La televisión en color láser ( TV láser ) o la pantalla de vídeo en color láser utiliza dos o más rayos ópticos (láser) modulados individualmente de diferentes colores para producir un punto combinado que se escanea y proyecta a través del plano de la imagen mediante un sistema de espejo poligonal o de forma menos eficaz por medios optoelectrónicos para producir una pantalla de televisión en color. Los sistemas funcionan escaneando la imagen completa un punto a la vez y modulando el láser directamente a alta frecuencia, al igual que los haces de electrones en un tubo de rayos catódicos , o extendiendo ópticamente y luego modulando el láser y escaneando una línea a la vez. , la línea en sí se modula de la misma manera que con el procesamiento de luz digital (DLP).
El caso especial de un rayo reduce el sistema a una pantalla monocromática como, por ejemplo, en la televisión en blanco y negro . Este principio se aplica tanto a una pantalla de visualización directa como a un sistema de proyector láser (delantero o trasero) .
La tecnología de TV láser comenzó a aparecer en la década de 1990. En el siglo XXI, el rápido desarrollo y la madurez de los láseres semiconductores y otras tecnologías le dieron nuevas ventajas.
Historia
La fuente láser para visualización de televisión o video fue propuesta originalmente por Helmut KV Lotsch en la patente alemana 1 193 844. [1] En diciembre de 1977, HKV Lotsch y F. Schroeter explicaron la televisión en color láser para sistemas convencionales y de proyección y dieron ejemplos de aplicaciones potenciales. [2] 18 años después, la empresa con sede en Alemania Schneider AG presentó un prototipo de TV láser funcional en IFA'95 en Berlín / Alemania. Sin embargo, debido a la quiebra de Schneider AG, el prototipo nunca se desarrolló más hasta convertirse en un producto listo para el mercado.
Propuesta en 1966, [3] la tecnología de iluminación láser seguía siendo demasiado costosa para ser utilizada en productos de consumo comercialmente viables. [4] En el Consumer Electronics Show de Las Vegas en 2006, Novalux Inc., desarrollador de la tecnología láser de semiconductores Necsel, hizo una demostración de su fuente de iluminación láser para pantallas de proyección y un prototipo de TV "láser" de retroproyección. [5] Los primeros informes sobre el desarrollo de un Laser TV comercial se publicaron el 16 de febrero de 2006 [6] [7] y se esperaba una decisión sobre la disponibilidad a gran escala de los televisores láser para principios de 2008. [8] En enero El 7 de diciembre de 2008, en un evento asociado con el Consumer Electronics Show 2008, Mitsubishi Digital Electronics America, un actor clave en los mercados de HDTV de pantalla grande y láser rojo de alto rendimiento [9] , presentó su primer Laser TV comercial, un 65 " Modelo 1080p . [10] [11] [12] Un escritor de Popular Science quedó impresionado por la reproducción del color de una pantalla de video láser Mitsubishi en el CES 2008. [13] Algunos incluso lo describieron como demasiado intenso hasta el punto de parecer artificial. [14] ThislLaser TV, con la marca "Mitsubishi LaserVue TV", salió a la venta el 16 de noviembre de 2008 por $ 6,999, pero todo el proyecto de TV láser de Mitsubishi fue cancelado en 2012. [15] [16] [17]
LG introdujo un televisor láser de proyección frontal en 2013 [18] como un producto de consumo que muestra imágenes y videos que miden 100 pulgadas (254 centímetros) con una resolución de alta definición completa de 1920 x 1080 píxeles. Puede proyectar imágenes en la pantalla a una distancia de 22 pulgadas (56 centímetros).
En China , la sexta sesión del Séptimo Consejo de la Asociación de la Industria de Video Electrónico de China aprobó formalmente el establecimiento de una rama de la industria de TV láser. El establecimiento de la rama de la industria también simboliza que se abre oficialmente toda la cadena industrial que conecta el campo de la TV láser en sentido ascendente y descendente, con el fin de hacer que la industria de la TV láser sea más grande y más fuerte. Para 2022, las ventas de televisores láser en el mercado chino superarán el millón de unidades y las ventas alcanzarán los 11.800 millones de CNY . [19]
Principio
Las imágenes de TV láser se reflejan en la pantalla y entran en el ojo humano para obtener imágenes. El principio de la televisión láser es utilizar la tecnología DLP para la visualización de imágenes. Tome el chip DMD como ejemplo. El chip DMD es el componente central de imágenes de un televisor láser. Hay millones de pequeños espejos dispuestos, y cada pequeño espejo puede girar en las direcciones positiva y negativa a una frecuencia de decenas de miles de veces por segundo. [20] La luz se refleja directamente en la pantalla a través de estos pequeños espejos para formar una imagen. Debido a la inercia visual del ojo humano, los tres colores primarios que se irradian en el mismo píxel a alta velocidad se mezclan y superponen para formar un color. [21]
Tecnología
Los láseres pueden convertirse en un sustituto ideal de las lámparas UHP [22] que se utilizan actualmente en dispositivos de visualización de proyección, como televisores de retroproyección y proyectores frontales. LG afirma que su proyector láser tiene una vida útil de 25.000 horas [23] , en comparación con las 10.000 horas de un UHP. Los televisores actuales son capaces de mostrar solo el 40% de la gama de colores que los humanos pueden percibir potencialmente. [24]
La televisión en color requiere luz en tres longitudes de onda distintas: rojo, verde y azul. Si bien los diodos láser rojos están disponibles comercialmente, no existen diodos láser verdes disponibles comercialmente que puedan proporcionar la potencia requerida a temperatura ambiente con una vida útil adecuada. En su lugar, se puede utilizar la duplicación de frecuencia para proporcionar las longitudes de onda verdes. Se pueden utilizar varios tipos de láseres como fuentes de frecuencia duplicada: láseres de fibra, láseres duplicados entre cavidades, láseres duplicados de cavidad externa, eVCSEL y OPSL (láseres semiconductores con bombeo óptico). Entre los láseres duplicados entre cavidades, los VCSEL han demostrado ser muy prometedores y tienen potencial para ser la base de un láser duplicado de frecuencia producido en masa.
