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冬奥会“折柳送别”出圈背后,是国产激光显示技术的崛起|钛度专访

李如嘉

李如嘉

· 3月4日

中科极光团队在激光显示领域有近四十年的深入研究,在科学家们孜孜不倦地研发工作下,中国终于解决了显示技术长久以来被“卡脖子”的难题,国产替代推动了行业的整体发展。

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冬奥会“折柳送别”出圈背后,是国产激光显示技术的崛起|钛度专访

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“真激光”光束组成的参天大树穿过雪花火炬台

“真激光”光束组成的参天大树穿过雪花火炬台

2月20日晚,北京冬奥会在“鸟巢”国家体育馆落下帷幕。闭幕式上,总导演张艺谋借用“折柳送别”的典故,用一条条柳枝寄托情思,愿世界人民能够带走中国友谊。与此同时,一棵由激光组成的参天大树在舞台中央拔地而起,穿过主火炬台直达天际。

这棵由光束组成的大树,背后借助了显示领域前沿的“真激光”技术,由杭州中科极光科技有限公司(以下简称“中科极光”)自主研发。

从接到冬奥会邀请到正式演出的两年时间里,中科极光配合导演进行了大量的调试和改装。虽然经历了一番波折,但最终中科极光还是让真激光成功登上了冬奥会闭幕式的舞台。在这背后,是其团队在激光显示领域近四十年的深入研究。在科学家们孜孜不倦地研发工作下,国家终于解决了显示技术长久以来“卡脖子”的难题。中国激光显示产业随之走上国际领先地位,国产替代推动行业整体发展。

钛媒体App 近日专访了中科极光副总经理刘治,深入了解冬奥会幕后故事,以及我国激光显示产业40年间从研发底层专利技术到商业化应用的发展历程。

备战冬奥两年,激光大树出圈

2019年5月,中科极光接到了冬奥会的邀请。刘治回忆,最初张艺谋导演的计划是在开幕式时将主火炬设计为无火的形式,利用光束连接鸟巢和崇礼。而在市面上现存的光源中,只有激光能实现这样强指向性、方向性、颜色饱满的效果。于是,中科极光被邀请参与到节目的筹备中来。
北京冬奥会闭幕式“真激光”光束

北京冬奥会闭幕式“真激光”光束

但在节目筹备的过程中,无火方案被国际组委会认为过于前卫而没有被采用。中科极光团队错过了开幕式的参与机会。刘治坦言,当时心里是有些失落的。但就在大约闭幕式前一周时,导演组又向中科极光发来邀请需要光源相关特效,中科极光为开幕式准备的设备恰好能满足这个需求。于是,接到任务的工作人员紧急将设备从杭州运往了北京,并在冬奥会现场进行了几天几夜的紧张调试和保障工作。

由于节目效果保密,关于运输设备过去具体做什么、能否入选闭幕式事先并不知情,直到直播当天刘治和同事们才真正看到了完整的节目效果。当晚,“折柳送别”登上微博热搜,成为闭幕式最出圈的节目。同样,鸟巢上空的光束穿云破雾,也给人们留下了深刻的印象。

据钛媒体APP了解,除了在闭幕式上呈现的白色光柱形态,中科极光“真激光”光束产品突破了了市面上以绿光为主的产品形态,基于真激光技术可呈现10.7亿色的无极调色,为舞台呈现提供更多可能。

另外值得一提的是,“真激光”所具备的低功耗优势也符合“绿色冬奥”的理念。相比于其他混合光源的技术路线,“真激光”技术光效高达17.8 lm/w ,配合高效的热管理技术,可真正实现高亮度、低能耗,为“绿色奥运”站好最后一班岗。

这样的国家大型活动刘治和其团队近年来参与了很多,例如新中国成立70周年人民大会堂文艺汇演、建党100周年上海黄浦江灯光秀、改革开放40周年庆典等等。刘治谈道,“能够为祖国的重大活动就在关键时刻发挥作用,真的是无比的荣耀。可能你平时不觉得,但是在真正看到成果的时候,就觉得能够为祖国出一份力,还是感到很激动。”

四十年耕耘,研发国产替代

中科极光是中国科学院理化技术研究所的科技成果转化企业。这次应用在冬奥会中的真激光技术,是中科院自主研发的激光显示底层技术。激光显示是继黑白、彩色、数字之后的“第四代显示技术”。“真激光”以三基色激光为光源,经过先进的架构工艺,实现了图像高保真再现,可全面实现BT.2020超高清国际电视标准,同时能耗是传统光源的三分之一到四分之一。

