激光顯示技術(shù)概述

激光顯示技術(shù)的發(fā)展歷程

激光器|0">激光器發(fā)明不久，人們就開始了激光顯示的研究，1996年以前使用氣體激光器為光源，實(shí)現(xiàn)了掃描式激光全色顯示，但因氣體激光壽命短，效率低，體積龐大而不能實(shí)用化，近年來，由于半導(dǎo)體激光器（LD）和LD泵浦的全固態(tài)激光器（DPL）的快速發(fā)展，打開了激光顯示技術(shù)向產(chǎn)業(yè)發(fā)展的大門。國(guó)際上德、日、美、韓等國(guó)均投入大量人力物力進(jìn)行全固態(tài)激光顯示技術(shù)的研究。國(guó)際顯示巨頭已認(rèn)識(shí)到"一次顯示領(lǐng)域的革命"的到來。國(guó)際上如日本Sony，三菱電氣、精工愛普生、韓國(guó)三星、美國(guó)德州儀器、德國(guó)歐士朗、耶拿光學(xué)等巨頭正在加緊該技術(shù)的研發(fā)。

目前，國(guó)際激光顯示技術(shù)已發(fā)展到產(chǎn)業(yè)化前期階段，核心關(guān)鍵技術(shù)的工業(yè)化和配套產(chǎn)業(yè)的培育以及應(yīng)用示范成為當(dāng)前的發(fā)展重點(diǎn)。未來5～10年是全球以及我國(guó)激光顯示技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的黃金時(shí)期也是關(guān)鍵時(shí)期：一方面未來十余年間，目前的主流平板顯示技術(shù)將面臨產(chǎn)業(yè)的新一輪升級(jí)換代，市場(chǎng)前景廣闊；另一方面激光顯示關(guān)鍵技術(shù)已經(jīng)得到初步解決，我國(guó)也已經(jīng)擁有和掌握了部分自主創(chuàng)新的核心技術(shù)和知識(shí)產(chǎn)權(quán)，總體技術(shù)國(guó)際先進(jìn)，色域覆蓋率等關(guān)鍵技術(shù)國(guó)際領(lǐng)先，優(yōu)勢(shì)顯著。在國(guó)家863計(jì)劃"八.五"、"九.五"和"十.五"的持續(xù)支持下，以及中國(guó)科學(xué)院知識(shí)創(chuàng)新工程和北京市政府的支持下，中國(guó)科學(xué)院堅(jiān)持自主創(chuàng)新，優(yōu)勢(shì)單位密切合作，由中國(guó)科學(xué)院光電研究院組織，各單位共同努力，在激光全色顯示領(lǐng)域取得了重大進(jìn)展。

圖1：激光顯示技術(shù)與其它顯示技術(shù)色域空間對(duì)比

2002年9月在國(guó)內(nèi)首次實(shí)現(xiàn)全固態(tài)激光全色顯示，目前已研制出60英寸激光家庭影院、84英寸及140英寸大屏幕激光顯示樣機(jī)，并且在2006年5月研制成功200英寸大屏幕激光顯示工程樣機(jī)，形成的色域國(guó)際最大，可顯示世界上最豐富的色彩，總體水平與國(guó)際同步，具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，多項(xiàng)成果達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先、先進(jìn)水平，在晶體材料、全固態(tài)三基色激光、激光顯示等關(guān)鍵器件和技術(shù)方面均有自己的專利保護(hù)。我國(guó)已具備自主發(fā)展、逐步實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化、建立激光顯示民族產(chǎn)業(yè)的條件。激光全色顯示將成為未來高端顯示的主流，在公共信息大屏幕、數(shù)碼影院、家庭影院、飛行員模擬訓(xùn)練、天文觀測(cè)、大屏幕指揮顯示系統(tǒng)、水幕成像表演以及個(gè)性化頭盔顯示系統(tǒng)等領(lǐng)域具有很大的發(fā)展空間和廣闊的市場(chǎng)應(yīng)用前景。

現(xiàn)在我們正按照中科院院長(zhǎng)路甬祥院士"激光顯示是顯示技術(shù)的跨越式發(fā)展，應(yīng)當(dāng)逐步實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化" 的指示，努力降低成本，提高可靠性，使激光顯示早日進(jìn)入市場(chǎng)。2008年奧運(yùn)會(huì)我國(guó)將以"綠色奧運(yùn)、科技奧運(yùn)、人文奧運(yùn)"三大理念向全世界展現(xiàn)中國(guó)改革開放二十年成就和中國(guó)人民自強(qiáng)不息、奮發(fā)有為的精神風(fēng)貌，也為激光顯示技術(shù)的創(chuàng)新發(fā)展提供了歷史機(jī)遇。以大屏幕激光投影顯示系統(tǒng)MOC指揮系統(tǒng)應(yīng)用為契機(jī)，扭轉(zhuǎn)我國(guó)前三代顯示技術(shù)"無自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，受制于人"的被動(dòng)局面，占領(lǐng)未來顯示的主流市場(chǎng)。

