Лазерное цветное телевидение ( лазерное телевидение ) или цветной лазерный видеодисплей — это тип телевидения, в котором используются два или более индивидуально модулированных оптических (лазерных) луча разных цветов для создания комбинированного пятна, которое сканируется и проецируется на плоскость изображения с помощью многоугольно-зеркальную систему или, что менее эффективно, оптико-электронными средствами для создания цветного телевизионного дисплея. Системы работают либо путем сканирования всего изображения по точкам и модуляции лазера непосредственно на высокой частоте, подобно электронным лучам в электронно-лучевой трубке , либо путем оптического расширения, а затем модуляции лазера и сканирования по одной строке за раз. , причем сама линия модулируется почти так же, как и при цифровой обработке света (DLP).
Особый случай одного луча сводит систему к монохромному дисплею , как, например, в черно-белом телевидении . Этот принцип применим как к дисплею прямого обзора, так и к системе лазерного проектора (передней или задней) .
Технология лазерного телевидения начала появляться в 1990-х годах. В 21 веке быстрое развитие и зрелость полупроводниковых лазеров и других технологий дали им новые преимущества.
Лазерный источник для телевидения или видеодисплея был первоначально предложен Хельмутом К.В. Лочем в патенте Германии № 1193844. [1] В декабре 1977 года Х.К.В. Лоч и Ф. Шретер объяснили лазерное цветное телевидение как для обычных, так и для проекционных систем и дали примеры возможного применения. [2] 18 лет спустя немецкая компания Schneider AG представила функциональный прототип лазерного телевизора на IFA'95 в Берлине , Германия . Однако из-за банкротства Schneider AG прототип так и не получил дальнейшего развития до продукта, готового к выпуску на рынок.
Предложенная в 1966 году [3] технология лазерного освещения оставалась слишком дорогостоящей для использования в коммерчески жизнеспособных потребительских товарах. [4] На выставке бытовой электроники в Лас-Вегасе в 2006 году компания Novalux Inc., разработчик полупроводниковой лазерной технологии Necsel, продемонстрировала свой лазерный источник освещения для проекционных дисплеев и прототип «лазерного» телевизора с обратной проекцией. [5] Первые отчеты о разработке коммерческого лазерного телевизора были опубликованы еще 16 февраля 2006 г. [6] [7] с решением о крупномасштабной доступности лазерных телевизоров, ожидаемой к началу 2008 г. [8] В январе 7 декабря 2008 года на мероприятии, посвященном выставке Consumer Electronics Show 2008, компания Mitsubishi Digital Electronics America, ключевой игрок на рынках высокопроизводительных красных лазеров [9] и телевизоров с большим экраном высокой четкости, представила свой первый коммерческий лазерный телевизор — 65-дюймовый. Модель 1080p [10] [11] [12] Автор журнала Popular Science был впечатлен цветопередачей лазерного видеодисплея Mitsubishi на выставке CES 2008. [13] Некоторые даже описали ее как слишком интенсивную, до такой степени, что она казалась искусственной. [14] Этот лазерный телевизор под торговой маркой «Mitsubishi LaserVue TV» поступил в продажу 16 ноября 2008 года по цене 6999 долларов, но весь проект лазерного телевидения Mitsubishi был закрыт в 2012 году. [15] [16] [17]
В 2013 году компания LG представила лазерный телевизор с фронтальной проекцией [18] как потребительский продукт , который отображает изображения и видео размером 100 дюймов (254 сантиметра) с полным разрешением высокой четкости 1920 x 1080 пикселей. Он может проецировать изображения на экран на расстоянии 22 дюймов (56 сантиметров).