中科极光不是国内唯一做三色激光技术的企业,但是唯一拥有真激光底层专利技术的中国企业。

1977年,中科极光现在的首席科学家,中科院物理所院士许祖彦参与研发了国家战略战术级别高能激光项目。在进行激光研究时,许院士生发了激光是否也能应用于显示产业的想法。

在当时,显示产业核心技术由美国和日韩企业掌握。中国显示企业从显像管到LCD液晶,都没有自己的底层专利,只能购买产品线,当时最先进的技术都是从美国流转到日本、再到台湾,然后中国大陆从台湾购买产品线,导致我国在显示产业一直受制于国外的技术,不能拥有真正的自主性,绝大多数利润被外资品牌抢走。

许院士认为,中国在显示产业想要拥有真正的自主性,就要拥有自己的知识产权。于是,许祖彦带领团队开始研发激光显示的底层技术。于是当时许院士就希望能够研发出真激光而不是过度光的显示技术,他认为,中国人要做自己的电视,要有自己的知识产权,不能一味去学别人。

对于40年前的科技水平来说,这个技术实现的难度非常之大,刘治说道,首先当时还没有半导体光源,已有的发光物质中并没有材料能够直接实现红绿蓝三种颜色的激光。于是从光源开始去进行研究,就使用当时理化所的一种倍频晶体去改变光的波长来得到颜色。“这就好比我们要蒸包子,但不是从和面开始,而是从种小麦开始。”

对真激光的研发实际经历了从气态到固态激光器,到混合光源,即固态激光器加上半导体激光器,到最后的全半导体激光器这样一个不断摸索的过程。中间还有如何解决整机显示技术,选用什么波长的光,如何抑制激光的散斑效应等等问题,这个过程是充满了艰辛的,最后才终于攻克了全自主三色激光显示技术。

在国家“863”计划和中科院创新工程的支持下,许祖彦院士联合中科院5个研究所联合攻克了全自主“真激光”显示技术。我国第一次争取到了一种显示技术的先发优势。
中科极光工程师模拟演示

中科极光工程师模拟演示

如今,全球显示产业规模每年在3500亿美元左右,我国的产业规模也超过了每年4000亿元人民币。2015年-2020年,我国激光电视市场复合增长率达213.8%。激光显示的应用不仅仅在于激光电视。在激光投影、影院光源、工程亮化、极端环境科研设备,乃至VR、全息技术和元宇宙中,激光显示也有着广泛的想象空间。

刘治表示,元宇宙世界对显示技术提出了更高的要求。激光显示由于具有精准性、色深度、投影式原理等属性,可以基于空间算法的真正虚拟3D,有希望解决现在VR、AR头显产品易导致眩晕等问题。

“从大到强”,中国激光发展新机遇

随着激光显示市场不断扩大,激光显示产业加速规模化,作为在激光显示领域处于国际领先地位的中国,也迎来了新的发展机遇。

中国现在的激光技术,无论是军事级别,还是民用级别,都达到了世界顶尖的水平。一些应用型企业积攒了大量的应用型专利技术。当没有底层技术的时候,应用技术只是无本之木。但是当有了底层技术,想要快速发展,应用层的专利技术就必不可少。

激光显示先后入选十二五、十三五和十四五发展规划。在国家的大力支持下,近20年来,中国申请和授权的激光显示专利超过7000项,占全球激光显示专利比例的50%以上。专利布局覆盖光源、控制、光机、整机和光学元件,已初步形成专利池。

同时,中国本土上下游激光产业链企业已经超过100家,中国市场也是全球最大的激光显示创新市场和消费市场。

从技术到产业,中国在激光显示关键材料、元件、技术、整机及专利等方面已具备自主可控发展产业的条件。中国终于有能力摆脱长久以来被海外企业引领市场标准的困境,结束进口显示产线的历史。激光显示迎来了新一轮技术商业化落地的爆发期。

全球激光技术发展至今曾形成两个规模化产业——光存储和光通讯,激光显示技术或可成就第三个规模化产业,拉动中国光电产业发生深刻变化。

(本文首发钛媒体APP,作者|实习编辑 李如嘉,编辑|天鹏)

本文系作者李如嘉授权钛媒体发表,并经钛媒体编辑,转载请注明出处、作者和本文链接
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