投影光源技術(shù)綜述

張雅惠 郭鳳華

摘要：近年來(lái)，投影領(lǐng)域發(fā)展迅速，投影機(jī)技術(shù)經(jīng)過(guò)20多年的發(fā)展，不斷取得突破，其市場(chǎng)占有率越來(lái)越大。而投影光源作為投影系統(tǒng)的重要組成部分，其選取對(duì)投影機(jī)成像效果至關(guān)重要。因此，投影光源一直都是本領(lǐng)域追求改進(jìn)的方向，本文對(duì)該領(lǐng)域檢索后進(jìn)行專利分析，對(duì)投影光源的發(fā)展歷程，技術(shù)分支及重要申請(qǐng)人進(jìn)行分析。

關(guān)鍵詞：投影光;專利技術(shù)分析;技術(shù)分支;申請(qǐng)人

中圖分類號(hào)：TN929.5文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-5168（2020）12-0142-05

1 引言

1640年，德國(guó)一名叫奇瑟的傳教士發(fā)明了一種叫魔法燈的幻燈機(jī)，世界上第一臺(tái)幻燈機(jī)誕生。1845年，幻燈機(jī)進(jìn)入了工業(yè)化生產(chǎn)時(shí)代，光源逐漸由蠟燭變成了油、汽燈，再由油、汽燈演變?yōu)殡姽庠础Ｗ钤绲碾姽庠礊榻饘冫u素?zé)襞?，金屬鹵素?zé)襞轂閭鹘y(tǒng)光源的一種，其壽命極短（約2000h），目前基本已被淘汰，傳統(tǒng)光源還包括超高壓汞燈泡和疝燈，而超高壓汞燈泡包括UHP和UHE，荷蘭飛利浦公司于1995年首先成功研發(fā)出UHP，由于其亮度高，且壽命較金屬鹵素?zé)糸L(zhǎng)，甚至可達(dá)1萬(wàn)小時(shí)，逐漸成為投影機(jī)的理想光源，而疝燈造價(jià)極高，并未被廣泛應(yīng)用。

LED光源于21世紀(jì)進(jìn)入到投影儀的應(yīng)用中，其較傳統(tǒng)光源尺寸小、壽命長(zhǎng)，使用壽命一般為2萬(wàn)小時(shí)以上，為微型投影提供了條件，但是LED光源的亮度較低。

激光光源為近些年發(fā)展起來(lái)的投影光源，其亮度較高、壽命更長(zhǎng)，一般壽命可達(dá)幾萬(wàn)小時(shí)，亮度也可達(dá)到數(shù)萬(wàn)流明，但是激光光源的成本較高，因此其并未完全取代傳統(tǒng)光源和LED光源，傳統(tǒng)光源和LED光源在投影光源市場(chǎng)上仍占有較大的市場(chǎng)份額。

混合光源將LED光源與激光光源混合，集合了LED光源和激光光源在壽命和亮度上的兩大優(yōu)勢(shì)，其可作為由LED光源向激光光源的過(guò)渡技術(shù)。卡西歐在2010年最早推出LED+激光光源投影機(jī)，并將其引入中國(guó)市場(chǎng)，目前已有多個(gè)廠商推出新品。[1]

2 投影光源技術(shù)專利分析

在國(guó)際專利分類表（IPC）中，涉及投影光源的分類號(hào)主要集中在G03B21/20，本文采用IncoPat專利數(shù)據(jù)庫(kù)，在G03B21/20這一小組中進(jìn)行檢索，數(shù)據(jù)檢索日期為2020年2月27日，其中，由于專利文獻(xiàn)在提出申請(qǐng)后并不會(huì)立即公開(kāi)，因此，2018年、2019年及2020年的專利申請(qǐng)數(shù)據(jù)會(huì)有不完整的問(wèn)題。所以，以下分析圖中有關(guān)2018年和2019年申請(qǐng)量的下降曲線主要是由于樣本數(shù)據(jù)量的不完整而造成的。

