Telewizor laserowy - Laser TV

Laserowa telewizja kolorowa ( telewizja laserowa ) lub laserowy kolorowy wyświetlacz wideo wykorzystuje dwa lub więcej indywidualnie modulowanych promieni optycznych (laserowych) o różnych kolorach, aby wytworzyć połączony punkt, który jest skanowany i rzutowany w poprzek płaszczyzny obrazu za pomocą systemu wielokątnego lustra lub mniej skutecznie za pomocą środków optoelektronicznych do produkcji kolorowego wyświetlacza telewizyjnego. Systemy działają albo skanując cały obraz kropka na raz i modulując laser bezpośrednio z wysoką częstotliwością, podobnie jak wiązki elektronów w kineskopie , lub rozprowadzając optycznie, a następnie modulując laser i skanując linię na raz , sama linia jest modulowana w podobny sposób, jak w przypadku cyfrowego przetwarzania światła (DLP).

Specjalny przypadek jednego promienia redukuje system do monochromatycznego wyświetlacza, jak np. w telewizji czarno-białej . Zasada ta ma zastosowanie zarówno do bezpośredniego wyświetlania, jak i do (przedniego lub tylnego) systemu projektora laserowego .

Technologia telewizji laserowej zaczęła pojawiać się w latach 90. XX wieku. W XXI wieku szybki rozwój i dojrzałość laserów półprzewodnikowych i innych technologii dały mu nowe zalety.

Historia

Źródło laserowe dla telewizji lub wyświetlacza wideo został zaproponowany przez Helmuta KV Lötsch w niemieckim opisie patentowym 1 193 844. W grudniu 1977 HKV Lötsch i F. Schroeter wyjaśnione laserowy kolorowy telewizor do konwencjonalnych systemów, jak również projekcja typu i podał przykłady potencjału Aplikacje. 18 lat później niemiecka firma Schneider AG zaprezentowała funkcjonalny prototyp telewizora laserowego na targach IFA'95 w Berlinie/Niemcy. Jednak ze względu na bankructwo Schneider AG prototyp nigdy nie został rozwinięty w produkt gotowy do wprowadzenia na rynek.

Zaproponowana w 1966 r. technologia oświetlenia laserowego była zbyt kosztowna, aby można ją było stosować w komercyjnych produktach konsumenckich. Na targach Consumer Electronics Show w Las Vegas w 2006 roku firma Novalux Inc., twórca technologii laserów półprzewodnikowych firmy Necsel, zademonstrowała swoje źródło oświetlenia laserowego do wyświetlaczy projekcyjnych oraz prototypowy telewizor „laserowy” do tylnej projekcji. Pierwsze doniesienia o rozwoju komercyjnego telewizora laserowego zostały opublikowane już 16 lutego 2006 r. wraz z decyzją o wprowadzeniu na dużą skalę telewizorów laserowych oczekiwaną na początku 2008 r. 7 stycznia 2008 r. na imprezie związanej z elektroniką użytkową Show 2008, Mitsubishi Digital Electronics America, kluczowy gracz na rynku wysokowydajnych czerwonych laserów i wielkoekranowych telewizorów HD, zaprezentował swój pierwszy komercyjny telewizor laserowy, 65-calowy model 1080p . Pisarz popularnonaukowy był pod wrażeniem renderowania kolorów Laserowy wyświetlacz wideo Mitsubishi na targach CES 2008. Niektórzy opisywali go nawet jako zbyt intensywny, aż do tego stopnia, że ​​wydawał się sztuczny. ThislLaser TV, pod marką „Mitsubishi LaserVue TV”, trafił do sprzedaży 16 listopada 2008 r. za 6999 USD, ale cały projekt telewizora laserowego Mitsubishi zginął w 2012 roku.

Firma LG wprowadziła telewizor laserowy z projektorem z przodu w 2013 roku jako produkt konsumencki, który wyświetla obrazy i filmy o przekątnej 100 cali (254 centymetry) w pełnej rozdzielczości HD 1920 x 1080 pikseli. Może wyświetlać obrazy na ekranie z odległości 22 cali (56 centymetrów).

