作者:冯丽妃 来源:中国科学报 发布时间:2020/11/3 21:04:28
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许祖彦院士:激光电视让观影摆脱“半色盲”

 

当前,随着家家户户在客厅的观影需求向大屏时代迈进,激光电视正在悄然分食着显示器的市场份额。

“从发展方向来看,人机界面的发展方向将是‘走向人眼分辨极限’,实现高保真图像再现,发展趋势是走向超高清显示,全面满足BT.2020超高清电视国际标准,而激光显示是符合这一方向和趋势的下一代技术。”我国激光显示概念的首创者和领军人、中国工程院院士许祖彦在接受《中国科学报》采访时说。他表示,激光显示在图像质量、产品寿命、节能、环保等诸多性能具有优势。

同时,从随着液晶显示市场的逐渐饱和,显示技术已经走到了分岔路口,全球显示市场也将迎来“大洗牌”。在许祖彦看来,激光显示为我国在显示领域实现自主创新跨越发展提供了难得的机遇。

告别“半色盲”

在许祖彦院士位于中国科学院理化技术研究所(以下简称理化所)的办公室里,放着一台小型打印机大小般的黑匣子。它“其貌不扬”,却内藏玄机。只要指尖轻触遥控按键,它释放出的色彩绚丽的画面就会像投影机一样瞬间在白色墙壁上“绽放”。

这就是激光家庭影院。“它的播放画面是100英寸,市场价格在5万元左右,性价比很高。”许祖彦说。而且与普通投影机不同的是,即便在白天的强光照射下,它的画面色彩也不会受到影响。

许祖彦认为,从物理学和视光学来看,下一代的显示一定是激光显示,因为它具有不可替代的性能优势。只有它能够同时实现国际电信联盟颁布的超高清显示标准“BT.2020”的全部三个要素:4K与8K超高清;色彩深度提升至10bit或12bit;色域覆盖率达到人眼可识别自然界色彩范围的70%以上。特别是,只有激光显示可以满足后两个标准

人眼的视敏度是1角分,相当于在标准视距下看100吋8K电视高分辨率。据介绍,由于激光光谱窄,强度大,其颜色素可达69亿,是目前高清液晶电视的4000倍以上,。特别是其色域覆盖范围可以达到自然界色彩的70%以上,是液晶显示(仅可覆盖33%左右)的两倍还多。为此,许祖彦经常半开玩笑地说:“除了激光显示,现在其他所有显示都让大家成了‘半色盲’。”

此外,激光显示具有超长寿命,其使用寿命可达5万小时,远超3.3万小时的国际标准。而从能源消耗角度看,激光显示产品比LED高清电视节能40%,是真正意义上的节能环保的绿色产品,衍生出的多种激光显示产品未来可持续发展潜力巨大,社会效益显著

在2003至2004年国家中长期科技发展战略研究中,在许祖彦的提议下,激光技术首次被定义为战略支撑技术,并勾勒出科技前沿、高新技术产业和国防建设三个发展方向。“所谓支撑技术,是指技术本身不一定值很多钱,但它支撑着这个产业产生很大的社会经济效益。”他解释说。

如今,在科技前沿方面,由中科院理化技术研究所牵头研制的全固态深紫外激光器已于2015年验收,第一次实现了我国在高技术领域对国外禁运,并带动了我国大型科研自主创新仪器的发展。在国防建设方面,其承担的相关项目也在进行中。

而在推动激光技术产业化方面,许祖彦带领中科院科研团队一路探索,在2005年做出我国首台激光显示原理样机。这首次证明了激光显示能产生高画质的图像,以及这种新型显示的高观赏度和市场前景。

在此背景下,他判断:“激光显示的研究阶段结束了,接下来要做的是产业化攻关。”

2015年,中科院理化所技术成果转移转化企业——杭州中科极光科技有限公司成立,随后两年,该公司自主突破了三基色LD激光显示产业化核心关键技术,建成了完整的自动化、智能化生产线,开发出国际首创的100英寸激光家庭影院、影院放映机、特种影像设备、工程投影机等系列化产品。目前实现经济效益已超过两亿元人民币。如其研制的工程投影机产品在济南大明湖、深圳平安大厦夜景照明等大型户外灯光秀、文化旅游项目中的应用,拓展了三基色LD激光显示产品的市场。

