نمایشگر ویدیویی لیزری

تلویزیون و نمایشگر لیزری

نمایشگر لیزری اصطلاحی است که برای توصیف استفاده از نور لیزر برای اهداف سرگرمی استفاده می شود. سیستم‌های نمایش لیزری برای نمایش‌ها و رویدادهای بزرگ ایده‌آل هستند، زیرا پرتوها و افکت‌های لیزر متمرکز مانند تصاویر متحرک و الگوها را روی دیوارها، سقف‌ها یا سطوح دیگر در فاصله‌ای طولانی ایجاد و پخش می‌کنند. ترکیب سیستم‌های نور لیزر با موسیقی، افراد را از طریق تأثیرات صوتی و بصری متعددی هیجان‌زده می‌کند که در آن ضرب‌های ریتمیک با جلوه‌های نورانی مختلفی همراه است که با موسیقی هماهنگ است و بر حال و هوای موسیقی تأکید می‌کند. علاوه بر این، با استفاده از دود، مه، پروژکتورهای ویدئویی و صفحه نمایش های بزرگ آب، می توان نمایش های لیزری چند رسانه ای عظیم و چشمگیر ایجاد کرد.
 
تلویزیون رنگی لیزری (تلویزیون لیزری) یا نمایشگر ویدیوی رنگی لیزری از دو یا چند پرتو نوری (لیزر) مدوله‌شده جداگانه با رنگ‌های مختلف برای تولید یک نقطه ترکیبی استفاده می‌کند که توسط یک سیستم آینه چند ضلعی اسکن شده و در سراسر صفحه تصویر نمایش داده می‌شود. با استفاده از ابزارهای الکترونیک نوری برای تولید یک نمایشگر تلویزیونی رنگی. این سیستم ها یا با اسکن کردن کل تصویر در یک نقطه و مدوله کردن لیزر به طور مستقیم در فرکانس بالا، بسیار شبیه پرتوهای الکترونی در یک لوله پرتو کاتدی، یا با پخش نوری و سپس مدولاسیون لیزر و اسکن هر یک خط در یک نوبت کار می کنند، به گونه ای که خود خط، بسیار شبیه به همان روشی که با پردازش نور دیجیتال (DLP) (digital light processing) انجام می شود، مدوله می شود.
 
مورد خاص تک پرتو، سیستم را به یک صفحه نمایش تک رنگ، به عنوان مثال، در تلویزیون سیاه و سفید، کاهش می دهد. این اصل در یک نمایش دید مستقیم و همچنین در یک سیستم پروژکتور لیزری (جلو یا عقب) کاربرد دارد.
 
فناوری تلویزیون لیزری در دهه 1990 ظاهر شد. در قرن بیست و یکم، توسعه سریع و بلوغ لیزرهای نیمه هادی و سایر فناوری ها مزایای جدیدی به آن بخشید.
 
منبع لیزر برای نمایش تلویزیونی یا ویدئویی در ابتدا توسط Helmut K.V. Lotsch در اختراع آلمانی 1 193 844 پیشنهاد شد. در دسامبر 1977 H.K.V. Lotsch  و F. Schroeter تلویزیون رنگی لیزری را برای سیستم‌های معمولی و همچنین نوع پروجکشن توضیح دادند و مثال‌هایی از کاربردهای بالقوه آن ارائه کردند. 18 سال بعد، شرکت آلمانی Schneider AG یک نمونه اولیه تلویزیون لیزری کاربردی را در IFA'95  در برلین/آلمان ارائه کرد. با این حال، به دلیل ورشکستگی Schneider AG، نمونه اولیه آن هرگز تا بیشتر از یک محصول آماده بازار توسعه پیدا نکرد.
 
