激光投影——开启身边的美丽新视界

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 楼主| 发表于 2019-8-5 16:46:46 | 显示全部楼层 |阅读模式
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作 者 | 王乐妍 安 晶 范 伟

专利审查协作北京中心

(本文系知产力国际获得授权的稿件,转载须征得作者本人同意,并在显要位置注明文章来源。)

前言

你还在用传统的液晶显示面板电视吗?当显示逐渐进入高清、轻薄、大型化后,制造大型液晶显示面板需要更高的生成成本,并且在亮度及厚度上均已接近产品的设计极限,很难有大的突破。有没有想过你的下一台电视会是什么样子,它不仅图像更清晰,色彩更艳丽,而且屏幕本身不发光,通过一个盒子大小的激光投影机将图像投影到屏幕上,仅需要很低的能耗。投影技术广泛应用于电影行业,但是传统的投影机其清晰度较差,无法与液晶电视相比。新型的激光投影技术,将获得比液晶显示更高的清晰度,从而将投影技术从电影放映延伸应用到电视技术上。

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应用介绍

在人们通常的印象中,激光往往与杀伤力联系在一起,随着应用范围的不断扩展,近年来,激光也以舞台影像灯光等形式实现辅助显示功能,直到激光投影机的出现,使激光显示加入到大屏幕显示技术的阵营中。激光投影机因其高亮度、短焦距的优势,广泛应用于大型会议室、教室等多种场合。而屏幕更大、色彩要求更高的电影放映机更是激光投影技术大显身手的舞台,目前越来越多的影院采用激光电影放映机,“全激光”影城也不断涌现。

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激光电视,是激光投影显示带来的最具颠覆性的产品,也意味着激光显示正式加入了家电领域。激光电视主要由两大部件构成,一块尺寸可达100英寸或更大的冷屏幕以及置于屏幕下方的激光主机,采用激光冷光源发射+冷屏反射的成像模式,主机发射出的电视画面采用超短距离投射方式,投射至超薄屏幕上,经冷屏幕反射后供人眼观看。屏幕本身不发光,通过反射投影光源的光使用户看到画面,因此显示画面时屏幕本身不耗电,同时光线对于眼睛的辐射远远小于液晶电视,即使长时间观看也不容易出现眼睛疲劳和干涩的症状,并且屏幕的厚度可以做到1-3cm左右,相对于室内空间,其厚度可以忽略。激光显示用的反射冷屏幕通过形成多层光学结构层,能够有效降低环境光对成像画面的影响,使投影屏幕不受环境光的干扰。即使在高亮环境光的照射下,同样能呈现出清晰的投影。

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在激光电视中,反射冷屏幕只是画面的载体,激光主机才是整个电视的核心部件。激光光源与其他光源相比拥有诸多优势,首先在于它的超高亮度,传统投影机中的氙灯光源亮度在900lm左右,双灯模式下也仅能达到1600lm,LED光源的亮度也仅为1000lm左右,而激光光源亮度可达6000lm以上,在亮度指标上实现了质的飞跃;同时,激光光源寿命也更长,传统氙灯光源的平均寿命仅为3000h左右,频繁更换光源导致投影机运行成本升高,而激光光源寿命可达40000-60000小时,大大降低了更换光源的频率;此外,激光光源在色彩方面也有明显优势,传统氙灯光源色域通常在NTSC的70-80%左右,而激光光源的色域可高达NTSC的150%,色彩表现更加饱和逼真,而LED光源虽然色域较广,但出现色彩漂移的时间更早,平均在3000小时已出现超出人们接受范围外的色彩漂移,而激光光源可持续至5000小时,从而延长工作时间,降低成本。由于激光光源的高亮度和超宽色域,同时冷屏幕能够轻易实现尺寸上的突破,因而激光电视真正为人们带来了大屏、真彩、环保、无辐射的视觉享受。

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技术原理

基于激光光源的诸多优势,将其应用于大屏幕显示领域一直是技术人员追求的目标。激光显示技术经历了由三基色激光投影技术到混合光源投影技术再到先进激光荧光体显示技术(ALPD)的发展过程。

三基色激光投影技术,分别利用红绿蓝三色激光,即将红绿蓝三色激光制成模组,激光在机器内经过相应的光学元件和处理芯片的扩束后再透射到X棱镜将三束激光整合,然后再由投影物镜将整合后的激光透射到投影幕布上,完成整个激光投影机显示过程。三基色激光投影技术在色彩鲜艳度和功耗方面具有明显优势,但受到三色激光模组的光路形式的限制,体积较为庞大,通常应用在大型设备上,价格也较为昂贵。