有些人担心激光显示会伤眼睛,那么是否如此呢?许祖彦告诉记者,在光强度方面,研究团队从一开始就摒弃了国外所采用的光功率远远超过人眼承受范围(约每平方毫米50毫瓦)的扫描式显示技术,采用投影式方法在机器内部把光散开,使其反射出的光相当于液晶显示的光通量。其反射光比液晶显示器的自发光对眼睛更加友好。研究团队还把困扰激光显示的一个难题——散斑,降低到了2%以下。中国标准化研究院2018年报告称,激光显示相对于目前所有的显示技术观看舒适度最好。

国人的“安全电视”

在电视显示领域,从黑白显示到彩色显示再到液晶显示,当前已经历的三代技术均以引进为主。这不仅让我国相关产业发展受制于人,而且其留下的技术后门也带来了严重的安全隐患。

在目前的显示市场上,我国大陆地区液晶面板产量已位居全球第一。但数据显示,全球液晶面板产业已处于饱和状态,产能过剩已经显现,这使得液晶电视已经降到了“白菜价”。由于我国液晶显示用的一些材料,如仅有0.3毫米的间隔物微球都需要从国外进口,使得其中50%到80%的利润都交给了外商。因此,中国的液晶产业再大,也无法摆脱“装配工厂、低端运行”的被动局面。

而许祖彦指出,更加严峻但不为人知的现实是,像一些进口的核磁成像机、打印机一样,进口显示设备中,也会潜藏国外暗留的“技术后门”,在国人不知情的情况下“偷窥”信息。从这一方面看,通过自力更生发展出具有完全自主知识产权的先进国产激光显示技术产品,解除后顾之忧,尤为迫切。在许祖彦看来,这也是“圆中国人看中国安全电视的中国梦”的最佳转折点。

但与此相对,当前我国激光显示产品在初入市场时期就遭到了利益压制。除了激光显示的新技术与液晶显示的传统技术之间的较量之外,许祖彦表示,相关的利益“打压”表现为两个途径。首先是国外利益在产业领域的代理人反复主张引进有机发光二极管(OLED)显示技术,尽管这一技术已经证明在发展电视方面存在先天限制。对于这一点,其发明人、美籍华人科学家邓青云也曾经指出过。

由于OLED材料自发光的特性,当长时间在屏幕上播放相同影像,会出现一些比较暗的短暂残像,导致“灼屏”,其原因是这种面板RGB子像素中B(蓝)像素因寿命较短发生损伤导致在画面留下像残像一样的印记。另外,不稳定的有机材料涂层还是一枚隐藏的“炸弹”。其工作机制会导致屏幕工作电流不稳,从而在显示亮色和暗色时电流大起大落,影响产品寿命。此外,受自发光一致性限制,OLED还具有面板亮度差的缺陷,不适合在明亮的环境下观看。

全面市场化仍需时间

据奥维云网(一家专注于智慧家庭领域的大数据技术和应用服务商)统计,激光电视2015年至2020年的复合增长率达213.8%,今年1~7月,中国彩电整体市场零售量规模同比下降了9.0%,而激光电视零售量规模增长77.5%,是彩电市场上唯一实现正增长的品类。

2013年,许祖彦提出激光显示发展的路线图,认为2017年之后到2025年,激光显示“将会形成产业”。如今,距离他提出的2025年激光显示大规模实现产业化的目标已经越来越近,但推动其真正全面走向市场还需要各环节共同发展。

目前,我国激光显示产业才刚刚踏入赛道,在许祖彦看来,将其彻底推向产业化,需要巨大的投资,仅靠目前政府的科研经费投入远远不够,这也是制约将这一技术推向产业化的关键所在。数十上百亿元人民币的费用,对国家、对企业来说都是一笔不小的投入,但对于此项技术每年上千亿美元的市场而言,这些投入带来的效益回报也是巨大的。

“激光显示再下一代将是真三维。”许祖彦说,而这只有基于激光全息三维显示原理才能实现,他希望我国能够抓住当下的机遇,实现显示领域的弯道超车。

 
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