激光显示技术掀起色彩革命

印制电路信息 2010 No．2 综述与评论 Summarization＆Comment 激光显示技术掀起色彩革命 屈伟平 (解放军76410部队，广西 桂林 541001) 摘 要 文章阐述了激光显示的原理和优势，总结了激光显示技术开发进展，指出了激光显示技术为我国显示产 品自主创新带来了难得的跨越式发展机遇。虽然我国激光显示技术研究和产业化工作已取得了重大突破，但其产业发 展仍然面临诸多挑战。 关键词 激光显示；优势；机遇；挑战 中图分类号 ：TN24 文献标识码：A 文章编号：1009—0096(2010)2—0011—04 Color Revolution Raised by Laser Display Technology QUE Wei-ping Abstract This thesis expounded the principle and advantages of laser display,summarized the development progress of laser display technology and indicated laser display techn ology brought a rare opportunity for the great— leap—forward development of our country’S display products．Although a major breakthrough for the research and industrialization of laser display techn ology in our country has been made，the industry still faces many challenges． Key words laser display；advantage；opportunity；challenge 1 什么是激光显示 激光显示技术是继黑白显示、 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 彩色显示和 数字显示后的下～代显示技术，是显示技术的一场 革命。激光显示以激光为光源，充分利用了激光波 长可选择和高光谱亮度的特点，因此显示图像具有 更大的色域，其色域覆盖率可达荧光粉的2倍以上， 可达到人眼所能识别色彩空间的90％以上，而且具有 很高的色饱和度。激光电视利用半导体泵浦固态激 光工作物质，产生红、绿、蓝3种波长的连续激光作 为彩色激光电视的光源，通过电视信号控制三基色 激光扫描图像。 激光显示系统由激光器、调制器、光偏转器和 屏幕等组成，其基本工作原理如图l所示。系统接收 到视频信号后，从信号中分离出红、绿、蓝三色图 像信号和帧同步信号。经过处理，三色信号控制三 色半导体激光二极管行阵列，使之发出相应强度的 光，经合色器调制输出，在帧同步信号的控制下， 通过光偏转器，实现光束扫描，射到接收屏上，形 成图像。红、绿、蓝激光器是彩色显示的三原色光 源，与荧光光源相比，光束质量和效率更高，没有 荧光光源产生的绿影和白炽光源产生的黄影，可实 现三原色的平衡 。 激光显示的产业链很广，包括半导体、人工 晶体、光学冷加工、图像引擎、数字信号处理、整 机集成技术等方面。具体说来，化合物半导体及封 装、激光泵浦源、人工晶体、激光器等产业链构成 了激光产业，也就是激光显示的上游产业。应用于 显示领域的激光器和激光光源整合处理技术以及光 学引擎技术、光机制造，为激光显示的中游，是把 激光产业与显示产业联合起来 的关键环节。显示终 端的制造企业，比如投影机和电视等为下游产业。 综述与评论 Summarization＆Comment 印制电路信息 2010 No．2 图1激光显示系统工作原理图 2 激光显示的优势 激光显示在大色域的基础上，还具有光能利用 率高、能耗低、寿命长的特点。 