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院士许祖彦:我国激光显示产业化堪忧

导读: 当前激光显示(电视)正处于大规模产业化的前夜,开展产业化技术攻关已成为现阶段竞争的焦点。日本、韩国在液晶显示和等离子显示领域已经取得领先的技术和市场地位,如今又将下一代显示技术的发展方向锁定在激光显示技术。而美国和欧洲由于在平板显示领域落后于日本和韩国

    当前激光显示(电视)正处于大规模产业化的前夜,开展产业化技术攻关已成为现阶段竞争的焦点。日本、韩国在液晶显示等离子显示领域已经取得领先的技术和市场地位,如今又将下一代显示技术的发展方向锁定在激光显示技术。而美国和欧洲由于在平板显示领域落后于日本和韩国,正积极瞄准新一代显示技术——— 激光显示。为了抓住显示技术更新换代所带来的巨大商机,各国都在加大对激光显示技术的研发和产业化力度。目前全球激光显示技术发展情况如何?我国激光显示技术产业化进展情况怎样?近日,记者独家采访了我国激光显示领域的专家、中国工程院院士许祖彦教授。  


中国工程院院士许祖彦教授

    我国激光显示技术的现状  

    ·我国激光显示专利大约有50余项,约占世界专利总数的30%  

    ·大色域激光光源拥有完整自主创新知识产权  

    我国激光显示技术已有数十年的研究历史,对扫描式和投影式两种激光显示技术路线都有着深入的研究。近年来,与国际上的技术发展趋势殊途同归,在投影式激光显示技术上取得了重大突破,与日本等国家相比,总体水平与国际同步,某些关键技术(如色域覆盖率)处于国际领先地位。有代表性的是,中国科学院在国家“863”计划和中科院知识创新工程等国家重大科学计划的持续支持下,刻苦攻关,初步形成了从材料设计与生长、光学加工与镀膜、激光器件与匀场消相干到整机集成的技术链,并研制成功60英寸~140英寸等一系列大屏幕激光全色显示系统,通过了由中国科学院与信息产业部联合的成果鉴定,鉴定结论为“总体水平与国际同步,单元技术和指标达到国际领先水平”。  

  投影式激光显示的共性核心关键技术包括大色域激光光源技术,匀场消相干技术等。在我国,红绿蓝三基色激光器的研究处于国际领先和先进水平,非线性频率变换光学晶体国际领先,研制成功了高功率全固态红绿蓝三基色激光器,红光激光达到21瓦,绿光激光达到百瓦,蓝光激光达到7瓦,与我国专利技术的“非相干多光束耦合”技术相结合,可实现百瓦级红绿蓝三基色激光用于高亮度、大屏幕激光电视光源。在光学引擎处理技术方面,我国发明了“全固态非运动相位随机扰动调制器”的消相干匀场技术,有效地解决了激光相干噪声问题,并集成出60英寸、84英寸、140英寸和200英寸的系列化大屏幕激光显示样机,具备了从光源、光调制、光处理以及整机系统集成的能力。  

    我国的激光显示专利大约有50余项,约占世界专利总数的30%。这些专利涉及了激光显示系统的主要关键环节,特别在共性核心技术领域——— 大色域激光光源和匀场消相干等领域取得了完整的自主创新知识产权,并处于国际领先地位。因此,我国可以自主发展大色域激光显示技术而不受制于国外专利。  

    我国在开展激光显示实用化技术攻关以及产业化进程方面的步伐也基本与国际同步。中国科学院光电研究院为进一步将激光显示技术推向更广阔的应用市场,以产业化技术为重点,解决了高可靠性红绿蓝三基色激光器实现问题和匀场消相干问题、散斑控制问题以及照明系统设计问题,成功研制了200英寸超大屏幕激光显示样机,并通过与社会资本相结合,成立了我国第一家以激光显示技术和产品为目标的高新技术企业——— 北京中视中科光电技术有限公司,为我国先进的显示技术研究成果向产业化转化奠定了基础。  


许祖彦院士现场讲解激光显示技术

    我国发展激光显示产业的基础  

    ·全固态RGB激光器及其关键材料研究处于国际领先水平  

    ·在光学引擎方面具有良好技术基础  

    ·拥有世界最强的终端产品生产制造能力  

    我国发展激光显示(电视)产业的产业链有良好的基础,从上游光学和激光材料、光学设计与加工、激光器件到下游整机制造均拥有坚实的基础,可构成完整的技术链。其中包括:RGB激光光源、匀场消相干、光学引擎(LCDDLPLCOS等)、光学镜头以及电视整机几个主要环节。  

