新光源產品層出不窮

    無論采用哪一種顯示技術，CRT、液晶、等離子、數字微顯投影，還是未來的OLED技術，現代顯示產業始終與“光源”產業緊密廣聯、不可分割。

    在最典型的模型上，任何顯示設備，電視機、投影機，都可以看做是無數個彩色（通常是紅色、綠色和藍色）小燈泡，構成的矩形陣列。利用人眼在空間和時間分辨上的“模糊性”，形成視覺的圖像效果。因此，任何光源技術的進步，都是會促進顯示產業發展的關鍵力量。

    06年開始，采用LED固態光源技術的液晶顯示器、彩電和數字投影機開始逐步進入人們的視線。顯示光源技術實現了從熒光光源到半導體光源的革命。同時，LED這種新型光源技術還被應用在了室內室外照明、舞臺裝飾照明等領域。不過，LED光源所取得的成就，自2011年開始正在被另一種技術的光環所淹沒。他就是激光。

    去年，日本卡西歐公司推出了業內首批量產型的激光、LED混合光源投影機。在人類歷史上，首次將投影系統應用的高能量輸出密度、小面積平行面光源的壽命從數千消失延伸到了數萬小時。據悉，卡西歐的技術已經可以實現3500流明投影輸出亮度下的產品的經濟性和系統的小型化。

    于此同時，三菱在一般能量輸出密度、大平面平行光源中應用激光光源的產品設計上也取得了一定突破，達到實驗性量產的水平。日本三菱電機在今年（2012年）5月30日正式發布了世界上首款采用激光光源的液晶電視機產品，并將在下半年推向市場。目前官方的定價為38萬日元，初期的月產量為3000臺。

    作為繼LED光源之后的有一種高效固態光源技術，激光的特點主要在于壽命長、純度高、電光轉換效果更好，效率更高更節能。但是在激光光源在日常顯示和照明應用的路程中也有一個難以克服的問題：那就是激光是典型的“單方向點光源”——也就是說理論下的理想激光是沿一條空間直線傳播，發散角度為零。雖然這樣的特顯在激光切割、雕刻、焊接、激光武器等應用中是難得的優點，但是對于需要是一定空間照亮的照明和顯示應用卻是難以接受的。

    而卡西歐和三菱激光顯示產品的試制成功和規模應用，恰恰說明，在光學系統中實現點光源到面光源的轉化技術正在成熟。通過實際的產品體驗，可以發現，通過適當的光學系統，實現激光光源由簡單點光源變成面光源，并消除激光的偏振相同、相位相同帶來的相干現象，和顯示照明耀斑的技術也已經成熟，并在經濟化。激光照明和顯示中必須的“擴束系統”和“均勻系統”已經獲得穩定的技術突破。——理論上，經過以上兩個光學系統的激光，會具有傳統面光源的一切可操作性。

    作為LED光源的繼任者，激光光源實用化的出現正在成為改變人類顯示技術的一個嶄新動力。

    LED光源的優勢顯而易見：高壽命、寬適應度的固態光源，更好的發光色彩。但是，LED光源也有其缺陷。例如應用于投影顯示，必須解決亮度不足的問題——實現1000流明以上的實用性應用亮度的成本和技術難度不小，至今未獲解決。在液晶顯示器的光源應用中，LED光源雖然亮度足以滿足常規需求，但是在高亮度產品，尤其是地熱輻射的高效高亮度產品上，LED依然力不存心。

    應用激光光源還有另一個顯著的優勢：色彩顯示范圍的擴大。LED光源雖然也是廣色域光源，但是和激光的純度比較依然是小巫見大巫。激光光源可以實現200%的NTSC色域范圍，最大相當于人眼可識別的顏色的70%以上，超過以往任何顯示技術的色彩顯示范圍。