Los diodos láser azules estuvieron disponibles abiertamente alrededor de 2010.
Un VECSEL es una cavidad vertical y se compone de dos espejos. Encima de uno de ellos hay un diodo como medio activo. Estos láseres combinan una alta eficiencia general con una buena calidad de haz. La luz de los diodos láser de infrarrojos de alta potencia se convierte en luz visible por medio de una segunda generación de armónicos guiados por ondas extra-cavidad . Los pulsos de láser con una frecuencia de repetición de aproximadamente 10 kHz y varias longitudes se envían a un dispositivo de microespejos digitales donde cada espejo dirige el pulso a la pantalla o al vertedero. Debido a que se conocen las longitudes de onda, todos los recubrimientos se pueden optimizar para reducir los reflejos y, por lo tanto, el moteado.
Caracteristicas
Las imágenes de TV láser se reflejan en la pantalla y entran en el ojo humano para obtener imágenes. Según los oftalmólogos y las evaluaciones profesionales, los productos de TV láser son productos de visualización que son inofensivos a simple vista. La pantalla no tiene radiación electromagnética, lo que protege los ojos, es saludable y cómodo. [ eliminar o aclarar ] En comparación con la comodidad de lectura en papel, es un 20% más alta. Los televisores láser son principalmente de gran tamaño, con fuentes de luz puras, colores brillantes y autenticidad, también admiten una resolución de pantalla 4K.
Los televisores láser tienen un menor consumo de energía que los televisores LCD del mismo tamaño. Por ejemplo, un televisor láser de 100 pulgadas consume menos de 300 vatios, que es ½-⅓ del mismo tamaño de un televisor LCD. Los televisores láser pesan aproximadamente una décima parte del peso de los televisores LCD del mismo tamaño, y las personas pueden ver televisores láser de 80 pulgadas a una distancia de visualización de 3 metros. [25]
Montaje
Modulación de señal láser
La señal de vídeo se introduce en el rayo láser mediante un modulador acústico-óptico (AOM) que utiliza un cristal fotorrefractivo para separar el rayo en distintos ángulos de difracción. El rayo debe entrar en el cristal en el ángulo específico de Bragg de ese cristal AOM. Un elemento piezoeléctrico transforma la señal de video en vibraciones en el cristal para crear una imagen.
Actualización horizontal y vertical
Un espejo poligonal que gira rápidamente le da al rayo láser la modulación de actualización horizontal. Se refleja en un espejo curvo sobre un espejo montado en un galvanómetro que proporciona la actualización vertical . Otra forma es extender ópticamente el haz y modular cada línea completa a la vez, al igual que en un DLP, reduciendo la potencia máxima necesaria en el láser y manteniendo constante el consumo de energía.
Características de la pantalla
- Mantenga la potencia máxima durante la vida útil del láser; la calidad de la imagen no se degradará
- Tienen una gama de colores muy amplia , que puede producir hasta el 90% de los colores que un ojo humano puede percibir ajustando la longitud de onda del láser [26]
- Capaz de mostrar video estereoscópico 3D
- Puede proyectarse sobre cualquier profundidad o superficie de forma manteniendo el enfoque.
Aplicaciones
Hay varias realizaciones de proyectores láser, un ejemplo se basa en el principio de un punto de luz volador que escribe la imagen directamente en una pantalla. Un proyector láser de este tipo consta de tres componentes principales: una fuente láser utiliza la señal de video para proporcionar luz modulada compuesta por los tres colores espectrales nítidos (rojo, verde y azul) que una guía de ondas de fibra óptica flexible luego transporta a una cabezal de proyección relativamente pequeño. El cabezal de proyección desvía el haz de acuerdo con el reloj de píxeles y lo emite en una pantalla a una distancia arbitraria. Estas técnicas de proyección láser se utilizan en proyectores portátiles , planetarios y para simuladores de vuelo y otras aplicaciones de realidad virtual.
