激光显示技术

bomoaa

一、激光显示(LDT)原理 激光为线谱　－－ 色饱和度高 谱线丰富  　－－ 大色域高强度  　－－ 高亮度、大屏幕方向性好 －－ 高分辨显示的类别扫描式   转镜/振镜、声光、电光等投影式   LCD（透射式液晶）、LCOS（反射式液晶）、DMD（数字微镜）和 GLV（光栅光阀）等二、激光投影显示激光投影电视是新的激光图像再现技术，她充分利用了激光本身的优点。在光的传播方式上，激光光源与传统的白炽灯、卤化物灯有着本质上的不同：普通白炽灯、卤化物灯的光线向所有方向发射，而激光器将所有的光线都聚集在一个平行的光束中。此外，激光投影电视比传统投影电视能够表达更大的颜色范围，提供更加清晰的图像。激光投影电视放映系统的不同之处在于，无论激光以垂直或水平角度照射银幕，效果都是一样的——没有失真。即使是怪异的投影几何结构，比如一个拱形银幕，甚至一个圆形屏幕，激光投影在任何地方都不会产生模糊不清的现象。激光投影电视的这种特性为环形放映开创了一个美好的前景。与传统投影电视中的卤化物灯相比，激光是一种非常高效的光源。在传统投影电视中，卤化物灯只将光线能量的一小部分（2%～3%）进行转化，其余的都变成热量浪费了。而且卤化物灯价格昂贵，易损耗，亮度衰减迅速，对震动非常敏感。而激光投影电视系统的机械部件很少，激光束可以通过镜面进行偏转，系统稳定性好。运行时间长达1万多个小时。激光投影电视的工作原理是将电视机中的视频信号转换为光信号，将普通电视的电子枪改为激光枪，将三原色激光直接在空间扫描成像，可在空间获得逼真的色彩立体影像。该技术产品具有色域宽、色纯度高、显示画面尺寸灵活可变、无有害电磁射线辐射等特点。三、历史、现状气体激光源（Ar，Kr）  ►单色 ，扫描（525行）    －－1965年美国Texas公司发表  ►彩色，扫描（525行）  －－1968年，美国通用电话电子公司发表  ►彩色大屏幕，3×4 m2，扫描525行   －－1968年日本日立公司展出  ► 彩色高分辨率，1125行扫描    －－1973年日本NHK公司和日立公司发表  ► 彩色，大屏幕（电视）    －－文革期间  中科院物理所，南京774厂1996年以来，采用全固态激光器（DPL）► 全世界都在开发全固态激光显示技术美国Laser power 公司德国LDT公司日本Sony公司南韩三星公司欧美有关高校与研究单位国内中科院等德国激光显示开发（扫描式）日本Sony公司1.5×4 m2全色效果演示，证实了激光显示独到优势计划近年推出试销，价格～1万美元/台韩国三星公司扫描式，全色，效果尚不如Sony公司。柯达的GEMS和SONY的GxL　　德国LDT公司、韩国三星公司都在开发激光投影技术，不过显然还没什么成就，柯达做成了GEMS，SONY的GxL在世博会上一鸣惊人了，所以还是讲讲他们。　　原引技术在线报道，在2004年6月份，柯达使用MEMS（微电机系统）开发成功了新型激光投影电视元件，并在“SID 2004”展会上进行了首次展出。可用作前投和背投电视的图像元件。　　柯达将此次开发的元件称为“GEMS（Grating Electro-Mechanical System，栅电机系统）”。在硅材料上形成可通过电控使光线发生衍射的线性光栅，在控制激光亮度的同时进行扫描，然后将图像投影到屏幕上。像素尺寸为36μm，垂直方向排列1080个像素。由此就能显示1080线的图像。该公司已经拥有CCD型传感器制造技术，此次就应用了传感器制造技术。光学效率超过了60%，响应时间为50ns，对比度达2000∶1。 　　柯达的GEMS并非激光器件，它是用来控制激光束形成图像的，个人认为这比激光器的技术要求不低，至于国内的那台激光电视用的是什么，我就不清楚了。     今年世博会上，SONY展出可以投射10米高50米宽图像的Laser Dream Theater系统确实一鸣惊人，这也是目前我们能详细了解到的激光投影产品实例。  系统示意图　　SONY的GxL看起来和柯达的GEMS差不多，也是用来控制激光扫描成像的。上图为单色光路工作示意图。GxL元件同样是由MEMS（Micro Electro Mechanical Systems ）工艺制造而成的（SONY也能制造CCD的哦），在表面上有多条金属丝，在电信号的控制下反射激光的程度不同，也就实现了亮度控制，通过旋转棱镜反射，完成扫描过程。三路颜色激光混合在一起就形成了一幅彩色图像。