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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(guó)科學(xué)報(bào)2020-11-05 我要評(píng)論(0 )   

當(dāng)前,隨著家家戶戶在客廳的觀影需求向大屏?xí)r代邁進(jìn),激光電視正在悄然分食著顯示器的市場(chǎng)份額?!皬陌l(fā)展方向來看,人機(jī)界面的發(fā)展方向?qū)⑹恰呦蛉搜鄯直鏄O限’,實(shí)現(xiàn)...

當(dāng)前,隨著家家戶戶在客廳的觀影需求向大屏?xí)r代邁進(jìn),激光電視正在悄然分食著顯示器的市場(chǎng)份額。

“從發(fā)展方向來看,人機(jī)界面的發(fā)展方向?qū)⑹恰呦蛉搜鄯直鏄O限’,實(shí)現(xiàn)高保真圖像再現(xiàn),發(fā)展趨勢(shì)是走向超高清顯示,全面滿足BT.2020超高清電視國(guó)際標(biāo)準(zhǔn),而激光顯示是符合這一方向和趨勢(shì)的下一代技術(shù)?!蔽覈?guó)激光顯示概念的首創(chuàng)者和領(lǐng)軍人、中國(guó)工程院院士許祖彥在接受《中國(guó)科學(xué)報(bào)》采訪時(shí)說。他表示,激光顯示在圖像質(zhì)量、產(chǎn)品壽命、節(jié)能、環(huán)保等諸多性能具有優(yōu)勢(shì)。

同時(shí),從隨著液晶顯示市場(chǎng)的逐漸飽和,顯示技術(shù)已經(jīng)走到了分岔路口,全球顯示市場(chǎng)也將迎來“大洗牌”。在許祖彥看來,激光顯示為我國(guó)在顯示領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)自主創(chuàng)新跨越發(fā)展提供了難得的機(jī)遇。

告別“半色盲”

在許祖彥院士位于中國(guó)科學(xué)院理化技術(shù)研究所(以下簡(jiǎn)稱理化所)的辦公室里,放著一臺(tái)小型打印機(jī)大小般的黑匣子。它“其貌不揚(yáng)”,卻內(nèi)藏玄機(jī)。只要指尖輕觸遙控按鍵,它釋放出的色彩絢麗的畫面就會(huì)像投影機(jī)一樣瞬間在白色墻壁上“綻放”。

這就是激光家庭影院?!八牟シ女嬅媸?00英寸,市場(chǎng)價(jià)格在5萬元左右,性價(jià)比很高?!痹S祖彥說。而且與普通投影機(jī)不同的是,即便在白天的強(qiáng)光照射下,它的畫面色彩也不會(huì)受到影響。

許祖彥認(rèn)為,從物理學(xué)和視光學(xué)來看,下一代的顯示一定是激光顯示,因?yàn)樗哂胁豢商娲男阅軆?yōu)勢(shì)。只有它能夠同時(shí)實(shí)現(xiàn)國(guó)際電信聯(lián)盟頒布的超高清顯示標(biāo)準(zhǔn)“BT.2020”的全部三個(gè)要素:4K與8K超高清;色彩深度提升至10bit或12bit;色域覆蓋率達(dá)到人眼可識(shí)別自然界色彩范圍的70%以上。特別是,只有激光顯示可以滿足后兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)

人眼的視敏度是1角分,相當(dāng)于在標(biāo)準(zhǔn)視距下看100吋8K電視高分辨率。據(jù)介紹,由于激光光譜窄,強(qiáng)度大,其顏色素可達(dá)69億,是目前高清液晶電視的4000倍以上,。特別是其色域覆蓋范圍可以達(dá)到自然界色彩的70%以上,是液晶顯示(僅可覆蓋33%左右)的兩倍還多。為此,許祖彥經(jīng)常半開玩笑地說:“除了激光顯示,現(xiàn)在其他所有顯示都讓大家成了‘半色盲’?!?/p>

此外,激光顯示具有超長(zhǎng)壽命,其使用壽命可達(dá)5萬小時(shí),遠(yuǎn)超3.3萬小時(shí)的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。而從能源消耗角度看,激光顯示產(chǎn)品比LED高清電視節(jié)能40%,是真正意義上的節(jié)能環(huán)保的綠色產(chǎn)品,衍生出的多種激光顯示產(chǎn)品未來可持續(xù)發(fā)展?jié)摿薮螅鐣?huì)效益顯著