فناوری روشنایی لیزری که در سال 1966 پیشنهاد شد، بسیار پرهزینه تر از آن باقی ماند که در محصولات مصرفی قابل استفاده تجاری مورد استفاده قرار گیرد. در نمایشگاه الکترونیک مصرفی لاس وگاس در سال 2006، Novalux Inc.، توسعه دهنده فناوری لیزر نیمه هادیNecsel، منبع نور لیزر خود را برای نمایشگرهای پروجکشن و یک نمونه اولیه تلویزیون "لیزری" با پروژکتور عقب نشان داد. اولین گزارش‌ها در مورد توسعه تلویزیون لیزری تجاری در 16 فوریه 2006 منتشر شد که همراه بود با تصمیم‌گیری در مورد در دسترس بودن تلویزیون‌های لیزری در مقیاس بزرگ که انتظار می‌رفت تا اوایل سال 2008 صورت گیرد. در 7 ژانویه 2008، در رویدادی مرتبط با Consumer Electronics Show 2008، Mitsubishi Digital Electronics America، بازیگر کلیدی در بازارهای لیزر قرمز با کارایی بالا و HDTV با صفحه نمایش بزرگ، اولین تلویزیون لیزری تجاری خود را رونمایی کرد، مدل 65 اینچی 1080p. یک نویسنده علوم عامه پسند، تحت تأثیر ارائه رنگی نمایشگر ویدئویی لیزری میتسوبیشی در نمایشگاه CES 2008 قرار گرفت. برخی حتی آن را بسیار مهیج توصیف کردند تا حدی که به نظرشان مصنوعی به نظر می رسید. [14 ThislLaser TV، با نام تجاری"Mitsubishi LaserVue TV"، در 16 نوامبر 2008 به قیمت 6999 دلار به فروش رفت، اما کل پروژه تلویزیون لیزری میتسوبیشی در سال 2012 متروک شد.
 تلویزیون های لیزری نسبت به تلویزیون های LCD هم اندازه خود، مصرف برق کمتری دارند. به عنوان مثال، یک تلویزیون لیزری 100 اینچی کمتر از 300 وات مصرف می کند که یک دوم تا یک سوم مصرف تلویزیون ال سی دی هم اندازه آن است. وزن تلویزیون های لیزری تقریباً یک دهم تلویزیون های LCD با همان اندازه است و مردم می توانند تلویزیون های لیزری 80 اینچی را در فاصله دید 3 متری تماشا کنند.ال‌جی در سال 2013 یک تلویزیون لیزری پیش‌نمایش جلویی را به‌عنوان یک محصول مصرف‌کننده معرفی کرد که تصاویر و ویدیوهایی در ابعاد 100 اینچ (254 سانتی‌متر) با وضوح کامل 1920 در 1080 پیکسل را نمایش می‌دهد. این تلویزیون می تواند تصاویر را به فاصله 22 اینچ (56 سانتی متر) روی صفحه نمایش بیفکند.
 
در چین، ششمین جلسه شورای هفتم انجمن صنعت ویدیو الکترونیک چین به طور رسمی تأسیس شعبه صنعت تلویزیون لیزری را تصویب کرد. همچنین تأسیس شعبه صنعت، نماد این است که کل زنجیره صنعتی اتصال دهنده بالادست و پایین دست حوزه تلویزیون لیزری رسماً افتتاح می شود تا صنعت تلویزیون لیزری بزرگتر و قوی تر شود. تا سال 2022، فروش تلویزیون های لیزری در بازار چین از 1 میلیون دستگاه فراتر خواهد رفت و فروش آن به 11.8 میلیارد یوان خواهد رسید.
 

اصول

تصاویر تلویزیون لیزری توسط صفحه نمایش منعکس شده و برای تشکیل تصویر وارد چشم انسان می شود. اصل تلویزیون لیزری استفاده از فناوری DLP  برای نمایش تصویر است. تراشه DMD را به عنوان مثال در نظر بگیرید. تراشه DMD جزء اصلی تصویربرداری یک تلویزیون لیزری است. میلیون‌ها آینه کوچک چیده شده‌اند و هر آینه کوچک می‌تواند با فرکانس ده‌ها هزار بار در ثانیه در جهت مثبت و منفی بچرخد. نور به طور مستقیم از طریق این آینه های کوچک روی صفحه نمایش منعکس می شود و یک تصویر را تشکیل می دهد. به دلیل اینرسی بینایی چشم انسان، سه رنگ اصلی که با سرعت زیاد بر روی یک پیکسل تابش می‌شوند، مخلوط شده و روی هم قرار می‌گیرند و یک رنگ را تشکیل می‌دهند.
 