激光背投电视的发展早在1969年，激光发明之初，就有人考虑利用激光技术制作显示设备。无奈当时的激光成本高昂，而且设备庞大。2006年前后，半导体激光技术普遍突破，激光显示设备也从幕后走向台前，开始了取代传统显示设备  之路。40年前，LCD等技术还未成形的时候，人们就已经开始考虑利用激光技术制作显示器。但是，直到2000年，激光显示设备的成本依然高达10万美元，而且还无法找到足够合适的材料，体积也过于庞大。激光制作显示设备的突破源自于半导体工业的进步。1996年前后，有一批激光技术研究机构开始进行半导体激光显示设备的实用化研究，他们的目标就是制作出小型化的激光显示设备，而且能够应用到电视、小尺寸显示器以及数字电影的领域。从那时起，一直到10年以后，固态激光显示器领域终于迎来了新的突破，一批激光显示设备厂商也随之露出水面。国外的知名厂商有Novalux，Vanadate，Light Blue，Symbol等，国内则是以中视中科作为代表。令人高兴的是，具有中科院背景的中视中科，起点很高，而且站在了激光显示领域的前列。激光显示能达到前三代显示技术所达到的所有先进技术指标，如大屏幕、高分辨率、数字化等，与现有的显像管（CRT）投影显示、灯泡投影显示、液晶（LCD）和等离子体（PDP）等平板显示相比，由于激光显示使用激光为光源，因此具有更大的色域，其色度三角形面积是荧光粉的2倍以上。且激光是线谱，具有很高的色饱和度，可显示自然界最真实、最丰富、最鲜艳的色彩。激光强度易控制，激光显示技术的显示屏幕从"个性化头盔"到"超大屏幕"均可以实现，激光方向性好，能实现更高的显示分辨率。中国在激光显示技术的研发方面，一直遥遥领先与国际水平，激光显示技术早就列入了国家十一五规划和国务院高新技术发展规划中，现已经历了3个国家863计划、历时十五年。目前，中国在激光显示技术的核心部件和技术方面均有自己的专利保护，我国已具备自主发展和逐步实现产业，建立激光显示民族产业的优势。激光全色显示将在公共信息大屏幕、数码影院、家庭影院、飞行员摸拟训练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。近年，国际上德、日、美、韩等国均投入巨大的人力物力进行激光全色显示技术的研究。日本产业界将其称为"人类视觉史上的革命"，并以国家的力量、有著名跨国公司参与共同开发。2005年，日本Sony公司在爱知世博会上推出了大型激光影院，展现其技术发展成就；2006年3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；2006年2月，日本三菱电气宣布推出激光电视样机，并初步制定了产业化计划，谋求在未来高技术竞争中占据战略制高点。激光显示无可争辩地成为继黑白显示、彩色显示、数字显示之后的下一代显示技术。在与国际化企业竞争的过程中，由中科院与中视达合作组建的激光显示专业公司中视中科，将不遗余力地实现激光显示技术的产业化。通过将新技术"大色域激光显示技术"和新产业"高清晰数字影视文化创意产业"的结合，带动我国激光产业的长足发展，不断的拓展商用和民用显示领域的各个产品层面，最终形成系列化的实用产品和相关技术标准。目前，中国在激光显示技术的核心部件和技术方面均有自己的专利保护，我国已具备自主发展和逐步实现产业，建立激光显示民族产业的优势。激光全色显示将在公共信息大屏幕、数码影院、家庭影院、飞行员摸拟训练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。在与国际化企业竞争的过程中，由中科院与中视达合作组建的激光显示专业公司中视中科，将不遗余力地实现激光显示技术的产业化。通过将新技术"大色域激光显示技术"和新产业"高清晰数字影视文化创意产业"的结合，带动我国激光产业的长足发展，不断的拓展商用和民用显示领域的各个产品层面，最终形成系列化的实用产品和相关技术标准。否则，中国显示行业企业又将形成在标准上受制于人、在市场上为外国人打工的尴尬局面。打造中国企业的国际竞争力，又将成为一代人的一个壮志未酬的遗憾。激光电视激光电视：用彩色激光电视显示器代替彩色显像管的电视称激光电视。激光显示器主要由激光器、光偏转器和屏幕组成。与普通电视相比，在相同屏幕尺寸，相同图像效果条件下，其功耗仅为普通电视机的突出特点。其次，激光是100％单色光，红、蓝、绿三色光分别调制，彩色效果非常理想。它的室温寿命一般可达10万小时，经高温老化试验推算出的室温寿命可达百万小时，因此它是一种长奉命高可靠性的产品。　　　