投影光源技术综述

张雅惠 郭凤华

摘要：近年来，投影领域发展迅速，投影机技术经过20多年的发展，不断取得突破，其市场占有率越来越大。而投影光源作为投影系统的重要组成部分，其选取对投影机成像效果至关重要。因此，投影光源一直都是本领域追求改进的方向，本文对该领域检索后进行专利分析，对投影光源的发展历程，技术分支及重要申请人进行分析。

关键词：投影光;专利技术分析;技术分支;申请人

中图分类号：TN929.5文献标识码：A 文章编号：1003-5168（2020）12-0142-05

1 引言

1640年，德国一名叫奇瑟的传教士发明了一种叫魔法灯的幻灯机，世界上第一台幻灯机诞生。1845年，幻灯机进入了工业化生产时代，光源逐渐由蜡烛变成了油、汽灯，再由油、汽灯演变为电光源。最早的电光源为金属卤素灯泡，金属卤素灯泡为传统光源的一种，其寿命极短（约2000h），目前基本已被淘汰，传统光源还包括超高压汞灯泡和疝灯，而超高压汞灯泡包括UHP和UHE，荷兰飞利浦公司于1995年首先成功研发出UHP，由于其亮度高，且寿命较金属卤素灯长，甚至可达1万小时，逐渐成为投影机的理想光源，而疝灯造价极高，并未被广泛应用。

LED光源于21世纪进入到投影仪的应用中，其较传统光源尺寸小、寿命长，使用寿命一般为2万小时以上，为微型投影提供了条件，但是LED光源的亮度较低。

激光光源为近些年发展起来的投影光源，其亮度较高、寿命更长，一般寿命可达几万小时，亮度也可达到数万流明，但是激光光源的成本较高，因此其并未完全取代传统光源和LED光源，传统光源和LED光源在投影光源市场上仍占有较大的市场份额。

混合光源将LED光源与激光光源混合，集合了LED光源和激光光源在寿命和亮度上的两大优势，其可作为由LED光源向激光光源的过渡技术。卡西欧在2010年最早推出LED+激光光源投影机，并将其引入中国市场，目前已有多个厂商推出新品。[1]

2 投影光源技术专利分析

在国际专利分类表（IPC）中，涉及投影光源的分类号主要集中在G03B21/20，本文采用IncoPat专利数据库，在G03B21/20这一小组中进行检索，数据检索日期为2020年2月27日，其中，由于专利文献在提出申请后并不会立即公开，因此，2018年、2019年及2020年的专利申请数据会有不完整的问题。所以，以下分析图中有关2018年和2019年申请量的下降曲线主要是由于样本数据量的不完整而造成的。

2.1 全球专利分析

图1为全球范围内投影光源专利申请趋势图，根据检索结果，我们将投影光源技术的发展划分为4个阶段。

阶段一：萌芽时期和缓慢增长时期（2000年以前）

2000年之前是全球投影光源技术专利申请的起步阶段，每年的申请量不超过50项。申请量排在第一位的是ZEISS IKON AG（蔡司依康），ZEISS IKON AG成立于1926年，是当时德国光学工业中最大且極负盛名的企业。紧随其后的是PHILIPS NV（飞利浦），PHILIPS NV凭借UHP灯泡的核心技术，拥有其他品牌无法企及的竞争优势。上述两家公司在20世纪20年代已经有关于投影光源的相关专利申请，在投影领域起步较早，为该领域的开拓者。除此之外，BAUER EUGEN GMBH和SEIKO EPSON CORP（精工爱普生株式会社）两家公司也占有重要的地位，其中SEIKO EPSON CORP随着在20世纪80年代末推出液晶投影仪（LCD），申请数量增长较快。此阶段，投影机中应用的投影光源以传统光源为主。

阶段二：第一阶段快速增长期（2000年至2005年）

2000年到2005年，投影光源专利申请进入第一阶段快速增长期，申请量迅速增加。这是由于随着投影技术的成熟，金属卤素灯、高压汞灯在投影机中得到广泛应用，同时，LED光源逐渐被应用到投影机中，因此专利申请量增长较快。

阶段三：稳步调整期（2005年至2009年）

从图中可以看出，2005年至2009年，投影光源的申请量呈现震荡增长趋势，说明传统光源、LED光源经过了快速的增长期后，其技术发展已经较为成熟，开始进入稳步的增长阶段。

