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芯片/顯示

許祖彥院士:激光電視讓觀影擺脫“半色盲”

來源:中國科學報2020-11-05 我要評論(0 )   

當前,隨著家家戶戶在客廳的觀影需求向大屏時代邁進,激光電視正在悄然分食著顯示器的市場份額。“從(cong) 發展方向來看,人機界麵的發展方向將是‘走向人眼分辨極限’,實現...

當前,隨著家家戶戶在客廳的觀影需求向大屏時代邁進,激光電視正在悄然分食著顯示器的市場份額。

“從(cong) 發展方向來看,人機界麵的發展方向將是‘走向人眼分辨極限’,實現高保真圖像再現,發展趨勢是走向超高清顯示,全麵滿足BT.2020超高清電視國際標準,而激光顯示是符合這一方向和趨勢的下一代技術。”我國激光顯示概念的首創者和領軍(jun) 人、中國工程院院士許祖彥在接受《中國科學報》采訪時說。他表示,激光顯示在圖像質量、產(chan) 品壽命、節能、環保等諸多性能具有優(you) 勢。

同時,從(cong) 隨著液晶顯示市場的逐漸飽和,顯示技術已經走到了分岔路口,全球顯示市場也將迎來“大洗牌”。在許祖彥看來,激光顯示為(wei) 我國在顯示領域實現自主創新跨越發展提供了難得的機遇。

告別“半色盲”

在許祖彥院士位於(yu) 中國科學院理化技術研究所(以下簡稱理化所)的辦公室裏,放著一台小型打印機大小般的黑匣子。它“其貌不揚”,卻內(nei) 藏玄機。隻要指尖輕觸遙控按鍵,它釋放出的色彩絢麗(li) 的畫麵就會(hui) 像投影機一樣瞬間在白色牆壁上“綻放”。

這就是激光家庭影院。“它的播放畫麵是100英寸,市場價(jia) 格在5萬(wan) 元左右,性價(jia) 比很高。”許祖彥說。而且與(yu) 普通投影機不同的是,即便在白天的強光照射下,它的畫麵色彩也不會(hui) 受到影響。

許祖彥認為(wei) ,從(cong) 物理學和視光學來看,下一代的顯示一定是激光顯示,因為(wei) 它具有不可替代的性能優(you) 勢。隻有它能夠同時實現國際電信聯盟頒布的超高清顯示標準“BT.2020”的全部三個(ge) 要素:4K與(yu) 8K超高清;色彩深度提升至10bit或12bit;色域覆蓋率達到人眼可識別自然界色彩範圍的70%以上。特別是,隻有激光顯示可以滿足後兩(liang) 個(ge) 標準

人眼的視敏度是1角分,相當於(yu) 在標準視距下看100吋8K電視高分辨率。據介紹,由於(yu) 激光光譜窄,強度大,其顏色素可達69億(yi) ,是目前高清液晶電視的4000倍以上,。特別是其色域覆蓋範圍可以達到自然界色彩的70%以上,是液晶顯示(僅(jin) 可覆蓋33%左右)的兩(liang) 倍還多。為(wei) 此,許祖彥經常半開玩笑地說:“除了激光顯示,現在其他所有顯示都讓大家成了‘半色盲’。”

此外,激光顯示具有超長壽命,其使用壽命可達5萬(wan) 小時,遠超3.3萬(wan) 小時的國際標準。而從(cong) 能源消耗角度看,激光顯示產(chan) 品比LED高清電視節能40%,是真正意義(yi) 上的節能環保的綠色產(chan) 品,衍生出的多種激光顯示產(chan) 品未來可持續發展潛力巨大,社會(hui) 效益顯著

在2003至2004年國家中長期科技發展戰略研究中,在許祖彥的提議下,激光技術首次被定義(yi) 為(wei) 戰略支撐技術,並勾勒出科技前沿、高新技術產(chan) 業(ye) 和國防建設三個(ge) 發展方向。“所謂支撐技術,是指技術本身不一定值很多錢,但它支撐著這個(ge) 產(chan) 業(ye) 產(chan) 生很大的社會(hui) 經濟效益。”他解釋說。

如今,在科技前沿方麵,由中科院理化技術研究所牽頭研製的全固態深紫外激光器已於(yu) 2015年驗收,第一次實現了我國在高技術領域對國外禁運,並帶動了我國大型科研自主創新儀(yi) 器的發展。在國防建設方麵,其承擔的相關(guan) 項目也在進行中。

而在推動激光技術產(chan) 業(ye) 化方麵,許祖彥帶領中科院科研團隊一路探索,在2005年做出我國首台激光顯示原理樣機。這首次證明了激光顯示能產(chan) 生高畫質的圖像,以及這種新型顯示的高觀賞度和市場前景。

在此背景下,他判斷:“激光顯示的研究階段結束了,接下來要做的是產(chan) 業(ye) 化攻關(guan) 。”

2015年,中科院理化所技術成果轉移轉化企業(ye) ——杭州中科極光科技有限公司成立,隨後兩(liang) 年,該公司自主突破了三基色LD激光顯示產(chan) 業(ye) 化核心關(guan) 鍵技術,建成了完整的自動化、智能化生產(chan) 線,開發出國際首創的100英寸激光家庭影院、影院放映機、特種影像設備、工程投影機等係列化產(chan) 品。目前實現經濟效益已超過兩(liang) 億(yi) 元人民幣。如其研製的工程投影機產(chan) 品在濟南大明湖、深圳平安大廈夜景照明等大型戶外燈光秀、文化旅遊項目中的應用,拓展了三基色LD激光顯示產(chan) 品的市場。