فناوری

لیزرها ممکن است جایگزینی ایده‌آل برای لامپ‌های  UHPشوند که در حال حاضر در دستگاه‌های نمایشگر پروژکتوری مانند تلویزیون با پروژکتور عقب و پروژکتورهای جلو استفاده می‌شوند. LG ادعا می کند که طول عمر پروژکتور لیزریش 25000 ساعت  در مقایسه با 10000 ساعت برای یک UHP  است. تلویزیون‌های کنونی تنها 40 درصد از طیف رنگی را که انسان می‌تواند به طور بالقوه درک کند، نمایش می‌دهند.
 
تلویزیون رنگی به نور در سه طول موج مجزا نیاز دارد - قرمز، سبز و آبی. در حالی که دیودهای لیزر قرمز به صورت تجاری در دسترس هستند، هیچ دیود لیزر سبز رنگی وجود ندارد که بتواند توان مورد نیاز را در دمای اتاق با طول عمر کافی تأمین کند. در عوض، می توان از دو برابر کردن فرکانس برای ارائه طول موج های سبز استفاده کرد. از چندین نوع لیزر می توان به عنوان منابع دو برابر فرکانس استفاده کرد: لیزرهای فیبری، لیزرهای دوگانه بین حفره ای، لیزرهای مضاعف حفره خارجی، eVCSEL ها وOPSLها (لیزرهای نیمه هادی پمپ شده از طریق اپتیکی (Optically Pumped Semiconductor Lasers)). در بین لیزرهای دوگانه بین حفره‌ای، VCSELها نویدبخشی و پتانسیل زیادی را نشان داده‌اند که مبنایی برای لیزر دو برابر فرکانس در مقیاس تولید انبوه است.
 
دیودهای لیزر آبی در حدود سال 2010 به طور آشکار در دسترس قرار گرفتند.
 
یکVECSEL  حفره‌ای عمودی است و از دو آینه تشکیل شده است. در بالای یکی از آنها یک دیود به عنوان رسانه فعال قرار دارد. این لیزرها بازده کلی بالا را با کیفیت پرتو خوب ترکیب می کنند. نور حاصل از دیودهای لیزر IR با قدرت بالا با استفاده از نسل دوم هارمونیک هدایت موج خارج از حفره به نور مرئی تبدیل می شود. پالس‌های لیزری با سرعت تکرار حدود 10 کیلوهرتز و طول‌های مختلف به یک دستگاه میکروآینه دیجیتال ارسال می‌شوند که در آن هر آینه پالس را به روی صفحه نمایش یا به داخل ظرف تخلیه هدایت می‌کند. از آن جایی که طول موج ها مشخص است، همه پوشش ها را می توان برای کاهش انعکاس و در نتیجه لکه گیری بهینه کرد.
 

مشخصات

تصاویر تلویزیون لیزری توسط صفحه نمایش منعکس شده و برای تشکیل تصویر وارد چشم انسان می شود. طبق نظر چشم پزشکان و ارزیابی های حرفه ای، محصولات لیزری تلویزیون، محصولات نمایشگر هستند که برای چشم غیر مسلح بی ضرر هستند. صفحه نمایش فاقد تشعشعات الکترومغناطیسی است، و از این رو محافظ چشم، سالم و راحت است. تلویزیون های لیزری عمدتاً دارای اندازه بزرگ هستند، با منابع نور خالص، رنگ های روشن و با اصالت، و همچنین با وضوح صفحه نمایش4K  پشتیبانی می شوند.
 
