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Televisión láser

La televisión láser en color ( laser TV ), o pantalla de vídeo láser en color, es un tipo de televisión que 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 efectiva, mediante medios optoelectrónicos para producir una pantalla de televisión en color. Los sistemas funcionan escaneando toda la imagen un punto a la vez y modulando el láser directamente a alta frecuencia, de forma muy similar a los rayos de electrones en un tubo de rayos catódicos , o bien extendiendo ópticamente y luego modulando el láser y escaneando una línea a la vez, modulando la línea misma de forma muy similar al procesamiento digital de la luz (DLP).

El caso particular de un rayo reduce el sistema a una visualización monocromática como, por ejemplo, en la televisión en blanco y negro . Este principio se aplica tanto a una visualización de visión directa como a un sistema de proyección láser (delantero o trasero).

La tecnología de televisión láser comenzó a aparecer en la década de 1990. En el siglo XXI, el rápido desarrollo y madurez de los láseres semiconductores y otras tecnologías le otorgaron nuevas ventajas.

Historia

La fuente láser para la televisión o la visualización de vídeo 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 láser en color para sistemas convencionales y de proyección y dieron ejemplos de posibles aplicaciones. [2] 18 años después, la empresa alemana Schneider AG presentó un prototipo funcional de televisión láser en la 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.

La tecnología de iluminación láser , propuesta en 1966 [3], seguía siendo demasiado costosa para ser utilizada en productos de consumo comercialmente viables. [4] En la feria de electrónica de consumo de Las Vegas de 2006, Novalux Inc., desarrollador de la tecnología láser de semiconductores Necsel, demostró su fuente de iluminación láser para pantallas de proyección y un prototipo de televisor "láser" de retroproyección. [5] Los primeros informes sobre el desarrollo de un televisor láser comercial se publicaron el 16 de febrero de 2006 [6] [7] y se esperaba una decisión sobre la disponibilidad a gran escala de televisores láser para principios de 2008. [8] El 7 de enero de 2008, en un evento asociado con el Consumer Electronics Show 2008, Mitsubishi Digital Electronics America, un actor clave en los mercados de láser rojo de alto rendimiento [9] y HDTV de pantalla grande, presentó su primer televisor láser comercial, un modelo de 65" 1080p . [10] [11] [12] Un escritor de Popular Science quedó impresionado por la reproducción de 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] Este televisor láser, con la marca "Mitsubishi LaserVue TV", salió a la venta el 16 de noviembre de 2008 por $6,999, pero todo el proyecto de televisor láser de Mitsubishi fue cancelado en 2012. [15] [16] [17]

En 2013, LG presentó un televisor láser con proyección frontal [18] como producto de consumo que muestra imágenes y vídeos de 100 pulgadas (254 centímetros) con una resolución de alta definición 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 sucursal de la industria de televisores láser. El establecimiento de la sucursal de la industria también simboliza que se abre oficialmente toda la cadena industrial que conecta el upstream y downstream del campo de los televisores láser, con el fin de hacer que la industria de los televisores 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 yuanes . [19]

Principio

Las imágenes de los televisores láser se reflejan en la pantalla y entran en el ojo humano para captarlas. El principio de los televisores láser es utilizar la tecnología DLP para la visualización de imágenes. Tomemos como ejemplo el chip DMD . El chip DMD es el componente principal de captación 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 sobre 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 proyección de imágenes, 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]

Los televisores láser utilizan una fuente de luz láser, que ofrece varias ventajas en comparación con las tecnologías LED y OLED tradicionales . Los láseres suelen utilizar longitudes de onda de luz específicas, lo que da como resultado una gama de colores más amplia y un brillo superior. A diferencia de los LED u OLED, las fuentes de luz láser pueden producir colores más puros, lo que mejora la experiencia de visualización con una reproducción de colores más vibrante y precisa. Además, las fuentes de luz láser suelen tener una vida útil más larga y son más eficientes energéticamente, lo que contribuye a reducir los costos operativos y el impacto ambiental.

