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2021年春節(jié)期間，中科極光的三色激光顯示技術亮相西安城墻。 中科極光供圖

夜晚華燈初上，上海外灘兩岸的建筑被美麗的燈光籠罩，激光燈、光束燈、燈光藝術標識配上量身定制的音樂，聲光同步、色彩斑斕。6月30日至7月4日，“永遠跟黨走”黃浦江主題光影秀將在外灘上演。

記者獲悉，這場光影秀融合了不少前沿的照明技術，比如在浦東美術館的建黨百年慶祝活動標識下方，使用了5臺激光光束燈來烘托，這是由杭州中科極光科技有限公司（以下簡稱中科極光）自主研發(fā)的激光顯示技術產(chǎn)品。中科極光孵化自中國科學院理化技術研究所（以下簡稱理化所）。

“這些激光光束燈可以達到16萬流明的超高亮度，而普通的10瓦筒燈是1000流明。”理化所應用激光研究中心主任、中科極光總工程師畢勇告訴《中國科學報》，“40多年來，理化所技術團隊致力于研發(fā)激光顯示技術和探索產(chǎn)業(yè)發(fā)展，這條路雖然走得艱辛，但已經(jīng)迎來曙光。”

40年技術積累

顯示是人機界面終端，可以供人眼直接觀看，擁有信息傳播和觀賞娛樂兩大功能?！叭祟惈@取信息80%靠視覺，顯示是信息產(chǎn)業(yè)鏈終端，市場巨大。”中國工程院院士許祖彥在日前召開的光子產(chǎn)業(yè)峰會上指出，“激光顯示是唯一全面達到超高清顯示國際標準BT.2020的顯示技術，下一代顯示產(chǎn)業(yè)的主流將是激光顯示?！?/p>

我國激光顯示技術的發(fā)展與國際同步。1960年，世界上第一臺激光器問世。一年后，我國第一臺激光器——小球照明紅寶石激光器在中國科學院長春光學精密機械與物理研究所誕生。自此之后，我國的科技工作者一直致力于探索將激光與顯示技術相結合。

1977年，許祖彥帶領團隊開始研究基于氣體激光器的顯示技術，并在當年研發(fā)出原理樣機，播放了皮影戲。雖然不是連續(xù)的動態(tài)畫面，卻是我國最早的激光顯示研究的成果。

上個世紀，激光顯示的研究進展并不顯著，主要受激光器發(fā)展水平的限制。畢勇告訴記者：“早期的氣體激光器由于體積龐大，電光轉(zhuǎn)換效率低，使得以其作為三基色光源的激光顯示系統(tǒng)研究僅停留在實驗室階段，沒能進一步走向產(chǎn)業(yè)化?！?/p>

與普通光源相比，激光光源具有單色性好、亮度高、方向性強和相干性強等特點，這也是科研團隊多年來研究的動力所在。20世紀90年代中期，理化所研究員陳創(chuàng)天（2003年當選為中國科學院院士）帶領團隊相繼發(fā)明了新型非線性光學晶體BBO和LBO。

陳創(chuàng)天團隊在這兩種晶體的基礎上生長出當年世界上唯一一個可直接倍頻產(chǎn)生深紫外激光的晶體——KBBF晶體。之后，國外經(jīng)歷15年才研制出來。陳創(chuàng)天團隊也是我國最早研制出固體激光器的團隊。

畢勇介紹道：“固體激光器有著結構簡單、體積小、成本低、穩(wěn)定性高等優(yōu)點，讓近紅外激光實現(xiàn)可見光波段輸出，攻克了可見光只有氣體輸出途徑的難題，為激光顯示技術的產(chǎn)業(yè)化鋪設了道路?！?/p>

6年產(chǎn)業(yè)探索

20世紀90年代末，我國在發(fā)展激光顯示產(chǎn)業(yè)方面已經(jīng)具備良好的技術基礎和生產(chǎn)環(huán)境。在國家高技術研究發(fā)展計劃、中國科學院知識創(chuàng)新工程的持續(xù)支持下，我國激光顯示技術取得了重大進展。

2002年，理化所研究員許祖彥團隊在國內(nèi)率先實現(xiàn)紅綠藍三基色激光瓦級輸出，并合成白光用于激光顯示首次實驗。2005 年，許祖彥團隊成功研發(fā)出60 英寸、84 英寸和140 英寸等一系列激光顯示原理樣機，并通過中國科學院與原信息產(chǎn)業(yè)部聯(lián)合科技成果鑒定，結論是，“總體技術國際先進，色域覆蓋率等關鍵技術國際領先?！?/p>

