大规模化；二是2017年激光电视产品将支持4K，观赏体验将进一步提升到极致；三是整个投影产品将接近电视份额5%的市场临界点，市场教育初步完成，市场影响力基本建立，将带动整个产业快速向上爆发。
1.2.LED/激光投影设备构成
整个新一代投影设备大概分为投影光机、投影仪主控设备、镜头以及投影面几个部分。
其中投影仪光机负责光处理，主控设备大致相当于OTT盒子，负责电信号处理，镜头负责将光投射到投影幕布，投影幕布负责最终向观众展示。
图表1：
投影设备构成示意图
其中，投影光源是整个投影设备重要部分，我们将对投影光源采用的几种方案进行介绍。
2.投影光源产业链
2.1.投影光源三种类型
现在主流智能投影仪光源有三种：
第一种是以超高压汞灯为代表的高强度气体放电光源，又被称为传统光源，是投影机光源最初的形态，目前以超高压汞灯应用最广泛；第二种是LED光源，目前依靠微投产品快速放量渗透率增长很快；第三种是激光光源，目前应用规模较小但增速最快的光源。
后两种都是固态光源，也就说常说的新光源。
后两种光源也常组合成为混合光源使用。
图表2：
投影光源分类示意图
三种光源各自有其特点和支持的厂家，我们简要进行分析。
2.2.高强度气体放电光源
2.2.1.技术背景及来源
过去投影机长期使用的灯泡类型是金属卤素灯，存在着发热高、寿命短、体积大等缺点，使得使用体验很差。
随着各家公司持续研发投入，灯泡领域技术进步，超高压汞灯成为传统灯泡光源最主力的类型。
在高压汞灯的研究基础之上，超高压汞灯由荷兰飞利浦公司于1995年首先开发成功，随后有包括欧司朗、爱普生、松下等一系列公司攻克，技术水平已经非常成熟。
2.2.2.技术原理
无论是超高压汞灯，还是短弧氙灯，再或是金属卤素灯，它们的发光原理都是一样的：
在一个充满高压气体的灯管里使得两根相距1毫米左右的电极尖端产生高压放电，从而激发气体产生可见光，只不过当这个气体是汞蒸汽时，这个灯就叫“超高压汞灯”，而当这个气体是氙气时，那这个灯就是“氙灯”，同样的道理也就有了“金属卤素灯”了。
图表3：
超高压汞灯工作原理示意图
超高压汞灯应用最广泛，其详细发光原理在于：
原灯管通过电压后，两电极之间的气体被击穿，发生辉光放电。
超高压汞灯放电分为两个阶段：
先是在灯点燃的初始阶段，是低气压的汞蒸气和氢气放电，这时管压降得很低，放电电流很大。
随着低压放电时放出的热量使管壁温度升高，汞逐渐汽化，汞蒸气压和灯管电压逐渐升高，电弧开始收缩，放电逐步向高气压放电过渡。
再是当汞全部蒸发后，管压开始稳定，进入稳定的高压汞蒸气放电。
选取汞作为灯泡原材料的原因在于：
由于汞蒸气压愈高，灯的亮度也越高，而且汞原子谱线宽度变大，分子连续谱与带电粒子复合光谱也更强，特别是595nm以上的红光辐射随灯内工作压强的升高而增强，从而使灯的显色性提高。
2.2.3.技术特点
超高压汞灯优点包括：
1、发光量大：
大功率的超高压汞灯能够比较容易实现的几千流明甚至上万流明的亮度，因此目前应用于高端工程机场景仍然比较多。
2、技术成熟：
各家公司超高压汞灯产品经历完整的研发测试优化周期，技术水平相当成熟。
超高压汞灯缺点包括：
1、工作寿命短，更换维护成本高：
现阶段，超高压汞灯寿命一般都在3000小时以上，在2000小时以后才开始出现明显的衰减。
这使得维护灯泡光源投影仪，需要经常更换灯泡。
按功率不同，超高压汞灯价格从几百到上千元不等，成为日常使用中较大的支出。
尽管超高压汞灯正在不断延寿，从4000小时到7000小时，但仍面临成本过高和维护麻烦的问题。
2、灯泡含汞：
灯泡中含有大量的汞元素，对人体健康有较大威胁，目前已经被列入欧盟环保淘汰产品。
3、存在安全隐患：
使用时间过长，可能使得灯泡发生一定炸裂概率，一方面可能损坏投影机内部其它设备，一方面可能对人身造成威胁。
4、产品体积较大：
灯泡体积较大，导致光机整机难以小型化。
5、发光效率不高：
超高压汞灯发出的光谱特别宽，以致有相当发光
功率产生在红外、紫外等可见光谱范围之外，形成一定程度的能量浪费，因此发光效率不高。
6、启动时间长：
超高压汞灯点燃初期，是灯泡内温度提升和汞气压提升的阶段，此时发光并不稳定在最亮状态。
从启动到正常工作需要一段时间，通常为4～10分钟。
2.2.4.技术发展趋势
超高压汞灯技术已经比较成熟，但推出相关产品的主要公司仍在不遗余力的优化和升级，力图保住超高压汞灯在投影领域的市场份额。
针对产品几项重要缺点，技术发展趋势包括：
1、延寿，进一步提升超高压汞灯工作寿命，努力突破10000小时，以降低更换和维护成本；
2、提升安全性，将发生炸灯等安全事件概率进一步降低；
2.3.LED光源
2.3.1.技术背景及来源
