你不知道的全息投影技術(shù)

 德州儀器的DLP Pico 1080p高清投影、奇景光電的Lcos發(fā)射式投影系列、3M 面向消費(fèi)級(jí)家庭娛樂公共設(shè)置的投影系統(tǒng)。那么今天，小編還是繼續(xù)跟大家分享關(guān)于全息投影顯示技術(shù)相關(guān)內(nèi)容。

要知道，在之前的投影機(jī)市場(chǎng)，投影光源主要以led光源為主，自06年三菱推出首款40英寸激光電視樣機(jī)以來(lái)，經(jīng)過14年國(guó)際激光顯示技術(shù)產(chǎn)業(yè)化前期創(chuàng)新發(fā)展與技術(shù)沉淀，到16年的時(shí)候，激光投影市場(chǎng)才逐漸被打開，就去年的市場(chǎng)數(shù)據(jù)顯示，激光投影產(chǎn)品銷量已經(jīng)達(dá)到11萬(wàn)臺(tái)，相比上一年增長(zhǎng)了4倍之多。激光顯示作為第四代顯示技術(shù)，在我國(guó)以中科院光電研究院為首提前20多年布局研發(fā)搶占先機(jī)，逐步引導(dǎo)了全球激光顯示技術(shù)的發(fā)展。在“中國(guó)制造2025“戰(zhàn)略推動(dòng)下，未來(lái)極有可能由中國(guó)品牌引領(lǐng)全球激光顯示產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新。

目前，微投影技術(shù)正在向著光電集成芯片的方向發(fā)展，從而衍生出各式各樣的微投影集成顯示芯片，其中最常見的就包括：MEMS光掃描微投影、LCD(液晶微型投影技術(shù))透射微投影、DLP(由德州儀器開發(fā)的數(shù)字光學(xué)處理技術(shù))以及LCoS(硅基液晶)反射式微投影 四種主要的顯示技術(shù)。

一、微視(MicroVision)MEMS掃描鏡及Pico激光束掃描系統(tǒng)

微視(MicroVision)發(fā)明的單個(gè)微型MEMS掃描鏡組件

從16年底，美國(guó)微視公司就與意法半導(dǎo)體(ST)宣布合作開發(fā)、生產(chǎn)、銷售及推廣激光束掃描(LBS)技術(shù)，其中LBS解決方案開發(fā)的內(nèi)容就包括微型投影儀和平視顯示器(HUD)。目前，在微電機(jī)系統(tǒng)(MEMS)技術(shù)已經(jīng)在硅基片中構(gòu)成了完整的微顯示器，無(wú)須再制造附加的上層結(jié)構(gòu)。

MicroVision MEMS 掃描鏡結(jié)構(gòu)與原理

MEMS掃描鏡內(nèi)部構(gòu)造

MEMS鏡組件中有一個(gè)反射鏡懸浮在常平架(Gimbal Frame)內(nèi)，常平架上有一個(gè)微加工的通電線圈。MEMS裸片周圍安裝有永磁體，用于提供磁場(chǎng)。在MEMS鏡組件工作時(shí)，只要給MEMS線圈施加一個(gè)電流，就能在常平架上產(chǎn)生一個(gè)磁力扭矩，并沿旋轉(zhuǎn)軸的兩個(gè)方向產(chǎn)生分量。扭矩的兩個(gè)分量分別負(fù)責(zé)常平架圍繞撓曲懸架旋轉(zhuǎn)和掃描鏡諧振模式振動(dòng)，通過水平和垂直波的簡(jiǎn)單疊加，從而使得MEMS鏡面產(chǎn)生雙軸轉(zhuǎn)動(dòng)。

紅、藍(lán)和綠色激光二極管與 MEMS掃描鏡集成在一起形成一個(gè)緊湊的彩色顯示引擎。其中，掃描鏡系統(tǒng)在設(shè)計(jì)中使用了MEMS和小型激光器。

包含MEMS掃描鏡和激光光源的掃描引擎子系統(tǒng)

PicoP激光束掃描技術(shù)工作原理

PicoP掃描技術(shù)的工作原理

當(dāng)需要顯示某種顏色的單個(gè)像素時(shí)， 系統(tǒng)中的激光器會(huì)打開。若由于圖像內(nèi)容而不需使用三個(gè)激光器中的某一個(gè)時(shí)，可將其關(guān)閉，從而最大程度地減小功耗。

