激光电视的原理与介绍

激光技术与应用进展课程论文(夏季学期)题目：激光电视的原理与介绍姓名：学号：单位：老师：第一章激光电视简介1.1简介激光电视（LASER TV）是利用半导体泵浦固态激光工作物质，产生红、绿、蓝三种波长的连续激光作为彩色激光电视的光源，通过电视信号控制三基色激光扫描图像。

其色域覆盖率理论上可以高达人眼色域范围的90%以上[1]。

这比目前LED电视最高的62%色域覆盖率又提高了一个档次。

色域覆盖率的提高，不仅可以使整个电视画面看起来更加真实、有层次感、通透的感觉，同时画面的清晰度也会随着色彩饱和度的提高有较大幅度的提升。

由于采用激光作为电视的背光源，激光电视可以做的更薄，适合家庭使用。

激光电视还克服了人眼长时间观看荧光粉产生的荧光色所造成的不适感，而且对人眼没有辐射。

1.2特点传统的彩色电视机是利用三原色电子光束,按照视频信号的规律逐行打在荧光屏上,使荧光屏形成彩色光斑。

利用人眼的残留视觉效应使我们能够看到连续运动的彩色图像,此传统彩色摄像机必须设置阴极摄像管,即使现在超薄彩色电视也必须有液晶显示器、等离子显示器等〔z0l。

现在主流的电视种类有CRT电视、液晶电视、等离子电视、背投电视等。

cRT电视是一种使用阴极射线管(CathodeRayTube)的显示器,具有可视角度大、色彩还原度高、响应时间极短,价格低等优点。

但其庞大笨重的结构成为其发展的瓶颈,而且难以超过29英寸,功耗较大,不符合当前的节能标准,除了特殊场合外,正逐步退出历史舞台。

液晶(LcD)电视是采用液晶控制透光度技术的显示器,需要有一个白色背光源,通过控制液晶透光度控制背光透过红绿蓝三色的滤色片来发出不同的颜色。

当前大部分的LCD背光源多为冷阴极荧光灯管(CCFL),其组成的色域仅为CRT显示器的70%左右,显示的图像远不如CRT显示器的鲜艳。

等离子电视(PDP)是一种利用气体放电的显示装置,大量的等离子腔排列在一起构成屏幕。

等离子腔体内部充有氖氛等惰性气体,通电时产生紫外光,激励腔体内的红绿蓝三基色荧光粉发出可见光。

具有亮度高,颜色鲜艳,不受电磁干扰的特点,但有烧屏和海拔压强问题,大屏幕时很难做到高分辨率。

激光单色性好,色纯度极高,与现有其他显示器(CRT、LCD、PDP等)相比,激光电视具有非常明显的优势,发展前景和潜在的价值巨大。

[2]激光电视技术是20 世纪90 年代新兴的新型彩色电视显示技术，由于激光的特性，它比其他显示技术具有更多的优越性：(1)超大屏幕、高亮度；(2)色域宽，高度饱和色彩，可实现最佳色彩转换。

色域的大小反映的是颜色系统所能包含的颜色集合的大小。

显示设备的色域越宽广,所能显示的色彩越多,画面越生动。

显示设备的色域可以直观的反映在国际照明委员会制定的CIE1931色度图上,表现为由基色点包围而成的多边形。

图1-1展示了一种宽色域显示设备--激光显示系统和目前视频领域釆用的标准色域ITU-RBT.709/SRGB的色域。

由于都是采用三基色系统,所以二者的色域都为三角形。

图中最外层的舌形光谱曲线所覆盖的区域表示自然界中可见的全部颜色,可以直观的看到,标准色域覆盖的颜色范围相当狭窄,宽色域显示设备较传统显示设备有不可比拟的显色优势。

普通PAL制式下色域覆盖率约为33.2%,而激光显示设备色域大约能达到它的1.9倍。

显示设备基色越靠近舌形曲线,色域而积越大,与此相应则要求雄色光谱宽度越窄。

[3]图1-1 CIE1931色度图下的光谱曲线及显示设条色域阁(3)有无限的焦深，可实现高分辨率，可在不同材质（水幕、雾幕、屏幕等）以及任意形状表面显示，无论激光以任何角度照射银幕，都没有失真[4]；(4)高对比度（可达150,000：1）；(5)光纤导光、多通道投影及卫星式分布，光源可与投影头分离，操作方便。