除了平板和投影，激光帶來新顯示產品

    采用激光技術的液晶電視和DLP投影機已經成為市場可以采購的產品。除此之外，激光顯示技術還擁有其他的可選應用方式：例如激光掃描LSD和激光熒光掃描顯示系統LPD。

    激光掃描LSD顯示，也叫做直觀式（點掃描）電視激光顯示，它是將經過信號調制了的RGB三色激光束直接通過機械掃描方法偏轉掃描到顯示屏上。在最小顯示系統中，瞬間只有一個像素被點亮，系統通過快速分時的逐點點亮每一個像素點，依靠人眼的視覺的時間誤差，形成一個統一的顯示畫面。

    這種顯示方式的技術難點在于如何準確控制激光光束的時空關系。現有的控制方法主要是聲波和電子脈沖控制兩種方式。LSD顯示技術具有一般激光顯示的所有優點：高效節能、高色彩還原等等，但是也擁有明顯缺陷。第一是視覺調節頻繁、在主流顯示產品中觀看者最容易眼疲勞，第二是觀看者的色覺扭曲也較其他顯示系統嚴重，需要在系統設計時予以矯正。

    激光熒光掃描顯示系統LPD，也叫做激光陰極射線管LCRT（Laser Cathode Ray Tube），基本原理是用半導體激光器代替陰極射線顯像管的熒光屏來實現的一種新型顯示器件。形式上，這種顯示方式與LSD類似：主要技術特點都是激光光束持續掃描屏幕。卻別是，LSD采用三原色直接掃描；LPD則采用藍色或者更高頻率的激光光速掃描擁有紅綠藍等多種原色熒光粉的屏幕。在美國，采用LPD(Laser Phosphor Display，激光熒光顯示)技術的顯示產品已經被安裝到了紐約的鷹牌服裝店里。LPD已經在戶外展示領域嶄露頭角。

    LPD技術雖然已經擁有實用化的案例，但是對于解決大屏幕顯示的高分辨率問題，業界依然沒有好的方法，因為激光的偏轉發射控制比較陰極射線采用脈沖電磁場控制，更為困難。因此，LPD一般被制作成小的低像素單元，并用于拼接墻顯示領域。但是，這一領域的技術突破并不被認為是不可能，在實驗室條件下，利用微機電光閥，LPD實現2K甚至4K的技術已經成為可能。

    與LSD比較，LPD只有一束激光需要進行偏轉控制（前者為三束），系統更為簡潔。而且增加的熒光粉材料則是一種非常成熟的產品。這是LPD能夠率先應用于市場的關鍵。

瓶頸決定價值，藍色激光的榮耀

    雖然LSD和LPD兩種激光顯示技術也可以獲得不錯效果，但是未來被認為真正主流的顯示應用還是激光投影和激光液晶電視。在這兩種應用中的關鍵技術是獲得平行面光源，這依賴于一系列的光學透鏡技術。同時，在投影和液晶顯示的應用中，激光還必須形成至少紅綠藍三色光源，或者是含有以上三色光的白色光源。

    目前在液晶和投影的應用中，激光可以采用紅綠藍三原色激光光源，單色激光光源和其他顏色LED光源配合，以及采用單色激光光源和其他原色熒光粉系統的三種光源配色方案。這

    三種方案中，采用紅綠藍三原色，或者更多原色的激光光源系統方式，最能發揮激光光源的特點。當然相對成本也更高。目前主要應用在高亮度工程投影、數字影院市場之中。

    采用激光和LED光源配合的方式，主要是實現對LED光源不足之處的彌補。例如LED投影系統的亮度不足，關鍵瓶頸是綠色LED的亮度提升空難，同時白色效果需要綠光能值有非常高。因此，在LED投影系統中，采用綠色激光光源，或者藍色激光通過熒光系統轉換成綠色的方式，可以很好的解決LED投影亮度不足的問題。

    單色激光配合多原色熒光粉色輪是實現經濟的純激光投影的最佳思路。這種方式與三原色激光和三原色LED投影光源系統比較，均可以大幅降低光源系統的復雜性和成本，并提升系統的可靠性。其新加入的色輪技術和熒光技術早已成熟，更適合傳統投影機廠商快速開發產品。