這個(gè)系統(tǒng)可以產(chǎn)生720p、1280&TImes;720的圖形顯示分辨率，亮度可達(dá)25lm，在1.1m的投影距離上可以形成對(duì)角線尺寸約為1m的圖像。因此這種設(shè)計(jì)具有功耗低和體積小的特點(diǎn)。使用激光光源的另外一個(gè)優(yōu)勢(shì)是，圖像在任何投影距離點(diǎn)都處于聚焦?fàn)顟B(tài)，不需要任何調(diào)整。使用激光光源還能給顯示器提供很寬的色域，產(chǎn)生鮮艷生動(dòng)的顏色，如下圖中的CIE色度圖。

激光光源可以提供很寬的色域，并且能夠產(chǎn)生鮮艷的色彩。

顯示引擎與視頻和MEMS驅(qū)動(dòng)電路集成在一起。這種系統(tǒng)形成了PicoP掃描引擎。

PicoP掃描引擎由兩個(gè)單元組成：

一體化光電模塊(IPM)

電子平臺(tái)模塊(EPM)

在激光投影領(lǐng)域，索尼旗下就推出過一款混合光源1080p微型投影機(jī)，在之后又相繼推出面向家庭游戲主機(jī)用途的激光微型投影機(jī)MPCL1。在2014年2月，索尼公司就對(duì)外宣布正在研發(fā)一種高清分辨率的微型投影核心部件，該部件采用的正是美國(guó)MicroVision(MVIS)公司的PicoP移動(dòng)投影技術(shù)。

PicoP掃描引擎內(nèi)部工作流程圖

二、全普光電MEMS微激光投影系統(tǒng)

從08年開始，全譜光電就已經(jīng)與美國(guó)微視(Microvision)達(dá)成戰(zhàn)略合作，將MEMS微激光顯示系統(tǒng)的技術(shù)進(jìn)一步提升。

全譜光電所研發(fā)的MEMS微激光顯示模組，從起初的600x480分辨率、直至后來(lái)的960x640、1080x720，至今目前分辨率已達(dá)到1920x720，是現(xiàn)今市場(chǎng)上最具競(jìng)爭(zhēng)力的微激光投影模組。

全普光電的MEMS微激光投影技術(shù)結(jié)構(gòu)主要有兩大部分

一是由激光模組中的紅綠藍(lán)三基色(RGB)激光管通過內(nèi)部光學(xué)系統(tǒng)產(chǎn)生一顏色光強(qiáng)可變且具有高度空間相關(guān)性的單像素點(diǎn)激光束，以實(shí)現(xiàn)無(wú)需調(diào)焦投影。

二是將單像素點(diǎn)激光束投射至同步掃描的雙軸MEMS微鏡上，利用像素陣列掃描模式的微鏡運(yùn)動(dòng)將圖像一點(diǎn)一點(diǎn)地“畫”在投影屏上。

與傳統(tǒng)投影設(shè)備中的鹵化物燈相比，激光是一種非常高效的光源。激光投影系統(tǒng)的機(jī)械部件很少，激光束可以通過鏡面進(jìn)行偏轉(zhuǎn)，系統(tǒng)穩(wěn)定性好。運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)達(dá)1萬(wàn)多個(gè)小時(shí)。

各像素點(diǎn)激光的顏色及亮度受圖像信號(hào)調(diào)制，在每個(gè)像素點(diǎn)上可產(chǎn)生1600萬(wàn)種顏色(24位真彩)。這樣產(chǎn)生出來(lái)的圖像具有極其鮮亮的色彩。激光管可關(guān)可開。這樣的系統(tǒng)功耗小且圖像對(duì)比度高。

單像素點(diǎn)光學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)保證了激光束的高度空間相關(guān)性，所以投影出來(lái)的圖像總是聚焦的，清晰的。換言之，全普光電的MEMS微激光投影無(wú)需對(duì)焦。不管是以垂直或傾斜角度投影到平面上，還是投到任意三維體的表面，圖像都是清晰的，是真正意義上的隨時(shí)隨地，隨心所欲的投影技術(shù)。截至目前為止，市面上所有的投影設(shè)備當(dāng)投影距離改變時(shí)都需要對(duì)焦，給便攜投影體驗(yàn)帶來(lái)困擾。

全譜光電MEMS微激光投影技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)：

結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小，光路損耗小(約3%的損耗)、功耗低、色彩范圍廣、對(duì)比度大、分辨率高，無(wú)需對(duì)焦。

