短弧氙灯VS超高压汞灯 浅析投影光源

[中关村在线投影机频道原创]在投影显示领域，主流的两种光源技术分别为超高压短弧氙灯和超高压汞灯。两种光源技术，有哪些区别？孰优孰劣？

由于投影机工作原理的特殊性，无论其成像单元的结构和差异化，都需要有显示光源的支持。从光源到屏幕，从不到1英寸的显示芯片，到100英寸的输出画面，显示面积呈100x100倍的放大，光源高亮的重要性不言而喻。在民用领域，投影机的光源，就是我们在现实生活中，能接触到的最亮的光源设备之一。现阶段，在投影领域，传统光源特指超高压汞灯和氙灯技术，新光源一般指LED、激光和激光LED混合光源技术。

共同点分析：

A，两种灯泡技术，都主要应用在投影显示领域，都属于高强度气体放电灯。

B，皆工作在融凝石英玻壳内，工作时内部温度都很高，参考石英的熔点是1750摄氏度。

C，灯泡内部都有高压气体，工作时通常在几百个大气压。

D，灯泡内的电极成为弧间流动电流，并发光。

由于超高压汞灯和短弧氙灯在工作状态时，内部都会有高压、高温和有毒物质，存在炸灯的隐患，这也是部分用户回避投影机的主要原因之一。其实现阶段，我们已经不用过于担心这个问题。如今的正规投影厂商、大牌灯泡厂商都对此很关注，尤其是要严格遵守欧盟的苛刻标准，在灯芯结构、投影机身机构、镜头设计、灯杯设计、灯架设计、电源管理、温度监控等诸多方面已经做了优化处理，相对老款机型，炸灯的几率非常低；即使发生意外的炸灯情况，灯泡的碎片不会直接喷射出机身，相对而言不易对人身产生伤害；尤其是内部监控电路设计的不断完善，在灯泡出现异常情况前，主机会自动切断电路，防患于未然。

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从中文名称分析，超高压汞灯，具备两大特性：A，内部成分含有汞；B，内部具有很高的大气压力。超高压汞灯里确实有汞，而且是以汞蒸气的形态出现，压力为10133～20265千帕，约为100～200个大气压。

随着压力的变化，超高压汞灯的波长和色温都会有相应的变化，例如在130大气压时，主要发射波长在546.1nm，相当的能量为219kJ/mol(52.3kcal/mol)的。超高压汞灯从长波紫外到可见光都有很强的辐射，电弧亮度极高；而且随着汞蒸气压提高，可见光部分愈丰富，电弧亮度也愈高。超高压汞灯之所以被选作投影显示光源，有几大优势：

A，色域宽广。随着压力增加，可见光部分愈强烈，表现为色彩更加丰富更加准确。

B，寿命长。普通白炽灯的寿命一般为1000小时，超高压汞灯寿命在2000小时以上。

C，衰减率更低。普通卤素灯寿命为1000小时，但在500小时后亮度会衰减为50%。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，且衰减幅度小于20%。

D，亮度较高，体积较小，相对成本较低。

短弧氙灯是第一种用于投影的光源，在1948年由西德奥斯兰公司开始研制这种光源，1951年开始销售该种产品。1954年，在西德举行的科隆世界照相和电影博览会上，蔡司-依康公司展出了世界上第一个球形短弧氙灯，接着世界各地相继研制生产，我国在1964年也研制成功了这种光源。

现阶段，短弧氙灯的主要品牌包括飞利浦、欧司朗、ASL等，与超高压汞灯的市场格局类似，飞利浦在投影显示领域的灯泡技术最先进、市场占有率最高。

短弧氙灯具有许多优点：

1，亮度高，比超高压汞灯更亮；现阶段，传统光源的工程投影机，最高亮度可达到4万流明。

2，辐射光谱接近日光，色温5000～6000K；

3，衰减性控制良好，随工作电流和工作时间变化较小；

4，可连续工作，寿命可达1000小时以上。

在结构上，超高压汞灯和短弧氙灯都属于高强度气体放电灯。结构上都采用了密封的耐高温的透明石英管，内部安装两个距离一定的不同形状钨电极，并充入氙、汞或者金属卤化物。启动时，先在电极间加上脉冲高压，形成辉光放电，继而形成弧光放电，发出耀眼的白光，可制作成交流或直流工作方式。加入的气体和卤化物不同，电弧管内的压力不同，高强度气体放电灯可分为多种。