تلویزیون های لیزری نسبت به تلویزیون های LCD هم اندازه خود، مصرف برق کمتری دارند. به عنوان مثال، یک تلویزیون لیزری 100 اینچی کمتر از 300 وات مصرف می کند که یک دوم تا یک سوم مصرف تلویزیون ال سی دی هم اندازه آن است. وزن تلویزیون های لیزری تقریباً یک دهم تلویزیون های LCD با همان اندازه است و مردم می توانند تلویزیون های لیزری 80 اینچی را در فاصله دید 3 متری تماشا کنند.
 

مونتاژ

مدولاسیون سیگنال لیزری

سیگنال ویدئویی توسط یک مدولاتور آکوستو-اپتیک (AOM) (acousto-optic modulator) به پرتو لیزر معرفی می‌شود که از یک کریستال انکسار نوری برای جدا کردن پرتو در زوایای پراش مشخص استفاده می‌کند. پرتو باید در زاویه خاص براگ آن کریستال AOM وارد کریستال شود. یک عنصر پیزوالکتریک سیگنال ویدئویی را به ارتعاشات در کریستال تبدیل می کند تا یک تصویر ایجاد نماید.
 

تازه سازی افقی و عمودی

یک آینه چند ضلعی به سرعت در حال چرخش به پرتو لیزر مدولاسیون تازه سازی افقی می دهد. پرتو از یک آینه منحنی بر روی یک آینه نصب شده بر روی گالوانومتر منعکس می شود که طراوت عمودی را فراهم می کند. راه دیگر این است که پرتو را به صورت نوری پخش کنید و کل خط را به یک‌باره مدوله کنید، دقیقاً مانندDLP با کاهش حداکثر توان مورد نیاز در لیزر و ثابت نگه داشتن مصرف انرژی.
 

ویژگی های نمایش

* حفظ توان خروجی کامل برای طول عمر لیزر؛ کیفیت تصویر کاهش نمی یابد.
* طیف رنگی بسیار گسترده ای دارد که می تواند تا 90 درصد رنگ هایی را که چشم انسان با تنظیم طول موج لیزر درک می کند تولید کند.
* قابلیت نمایش ویدئوهای استریوسکوپی سه بعدی.
* می توان با حفظ فوکوس، تصویر را روی هر سطحی با هر عمق یا شکلی افکند.
 

برنامه های کاربردی

چندین مورد از پروژکتورهای لیزری وجود دارد، یک مثال بر اساس اصل یک نقطه نوری در حال پرواز است که تصویر را مستقیماً روی صفحه می‌نویسد. یک پروژکتور لیزری از این نوع از سه جزء اصلی تشکیل شده است - یک منبع لیزری از سیگنال ویدئویی برای ارائه نور مدوله شده متشکل از سه رنگ طیفی واضح - قرمز، سبز و آبی - استفاده می کند که یک موجبر فیبر نوری انعطاف پذیر سپس آن را به یک هدِ پروجکشن نسبتا کوچک منتقل می کند. سر یا هد پروجکشن پرتو را مطابق با ساعت پیکسل منحرف می کند و آن را با فاصله دلخواه روی صفحه نمایش می فرستد. از چنین تکنیک‌های پرتاب لیزری در پروژکتورهای دستی، سیاره‌نماها و شبیه‌سازهای پرواز و دیگر برنامه‌های واقعیت مجازی استفاده می‌شود.
 
با توجه به ویژگی‌های خاص پروژکتورهای لیزری مانند عمق میدان زیاد، امکان پخش تصاویر یا داده‌ها بر روی هر سطحی، حتی غیرمسطح، وجود دارد. به طور معمول، وضوح، فضای رنگ، و نسبت کنتراست بالاتر از سایر فناوری های پروجکشن است. به عنوان مثال، کنتراست روشن و خاموش یک پروژکتور لیزری معمولاً 50000:1 و بالاتر است، در حالی که پروژکتورهای DLP و LCD مدرن از 1000:1 تا 40000:1 متغیر هستند. در مقایسه با پروژکتورهای معمولی، پروژکتورهای لیزری خروجی شار نور کمتری را ارائه می دهند، اما به دلیل کنتراست بسیار بالا، روشنایی در واقع بیشتر به نظر می رسد.
 