2.1 全球?qū)＠治?/p>

圖1為全球范圍內(nèi)投影光源專利申請(qǐng)趨勢(shì)圖，根據(jù)檢索結(jié)果，我們將投影光源技術(shù)的發(fā)展劃分為4個(gè)階段。

階段一：萌芽時(shí)期和緩慢增長(zhǎng)時(shí)期（2000年以前）

2000年之前是全球投影光源技術(shù)專利申請(qǐng)的起步階段，每年的申請(qǐng)量不超過(guò)50項(xiàng)。申請(qǐng)量排在第一位的是ZEISS IKON AG（蔡司依康），ZEISS IKON AG成立于1926年，是當(dāng)時(shí)德國(guó)光學(xué)工業(yè)中最大且極負(fù)盛名的企業(yè)。緊隨其后的是PHILIPS NV（飛利浦），PHILIPS NV憑借UHP燈泡的核心技術(shù)，擁有其他品牌無(wú)法企及的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。上述兩家公司在20世紀(jì)20年代已經(jīng)有關(guān)于投影光源的相關(guān)專利申請(qǐng)，在投影領(lǐng)域起步較早，為該領(lǐng)域的開(kāi)拓者。除此之外，BAUER EUGEN GMBH和SEIKO EPSON CORP（精工愛(ài)普生株式會(huì)社）兩家公司也占有重要的地位，其中SEIKO EPSON CORP隨著在20世紀(jì)80年代末推出液晶投影儀（LCD），申請(qǐng)數(shù)量增長(zhǎng)較快。此階段，投影機(jī)中應(yīng)用的投影光源以傳統(tǒng)光源為主。

階段二：第一階段快速增長(zhǎng)期（2000年至2005年）

2000年到2005年，投影光源專利申請(qǐng)進(jìn)入第一階段快速增長(zhǎng)期，申請(qǐng)量迅速增加。這是由于隨著投影技術(shù)的成熟，金屬鹵素?zé)?、高壓汞燈在投影機(jī)中得到廣泛應(yīng)用，同時(shí)，LED光源逐漸被應(yīng)用到投影機(jī)中，因此專利申請(qǐng)量增長(zhǎng)較快。

階段三：穩(wěn)步調(diào)整期（2005年至2009年）

從圖中可以看出，2005年至2009年，投影光源的申請(qǐng)量呈現(xiàn)震蕩增長(zhǎng)趨勢(shì)，說(shuō)明傳統(tǒng)光源、LED光源經(jīng)過(guò)了快速的增長(zhǎng)期后，其技術(shù)發(fā)展已經(jīng)較為成熟，開(kāi)始進(jìn)入穩(wěn)步的增長(zhǎng)階段。

階段四：第二階段快速增長(zhǎng)期（2009年至今）

2009年之后，投影光源專利申請(qǐng)進(jìn)入第二階段快速增長(zhǎng)期，申請(qǐng)量開(kāi)始大幅度攀升。這是由于激光光源在投影機(jī)中的應(yīng)用由概念階段逐漸產(chǎn)業(yè)化，由于激光光源在壽命和亮度方面的絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，多數(shù)企業(yè)開(kāi)始轉(zhuǎn)向激光投影機(jī)的研發(fā)。目前，激光投影機(jī)仍有更加廣闊的研發(fā)空間，專利申請(qǐng)量仍在增加。