全譜投影系統(tǒng)搭載最先進(jìn)的MEMS微激光模組

三、光峰光電ALPD激光熒光顯示技術(shù)

ALPD是“Advanced Laser Phosphor Display” 的縮寫，即為先進(jìn)的激光熒光顯示技術(shù)。ALPD用基于GaN藍(lán)光激光激發(fā)運(yùn)動(dòng)的熒光材料來(lái)產(chǎn)生一種或多種基色用于圖像顯示，是高亮度圖像顯示的最關(guān)鍵核心技術(shù)。

傳統(tǒng)的圖像顯示設(shè)備采用HID等高亮度燈泡的光源來(lái)顯示彩色圖像，但這些燈泡都面臨壽命短，效率低，含有毒材料等缺點(diǎn)。自LED發(fā)明以來(lái)，由于它的高效率和長(zhǎng)壽命，迅速在圖像顯示設(shè)備如電視上得到應(yīng)用。但LED技術(shù)雖然不斷進(jìn)步，能提供較大的光通量，但受限于較大的光學(xué)擴(kuò)展量，其亮度不能提供高亮度顯示的要求，甚至不如一些傳統(tǒng)高亮度燈泡，如傳統(tǒng)投影機(jī)用的高壓汞燈。而激光具有很好的方向性，激光光斑可聚焦成一個(gè)微小(最低可到幾個(gè)微米直徑)的光斑，它的亮度不僅比LED有100~1，000倍的提升，比傳統(tǒng)的高亮度氙氣燈也有很大的提升。但其高昂的成本，低電光轉(zhuǎn)換效率及可靠性大大制約了激光在顯示領(lǐng)域的應(yīng)用。

ALPD熒光激光技術(shù)在保留了傳統(tǒng)激光的固有高亮度的優(yōu)點(diǎn)同時(shí)，采用了類似主流LED照明和顯示的藍(lán)光加熒光材料的基礎(chǔ)技術(shù)路線，創(chuàng)新性的發(fā)明了遠(yuǎn)程旋轉(zhuǎn)熒光器件，巧妙的解決了熒光轉(zhuǎn)換熱淬滅問題，在高密度激光的激光激發(fā)下，仍然保持高轉(zhuǎn)化效率。同時(shí)采用GaN藍(lán)光激光和YAG及氮化物的熒光材料，有效的延續(xù)了LED的高可靠性和長(zhǎng)壽命等優(yōu)點(diǎn)。ALPD激光光源同時(shí)具備了傳統(tǒng)激光和LED的優(yōu)點(diǎn)，又解決了兩者的缺點(diǎn)，是一種顛覆性的新品類光源，是照明技術(shù)史上一次重大突破。

由于ALPD的高亮度、長(zhǎng)壽命、優(yōu)畫質(zhì)及能耗比低的特點(diǎn)，ALPD技術(shù)為高亮度圖像顯示提供了一個(gè)有效的低成本，綠色環(huán)保以及長(zhǎng)壽命的解決方案，極大地推動(dòng)了高亮度圖像顯示的發(fā)展。

DLP背投系統(tǒng)常見光源對(duì)比

由于ALPD技術(shù)在關(guān)鍵指標(biāo)上的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，ALPD技術(shù)已應(yīng)用于各種高亮度的顯示產(chǎn)品中：

ALPD技術(shù)已被廣泛應(yīng)用于投影機(jī)、大屏電視、數(shù)字影院等新的領(lǐng)域中

·投影機(jī)： ALPD技術(shù)已被應(yīng)用到投影機(jī)中，CASIO在2010年6月推出的XJ-A130已采用光峰光電的ALPD技術(shù)，此技術(shù)在投影機(jī)行業(yè)正在被迅速采用。

·電視： ALPD技術(shù)在大屏幕電視中也被廣泛使用，2013年6月，韓國(guó)LG與光峰光電聯(lián)合開發(fā)Hecto TV現(xiàn)采用ALPD技術(shù)，產(chǎn)品已引起廣泛的關(guān)注。

·數(shù)字影院：ALPD技術(shù)已被應(yīng)用于數(shù)字影院高亮度投影機(jī)，多款采用ALPD技術(shù)的高亮度的數(shù)字影院投影機(jī)正在開發(fā)中。 ALPD技術(shù)以及由此衍生出來(lái)的技術(shù)已經(jīng)越來(lái)越成為高亮度顯示行業(yè)最重要的技術(shù)之一，且被不斷推廣并應(yīng)用到新的領(lǐng)域之中。