W Chinach Szósta Sesja Siódmej Rady Chińskiego Stowarzyszenia Przemysłu Elektronicznego Wideo formalnie zatwierdziła utworzenie oddziału branży telewizji laserowej. Utworzenie gałęzi przemysłu symbolizuje również oficjalne otwarcie całego łańcucha przemysłowego łączącego w górę i w dół branży telewizorów laserowych, aby przemysł telewizorów laserowych stał się większy i silniejszy. Do 2022 r. sprzedaż telewizorów laserowych na chińskim rynku przekroczy 1 mln sztuk, a sprzedaż sięgnie 11,8 mld CNY .

Zasada

Obraz z telewizora laserowego odbija się od ekranu i trafia do ludzkiego oka w celu obrazowania. Zasadą telewizora laserowego jest wykorzystanie technologii DLP do wyświetlania obrazu. Weźmy jako przykład chip DMD . Czip DMD to główny element obrazowania telewizora laserowego. Ułożone są miliony małych lusterek, a każde małe lusterko może obracać się w kierunku dodatnim i ujemnym z częstotliwością dziesiątek tysięcy razy na sekundę. Światło odbija się bezpośrednio na ekranie przez te małe lusterka, tworząc obraz. Ze względu na wizualną bezwładność ludzkiego oka, trzy podstawowe kolory, które są naświetlane na ten sam piksel z dużą prędkością, mieszają się i nakładają, tworząc kolor.

Technologia

Lasery mogą stać się idealnym zamiennikiem lamp UHP, które są obecnie używane w wyświetlaczach projekcyjnych, takich jak telewizory do tylnej projekcji i projektory przednie. LG twierdzi, że żywotność ich projektora laserowego wynosi 25 000 godzin, w porównaniu do 10 000 godzin dla UHP. Obecne telewizory są w stanie wyświetlić tylko 40% gamy kolorów, którą ludzie mogą potencjalnie postrzegać.

Telewizja kolorowa wymaga światła w trzech różnych długościach fal — czerwonej, zielonej i niebieskiej. Podczas gdy czerwone diody laserowe są dostępne w handlu, nie ma dostępnych na rynku zielonych diod laserowych, które mogłyby zapewnić wymaganą moc w temperaturze pokojowej przy odpowiedniej żywotności. Zamiast tego można zastosować podwojenie częstotliwości w celu zapewnienia zielonych długości fal. Jako źródła z podwojoną częstotliwością można zastosować kilka rodzajów laserów: lasery światłowodowe, lasery z podwojoną wnęką, lasery z podwojoną wnęką zewnętrzną, eVCSEL i OPSL (optycznie pompowane lasery półprzewodnikowe). Spośród laserów o podwojonej częstotliwości między wnękami, VCSEL okazały się bardzo obiecujące i potencjalnie mogą posłużyć jako podstawa dla masowo produkowanego lasera o podwojonej częstotliwości.

Niebieskie diody laserowe stały się publicznie dostępne około 2010 roku.

VECSEL pionowy jamy i składa się z dwóch zwierciadeł. Na jednym z nich znajduje się dioda jako medium aktywne. Lasery te łączą wysoką ogólną wydajność z dobrą jakością wiązki. Światło z diod laserowych IR dużej mocy jest przekształcane w światło widzialne za pomocą generacji drugiej harmonicznej falowodowej poza wnęką . Impulsy laserowe o częstotliwości powtarzania około 10 kHz i różnej długości są wysyłane do cyfrowego urządzenia mikrolustra, w którym każde lustro kieruje impuls na ekran lub do zrzutu. Ponieważ długości fal są znane, wszystkie powłoki można zoptymalizować, aby zredukować odbicia, a tym samym plamki.

Charakterystyka

Obraz z telewizora laserowego odbija się od ekranu i trafia do ludzkiego oka w celu obrazowania. Według okulistów i profesjonalnych ocen produkty do telewizorów laserowych to produkty wyświetlające, które są nieszkodliwe dla gołego oka. Ekran nie ma promieniowania elektromagnetycznego, co chroni oczy, jest zdrowe i wygodne. W porównaniu z komfortem czytania papieru jest o 20% wyższy. Telewizory laserowe są głównie duże, z czystymi źródłami światła, jasnymi kolorami i autentycznością, obsługują również rozdzielczość wyświetlania 4K.