圖2為全球范圍內(nèi)投影光源專利的申請(qǐng)人排名情況，如圖所示，投影光源領(lǐng)域排名前十申請(qǐng)人中，有四家日本企業(yè)，其中SEIKO EPSON CORPORATION（精工愛(ài)普生株式會(huì)社），占絕對(duì)領(lǐng)先地位，專利申請(qǐng)量遙遙領(lǐng)先。日本是投影技術(shù)發(fā)展較早的國(guó)家，其投影技術(shù)處于領(lǐng)先地位，是主要的技術(shù)來(lái)源國(guó)，擁有多家本行業(yè)的佼佼者，諸如CANON KK（佳能）、PANASONIC CORPORATION（松下）、CASIO COMPUTER CO LTD（卡西歐）、SONY CORPORATION（索尼）、SANYO ELECTRIC CO LTD（三洋電機(jī)）等。另外，排名前十的申請(qǐng)人中有六家中國(guó)企業(yè)，分別為深圳市光峰光電技術(shù)有限公司、海信集團(tuán)有限公司、深圳市繹立銳光科技開(kāi)發(fā)有限公司、中強(qiáng)光電股份有限公司、臺(tái)達(dá)電子工業(yè)股份有限公司以及佳世達(dá)科技股份有限公司，上述六家企業(yè)后來(lái)居上，甚至超過(guò)了一些老牌的日本企業(yè)。

結(jié)合上述圖2和圖3可以看出，排名第一的精工愛(ài)普生株式會(huì)社，為投影領(lǐng)域的領(lǐng)軍企業(yè)，其申請(qǐng)量在2000年之后開(kāi)始迅速增加，并在2006年之后，呈較為平穩(wěn)的增長(zhǎng)趨勢(shì)。精工愛(ài)普生株式會(huì)社擁有核心投影技術(shù)，于1989年最先推出LCD投影機(jī)，并經(jīng)歷了長(zhǎng)達(dá)十多年的技術(shù)壟斷。

排名第二的深圳市光峰光電技術(shù)有限公司是一家新興企業(yè)，其擁有ALPD熒光激光顯示技術(shù)核心專利，基于這一技術(shù)，光峰光電提交了多件專利申請(qǐng)并獲得授權(quán)。其專利申請(qǐng)量在2011年迅速增加，并在2013年下降之后又以非?？斓乃俣仍鲩L(zhǎng)，并在2017年達(dá)到最大值。

排名第三的中強(qiáng)光電從2013年之后申請(qǐng)量增長(zhǎng)迅速，尤其是近兩年申請(qǐng)量急劇攀升。

另外，從圖2和圖3還可以看出，排名前十的均為企業(yè)，且均是從2010年以后才開(kāi)始迅速增長(zhǎng)，尤其是近兩三年申請(qǐng)量極高。也表明，近幾年，國(guó)內(nèi)企業(yè)在投影光源領(lǐng)域的研究發(fā)展迅速，已經(jīng)在該領(lǐng)域占有一席之位，并開(kāi)始著重專利布局。

2.2 在華專利申請(qǐng)分析

圖4為投影光源專利在華申請(qǐng)趨勢(shì)，如圖所示，在華專利申請(qǐng)量在2009年之前呈緩慢增加趨勢(shì)，2009年之后進(jìn)入快速增長(zhǎng)期，年增長(zhǎng)量維持在100～200之間。

圖5為投影光源專利在華申請(qǐng)人排名情況，結(jié)合圖2，可以看出，深圳市光峰科技股份有限公司（光峰光電）和中強(qiáng)光電股份有限公司近幾年專利申請(qǐng)量增長(zhǎng)較快，且大部分專利申請(qǐng)集中在國(guó)內(nèi)，超過(guò)了精工愛(ài)普生株式會(huì)社在國(guó)內(nèi)的申請(qǐng)量，而海信集團(tuán)有限公司和深圳市繹立銳光開(kāi)發(fā)有限公司的專利申請(qǐng)量基本全部集中在國(guó)內(nèi)。說(shuō)明中國(guó)的企業(yè)仍然以國(guó)內(nèi)市場(chǎng)為主，專利申請(qǐng)集中在國(guó)內(nèi)，除了深圳市光峰科技股份有限公司之外，極少向中國(guó)之外的國(guó)家和地區(qū)提交專利申請(qǐng)，沒(méi)有形成全球?qū)＠季帧?/p>

圖6為投影光源領(lǐng)域中國(guó)授權(quán)專利的有效性，如圖所示，授權(quán)專利中，有效專利占比80.08%，失效專利占比19.92%，專利有效性較高，說(shuō)明本領(lǐng)域?qū)＠麅r(jià)值相對(duì)較高。