2．1 完美的自然色彩 显示产业是现代高技术产业的重要组成部分， 也是现代信息社会发展的重要基础产业。显示技术 在经历了黑 白显示、彩色显示到数字显示之后， 已 经完成了向高分辨、数字化的转变。但是，目前显 示产品的色域空间仅能覆盖人眼所能识别色彩空间 的31．8％，难以真实还原 自然色彩，这 已经成为进一 步提高显示质量的重要障碍。 激光显示作为新一代显示技术，在继承了数字显 示技术所有优点的基础上，以高饱和度的红、绿、蓝 三基色激光作为显示光源，解决了显示技术领域长期 难以解决的大色域色彩再现难题，其色域可覆盖接近 90％人眼可识别色彩，从而最完美地再现自然色彩。 2009年5月19日，第十二届科博会在北京国际展 览中心隆重举行，北京中视中科光电技术有限公司展 出了自主研发的65 in激光电视。其色彩空间、色彩饱 和度分别是传统电视显示标准的2倍和100倍。 2．2 高品质的图像 新的图像再现技术充分利用了激光本身的优 点。在光的传播方式上，激光光源与传统的白炽灯 有着本质上的不同：普通白炽灯的光线向所有方向 发射，而激光器将所有的光线都聚集在一个平行的 光束中。此外，激光放映机比传统放映机能够表达 更大的颜色范围，提供更加清晰的图像。 高清晰度使得激光放映机能够用于传统放映机 一 12． 不适用的一些领域。当前普遍采用的带卤化物灯的 传统放映机不 能随意向房 间四处投影，因为放映镜 头只能补偿非常小的失真，因此原则上放映机应该 在放映轴线附近，一般位于房间的中央。 无论激光以垂直或水平角度照射银幕，效果都是 一 样的，没有失真。即使是怪异的投影几何结构，比 如一个拱形银幕，甚至一个圆形屏幕，激光投影在任 何地方都不会产生模糊不清的现象。激光放映机的这 种特性为环形放映开创了一个美好的前景。 在实际应用中，激光技术还有其他许多优点： 小巧紧凑的放映头可以与激光单元分开；激光单元 可以隐藏在房间内，只将小的放映头露在外面；由 倾斜放映而产生的失真可以非常简单地校正等等。 2．3 环保节能 激光显示作为新一代的显示技术具有卓越的低 能耗特点。如果要显现60 in的图像，激光合成自光的 功率一般需要20 W就足够了，若按发光效率10％来计 算，整机功耗只有200 w左右，而目前一般的投影产品 显现60 in的图像，功耗应该在700 W～800 W(200 w左 右的功率是激光在量产后得到优化的情况下实现的功 率，目前因没有实现量产，尚未达到这一水平)。 在平板显示领域，目前液晶电视、等离子电视 的市场发展空间很大，如果平板电视应用激光显示 技术，其功耗可以降低l／3甚至1／2。以1 000万台平 板电视每天工作4小时计算，年耗电共计29亿度，如 果这些家庭采用更节能的激光电视每年将节电20亿 度，近于几个大型火力发电厂年发电量的总和，相 当于每年减少173万吨二氧化碳的排放 激光显示的核心部件在生产过程中不使用任何 印制电路信息 2010 No．2 综述与评论 Summarization＆Comment 重金属，没有废水、废气、废物排放，是名副其实 的环境友好型显示光源 。 2．4 应用范围更广 激光显示技术不仅可以进入现有的激光 电影 机、激光投影机、激光背投电视、激光背投拼接墙 等显示产品市场，应用于家庭影院、大屏幕指挥显 示系统、公共信息大屏幕、数码影院、家庭影院、 飞行员模拟训练、水幕成像表演等领域，而且能够 创造出新型显示产品市场，如激光微型投影、激光 投影手机、激光三维立体显示等。 3 激光显示技术开发进展 3．1 国内 早在上世纪8O年代末，激光显示技术就已进入 我国863 计划 项目进度计划表范例计划下载计划下载计划下载课程教学计划下载 。2002年我国在该技术领域实现重大突 破，推出全固态激光显示原理样机，2003年研制出 60 in背投激光显示机，之后又相继推出84 in和140 in 大屏幕激光显示样机。这些科研成果标志着我国在 技术开发方面进入 国际激光显示先进行列。 