激光投影显示技术(LDT) 介绍

2017-06-10 00:34:31 7197
 
激光投影显示技术(LDT),也称激光投影技术或者激光显示技术,它是以红、绿、蓝 (RGB)三基色激光为光源的显示技术,可以最真实地再现客观世界丰富、艳丽的色彩,提供更具震撼的表现力。[1] 从色度学角度来看,激光显示的色域覆 盖率可以达到人眼所能识别色彩空间的90%以上,是传统显示色域覆盖率的两倍以上,彻底突破前三代显示技术色域空间的不足,实现人类有史以来最完美色彩还 原,使人们通过显示终端看到最真实、最绚丽的世界。
 
人类对外部世界获取信息的80%来自视觉,因此显示器是现代人们获取信息的重要途径,显示技术是信息领域的重要发展方向。随着人们对信息的获取有更多更高的要求,对显示器的性能就有了更多的期待,显示技术及器件的研究也就越来越重要。
 
自19世纪末兴起的黑白显示到1928年彩色电视问世以及1935年实现胶片拍摄的彩色电影,显示技术经历了从黑白向彩色显示技术的时代跨越, 现阶段正处于数字显示发展时期。基于现代数字技术的数字电视和数码影院,正在解决视频图像的分辨率和清晰度问题,包括信号的获取、处理、存储、传输和再 现。现有的数字显示终端,像素数已可以由NTSC标准数据中的720×480提高到3840×2160,分辨率增大20倍以上。但是现有的显示器的色彩重 现能力很低,其显色范围仅能覆盖人眼所能观察到的色彩空间的33%,而其他67%的色彩空间是数字显示技术和已有的显示技术都无法重现的。因此能够同时实 现高清晰、大色域的显示技术势必成为显示技术研究和发展的方向。激光显示技术的一个重要思路是从色度学考虑,以红、绿、蓝,三基色(RGB)激光为光源的 显示技术,可以最真实地再现客观世界丰富、艳丽的色彩,提供更具震撼的表现力,因此激光显示被称为“人类视觉史上的革命”。在当前众多形式不同的显示技术 中,激光显示技术代表着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。
 
 
激光显示的发展从上世纪60年代激光器出现开始就进入了概念阶段,由于受激光器发展水平的限制,激光显示进展缓慢。早期曾以氦-氖激光器输出的 632.8nm或氪离子激光器输出的647.1nm为红光光源,以氩离子激光器输出的514.5nm和488nm为绿光、蓝光光源作为三基色开展相关的显 示技术的研究。气体激光器由于体积庞大,电光转换效率低,使得早期以气体激光器作为三基色光源的激光显示系统研究仅停留在实验室工作模式,无法接近实用 化;到了上世纪90年代,全固态激光器发展推动激光显示技术进入研发阶段;而在本世纪2010年以前,随着专业级的高端显示产品的研究进一步推动激光显示 进入产业示范阶段,开始孕育成熟的技术产业链,为今后规模化生产做准备。[2] 
 
技术原理
激光投影使用具有较高功率(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%。
激光投影技术工作原理激光投影技术工作原理
 
 
 
激光光源
最早激光投影技术是采用气体激光器作为光源,如He-Ne、氩离子、氪气和铜蒸汽激光器等,分别辐射红、蓝、绿色激光,实现全彩色激光投影,但气体激光器电光效率很低且工作可靠性相对较差。
使用激光二极管泵浦的全固态激光器和倍频技术也可获得红、绿、蓝光辐射,连续输出功率可达数瓦、数十瓦,甚至数百瓦。这些全固态激光器具有很高的电光效率和稳定性,结构紧凑,数瓦的功率就可用于激光投影。
人眼对红、绿、蓝三种颜色的视见函数值相差很大,他们分别为0.265(630nm),0.862(530nm)和0.091(470nm),应对激光器功率进行匹配。
 
红绿蓝三色激光光源红绿蓝三色激光光源
 
 
 
扫描器件
激光投影的实现可以有很多种方式,其中扫描器件常用的有多面体转镜扫描以及振镜扫描。
多面体转镜扫描。多面体基体使用轻金属材料制造。以减小转动惯量,再将平面反射镜固定在多面体上,调整各反射镜在y轴方向的角度使各行扫描以等距离分开,即可实现场扫描,多面体转镜扫描具有较大的局限性,如面数越少扫描行数越少,分辨率越低,如面数越多则调整越困难。
 
振镜扫描,使用高性能检流计驱动平面反射镜高速偏转并精确定位,由于偏转频率极高,已与震动相同,故称振镜。使用两个振镜就可以实现二维扫描。
 
更多情况是兼用多面体转镜和振镜扫描的方案,他们分别完成行和场的扫描。 
多面体转镜多面体转镜
 
 
技术优势
同传统的显示光源相比,激光具有很好的单色性、方向性,使用激光三基色作为显示光源所表示的颜色,包含了人眼所能分辨颜色的90%。其色度三角 形的面积是传统磷显示的将近三倍。用激光显示色彩丰富、饱和度高、对比度强、与各种视频信号都有好的匹配性。激光显示与其他显示技术相比就有很多优点。 CRT显示的历史最悠久,至今一直以分辨率高、对比度好、亮度高以及经济性的特点占领着电视市场,但其屏幕尺寸受限。背投LCD,LCOS及PDP由于造 价较高和图像质量问题,还不能成为市场主导。激光显示不仅具有同CRT可比拟的画面质量的优势,还可实现大屏幕显示。
 
激光显示与传统显示对比激光显示与传统显示对比
 
 
 
产品优势
激光全色显示产品的优点是:色域空间大、色彩丰富、色饱和度高,其颜色表现力是传统电视的2倍以上;其次,光源寿命长、维护费用总体使用成本 低,激光光源 完全打破传统光源的电光转换模式,寿命可长达10年,是传统光源寿命的10倍~20倍;第三,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;第四, 环保节能,功耗仅是传统电视的1/3,非常符合节能减排的国策,另外激光光源生产过程中不使用对 环境有威胁的重金属材料,属环境友好型光源;第五,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。
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