激光顯示中散斑消除的專利技術(shù)綜述

余黎飛

【摘要】本文以解決激光顯示裝置中散斑問(wèn)題的相關(guān)專利申請(qǐng)為研究對(duì)象，通過(guò)S系統(tǒng)進(jìn)行檢索并篩選獲得樣本，從申請(qǐng)發(fā)展趨勢(shì)、區(qū)域分布、主要申請(qǐng)人、專利技術(shù)分支等方面對(duì)專利申請(qǐng)進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析，梳理出了消散斑技術(shù)的發(fā)展脈絡(luò)。

【關(guān)鍵詞】激光投影；散斑；時(shí)間相關(guān)；空間相關(guān)

激光散斑是激光自散射體的表面漫反射或通過(guò)一個(gè)透明散射體時(shí)，在散射表面或附近的光場(chǎng)中觀察到的一種無(wú)規(guī)則分布的亮暗斑點(diǎn)，稱為激光散斑。散斑噪聲會(huì)對(duì)激光顯示裝置在屏幕上實(shí)現(xiàn)清晰的圖像產(chǎn)生不利影響，降低圖像品質(zhì)，因此，需要通過(guò)減小散斑噪聲來(lái)獲得清晰的圖像。

有關(guān)激光顯示裝置散斑消除技術(shù)成規(guī)模的專利申請(qǐng)始于1994年，20世紀(jì)之前為該技術(shù)的初始階段，每年僅有少量申請(qǐng)，屬于萌芽期，且發(fā)展緩慢。2000年，英特爾公司提出了一種使用多個(gè)壓電激勵(lì)器，利用機(jī)械擾動(dòng)以消除或減少散斑的方法。2005年，LG公司提出通過(guò)以預(yù)定的幅度振動(dòng)安裝在光源和屏幕之間的反光鏡使來(lái)自光源的激光在屏幕上均衡而去除斑點(diǎn)的方法。從2003年起，專利申請(qǐng)出現(xiàn)了迅猛增長(zhǎng)，2011年達(dá)到高峰，年申請(qǐng)量為55件，并且在2006年-2013年期間一直保持有15件以上的年申請(qǐng)量。2005年，三星公司提出利用衍射光學(xué)元件，將從激光源發(fā)出的激光束分為多個(gè)子光束，并且周期性地運(yùn)動(dòng)以將激光束的散斑時(shí)間平均的方法，該方法包括多個(gè)具有相同長(zhǎng)度的光纖，用于將所述子光束分為更細(xì)的子光束，并且將所述子光束時(shí)間或空間平均，由此有效地減小或去除激光散斑。2008年，朗訊公司提出了一種利用適于顯示各種空間調(diào)制圖案的空間光調(diào)制器（SLM）將來(lái)自激光器的照射重定向的方法，激光顯示裝置驅(qū)動(dòng)SLM以一定速率改變空間調(diào)制圖案，使投影圖像的相應(yīng)序列合并，以消減在產(chǎn)生的合并圖像中出現(xiàn)的散斑。

根據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果可知，該技術(shù)的專利申請(qǐng)主要集中在中國(guó)、美國(guó)、日本、韓國(guó)、荷蘭、德國(guó)、瑞士、英國(guó)等國(guó)家和地區(qū)，其中日本的擁有專利申請(qǐng)數(shù)量最多，達(dá)到全球總量的36%，日本擁有行業(yè)龍頭企業(yè)精工愛(ài)普生，因此，在該領(lǐng)域的具有很大優(yōu)勢(shì)，于2003年開(kāi)始進(jìn)行專利申請(qǐng)，申請(qǐng)量增長(zhǎng)迅速，在2008年出現(xiàn)申請(qǐng)高峰，年申請(qǐng)量達(dá)到7件，為各國(guó)之首，后申請(qǐng)量銳減，日本的其他幾個(gè)主要申請(qǐng)公司為松下9件，索尼5件，三菱10件，柯尼卡公司6件。緊隨其后的是美國(guó)，其專利申請(qǐng)為總量的25%，其中，康寧公司10件，柯達(dá)公司6件，MICROVISION公司7件。然后是中國(guó)和韓國(guó)，分別達(dá)到14%和10%，韓國(guó)專利申請(qǐng)的變化趨勢(shì)與美國(guó)相似，但總量少于美國(guó)，其中三星公司和LG公司占絕大多數(shù)，分別為6件和10件。中國(guó)專利申請(qǐng)的龍頭是上海三鑫公司，達(dá)到6件，其次是北京中視中科光電公司及青島海信公司，分別為4件和3件。統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明了上述四國(guó)在激光消散斑技術(shù)方面最為先進(jìn)，也可以認(rèn)為申請(qǐng)人在這些國(guó)家進(jìn)行了相對(duì)較高密度的專利布局，即中、美、日、韓有可能是激光投影領(lǐng)域的重要市場(chǎng)。此外，歐洲國(guó)家的申請(qǐng)量也較為可觀，表明這些國(guó)家和地區(qū)也是激光顯示領(lǐng)域進(jìn)行專利保護(hù)和市場(chǎng)布局的熱點(diǎn)地區(qū)，其中荷蘭、德國(guó)、瑞士、英國(guó)的申請(qǐng)量總量的10%。中國(guó)臺(tái)灣在該領(lǐng)域也占有一席之地，專利申請(qǐng)量占4%。

