国内激光电视风光无限,核心光源竟掌握在这两家企业手中......

OFweek激光2019-03-27 12:00:11

提及激光电视,现在或许很多人已经并不陌生。在经历了2017年的“量变”之后,激光电视已经成为各大科技类展会一大亮点。据奥维云网(AVC)数据,2017年中国激光电视总销量为7.1万台,较2016年增长226%,预计2018年激光电视销量有望达到16.4万台。


海信激光电视


许祖彦院士也预测,2020-2025年激光显示技术将成为下一代显示市场“主流”。他认为,我国是电视制造大国,但是每年50%-80%的利益流向外商,激光显示有望成为国内“弯道超车”的机会。


一、激光显示技术优势及路线


相对于其他显示技术,激光显示具有光源使用寿命长、效率衰减慢、维护成本低、色域空间大、亮度高、对环境影响较小、易于实现大屏显示、节能环保等优势。从原理上讲,激光显示技术主要依靠红、绿、蓝(RGB)三基色激光来呈现色彩。受制于成本因素,目前激光显示更多地聚焦大屏市场。


激光显示原理


从系统构成来看,激光显示主要有投影式和扫描式两种形态。其中,投影式技术路线,系统结构相对简单,主要由三基色激光光源、光学引擎以及屏幕构成。而扫描式激光显示系统相对复杂,主要由激光发射器、调制器、偏转器和屏幕组合构成。但是这种方式最大问题在于成本高,绿色激光器制造工艺难度高,同时需要大的散热系统,很难进入家庭。


为此,国内厂商更多选择投影式激光显示系统。目前,主流技术是采用单色蓝光通过激发荧光粉转换以超短焦镜头投射的方式成像,称为激发荧光粉方案。另外,该方案产业链相对成熟且便于规模化生产。但这种方式也存在难以克服散斑的问题,因此以长虹和海信为代表的企业正在积极研发双色和三色产品,通过使用红绿蓝三基色激光来合成白光,从而实现真正意义上的“全色”显示。


在2018年的CES展会上,长虹就发布了全球首款家用三色4K激光电视,呈现画面的亮度更高、色彩饱和度全面提升、色彩还原度更真实,相比传统投影灯泡光源的使用寿命更长。长虹激光显示科技公司总经理陈宁称其为激光电视的“质变”。由此可见,三色将成为激光显示未来“主流”技术路线。


二、激光显示“交棒”中国企业


回顾发展历程,早在20世纪60年代激光显示就被提出,随即吸引了大量学者投入研究。然而直到21世纪初期才迎来转折性突破,大量的工程机开始出现。之后,激光显示也进入和产业化前期,其中代表性企业为日本三菱、韩国三星及比利时巴可公司。但由于一再“跳票”,激光显示并未在全球范围内形成很大反响,产业化进展相对缓慢。


跳票的索尼激光电视


真正将激光显示推向产业化的反而是中国市场。我国在激光显示方面起步虽然较晚,但由于长期遭受“缺屏少芯”之痛,国家对于激光显示技术发展非常重视。截止目前,我国激光显示技术以及与发达国家处于同一水平,特别是在投影式激光显示方面,相关产业配套及核心技术已经攻破,并成功实现产业化,在产业规模方面已经领先于国际世界。


自2013年以来,采用投影式系统机构的激光电视方案在国内开始升温。海信、视美乐、坚果、长虹、小米、极米、光峰等国内企业纷纷加入激光阵营,并推出了相关激光电视产品。随着2017年国内市场的进一步“爆发”,激光显示真正实现产业化效应。特别是小米等互联网品牌的进入,使得激光电视概念更加深入人心,对于市场拓展提供一定助力,同时也推动了国内《激光电视机技术规范》的制定,从而进一步推进国内市场走向规范化。


从目前发展形势来看,全球激光显示特别是投影式方面,已经“交棒”中国企业。在产业化及投入力度方面,我国已经走在国际前列,而这也与国家的大力支持密切相关。


三、中国大力倡导新型显示产业


在液晶显示时代,由于上游面板及关键材料受制于人,使得我国平板显示产业大力利润流失。虽然经过多年努力与投资,液晶面板已经实现国产化,但也因此错过了最佳时期。为此,多年来我国在新型显示领域持续布局,以期实现超越。


《新型显示科技发展“十二五”专项规划》


2012年科技部就印发了《新型显示科技发展“十二五”专项规划》。规划中明确表明,我国激光显示是最有可能领先国际水平的显示技术,重点布局激光显示产业链关键技术及产业化,其中高性能半导体激光器作为重点研究和突破方向,包括研究绿蓝激光用低位错密度氮化镓衬底材料、红光和蓝绿光半导体激光器结构设计、外延生长技术和器件工艺与规模化生产技术;开展半导体激光器自动化封装工艺与设备研究;研究三基色激光光源模组技术等。