因此，它是实现超大屏幕、高清晰度显示最有前途的技术之一，激光投影电视是21 世纪电视机市场中强有力的竞争者。

第二章激光电视关键技术激光电视是用彩色激光显示系统代替彩色显像管的电视机。

它采用红、绿、蓝三种激光器作为彩色激光电视的光源,经过显示系统进行相应的处理,从而最终将图像显示在屏幕上,再配以伴音构成电视接收机[5]。

根据成像原理的不同,激光电视可以分为投射式和扫描式两种。

如图2-1所示图2-1投射式和扫描式激光电视示意图投射式激光电视的成像类似于液晶显示的原理,成像原理如图所示。

普通投影显示器的光源为普通白光,经过分色棱镜分为三基色,投影式激光电视是把普通光源换成了红、绿、蓝三色激光,再将激光经过准直和扩束之后投射到屏幕上。

电视接收机分离出的三基色信号和行场同步信号送到cPu,经过CPu选址,控制液晶各个像素点的光通量,最后在液晶屏幕上成像。

扫描式激光电视与投影式的差别主要在调制方式上。

扫描式激光电视利用三基色电视信号直接调制半导体激光器的供电电压或固体激光器发出的激光强弱,已调激光经光合成器合成,投射到扫描装置上,经扫描装置偏转成像。

扫描装置受电视同步信号控制。

下面介绍的激光电视机是利用半导体泵浦固态激光工作物质,产生红、绿、蓝三种波长的三种激光作为彩色激光电视的光源,电视信号经过解码后,存储到图像存储系统,分别从图像存储系统中提取亮度和色度信号,信号经过色彩管理系统后得到新的RGB驱动信号并将驱动信号传输给LCOS显示系统,将激光光束直接投影到屏幕显示彩色图像,主要由激光器、色彩管理系统、LCOS显示系统、屏幕等组成[6]。

如图所示:图2-2激光电视组成示意图红、绿、蓝激光器发出的光束经过光学引擎调制后,投射到LCOS空间调制解调器上,电视信号经过DVI标准接口储存到色彩管理系统的缓存器中,色彩管理系统对色彩信号进行处理后,将适合激光显示的色彩信号传递到LCOS显示系统,然后将图像投射到屏幕上。

第三章LCOS显示原理3.1LCOS技术简介LCOS(LiquidC哪talOnSilieon)技术是进几年发展起来的一种新型液晶微显示技术,该技术问世后,世界各地的大小公司都对它很感兴趣,一致认为LCOS微显示技术是投影领域中最具有竞争力的技术「33]。

近几年来经过各方面(芯片或称面板设计制造商,光引擎设计制造商和系统集成制造商)的努力,用LCOS技术制造出的LCOS液晶投影(包括背投影机和前投影机)性能不断提高,逐渐走向成熟,己经由试生产到小批量生产到大批量生产,其产品逐渐被市场认同,在北美市场已大批量销售。

LCOS技术是在LCD技术的基础上发展起来的,因此,它们有许多相同之处,例如:LCOS面板和LCD面板工作都必须用偏振光,这是因为两者都是液晶器件。

利用加到像素电极上的图像信号电压的作用,改变灌注在像素中的液晶分子的排列(取向),从而液晶层对透过它的光通量进行调制从而形成图像光信号,所不同的是LCD是光透过器件,即光线穿过液晶层而射出去;而LCOS是光反射器件,光进入液晶层后又被反射回来又从光的入射面射出去。

从偏光的角度说,S偏振光进入LCD面板后,输出的光仍是S偏振光;而为了避免入射光和反射光的干涉,S偏振光进入LCOS器件的液晶层后,再反射后输出的偏振光不再是S 偏振光,而是被PBS称了P偏振光。