    在激光與熒光粉配合的顯示系統，無論是液晶電視、投影機還是LPD之中，最長見到的激光器均是藍色激光器。選擇藍色激光器與熒光粉配合的原因主要在于熒光粉的發光特性。

    考慮發光系統的工作原理，必須應用光本質中的“粒子特性”。光是由光子構成。光子是原子外層電子、或者是自由電子在發生能級改變（躍遷）的過程中發射出來的。光子發射總是在電子運動軌跡切線上，與電子運動方向相反。光子發射過程遵循動量守恒和質能守恒定律。原子外電子躍遷遵循能級規律。

    熒光物質的發光特性是，其中的電子吸收入射光（可見光和非可見光）后，電子能級向上跳躍后，繼向下跳躍。向下跳躍寬度等于或者小于向上跳躍寬度。也就是熒光物質的發射光的波長等于或者大于入射光，頻率等于或者小于入射光，光子能量等于或者小于入射光。

    在常見顯示系統中，五顏六色的色彩至少由紅綠藍三原色構成。其中，藍色波長最短、頻率最高，藍色照射適當的熒光物質可以轉化成紅色、綠色，甚至紫色、黃色、青色等等。但是如果采用綠色或者紅色的入射光，則沒有熒光物質可以將其轉化成藍色（加入卻是需要將光線波長變長，則需要特種光學晶體材料，其成本高于常見的熒光粉很多）。

    因此，雖然在紅綠藍三色激光中，實現高亮度發光藍色的技術含量最高，但是采用熒光粉技術的激光光源系統和顯示系統還是必須采用藍光。在目前可見的投影、平板和其他激光顯示產品中，藍色激光器是必須采用的器件。因此，藍色激光器的發展水平也就成了激光顯示技術不斷發展的關鍵。

    (實際上，對于LED光源，實現白色混光所需要的技術，多數也是采用藍色LED配合必要的熒光粉，例如黃色熒光粉，或者綠色和紅色熒光粉的技術——這種技術方案成本低于采用三原色LED發光器混合成白光。在原理上，藍色LED被廣泛應用和藍色激光被廣泛應用于相應顯示系統中的理由是相似的。)

性能之外的擔心，安全永遠第一

    對于激光顯示技術的應用，普通消費者提出的疑問不僅來自于性能、成本等因素，還來自另一個被廣泛關注的因素“安全”。

    最為人類迄今為止方向性最好的高能量密度光源技術，激光廣泛出現在切割、焊接和激光武器之中。激光光束能夠輕易切割金屬，瞬間形成幾千度的高溫；甚至激光武器能夠擊毀數百公里外的衛星和導彈，那么應用激光技術的顯示產品是不是安全呢？

    從整機的角度看，這種安全顧慮是多余的。第一，激光在顯示系統中的應用并不是原始光束的直接使用，是經過多次光學變化之后的應用。顯示系統中最終出射的光線一定是散射光線（可視角度要求）；投影和液晶顯示系統的中間過程中的激光是一個面光源，單位面積的亮度和能量水平有限；即便在初始階段，激光光源也是被密封在設備之內的：激光不會輕易跑出來。第二，顯示系統應用的激光產品總能能量閥值有限，遠沒有激光切割或者激光武器那么高。

    但是，即便如此，從“別有用心”者的角度來看，激光產品，尤其是輕型化高能產品的廣泛應用，還是會導致一系列源于設備管理的安全問題。例如，恐怖分子可能拆除顯示設備、或者下一代寶馬車的激光大燈的激光器，制作簡易的殺傷性（至少是眼部殺傷性）激光武器。——這種可能存在社會危害的行為方式，要比自己制作傳統的火藥武器更為簡單，僅僅是比用鐵片做一把看到復雜一些。