В Китае шестая сессия седьмого совета Китайской ассоциации индустрии электронного видео официально одобрила создание отрасли лазерного телевидения. Создание отрасли также символизирует официальное открытие всей производственной цепочки, соединяющей верхнюю и нижнюю части области лазерного телевидения, с целью сделать индустрию лазерного телевидения больше и сильнее. К 2022 году продажи лазерных телевизоров на китайском рынке превысят 1 миллион единиц, а объем продаж достигнет 11,8 миллиардов юаней . [19]
Изображения лазерного телевидения отражаются от экрана и попадают в человеческий глаз для формирования изображения. Принцип лазерного телевидения заключается в использовании технологии DLP для отображения изображения. Возьмем, к примеру, чип DMD . Чип DMD является основным компонентом формирования изображения в лазерном телевизоре. Здесь расположены миллионы маленьких зеркал, и каждое маленькое зеркало может поворачиваться в положительном и отрицательном направлении с частотой десятки тысяч раз в секунду. [20] Свет отражается прямо на экране через эти маленькие зеркала, формируя изображение. Из-за зрительной инерции человеческого глаза три основных цвета , которые излучаются на один и тот же пиксель с высокой скоростью, смешиваются и накладываются друг на друга, образуя цвет. [21]
Лазеры могут стать идеальной заменой сверхвысоким лампам [22] , которые в настоящее время используются в проекционных устройствах отображения, таких как телевизоры с обратной проекцией и фронтальные проекторы. LG заявляет, что срок службы их лазерного проектора составляет 25 000 часов [23] по сравнению с 10 000 часов у UHP. Современные телевизоры способны отображать только 40% цветовой гаммы , которую потенциально может воспринимать человек. [24]
Для цветного телевидения требуется свет трех различных длин волн — красного, зеленого и синего. Хотя красные лазерные диоды коммерчески доступны, коммерчески доступных зеленых лазерных диодов, которые могли бы обеспечить необходимую мощность при комнатной температуре и соответствующий срок службы, не существует. Вместо этого можно использовать удвоение частоты для получения зеленых длин волн. В качестве источников удвоения частоты можно использовать несколько типов лазеров: волоконные лазеры, межрезонаторные удвоенные лазеры, лазеры с удвоенным внешним резонатором, eVCSEL и OPSL (полупроводниковые лазеры с оптической накачкой). Среди межрезонаторных удвоенных лазеров VCSEL оказались многообещающими и потенциально могут стать основой для массового лазера с удвоенной частотой.
Синие лазерные диоды стали широко доступны примерно в 2010 году.
VECSEL представляет собой вертикальный резонатор, состоящий из двух зеркал. На вершине одного из них находится диод в качестве активной среды. Эти лазеры сочетают в себе высокую общую эффективность и хорошее качество луча. Свет от мощных ИК -лазерных диодов преобразуется в видимый свет посредством внерезонаторной волноводной генерации второй гармоники . Лазерные импульсы с частотой повторения около 10 кГц и различной длиной подаются на цифровое микрозеркальное устройство , где каждое зеркало направляет импульс либо на экран, либо в свалку. Поскольку длины волн известны, все покрытия можно оптимизировать для уменьшения отражений и, следовательно, спеклов.
Изображения лазерного телевидения отражаются от экрана и попадают в человеческий глаз для формирования изображения. По мнению офтальмологов и профессиональных оценок, лазерные телевизоры являются дисплеями, безвредными для невооруженного глаза. Экран не имеет электромагнитного излучения , что защищает глаза, полезно для здоровья и комфортно. [ удалить или необходимо уточнить ] По сравнению с бумажным комфортом чтения он на 20% выше. Лазерные телевизоры в основном большие по размеру, с чистыми источниками света, яркими цветами и аутентичностью, а также поддерживают разрешение дисплея 4K .
Лазерные телевизоры потребляют меньше энергии, чем ЖК-телевизоры того же размера. Например, 100-дюймовый лазерный телевизор потребляет менее 300 Вт, что составляет ½-⅓ от ЖК-телевизора того же размера. Лазерные телевизоры весят примерно одну десятую веса ЖК-телевизоров того же размера, и люди могут смотреть 80-дюймовые лазерные телевизоры на расстоянии 3 метров. [25]
Видеосигнал вводится в лазерный луч с помощью акустооптического модулятора (АОМ), который использует фоторефрактивный кристалл для разделения луча под разными углами дифракции. Луч должен войти в кристалл под определенным углом Брэгга этого кристалла АОМ. Пьезоэлектрический элемент преобразует видеосигнал в вибрации кристалла для создания изображения.
Быстро вращающееся многоугольное зеркало придает лазерному лучу модуляцию горизонтального обновления. Он отражается от изогнутого зеркала на зеркало, установленное на гальванометре , что обеспечивает вертикальное обновление . Другой способ — оптически расширить луч и модулировать каждую целую линию одновременно, как в DLP, уменьшая пиковую мощность, необходимую для лазера, и сохраняя постоянным энергопотребление.