Debido a las características especiales de los proyectores láser, como una gran profundidad de campo , es posible proyectar imágenes o datos sobre cualquier tipo de superficie de proyección, incluso no plana. Normalmente, la nitidez, el espacio de color y la relación de contraste son más altos que los de otras tecnologías de proyección. Por ejemplo, el contraste de encendido y apagado de un proyector láser es típicamente de 50.000: 1 y más, mientras que los proyectores DLP y LCD modernos oscilan entre 1000: 1 y 40.000: 1. En comparación con los proyectores convencionales, los proyectores láser proporcionan una salida de flujo luminoso más baja, pero debido al contraste extremadamente alto, el brillo en realidad parece ser mayor.
Estado del desarrollo
Para acelerar aún más la adopción de pantallas láser, el Ministerio de Ciencia y Tecnología de China ha dado prioridad a la "ingeniería y desarrollo de la tecnología de pantallas láser de próxima generación" como una de las ocho principales direcciones de desarrollo industrial. A medida que los problemas técnicos relacionados se resuelven gradualmente, la popularización de los productos de televisión láser en los hogares sigue siendo un objetivo importante.
A fines de diciembre de 2019, el Laboratorio CESI del Instituto Nacional de Normalización Electrónica de China y un equipo de oftalmólogos del Hospital del Colegio Médico Peking Union llevaron a cabo un proyecto de investigación sobre la percepción visual y la fatiga ocular de las pantallas láser. En el estudio, 32 sujetos fueron colocados en las mismas condiciones ambientales comparando un televisor láser y un televisor LCD. La frecuencia del parpadeo de los ojos y la puntuación de percepción subjetiva se compararon y analizaron entre las pantallas. Los resultados encontraron que mirar la televisión LCD durante un período prolongado de tiempo producía ciertos síntomas como hinchazón de los ojos, dolor ocular, fotofobia, ojos secos y visión borrosa, mientras que mientras miraba la televisión láser, no había ningún cambio visual obvio ni molestias en los ojos. [27]
El 16 de enero de 2020, la Rama de la Industria de Televisión Láser de la Asociación de la Industria de Video Electrónico de China publicó el primer Libro Blanco de la industria sobre el Cuidado de la Vista con Láser TV en Shanghai. El libro blanco publicó los datos de evaluación de la atención ocular de televisores láser y televisores LCD tradicionales por expertos en oftalmología del Laboratorio CESI del Instituto de Normalización de Tecnología Electrónica de China y del Hospital de la Facultad de Medicina de la Unión de Pekín , e hizo sugerencias científicas sobre cómo proteger la salud visual de los adolescentes. [28] El mercado de televisores láser ha experimentado una tasa de crecimiento compuesto general del 281% entre 2014 y 2019. En 2019, el Hisense Laser TV 80L5 ocupó el primer lugar en la lista anual de bestsellers de televisores. Según los datos de la encuesta de usuarios, más del 93% de los usuarios eligieron televisores láser debido a los supuestos beneficios de la protección para la salud ocular. [29]
Perspectiva
En comparación con los televisores LCD LED , los televisores láser tienen muchas ventajas en la captura de imágenes de pantalla grande. En términos de composición técnica, un televisor láser se compone de una fuente de luz láser , un módulo de imágenes, un sistema de control de circuitos y una pantalla. El progreso tecnológico de cada una de estas unidades ayudará a aumentar la participación de mercado en comparación con las tecnologías de visualización de la competencia. Además, las fuentes de luz láser tienen las ventajas de menores emisiones de carbono de fabricación , mayor gama de colores y mayor eficiencia energética . El avance de la televisión láser combinado con una mejor tecnología de imágenes ópticas puede ser lucrativo en el futuro mercado de pantallas domésticas. [30]
Desafíos técnicos
Los láseres son los componentes más caros de los televisores láser. Los diodos láser más avanzados generalmente necesitan más materiales semiconductores para ser fabricados, por lo que la reducción de costos seguirá siendo un problema para la industrialización de los televisores láser en el futuro previsible. Los productos de TV láser existentes generalmente utilizan dispositivos semiconductores importados. En las soluciones actuales de visualización de pantalla grande, existe una variedad de tecnologías competidoras como LCD, OLED y las próximas pantallas Micro LED . Los televisores láser deben seguir desarrollándose para mantener una ventaja competitiva con el fin de ocupar una mayor cuota de mercado. [31]
Referencias
- ^ La patente alemana 1 193 844 titulada "Optischer Sender fuer mindestens zwei Farbkomponeneten" fue presentada el 26 de octubre de 1963 y concedida el 20 de enero de 1966 a la empresa alemana Telefunken. Helmut KV Lotsch ha sido nombrado explícitamente inventor.
- ^ HKV Lotsch, F. Schroeter: Das Laser Farb-Fernsehen , LASER 2 (diciembre de 1977) 37-39.
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