La televisión en color requiere luz en tres longitudes de onda distintas : roja, verde y azul. Si bien los diodos láser rojos están disponibles comercialmente, no hay 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 duplicación de frecuencia: láseres de fibra, láseres de duplicación entre cavidades, láseres de duplicación de cavidad externa, eVCSEL y OPSL (láseres semiconductores bombeados ópticamente). Entre los láseres de duplicación entre cavidades, los VCSEL han demostrado ser muy prometedores y tienen potencial para ser la base de un láser de duplicación de frecuencia producido en masa.

Los diodos láser azules comenzaron a comercializarse abiertamente alrededor de 2010.

Un VECSEL es una cavidad vertical y está compuesto por dos espejos. Encima de uno de ellos hay un diodo como medio activo. Estos láseres combinan una alta eficiencia general con una buena calidad del haz. La luz de los diodos láser IR de alta potencia se convierte en luz visible mediante la generación de segundo armónico guiado por ondas en cavidades adicionales . Los pulsos 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 hacia la pantalla o hacia el volcado. Debido a que se conocen las longitudes de onda, todos los recubrimientos se pueden optimizar para reducir los reflejos y, por lo tanto, las motas.

Características

Las imágenes de los televisores 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 televisión láser son productos de visualización que son inofensivos para el ojo humano. La pantalla no tiene radiación electromagnética , lo que protege los ojos, es saludable y cómodo. [ eliminar o aclarar necesario ] En comparación con la comodidad de lectura en papel, es un 20% mayor. Los televisores láser son principalmente de gran tamaño, con fuentes de luz pura, colores brillantes y autenticidad, también admiten una resolución de pantalla de 4K .

Los televisores láser consumen menos energía que los televisores LCD del mismo tamaño. Por ejemplo, un televisor láser de 100 pulgadas consume menos de 300 vatios, lo que equivale a la mitad o un tercio del consumo de un televisor LCD del mismo tamaño. 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]

Asamblea

Modulación de señal láser

La señal de vídeo se introduce en el haz láser mediante un modulador acústico-óptico (AOM) que utiliza un cristal fotorrefractivo para separar el haz en ángulos de difracción distintos. El haz debe entrar en el cristal en el ángulo de Bragg específico de ese cristal AOM. Un elemento piezoeléctrico transforma la señal de vídeo en vibraciones en el cristal para crear una imagen.

Actualización horizontal y vertical

Un espejo poligonal que gira rápidamente proporciona al haz 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 distribuir ópticamente el haz y modular cada línea completa a la vez, de forma muy similar a un DLP, lo que reduce la potencia máxima necesaria en el láser y mantiene constante el consumo de energía.

Características de la pantalla

Aplicaciones

Existen 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 que utiliza la señal de vídeo para proporcionar luz modulada compuesta por los tres colores espectrales nítidos (rojo, verde y azul), que una guía de ondas de fibra óptica flexible transporta a continuación a un cabezal de proyección relativamente pequeño. El cabezal de proyección desvía el haz de acuerdo con el reloj de píxeles y lo emite sobre 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.

Gracias a las características especiales de los proyectores láser, como por ejemplo una gran profundidad de campo , es posible proyectar imágenes o datos sobre cualquier tipo de superficie de proyección, incluso si no es plana. Normalmente, la nitidez, el espacio de color y la relación de contraste son superiores a los de otras tecnologías de proyección. Por ejemplo, el contraste encendido-apagado de un proyector láser suele ser de 50.000:1 o superior, mientras que los proyectores DLP y LCD modernos varían de 1000:1 a 40.000:1. En comparación con los proyectores convencionales, los proyectores láser proporcionan una salida de flujo luminoso inferior, pero debido al contraste extremadamente alto, el brillo en realidad parece ser mayor.

Ejemplo de imagen de bolas de plástico en un televisor láser en comparación con un televisor de plasma


Estado de 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 se vayan resolviendo gradualmente los problemas técnicos relacionados, la popularización de los televisores láser en los hogares sigue siendo un objetivo importante.

