激光显示技术发展现状和趋势

激光显示技术发展现状和趋势 一、激光显示技术 以红绿蓝(RGB)三基色激光为光源的彩色显示称为激光显示。目前，激光显示技术是一种还没有完全市场化、正在研发的新兴显示技术。它的最大特点在于以激光这种特殊的光源作为显示光源。激光显示具有四个比较明显的特征: 1、激光为线谱。激光的光谱特征与传统的灯泡光源或者荧光粉光源有显著的差别，其最大的差别在于激光光源的光谱分布是非常窄的光谱分布，色彩饱和度高，图像色彩最鲜艳。 2、谱线丰富。激光光谱的色域极高，图像色彩最为丰富，为色彩丰富的图像展示提供了一个舞台。这样的话，我们可以在显示器件的研发过程中选择最适合显示色彩的波长进行显示。 3、高强度。激光具有非常高的强度。我们知道，激光把光集中在一个很小的方向上进行排出，它在显示方面可以实现非常高的亮度，这样的话，即使是很小的一个芯片也可以实现超大规模的显示。 4、方向性好。激光的方向性好对形成高分辨率有非常好的潜能。 用激光光源作为显示，目前从色域的角度来说是显示领域的合并。我们说，显示中光是一个非常重要的环节，光源是显示器系统整体技术的提高。所以，激光显示技术可以最真实地再现客观世界丰富、艳丽的色彩，提供更具震撼力的艺术表现能力，被称为“显示领域的一次革命”。 激光显示在很多应用场合有非常大的潜质。特别是从色域空间给出了一个对比。使用激光可以做到极大色域空间，几乎把整个色彩空间全部覆盖。如下图所示，外边这个大三角形是中科院在激光显示方面选择的样机色彩空间，空间里小的三角形是目前国际上多数研发单位采用的波长。激光显示在色域方面，我们国家已经做到最大的色域空间。 二、激光显示技术发展现状 采用激光光源与传统光源来比，比如超高压汞灯或者氙灯，在一切方面都有一定的优势。首先是在色域方面，激光光源的色域可以做到两倍以上的色域 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 ，事实上已经实现了223% NTSC。用激光的光源可以实现红、绿、蓝三色独立动态 控制，这样的话对于更高对比度的获得是有潜在的优势。这和灯泡光源是显著的不一样，灯泡光源是整个白光光阻，要么是一起亮，要么就一起暗。第三方面是激光光源的寿命极长。对激光寿命的定义是将它的功率降低到80%，是到寿命了。从显示的角度来说，一般是一半的光输送是寿命。在激光的寿命中，激光的寿命目前已经超过两万小时，如果按照显示领域的目标，对亮度或者灯光源的寿命来对比的话，应该说超过十万小时已经是没有问题了。第四方面是灯光光源扩展非常小，它非常有利于在小尺寸的芯片上实现高的输出。同时，可靠性也高。另外，激光的偏振特性以及它的高的光谱成色，有利于减少光学组件，降低成本。所以，激光在显示技术中的应用有一切的优点。 正是这样，目前激光显示技术得到了快速的发展，虽然现在还没有产业化，但是国际上一些大的公司对这个技术的研发，据了解是非常积极的。日本由政府组织，著名跨国公司参与，全力研发新一代显示技术: 索尼(SONY)2005年首先成功研制出出一个6平方米的投影显示系统。在2005年的(艾格世博会)上，它利用这一技术通过拼接的办法，实现了一个五百平方米的超长激光显示系统(如图4);另外，索尼还专门为了这个激光影院搭建了一个巨大的建筑，当时成为世博会最大的亮点，也是索尼公司展示在未来技术中领先地位的重大举措。 三菱电气在2006年推出了激光缩影电视，同时在2006年宣布，大概在2008年前后把激光投影背投电视投入生产。 精工爱普生公司与美国Novalux进行战略合作，计划预计在2012年前后将激光电视推入家庭市场。 另外，还有德国的OSRAM公司获得美国相干公司(Coherent)的激光技术授权，相干公司是全球激光领域当中最富盛名的一家公司，激光技术全球领先，目前把激光技术授权给德国OSRAM，德国OSRAM把它进行工业化的开发，满足批量化的生产要求，用于激光显示领域。 韩国的三星电子在06年到中科院进行科学院和三星电子之间的技术合作、交谈，韩国三星副会长带着韩国的一个团队参观了我们实验室的情况。