Существует несколько реализаций лазерных проекторов, одна из которых основана на принципе летающего светового пятна, записывающего изображение прямо на экран. Лазерный проектор этого типа состоит из трех основных компонентов: лазерный источник использует видеосигнал для создания модулированного света, состоящего из трех резких спектральных цветов — красного, зеленого и синего, — который затем по гибкому оптоволоконному волноводу переносится в лазерный проектор. относительно небольшая проекционная головка. Проекционная головка отклоняет луч в соответствии с тактовой частотой пикселей и излучает его на экран на произвольное расстояние. Такие методы лазерной проекции используются в портативных проекторах , планетариях, а также в авиасимуляторах и других приложениях виртуальной реальности.
Благодаря особенностям лазерных проекторов, таким как большая глубина резкости , можно проецировать изображения или данные на любую проекционную поверхность, даже неплоскую. Как правило, резкость, цветовое пространство и коэффициент контрастности выше, чем у других проекционных технологий. Например, контрастность лазерного проектора обычно составляет 50 000:1 и выше, тогда как у современных DLP- и LCD-проекторов диапазон контрастности составляет от 1000:1 до 40 000:1. По сравнению с обычными проекторами лазерные проекторы обеспечивают меньший световой поток, но из-за чрезвычайно высокого контраста яркость на самом деле кажется большей.
Чтобы еще больше ускорить внедрение лазерных дисплеев, Министерство науки и технологий Китая определило «проектирование и разработку технологии лазерных дисплеев следующего поколения» в качестве одного из восьми основных направлений промышленного развития. Поскольку соответствующие технические проблемы постепенно решаются, популяризация лазерного телевидения в домашних хозяйствах остается основной целью.
В конце декабря 2019 года лаборатория CESI Китайского национального института электронной стандартизации и команда офтальмологов из больницы Пекинского союза медицинского колледжа провели исследовательский проект, посвященный зрительному восприятию и утомляемости глаз лазерных дисплеев. В исследовании 32 человека были помещены в одинаковые условия окружающей среды, сравнивая лазерный телевизор и ЖК-телевизор. Частоту моргания глаз и оценку субъективного восприятия сравнивали и анализировали на разных дисплеях. Результаты показали, что просмотр ЖК-телевизора в течение длительного периода времени вызывал определенные симптомы, такие как отек глаз, боль в глазах, светобоязнь, сухость глаз и помутнение зрения, тогда как при просмотре лазерного телевизора не было очевидных зрительных изменений или дискомфорта глаз. [27]
16 января 2020 года отделение индустрии лазерного телевидения Китайской ассоциации индустрии электронного видео опубликовало в Шанхае первый в отрасли информационный документ по уходу за глазами при помощи лазерного телевидения. В официальном документе опубликованы данные оценки ухода за глазами лазерных телевизоров и традиционных ЖК-телевизоров, проведенные экспертами-офтальмологами лаборатории CESI Китайского института стандартизации электронных технологий и больницы Пекинского союза медицинского колледжа , а также представлены научные предложения о том, как защитить визуальное здоровье подростков. [28] С 2014 по 2019 год на рынке лазерных телевизоров общий совокупный темп роста составил 281%. В 2019 году Hisense Laser TV 80L5 занял первое место в ежегодном списке телевизионных бестселлеров. По данным опроса пользователей, более 93% пользователей выбрали лазерные телевизоры из-за заявленных преимуществ защиты здоровья глаз. [29]
По сравнению с ЖК-телевизорами со светодиодной подсветкой , лазерные телевизоры имеют множество преимуществ при отображении изображения на большом экране. С технической точки зрения лазерный телевизор состоит из лазерного источника света, модуля формирования изображения, системы управления и дисплея. Технологический прогресс каждого из этих подразделений поможет увеличить долю рынка по сравнению с конкурирующими технологиями отображения. Кроме того, преимущества лазерных источников света заключаются в более низких выбросах углекислого газа при производстве , более широкой цветовой гамме и более высокой энергоэффективности . Развитие лазерного телевидения в сочетании с более совершенными технологиями оптического изображения может стать прибыльным на будущем рынке домашних дисплеев. [30]
Лазеры — самые дорогие компоненты лазерных телевизоров. Для производства более совершенных лазерных диодов обычно требуется больше полупроводниковых материалов, поэтому снижение затрат останется проблемой для индустриализации лазерного телевидения в обозримом будущем. В существующих продуктах для лазерного телевидения обычно используются импортные полупроводниковые устройства. В современных решениях для дисплеев с большим экраном существует множество конкурирующих технологий, таких как LCD, OLED и будущие дисплеи Micro LED . Лазерные телевизоры должны продолжать развиваться, чтобы сохранить конкурентное преимущество и занять большую долю рынка. [31]