为进一步加速激光显示产业化进程，科技部部 署了 “新一代激光显示技术 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 化开发”863重点项 目，组织家电企业、科研院所围绕激光电视、激光 投影和激光电影放映机等显示产品研发，在市场的 牵引下进一步完善激光显示产业链，从而为我国激 光显示产业的跨越式发展奠定基础。 中科院光电研究院于2006年l0月与民营资本结合 组建了 “中视中科光电技术有限公司”作为激光显示 技术产业化研发平台，在863计划、中科院知识创新 工程等支持下，通过产研的密切合作创新，围绕激光 显示高端产品和相关关键部件开展了创新研发。 由于国家的长期支持，中国在这方面起步较早， 目前 已经拥有一系列关键技术。激光显示可以按照功 能来分为以下几个部分：匀场、激光器、光学引擎、 扩束消相干、投影物镜、合色、整机集成等，除了光 引擎，其他部分我们都有自主知识产权。 科研人员成功研发出55 in激光电视、6 m 激光投 影机和国际首台激光数字电影放映机，激光投影机 已经在北京奥运会服役，激光数字电影放映机已进 入商业影院试用。目前中视中科公司已经获得了100 余项国内发明专利和1项国际发明专利，占全球激光 显示相关知识产权总数的10％以上。 ． 13一 激光显示的创新才刚刚开始，目前还有很多技 术空白，是国内企业和研究机构进入的绝佳机会。 中国在这方面也走在了世界的前列，激光显示方面 的全球专利总共才有1 5O多项，其中中国就有了34 项，占世界专利总数的30％。这些为激光显示的规模 产业化奠定了重要基础，使我国有机会在以激光显 示为代表的新一轮显示产业竞争中取得先机。 3．2 国外 激光显示被认为是 “一次显示领域的革命”， 具有每年500亿美元以上的市场前景。SONY、三菱 电气、精工爱普生、三星、德国欧士朗等国际产业 巨头正在加紧激光显示技术和产品的研发。 目前，国际激光显示技术已发展到产业化前期阶 段，2007年～2009年是激光显示技术以行业应用为主 的示范期，这一时期核心材料与器件的工业化生产和 配套产业的完善以及争夺先期市场成为当前的发展重 点，同时要完善产业链、形成专利池和国家标准，未 来3～5年将是全球激光显示技术产业化发展的关键时 期，2010年将迎来以高端消费类产品为主的崛起期。 4 我国发展激光显示技术的挑战 在国家有关计划和各类社会资源的支持下，我 国激光显示技术研究和产业化工作已取得了重要突 破，但其产业发展仍然面临诸多挑战。 4．1 产业化困难 激光显示作为新一代的显示技术，需要时间和 一 定的过程 才能为市场和产业界所接受 。 目前激光 显示技术在中国已经完成了在实验室的研发阶段， 终端显示企业要应用激光显示技术，要与科研机构 建立合作关系，进行产、学、研的配合，引进先进 的科研技术、团队和人员，目前中国已有企业在做 这方面的事情了。 现在的问题是，实验室可以做出样品，做得也不 错，但一进入生产环节就不行。我国的显示产品制造 厂商主要为家用电器制造厂商，他们对光学和光电技 术十分陌生，完成激光显示关键技术向产品和产业的 转化，有较大困难。现在的情况是，TCL、长虹等国 内彩电巨头都无暇顾及激光显示，对企业来说，一个 两年之内无法带来盈利的项目是没有吸引力的，市场 的压力使得国内彩电巨头变得 “近视”。 这需要关键技术研究者将工作延伸到产业化相 综述与评论 Summarization＆Comment 印制电路信息 2010 No．2 关技术和工艺的研发，为生产制造厂商提供包括系 统 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 、集成和关键部件生产工艺在内的，较为完 整的产业化技术解决 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 ，并通过在局部市场的先 期切入，进行技术和产品示范，营造市场需求并向 相关厂商推广技术解决方案。 