三大獨家全息投影顯示技術解析

昨日，小編跟大家簡單說了幾個全息投影系統的微顯示模組幾個大廠的方案。德州儀器的DLP Pico 1080p高清投影、奇景光電的Lcos發射式投影系列、3M 面向消費級家庭娛樂公共設置的投影系統。那么今天，小編還是繼續跟大家分享關于全息投影顯示技術相關內容。

要知道，在之前的投影機市場，投影光源主要以led光源為主，自06年三菱推出首款40英寸激光電視樣機以來，經過14年國際激光顯示技術產業化前期創新發展與技術沉淀，到16年的時候，激光投影市場才逐漸被打開，就去年的市場數據顯示，激光投影產品銷量已經達到11萬臺，相比上一年增長了4倍之多。激光顯示作為第四代顯示技術，在我國以中科院光電研究院為首提前20多年布局研發搶占先機，逐步引導了全球激光顯示技術的發展。在“中國制造2025“戰略推動下，未來極有可能由中國品牌引領全球激光顯示產業創新。

目前，微投影技術正在向著光電集成芯片的方向發展，從而衍生出各式各樣的微投影集成顯示芯片，其中最常見的就包括：MEMS光掃描微投影、LCD（液晶微型投影技術）透射微投影、DLP（由德州儀器開發的數字光學處理技術）以及LCoS（硅基液晶）反射式微投影四種主要的顯示技術。

一、微視（MicroVision）MEMS掃描鏡及Pico激光束掃描系統

微視（MicroVision）發明的單個微型MEMS掃描鏡組件

從16年底，美國微視公司就與意法半導體（ST）宣布合作開發、生產、銷售及推廣激光束掃描（LBS）技術，其中LBS解決方案開發的內容就包括微型投影儀和平視顯示器（HUD）。目前，在微電機系統（MEMS）技術已經在硅基片中構成了完整的微顯示器，無須再制造附加的上層結構。

MicroVision MEMS 掃描鏡結構與原理

MEMS掃描鏡內部構造

MEMS鏡組件中有一個反射鏡懸浮在常平架（Gimbal Frame）內，常平架上有一個微加工的通電線圈。MEMS裸片周圍安裝有永磁體，用于提供磁場。在MEMS鏡組件工作時，只要給MEMS線圈施加一個電流，就能在常平架上產生一個磁力扭矩，并沿旋轉軸的兩個方向產生分量。扭矩的兩個分量分別負責常平架圍繞撓曲懸架旋轉和掃描鏡諧振模式振動，通過水平和垂直波的簡單疊加，從而使得MEMS鏡面產生雙軸轉動。

紅、藍和綠色激光二極管與 MEMS掃描鏡集成在一起形成一個緊湊的彩色顯示引擎。其中，掃描鏡系統在設計中使用了MEMS和小型激光器。

包含MEMS掃描鏡和激光光源的掃描引擎子系統

PicoP激光束掃描技術工作原理

PicoP掃描技術的工作原理

當需要顯示某種顏色的單個像素時，系統中的激光器會打開。若由于圖像內容而不需使用三個激光器中的某一個時，可將其關閉，從而最大程度地減小功耗。

這個系統可以產生720p、1280×720的圖形顯示分辨率，亮度可達25lm，在1.1m的投影距離上可以形成對角線尺寸約為1m的圖像。因此這種設計具有功耗低和體積小的特點。使用激光光源的另外一個優勢是，圖像在任何投影距離點都處于聚焦狀態，不需要任何調整。使用激光光源還能給顯示器提供很寬的色域，產生鮮艷生動的顏色，如下圖中的CIE色度圖。

激光光源可以提供很寬的色域，并且能夠產生鮮艷的色彩。

顯示引擎與視頻和MEMS驅動電路集成在一起。這種系統形成了PicoP掃描引擎。

PicoP掃描引擎由兩個單元組成：

一體化光電模塊（IPM）

電子平臺模塊（EPM）

在激光投影領域，索尼旗下就推出過一款混合光源1080p微型投影機，在之后又相繼推出面向家庭游戲主機用途的激光微型投影機MPCL1。在2014年2月，索尼公司就對外宣布正在研發一種高清分辨率的微型投影核心部件，該部件采用的正是美國MicroVision（MVIS）公司的PicoP移動投影技術。

