激光顯示技術的發展歷程及基本原理

來源:電子發燒友網    關鍵詞:激光電視, 激光顯示,    發布時間:2018-11-14

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 激光顯示技術是繼黑白顯示、彩色顯示、數字顯示之后的第四代顯示技術。在眾多不斷發展的顯示技術中,激光顯示技術代表顯示技術未來發展的趨勢和主流方向,是未來顯示領域競爭的焦點。激光顯示技術在繼承了數字顯

激光顯示技術的發展歷程及基本原理

圖1:激光顯示技術與其它顯示技術色域空間對比

激光顯示技術的發展歷程

激光器發明不久,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,實現了掃描式激光全色顯示,但因氣體激光壽命短,效率低,體積龐大而不能實用化,近年來,由于半導體激光器(LD)和LD泵浦的全固態激光器(DPL)的快速發展,打開了激光顯示技術向產業發展的大門。國際上德、日、美、韓等國均投入大量人力物力進行全固態激光顯示技術的研究。國際顯示巨頭已認識到“一次顯示領域的革命”的到來。國際上如日本Sony,三菱電氣、精工愛普生、韓國三星、美國德州儀器、德國歐士朗、耶拿光學等巨頭正在加緊該技術的研發。

目前,國際激光顯示技術已發展到產業化前期階段,核心關鍵技術的工業化和配套產業的培育以及應用示范成為當前的發展重點。未來5~10年是全球以及我國激光顯示技術產業發展的黃金時期也是關鍵時期:一方面未來十余年間,目前的主流平板顯示技術將面臨產業的新一輪升級換代,市場前景廣闊;另一方面激光顯示關鍵技術已經得到初步解決,我國也已經擁有和掌握了部分自主創新的核心技術和知識產權,總體技術國際先進,色域覆蓋率等關鍵技術國際領先,優勢顯著。在國家863計劃“八。五”、“九。五”和“十。五”的持續支持下,以及中國科學院知識創新工程和北京市政府的支持下,中國科學院堅持自主創新,優勢單位密切合作,由中國科學院光電研究院組織,各單位共同努力,在激光全色顯示領域取得了重大進展,

2002年9月在國內首次實現全固態激光全色顯示,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,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,形成的色域國際最大,可顯示世界上最豐富的色彩,總體水平與國際同步,具有自主知識產權,多項成果達到國際領先、先進水平,在晶體材料、全固態三基色激光、激光顯示等關鍵器件和技術方面均有自己的專利保護。我國已具備自主發展、逐步實現產業化、建立激光顯示民族產業的條件。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、數碼影院、家庭影院、飛行員模擬訓練、天文觀測、大屏幕指揮顯示系統、水幕成像表演以及個性化頭盔顯示系統等領域具有很大的發展空間和廣闊的市場應用前景。

現在我們正按照中科院院長路甬祥院士“激光顯示是顯示技術的跨越式發展,應當逐步實現產業化” 的指示,努力降低成本,提高可靠性,使激光顯示早日進入市場。2008年奧運會我國將以“綠色奧運、科技奧運、人文奧運”三大理念向全世界展現中國改革開放二十年成就和中國人民自強不息、奮發有為的精神風貌,也為激光顯示技術的創新發展提供了歷史機遇。以大屏幕激光投影顯示系統MOC指揮系統應用為契機,扭轉我國前三代顯示技術“無自主知識產權,受制于人”的被動局面,占領未來顯示的主流市場。

國內外激光顯示技術發展現狀

國際上激光顯示技術的發展概況2002年全世界顯示市場銷售額約500億美元,預計到2026年的年銷售額將達5000億美元。正因為如此巨大的市場,當前日、韓、美等國都投入了大量人力物力在開發激光顯示技術,意欲爭奪下一代顯示器件的國際市場。曾在LCD,PDP以及數字電視的開發競賽中占盡先機的日本產業界,將激光顯示技術稱之為“人類視覺史上的革命”。日本政府高度重視激光顯示技術,現在正以國家的力量加速開發,意欲保持其顯示器產業大國的地位。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、韓國三星電子、LG公司以及美國Laser Power公司等。1985年,在筑波世博會的會場上,Sony公司用CRT排列型布置了高25米、長40米的巨型電視墻,引起強烈反響。2005年愛知世博會上,日本Sony公司推出了代表當時最新的激光顯示系統--“地球的屋子”。長50米,高10米,整個球形屏幕實現了無縫拼接。同時在拼接技術基礎上,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米的長須鯨緩緩游動的身姿,這一先進顯示技術應用以世博會為契機向世界展示了日本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,對比度4000:1,并計劃建設中試生產線,預計2008年前后投入生產。2006年3月,日本精工愛普生公司宣布與美國Novalux戰略合作,共同開發激光顯示技術,預計將在2012年前后進入家庭顯示市場。在歷史上Sony公司的彩色電視顯示系統、西鐵成的精工手表等產品均是借奧運會之契機獲得全世界的廣泛認同,形成了高科技應用的世紀典范。

國內激光顯示技術現狀

我國在激光顯示技術的研究方面具有十分堅實的基礎。通過國家863計劃等科學計劃的周密部署,已經建立了從核心光學材料與器件、半導體與全固態激光器至整機集成的完整技術鏈,為我國自主發展下一代顯示技術奠定了技術基礎和良好的發展環境。在國家863“十五”計劃期間,中國科學院光電研究院在曹健林院長組織領導、許祖彥院士的指導下,以大色域、大屏幕激光顯示技術研究為重點,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,相關產品在國內專業科技博覽會和顯示技術展覽會上多次獲獎,受到業界人士的廣泛高度評價。在2006年1月10日,中科院與信息產業部聯合科技成果鑒定的結果為,“總體技術國際先進,色域覆蓋率等技術達到國際領先水平”,擁有很好的研究基礎。我國專利占世界專利總數的30%,涉及到激光顯示的主要關鍵環節,在激光器件、勻場、消相干和整機技術占有優勢;其中,本工程投標單位擁有國內激光顯示專利的75%以上,在國內激光顯示領域居于絕對領先的地位。

激光顯示技術基本原理

激光顯示技術以紅綠藍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)等顯示技術相比,在顯示系統工藝構成上取得了光源升級換代的重大發明,在色度學方面實現了重大突破。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,可以選擇實現大色域顯示,因此可顯示超過CRT、LCD和PDP兩倍以上的色彩,解決顯示技術領域長期以來懸而未決的大色域色彩再現的難題。

激光顯示技術的發展歷程及基本原理

所以,激光顯示技術能夠最完美地再現自然色彩,是繼黑白顯示、彩色顯示、數字顯示之后的第四代顯示技術。激光全色顯示技術以紅、綠、藍激光為光源,其工作原理如圖1.1所示:紅、綠、藍三色激光分別經過擴束、勻場、消相干后入射到相對應的光閥上,光閥上加有圖像調制信號,經調制后的三色激光由X棱鏡合色后入射到投影物鏡,最后經投影物鏡投射到屏幕,得到激光顯示圖像。

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