激光顯示的概念與分析

羅慧晶　馬鐲　孫長欣

摘 要：激光顯示相關(guān)的技術(shù)，是一種新興的顯示領(lǐng)域技術(shù)，其將激光光源作為主導(dǎo)，具有色域覆蓋區(qū)域大、飽和度高和方便實(shí)現(xiàn)較高分辨和大屏幕影像等特點(diǎn)。文章介紹了激光顯示的概念、特點(diǎn)、現(xiàn)存狀態(tài)與發(fā)展趨勢，討論了激光顯示的優(yōu)勢以及現(xiàn)階段所存在的主要問題，分析了激光顯示的發(fā)展前景，展示了激光顯示作為新生一代顯示相關(guān)技術(shù)的巨大潛力。

關(guān)鍵詞：激光顯示，色域，大屏幕

中圖分類號：N04；TN27；TN873 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1673-8578（2014）S1-0062-03

Concept and Analysis of Laser Display

LUO Huijing MA Zhuo SUN Changxin

Abstract： Laser display is a new display technology. Laser， as light source， has advantages in a large coverage of color gamut， high color saturation and large screen display， etc. This paper introduces the concept， characteristics， status quo and trend of laser display， discusses the advantages and existing problems， and analyzes the prospect of it， which shows the huge potential of a new generation of display technology.

Keywords： laser display， color gamut， large screen

收稿日期：2014-06-01

作者簡介：羅慧晶（1982—），女，黑龍江哈爾濱人，國家知識產(chǎn)權(quán)局專利局專利審查協(xié)作北京中心審查員。通信方式：luohuijing@sipo.gov.cn。

第一臺影像顯現(xiàn)裝置在1925年于英國出現(xiàn)，伴隨著電視在千家萬戶的普及，影像顯示的技術(shù)也發(fā)生了天翻地覆的變化，激光顯示的技術(shù)是在黑白顯示器、彩色顯示器、數(shù)字顯示器之后的較新一代的顯示相關(guān)技術(shù)，被稱之為“在視覺史上最大的革命”。

由于激光相關(guān)顯示技術(shù)具有色域較寬廣、顏色飽和度較高、老化壽命較長、生產(chǎn)投資以及費(fèi)用利用的規(guī)模較小、成本可控等諸多優(yōu)點(diǎn)，特別是具有綠色可循環(huán)的優(yōu)點(diǎn)，符合國家以及世界主流的可持續(xù)發(fā)展的要求，激光顯示相關(guān)技術(shù)于2005年被加入了國家的中長期發(fā)展遠(yuǎn)景規(guī)劃，并于2006年被工信部評價為“總體技術(shù)在世界上先進(jìn)、關(guān)鍵指標(biāo)于世界上領(lǐng)先”。因此，激光顯示相關(guān)技術(shù)具有極大的科研上以及工業(yè)量產(chǎn)上的前景。

一 激光顯示的概念

激光顯示相關(guān)技術(shù)是近年來逐漸走入公眾視野的一種技術(shù)，它的原理是以紅色、綠色、藍(lán)色（RGB）的三原色激光為基調(diào)光源，可以真實(shí)地再現(xiàn)多種飽滿、豐富的色彩，通過震撼的表現(xiàn)力給予人視覺上的沖擊，其歸屬于激光顯示相關(guān)的領(lǐng)域。

激光顯示相關(guān)技術(shù)的兩種傳統(tǒng)工作模式為投影式（projecting）和掃描式（scanning）。投影式激光顯示周邊的系統(tǒng)主要由三原色的激光作為光源并且聯(lián)合光學(xué)引擎以及屏幕構(gòu)成，光學(xué)引擎顧名思義，相當(dāng)于引擎即發(fā)動機(jī)的作用，是指整套系統(tǒng)中的紅、綠、藍(lán)色彩光閥。由緊束X棱鏡、引動光閥和投影鏡頭構(gòu)成影像調(diào)制的信號系統(tǒng)，光閥引動部分使光閥上各自產(chǎn)生紅、綠、藍(lán)三種顏色對應(yīng)的小畫面，然后分別將紅、綠、藍(lán)三種顏色激光進(jìn)行導(dǎo)入，投影在屏幕上，就產(chǎn)生了全色域范圍內(nèi)的顯示圖像。掃描式可采用通過轉(zhuǎn)鏡、聲光以及電光等進(jìn)行行掃描，轉(zhuǎn)鏡技術(shù)來進(jìn)行幀掃描，聲光或電光等技術(shù)完成信號的調(diào)制功能，類似于傳統(tǒng)電視的逐點(diǎn)逐行的點(diǎn)掃描模式，具有可投射超規(guī)非平面屏幕、特大屏幕、特種屏幕以及較高光能利用率等特點(diǎn)[1-2]。

