激光：悄然走入亿万家庭

    每年的5月16日是“国际光日IDL”，该节日旨在提升公众对光与光技术对人类日常生活重大作用的认识。
     “国际光日”设在每年的5月16日是为了纪念1960年由美国休斯研究实验室的物理学家梅曼制造的第一台红宝石激光器。激光器在医疗保健、互联网以及工业制造上的应用改变了社会，得到了广泛认可，同时获得了超过20项诺贝尔奖。IDL不仅仅是庆祝激光科学的纪念日，也是为了强调光对社会产生的广泛影响。
    当前，激光和相关技术已经大规模应用于工业制造、医疗保健、农业、通信、教育、娱乐和文化等诸多领域，甚至能够研究更广泛的艺术和人文领域，如研究历史文物和手稿。   
    除了上述应用，激光距离老百姓的日常生活也越来越近，激光电视、激光投影仪、激光电影放映机，还有现在苹果iphone手机上集成的用于3D传感的VCSEL激光器，无不显示着激光开始慢慢走入亿万家用市场。


 家庭应用：激光开始悄然发力
    据奥维云网统计，2017年中国市场彩电销量约4800万台，2017年激光电视达到7．6万台，而2018年激光电视有望再呈现翻倍的增长，预计会达到16．4万台销量，同比增长116％。
   除了海信在大力推广激光电视外，长虹正在建设年产15万台激光电视生产线,预计2018上半年上市4K激光电视。小米、极米、中科极光、看尚、微鲸、坚果、华录、艾洛维等品牌也已加入激光电视这一阵营。
  据预测，激光显示产品整机市场规模将达3000亿元,约有500亿美元以上的市场前景。国际上，Sony、三菱电气、Chriestie、Barco以及德国欧士朗等国际产业巨头正在加紧激光显示技术和产品的研发。
   激光电视为何在普通家用消费市场越来越被看好？据了解，近年来家用电视行业的“购买指标”不断升级。其中，最核心的变化是屏幕尺寸越来越大。10年前，国内电视机的平均消费尺寸只有30英寸，5年前这个数字上升到40英寸，而现在的标准则是50英寸。即，按面积算，10年来电视机平均消费显示面积增加了160％，且这一趋势还在加速发展，也就是未来大屏幕的占比将越来越高。
   而大屏是激光电视最直观的优势。激光电视大多在100寸以上，120寸、150寸的产品也处处可见。虽然2017年整个电视的销售量在下降，但大屏电视却脱颖而出，截止到2017年5月底，55英寸及以上的大尺寸电视的份额基本维持在33%左右，对比去年1月增幅达到52%，可见大屏越来越满足用户的需求。而激光电视天生就有大屏的优势，也因此才会受到更多计划购买大屏电视的用户的关注。由于屏幕大，又采用了IMAX的立体技术，因此在观影时，会有很强烈的沉浸感，这一点也是受到用户喜爱的原因之一。
  另外，相比于其他的电视，激光电视由于采用了高处理能力的光学引擎以及高分辨率镜头，采用4K分辨率，它的色域理论上来说可以达到人的视觉色域范围90%以上的效果，因此看起来会色彩更鲜明，层次更明确，相比于其他类型的电视自然来说画质更好。
  在价格方面，激光电视的优势也非常明显，上百寸的激光电视一般价格在2万元以上，看起来似乎很贵，但相比于传统的液晶电视来说其实价格有不少优势，由于液晶电视自身材料的问题，超大屏的实现比较困难，大多数屏幕最大尺寸在7、80寸左右，而如果液晶电视的屏幕寸尺达到100寸以上，价格则要几十万元，相比于1、2万元就能实现上百寸的激光电视来说，性价比差了不是一点点。
  在显示产品不断推陈出新今天，显示效果是提升显示产品市场竞争力重要筹码，激光显示以更加丰富、更加具有视觉感染力的色彩优势将领跑未来显示行业，将在激光家庭影院、激光数字影院应用市场以及大屏幕指挥应用市场、高端消费类市场将产生重大经济效益，未来3—5年将呈现出几何级数增长态势。以国内家用电视消费市场为例，其年需求量在四千万台，假设高清激光电视占有10%的市场份额，则每年可以实现四百万台整机的产销量，若按照平均2万元/台的售价，10%的厂商利润率计算，则在向千家万户提供经济适用的高性能大屏幕高清激光投影电视的同时，可以创造每年超过800亿元的经济效益。
 
