中国 “真激光”显示技术开启激光显示2.0时代

在刚刚结束的“双11”购物节中,激光电视成为电视市场的关注焦点,各大品牌“捷报”频传,主要线上销售平台的数据显示出,今年“双11”激光电视的销售量较去年大幅增长。

2021年以来,国内激光电视市场呈现出不断上扬的趋势,即便是在不被看好的第三季度,销量也同比增长近50%,环比增长9.5%。激光电视市场的良好态势,源于激光显示技术完美契合了当今消费者对视觉享受的不断追求。据了解,激光显示是目前唯一能够实现BT.2020超高清国际电视标准的显示技术,被视为继黑白、彩色、数字之后的“第四代显示技术”。

更高标准意味着更大难度,以中国工程院许祖彦院士为首席科学家、国家万人计划领军人才毕勇博士为负责人的研发团队迎难而上,攻克重重难关,率先攻克全自主“真激光”显示技术(以下简称“真激光”),该技术以三基色激光为光源,经过先进的架构工艺,实现了图像高保真再现,可全面实现BT.2020标准。这一技术的实现,不仅使得中国显示技术一跃实现国际领先,并且找到了激光显示“终极答案”,开启激光显示2.0时代。

国际新标“呼吁”下一代显示技术

近年来,显示技术的进步速度越来越快,分辨率从480p、1080p飞速发展到4k、8K,使得电视、投影机等显示产品也随之快速发展。在这样的背景下,2012年,国际电信联盟(ITU)针对高画质影像制定了最新标准 BT.2020,作为未来影音广播的技术标准,达到这一标准才能进入全球高端显示市场。真激光显示是目前唯一能够达到BT.2020的显示技术,也因此成为各国竞相发展的领域。

但由于三基色光源的激光显示技术门槛过高,行业中出现将激光荧光粉显示作为技术路线之一,如今市场上的激光电视就大多采用了这一技术。激光荧光粉显示以蓝色激光(蓝色激光和红色激光)作为光源,照射激发荧光发光材料,得到宽谱带荧光,然后通过光学滤光片过滤出显示产品需要的红光和绿光(绿光),构成了激光+荧光的混合光源,看似降低了激光显示的技术门槛,但因为光学滤波的过程中无法兼顾亮度和色彩纯度,难以达到BT.2020标准,因而始终不能实现“真激光”。

中国科学家勇担使命,“真激光”显示技术开启激光显示2.0时代

怀揣实现国际最高标准的梦想,中国科学家将打破激光显示技术瓶颈的使命扛在了自己肩上,以许祖彦院士和毕勇博士为带头人的两代科学家不走捷径,力争攻克真激光显示的技术难关。

经过40多年的努力,团队最早提出三基色激光显示的概念、在大量科学技术研究基础上进行了激光显示的原理验证,达到国际领先水平;随后又开展大量工程化研究工作,接连攻克了小型化高性能三基色LD激光模组、散斑消除、光纤耦合、动态平衡颜色管理、高效能热管理、匀场照明、高效率控制驱动、高精度分时调制等关键技术,解决了真激光产品体积大、高热流密度工作情况下的有效热管理、以及激光散斑等难题,“真激光”显示技术逐步形成并迅速发展。

2014年,许祖彦院士提出以红绿蓝三基色半导体激光(LD)为核心的产业发展路线图,被列入国家材料重大工程(科技创新2030)。2015年,基本形成“真激光”显示技术,验证达到BT.2020标准,并在此基础上成立了产业化公司中科极光,这标志着中国科学家完全自主开发的激光显示技术已跃居国际“第一梯队”,从此,在被海外企业占领的高端显示领域有了中国企业的身影!