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顾名思义,混合光源投影技术是采用激光光源与其他光源相混合的投影显示技术,混合光源的常规方式是将红(高亮度红色LED)、绿(蓝色激光通过荧光体转换为绿色)、蓝(高亮度蓝色LED)三色,通过DLP芯片调节反射光实现投射图像,光学结构简单,可以实现更小的体积和更轻的重量,同时与三基色激光投影技术相比,分辨率也可以做到更高。

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ALPD(Advanced Laser Phosphor Display,即先进的激光荧光显示技术),是完全采用激光光源的投影技术,单色激光激发位于荧光粉色轮上的荧光材料,产生多色光,该多色光通过DLP芯片产生图像,最终通过投影光学系统在目标屏幕上形成投影画面。由此可见,ALPD技术采用单色激光激发荧光粉产生的光作为光源。它不再是激光,但保留了激光高强度的特点。激光打在荧光粉上的面积特别小,但是激光很亮,打在荧光粉上虽然有能量损耗,但是依然很强,荧光粉会被烧掉。通过旋转荧光粉色轮引进脉冲的概念解决了这个问题,激光点很小,发光一瞬间大约只有0.5毫米,旋转中的荧光粉可以稀释激光的能量而不被激光烧毁。

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专利分析

新型的激光电视主要基于激光荧光技术,即ALPD技术或混合光源投影技术。随着激光电视等新型产品的不断推出,激光荧光投影领域的专利申请也在不断增加。通过对全球专利的公开趋势分析可以发现,在中国公开的专利申请占到全球专利的50%,其次依次为日本和美国,上述国家均为激光电视技术的重点发展地区。

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进一步对激光电视领域的专利申请人进行分析,可以看到光峰光电是全球专利申请量排名第一的企业。光峰光电作为ALPD技术的创始人,在2007年成功研发ALPD技术后,一直致力于该技术在投影显示领域的应用,并于2013年与韩国LG公司合作推出100英寸激光电视,共申请涉及激光荧光投影显示技术的全球专利量192件,也是其技术实力的体现。卡西欧计算机株式会社以155件全球专利申请量排名第二,该公司在混合光源投影领域拥有大量自主知识产权,开发的激光+LED混合式高亮混合光源投影仪具有世界先进水平。海信在激光色轮投影光源领域的专利储备量位居第三,但是其专利申请量与光峰光电和卡西欧仍有较大差距,与位居其后的台达电子、欧司朗等基本位于同一水平。海信的激光投影光源技术与光峰光电类似,主要集中在纯激光光源加色轮领域,并且也已经推出了激光投影电视的产品,包括一个激光投影机和一块抗反射屏幕。此外,中强光电(奥图码)、爱普生的激光投影电视在市面上也已经开始销售,价格从几万到十几万不等。欧司朗作为德国专业的光源提供商,主要给其它生产厂家提供专业的光源。日本除了卡西欧之外,松下、NEC和爱普生在专业的激光投影光源领域也均有一定的专利储备量。

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在以上分析结果中值得注意的是,以海信为代表的电视机制造企业已经加入到激光投影技术的专利申请队伍。此外,还有长虹、上海仪电等国内电视厂商也通过购买相关技术或购买投影光源的形式,陆续推出了自己的激光电视产品。与目前市场上占据主流地位的液晶电视相比,激光电视不但在画质和能耗方面优势明显,而且在同尺寸的情况下,价格也更低。通过下图可以看出,大尺寸液晶电视的价格类似指数形式上升,90英寸的液晶电视售价约86599元,而某品牌的110英寸液晶电视售价高达399000元,而以海信推出的100英寸激光电视为例,市场价格仅为79999元。

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总结

激光投影技术以其亮度高、色彩艳丽、节能环保等诸多优势,在大屏幕显示领域极具发展前景,其中激光电视作为颠覆性产品,在高端市场的优势已经十分明显,而我国相关企业拥有自主研发的激光投影技术,在技术和市场方面已经在一定程度上抢得先机。相信随着技术的不断进步,未来激光电视在尺寸上能够实现更多选择,在成本上也能够进一步降低。也许在不久的将来,激光电视将成为更多消费者的首选。

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正好需要啊
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楼猪V5啊
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