在此后的10多年時間里，許祖彥團隊又對原理樣機做了相應改良，突破了小型化高性能三基色LD激光模組、高效率控制驅(qū)動、高精度分時調(diào)制、顏色管理、高效能熱管理、勻場照明與散斑消除等關鍵技術。激光顯示產(chǎn)業(yè)化的時機趨于成熟。

2015年5月，中科極光在杭州落地?！?977年，許院士帶領團隊開始做激光顯示器，沒有可以參考的資料，遇到的都是前所未見的難題。”畢勇告訴《中國科學報》，“在老一輩科研人員技術積累的基礎上，中科極光開始新一輪的產(chǎn)業(yè)化探索，同樣沒有現(xiàn)成的經(jīng)驗可以參考?！痹S祖彥也是畢勇的博士生導師。

中科極光創(chuàng)業(yè)團隊最初遇到的問題是產(chǎn)品定義。畢勇解釋道，技術產(chǎn)品從實驗室進入市場，需要對產(chǎn)品有一個清晰的描述，了解用戶人群是誰。“在這個過程中，我們慢慢發(fā)現(xiàn)最初的產(chǎn)品定義不對，并對之進行調(diào)整和修改?！?/p>

據(jù)了解，2015年，中科極光建成國內(nèi)首條三基色LD激光顯示生產(chǎn)示范線； 2016年，中科極光開發(fā)完成100英寸高亮度純激光家庭影院、超高亮度激光數(shù)字影院、分體式特種激光顯示器；2017年，100英寸高亮度純激光家庭影院通過3C認證，相關產(chǎn)品正式推向市場。

隨后，中科極光先后推出了超高清RGB三色純激光電視、超大屏RGB三色純激光工程投影系統(tǒng)、高性能數(shù)字電影放映機RGB三色純激光光源以及RGB三色純激光特種顯示系統(tǒng)等一系列新一代激光顯示產(chǎn)品。

“三基色顯示是我們的技術優(yōu)勢?！碑呌陆榻B道，“激光顯示的關鍵是畫質(zhì)，我們的激光顯示已經(jīng)贏得部分高端客戶的認可，這也是公司成立6年以來在產(chǎn)業(yè)探索過程中取得的成績?！?/p>

抓住發(fā)展機遇

正如許祖彥所說，“我們正在打造下一代顯示產(chǎn)業(yè)，希望圓中國人看中國激光電視的夢”。

他表示：“全球顯示技術到了更新?lián)Q代大洗牌的階段，中國激光顯示已具備自主可控發(fā)展產(chǎn)業(yè)的條件，包括關鍵材料、元件、技術和整機，應該抓住發(fā)展機遇?！?/p>

激光電視跟普通電視有什么區(qū)別呢？畢勇解釋道，目前激光電視以投影形式呈現(xiàn)，但技術遵循電視的標準，比如顏色、畫質(zhì)處理等。從顯示效果上來說，激光電視比LED和液晶電視產(chǎn)品更具優(yōu)勢。比如，中科極光研發(fā)的RGB純激光電視使用獨立的紅、綠、藍三色激光，產(chǎn)生的動態(tài)化色域可呈現(xiàn)10.7億色。

縱觀顯示技術發(fā)展歷史，20世紀30年代出現(xiàn)的黑白顯示解決了視頻圖像的有無問題，20世紀50年代出現(xiàn)的彩色顯示解決了視頻圖像無顏色問題，20世紀末出現(xiàn)的數(shù)字顯示解決了視頻圖像的清晰度問題，當前的激光顯示可以解決視頻圖像的全色問題和顏色超高清問題，未來基于全息技術的三維顯示有望解決真三維顯示問題。

2018年，許祖彥團隊完成了“中國新型顯示產(chǎn)業(yè)發(fā)展研究”國家智庫重大戰(zhàn)略咨詢課題，形成8萬余字研究報告。報告建議，以激光顯示產(chǎn)業(yè)為主要發(fā)展方向，百花齊放，開發(fā)各自特色市場。

畢勇表示，中科極光已經(jīng)在激光顯示產(chǎn)業(yè)邁出第一步，未來將沿著這條路繼續(xù)走下去，下一步重點研發(fā)家庭影院激光投影設備，擴大產(chǎn)業(yè)規(guī)模，做好市場化普及。


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