3 重要申請(qǐng)人分析

3.1 精工愛(ài)普生株式會(huì)社

經(jīng)過(guò)檢索發(fā)現(xiàn)，愛(ài)普生在1988年5月31日申請(qǐng)的發(fā)明名稱為“液晶投影儀”的專利JP07306412A，以及1989年3月16日申請(qǐng)的發(fā)明名稱為“投影顯示裝置”的專利JP02257192A，上述兩件專利中應(yīng)用的光源均為傳統(tǒng)光源;2005年3月30日申請(qǐng)的專利CN200510053693.1一種照明裝置、圖像顯示裝置和投影機(jī)，技術(shù)方案涉及將兩個(gè)LED光源作為投影機(jī)光源，在全球被引用次數(shù)高達(dá)109次;2007年8月31日申請(qǐng)的公開(kāi)號(hào)為CN101140413A的專利，CN101140413A公開(kāi)的專利為一種圖像顯示裝置，其涉及將激光光源應(yīng)用于投影顯示裝置中。

由此可見(jiàn)，精工愛(ài)普生在傳統(tǒng)光源、LED光源、激光光源領(lǐng)域均處于領(lǐng)先地位，起步較早，多年來(lái)專利申請(qǐng)量一直較為均衡，并未有大起大落。愛(ài)普生在投影領(lǐng)域擁有多項(xiàng)核心技術(shù)，比如LCD技術(shù)，1989年，隨著日本愛(ài)普生和索尼兩家大公司開(kāi)發(fā)出液晶板的核心技術(shù)，世界上第一臺(tái)LCD投影機(jī)（VJP-2000）面世，其出現(xiàn)開(kāi)創(chuàng)了液晶投影機(jī)的新時(shí)代，也奠定了愛(ài)普生在投影機(jī)行業(yè)的全球領(lǐng)先地位。由于液晶板只有愛(ài)普生和索尼兩家公司具備研發(fā)和生產(chǎn)能力，所以，其隨后在投影領(lǐng)域經(jīng)歷了長(zhǎng)達(dá)十多年的壟斷。

3.2 中強(qiáng)光電股份有限公司

經(jīng)過(guò)對(duì)不同時(shí)期中強(qiáng)光電的專利檢索分析可知，中強(qiáng)光電在傳統(tǒng)光源、LED光源、激光光源、混合光源四個(gè)領(lǐng)域也均有涉獵。雖不是佼佼者，但是各方面技術(shù)較為均衡。

3.3 深圳市光峰科技股份有限公司

深圳市光峰科技股份有限公司（原名光峰光電）是一家新興企業(yè)，2004年起源于美國(guó)羅切斯特大學(xué)和美國(guó)能源部聯(lián)合管理的激光實(shí)驗(yàn)室，5年后，核心研發(fā)團(tuán)隊(duì)從美國(guó)硅谷轉(zhuǎn)移到深圳，創(chuàng)建了光峰光電，主要研究領(lǐng)域?yàn)榘雽?dǎo)體照明、顯示光源、固態(tài)光源。2007年，光峰首創(chuàng)ALPD激光光源技術(shù)，擁有ALPD（熒光激光顯示）技術(shù)核心專利。ALPD技術(shù)，主要原理是：選擇成本較低的藍(lán)色光激發(fā)高速旋轉(zhuǎn)的熒光粉輪，從而形成多色激光光源，成像投射在屏幕上，該技術(shù)不僅突破了LED低亮度的技術(shù)局限性，還突破了傳統(tǒng)RGB激光顯示在成本、效率、可靠性等方面的瓶頸?；谶@一發(fā)明創(chuàng)造，光峰光電提交了多件專利申請(qǐng)并獲得授權(quán)，截止到2020年3月8日，光峰光電在全球范圍內(nèi)提交了1 167件專利申請(qǐng)，投影光源領(lǐng)域的申請(qǐng)為409件，從該公司提交專利申請(qǐng)的類型來(lái)看，主要以發(fā)明專利為主，說(shuō)明企業(yè)的自主創(chuàng)新技術(shù)能力強(qiáng)，知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)意識(shí)良好，進(jìn)行了全球?qū)＠季帧?/p>