阶段四：第二阶段快速增长期（2009年至今）

2009年之后，投影光源专利申请进入第二阶段快速增长期，申请量开始大幅度攀升。这是由于激光光源在投影机中的应用由概念阶段逐渐产业化，由于激光光源在寿命和亮度方面的绝对优势，多数企业开始转向激光投影机的研发。目前，激光投影机仍有更加广阔的研发空间，专利申请量仍在增加。

图2为全球范围内投影光源专利的申请人排名情况，如图所示，投影光源领域排名前十申请人中，有四家日本企业，其中SEIKO EPSON CORPORATION（精工爱普生株式会社），占绝对领先地位，专利申请量遥遥领先。日本是投影技术发展较早的国家，其投影技术处于领先地位，是主要的技术来源国，拥有多家本行业的佼佼者，诸如CANON KK（佳能）、PANASONIC CORPORATION（松下）、CASIO COMPUTER CO LTD（卡西欧）、SONY CORPORATION（索尼）、SANYO ELECTRIC CO LTD（三洋电机）等。另外，排名前十的申请人中有六家中国企业，分别为深圳市光峰光电技术有限公司、海信集团有限公司、深圳市绎立锐光科技开发有限公司、中强光电股份有限公司、台达电子工业股份有限公司以及佳世达科技股份有限公司，上述六家企业后来居上，甚至超过了一些老牌的日本企业。

结合上述图2和图3可以看出，排名第一的精工爱普生株式会社，为投影领域的领军企业，其申请量在2000年之后开始迅速增加，并在2006年之后，呈较为平稳的增长趋势。精工爱普生株式会社拥有核心投影技术，于1989年最先推出LCD投影机，并经历了长达十多年的技术垄断。

排名第二的深圳市光峰光电技术有限公司是一家新兴企业，其拥有ALPD荧光激光显示技术核心专利，基于这一技术，光峰光电提交了多件专利申请并获得授权。其专利申请量在2011年迅速增加，并在2013年下降之后又以非常快的速度增长，并在2017年达到最大值。

排名第三的中强光电从2013年之后申请量增长迅速，尤其是近两年申请量急剧攀升。

另外，从图2和图3还可以看出，排名前十的均为企业，且均是从2010年以后才开始迅速增长，尤其是近两三年申请量极高。也表明，近几年，国内企业在投影光源领域的研究发展迅速，已经在该领域占有一席之位，并开始着重专利布局。

2.2 在华专利申请分析

图4为投影光源专利在华申请趋势，如图所示，在华专利申请量在2009年之前呈缓慢增加趋势，2009年之后进入快速增长期，年增长量维持在100～200之间。

图5为投影光源专利在华申请人排名情况，结合图2，可以看出，深圳市光峰科技股份有限公司（光峰光电）和中强光电股份有限公司近几年专利申请量增长较快，且大部分专利申请集中在国内，超过了精工爱普生株式会社在国内的申请量，而海信集团有限公司和深圳市绎立锐光开发有限公司的专利申请量基本全部集中在国内。说明中国的企业仍然以国内市场为主，专利申请集中在国内，除了深圳市光峰科技股份有限公司之外，极少向中国之外的国家和地区提交专利申请，没有形成全球专利布局。

图6为投影光源领域中国授权专利的有效性，如图所示，授权专利中，有效专利占比80.08%，失效专利占比19.92%，专利有效性较高，说明本领域专利价值相对较高。

3 重要申请人分析

3.1 精工爱普生株式会社

经过检索发现，爱普生在1988年5月31日申请的发明名称为“液晶投影仪”的专利JP07306412A，以及1989年3月16日申请的发明名称为“投影显示装置”的专利JP02257192A，上述两件专利中应用的光源均为传统光源;2005年3月30日申请的专利CN200510053693.1一种照明装置、图像显示装置和投影机，技术方案涉及将两个LED光源作为投影机光源，在全球被引用次数高达109次;2007年8月31日申请的公开号为CN101140413A的专利，CN101140413A公开的专利为一种图像显示装置，其涉及将激光光源应用于投影显示装置中。