激光电视：中国弯道超车的最佳机遇
   激光显示被认为是继黑白显示、彩色显示、数字显示之后的第四代显示技术。在众多不断发展的显示技术中，激光显示技术代表显示技术未来发展的趋势和主流方向，是未来显示领域竞争的焦点。激光显示技术在继承了数字显示技术所有优点的基础上，以红、绿、蓝三基色激光作为显示光源，在色度学方面实现了重大突破，解决了显示技术领域长期以来悬而未决的大色域色彩再现的难题，所以能够最完美地再现自然色彩。
   激光显示是以红、绿、蓝(RGB)三基色激光为光源的显示技术，激光显示技术的最核心关键技术是三基色激光光源，它决定了基于激光显示技术的终端显示产品的色域空间、寿命以及工作方式。近年最受产业界关注的红、绿、蓝三基色激光光源获得了一定的突破：从单色、双色荧光粉方案到最近中科极光国际上首次采用RGB激光光源的三色激光电视发布，显示出激光电视离千家万户的距离越来越近。
   在错过了显像管显示和平板显示之后，我国在国际激光显示产业中已经占据一席之地。国内中科院理化所、中科极光、中科院光电研究院、中视中科公司、海信、长虹等均开发出新型激光显示产品并大规模布局。
   2015年10月，中科极光研发团队在突破了小型化高性能三基色LD激光模组技术、高效率控制驱动、高精度分时调制、颜色管理、高效能热管理、匀场照明与散斑消除等系列关键技术基础上，研制出国际领先水平的100英寸红绿蓝三基色LD光源全激光电视样机，标志着国内首台纯半导体激光器光源诞生。
   2016年2月起，中科极光研发团队，历时1个月的攻关，突破了小型化、全风冷、大功率激光光源模组技术、高效率光学耦合和匀化等技术，完成了公司首台高亮度数字电影机的研发任务，激光数字电影机符合DCI标准，输出光通量超过24000流明，画面均匀度大于90%，功耗1500W，国内首次实现全风冷散热。经过实际对比测试，画面质量等达到了国际领先水平。
  我国已经形成半导体激光器、全固态激光器、彩色激光显示技术链，目前我国在激光显示技术方面与国际同步，并且拥有自主知识产权，在错过了显像管显示和平板显示之后，激光电视可能是实现弯道超车的“杀手锏”，虽然激光显示技术在中国研究的势头很好，但产业化步伐堪忧，很有可能出现“起得很早，到得很晚”这种尴尬局面。发展激光显示(电视)产业，我国拥有较好的技术和产业基础；但我们同时也看到，相较于美国、日本、欧洲等发达国家和地区，我国在高新科技产业化发展方面还存在着许多不足。尤其是在半导体激光器产业化开发方面，由于国内光电产业界错失了光存储产业、光通信产业的发展给国内半导体激光器等光电器件带来的发展机遇，因此国内没有一家产业化企业具有半导体激光器材料外延生长、芯片制备、器件封装的产业化生产能力。半导体激光器产业基础薄弱是导致目前我国激光显示用半导体激光器主要依赖从国外进口的主要原因，尤其是大功率半导体激光器外延与芯片技术大大限制了国内激光显示技术的发展。
   回顾国内光存储产业的发展，对国内激光显示产业的发展将有一定的借鉴意义。作为光存储系统中的关键部件半导体激光器(LD)，其专利技术基本上被国外公司尤其是日本公司所持有。日本索尼、夏普、三菱等厂商在存储用半导体激光器市场上占有率更是高达75%以上。用一位日本专家的话说：“在世界DVD产业笑脸曲线(也称U型曲线)中，中国在笑脸的下巴端———只拥有较强的组装加工能力，并不掌握标准和核心专利。而日本和美国分别处在曲线的两个上端，日本企业几乎掌握所有的核心专利技术，包括95%的光学头、99%的光学镜头等核心部件专利；而美国凭借好莱坞强大的节目制作能力，成为全球光盘节目内容最大的制作基地。”对我国而言，这种情况正是一种以廉价劳动力、消耗资源、破坏环境为代价的经济增长方式的写照。因此如果激光显示用大功率半导体激光器材料外延生长、芯片制备、器件封装不能进行国产化产业化生产，激光显示产业将步光存储产业“无核”的后尘。
  半导体激光器的国产化和规模化迫在眉睫。虽然德国、日本、美国等发达国家都在我国之前取得成功，但难以保证寿命、可靠性以及降低成本，所以至今没有大规模商用，这让中国半导体激光器国产化面临绝佳的市场机遇。
 