在2003至2004年國(guó)家中長(zhǎng)期科技發(fā)展戰(zhàn)略研究中,在許祖彥的提議下,激光技術(shù)首次被定義為戰(zhàn)略支撐技術(shù),并勾勒出科技前沿、高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)和國(guó)防建設(shè)三個(gè)發(fā)展方向?!八^支撐技術(shù),是指技術(shù)本身不一定值很多錢,但它支撐著這個(gè)產(chǎn)業(yè)產(chǎn)生很大的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益?!彼忉屨f。

如今,在科技前沿方面,由中科院理化技術(shù)研究所牽頭研制的全固態(tài)深紫外激光器已于2015年驗(yàn)收,第一次實(shí)現(xiàn)了我國(guó)在高技術(shù)領(lǐng)域?qū)?guó)外禁運(yùn),并帶動(dòng)了我國(guó)大型科研自主創(chuàng)新儀器的發(fā)展。在國(guó)防建設(shè)方面,其承擔(dān)的相關(guān)項(xiàng)目也在進(jìn)行中。

而在推動(dòng)激光技術(shù)產(chǎn)業(yè)化方面,許祖彥帶領(lǐng)中科院科研團(tuán)隊(duì)一路探索,在2005年做出我國(guó)首臺(tái)激光顯示原理樣機(jī)。這首次證明了激光顯示能產(chǎn)生高畫質(zhì)的圖像,以及這種新型顯示的高觀賞度和市場(chǎng)前景。

在此背景下,他判斷:“激光顯示的研究階段結(jié)束了,接下來要做的是產(chǎn)業(yè)化攻關(guān)?!?/p>

2015年,中科院理化所技術(shù)成果轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)化企業(yè)——杭州中科極光科技有限公司成立,隨后兩年,該公司自主突破了三基色LD激光顯示產(chǎn)業(yè)化核心關(guān)鍵技術(shù),建成了完整的自動(dòng)化、智能化生產(chǎn)線,開發(fā)出國(guó)際首創(chuàng)的100英寸激光家庭影院、影院放映機(jī)、特種影像設(shè)備、工程投影機(jī)等系列化產(chǎn)品。目前實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益已超過兩億元人民幣。如其研制的工程投影機(jī)產(chǎn)品在濟(jì)南大明湖、深圳平安大廈夜景照明等大型戶外燈光秀、文化旅游項(xiàng)目中的應(yīng)用,拓展了三基色LD激光顯示產(chǎn)品的市場(chǎng)。

有些人擔(dān)心激光顯示會(huì)傷眼睛,那么是否如此呢?許祖彥告訴記者,在光強(qiáng)度方面,研究團(tuán)隊(duì)從一開始就摒棄了國(guó)外所采用的光功率遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過人眼承受范圍(約每平方毫米50毫瓦)的掃描式顯示技術(shù),采用投影式方法在機(jī)器內(nèi)部把光散開,使其反射出的光相當(dāng)于液晶顯示的光通量。其反射光比液晶顯示器的自發(fā)光對(duì)眼睛更加友好。研究團(tuán)隊(duì)還把困擾激光顯示的一個(gè)難題——散斑,降低到了2%以下。中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)化研究院2018年報(bào)告稱,激光顯示相對(duì)于目前所有的顯示技術(shù)觀看舒適度最好。

國(guó)人的“安全電視”

在電視顯示領(lǐng)域,從黑白顯示到彩色顯示再到液晶顯示,當(dāng)前已經(jīng)歷的三代技術(shù)均以引進(jìn)為主。這不僅讓我國(guó)相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展受制于人,而且其留下的技術(shù)后門也帶來了嚴(yán)重的安全隱患。

在目前的顯示市場(chǎng)上,我國(guó)大陸地區(qū)液晶面板產(chǎn)量已位居全球第一。但數(shù)據(jù)顯示,全球液晶面板產(chǎn)業(yè)已處于飽和狀態(tài),產(chǎn)能過剩已經(jīng)顯現(xiàn),這使得液晶電視已經(jīng)降到了“白菜價(jià)”。由于我國(guó)液晶顯示用的一些材料,如僅有0.3毫米的間隔物微球都需要從國(guó)外進(jìn)口,使得其中50%到80%的利潤(rùn)都交給了外商。因此,中國(guó)的液晶產(chǎn)業(yè)再大,也無法擺脫“裝配工廠、低端運(yùn)行”的被動(dòng)局面。