“真激光”带来五大“真体验”,RGB三基色还原“真世界”

中科极光成立后,围绕“真激光”显示技术核心元器件进行了技术布局,搭建激光光源、热学管理、电子学研发、可靠性试验、整机开发等技术平台,实现激光显示的多元化应用场景,目前已在工程投影、家庭影院、数字化放映等多个方面实现产品量产,并获得市场的广泛认可。

中科极光总工程师毕勇博士认为,“真激光”显示技术的应用,能够为观众带来液晶显示和激光荧光粉显示都难以达到的五大“真”体验:真色彩、真亮度、真陪伴、真节能、真可靠。

“真色彩”即超大色域。“真激光”光源纯正,光谱带宽窄等特性色深达到10bit,具有10.7亿种颜色的色彩表现力。更高的色深能够增加画面在三维意义上的解析度,带来更平滑的色彩过渡表现,尤其是显示光晕时,光源四周的色彩过渡会更为自然。

“真亮度”即超高亮度。中科极光在2020年实现88000流明工程投影机量产,并应用于中国共产党成立100周年各地的亮化项目中。这是激光投影领域不可企及的亮度,在科技部中信所查新报告也显示“未见更高的亮度”。另外一方面,由于“真激光”显示的光谱纯度更高,色彩饱和度更好,在同样的物理亮度下,人眼对“真激光”显示的主观亮度感会提高20%~30%,画面更清晰。

“真陪伴”即超长寿命。“真激光”显示具有30000小时使用寿命,不同于其他显示技术的锯齿状衰减,或者生命周期之后的滑坡式衰减,“真激光”在30000小时周期后,亮度保持在初始亮度的80%左右,持久服务于城市亮化、影院放映和激光电视的家庭使用。

“真节能”即超低能耗。碳达峰和碳中和概念的提出,标志着我国经济发展由高耗能、高排放向清洁低能耗模式的转变。“真激光”显示技术在设计端不断提升光电转化效率,扛起绿色发展大旗。目前,中科极光工程投影机光效高达17.8 lm/W,实现了98%的光电转化,能耗是同类产品的1/4—1/3;激光电视产品也通过了国家节能环保产品认证。

“真可靠”即高可靠性。“真激光”显示在光的传输过程中,采用了“光纤耦合”技术,对比空间耦合,光纤耦合借助光学设计,以光纤约束高能量的激光,激光束就像“小怪兽”被收进了“魔瓶”,具有传输效率高、可靠性高的优势,不受冲击、振动、温度等外界环境变化的影响。此外,产品核心组件参照国军标GJB150A-2009标准设计生产。激光光源采用半导体制程工艺、自动化制造技术以及全流程质量体系控制,确保产品的可靠性。

为了让大众更便捷地享受到“真激光”显示技术带来的视觉体验,中科极光展开了“真激光”电视的开发。2017年,中科极光团队成功研发国际首台超高清三基色激光电视产品样机,2017年,中科极光100英寸高亮度“真激光”家庭影院通过3C认证,“真激光”电视预计2022年将走进千家万户。中科极光将秉承技术驱动创新,进一步推动“真激光”技术的社会效益进一步释放,圆中国人的激光电视梦。

“真激光”将为中国带来千亿级产业效益

中国“真激光”显示技术的突破是中国科学家孜孜追求的结果。毕勇表示,中科极光背后的科学家团队之所以历经40多年艰辛,仍坚持“真激光”的研发路线,首先是希望中国激光显示达到BT2020,让中国的激光显示进入全球高端行列。

另外,从国家光电产业的发展来看,“真激光”还具有一个重要意义:全球激光技术发展至今,仅形成了两个规模化产业——光存储和光通讯,激光显示技术有潜力成为第三个规模化产业,拉动中国光电产业发生革命性变化。

因此,在当前国内能够独立开展激光显示产业的背景下,“真激光”显示技术以自研自产的形式,带领中国激光显示站在了国际领先地位。未来,中科极光团队将秉承中国科研和产业工作者的双重使命,坚持自主创新路线,用核心技术掌握主动权,让千亿级规模的激光显示行业成为下一个“中国机会”。