许祖彦:激光技术,人类视觉史上的一场革命

计划当中,激光技术是国家重点扶持的四项高科技项目之一。

记者:正如您说的激光与DVD的关系,激光支撑了视频显示,我国激光显示技术的研究状况是什么样的?

许祖彦: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,我国在投影式激光显示技术上取得了重大突破,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。我国激光显示专利大约有100余项,约占世界相关专利总数的10%。

有代表性的是,中国科学院研制成功的60英寸～140英寸等一系列大屏幕激光全色显示系统。由中国科学院与信息产业部联合的成果鉴定结论为“总体水平与国际同步,关键技术如色域覆盖率等达到国际领先水平”。

“人类视觉史上的一场革命”

记者:激光显示技术与LCD、PDP等显示相比有哪些优势,观众会有什么样的视觉感受?

许祖彦:上世纪末,数字显示技术的应用,如数字高清电视等产品,大大提高了彩色显示技术的清晰度。然而,在这场数字高清革命中,色彩显示效果并未得到提升,数字高清显示器仅能显示33%的人眼能够识别的颜色。激光全色显示技术有望显示出90%以上的自然色彩,显示的图像颜色上十分逼真,超过NTSC(标准色域)一倍,带来“人类视觉史上的一场革命”。

激光显示能实现传统显示所达到的所有先进技术指标,如大屏幕、高分辨率、数字化等,与现有的显像管(CRT)投影显示、灯泡投影显示、液晶(LCD)和等离子体(PDP)等平板显示相比,它具有更大的色域,其色度三角形面积是荧光粉的两倍以上,且激光是线谱,具有很高的色饱和度,显示出的颜色非常丰富而鲜艳。

此外,激光强度易控制。激光显示技术的显示屏幕从“个性化头盔”到“超大屏幕”均可以实现,且激光方向性好,能实现更高的显示分辨率。另外,激光显示的效率很高,可比现有彩色显示节能一半以上,为国家节约大量的能源,应视为低碳产业。

视频显示,色彩还原最难的是人的皮肤。在中视中科公司展示的200寸激光显示屏幕,播放着一段婚礼视频,里面有各色人种,均可清晰分辨,质感十分强烈。

记者:您描述得这么令人向往,那么激光电视何时才能到来?

许祖彦:由于激光电视的突破性,德、日、美、韩等国均投入了巨大的人力物力进行激光全色显示技术的研究。2006年4月,三菱公司推出了40英寸激光电视;2007年1月,SONY在2007CES展上推出了55英寸激光电视。我国在2003年就推出了激光电视原理样机,2005年相继推出了60英寸、84英寸以及140英寸激光电视样机,2008年7月北京中视中科公司在华星影城推出了10000流明激光数字电影。

2007至2009年是激光显示的导入期,更多的进入到行业应用当中。2012年,进入快速成长期。2015年后,进入稳定期、成熟期,从而开始替代等离子和液晶电视。

产业化的前夜

记者:激光显示产业化方面,我国具备哪些优势,是否已经开始了产业化步伐?

许祖彦: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,在全固态半导体激光(LD)泵源和RGB LD研发方面也在快速发展。

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。

最后,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,我国已经成为世界第一生产大国。

记者:有人说未来几年是全球以及我国激光显示技术产业发展的黄金时期也是关键时期,我国如何应对激光显示的“新战役”?

许祖彦:产业融合和构建标准是当务之急。除在关键技术领域不断寻求突破外,在产业化领域,我国相关主管部门要更加关注其战略地位,加大政策扶持和投入力度。

激光显示主要应用领域包括四个:一是公共信息大屏幕、电影院、工程项目屏等;二是家庭影院和电视;三是计算机显示屏和游戏机;四是微型投影和便携式显示,比如用在手机上可做投影仪。第一类和第二类市场已启动,在计算机显示屏领域,美国已研制出来,但价格很贵,第四类已有不少投入,但技术条件尚不能满足市场需求。

虽然200英寸的激光电视样机已进入我们的视线,但从国内外总体发展状态来看,激光显示产业发展仍处于产业化的前夜。

激光显示距真正大规模应用还有很长一段距离,一是因为成本,二是因为标准。成本其实亦涉及技术问题,目前还没有成熟的大规模量产的技术,还有就是片源问题没有得到有效解决。电视从黑白发展到彩色,但如果片源是黑白的,彩电放出来亦是黑白。这涉及产业链各环节的协调问题,信息链的配套问题,而目前激光显示的产业化配套链环境尚未成熟。

在产业化和标准化应同时并行。国家在这一领域应加强引导,加大扶持力度,出台相关的政策支持,目前激光显示已列入国家863项目,但这一领域投资很大,因激光显示产业链涉及到微电子、光电子、家电等多个领域,今后还需加大投资力度。二是应尽快组织产业联盟,规范产业运作,尽快改变无序竞争的状态,并将激光显示标准制定出来,推进国内激光显示业的大力发展。否则会“起个大早,赶个晚集”,失去激光显示这一代表未来发展方向的巨大的市场。

激光强国梦

记者:中国激光显示产业如何才能得到更好发展?

许祖彦:显示技术从上世纪30年代起,历经黑白显示、彩色显示,到现在的数字显示,基本解决了高清晰视频图像的获取、处理、存储、传输和再现技术,但还没有涉及颜色的高还原性问题,大色域覆盖率的激光显示近年的快速发展有可能促进显示产品的更新换代,形成新一代显示技术。

据2004年数据,我国的显示器、彩电和激光视频机等几种光电子产品的产量已占世界总产量的一半以上,已形成大产业,但这些光电子产业的利润率很低,仅为国外的几分之一,呈现出大而不强的状况。

为实现我国光电子产业的自主发展,政府的主导作用十分重要。在国际兼容条件下,增加自己产业竞争力,同时抓紧跨越发展,实现和开拓新市场,而产学研结合是跨越式发展的必由之路,大学和科研单位是知识创新的主体,企业是技术创新的主体,二者不可缺一,不能顾此失彼。十年长期战略,我国光电子产业必将有由大变强的重大发展。

记者:激光技术未来的发展方向是什么?

许祖彦:激光技术发展的第一个方向就是高效率、高功率,高亮度激光源。固体激光已经做到万瓦功率了。但同时光束的质量和激光材料都制约着激光技术的进一步提高。

第二个发展方向,激光的可调节。朝宽频段发展,一个是短波,向深紫外发展;还有一个是长波,现在已经做到了中红外波段,往远红外发展。

第三个发展方向是朝可见波段发展,最早的激光器都是红外的,或者是近红外的。现在LD蓝光板的已经出来了,这使DVD的光盘存储率会成倍地增长。

第四,为了更大地发挥支撑作用,把已有的激光技术向产业化方向发展,降低价格,批量生产,提高性能。

人物档案

许祖彦,激光技术专家。四川省邛崃县人。1963年中国科学技术大学毕业。中国科学院物理研究所教授级高级工程师。主要进行了可调谐和全固态激光器研究。首次实现多波长激光宽调谐获国家发明二等奖;首次实现LBO光参量振荡和高效三倍频,首先将BBO光参量振荡效率和功率提高到商业水平,获中科院科技进步一等奖;发明光参量激光复合腔调谐技术,获中科院发明二等奖。合作研制YAG-染料-喇曼移频激光器获国家科技进步二等奖。2001年当选为中国工程院院士。

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