    因此，激光產品的普及應用帶來的安全問題并不出現在正規產品的正常應用上，而是出在激光產品的普及，導致的準殺傷性光源產品擴散帶來的社會管理問題。這是一個需要全球政府共同關注的新“政治”話題，而不是一個簡單的技術問題。而僅僅從技術角度，在現有科學認知的背景下，可以認為激光顯示產品的應用是安全的。

激光大潮，或改變未來顯示產業

    激光顯示技術的發展具有其獨特的方面。這不僅表現在激光光源與傳統顯示技術（投影和液晶電視）配合形成的更好的顯示效果，或者激光顯示引起的關于安全問題的討論上，還體現在激光光源可能帶給顯示產業的新革命上。

    激光實現立體顯示的可能。目前，3D顯像技術大多數利用了人雙眼的視覺差和光學幻象，而日本慶應義塾大學和日本國立工業技術院歷時五年合作研發的實景3D激光成像技術卻不需要任何形式的顯示器，可以任意在水中和空氣中呈現實景3D映像。這主要是利用激光的方向性、同樣的相位和偏振特性實現。未來可能通過激光技術實現只有科幻電影中采用的3D立體顯示效果。

    激光實現全波段彩色顯示的可能。激光的單純性是最好的。因此激光可以利用特種晶體光學材料調制波長。現在激光波長轉換裝置已經在光纖通信中大量應用。利用激光的波長轉化，形成于太陽光中各種波長較均勻分布類似的效果，可以徹底改變現有顯示技術依賴于三原色（也就是紅綠藍三個顏色的波長）成像的現狀。在顯示色彩上，創造出不依賴于人眼的特性，與自然狀態完全相符的效果。雖然這種應用聽起來非常美妙，但是現在還面臨諸多技術難題。

    激光有能力改變投影產業的市場結構。這是激光光源在顯示產業應用中最“統一”的認識。傳統的氙氣燈、鹵素燈和汞燈都不能解決投影機光源的壽命問題；LED光源能解決壽命問題，卻不能解決亮度問題：唯有激光光源可以滿足現在的投影技術提出的任何苛刻的技術要求，實現理想的畫面效果。無論采用RGB三原色激光光源還是單色激光和熒光色輪技術，或者是激光LED混合光源技術，激光都意味著投影產業的革命。消費者不需要再我更換燈泡憂愁，依靠燈泡更換生存的售后產業規模會大大縮水，DLP和LCOS等反射式投影技術較LCD投射技術的優勢進一步擴大……總之，如果激光技術成功，投影產業的市場結構將會發生巨大改變。

    激光或者是液晶產業延壽的救星。在液晶顯示技術上，光源同樣重要。但是激光能帶來的革命似乎并不那么確切。對于傳統LED光源的液晶應用，并不存在投影上的亮度問題。激光替代LED帶來的僅僅是能耗、色域等方面的提升——這些提升并不具有根本性的改觀。不過即便是這樣，激光光源也渴望在LCD和OLED的競爭中，扮演重要的幫手作用，提升LCD產品的市場競爭力。同時，液晶技術應用激光光源渴望形成更高的亮度，進而可以再室外應用中獲得更好的效果表現——室外高亮方面激光光源的優勢明顯，而且是OLED和等離子等平板顯示技術暫時無法比擬的出色效果。這也許是激光液晶電視最大的市場亮點。

    總結：

    激光作為人類掌握的新一代光源技術，在顯示領域的應用具有諸多的“新意”：更低的能耗、更高的亮度、更好的色彩。但是顯示行業激光技術的應用也面臨技術上進一步突破、安全上更有保障等問題。同時，在未來激光有益的光學特性是不是能創造出更具革命性的產品依然是一個可以“幻想”的領域。2012年作為激光顯示產品大舉登場的元年，所揭示的激光顯示產業的特性還只是冰山一角。激光到底能帶給顯示產業怎樣的變革，還需要時間來做出解答。