PicoP掃描引擎內部工作流程圖

二、全普光電MEMS微激光投影系統

從08年開始，全譜光電就已經與美國微視（Microvision）達成戰略合作，將MEMS微激光顯示系統的技術進一步提升。

全譜光電所研發的MEMS微激光顯示模組，從起初的600x480分辨率、直至后來的960x640、1080x720，至今目前分辨率已達到1920x720，是現今市場上最具競爭力的微激光投影模組。

全普光電的MEMS微激光投影技術結構主要有兩大部分

一是由激光模組中的紅綠藍三基色（RGB）激光管通過內部光學系統產生一顏色光強可變且具有高度空間相關性的單像素點激光束，以實現無需調焦投影。

二是將單像素點激光束投射至同步掃描的雙軸MEMS微鏡上，利用像素陣列掃描模式的微鏡運動將圖像一點一點地“畫”在投影屏上。

與傳統投影設備中的鹵化物燈相比，激光是一種非常高效的光源。激光投影系統的機械部件很少，激光束可以通過鏡面進行偏轉，系統穩定性好。運行時間長達1萬多個小時。

各像素點激光的顏色及亮度受圖像信號調制，在每個像素點上可產生1600萬種顏色（24位真彩）。這樣產生出來的圖像具有極其鮮亮的色彩。激光管可關可開。這樣的系統功耗小且圖像對比度高。

單像素點光學系統的設計保證了激光束的高度空間相關性，所以投影出來的圖像總是聚焦的，清晰的。換言之，全普光電的MEMS微激光投影無需對焦。不管是以垂直或傾斜角度投影到平面上，還是投到任意三維體的表面，圖像都是清晰的，是真正意義上的隨時隨地，隨心所欲的投影技術。截至目前為止，市面上所有的投影設備當投影距離改變時都需要對焦，給便攜投影體驗帶來困擾。

全譜光電MEMS微激光投影技術的優點：

結構簡單、體積小，光路損耗小（約3%的損耗）、功耗低、色彩范圍廣、對比度大、分辨率高，無需對焦。

全譜投影系統搭載最先進的MEMS微激光模組

三、光峰光電ALPD激光熒光顯示技術

ALPD是“Advanced Laser Phosphor Display” 的縮寫，即為先進的激光熒光顯示技術。ALPD用基于GaN藍光激光激發運動的熒光材料來產生一種或多種基色用于圖像顯示，是高亮度圖像顯示的最關鍵核心技術。

傳統的圖像顯示設備采用HID等高亮度燈泡的光源來顯示彩色圖像，但這些燈泡都面臨壽命短，效率低，含有毒材料等缺點。自LED發明以來，由于它的高效率和長壽命，迅速在圖像顯示設備如電視上得到應用。但LED技術雖然不斷進步，能提供較大的光通量，但受限于較大的光學擴展量，其亮度不能提供高亮度顯示的要求，甚至不如一些傳統高亮度燈泡，如傳統投影機用的高壓汞燈。而激光具有很好的方向性，激光光斑可聚焦成一個微小（最低可到幾個微米直徑）的光斑，它的亮度不僅比LED有100~1，000倍的提升，比傳統的高亮度氙氣燈也有很大的提升。但其高昂的成本，低電光轉換效率及可靠性大大制約了激光在顯示領域的應用。

ALPD熒光激光技術在保留了傳統激光的固有高亮度的優點同時，采用了類似主流LED照明和顯示的藍光加熒光材料的基礎技術路線，創新性的發明了遠程旋轉熒光器件，巧妙的解決了熒光轉換熱淬滅問題，在高密度激光的激光激發下，仍然保持高轉化效率。同時采用GaN藍光激光和YAG及氮化物的熒光材料，有效的延續了LED的高可靠性和長壽命等優點。ALPD激光光源同時具備了傳統激光和LED的優點，又解決了兩者的缺點，是一種顛覆性的新品類光源，是照明技術史上一次重大突破。