而許祖彥指出,更加嚴(yán)峻但不為人知的現(xiàn)實(shí)是,像一些進(jìn)口的核磁成像機(jī)、打印機(jī)一樣,進(jìn)口顯示設(shè)備中,也會(huì)潛藏國(guó)外暗留的“技術(shù)后門”,在國(guó)人不知情的情況下“偷窺”信息。從這一方面看,通過自力更生發(fā)展出具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的先進(jìn)國(guó)產(chǎn)激光顯示技術(shù)產(chǎn)品,解除后顧之憂,尤為迫切。在許祖彥看來,這也是“圓中國(guó)人看中國(guó)安全電視的中國(guó)夢(mèng)”的最佳轉(zhuǎn)折點(diǎn)。

但與此相對(duì),當(dāng)前我國(guó)激光顯示產(chǎn)品在初入市場(chǎng)時(shí)期就遭到了利益壓制。除了激光顯示的新技術(shù)與液晶顯示的傳統(tǒng)技術(shù)之間的較量之外,許祖彥表示,相關(guān)的利益“打壓”表現(xiàn)為兩個(gè)途徑。首先是國(guó)外利益在產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域的代理人反復(fù)主張引進(jìn)有機(jī)發(fā)光二極管(OLED)顯示技術(shù),盡管這一技術(shù)已經(jīng)證明在發(fā)展電視方面存在先天限制。對(duì)于這一點(diǎn),其發(fā)明人、美籍華人科學(xué)家鄧青云也曾經(jīng)指出過。

由于OLED材料自發(fā)光的特性,當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間在屏幕上播放相同影像,會(huì)出現(xiàn)一些比較暗的短暫殘像,導(dǎo)致“灼屏”,其原因是這種面板RGB子像素中B(藍(lán))像素因壽命較短發(fā)生損傷導(dǎo)致在畫面留下像殘像一樣的印記。另外,不穩(wěn)定的有機(jī)材料涂層還是一枚隱藏的“炸彈”。其工作機(jī)制會(huì)導(dǎo)致屏幕工作電流不穩(wěn),從而在顯示亮色和暗色時(shí)電流大起大落,影響產(chǎn)品壽命。此外,受自發(fā)光一致性限制,OLED還具有面板亮度差的缺陷,不適合在明亮的環(huán)境下觀看。

全面市場(chǎng)化仍需時(shí)間

據(jù)奧維云網(wǎng)(一家專注于智慧家庭領(lǐng)域的大數(shù)據(jù)技術(shù)和應(yīng)用服務(wù)商)統(tǒng)計(jì),激光電視2015年至2020年的復(fù)合增長(zhǎng)率達(dá)213.8%,今年1~7月,中國(guó)彩電整體市場(chǎng)零售量規(guī)模同比下降了9.0%,而激光電視零售量規(guī)模增長(zhǎng)77.5%,是彩電市場(chǎng)上唯一實(shí)現(xiàn)正增長(zhǎng)的品類。

2013年,許祖彥提出激光顯示發(fā)展的路線圖,認(rèn)為2017年之后到2025年,激光顯示“將會(huì)形成產(chǎn)業(yè)”。如今,距離他提出的2025年激光顯示大規(guī)模實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的目標(biāo)已經(jīng)越來越近,但推動(dòng)其真正全面走向市場(chǎng)還需要各環(huán)節(jié)共同發(fā)展。

目前,我國(guó)激光顯示產(chǎn)業(yè)才剛剛踏入賽道,在許祖彥看來,將其徹底推向產(chǎn)業(yè)化,需要巨大的投資,僅靠目前政府的科研經(jīng)費(fèi)投入遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠,這也是制約將這一技術(shù)推向產(chǎn)業(yè)化的關(guān)鍵所在。數(shù)十上百億元人民幣的費(fèi)用,對(duì)國(guó)家、對(duì)企業(yè)來說都是一筆不小的投入,但對(duì)于此項(xiàng)技術(shù)每年上千億美元的市場(chǎng)而言,這些投入帶來的效益回報(bào)也是巨大的。

“激光顯示再下一代將是真三維?!痹S祖彥說,而這只有基于激光全息三維顯示原理才能實(shí)現(xiàn),他希望我國(guó)能夠抓住當(dāng)下的機(jī)遇,實(shí)現(xiàn)顯示領(lǐng)域的彎道超車。


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