由此可见，精工爱普生在传统光源、LED光源、激光光源领域均处于领先地位，起步较早，多年来专利申请量一直较为均衡，并未有大起大落。爱普生在投影领域拥有多项核心技术，比如LCD技术，1989年，随着日本爱普生和索尼两家大公司开发出液晶板的核心技术，世界上第一台LCD投影机（VJP-2000）面世，其出现开创了液晶投影机的新时代，也奠定了爱普生在投影机行业的全球领先地位。由于液晶板只有爱普生和索尼两家公司具备研发和生产能力，所以，其随后在投影领域经历了长达十多年的垄断。

3.2 中强光电股份有限公司

经过对不同时期中强光电的专利检索分析可知，中强光电在传统光源、LED光源、激光光源、混合光源四个领域也均有涉猎。虽不是佼佼者，但是各方面技术较为均衡。

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（原名光峰光电）是一家新兴企业，2004年起源于美国罗切斯特大学和美国能源部联合管理的激光實验室，5年后，核心研发团队从美国硅谷转移到深圳，创建了光峰光电，主要研究领域为半导体照明、显示光源、固态光源。2007年，光峰首创ALPD激光光源技术，拥有ALPD（荧光激光显示）技术核心专利。ALPD技术，主要原理是：选择成本较低的蓝色光激发高速旋转的荧光粉轮，从而形成多色激光光源，成像投射在屏幕上，该技术不仅突破了LED低亮度的技术局限性，还突破了传统RGB激光显示在成本、效率、可靠性等方面的瓶颈。基于这一发明创造，光峰光电提交了多件专利申请并获得授权，截止到2020年3月8日，光峰光电在全球范围内提交了1 167件专利申请，投影光源领域的申请为409件，从该公司提交专利申请的类型来看，主要以发明专利为主，说明企业的自主创新技术能力强，知识产权保护意识良好，进行了全球专利布局。

通过专利聚类分析，可以发现，光峰光电的技术群组主要集中在激发光源、波长转换和投影系统，并具有多篇核心专利，如“采用具有波长转换材料的移动模板的多色照明装置”（公告号为CN101836160B，申请日为2008年7月18日，优先权日为2007年7月30日）。该专利在全球的被引用频次高达480次，是极具价值的核心基础专利。

3.4 卡西欧计算株式会社

卡西欧于2010年发布了世界上首台混合光源投影机，是混合光源的领军企业，拥有多件核心专利。如“发光装置及光源装置以及使用该光源装置的投影机”（公开号为CN101839463A，申请日为2010年3月17日，优先权日为2009年3月17日），该专利在全球的被引用频次高达126次;再如“光源装置、投影装置以及投影方法”（公开号为CN101937162A，申请日为2010年6月29日，优先权日为2009年6月30日），其技术方案主要涉及LED光源和激光光源的混合，该专利在全球的被引用频次高达134次。

4 投影光源领域专利技术发展的启示

经过多年的技术发展，投影产品在技术上已经非常成熟，其深入到我们教育、商务乃至家庭娱乐等诸多显示领域。目前占有市场份额较大的为LED光源投影机和激光光源投影机，虽然激光光源有较传统光源和LED光源在寿命、亮度等方面的更大的优势，但是由于其价位较高，通常只应用于高端市场;而LED光源投影机凭借价位低、寿命长受诸多家庭的偏爱。

另外，随着智能化时代的到来，人们对产品的“便携式”有了更高的要求，目前市场上有很多微投产品，多数为LED光源。LED光源，在投影机方面，最主要的意义在于为机身小型化开辟了新的道路，由于LED光源体积小，且具有很多显示技术优点，所以更适于研发小巧的投影机。[2]

目前，激光光源在投影领域的应用虽然已经有很好的实践，各大主流企业相继推出产品，但是，由于其具有绝对的性能优势，激光光源的革命仍在继续，未来，激光光源投影机仍是研究热点。并且，激光光源高色彩、低成本、小体积何时能普及是未知的，如果激光光源技术真正成熟，其必然会取代传统光源和LED光源。

参考文献：

[1] 洪博宇，苏军根，卢燕青，等.智能投影终端技术分析与应用方案研究[J].广东通信技术，2019（6）.

[2] 陈炳南.投影机灯泡光源的现状研究[J].电子技术与软件工程，2017（15）.