而在2016年国务院下发的《“十三五”规划》中,又将激光显示列为新一代信息技术新型显示项目的首位,由此可见激光显示在未来的战略地位。


四、我国激光显示产业存在的问题


在激光显示方面,虽然说我国与国际保持同步,产业化方面甚至领先于国际水平,但是受制于基础工业发展水平,上游关键材料和器件仍然受制于人。而这往往又是利润最高的地方,这也意味着我国激光显示产业仍存在大量利润流失的风险。


据国家知识产权局调查结果显示,在激光激发荧光技术领域,日本、中国的专利申请量占据了绝对优势。在激光显示屏幕技术领域,中国还属于技术输入国,相关专利技术申请较少。另外在绿光半导体激光器方面,主要专利还是在日本及德国企业手中。而绿光半导体激光器真是实现纯激光作为光源必不可少的一环。


我们都知道,在早期的激光显示方案中,更多地采用单一激光器作为光源,激发荧光粉实现三基色。但是想要获得更好的色彩表现,解决散斑问题,采用红、绿、蓝三基色激光器已成为必然路径。为此,我国《新型显示科技发展“十二五”专项规划》也针对性地提出了要求,但是目前还未实现完全突破。其中,蓝绿光半导体激光器更是只有日本日亚化工和德国欧司朗两家企业实现了量产。


于是,2015年海信发起成立行业首个激光影院电视产业生态联盟之时,日亚也作为上游核心供应商出席站台,除此之外德州仪器和DNP也共同出席。另外,长虹在CES2018上发布的全球首款家用三色4K激光电视,依然采用日亚激光器光源。而欧司朗在投影光源领域也占据中重要市场份额。


五、日亚和欧司朗掌握激光显示光源


提起激光显示光源,就不得不提GaN激光器,它被认为是激光显示最优选择。随着GaN基蓝光和绿光激光器的发展和成熟,激光显示光源正在被直接半导体激光器所取代。而这一过程中,日亚和欧司朗两家企业发挥了重要作用。


相对于红光激光器,蓝光和绿光激光器更具有挑战性。1999年9月,日亚公司首次实现了横向外延GaN衬底上生长单量子阱蓝光激光器,激射波长为450nm,室温下输出5mW寿命为200h。2001年3月,日亚公司采用InGaN材料作为波导层,50℃输出5mW器件寿命达到3000h。2013年,日亚公司又研发出了连续输出3.75W的蓝光激光器。随后,日亚公司也向市场推出了3.2W蓝光激光器。与此同时,欧司朗也不甘落后,2013年报道了功率高达4W的蓝光激光器。目前,已向市场推出1.6W蓝光激光器产品。


在绿光激光器方面,日亚和欧司朗也是齐头并进,并于2009年实现C面GaN绿光激光器突破。2010年欧司朗报道了C面室温连续工作、激射波长为524nm绿光激光器。2012年报道了激射波长为519nm的长寿命绿光激光器。2013年报道了激射波长为520nm的绿光激光器。而2012年日亚也报道了输出功率高达1W的绿光激光器。


2015年欧司朗推出了最多可以封装20颗蓝光激光芯片的全新PLPM 4450模块,进一步降低光源的复杂性,同时可提供50W的整体输出。为了实现PLPM 4450的高光输出,欧司朗光电半导体的开发人员优化了芯片参数,将单芯片输出从1.6W倍增到3.2W,并同步优化了模块的热阻。


另外,2012年Sony与住友电工也成功研发出纯绿色激光二极管,在波长530nm下,其光输出功率可达100mW以上,色域范围达NTSC182%(CIE1976)、光电转换效率达8%以上。


近日据科技日报消息,中科院苏州纳米技术与纳米仿生研究所(以下简称中科院苏州纳米所),该研究所与多家企业合作,成立了国内首家氮化镓基蓝绿光半导体激光器材料和器件生产企业。这也意味着,被国外垄断的蓝绿光半导体激光器将实现国产化。


虽然说在蓝光和绿光激光器领域,国内外其他企业也有相关研究,但是总体上而言,日亚和欧司朗仍然是主要供应商。


编者语:


显示产业是年产值超过千亿美元的战略性新兴产业,是信息时代的先导性支柱产业,其战略地位不容忽视。作为下一个“弯道超车”的机会,激光显示被寄予厚望。虽然近几年间,我国在产业化方面“风风火火”,但是上游关键材料和器件突破才是重中之重。


毕竟,谁也不想为别人打工!



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