有些人擔心激光顯示會(hui) 傷(shang) 眼睛,那麽(me) 是否如此呢?許祖彥告訴記者,在光強度方麵,研究團隊從(cong) 一開始就摒棄了國外所采用的光功率遠遠超過人眼承受範圍(約每平方毫米50毫瓦)的掃描式顯示技術,采用投影式方法在機器內(nei) 部把光散開,使其反射出的光相當於(yu) 液晶顯示的光通量。其反射光比液晶顯示器的自發光對眼睛更加友好。研究團隊還把困擾激光顯示的一個(ge) 難題——散斑,降低到了2%以下。中國標準化研究院2018年報告稱,激光顯示相對於(yu) 目前所有的顯示技術觀看舒適度最好。

國人的“安全電視”

在電視顯示領域,從(cong) 黑白顯示到彩色顯示再到液晶顯示,當前已經曆的三代技術均以引進為(wei) 主。這不僅(jin) 讓我國相關(guan) 產(chan) 業(ye) 發展受製於(yu) 人,而且其留下的技術後門也帶來了嚴(yan) 重的安全隱患。

在目前的顯示市場上,我國大陸地區液晶麵板產(chan) 量已位居全球第一。但數據顯示,全球液晶麵板產(chan) 業(ye) 已處於(yu) 飽和狀態,產(chan) 能過剩已經顯現,這使得液晶電視已經降到了“白菜價(jia) ”。由於(yu) 我國液晶顯示用的一些材料,如僅(jin) 有0.3毫米的間隔物微球都需要從(cong) 國外進口,使得其中50%到80%的利潤都交給了外商。因此,中國的液晶產(chan) 業(ye) 再大,也無法擺脫“裝配工廠、低端運行”的被動局麵。

而許祖彥指出,更加嚴(yan) 峻但不為(wei) 人知的現實是,像一些進口的核磁成像機、打印機一樣,進口顯示設備中,也會(hui) 潛藏國外暗留的“技術後門”,在國人不知情的情況下“偷窺”信息。從(cong) 這一方麵看,通過自力更生發展出具有完全自主知識產(chan) 權的先進國產(chan) 激光顯示技術產(chan) 品,解除後顧之憂,尤為(wei) 迫切。在許祖彥看來,這也是“圓中國人看中國安全電視的中國夢”的最佳轉折點。

但與(yu) 此相對,當前我國激光顯示產(chan) 品在初入市場時期就遭到了利益壓製。除了激光顯示的新技術與(yu) 液晶顯示的傳(chuan) 統技術之間的較量之外,許祖彥表示,相關(guan) 的利益“打壓”表現為(wei) 兩(liang) 個(ge) 途徑。首先是國外利益在產(chan) 業(ye) 領域的代理人反複主張引進有機發光二極管(OLED)顯示技術,盡管這一技術已經證明在發展電視方麵存在先天限製。對於(yu) 這一點,其發明人、美籍華人科學家鄧青雲(yun) 也曾經指出過。

由於(yu) OLED材料自發光的特性,當長時間在屏幕上播放相同影像,會(hui) 出現一些比較暗的短暫殘像,導致“灼屏”,其原因是這種麵板RGB子像素中B(藍)像素因壽命較短發生損傷(shang) 導致在畫麵留下像殘像一樣的印記。另外,不穩定的有機材料塗層還是一枚隱藏的“炸彈”。其工作機製會(hui) 導致屏幕工作電流不穩,從(cong) 而在顯示亮色和暗色時電流大起大落,影響產(chan) 品壽命。此外,受自發光一致性限製,OLED還具有麵板亮度差的缺陷,不適合在明亮的環境下觀看。

全麵市場化仍需時間

據奧維雲(yun) 網(一家專(zhuan) 注於(yu) 智慧家庭領域的大數據技術和應用服務商)統計,激光電視2015年至2020年的複合增長率達213.8%,今年1~7月,中國彩電整體(ti) 市場零售量規模同比下降了9.0%,而激光電視零售量規模增長77.5%,是彩電市場上唯一實現正增長的品類。

2013年,許祖彥提出激光顯示發展的路線圖,認為(wei) 2017年之後到2025年,激光顯示“將會(hui) 形成產(chan) 業(ye) ”。如今,距離他提出的2025年激光顯示大規模實現產(chan) 業(ye) 化的目標已經越來越近,但推動其真正全麵走向市場還需要各環節共同發展。

目前,我國激光顯示產(chan) 業(ye) 才剛剛踏入賽道,在許祖彥看來,將其徹底推向產(chan) 業(ye) 化,需要巨大的投資,僅(jin) 靠目前政府的科研經費投入遠遠不夠,這也是製約將這一技術推向產(chan) 業(ye) 化的關(guan) 鍵所在。數十上百億(yi) 元人民幣的費用,對國家、對企業(ye) 來說都是一筆不小的投入,但對於(yu) 此項技術每年上千億(yi) 美元的市場而言,這些投入帶來的效益回報也是巨大的。

“激光顯示再下一代將是真三維。”許祖彥說,而這隻有基於(yu) 激光全息三維顯示原理才能實現,他希望我國能夠抓住當下的機遇,實現顯示領域的彎道超車。


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