激光显示中散斑消除的专利技术综述

余黎飞

【摘要】本文以解决激光显示装置中散斑问题的相关专利申请为研究对象，通过S系统进行检索并筛选获得样本，从申请发展趋势、区域分布、主要申请人、专利技术分支等方面对专利申请进行了统计分析，梳理出了消散斑技术的发展脉络。

【关键词】激光投影；散斑；时间相关；空間相关

激光散斑是激光自散射体的表面漫反射或通过一个透明散射体时，在散射表面或附近的光场中观察到的一种无规则分布的亮暗斑点，称为激光散斑。散斑噪声会对激光显示装置在屏幕上实现清晰的图像产生不利影响，降低图像品质，因此，需要通过减小散斑噪声来获得清晰的图像。

有关激光显示装置散斑消除技术成规模的专利申请始于1994年，20世纪之前为该技术的初始阶段，每年仅有少量申请，属于萌芽期，且发展缓慢。2000年，英特尔公司提出了一种使用多个压电激励器，利用机械扰动以消除或减少散斑的方法。2005年，LG公司提出通过以预定的幅度振动安装在光源和屏幕之间的反光镜使来自光源的激光在屏幕上均衡而去除斑点的方法。从2003年起，专利申请出现了迅猛增长，2011年达到高峰，年申请量为55件，并且在2006年-2013年期间一直保持有15件以上的年申请量。2005年，三星公司提出利用衍射光学元件，将从激光源发出的激光束分为多个子光束，并且周期性地运动以将激光束的散斑时间平均的方法，该方法包括多个具有相同长度的光纤，用于将所述子光束分为更细的子光束，并且将所述子光束时间或空间平均，由此有效地减小或去除激光散斑。2008年，朗讯公司提出了一种利用适于显示各种空间调制图案的空间光调制器（SLM）将来自激光器的照射重定向的方法，激光显示装置驱动SLM以一定速率改变空间调制图案，使投影图像的相应序列合并，以消减在产生的合并图像中出现的散斑。

根据统计结果可知，该技术的专利申请主要集中在中国、美国、日本、韩国、荷兰、德国、瑞士、英国等国家和地区，其中日本的拥有专利申请数量最多，达到全球总量的36%，日本拥有行业龙头企业精工爱普生，因此，在该领域的具有很大优势，于2003年开始进行专利申请，申请量增长迅速，在2008年出现申请高峰，年申请量达到7件，为各国之首，后申请量锐减，日本的其他几个主要申请公司为松下9件，索尼5件，三菱10件，柯尼卡公司6件。紧随其后的是美国，其专利申请为总量的25%，其中，康宁公司10件，柯达公司6件，MICROVISION公司7件。然后是中国和韩国，分别达到14%和10%，韩国专利申请的变化趋势与美国相似，但总量少于美国，其中三星公司和LG公司占绝大多数，分别为6件和10件。中国专利申请的龙头是上海三鑫公司，达到6件，其次是北京中视中科光电公司及青岛海信公司，分别为4件和3件。统计数据表明了上述四国在激光消散斑技术方面最为先进，也可以认为申请人在这些国家进行了相对较高密度的专利布局，即中、美、日、韩有可能是激光投影领域的重要市场。此外，欧洲国家的申请量也较为可观，表明这些国家和地区也是激光显示领域进行专利保护和市场布局的热点地区，其中荷兰、德国、瑞士、英国的申请量总量的10%。中国台湾在该领域也占有一席之地，专利申请量占4%。

统计主要申请人的结果表明，精工爱普生为行业的龙头老大，申请量遥遥领先，拥有19件专利申请。美国的康宁公司、韩国的LG公司及日本的三菱公司并列排行第二，拥有10件专利申请。荷兰以皇家飞利浦为主，德国以罗伯特博世公司为主，瑞士以LEMOPTIX公司为主。日本申请人整体实力最强，具有精工爱普生、三菱、索尼、松下、柯尼卡、USHIO六家知名企业，其中三菱的专利申请达到10件，行业排行第二，松下的专利申请量达到了9件，行业排行第三位。韩国的专利申请人主要是三星和LG，其中LG的专利申请量达到了10件，行业排行第二位。中国的专利申请人主要集中在上海三鑫公司、北京中视中科光电公司、显恒公司及青岛海信公司等，以公司为主且专利申请量都不超过6件，可见我国相关企业在该领域投入了较大的研发力量。

从专利技术分支来分析，消散斑方法包括通过减弱激光的时间相干性或空间相干性来消除或弱化散斑。在减弱激光的时间相干性方面，20世纪90年代，以英特尔公司为代表，提出通过引入机械扰动来移动散射体从而减弱激光散斑现象；而后，国内外不少公司均提到可以通过引入光纤、积分器、反射镜、分色器等光学器件来减弱激光散斑，同时，也有不少公司提出可以通过利用屏幕的振动，使图像产生的相应分配中不同照射部分至少在一定程度上失去时间相干性；进入21世纪，三星等公司提出通过采用衍射光学元件来消除激光散斑，精工爱普生等公司提出通过相位调制器来调整光束波前相位，从而达到弱化散斑的效果。在减弱激光的空间相干性方面，早期是通过利用不同波长的光源或增加光源谱线的宽度来消除激光散斑；而后是通过在光路中引入消散斑器件，比如移动孔径光阑等方式来消除激光散斑；再后来是通过脉冲激光的叠加的方式等。其中，两种发展较为成熟的技术分别是银幕震动干涉和激光波长干涉。银幕震动干涉，通过低噪音震动马达对电影银幕的震动，消除在高强度光源下的银幕颗粒状散斑，使电影银幕反射的图像颜色看起来自然、饱满，亮度均匀、画面清晰，此方式光电转换效率高，激光模组散热要求低，银幕震动机构为机械装置，维护直观简单。激光波长干涉，通过对绿光波长进行干涉，分解绿光连续波长来实现散斑的去除，目前其尚处在实验阶段。

激光投影技术作为新一代投影技术，可真实再现客观世界最丰富艳丽的色彩，并将成为大色域全色显示时代的主流技术，而散斑的存在是阻碍激光投影技术发展的一大障碍，因此，必须采用有效的方法消减散斑噪声。本文分析了激光散斑消除专利技术的总体情况，希望有利于相关企业了解国内外优势企业的技术发展情况，以增强专利意识，及早筹划专利布局，重视核心技术的开发，进而增强我国的技术竞争力。