Telewizory laserowe mają mniejsze zużycie energii niż telewizory LCD o tym samym rozmiarze. Na przykład 100-calowy telewizor laserowy zużywa mniej niż 300 watów, co stanowi ½-⅓ tego samego rozmiaru telewizora LCD. Telewizory laserowe ważą około jednej dziesiątej wagi telewizorów LCD tego samego rozmiaru, a ludzie mogą oglądać 80-calowe telewizory laserowe z odległości oglądania 3 metrów.

montaż

Modulacja sygnału laserowego

Wideo sygnał jest wprowadzany do wiązki laserowej za pomocą modulatora akustyczno-optycznych (AOM) wykorzystującym photorefractive kryształu oddzielić wiązkę pod różnymi kątami ugięcia. Wiązka musi wejść do kryształu pod określonym kątem Bragga tego kryształu AOM. Element piezoelektryczny przekształca sygnał wideo w wibracje kryształu, tworząc obraz.

Odświeżanie poziome i pionowe

Szybko obracające się lustro wielokątne nadaje wiązce laserowej poziomą modulację odświeżania. Odbija się od zakrzywionego lustra na lustro zamontowane na galwanometrze, które zapewnia pionowe odświeżenie . Innym sposobem jest optyczne rozproszenie wiązki i modulowanie każdej całej linii jednocześnie, podobnie jak w DLP, zmniejszając szczytową moc potrzebną w laserze i utrzymując stałe zużycie energii.

Charakterystyka wyświetlacza

• Utrzymuj pełną moc wyjściową przez cały okres eksploatacji lasera; jakość obrazu nie ulegnie pogorszeniu
• Mają bardzo szeroką gamę kolorów , która może wytworzyć do 90% kolorów , które ludzkie oko może dostrzec, dostosowując długość fali lasera
• Możliwość wyświetlania stereoskopowego wideo 3D
• Może być rzutowany na dowolną głębokość lub powierzchnię kształtu przy zachowaniu ostrości.

Aplikacje

Istnieje kilka realizacji projektorów laserowych, jeden przykład oparty jest na zasadzie lecącej plamki świetlnej zapisującej obraz bezpośrednio na ekranie. Projektor laserowy tego typu składa się z trzech głównych elementów — źródło laserowe wykorzystuje sygnał wideo do dostarczania modulowanego światła złożonego z trzech ostrych kolorów widmowych — czerwonego, zielonego i niebieskiego — które następnie elastyczny, światłowodowy falowód transportuje do stosunkowo mała głowica projekcyjna. Głowica projekcyjna odchyla wiązkę zgodnie z zegarem pikseli i emituje ją na ekran w dowolnej odległości. Takie techniki projekcji laserowej są wykorzystywane w przenośnych projektorach , planetariach, symulatorach lotu i innych zastosowaniach wirtualnej rzeczywistości.

Dzięki specjalnym cechom projektorów laserowych, takim jak duża głębia ostrości , możliwe jest wyświetlanie obrazów lub danych na dowolnym rodzaju powierzchni projekcyjnej, nawet niepłaskiej. Zazwyczaj ostrość, przestrzeń kolorów i współczynnik kontrastu są wyższe niż w przypadku innych technologii projekcji. Na przykład kontrast włączania i wyłączania projektora laserowego wynosi zwykle 50 000:1 i więcej, podczas gdy nowoczesne projektory DLP i LCD mają zakres od 1000:1 do 40 000:1. W porównaniu do konwencjonalnych projektorów, projektory laserowe zapewniają niższy strumień świetlny, ale ze względu na wyjątkowo wysoki kontrast jasność wydaje się być większa.