A finales de diciembre de 2019, el Laboratorio CESI del Instituto Nacional de Normalización Electrónica de China y un equipo de oftalmólogos del Hospital de la Facultad de Medicina de la Unión de Pekín llevaron a cabo un proyecto de investigación sobre la percepción visual y la fatiga ocular de las pantallas láser. En el estudio, 32 sujetos se colocaron en las mismas condiciones ambientales comparando un televisor láser y un televisor LCD. Se compararon y analizaron la frecuencia de parpadeo de los ojos y la puntuación de percepción subjetiva entre las pantallas. Los resultados encontraron que mirar el televisor LCD durante un período prolongado de tiempo produjo ciertos síntomas como hinchazón de los ojos, dolor ocular, fotofobia, ojos secos y visión borrosa, mientras que mirar el televisor láser no hubo cambios visuales evidentes ni molestias oculares. [27]

El 16 de enero de 2020, la rama de la industria de televisores láser de la Asociación de la industria de video electrónico de China publicó el primer Libro blanco de la industria sobre el cuidado de los ojos con televisores láser en Shanghái. El libro blanco publicó los datos de evaluación del cuidado de los ojos de los televisores láser y los televisores LCD tradicionales por parte de expertos en oftalmología del Laboratorio CESI del Instituto de Normalización de Tecnología Electrónica de China y el Hospital de la Facultad de Medicina de la Unión de Pekín , y realizó 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 televisor láser 80L5 de Hisense ocupó el primer lugar en la lista anual de los televisores más vendidos. Según los datos de la encuesta de usuarios, más del 93% de los usuarios eligieron los televisores láser debido a los supuestos beneficios de la protección de la salud ocular. [29]

Prospecto

En comparación con los televisores LCD con retroiluminación LED , los televisores láser tienen muchas ventajas en la imagen en pantalla grande. En términos de composición técnica, un televisor láser se compone de una fuente de luz láser , un módulo de imagen, un sistema de control de circuito 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 , una gama de colores más amplia y una mayor eficiencia energética . El avance de la televisión láser combinado con una mejor tecnología de imagen óptica puede ser lucrativo en el futuro mercado de pantallas para el hogar. [30]

Desafíos técnicos

Los láseres son los componentes más caros de los televisores láser. Los diodos láser más avanzados suelen necesitar más materiales semiconductores para su fabricación, por lo que la reducción de costes seguirá siendo un problema para la industrialización de los televisores láser en el futuro previsible. Los productos de televisión láser existentes suelen utilizar dispositivos semiconductores importados. En las soluciones actuales de visualización de pantalla grande, existe una variedad de tecnologías en competencia, 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