和LCD微显技术相比,LCOS微显技术有着明显的优点[7]。

(1)LCOS面板的开口率大,光利用率高,因而用LCOS面板做的投影机的亮度高。

(2)LCD面板中只有TFT制造在像素中,其他的面板驱动IC都在面板的外面,而LCOS面板中集成了面板的驱动IC及外围电路,使LCOS外围引线大大减少,提高了可靠性。

(3)LCOS面板用一般2.5微米的CMOS工艺就可以生产,因此其制造成本低,这也是该器件的最大优点之一。

(4)LCOS技术的专利权比较少。

3.2LCOS面板结构及工作原理[8]LCOS的基本含义是在硅片上的液晶,现在通称为硅基液晶,是一种液晶反射式器件。

其结构如图3-1所示。

在单晶硅片上用CMOS工艺把驱动阵列电路和液晶驱动电路集成在硅片上,液晶电极上镀上铝材料兼做反射镜,以该电极为基板与对面的一块透明半导体电极(ITO)板之间灌注上液晶。

图中黑白小格子表示集成在硅基板上的驱动电路。

液晶层两边的小圆状物是起密封和支撑作用,最上面是玻璃盖板,这样就构成了一个LCOS液晶像素,图3-2所示为其工作原理。

入射光进入偏振光变换器PBS,该变换器反射S偏振光,S偏振光穿过玻璃盖板和ITO公共电极进入液晶层,被下面的镀铝电极反射后再次穿过液晶层、ITO 电极和玻璃盖板进入偏振光变换器,变成P偏振光射出,用偏振光变换器实现了入射光和反射光的分离,保证了LCOS面板的对比度不受影响。

由于镀铝电极是液晶控制电极,在它上面有图像信号电压,液晶分子因图像信号电压的作用,取向状态发生改变,发射出的光通量收到调制,像素阵列反射光的总和就形成了图像光信号,再通过投影透镜进行聚焦、放大后投射到投影屏幕形成光图像[9]。

图3-1LCOS面板结构图图3-2LCOS像素工作原理3.3LCOS背投的原理[10]LCOS光学引擎是整个背投系统的一个重要组成部分,LCOS光学引擎可以分成单片式和三片式两大类网。

单片式光学引擎占用空间相对小,仅需一片面板,系统结构比较简单,因此在成本上具竞争优势。

然而目前在技术上也面临一些困难,以色轮而言,白光经过偏极化后,亮度明显降低,能量仅仅剩余三分之一。

此外,由于LCOS面板要在红、绿、蓝画面快速的切换下合成影像,对面板反应速度的要求更高。

三片式LCOS光学引擎是目前市场上LCOS高清背投电视采取的主要光学引擎结构l39]。

由于三片式LCOS光学引擎除了需要三片面板外,仍需结合多项的分光、合光光学系统,因此体积较大、成本也较高,不过由于其可以达到较高的光学效率,又具备高画质的特性,因此主要是朝高阶的专业用途发展。

第四章最新进展与前景在以激光为代表的下一代显示技术竞技场上，跨国公司一度占有先发优势。

2006年，三菱推出了40英寸激光电视机。

2007年1月，索尼55英寸激光电视机在美国消费电子产品展亮相。

4个月后举行的第十届北京科博会上，中视中科将这个数字改写为120英寸。

激光显示技术是新一代显示技术，是《国家中长期科学技术发展规划纲要》的重要方向和国家战略性新兴产业的重要组成部分。

光电院面向国家在新型显示技术研究和产业发展的重大需求，“十一五”期间作为牵头单位和主要承担单位组织国内包括“中科院物构所”、“中科院长光所”、“中科院理化所”、“中科院半导体所”、“海信”、“长虹”、“中视中科”、“首控光电”等13家科研机构和企业共同承担国家863计划重点项目“新一代激光显示工程化开发”，取得了一批重大成果，成为“十一五”材料领域的亮点之一。

同时，光电院作为牵头发起单位之一，在国内组织建设“激光显示技术产业技术创新联盟”，并与社会资本合资成立了“北京中视中科光电技术有限公司”，推进激光显示技术的产业化。