4．2 仍然存在技术掣肘 作为光存储产业的关键部件半导体激光器， 其专利主要被国外尤其日本公司所垄断。日本的索 尼、夏普、三菱等占据存储用半导体激光器市场的 70％以上。因此，假如半导体激光器的外延生长、芯 片制备、封装无法实现国产化的话，激光显示有可 能重蹈光存储产业的缺乏核心技术的悲剧。 国内还没有一家商业化公司具有半导体激光器材 料外延生长、芯片制备、器件封装的能力。半导体技 术的薄弱使得我国激光显示用大功率半导体激光器主 要依赖进口，特别是大功率半导体激光器外延与芯片 技术。这些大大限制了国内激光显示技术的发展。 4．3 成本有待下降 激光显示技术现在面临的一个很大的问题是成 本高。激光器如果要满足功率较大、寿命较长或者 波长很精确的需求，其成本就会非常高。成本高的 主要原因是成品率不高，而成品率不高的根源在于 企业没有经过认真 的产业化示范研究 。通过技术创 新和规模化生产降低成本是当前激光显示产业化关 键技术攻关的重点内容。 当然 ，这些 问题也不是不可克服的，倘若我们 能够进一步研究，这些都好解决。但是现在没有足够 的资金投入研发，成品率很难提高。我们在实验室可 以百里挑一，只要在多件成品中挑出一件好的就可以 了，但是真正实现量产，目前的成品率是达不到产业 化要求的，这需要国家和企业投入大量资金进行研 发，只有成品率提高了，成本才可能降下来。 4．4 国际竞争压力 2007年元月，在美国拉斯维加斯国际消费电子 展 (CES)上，日本索尼公司和美国Novalux公司各 自推出基于投影式激光显示技术的多台的激光显示 试验样机，包括了55 in激光背投电视和小型、袖珍 式前投影机以及激光数码影院等。 在 日本，由政府组织企业和研究机构共同大力 一 14一 研发激光显示技术，谋求在未来竞争中获得绝对优 势。激光电视技术的开发以索尼公司和三菱电气的 工作最引人注目。2005年，日本索尼公司研制成功 单元6 m。的投影显示系统，并在拼接技术基础上，集 成出一套500 m。的激光影院。2006年2月，三菱电气 将美国Novalux公司研制的大功率红绿蓝三基色激光 器应用于DLP背投电视，宣布研制成功激光背投电 视，能够表现大色域颜色，支持xvYCC影像规格。三 菱电气计划建设中试生产线，预计今年投入生产。 2006年3月，日本精工爱普生公司宣布与美国Novalux 公司进行战略合作，共同开发激光显示技术。 我国激光显示的竞争对手均是技术及资金实力 强劲的跨国企业，他们的投入巨大，技术研发和产 业链整合的进展迅速。我国激光显示的产业化进程 并不是很快，我国在生产设备、人员规模等方面已 经落后于发达国家。 中国目前有很多的研究成果都走在国际前列，但 一 涉及产业化就不行了，主要原因是资金投入的问题。 国家的资金不够，企业又没有投入，技术便被搁置。中 国激光显示产业要做大做强，一定要掌握产业链上游， 并拥有自主知识产权，目前资金投入是第一步。激光显 示需要整个行业的认同，我国只有在量产成品率的研发 方面投入足够资金，才可能形成一个产业。 5 跨越式发展机会 我国是显示器生产和消费大国，但从显像管 到液晶、等离子，由于长期缺乏 自主创新的核心技 术，显示产业的发展严重依赖技术引进和关键部件 的进口，一直受制于人，难以参与国际市场竞争。 我国显示产业要进入良性发展循环，就必须依 靠自主创新的核心技术和关键技术，实现技术和产 品的跨越发展。但从显像管到液晶、等离子，作为 继黑白、彩色、数字之后的第四代显示技术，激光 显示技术正悄然兴起，为我国显示产品自主创新带 来了难得的新机遇。 激光显示 目前正处于大规模产业化前的技术和 产品研发竞争阶段，尚未形成垄断性的国际分工， 也尚未形成垄断性的技术标准，这也为我国激光显 示产业的发展留有难得的空间。团 作者简介 屈伟平，博士，高级工程师，总工程师，就职于 解放军76410部队。