韩国三星电子对于激光光源显示系统的应用寄予的厚望，预计在3-5年之内将激光显示推向市场。但是市场不是以电视为目标，而是以微小型显示和便携式的显示作为主 要市场目标。 在2007年的2月份，日本电子信息产业情报协会所属的颜色管理委员会制订了新的颜色标准，目前已经通过了NEC的认证。这个新的颜色技术标准就是基于激光显示提出了一个新的显示 规范 编程规范下载gsp规范下载钢格栅规范下载警徽规范下载建设厅规范下载 。日本的策略是，先定制色域作为最新标准，然后由激光这个光源的电视产品符合最新的色域标准，形成一个闭环。 从目前来看，国际上有索尼、三菱、爱普生、东芝、三星、OSRAM、相干公司、耶拿公司，包括松下都在开发激光光源的显示技术。可以说，背光电视潜在的竞争就是下一个显示光源在现实系统上的应用，竞争是相当激烈的。 追溯激光显示技术的历史，激光显示的概念，在上世纪六十年代激光一出现就已经存在。但是由于当时产生的激光气主要是气体激光气，体积大、寿命短、效率低，这样的话显示技术应用领域的研究，包括发展受到了很大的限制。直到上世纪九十年代，也就是1996年之后，由于全固态激光器性能的大幅度提升，实现了高功率、小型化、长寿命的技术，重新燃起了产学界对激光光源在显示领域应用的研究热情。可以说，一直到2000年前后，都是处于研发的阶段。在这个阶段，各种各样的技术都被国内外的研究机构广泛地尝试，包括光源的产生，也有从半导体直接变成的，也有通过全固态激光产生的，也有通过电子束激发半导体器件产生激光的(如图6)。 三、激光显示关键技术 从光源产生的手段上五花八门，在显示方式上也是各有不同，有走投影技术路线的，也有走扫描技术路线的。经过二十年的研发，可以说目前基本上大家在技术发展方向上逐渐地认识趋于统一。在大屏幕显示方面，比如大屏幕的投影或者电视领域的应用，投影方式的技术路线已经被业界主流所看好。扫描式的目前是在一些手机的显示方式，或者大型的微平面的屏幕上进行显示的主要应用(如图7)。 研究了国内外的研发现状，在2010年前后正是产业化前期的阶段，这个阶段重要的是通过产业的示范，目前看到了索尼公司、三菱公司都在不断地对出样机，来试探市场对这个技术的反应。一方面，通过这种产业的示范，要培育一个成熟的产业链。另一方面，积聚专利，在技术标准上要达成一个共识，这样在产业的规模化生产来临之前，为大规模的产业做铺垫。 德国的一家传媒的报道对激光显示未来的市场做了预期，他们认为在不久的将来，激光显示市场将达到每年570亿美元的市场规模。 激光显示技术整个的系统构成，我们通过流程图片给大家交流一下。首先，激光显示技术的核心问题是光源问题，在光源的产生过程中，主要是走光电子的技术路线。首先是通过半导体的生产工艺，设计出半导体结构，然后通过(MOSD)外延出半导体的(声源)，通过这个解体成(半路儿)芯片，结合起来，产生红、绿、蓝三色激光，经过光束的整形、匀场、消相干等一系列复杂的光学处理之后，输入给显示系统，通过显示系统把它作用出来，形成电视或者其它进行应用。 激光光源与目前传统的光源完全不同，主要是从几个方面，首先是在光谱程度上，它的光谱宽度远远小于一个半米，这样高的光谱程度的光，在整个颜色系统管理以及控制方面是与我们过去的灯泡光源或者是荧光粉光源产生的控制手段都不同。另外，激光的亮度极高，它可以容纳万瓦以上甚至十万瓦的光的强度。第三，方向性极好，在空间上传输的与一般的光源的发光特性是完全不一样的。这样一个光源在照明方式以及光束控制方面光学系统设计对我们已有的照明方式发生一些革命性的变化。同时，激光光源的偏振度极好，有上千米的偏振度，这样的偏振度对于LCD这样与偏振相关的显示技术来说，可以极大地节省原材料，而且它的对比度比目前的偏振度要高得多。 与灯泡光源和LED光源完全不同,激光光源由于光学的特性，在很小的芯片上可以实现高的光能的利用效率。这张图横坐标是芯片的尺寸(如图8)，纵坐标是光能的利用。灯泡光源的照明利用随着芯片尺寸的减小，它的光能的利用效率是比较低的。对于激光来说，基本上可以保持不变，原因就是激光的方向性好。