  1. ^ La patente alemana 1193844 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.
  2. ^ HKV Lotsch, F. Schroeter: Das Laser Farb-Fernsehen , LASER 2 (diciembre de 1977) 37-39.
  3. ^ "Informe sobre sistemas de proyección láser de 2006". Insight Media. 2 de febrero de 2006. Archivado desde el original el 18 de enero de 2008.
  4. ^ "Big Blue Laser in a Small Package: Is it Coming Soon? - Greg Niven" (PDF) . Coherent Inc. 2003-02-01. Archivado desde el original (PDF) el 2011-07-08 . Consultado el 2008-01-11 .
  5. ^ "Novalux gana el premio Insight Media "Best Buzz" en la feria de electrónica de consumo 2006". Insight Media. 1 de febrero de 2006.
  6. ^ "Mitsubishi se suma al club de los televisores láser". Display Daily. 16 de febrero de 2006. Archivado desde el original el 6 de abril de 2008.
  7. ^ Marriott, Michel (3 de abril de 2006). "Mitsubishi aprovecha los láseres de colores para producir televisores de alta definición ligeros de nueva generación". The New York Times . Consultado el 7 de mayo de 2010 .
  8. ^ "Tecnología de TV láser: el asesino del plasma y el LCD". Gizmodo . 2006-10-11 . Consultado el 2007-01-04 .
  9. ^ "Mitsubishi Digital Electronics America, Inc. anuncia los tamaños de pantalla de los televisores láser LaserVue que se comercializarán en el tercer trimestre de 2008" (PDF) . Mitsubishi Digital Electronics America, Inc. 25 de junio de 2008.[ enlace muerto permanente ]
  10. ^ "Mitsubishi presenta un televisor láser y un sistema de cine en casa 3D". technologyreview.com. 8 de enero de 2008.
  11. ^ "Televisores de alta definición: los colores de los televisores láser Mitsubishi lucen aún más vivos que los de las chicas en el plató". Gizmodo . 2008-01-08.
  12. ^ "Mitsubishi presenta su televisor láser". Engadget . 2008-01-08.
  13. ^ "El color brilla con más intensidad en el televisor láser de Mitsubishi". Blog de ciencia popular. 9 de enero de 2008.
  14. ^ "Mitsubishi Laser TV: los colores pueden ser demasiado brillantes". Hoy en PC World. 8 de enero de 2008. Archivado desde el original el 16 de julio de 2011.
  15. ^ "Mitsubishi anuncia los precios de su televisor de alta definición con tecnología láser". Bitstream . 8 de septiembre de 2008. Archivado desde el original el 8 de septiembre de 2008.
  16. ^ "Mitsubishi Electric LaserVue - Preguntas frecuentes". Mitsubishi Digital Electronics America, Inc. 7 de abril de 2008. Archivado desde el original el 28 de agosto de 2009. Consultado el 25 de septiembre de 2009 .
  17. ^ "Mitsubishi abandona RPTV, el inventario casi se agota - Mitsubishi Electric LaserVue se desmantela" www.twice.com. 2012-12-03. Archivado desde el original el 2013-05-25 . Consultado el 2013-04-24 .
  18. ^ "Mitsubishi anuncia los precios de su HDTV basado en láser". cnet . 2013-03-08.
  19. ^ "激光电视产业分会将举行第一次成员大会,激光电视迎来新发展_ZNDS资讯". n.znds.com (en chino (China)) . Consultado el 6 de marzo de 2020 .
  20. ^ "¿Qué es un proyector de video láser?". Lifewire . Consultado el 6 de marzo de 2020 .
  21. ^ Morrison, Geoffrey. "Por qué los láseres son el futuro (de los proyectores)". CNET . Consultado el 6 de marzo de 2020 .
  22. ^ "La tecnología detrás de la pantalla". Novalux . Consultado el 4 de septiembre de 2007 .
  23. ^ "Especificaciones de la pantalla láser de LG". LG Electronics .
  24. ^ Morgenstern, Steve (2007). "Colores nítidos como el láser". Popular Science . 270 (1): 24.
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  26. ^ Chen, Yunfei; Liu, Xaodong; Wang, Lipo; Ji, Chunlei; Sol, Qiang; Ren, Yuan; Wang, Xin (noviembre de 2014). Sistemas y Tecnología Informática. Prensa CRC. pag. 1.ISBN 9781315651491. Recuperado el 6 de diciembre de 2015 .
  27. ^ "国家给出权威认定:激光电视最护眼". tech.sina.com.cn. ​17 de septiembre de 2018 . Consultado el 8 de marzo de 2020 .
  28. ^ ""用于激光显示Nd:GdVO4和LBO晶体工程技术开发研究"通过验收----中国科学院". www.cas.cn. ​Consultado el 6 de marzo de 2020 .
  29. ^ "让激光走进千家万户 新一代红光LD材料与器件关键技术与工程化研究项目正式启动". www.sohu.com . Consultado el 6 de marzo de 2020 .
  30. ^ "DLP vs. LCD vs. LED vs. LCoS vs. Laser: Shedding Light on Projector Technology" (DLP vs. LCD vs. LED vs. LCoS vs. Laser: arrojando luz sobre la tecnología de los proyectores). www.electropages.com . Consultado el 8 de marzo de 2020 .
  31. ^ Candry, Patrick; Maximus, Bart (2015). "Pantallas de proyección: nuevas tecnologías, desafíos y aplicaciones". Revista de la Sociedad de Visualización de Información . 23 (8): 347–357. doi :10.1002/jsid.316. S2CID  60918786.