二 激光顯示相關(guān)技術(shù)的特點(diǎn)

激光顯示技術(shù)是將激光作為光學(xué)源的載有影像信息的終端顯示相關(guān)技術(shù)，由于激光本身特有的性質(zhì)，利于光色純凈、指示性好和光強(qiáng)強(qiáng)度高等優(yōu)點(diǎn)，適合用于顯示。與已有的顯示相關(guān)技術(shù)相比，激光顯示具有色域覆蓋區(qū)域大、飽和度高、使用壽命長以及節(jié)能環(huán)保等顯著的優(yōu)點(diǎn)[3]。但由于其素來就有的缺陷，例如分辨率難以提升、體積控制較困難，也限制了它在某些方面的應(yīng)用。

1.色域覆蓋區(qū)域空間大

激光的發(fā)射光譜是很典型的線光譜，其具有線光譜的色彩的所有特質(zhì)，即分辨率高，飽和度高，能夠顯示與其他顏色沒有交叉色域且比較鮮艷、清晰的色彩；激光所能提供的可用波長范圍很廣，可構(gòu)成較為寬廣色域的色度三角形，能夠用來顯示五彩繽紛的色彩。

在色域方面，相對于傳統(tǒng)光源，LED是較好的光源，但由于LED照明特性的泛光性，在較大亮度、超大面積屏幕的顯示方面的不足，成為LED 在投影顯示技術(shù)上的壁壘。

2.刷新速度快

高刷新率也是激光顯示相關(guān)的相比于其他顯示技術(shù)的特有優(yōu)點(diǎn)，激光顯示可以達(dá)到240MHz的刷新速度，相對于LED或液晶顯示技術(shù)，觀看時完全不會察覺到畫面的頻動。

3.畫面影像的整體一致性好

隨著光源的安放位置和工作時間的增加，液晶顯示器的顯示畫面出現(xiàn)差異的機(jī)率會成倍增加，尤其在液晶顯示器大面積拼接使用時這種現(xiàn)象更加明顯，所以液晶顯示器顯示畫面影像的一致性問題長久以來一直困擾著用戶。得益于激光顯示發(fā)光技術(shù)不采用普通液晶顯示器所使用的眾多的各式燈管，激光顯示在畫面影像的一致性方面有比較優(yōu)異的表現(xiàn)。工程師還可以根據(jù)實(shí)際使用需求在激光顯示技術(shù)的顯示器中設(shè)計(jì)老化程度評估程序，讓用戶在進(jìn)行拼接使用不同生產(chǎn)日期的顯示器時實(shí)現(xiàn)顯示畫面影像的高度一致性，不會出現(xiàn)拼接液晶顯示器出現(xiàn)的影像畫面亮度低下、色彩的均衡度不好等問題[1]。

4.使用壽命長

激光光源耐久壽命較長，最長達(dá)近十年，相當(dāng)于液晶、LED等傳統(tǒng)光源壽命的約10～20倍，使用造價低于目前通用的較大功率照明光源設(shè)備，產(chǎn)品的整體性能價值比優(yōu)于傳統(tǒng)相關(guān)產(chǎn)品。激光顯示器工作60 000小時后可以保證持續(xù)的亮度，色調(diào)的減少小于5%的，如此優(yōu)異且出眾的性能，主要得益于激光顯示其自身的掃描方式。與顯像管的從上到下的掃描運(yùn)行方式不同，激光顯示器是將激光光源同時在上下左右四個方向進(jìn)行掃描運(yùn)行來表現(xiàn)圖像，激光投射熒光體上停留的時間比較短，這使得相應(yīng)產(chǎn)品的失效時間大大拉長。

