激光显示技术你懂多少

　　一、激光显示技术原理

　　激光显示使用具有较高功率(瓦级)的红、绿、蓝(三基色)单色激光器为光源，混合成全彩色，利用多种方法实现行和场的扫描，当扫描速度高于所成像的临界闪烁频率，就可以满足人眼“视觉残留”的要求，人眼就可清晰观察。临界闪烁频率应不低于50Hz。人眼所能看到的色域中，液晶只能再现27%，等离子为32%，而激光的理论值超过90%。

　　图1 三基色纯激光显示成像光路示意图

　　激光显示有两个主要的研发方向。第一个方向是将激光作为新型光源进行投影向大屏幕方向发展，一般采用LCD、LCOS，或者是DMD芯片作为光调制器，配合镜头在屏幕上进行投影显示。投影式显示器体积、功耗比扫描式大，不同的投影距离需要调焦才能清晰成像，但投影式激光已经攻克了原理研究阶段，正在开展大规模生产阶段的攻关。

　　目前瑞士巴可(Barco)、美国科视(Christie)、日本NEC(日本电气柱式社)、索尼以及我国的迪威视讯、长虹、海信专注投影技术的开发。市面上可以见到的影院投影仪、工程机以及激光电视都是投影式激光的产品。

　　激光显示的另一个研究方向是用三基色激光束在屏幕上进行高速扫描直接成像。激光扫描比起投影式显示在系统体积、功耗方面都有优势，且不同投影距离无需调焦就可以实现清晰显示。于是扫描显示技术一般被用于开发便携的微型显示器。但是激光扫描显示技术发展较为缓慢，技术攻关与扫描显示相应的产品还停留在产业化初期。维视图像(MicroVision)、韩国(Iljin)、讯宝(Symbol)、Light Blue Optics(LBO)等公司专注于此项技术。

　　图2 激光显示的两个主要研发方向

　　二、以技术成本双重优势赢得未来

　　激光显示技术采用三基色作为光源，具有色域范围广、寿命长、光效率、节能环保等优点。激光显示的颜色表现力是目前传统电视的2倍以上，且光源的寿命可达10年，是传统光源的10-20倍。另外，激光显示环保节能，功耗仅为传统电视的1/3，且生产过程中不使用对环境有威胁的重金属材料。因此，激光显示具备传统显示行业无法企及的优点，是人类视觉史上的一次革命，是显示技术发展的必然趋势，具有十分广阔的市场前景。

　　图3 激光显示与传统光源性能比对

　　·寿命长，免维护。激光显示使用激光器作为光源。激光光源的理论寿命可达20，000小时以上，是传统光源使用寿命的10到20倍。再加之激光是冷光源，工作时温度低，长期来看老化较小、衰减较弱，可以减轻使用者维护的负担;

　　·激光显示大色域。现有的显示技术已解决了图像显示、图像颜色以及颜色的清晰度等问题，未来显示的发展趋势是高清晰、大色域的革命。传统的显示技术如 CRT、LCD、PDP 和 DLP 等光谱分布为带状光谱，光谱宽，因而色彩重现能力差，仅能覆盖人眼可测色彩空间的33%;激光光源发射光谱为线谱，输出光谱宽度不到 1nm，狭窄的光谱宽度使得色纯度接近 100%， 因而色彩分辨率高，色域覆盖率可达 90，色彩饱和度为传统显示的 100 倍以上。激光显示可实现保真度最高的全色显示，是二维平面显示发展的终极方向;

　　·成像稳定。传统投影使用汞灯或氙灯作为光源，在工作中会大量发热，加速光学成像系统的老化，长久下来彩饱和度和对比度都会下降。液晶显示技术也有缺点，如在低温下成像质量会急剧下降。激光显示成像的三基色对应的波长不会随着时间、温度的变化而变化，因此在各种温度条件下呈现稳定。稳定的激光显示器可以做到全天候持续运转，非常适合应用在安防监控和军工等领域;

　　·节能环保。激光因为光束方向性强、发散角小、光能利用率极高， 功耗仅为传统显示技术的1/3。此外激光器的生产是采用半导体材料，生产过程中不使用对环境有威胁的重金属。激光显示器使用中耗能低、生产过程环保，是真正的环境友好型显示设备;

　　·光亮度高。激光焦点处的辐射亮度比普通光源高 100～1000 倍。激光显示器可以轻易实现1万明流的亮度，而更为高端的影院用投影机和工程投影机，更是超过了5万明流的亮度。在2014年，巴克公司展出了高达7.2万明流的激光投影机，是目前全球最亮的投影机。迪威视讯控股子公司中视迪威也已打造出全球第一套4K级50000流明激光投影系统;

　　·单荧屏无缝显示。现在广泛使用的大屏是一般式将多个显示屏幕拼接而成。通过拼接而来的显示屏，存在并发码流软件、硬件昂贵，屏幕间颜色矫正复杂色差明显、整体发热量大能耗高、拼接处细节容易遗失、事故率高维修工作量大等问题。反观激光显示，具有投影方案简单、无拼接缝隙、无色差亮度、色彩自动矫正能耗低、发热量小易维护等优势，弥补了拼接屏显示的不足。

　　在技术上的优势以外，激光显示在成本上也具备独到的优势。首先激光显示的生产装备投资规模小，激光显示产品生产装备的投资，可以从几千万美元到几十亿美元分期投入。其次激光显示产品成本下降潜力大，随着产业规模的扩大和新技术的采用，将对激光显示系统设计产生革命性的变革，在提升显示器件品质的同时大大降低成本。

　　三、大屏显示领域具有广阔应用空间

　　激光显示以其技术成本上的优势，在大面积显示成像领域具有广阔的应用空间。主要应用涉及安防监控、指挥控制、电影放映、舞台演艺、展览展示、视频会议、仿真虚拟现实、4D影院以及球幕、科普等领域。