統(tǒng)計(jì)主要申請(qǐng)人的結(jié)果表明，精工愛(ài)普生為行業(yè)的龍頭老大，申請(qǐng)量遙遙領(lǐng)先，擁有19件專利申請(qǐng)。美國(guó)的康寧公司、韓國(guó)的LG公司及日本的三菱公司并列排行第二，擁有10件專利申請(qǐng)。荷蘭以皇家飛利浦為主，德國(guó)以羅伯特博世公司為主，瑞士以LEMOPTIX公司為主。日本申請(qǐng)人整體實(shí)力最強(qiáng)，具有精工愛(ài)普生、三菱、索尼、松下、柯尼卡、USHIO六家知名企業(yè)，其中三菱的專利申請(qǐng)達(dá)到10件，行業(yè)排行第二，松下的專利申請(qǐng)量達(dá)到了9件，行業(yè)排行第三位。韓國(guó)的專利申請(qǐng)人主要是三星和LG，其中LG的專利申請(qǐng)量達(dá)到了10件，行業(yè)排行第二位。中國(guó)的專利申請(qǐng)人主要集中在上海三鑫公司、北京中視中科光電公司、顯恒公司及青島海信公司等，以公司為主且專利申請(qǐng)量都不超過(guò)6件，可見(jiàn)我國(guó)相關(guān)企業(yè)在該領(lǐng)域投入了較大的研發(fā)力量。

從專利技術(shù)分支來(lái)分析，消散斑方法包括通過(guò)減弱激光的時(shí)間相干性或空間相干性來(lái)消除或弱化散斑。在減弱激光的時(shí)間相干性方面，20世紀(jì)90年代，以英特爾公司為代表，提出通過(guò)引入機(jī)械擾動(dòng)來(lái)移動(dòng)散射體從而減弱激光散斑現(xiàn)象；而后，國(guó)內(nèi)外不少公司均提到可以通過(guò)引入光纖、積分器、反射鏡、分色器等光學(xué)器件來(lái)減弱激光散斑，同時(shí)，也有不少公司提出可以通過(guò)利用屏幕的振動(dòng)，使圖像產(chǎn)生的相應(yīng)分配中不同照射部分至少在一定程度上失去時(shí)間相干性；進(jìn)入21世紀(jì)，三星等公司提出通過(guò)采用衍射光學(xué)元件來(lái)消除激光散斑，精工愛(ài)普生等公司提出通過(guò)相位調(diào)制器來(lái)調(diào)整光束波前相位，從而達(dá)到弱化散斑的效果。在減弱激光的空間相干性方面，早期是通過(guò)利用不同波長(zhǎng)的光源或增加光源譜線的寬度來(lái)消除激光散斑；而后是通過(guò)在光路中引入消散斑器件，比如移動(dòng)孔徑光闌等方式來(lái)消除激光散斑；再后來(lái)是通過(guò)脈沖激光的疊加的方式等。其中，兩種發(fā)展較為成熟的技術(shù)分別是銀幕震動(dòng)干涉和激光波長(zhǎng)干涉。銀幕震動(dòng)干涉，通過(guò)低噪音震動(dòng)馬達(dá)對(duì)電影銀幕的震動(dòng)，消除在高強(qiáng)度光源下的銀幕顆粒狀散斑，使電影銀幕反射的圖像顏色看起來(lái)自然、飽滿，亮度均勻、畫面清晰，此方式光電轉(zhuǎn)換效率高，激光模組散熱要求低，銀幕震動(dòng)機(jī)構(gòu)為機(jī)械裝置，維護(hù)直觀簡(jiǎn)單。激光波長(zhǎng)干涉，通過(guò)對(duì)綠光波長(zhǎng)進(jìn)行干涉，分解綠光連續(xù)波長(zhǎng)來(lái)實(shí)現(xiàn)散斑的去除，目前其尚處在實(shí)驗(yàn)階段。

激光投影技術(shù)作為新一代投影技術(shù)，可真實(shí)再現(xiàn)客觀世界最豐富艷麗的色彩，并將成為大色域全色顯示時(shí)代的主流技術(shù)，而散斑的存在是阻礙激光投影技術(shù)發(fā)展的一大障礙，因此，必須采用有效的方法消減散斑噪聲。本文分析了激光散斑消除專利技術(shù)的總體情況，希望有利于相關(guān)企業(yè)了解國(guó)內(nèi)外優(yōu)勢(shì)企業(yè)的技術(shù)發(fā)展情況，以增強(qiáng)專利意識(shí)，及早籌劃專利布局，重視核心技術(shù)的開(kāi)發(fā)，進(jìn)而增強(qiáng)我國(guó)的技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)力。