通過(guò)專利聚類分析，可以發(fā)現(xiàn)，光峰光電的技術(shù)群組主要集中在激發(fā)光源、波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換和投影系統(tǒng)，并具有多篇核心專利，如“采用具有波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換材料的移動(dòng)模板的多色照明裝置”（公告號(hào)為CN101836160B，申請(qǐng)日為2008年7月18日，優(yōu)先權(quán)日為2007年7月30日）。該專利在全球的被引用頻次高達(dá)480次，是極具價(jià)值的核心基礎(chǔ)專利。

3.4 卡西歐計(jì)算株式會(huì)社

卡西歐于2010年發(fā)布了世界上首臺(tái)混合光源投影機(jī)，是混合光源的領(lǐng)軍企業(yè)，擁有多件核心專利。如“發(fā)光裝置及光源裝置以及使用該光源裝置的投影機(jī)”（公開(kāi)號(hào)為CN101839463A，申請(qǐng)日為2010年3月17日，優(yōu)先權(quán)日為2009年3月17日），該專利在全球的被引用頻次高達(dá)126次;再如“光源裝置、投影裝置以及投影方法”（公開(kāi)號(hào)為CN101937162A，申請(qǐng)日為2010年6月29日，優(yōu)先權(quán)日為2009年6月30日），其技術(shù)方案主要涉及LED光源和激光光源的混合，該專利在全球的被引用頻次高達(dá)134次。

4 投影光源領(lǐng)域?qū)＠夹g(shù)發(fā)展的啟示

經(jīng)過(guò)多年的技術(shù)發(fā)展，投影產(chǎn)品在技術(shù)上已經(jīng)非常成熟，其深入到我們教育、商務(wù)乃至家庭娛樂(lè)等諸多顯示領(lǐng)域。目前占有市場(chǎng)份額較大的為L(zhǎng)ED光源投影機(jī)和激光光源投影機(jī)，雖然激光光源有較傳統(tǒng)光源和LED光源在壽命、亮度等方面的更大的優(yōu)勢(shì)，但是由于其價(jià)位較高，通常只應(yīng)用于高端市場(chǎng);而LED光源投影機(jī)憑借價(jià)位低、壽命長(zhǎng)受諸多家庭的偏愛(ài)。

另外，隨著智能化時(shí)代的到來(lái)，人們對(duì)產(chǎn)品的“便攜式”有了更高的要求，目前市場(chǎng)上有很多微投產(chǎn)品，多數(shù)為L(zhǎng)ED光源。LED光源，在投影機(jī)方面，最主要的意義在于為機(jī)身小型化開(kāi)辟了新的道路，由于LED光源體積小，且具有很多顯示技術(shù)優(yōu)點(diǎn)，所以更適于研發(fā)小巧的投影機(jī)。[2]

目前，激光光源在投影領(lǐng)域的應(yīng)用雖然已經(jīng)有很好的實(shí)踐，各大主流企業(yè)相繼推出產(chǎn)品，但是，由于其具有絕對(duì)的性能優(yōu)勢(shì)，激光光源的革命仍在繼續(xù)，未來(lái)，激光光源投影機(jī)仍是研究熱點(diǎn)。并且，激光光源高色彩、低成本、小體積何時(shí)能普及是未知的，如果激光光源技術(shù)真正成熟，其必然會(huì)取代傳統(tǒng)光源和LED光源。

參考文獻(xiàn)：

[1] 洪博宇，蘇軍根，盧燕青，等.智能投影終端技術(shù)分析與應(yīng)用方案研究[J].廣東通信技術(shù)，2019（6）.

[2] 陳炳南.投影機(jī)燈泡光源的現(xiàn)狀研究[J].電子技術(shù)與軟件工程，2017（15）.