激光显示技术是噱头还是黑科技？

近年来，越来越多打着激光显示名号的产品出现在我们的视野之中，它们一般定位比较高端，大部分产品的价格都比较昂贵。激光显示技术真的好吗？它究竟是商家的营销噱头还是硬核的黑科技？

图1 北京冬奥闭幕式上运用了激光显示技术的“折柳寄情”表演

一、什么是激光显示技术，为什么说它是下一代显示技术

激光显示技术（LDT，Laser-Display Technology），即用激光器作为光源的图像信息终端显示技术，相比传统LED光源，它有着更广的色域覆盖率、更好的颜色表现力、和更出色的色彩还原能力。可以说它打破了LED显示的天花板。

（一）色域空间大，可实现大于90%的色域覆盖率

下图展示了不同显示技术在色度图中可以实现的色域。根据色度学原理，这个由光谱色坐标连接的马蹄形区域包含了所有人眼能识别的颜色物理上能够实现的颜色。

图2 不同显示技术在色度图中实现的色域

在这图上选择三个基点作为基色，那么这三个点围成的三角形就是这三种基色所能实现的所有颜色的范围。由于激光的光谱是线谱，本身显示的颜色是光谱色，色纯度接近100%，因此能够在色度图上形成超大面积的三角形，实现大于90%的色域覆盖率，即与其他显示技术相比能做出更为逼真的色彩。由下图的对比可以明显看出更大的色域覆盖度展示出的图像更接近真实景象。

三基色激光，可以类比画画用的三原色颜料。颜料越纯净，画家就可以调出越理想的颜色。而对显示技术而言，三基色的纯度越高，显示色彩的能力越优秀。这让市面上的普及型三色激光投影可以轻易实现107% BT.2020的超高色域和△E≈0.9的超高色准，如6999元的4K三色激光投影Vidda C1。

图3 激光显示（左）和传统显示（右）显示效果对比

（二）激光方向性好，便于小空间内叠加激光器提高亮度

普通光源向整个空间发光，普通光源发光的立体角要比激光大百万倍，而激光却是在光轴方向定向发射的光，激光光束的发散角也很小，一般为0.18°，因此激光方向性极好，便于在小空间内叠加光源，由此提高光源亮度。具体来说，激光器能发射出4w流明的光，而LED只能发射出2w流明，由此可见激光显示技术容易获得高亮度的图像显示画面，而这对投影而言是极为重要的。

（三）激光纯度高，最高可将色深提高到12bit

传统显示设备通常只有8bit色深，高端的设备也只能实现10bit色深。而激光最高色深可达到12bit（目前主流激光产品已实现10bit），这个色深其他任何显示技术都达不到。

研究表明，当光谱谱宽小于5nm时，可以完全实现12bit颜色数编码不重叠，即R、G、B这三个色点都分别由12个比特位表示，单个像素位上有212×212×212种颜色，超过687亿种以上的变化。中国工程院院士许祖彦在主题发言中表示，只有激光显示能全面实现12bit色深，激光总颜色数是目前高清电视的4000倍以上，这将是下一代电视机、电影机、超大屏幕显示产品主流。

图4 传统光源（如LED、荧光粉）和激光光源的光谱图对比

（四）避免蓝光伤害，蓝光波长高于455nm

根据Essior和巴黎视觉研究所的研究，影响视网膜色素上皮最危险的蓝光波长是在415-450nm之间的窄波段，高于455nm波长的蓝光为无害波段。蓝光伤害将会损伤眼睛的组织结构，引起视疲劳，影响人的睡眠。传统的LED中心波长为450nm，谱宽达30nm，有害范围的蓝光不可避免的占据了大部分光强。而激光单色性好，光谱窄（小于5nm），如果厂家有意识地考虑了健康护眼的因素，就可避开伤眼的波段，例如采用465nm的长波蓝光，完全避开对人眼的伤害。

（五）观赏舒适度更高，多方面超越LED

激光显示技术采用的是反射式成像，与人眼看自然景物一样（你看到的自然界色彩都是反射的太阳光），激光在经过屏幕的漫反射后再进入人眼，在高保真图像再现的同时，对人眼不会过于刺激。同时激光显示的像素与像素之间过渡平缓，没有边缘效应。这两点使得人眼在观看激光显示的影像时能获得很好的舒适度。中国电子技术标准化研究院赛西实验室与北京协和医院进行观看舒适度测试，结果显示激光显示是良好舒适性的显示产品。

目前，家用投影主流的光源为LED发光二极管，相对传统的灯泡投影机而言，其光源寿命大大提高，但随之也带来了色彩差、亮度低的缺点，无法进入高端发烧领域。而新兴的激光光源可以说很好了弥补了以上缺点，而兼有其寿命长的优点。而且激光器的发热效率高于LED，且更利于在小空间内叠加多个激光器以增加亮度，因此在各方面都更适合家庭使用。

这里可以引用一句中国工程院许祖彦院士的话，“激光显示技术正成为下一代显示产业的主流技术。”

二、激光显示技术的巅峰，为什么是三基色激光光源？

人眼的三种视锥细胞，感受到的就是红光、绿光和蓝光，这三种颜色组成了人眼中的缤纷色彩。因此，选择三基色激光光源就能以最低的成本做到最好的显示效果，可以说，三基色激光光源最能体现激光显示技术的优势。