两种灯泡技术都需要预热与散热过程，一般在启动2分钟后即可获得全光通量输出，即达到灯泡光输出的最佳效果。这也是ZOL进行客观测试时，要预热30分钟以上的原因。

投影领域的超高压汞灯和短弧氙灯，在结构上非常接近，但是在电气特点上有很大差异：

1，超高压汞灯工作电压小于5安培，短弧氙灯工作电压最大可达50安培；

2，超高压汞灯亮度最高可达到6000流明以上，短弧氙灯最亮可达4万流明；

3，超高压汞灯功耗一般小于500瓦，短弧氙灯功耗最大可达5000瓦；

4，超高压汞灯电弧极距小于1.3毫米，短弧氙灯电弧极距一般大于4毫米小于10毫米；

5，超高压汞灯内部填充的是汞蒸气和氩气，短弧氙灯内部填充的是氙气；

6，超高压汞灯有直流电型和交流电性，而短弧氙灯只有直流电型；

7，从尺寸上比较，超高压汞灯设计的比较小巧，灯芯尺寸一般不大于70毫米；而短弧氙灯尺寸比较大，灯芯长度一般都大于200毫米。换一个角度考虑，一般小型商教投影采用的都是超高压汞灯，而体积较大的投影机才会采用短弧氙灯。

通过简单的分析，我们可以认为，超高压汞灯体积小，与氙灯相比亮度较低，发热量和功耗自然也较小，相对而言成本也较低，比较适合小机型；而短弧氙灯体积大，可以实现超高亮度，比较适合高亮的工程投影机。但是为何很多影院机型也采用氙灯，而不是超高压汞灯呢？

这里可以细分为三个原因：

1，显示芯片的尺寸

由于电弧极距差异非常明显，为保证光源的最佳利用率，小尺寸的显示芯片与小型的超高压汞灯搭配更加合理，而大尺寸的显示芯片与大型的短弧氙灯搭配更加合理。

2，成本高低的差异

两种光源技术比较，相对而言，同等功耗的短弧氙灯的成本要高于超高压汞灯，而超高亮度只有超大功率、价格不菲的短弧氙灯可以胜任。同等功耗的产品，在使用寿命方面，超高压汞灯要长于短弧氙灯。总体而言，短弧氙灯的成本要远高于超高压汞灯。

3，色彩表现

可见光的波长范围在380～780纳米之间，超高压汞灯呈现出的可见光波长范围在380～650纳米之间，短弧氙灯呈现出的可见光波长范围在400～750纳米之间。色彩差异表现为：

A，呈现出的可见光范围，短弧氙灯大于超高压汞灯；尤其是人眼最敏感的红色，短弧氙灯呈现出的范围更加宽广，相对而言视觉上红色更加饱满。参考数值，可见光中的红色，波长范围在622～780纳米之间。

B，从实际测量而言，未经调校的短弧氙灯色温接近6000K，轻微偏暖色；而未经调校的超高压汞灯接近7000K，偏冷色。经过专业人员调校后，超高压汞灯也可以符合自然白光的色温要求。

由于短弧氙灯的特殊性，随着电流的提高，可见光的辐射强度增加的比长波辐射快，即提高可见光的能量强度。我们可以简单理解为，在低亮度情况下，超高压汞灯和短弧氙灯差异不大；在高亮度情况下，超高压汞灯的色彩略逊于短弧氙灯；超高亮度范畴，只有短弧氙灯，能胜任色彩输出要求。

ZOl分析：

对于调校知识相对不丰富的用户而言，采用短弧氙灯的高清影院产品的色彩更加鲜艳，不过售价会略高。对于专业人士，经过多番调教后，超高压汞灯的效果可以非常接近氙灯，但还是有一点小小的差距。

市面上销售的超高压汞灯，有两大关键词UHP和UHE。无论从结构、外形、定义、性能等诸多方面，两者非常近似，也是用户最不易区分的关键词。

UHP灯泡的全称是Ultra High Performance，是荷兰飞利浦公司于1995年研发并注册的一种超高压汞灯技术，极距约1.3毫米。这种超高压汞灯泡，120W使用寿命在8000小时左右，250W使用寿命在3000小时左右。我们常见的UHP灯泡功率一般在200瓦以上。为了达到更好的集光效果并延长使用寿命，近年来UHP光源的电弧极距减少到1.0毫米，其寿命达10000小时以上，实验室已经做到1.5万小时，不久有望提高到2万小时。