    首先,我国在全固态RGB激光器及其关键材料方面的研究处于国际领先水平。在全固态激光器件和应用研究方面我国与国外已基本同步,中、小功率绿光全固态激光器已形成批量生产能力。光学器件与整机方面已初具规模。在小功率蓝绿激光器及晶体器件方面,已拥有组合模块集成技术,并形成了一定的生产能力。这种全固体化LD泵浦小型固体激光器体积小、重量轻、转换效率高、使用可靠、工作寿命长,通过规模化生产降低成本的潜力巨大,能够满足市场对低功率可见蓝绿光激光器的需求,是激光电视的关键核心器件。非线性、激光晶体器件是三基色激光产品的核心部件,具有较高的附加值。我国在该方面的研究开发处于国际领先地位,同时拥有自主知识产权,它是我国涉足激光电视产业不可多得的良机。  

    其次,我国在匀场消相干方面的研究处于国际领先水平。匀场消相干技术是投影式激光显示的关键技术,我国拥有自主创新的专利和专有技术,完全不受国外知识产权的限制。与我国拥有深厚技术和产业基础的光学设计、光学加工行业相结合,可以形成长寿命、低成本、大批量的匀场消相干器件的规模化生产。  

    再次,我国在光学引擎方面也具有良好的技术基础。其中LCOSMD背投产品在大屏幕电视产品方面具有成本低、图像质量好、易于实现大屏幕等优点,在北美等地市场占有率很高。在信息产业部的部署下,经过多年的技术攻关,我国在MDTV光学引擎LCOS的技术产业链已经形成,LCOS光学引擎从晶圆、封装、镀膜、光学元器件、高清驱动板到整机集成的所有关键环节均具备完善生产能力。随着大屏幕电视开始成为市场主流,LCOS技术与激光光源相结合的背投彩电将成为市场主流产品。  

    我国拥有世界最强的终端产品生产制造能力。彩电整机行业经过20多年的发展已经得到了长足的发展,目前已经拥有将近90家彩电整机生产企业,近 20家彩管生产企业和几百家零部件配套企业,形成了彩电、彩管、元器件一体化的完整工业体系。从1994年开始,我国的电视机产量首次超过美国,一跃成为世界第一生产大国。  

 激光显示技术在国外的发展


·国际上正在开展大规模生产阶段所需的实用化技术攻关

·红绿蓝三基色激光光源获得了一定的突破


   激光显示的各个产品化方向,从大屏幕、超大屏幕到手机式投影仪,都得到了全面发展。

   2007年元月,在美国拉斯维加斯国际消费电子展(CES)上,日本索尼公司和美国Novalux公司各自推出基于投影式激光显示技术的多台的激光显示试验样机,包括了55英寸激光背投电视和小型、袖珍式前投影机以及激光数码影院等。

   在日本,由政府组织企业和研究机构共同大力研发激光显示技术,谋求在未来竞争中获得绝对优势。激光电视技术的开发以索尼公司和三菱电气的工作最引人注目。 2005年,日本索尼公司研制成功单元6m 2的投影显示系统,并在拼接技术基础上,集成出一套500m 2的激光影院。2006年2月,三菱电气将美国 Novalux公司研制的大功率红绿蓝三基色激光器应用于DLP背投电视,宣布研制成功激光背投电视,能够表现大色域颜色,支持xvYCC影像规格。三菱 电气计划建设中试生产线,预计今年投入生产。2006年3月,日本精工爱普生公司宣布与美国Novalux公司进行战略合作,共同开发激光显示技术,预计 在2012年前后进入家庭市场。

   另外, Microvision、Iljin、Symbol、Lightblueoptics等公司致力于研发应用于手机的激光投影技术。他们分别开发了 小型化的RGB三基色激光器和小型化的光学引擎系统,并设计出一个完整的嵌入式微型投影系统模块。三星、摩托罗拉等公司目前都有计划采用上述公司的技术和 模块,在市场上推出具有投影显示功能的手机。

   激光显示技术路线从图像生成方式上分为扫描式和投影式。由于扫描式激光显示在一些关键技术环节上未得到突破,目前还处于原理研究阶段;而投影式激光显示在 原理研究阶段的主要关键技术环节都得到了有效解决,实现了高质量图像的效果演示,国际上正在开展大规模生产阶段所需的实用化技术攻关,在产品生命周期中处 于导入期阶段。