5.綠色環(huán)保

與目前占市場份額較大的液晶系列顯示相關(guān)產(chǎn)品相比，激光顯示的產(chǎn)品在研發(fā)、生產(chǎn)、制造的工藝中需要耗費(fèi)的水資源不是很多，也不需要消耗大量的汞等重金屬，幾乎不產(chǎn)生廢水、廢氣、廢物。激光顯示的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)與陰極射線管的結(jié)構(gòu)類似，但是，激光顯示相關(guān)的顯示器的功耗卻很低，激光顯示相關(guān)的顯示器的功耗大概是相應(yīng)尺寸采用液晶顯示器的1/8，即每平方米155W。

6.分辨率低

在顯示數(shù)據(jù)性能參數(shù)上，激光顯示相關(guān)技術(shù)顯著的領(lǐng)先于目前普遍為公眾所采用的液晶、LED等顯示相關(guān)技術(shù)。但是同其他產(chǎn)品一樣，激光顯示也有其不足之處，在當(dāng)下的技術(shù)發(fā)展水平下，提升激光顯示技術(shù)的分辨率是比較困難的。25 英寸的激光顯示相關(guān)的顯示器分辨率僅有320×240，與液晶顯示器1 920×1 080 量級上的分辨率是不可同日而語的，只能進(jìn)行拼接之后使用。

7.產(chǎn)品體積較大

由于將激光投射到顯示屏幕需要一定的距離，所以激光技術(shù)相關(guān)顯示器暫時無法做到LED那樣薄，這也限制了激光顯示相關(guān)技術(shù)的應(yīng)用范圍[1]。

三 激光顯示相關(guān)技術(shù)的現(xiàn)狀以及發(fā)展的主要趨勢

激光顯示相關(guān)技術(shù)研發(fā)大致分為以下四個階段：相關(guān)概念階段、研究開發(fā)階段、量產(chǎn)前期階段和量產(chǎn)階段。激光顯示相關(guān)概念始于20世紀(jì)60年代，各國的科學(xué)家不斷嘗試，直到2003年，激光顯示相關(guān)技術(shù)的研究取得了突破性的歷史性進(jìn)展，當(dāng)年即推出了樣機(jī)。但是樣機(jī)之后到量產(chǎn)前期的道路依然崎嶇不平。目前，全球的激光顯示相關(guān)技術(shù)已發(fā)展到了量產(chǎn)前期階段，未來的三到五年將迎來世界激光顯示相關(guān)技術(shù)的一個全盛發(fā)展的時期。中國在該技術(shù)領(lǐng)域的專利申請占到了世界專利申請總數(shù)的30%，涉及激光顯示相關(guān)技術(shù)的主導(dǎo)關(guān)鍵步驟，在激光顯示器件、勻場、消相干和整機(jī)技術(shù)方面均較有優(yōu)勢[4]。

四 結(jié) 語

隨著技術(shù)的不斷更迭，將發(fā)展出新一代的顯示技術(shù)——激光全色顯示[5]。其將被廣泛應(yīng)用于超大顯示屏幕、家庭影院、個人電腦屏幕、便攜投影顯示設(shè)備、手機(jī)的投影器以及全三維激光顯示等較為先進(jìn)的技術(shù)領(lǐng)域。

參考文獻(xiàn)

[1] 趙富寶，武懷玉，楊延寧.淺議激光顯示技術(shù)及其進(jìn)展[J].現(xiàn)代顯示，2013（1）：27-30.

[2] 張?jiān)?，郝利，栁華，等. 激光顯示的原理與實(shí)現(xiàn)[J].光學(xué)精密工程，2006，14（3）：403.

[3] 瞿強(qiáng). 中國激光顯示產(chǎn)業(yè)平臺綜述[J].物理，2010，38（4）：238-242.

[4] 許祖彥. 激光顯示——新一代顯示技術(shù)[J].激光與紅外，2006（12）：39.

[5] 田志輝，劉偉奇，馮睿，等.基于DLP投影方式的激光顯示系統(tǒng)[J].液晶與顯示，2007，22（3）：315- 317.