激光显示技术概述

  激光显示技术是继黑白显示、彩色显示、数字显示之后的第四代显示技术。在众多持续不断的发展的显示技术中，激光显示技术代表显示技术未来发展的趋势和主流方向，是未来显示领域竞争的焦点。激光显示技术在继承了数字显示技术所有优点的基础上，以红绿蓝三基色激光作为显示光源，在色度学方面实现了重大突破，解决了显示技术领域长期以来悬而未决的大色域色彩再现的难题，所以能最完美地再现自然色彩。目前市场上销售的显示器件（如：CRT，LCD，PDP，DLP投影仪以及电影放映机等）的色彩再现能力均未突破NTSC制式的色彩空间，其色域空间仅能覆盖人眼所能识别的色彩空间的33％，难以真实还原自然色彩，这一不足成为进一步提升显示

  质量的重要障碍。在数字显示技术实现了显示系统的高清晰度之后，激光显示技术将实现更大色域的图像再现，激光显示系统是显示器件向更高性能发展的必然产物

  激光器发明不久，人们就开始了激光显示的研究，1996年以前使用气体激光器为光源，实现了扫描式激光全色显示，但因气体激光寿命短，效率低，体积非常庞大而不能实用化，近年来，由于半导体激光器（LD）和LD泵浦的全固态激光器（DPL）的加快速度进行发展，打开了激光显示技术向产业高质量发展的大门。国际上德、日、美、韩等国均投入大量人力物力进行全固态激光显示技术的研究。国际显示巨头已认识到一次显示领域的革命的到来。国际上如日本Sony，三菱电气、精工爱普生、韩国三星、美国德州仪器、德国欧士朗、耶拿光学等巨头正在加紧该技术的研发。目前，国际激光显示技术已发展到产业化前期阶段，核心关键技术的工业化和配套产业的培育以及应用示范成为当前的发展重点。未来5～10年是全球以及我国激光显示技术产业高质量发展的黄金时期也是关键时期：一方面未来十余年间，目前的主流平板显示技术将面临产业的新一轮升级换代，未来市场发展的潜力广阔；另一方面激光显示关键技术已得到初步解决，我国也已拥有和掌握了部分自主创新的核心技术和知识产权，总体技术国际先进，色域覆盖率等关键技术国际领先，优势显著。

  在国家863计划八.五、九.五和十.五的持续支持下，以及中国科学院知识创新工程和北京市政府的支持下，中国科学院坚持自主创新，优势单位密切合作，由中国科学院光电研究院组织，各单位一起努力，在激光全色显示领域取得了重大进展，2002年9月在国内首次实现全固态激光全色显示，目前已研制出60英寸激光家庭影院、84英寸及140英寸大屏幕激光显示样机，并且在2006年5月研制成功200英寸大屏幕激光显示工程样机，形成的色域国际最大，可显示世界上最丰富的色彩，总体水平与国际同步，具有自主知识产权，多项成果达到国际领先、领先水平，在晶体材料、全固态三基色激光、激光显示等关键器件和技术方面均有自己的专利保护。我国已具备自主发展、逐步实现产业化、建立激光显示民族产业的条件。

  激光全色显示将成为未来高端显示的主流，在公共信息大屏幕、数码影院、家庭影院、飞行员模拟训练、天文观测、大屏幕指挥显示系统、水幕成像表演以及个性化头盔显示系统等领域具有很大的发展空间和广阔的市场应用前景。现在我们正按照中科院院长院士激光显示是显示技术的跨越式发展，应当逐步实现产业化 的指示，努力减少相关成本，提高可靠性，使激光显示早日进入市场。

  2008年奥运会我国将以绿色奥运、科技奥运、人文奥运三大理念向全世界展现中国改革开放二十年成就和中国人民自强不息、奋发有为的精神风貌，也为激光显示技术的创新发展提供了历史机遇。以大屏幕激光投影显示系统MOC指挥系统应用为契机，扭转我国前三代显示技术无自主知识产权，受制于人的被动局面，占领未来显示的主流市场。