國(guó)內(nèi)外激光顯示技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

國(guó)際上激光顯示技術(shù)的發(fā)展概況2002年全世界顯示市場(chǎng)銷售額約500億美元，預(yù)計(jì)到2026年的年銷售額將達(dá)5000億美元。正因?yàn)槿绱司薮蟮氖袌?chǎng)，當(dāng)前日、韓、美等國(guó)都投入了大量人力物力在開發(fā)激光顯示技術(shù)，意欲爭(zhēng)奪下一代顯示器件的國(guó)際市場(chǎng)。曾在LCD，PDP以及數(shù)字電視的開發(fā)競(jìng)賽中占盡先機(jī)的日本產(chǎn)業(yè)界，將激光顯示技術(shù)稱之為"人類視覺史上的革命"。日本政府高度重視激光顯示技術(shù)，現(xiàn)在正以國(guó)家的力量加速開發(fā)，意欲保持其顯示器產(chǎn)業(yè)大國(guó)的地位。具有代表性的研究工作包括日本Sony公司、日本三菱電氣公司、韓國(guó)三星電子、LG公司以及美國(guó)Laser Power公司等。1985年，在筑波世博會(huì)的會(huì)場(chǎng)上，Sony公司用CRT排列型布置了高25米、長(zhǎng)40米的巨型電視墻，引起強(qiáng)烈反響。2005年愛知世博會(huì)上，日本Sony公司推出了代表當(dāng)時(shí)最新的激光顯示系統(tǒng)--"地球的屋子"。長(zhǎng)50米，高10米，整個(gè)球形屏幕實(shí)現(xiàn)了無縫拼接。同時(shí)在拼接技術(shù)基礎(chǔ)上，集成出一套單元6m2，總面積500 m2的激光影院。觀眾在屏幕上可以看到30米的長(zhǎng)須鯨緩緩游動(dòng)的身姿，這一先進(jìn)顯示技術(shù)應(yīng)用以世博會(huì)為契機(jī)向世界展示了日本Sony公司的最尖端成果；2006年2月，日本三菱電氣宣布研制成功激光背投電視，色域覆蓋率為135％NTSC，對(duì)比度4000:1，并計(jì)劃建設(shè)中試生產(chǎn)線，預(yù)計(jì)2008年前后投入生產(chǎn)。2006年3月，日本精工愛普生公司宣布與美國(guó)Novalux戰(zhàn)略合作，共同開發(fā)激光顯示技術(shù)，預(yù)計(jì)將在2012年前后進(jìn)入家庭顯示市場(chǎng)。在歷史上Sony公司的彩色電視顯示系統(tǒng)、西鐵成的精工手表等產(chǎn)品均是借奧運(yùn)會(huì)之契機(jī)獲得全世界的廣泛認(rèn)同，形成了高科技應(yīng)用的世紀(jì)典范。

國(guó)內(nèi)激光顯示技術(shù)現(xiàn)狀

我國(guó)在激光顯示技術(shù)的研究方面具有十分堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。通過國(guó)家863計(jì)劃等科學(xué)計(jì)劃的周密部署，已經(jīng)建立了從核心光學(xué)材料與器件、半導(dǎo)體與全固態(tài)激光器至整機(jī)集成的完整技術(shù)鏈，為我國(guó)自主發(fā)展下一代顯示技術(shù)奠定了技術(shù)基礎(chǔ)和良好的發(fā)展環(huán)境。在國(guó)家863"十五"計(jì)劃期間，中國(guó)科學(xué)院光電研究院在曹健林院長(zhǎng)組織領(lǐng)導(dǎo)、許祖彥院士的指導(dǎo)下，以大色域、大屏幕激光顯示技術(shù)研究為重點(diǎn)，研制成功60英寸、84英寸、140英寸和200英寸大屏幕激光顯示樣機(jī)，相關(guān)產(chǎn)品在國(guó)內(nèi)專業(yè)科技博覽會(huì)和顯示技術(shù)展覽會(huì)上多次獲獎(jiǎng)，受到業(yè)界人士的廣泛高度評(píng)價(jià)。在2006年1月10日，中科院與信息產(chǎn)業(yè)部聯(lián)合科技成果鑒定的結(jié)果為，"總體技術(shù)國(guó)際先進(jìn)，色域覆蓋率等技術(shù)達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平"，擁有很好的研究基礎(chǔ)。我國(guó)專利占世界專利總數(shù)的30％，涉及到激光顯示的主要關(guān)鍵環(huán)節(jié)，在激光器件、勻場(chǎng)、消相干和整機(jī)技術(shù)占有優(yōu)勢(shì)；其中，本工程投標(biāo)單位擁有國(guó)內(nèi)激光顯示專利的75％以上，在國(guó)內(nèi)激光顯示領(lǐng)域居于絕對(duì)領(lǐng)先的地位。

激光顯示技術(shù)基本原理

激光顯示技術(shù)以紅綠藍(lán)三基色激光作為顯示光源，與原有的陰極射線管（CRT）、液晶（LCD）和等離子體（PDP）等顯示技術(shù)相比，在顯示系統(tǒng)工藝構(gòu)成上取得了光源升級(jí)換代的重大發(fā)明，在色度學(xué)方面實(shí)現(xiàn)了重大突破。由于激光為線譜，色飽和度高，色彩鮮艷；又由于激光譜線豐富，可以選擇實(shí)現(xiàn)大色域顯示，因此可顯示超過CRT、LCD和PDP兩倍以上的色彩，解決顯示技術(shù)領(lǐng)域長(zhǎng)期以來懸而未決的大色域色彩再現(xiàn)的難題。

所以，激光顯示技術(shù)能夠最完美地再現(xiàn)自然色彩，是繼黑白顯示、彩色顯示、數(shù)字顯示之后的第四代顯示技術(shù)。激光全色顯示技術(shù)以紅、綠、藍(lán)激光為光源，其工作原理如圖1.1所示：紅、綠、藍(lán)三色激光分別經(jīng)過擴(kuò)束、勻場(chǎng)、消相干后入射到相對(duì)應(yīng)的光閥上，光閥上加有圖像調(diào)制信號(hào)，經(jīng)調(diào)制后的三色激光由X棱鏡合色后入射到投影物鏡，最后經(jīng)投影物鏡投射到屏幕，得到激光顯示圖像。