对比了一些应用，比如在微显背投或者投影机或者电影放映机来说，即使对于电影放映机这样一个庞然大物来说，如果要是作为一万的显示的话，所需要的激光的光功率也不过是140瓦，如果激光器件发展得足够好的话，它需要耗的电功率只有2500瓦，如此低的功耗和高的效率，实际上是扩展了高能源数，大屏幕的显示在各种应用场合或非应用场合的应用(如表2)。 四、激光显示发展趋势 激光光源可以说与LCD光源和其它显示方式来说有很多的特点。首先，黄色的都是它的优势，亮度提高是数倍于现在的LED或者氙灯。在光度宽度上和色彩 饱和度上面是极强的。激光的电光效率来说，激光的电光效率严格来说可以超过20%，这样的电光整合效率虽然现在还没有做到，但是理论上是可以实现的，达到了这样一个高的电光整合效率，无论是在成本还是在器件的可靠性、体积以及功耗都会大幅度的改善。在照明效率上更高，由于激光的方向性好的特点，它完全可以达到80%以上效率。在效率方面它是2万小时以上的寿命，在目前激光光源在显示当中的应用最大的问题是成本问题(如图9)。 所以，下一步国际上的显示技术的发展，一定首先是要解决光源的问题，把一体化RGB光源发展起来，大幅度降低成本，提高系统集成度。同时，要研究光学的模组，集成化光学模组，匀场消散斑模组，以标准的模块提供给系统集成商或者终端厂商，用这样的器件来完成整个系统构件，以产业和市场合作。激光显示技术未来的发展，我认为它将会成为多平台应用技术，其大色域、高效率、长寿命等优点将为显示技术的发展提供一个新的选择。 激光显示将来的应用领域包括在手机的显示上，便携式的投影机以及背光电视甚至影院，可以广泛的应用于市场。而且中科院最近也在考虑如何将激光光源应用于液晶电视照明，把新型的光源与当前的主流电视技术相结合。 五、我国激光显示技术发展 中科院在激光显示技术方面目前不仅是走在了国内的前列，在国际上也是占了领先水平。在国家863计划、中科院知识创新工程、北京市的支持下，中科院若干个所共同努力，经过了十年的奋斗，从材料到器件到整机，已经形成了一个完整的技术产业链，站在了国际激光显示技术发展的前沿，目前所取得的工作在国际上已经有很多的同行都交流过，一点不比国外差。在一系列核心关键技术上具有自主知识产权，为建立我国的激光显示产业打下了基础。 在06年的1月10日，中科院和信息产业部联合进行成果鉴定，这个成果鉴定的水平是总体达到国际一流先进，色域覆盖率等关键技术国际领先，包括实现大色域光源，大色域光源的利用，大色域光源的照明以及大色域光源高成像技术。一系列都是具有知识产权，而且有相关的技术。 国家正处于产业变革的时期，激光显示技术正好成为产业结构调整或者变革、进步提供了机遇，原因是什么呢,现在在知识产权方面我们国家非常有优势，由于我国长期对激光显示不懈地研究，在知识产权方面占世界专利总数的30%， 涉及到激光显示的主要关键环节，包括激光器件、匀场、消相干和整机技术，所有这些都有自己独特的优势。 激光显示的发展需要在整个行业内大家共同推动。首先，在国际激光显示产业还没有形成的时候，应该抓住国际显示产业升级换代的机遇，尽快实现激光显示(电视)的产业化，尽快实现显示产业的更新换代，这个技术也许会为我国显示结构调整带来一个机遇。 实事求是的根据我国在相关领域的技术和产业基础，选定符合我国国情并具有自主创新的激光显示(电视)的技术、产业路线，建议以全固态RGB激光器、匀场消相干器件、LCOS图像引擎为核心的技术路线。与各个应用终端厂家进行合作。 同时，政府在这里面应该发挥关键作用，由政府相关部门支持、组织，依托优势单位，尽快突破低成本一体化全固态RGB光源、标准化的匀场消相干器件的规模化生产技术和工艺，构成完整成熟的激光显示(电视)的技术链。 通过激光显示在高端、特殊市场的示范应用，营造市场需求，扩大市场规模，并带动各种社会资源在上、下游领域的投入，构成完成成熟的产业链。 联合上、下游领域的企业，组织激光显示产业联盟，充分利用我国在色域、匀场消相干等关键技术和指标方面的优势，制定相关标准，为我国激光显示产业群提供保护。积极有效布置新型激光显示的创新性研究，保持我国在这个领域能够持续领先，而且不断发展。