一、激光顯示技術原理
激光顯示使用具有較高功率(瓦級)的紅、綠、藍(三基色)單色激光器為光源，混合成全彩色，利用多種方法實現(xiàn)行和場的掃描，當掃描速度高于所成像的臨界閃爍頻率，就可以滿足人眼“視覺殘留”的要求，人眼就可清晰觀察。臨界閃爍頻率應不低于50Hz。人眼所能看到的色域中，液晶只能再現(xiàn)27%，等離子為32%，而激光的理論值超過90%。
圖1 三基色純激光顯示成像光路示意圖
激光顯示有兩個主要的研發(fā)方向。第一個方向是將激光作為新型光源進行投影向大屏幕方向發(fā)展，一般采用LCD、LCOS，或者是DMD芯片作為光調制器，配合鏡頭在屏幕上進行投影顯示。投影式顯示器體積、功耗比掃描式大，不同的投影距離需要調焦才能清晰成像，但投影式激光已經攻克了原理研究階段，正在開展大規(guī)模生產階段的攻關。
目前瑞士巴可(Barco)、美國科視(Christie)、日本NEC(日本電氣柱式社)、索尼以及我國的迪威視訊、長虹、海信專注投影技術的開發(fā)。市面上可以見到的影院投影儀、工程機以及激光電視都是投影式激光的產品。
激光顯示的另一個研究方向是用三基色激光束在屏幕上進行高速掃描直接成像。激光掃描比起投影式顯示在系統(tǒng)體積、功耗方面都有優(yōu)勢，且不同投影距離無需調焦就可以實現(xiàn)清晰顯示。于是掃描顯示技術一般被用于開發(fā)便攜的微型顯示器。但是激光掃描顯示技術發(fā)展較為緩慢，技術攻關與掃描顯示相應的產品還停留在產業(yè)化初期。維視圖像(MicroVision)、韓國(Iljin)、訊寶(Symbol)、Light Blue Optics(LBO)等公司專注于此項技術。
圖2 激光顯示的兩個主要研發(fā)方向
二、以技術成本雙重優(yōu)勢贏得未來
激光顯示技術采用三基色作為光源，具有色域范圍廣、壽命長、光效率、節(jié)能環(huán)保等優(yōu)點。激光顯示的顏色表現(xiàn)力是目前傳統(tǒng)電視的2倍以上，且光源的壽命可達10年，是傳統(tǒng)光源的10-20倍。另外，激光顯示環(huán)保節(jié)能，功耗僅為傳統(tǒng)電視的1/3，且生產過程中不使用對環(huán)境有威脅的重金屬材料。因此，激光顯示具備傳統(tǒng)顯示行業(yè)無法企及的優(yōu)點，是人類視覺史上的一次革命，是顯示技術發(fā)展的必然趨勢，具有十分廣闊的市場前景。
圖3 激光顯示與傳統(tǒng)光源性能比對
·壽命長，免維護。激光顯示使用激光器作為光源。激光光源的理論壽命可達20，000小時以上，是傳統(tǒng)光源使用壽命的10到20倍。再加之激光是冷光源，工作時溫度低，長期來看老化較小、衰減較弱，可以減輕使用者維護的負擔;
·激光顯示大色域?，F(xiàn)有的顯示技術已解決了圖像顯示、圖像顏色以及顏色的清晰度等問題，未來顯示的發(fā)展趨勢是高清晰、大色域的革命。傳統(tǒng)的顯示技術如 CRT、LCD、PDP 和 DLP 等光譜分布為帶狀光譜，光譜寬，因而色彩重現(xiàn)能力差，僅能覆蓋人眼可測色彩空間的33%;激光光源發(fā)射光譜為線譜，輸出光譜寬度不到 1nm，狹窄的光譜寬度使得色純度接近 100%， 因而色彩分辨率高，色域覆蓋率可達 90，色彩飽和度為傳統(tǒng)顯示的 100 倍以上。激光顯示可實現(xiàn)保真度最高的全色顯示，是二維平面顯示發(fā)展的終極方向;
·成像穩(wěn)定。傳統(tǒng)投影使用汞燈或氙燈作為光源，在工作中會大量發(fā)熱，加速光學成像系統(tǒng)的老化，長久下來彩飽和度和對比度都會下降。液晶顯示技術也有缺點，如在低溫下成像質量會急劇下降。激光顯示成像的三基色對應的波長不會隨著時間、溫度的變化而變化，因此在各種溫度條件下呈現(xiàn)穩(wěn)定。穩(wěn)定的激光顯示器可以做到全天候持續(xù)運轉，非常適合應用在安防監(jiān)控和軍工等領域;
·節(jié)能環(huán)保。激光因為光束方向性強、發(fā)散角小、光能利用率極高， 功耗僅為傳統(tǒng)顯示技術的1/3。此外激光器的生產是采用半導體材料，生產過程中不使用對環(huán)境有威脅的重金屬。激光顯示器使用中耗能低、生產過程環(huán)保，是真正的環(huán)境友好型顯示設備;
·光亮度高。激光焦點處的輻射亮度比普通光源高 100～1000 倍。激光顯示器可以輕易實現(xiàn)1萬明流的亮度，而更為高端的影院用投影機和工程投影機，更是超過了5萬明流的亮度。在2014年，巴克公司展出了高達7.2萬明流的激光投影機，是目前全球最亮的投影機。迪威視訊控股子公司中視迪威也已打造出全球第一套4K級50000流明激光投影系統(tǒng);
·單熒屏無縫顯示。現(xiàn)在廣泛使用的大屏是一般式將多個顯示屏幕拼接而成。通過拼接而來的顯示屏，存在并發(fā)碼流軟件、硬件昂貴，屏幕間顏色矯正復雜色差明顯、整體發(fā)熱量大能耗高、拼接處細節(jié)容易遺失、事故率高維修工作量大等問題。反觀激光顯示，具有投影方案簡單、無拼接縫隙、無色差亮度、色彩自動矯正能耗低、發(fā)熱量小易維護等優(yōu)勢，彌補了拼接屏顯示的不足。
在技術上的優(yōu)勢以外，激光顯示在成本上也具備獨到的優(yōu)勢。首先激光顯示的生產裝備投資規(guī)模小，激光顯示產品生產裝備的投資，可以從幾千萬美元到幾十億美元分期投入。其次激光顯示產品成本下降潛力大，隨著產業(yè)規(guī)模的擴大和新技術的采用，將對激光顯示系統(tǒng)設計產生革命性的變革，在提升顯示器件品質的同時大大降低成本。
三、大屏顯示領域具有廣闊應用空間
激光顯示以其技術成本上的優(yōu)勢，在大面積顯示成像領域具有廣闊的應用空間。主要應用涉及安防監(jiān)控、指揮控制、電影放映、舞臺演藝、展覽展示、視頻會議、仿真虛擬現(xiàn)實、4D影院以及球幕、科普等領域。
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