Status rozwoju

Aby jeszcze bardziej przyspieszyć wprowadzanie wyświetlaczy laserowych, chińskie Ministerstwo Nauki i Technologii nadało priorytet „inżynierii i rozwojowi technologii wyświetlaczy laserowych nowej generacji” jako jeden z ośmiu głównych kierunków rozwoju przemysłowego. Ponieważ związane z tym problemy techniczne są stopniowo rozwiązywane, popularyzacja produktów telewizji laserowej w gospodarstwach domowych pozostaje głównym celem.

Pod koniec grudnia 2019 r. Laboratorium CESI Chińskiego Narodowego Instytutu Normalizacji Elektronicznej wraz z zespołem okulistów ze szpitala Peking Union Medical College przeprowadziło projekt badawczy dotyczący percepcji wzrokowej i zmęczenia oczu wyświetlaczy laserowych. W badaniu 32 osoby zostały umieszczone w tych samych warunkach środowiskowych, porównując telewizor laserowy i telewizor LCD. Porównano i przeanalizowano częstotliwość mrugania oczami i ocenę subiektywnej percepcji między wyświetlaczami. Wyniki wykazały, że oglądanie telewizora LCD przez dłuższy czas powodowało pewne objawy, takie jak obrzęk oka, ból oka, światłowstręt, suchość oczu i niewyraźne widzenie, podczas gdy podczas oglądania telewizora laserowego nie było widocznych zmian wizualnych ani dyskomfortu w oku.

16 stycznia 2020 r. Oddział Przemysłu Telewizji Laserowej Chińskiego Stowarzyszenia Przemysłu Elektronicznego Wideo opublikował w Szanghaju pierwszą w branży białą księgę na temat pielęgnacji oczu przy użyciu telewizora laserowego. W białej księdze opublikowano dane oceniające pielęgnację oczu telewizorów laserowych i tradycyjnych telewizorów LCD przez ekspertów okulistów z laboratorium CESI Chińskiego Instytutu Standaryzacji Technologii Elektronicznej i Szpitala Peking Union Medical College Hospital oraz przedstawiono naukowe sugestie dotyczące ochrony zdrowia wzrokowego nastolatków. Rynek telewizorów laserowych odnotował ogólny złożony wskaźnik wzrostu wynoszący 281% w latach 2014-2019. W 2019 r. Hisense Laser TV 80L5 zajął pierwsze miejsce na corocznej liście bestsellerów telewizyjnych. Według danych z ankiety wśród użytkowników ponad 93% użytkowników wybrało telewizory laserowe ze względu na deklarowane korzyści ochrony zdrowia oczu.

Perspektywa

W porównaniu z telewizorami LED LCD telewizory laserowe mają wiele zalet w obrazowaniu wielkoekranowym. Pod względem składu technicznego telewizor laserowy składa się z laserowego źródła światła , modułu obrazowania, systemu sterowania obwodami i wyświetlacza. Postęp technologiczny każdej z tych jednostek pomoże zwiększyć udział w rynku w porównaniu z konkurencyjnymi technologiami wyświetlania. Dodatkowo, laserowe źródła światła mają zalety w postaci niższej emisji dwutlenku węgla podczas produkcji , wyższej gamy kolorów i wyższej efektywności energetycznej . Postęp telewizji laserowej w połączeniu z lepszą technologią obrazowania optycznego może być lukratywny na przyszłym rynku wyświetlaczy domowych.

Wyzwania techniczne

Lasery to najdroższe elementy telewizorów laserowych. Bardziej zaawansowane diody laserowe zwykle wymagają wyprodukowania większej ilości materiałów półprzewodnikowych , więc redukcja kosztów pozostanie problemem dla uprzemysłowienia telewizji laserowej w dającej się przewidzieć przyszłości. Istniejące produkty telewizji laserowej zazwyczaj wykorzystują importowane urządzenia półprzewodnikowe. W obecnych rozwiązaniach wyświetlaczy wielkoekranowych istnieje wiele konkurencyjnych technologii, takich jak LCD, OLED i nadchodzące wyświetlacze Micro LED . Telewizory laserowe muszą nadal się rozwijać, aby utrzymać przewagę konkurencyjną, aby zająć większy udział w rynku.

Bibliografia