LED（LightEmittingDiode,LED）是发光二极体的简称，也被称作发光二极管，是一种固态的半导体器件，它可以直接把电转化为光。
在1955年时，美国无线电公司（RadioCorporationofAmerica）的RubinBraunstein发现了砷化鎵（GaAs）与及其他半导体合金的红外线放射作用，而1962年美国通用电气公司（GE）的NickHolonyakJr则开发出可见光的LED。
不过，LED真正的起飞是在1990年代白光LED出现后，才开始渐渐被重视，而应用面越来越广。
2.3.2.技术原理
在LED内部半导体材料的PN结中，PN结施加正向电压时，某些自由电子从P型层通过二极体落入空的电子空穴，这包含从传导带跌落到一个更低的轨函数，所以电子就是以光子形式释放能量。
PN结加反向电压，少数载流子难以注入，故不发光。
图表4：
三片式LCOS投影原理示意图
LED的发光颜色和发光效率与制作LED的材料和制程有关，目前广泛使用的有红、绿、蓝三种。
理论上，通过调整不同材料所占比例和工艺手段，可以实现全部光谱的光源。
早期LED工业运用GaAs1-xPx材料构建三元素发光管，实现红光LED运用GaAs0.6P0.4，实现橙光LED运用GaAs0.35P0.65，实现黄光LED运用GaAs0.14P0.86。
此外，运用两种元素掺配实现蓝光和绿光，这包括GaN（氮化镓）的蓝光LED、GaP的绿光LED和GaAs红外光LED，被称为二元素发光管。
而目前最新的制程是用混合铝（Al）、钙（Ca）、铟（In）和氮（N）四种元素的AlGaInN的四元素材料制造的四元素LED，可以涵盖所有可见光以及部份紫外光的光谱范围。
图表5：
不同材料组合对应LED颜色简表
白光LED发光的方式主要按使用LED发光二极管的使用数量可以分为单晶型和多晶型两种类型。
一种是多晶型，即使用两个或两个以上的互补的2色LED发光二极管或把3原色LED发光二极管做混合光而形成白光。
另一种是单晶型，即一只单色的LED发光二极管加上相应的荧光粉，就如同日光灯的发光方式一样，采用LED发光二极管激发荧光粉发光。
通常采用两种方式，一种方式是蓝光LED发光二极管激发黄色荧光粉产生白光，另一种方式是紫外光LED激发RGB三波长荧光粉来产生白光。
采用多晶型的产生白光的方式，因为不同的色彩的LED发光二极管的驱动电压、发光输出、温度特性及寿命各不相同，因此在使用多晶型LED发光二极管的方式产生白光，比单晶型LED产生白光的方式复杂，也因LED发光二极管的数量多，也使得多晶型LED的成本亦较高；若采用单晶型，则只要用一种单色LED发光二极管元素即可，而且在驱动电路上的设计会较为容易。
2.3.3.技术特点
单个LED芯片功率低，致使发光流明数较低，如果实现低流明产品，对于成本、体积、散热各方面都能控制在合理水平，形成较大竞争优势；但如果要实现高流明，则不得不将成本提升，体积扩大，散热性能做出牺牲，并且高温条件下LED芯片性能受损失也反而导致光亮度下降。
因此，LED光源需要在流明和成本、体积、散热之间寻找平衡，以满足各种消费者需求。
除此之外LED光源有优点包括：
1、寿命长：
LED在低电压和低发热量下工作，工作寿命远高于普通光源，基本达到10万小时量级，几乎不存在更换光源的需求，极大地降低了更换和维护成本。
2、即开即用：
LED光源无需向超高压汞灯一样需要启动时间，通电即能实现照明作用。
LED光源有缺点包括：
1、流明偏低：
不论不计成本堆积多少LED芯片，LED光源所能提供的最大流明也仅能达到3000流明水平，难以跟传统光源最大上万流明水平相抗衡。
想要实现和普通灯泡光源一样的亮度，LED光源的产品体积需要更大，并且成本很高。
2.3.4.技术发展趋势
LED光源最需要提升光源亮度，并在合理范围内控制好成本、体积和散热性能。
2.4.激光光源
2.4.1.技术背景及来源
投影设备大规模应用传统光源和LED光源，但都存在各式各样的缺陷，使得无法满足更高的要求，尤其在传统光源在寿命上劣势和LED光源在亮度方面的劣势都是严重影响投影产品体验的问题，因此探索使用更先进光源替代的进程一直都在不断进行。
激光成为一种比较理想的投影光源，但要想用于投影用途，输出功率需要达到1W以上，也就是实现“W（瓦）级”的高功率。
日本的日亚化学、三菱电机和德国的欧司朗目前在应用于显示的半导体激光器方面处于世界领先地位，尤其是日亚化学，垄断了大部分激光投影市场。
2.4.2.技术原理
半导体激光器又称为激光二极管（LD，LaserDiode），
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