成本是重大挑战
激光器芯片国产化将有效这一问题
 
   将激光显示的芯片国产化和量产化将会大大降低激光电视的成本，让老百姓更容易接受激光电视，目前激光电视单价往往超过几万元，不仅远远超过传统家用投影，也比七八十寸的液晶电视贵了太多，这就在价格上给消费者带来一定的困扰。
  据了解，每台激光电视将用上百颗红绿蓝激光芯片，而激光芯片的成本目前占整机成本的40%左右，另外光机以及成像的DMD投影芯片也占据大头，技术都掌握在国外企业手中，降低芯片的成本迫在眉睫。
   
 
  可以说，激光电视目前的技术问题基本解决，当前最大的问题是产业化，‘十三五’国家科学与技术发展规划将激光显示列为新一代信息技术新型显示项目的首位，科技部也将发展激光显示列入‘863’计划。希望国家继续扶持激光显示产业，加速激光显示的产业化进程。
  三基色（红、绿、蓝）半导体激光器作为显示光源是新型显示产业发展的趋势之一, 半导体激光器具有可采用半导体制造工艺实现大规模量产以降低成本的独到优势，支撑激光显示实现高性价比，进入寻常百姓家，因而是新型显示产业的核心技术。为抢占全球新型显示产业的制高点，国家决定设立“重点新材料研发及应用-激光显示” 重大科技专项，实施时间为2018-2030年，总投资155亿元，三基色半导体激光器部分投资60亿元，其中中科院苏州纳米技术与纳米仿生研究所联合国内多家单位负责氮化镓基蓝绿光半导体激光器，南京信光半导体科技有限公司负责红光半导体激光器芯片项目研制和产业化，即国家重点研发计划“战略性先进电子材料”重点专项‘高光束质量、低阈值、长寿命、低成本红光LD材料与器件关键技术与工程化研究’（编号：2017YFB0404900）项目，此项目由南京信光半导体科技有限公司牵头，联合山东华光、中科院长春光机所、武汉光迅、济南大学、深圳清华大学研究院、杭州中科极光和工信部电子第五研究所等8家单位共同承担，于2017年7月获得科技部立项。
 
  其中，红光LD产业化最终目标是研制出640nm LD单管功率达到1.2W(40℃)，电光效率超过36%（1W,20℃），生产成本低于5美元/W（这个指标很关键），寿命超过2万小时（1W,20℃）。只有将芯片成本降下来，才能降低整机的成本。
 
   而降低成本需要在许多关键技术进行突破，这需要牵头单位和参与单位具备很强的研发和产业化实力，而信光作为项目牵头单位，是一家专注于高端半导体激光芯片研究和生产的高科技企业，拥有从半导体激光芯片设计、制造工艺，到芯片封装、表征测试等全套核心技术，可向市场提供高性能、高可靠性大功率半导体激光芯片、封装模块及测试表征设备。目前公司已经成功开发出多款大功率半导体激光芯片及封装产品，包括635nm、780 nm、808 nm、830 nm、905 nm 、915 nm、940 nm、976 nm、1470 nm、1550 nm系列。技术指标和可靠性居于国内领先地位，达到进口芯片水平，其中808 nm单管激光芯片输出连续功率10W，并在国内首次演示了高性能显示用638 nm红光LD器件，室温下输出功率达到1W（参考图2），有望提前完成科技部制定的目标。



小结
   在新一代显示产业升级转型的时候，我国已经具备弯道超车的机会，中科院理化技术研究所研究员毕勇表示，当前首先要解决可靠性的问题，第二就是要解决成本的问题，只有解决了这两个问题，激光显示才能走进千家万户。我们相信，通过各个参研单位和企业的辛苦努力，高性能、低成本的三基色半导体激光材料和芯片将会顺利实现规模量产，从而推动激光显示尽快服务于万千大众！