  2002年全世界显示市场销售额约500亿美元，预计到2026年的年销售额将达5000亿美元。正因为如此巨大的市场，当前日、韩、美等国都投入了大量人力物力在开发激光显示技术，意欲争夺下一代显示器件的国际市场。曾在LCD，PDP以及数字电视的开发竞赛中占尽先机的日本产业界，将激光显示技术称之为人类视觉史上的革命。日本政府格外的重视激光显示技术，现在正以国家的力量加速开发，意欲保持其显示器产业大国的地位。有代表性的研究工作包括日本Sony公司、日本三菱电气公司、韩国三星电子、LG公司以及美国Laser Power公司等。1985年，在筑波世博会的会场上，Sony公司用CRT排列型布置了高25米、长40米的巨型电视墙，引起强烈反响。2005年爱知世博会上，日本Sony公司推出了代表当时最新的激光显示系统--地球的屋子。长50米，高10米，整个球形屏幕实现了无缝拼接。同时在拼接技术基础上，集成出一套单元6m2，总面积500 m2的激光影院。观众在屏幕上能够正常的看到30米的长须鲸缓缓游动的身姿，这一先进显示技术应用以世博会为契机向世界展示了日本Sony公司的最尖端成果；2006年2月，日本三菱电气宣布研制成功激光背投电视，色域覆盖率为135％NTSC，对比度4000:1，并计划建设中试生产线月，日本精工爱普生公司宣布与美国Novalux战略合作，共同开发激光显示技术，预计将在2012年前后进入家庭显示市场。在历史上Sony公司的彩色电视显示系统、西铁成的精工手表等产品均是借奥运会之契机获得全世界的广泛认同，形成了高科技应用的世纪典范。

  我国在激光显示技术的研究方面具有十分坚实的基础。通过国家863计划等科学计划的周密部署，已经建立了从核心光学材料与器件、半导体与全固态激光器至整机集成的完整技术链，为我国自主发展下一代显示技术奠定了技术基础和良好的发展环境。在国家863十五计划期间，中国科学院光电研究院在曹健林院长组织领导、许祖彦院士的指导下，以大色域、大屏幕激光显示技术探讨研究为重点，研制成功60英寸、84英寸、140英寸和200英寸大屏幕激光显示样机，相关这类的产品在国内专业科技博览会和显示技术展览会上多次获奖，受到业界人士的广泛高度评价。在2006年1月10日，中科院与信息产业部联合科技成果鉴定的结果为，总体技术国际先进，色域覆盖率等技术达到国际领先水平，拥有很好的研究基础。

  我国专利占世界专利总数的30％，涉及到激光显示的主要关键环节，在激光器件、匀场、消相干和整机技术占有优势；其中，本工程投标单位拥有国内激光显示专利的75％以上，在国内激光显示领域居于绝对领先的地位。

  激光显示技术以红绿蓝三基色激光作为显示光源，与原有的阴极射线管（CRT）、液晶（LCD）和等离子体（PDP）等显示技术相比，在显示系统工艺构成上取得了光源升级换代的重大发明，在色度学方面实现了重大突破。由于激光为线谱，色饱和度高，色彩鲜艳；又由于激光谱线丰富，可以再一次进行选择实现大色域显示，因此可显示超过CRT、LCD和PDP两倍以上的色彩，解决显示技术领域长期以来悬而未决的大色域色彩再现的难题。所以，激光显示技术能够最完美地再现自然色彩，是继黑白显示、彩色显示、数字显示之后的第四代显示技术。

  激光全色显示技术以红、绿、蓝激光为光源，其工作原理如图1.1所示：红、绿、蓝三色激光分别经过扩束、匀场、消相干后入射到相对应的光阀上，光阀上加有图像调制信号，经调制后的三色激光由X棱镜合色后入射到投影物镜，最后经投影物镜投射到屏幕，得到激光显示图像。