UHE灯泡也是超高压汞灯，是精工在1997年研发出来的灯泡技术。如今，爱普生重点研发E-TORL灯泡，Epson-Twin Optimize Reflection Lamp的简称。这个系统在椭圆形反射镜的基础上结合了一个非球面的透镜和一个半球形的镜面。这种设计的优点是灯泡体积小，但光功率高，灯泡使用寿命长。UHE灯泡利用光学原理滤除了红外线，发出冷光，热量比较小，能有效降低投影机功耗，其使用寿命能达到3000小时以上。

在不清楚产品的情况下，从价钱、技术、结构、外形、封装等都很难区分，除非卸下灯泡，并拆除灯架后，查看灯泡的标识才能明确是UHP还是UHE。

如何快速区分：

1，商家流行的简易方法，UHP的最后一个字母为PHILIPS的P，简称P灯；UHE的最后一个字母为EPSON的E，简称E灯。

2，爱普生的产品多数为3LCD产品，只有极少数为反射式液晶产品，而UHE只出现在采用液晶技术的机型上。其它更多的非液晶技术的投影产品，若显示其使用了超高压汞灯，一般都是UHP的灯泡。

在民用领域，常见的超高压汞灯品牌有飞利浦PHILIPS的UHP、爱普生EPSON的UHE、欧司朗OSRAM 的VIP、松下panasonic的UHM、日本优志旺USHIO的UMPRD/UMVRD/NSH、日本凤凰PHOENIX的SHP、美国奇异GE的SHL等等。但是从市场销售来看，UHP的量最大，也是假冒伪劣的盛行之地，我们购买时需要格外小心。

多数销售投影灯泡的经销商是厚道的，四个月免费保修；也是非常不厚道的，炸灯除外。四个月内，你能试出啥毛病？炸灯就是最大的问题，而且是用户最不愿意直面的惨淡现实。

ZOL建议：

1，优先选购原装、大品牌和正规渠道销售的超高压汞灯产品，不仅安全可靠，而且可以避免买到使用过、次品、无售后等不良产品。

2，由于投影机的供电系统不同，一般不能随意搭配使用，但是同功率、同类型、同尺寸的超高压汞灯可以互相替换，即兼容灯泡可以使用，但我们不推荐。

3，莫要贪图小便宜，毁掉了上万元投影机，还失去了保修，可谓得不偿失。

4，大型工程投影机，有指定的品牌和灯泡类型，我们没得选择，你懂得。

为何，一定要使用汞？

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。为了克服由于电极处于极高温度，造成钨材料蒸发并沉积在球壁上造成光衰，工艺上对灯内充入微量卤素达到有效清洁泡壳的作用，同时有效延长灯泡的使用寿命。

是否会淘汰超高压汞灯？答案是，会，但短期不会。

2012年，将是光源历史上一个值得纪念的日子，传统的白炽灯泡在欧盟正式寿终正寝。虽然爱迪生发明的白炽灯，在人类史上的贡献巨大，但是无法逃避被历史车轮淘汰的命运；同理，投影界的封疆大吏，超高压汞灯亦无法回避这一问题。

根据欧盟的计划，淘汰白炽灯泡后，下一步将着手处理高压汞灯问题。而现阶段，95%以上的投影机采用的都是超高压汞灯类光源，相对而言汞灯的电热转化效率不高、发热量大、存在安全隐患等弊端，已经是绿色环保部门的首要关注对象。新光源的研发、应用和普及，淘汰汞灯已经成为欧盟讨论的法令议题。

在工程领域是激光技术最能有所作为的领域，但是受限于：A，技术难题，拥有高亮激光光源技术的厂商，屈指可数；B，受制于欧盟的标准，暂时未放开5000流明以上激光光源的应用。所以造成激光产品少之又少，高亮的工程产品迟迟未能正式上市销售。根据我们的分析，LED、混合光源和纯激光，未来将逐级瓜分传统光源的广袤市场份额，而且还会不断拓宽市场：

一，家用，LED全盘接手。在不久的未来，LED将逐渐失去垄断和竞争力，到时家用领域将会由LED一统天下。虽然LED亮度有不足的问题，但是配合合理的应用方案，满足普通家用已经是绰绰有余。在微投领域，LED依然具有不少优势。

二，商教工程，浑噩光源的地盘。随着技术的完善，成本适中、易于实施、性能稳定的混合光源，将占据商教市场和低端的工程领域。当然，可能还会有比第二代混合光源更加完善的产品出现，进一步满足工程领域的需求。

三，激光，为工程而奋斗不息。经过不断的技术完善，具有最高亮度的激光光源，必将在工程领域大放异彩，或许能抗拒太阳光的人类光源亦可能出现。

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