激光显示系统关键技术研究

发布时间：2020-05-07 16:50

【摘要】：激光显示是继数字显示之后的第四代显示技术,它以红绿蓝三基色激光作为光源,具有大色域、高亮度和超高清等突出特点,具有广阔的市场前景,也是近年来的研究热点。本文基于激光显示系统,对散斑抑制技术、投影屏幕散斑特性、光源谱宽优化等方面进行了深入的研究与创新的设计,获得的成果对激光显示整体设计有着重要的指导意义。本文的研究工作主要包括:1.针对单片式DLP激光投影系统,提出了一套基于偏心球透镜的新型散斑抑制系统。通过使用光学设计软件对系统进行模拟仿真,发现整个消散斑和匀光系统具有很高的光学效率与照明均匀性。基于上述的设计方案,搭建了基于偏心球镜散斑抑制系统的激光投影样机,并进行照度测试和散斑测试。测试结果表明,通过加入这套高度集成化的散斑抑制装置,能够得到照度均匀性90%以上,光光效率达到95 lm/W,散斑对比度低于3%的激光投影画面,这说明我们设计的新型散斑抑制系统具有很高的实用价值。2.从理论入手,对漫散射屏幕的散斑特性进行了分析和测量,研究投影屏幕散斑对比度与表面形貌之间的关系。实验中利用精密的探针式表面轮廓仪对17种投影屏幕的表面起伏高度与表面三维形貌进行测量,并对白塑幕、玻珠幕、金属幕等三种不同类型的投影屏幕进行分析,发现所测量屏幕的表面起伏高度标准差均大于照明光波长尺度,且不同类型屏幕的表面形貌有着很大的差别。利用模拟人眼视觉的散斑测试平台,对17种屏幕的散斑对比度进行测量,发现除了玻珠幕以外,其它13种屏幕的散斑对比度都与理论预测较为相符,因此对于普通的投影屏幕我们可以使用它的表面起伏高度对其散斑对比度进行估计。另外,对玻珠幕和金属幕的增益及散斑对比度参数分析表明,玻珠幕更适合作为激光投影显示中的屏幕使用。3.基于色度学及视觉心理物理学原理,针对高饱和度颜色设计了新的颜色阈值实验,对激光显示光源谱宽进行了优化。实验中利用激光显示系统对两个高饱和度颜色进行显示和对比,并且根据阈值实验中的界定法和恒定刺激法确定了人眼能分辨的颜色阈值。进一步地,利用激光显示系统,对中心波长为520nm,谱宽为0.1nm-50nm的一系列光源颜色进行了重现,并测得当中心波长为520nm时,颜色分辨阈值对应的光谱宽度为10nm左右。因此,在激光显示系统的设计中,使用10nm谱宽的520nm绿光光源能够兼顾高颜色饱和度与低散斑对比度两个方面,是更优化的选择。本论文的主要创新点包括:1.本文设计了一套基于偏心球透镜的新型散斑抑制系统,并基于这套系统搭建了单片式DLP激光投影显示样机,得到了照度均匀性90%以上,光光效率达到95 lm/W,散斑对比度低于3%的激光投影画面,表面我们的设计方案具有很高的实用价值。2.本文对激光投影显示屏幕的表面形貌和散斑特性进行了研究,通过测量和分析得到了屏幕散斑对比度与表面起伏高度标准差之间的量化关系,这有助于激光投影显示屏幕的优化选择与设计。3.本文设计了针对高饱和度颜色的颜色阈值实验,得到了特定波长下的最优化光源光谱宽度,这对激光显示的光源设计有着重要的指导意义。
【图文】：

显示技术,色域,激光显示

因此难以达到很大的色域覆盖范围。而激光光源天生具有极窄的光谱宽逡逑度，使用激光作为光源的显示技术能够令色域覆盖范围轻易达到普通显示技术的逡逑两倍以上，如图１－１所示［３］。因此，，作为大色域显示技术的代表，激光显示技逡逑术将是未来显示技术发展的重要方向。逦逡逑Ｉ逡逑ｍｌ逡逑图１－１激光显示——大色域显示技术逡逑１逡逑

中国科学技术大学,投影机,三基色,半导体激光

逡逑Ｉ逡逑图１－２中科院研制的１４０寸大屏幕背投激光投影样机逡逑ｆＳ＼Ｖ＼邋＇Ｖ，逡逑图１－３中国科学技术大学研制的三基色全半导体激光投影机逡逑§邋１．２激光显示技术的优点逡逑作为继数字显示之后第四代大色域显示技术的代表，激光显示技术具有几个逡逑无可比拟的显著优点：窄光谱激光光源带来的高饱和度、大色域显示；光源良好逡逑３逡逑
【学位授予单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN27;TN24

【相似文献】