激光放映机合成图像的原理与电视机相似。激光束从上到下、从左到右进行“扫射”。水平偏转（行扫描）通过放映头中的一个多面旋转镜实现，垂直偏转（帧扫描）通过一个倾斜镜实现。工作过程和CRT的电子束扫描在荧光屏上有些类似，不过电子束是通过磁场偏转完成扫描，而激光就得靠棱镜了。    在激光电视中，一个光点以每秒５５英里的速度穿过屏幕，产生一个点点对应的图像，视觉差错使得观众看到的是一幅高质量的图像。由于激光具有极好的单色性和方向性，所以用激光显示，不仅能保证重现图像的颜色，而且对自然界中难以看到高饱和度也能显示出来。前苏联科学院研制成功的激光电视，不仅色彩鲜艳逼真，而且可以收看全息图像和立体画面的电视节目。    高品质图像    新的图像再现技术充分利用了激光本身的优点。在光的传播方式上，激光光源与传统的白炽灯有着本质上的不同：普通白炽灯的光线向所有方向发射，而激光器将所有的光线都聚集在一个平行的光束中。此外，激光放映机比传统放映机能够表达更大的颜色范围，提供更加清晰的图像。    高清晰度使得激光放映机能够用于传统放映机不适用的一些领域。当前普遍采用的带卤化物灯的传统放映机不能随意向房间四处投影，因为放映镜头只能补偿非常小的失真，因此原则上放映机应该在放映轴线附近，一般位于房间的中央。    激光放映系统的不同之处在于，无论激光以垂直或水平角度照射银幕，效果都是一样的――没有失真。即使是怪异的投影几何结构，比如一个拱形银幕，甚至一个圆形屏幕，激光投影在任何地方都不会产生模糊不清的现象。激光放映机的这种特性为环形放映开创了一个美好的前景。    在实际应用中，激光技术还有其他许多优点：小巧紧凑的放映头可以与激光单元分开；激光单元可以隐藏在房间内，只将小的放映头露在外面；由倾斜放映而产生的失真可以非常简单地校正等等。    多种信号源    任何视频源或数据源都可以与激光放映机相连。当然，这些图像源本身的分辨率限制了放映质量。要进行彩色放映，就需要红、绿、蓝三种基本色，而激光器只提供单色光。原因是当电子在向低电位过渡时，以电磁波的形式发射一个短的能量脉冲。在物理学原理中，频率和波长直接联系在一起，表现出来的就是某种颜色。    一个激光器总是发射确定波长和颜色的光线，可以通过在激光器前面安装专门的晶体或光导生成红绿蓝颜色，然后在这些材料内通过所谓的聚焦将激光转化成期望的颜色。放映时，将红绿蓝数据送到激光单元内部的调制解调器上，视频数据通过调幅转换成光学信息，带有红绿蓝光线的三分射线组合成单一的激光射线，而包含所有图像信息的激光束再通过光缆送到放映头，最后投射到银幕上。    在激光放映系统中，设备的输入端可以识别输入信号符合哪些标准，系统通过一个逻辑控制模块按照该标准进行调整。模拟的视频数据将被数字化，并缓冲存储，接着进行颜色转换，红绿蓝激光器将调整成与电视系统的色带间隔一致的状态。    成像类似电视    激光放映机合成图像的原理与电视机相似。激光束从上到下、从左到右进行“扫射”。水平偏转（行扫描）通过放映头中的一个多面旋转镜实现，垂直偏转（帧扫描）通过一个倾斜镜实现。    与传统放映机中的卤化物灯相比，激光是一种非常高效的光源。在传统放映机中，卤化物灯只将光线能量的一小部分（2%～3%）进行转化，其余的都浪费了。而且卤化物灯价格昂贵，易损耗，亮度衰减迅速，对震动非常敏感。而激光系统的运行时间长达1万多个小时，因为激光束可以通过镜面进行偏转，所以系统不需要机械部件，稳定性好。研究人员预测在未来几年内，激光投投影电视有望进入家庭！ 激光电视的终极本领——全息立体成像　　全息术是利用光的干涉和衍射原理，将物体发射的特定光波以干涉条纹的形式记录下来，然后再用衍射的方法使其再现，相成原物体逼真的立体像。由于记录了物体的全部信息（振幅和相位），因而称为全息术或者全息照相。激光作为最好的相干光源，在实现全息立体显示方面大有用武之地。四、发展前景DPL的效率高、体积小、寿命长、可靠性高、造价低新型光源不断涌现，如：三明治结构的DPL、光泵浦VCSEL、电子束激发VCSEL、红蓝大功率LD 、LED光调制器（LCOS，LCD，DMD）的分辨率、承受光功率等技术指标，基本满足各类显示器需求●  未来10年，激光显示将成为高端投影显示主流       　　　－－将在下列领域有重要应用      ◆  大屏幕/超大屏幕      ◆  家庭影院/电视      ◆  计算机屏幕/游戏机　  ◆  便携式显示器/手机