图5 红、蓝、绿三基色激光合成白光实验

近年来，半导体成为研究的热门领域。受益于第三代半导体技术的快速发展，国内半导体激光器（LD，Laser Diode）技术有了巨大的进步。目前国内红光LD单管功率已经可以达到2W，蓝光LD单管功率可到2.8W，绿光LD单管功率也能做到500mW，而国外的日亚（NICHIA）的红光LD单管功率甚至高达5W，绿光LD的单管功率高达1.5W。LD的进步为激光显示技术提供了实现的可能性。过去的激光器能量利用率低、需要庞大的水冷系统，导致激光显示的设备无法真正投入市场。在各种颜色的LD能量达到瓦级后，体积小巧、可批量生产、可集成的LD使激光显示实现了商业化。寿命方面，国内红光LD寿命长达10000小时，蓝光LD的寿命也超过了5000小时，这决定了激光显示设备使用寿命长的优点。而前面提到的三色激光投影Vidda C1的光源寿命更是达到了25000小时。

现在市面上的三基色激光光源可以分为三类：三基色纯激光光源、激光荧光粉光源和激光混合光源，它们的工作原理如图6所示。纯激光光源是指直接用红绿蓝三色激光作为显示光源；激光荧光粉光源的蓝光直接使用激光光源，而红绿两色则通过蓝光和红绿荧光粉作用来实现；激光混合光源则是蓝色直接使用激光，红色使用LED或激光，绿光依旧由激光和荧光粉产生。

图6 纯激光光源、激光荧光粉光源和激光混合光源的工作原理

这其中，纯激光光源是最理想的光源。单色激光和双色激光加荧光粉的显示方法的色域覆盖度都比三色纯激光低，而且因为使用荧光粉的缘故，大量能量会被损耗，因此在能耗比三色纯激光光源高的前提下，其亮度仍然低于三色纯激光光源。

遗憾的是，目前市面上以单色激光光源产品为主流，少部分用双色激光光源，三色纯激光光源十分稀少，原因在于绿光的激光器制造成本高，难度大。受限于半导体激光器材料增益区量子阱的结构特性，与其他两色相比，绿光LD的转化效率低，而且大功率绿光LD的技术大部分掌握在外企手中，做出功率可以支撑激光显示的绿光LD的难度比蓝光、红光大得多。此外，在提高红光LD的功率时，激光器的散热压力又变回无法忽视的问题了。所以比起研究如何产生三色纯激光，大部分厂家更愿意选择研究如何改良单色光源或双色光源的显示效果，不过还是有一些厂家坚持研究三色激光光源并且取得了卓越的成绩。

三、国内激光显示技术发展迅速，首款4K全彩色激光投影由中国打造

近年来，在863计划的支持下，国内的激光显示技术和产业发展迅速，特别是坚持研究三色激光技术的海信等国货厂家的进展更是喜人，不仅在激光全色显示技术领域形成了完整的技术产业链，而且实现了从过去的跟跑发展到现在的总体并跑、产业规模领跑的阶段变化。

据了解，海信2014年就推出全球首台100英寸超短焦激光电视，实现了从0到1的突破，打破了国外企业在电视显示技术的长期垄断地位。而不久前由全球知识产权综合信息服务提供商incoPat创新指数研究中心发布了“激光显示技术专利排行榜（TOP100）”中，海信更是以753件专利位列第一，难怪在光学领域享誉国际的德国徕卡公司打算推出激光电视的时候也会找到海信合作。

2022年9月2日，在欧洲最大规模的消费电子展IFA上，徕卡联合海信推出的4K超短焦激光电视Leica Cine 1正式亮相，吸引了诸多目光。让不少消费者震撼的是，这款激光电视不仅集合了徕卡的尖端光学技术，更拥有海信提供的激光显示相关的软硬件技术支持，其中就有备受瞩目的三色激光技术。

虽然Leica Cine 1目前还没有正式发售，但事实证明，三色激光技术应用在电视、投影等产品上，对搭载传统显示技术的产品就是一种降维打击。

2022年5月30日，在市面上激光投影仪主要都是使用荧光粉来获取所需颜色的时候，海信旗下的Vidda发布了全球首款4K全彩色激光投影Vidda C1，该产品一问世，使激光投影由“标高亮度”的时代正式跨入了比拼画质的时代。

因为使用了纯三色激光光源，所以Vidda C1比起其他投影仪，可以展示出更好的显示效果，它的色域达到107%BT.2020，如果换算到旧版的BT.709，则达到了惊人的202%，拥有10.7亿色彩，对比度高达1000:1，色准值更是达到了∆E≈0.9（专业显示器的级别）。并且得益于海信多年的经验积累，Vidda C1略去了色轮、荧光粉等部件，在结构上更为简洁，功耗更低，寿命更长。不仅如此，Vidda C1的6999元售价更是使它比市面上其他的4K投影便宜了近2000元。

图7 Vidda C1发布会截图

作为投影行业新人，Vidda的第一款机型就实现了“既要高画质和高亮度、又要低价格”，难怪这款产品一问世就受到大量影音老玩家的追捧——这都是些识货的人。

总的来说，不管采用单色光源或双色光源技术的厂商如何折腾，显示技术未来发展的方向必然是追求更高的分辨率、更广的色域覆盖度，而完美契合需求的三色激光显示技术则将成为之后显示领域研究的热门。在激光显示领域，我国已经实现了一次漂亮的“弯道超车”，在未来我国也必将一直引领潮流。（作者：苏伟伦 华南理工大学 物理与光电学院）

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