   激光显示技术的核心关键技术包括:1.红绿蓝三基色激光光源,它决定了基于激光显示技术的终端显示产品的色域空间、寿命以及工作方式,是最核心的关键技 术。2.图像调制技术,它决定了显示图像分辨率、对比度、亮度等综合性能指标,主流的调制器有LCD、DLP和LCOS三种技术。3.匀场及消相干技术, 直接影响着显示器的效率和图像性噪比。4.大色域图像的信息处理技术,包括数字信号的压缩、存储、传输和解调。

   近年最受产业界关注的红绿蓝三基色激光光源获得了一定的突破:首先,以红外全固态激光进行谐波变换产生红绿蓝三基色激光的技术,在小型化方面取得了突破, 由此韩国和美国做出了袖珍式前投影机(手机投影仪),首开便携式激光投影机先河。其次,美国Novalux公司以高功率垂直腔面发射扩展腔激光器为基础, 通过周期极化的非线性光学晶体材料获得高功率、小体积红绿蓝三基色激光器,在半导体激光技术和非线性光学技术相结合发展激光显示技术方面进行了一次可喜的 尝试。第三,消相干技术方面,美国Novalux公司同样取得了不错的进展。通过直接开关光源和数字光处理元件,向屏幕投影,使各种颜色的激光分别通过光纤,传播到光学引擎上,利用光纤内的多重反射,打乱了光的波阵面,从而减轻了激光器特有的光干涉导致的图像斑点。


   突出问题


·终端企业难于组织起完整的激光显示技术链和产业链

·上游研发力量分散,资金投入不足,低水平重复建设严重


   激光显示技术在中国,可以说是研究的势头很好,但产业化步伐堪忧,很有可能出现“起得很早,到得很晚”这种尴尬局面。发展激光显示(电视)产业,我国拥有 较好的技术和产业基础。但我们同时也看见,相较于美国、日本、欧洲等发达国家和地区,我国在高新科技产业化发展方面还存在着许多不足。

   首先,从事下游终端产品制造的我国彩电企业由于历史的原因,难以组织起完整的激光显示(电视)的技术链和产业链。一种新技术、新产品在导入期之前还有一段 历时较长的、投资不断增长而没有销售的研发期,对于中国彩电市场来说,由于电视技术均由日美等国家研发,因此中国彩电市场都没有经历研发期这一阶段,而是 直接进入了产品导入期。正如我国平板电视产业的现状。这样一来,中国彩电企业虽然节省了不少的研发成本,但是由于核心技术均掌握在国外企业手中,因此中国 彩电企业往往在技术上受制于人,并不能获得较高的利润。

   其次,上游企业,由于研发力量分散,研发资金投入不足,造成水平参差不齐,低水平重复建设严重。在研究方面,我国不少科研单位在光电子材料和器件的许多领域处于国际领先地位,但由于缺乏从材料、器件的实验室研究到应用开发和产业化的完整研发能力,使得我国的光电子行业的整体水平与国际同行存在较大的差距,无法高效率地将学术上的优势,通过工程化研究开发而实现产业化,在国际上具有竞争能力的企业为数不多。


   产业化建议


·联合上下游企业,组建产业联盟

·依托优势单位,突破规模化生产技术和工艺

   激光显示(电视)产业是典型的技术密集型产业,可带动相关关键技术领域的跨越式发展,形成新的高新技术产业群,并可能产生辐射放大效应,取得更显著的经济 效益。前瞻性地进行激光电视产业发展规划和布局,并在产品研发和导入期对激光显示(电视)产品的实用化研究给予重点支持,我国就有希望在国际上率先进入产 业化阶段。面向决策层和产业层我们的对策和建议如下:

   1.抓住国际显示产业的升级换代的机遇,尽快实现激光显示(电视)的产业化,尽快实现显示产业的更新换代。

   2.由政府相关部门支持、组织,依托优势单位,尽快突破低成本一体化全固态RGB光源、标准化的匀场消相干等器件的规模化生产技术和工艺,构建完整成熟的激光显示(电视)的技术链。

   3.通过激光显示(电视)在高端和特殊市场(包括各类工程)的示范应用,扩大市场规模,并带动各种社会资源在上、下游领域的投入,构建完整成熟的激光显示(电视)产业链。

   4.联合上、下游领域的企业,组织激光显示(电视)产业联盟。充分利用我国在色域、匀场消相干等关键技术和指标方面的优势,制定相关标准,为我国激光显示(电视)产业群提供保护。

   5.积极有效布置新型激光显示(电视)的创新性研究,保持可持续发展能力。

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