وضعیت توسعه

به منظور تسریع بیشتر پذیرش نمایشگرهای لیزری، وزارت علوم و فناوری چین "مهندسی و توسعه فناوری نمایشگر لیزری نسل بعدی" را به عنوان یکی از هشت جهت توسعه صنعتی در اولویت قرار داده است. با برطرف شدن تدریجی مشکلات فنی مرتبط، محبوبیت محصولات تلویزیون لیزری در خانواده ها همچنان یک هدف اصلی است.
 
در پایان دسامبر 2019، آزمایشگاه CESI مؤسسه ملی استاندارد الکترونیکی چین و تیمی از چشم پزشکان از بیمارستان کالج پزشکی اتحادیه پکن یک پروژه تحقیقاتی در رابطه با ادراک بصری و فشار چشم نمایشگرهای لیزری انجام دادند. در این مطالعه، 32 نفر در شرایط محیطی مشابهی با تلویزیون لیزری و تلویزیون LCD قرار گرفتند. فرکانس پلک زدن چشم و نمره درک ذهنی بین نمایشگرها مقایسه و تجزیه و تحلیل شد. نتایج نشان داد که تماشای تلویزیون ال سی دی برای مدت طولانی علائم خاصی مانند تورم چشم، درد چشم، ترس از نور، خشکی چشم و تاری دید را ایجاد می کند، در حالی که تماشای تلویزیون لیزری، هیچ تغییر بصری یا ناراحتی چشمی آشکاری نداشت.
 ترکیب سیستم‌های نور لیزر با موسیقی، افراد را از طریق تأثیرات صوتی و بصری متعددی هیجان‌زده می‌کند که در آن ضرب‌های ریتمیک با جلوه‌های نورانی مختلفی همراه است که با موسیقی هماهنگ است و بر حال و هوای موسیقی تأکید می‌کند. در 16 ژانویه 2020، شعبه صنعت تلویزیون لیزر انجمن صنعت ویدیو الکترونیکی چین اولین گزارش جامع صنعت را در مورد مراقبت از چشم در برابر تلویزیون لیزری را در شانگهای منتشر کرد. این گزارش داده‌های ارزیابی مراقبت از چشم در مورد تلویزیون‌های لیزری و تلویزیون‌های LCD سنتی را توسط کارشناسان چشم‌پزشکی آزمایشگاه CESI و بیمارستان کالج پزشکی اتحادیه پکن در مؤسسه استانداردسازی فناوری الکترونیک چین منتشر کرد و پیشنهاداتی علمی در مورد نحوه محافظت از سلامت بینایی نوجوانان ارائه کرد. بازار تلویزیون‌های لیزری از سال 2014 تا 2019 نرخ رشد ترکیبی کلی 281 درصدی را تجربه کرده است. در سال 2019، تلویزیون لیزری Hisense 80L5 در فهرست پرفروش‌ترین تلویزیون‌های سالانه رتبه اول را کسب کرد. بر اساس داده‌های نظرسنجی کاربران، بیش از 93 درصد از کاربران، تلویزیون‌های لیزری را به دلیل مزایای ادعایی محافظت از سلامت چشم انتخاب کردند.
 

چشم انداز

در مقایسه با تلویزیون های ال ای دی ال سی دی، تلویزیون های لیزری مزایای زیادی در تصویرسازی با صفحه نمایش بزرگ دارند. از نظر ترکیب فنی، تلویزیون لیزری از منبع نور لیزر، ماژول تصویربرداری، سیستم کنترل مدار و نمایشگر تشکیل شده است. پیشرفت فناوری در هر یک از این واحدها به افزایش سهم بازار در مقایسه با فناوری های نمایشگر رقیب کمک می کند. علاوه بر این، منابع نور لیزر دارای مزایای تولید کربن کمتر، وسعت رنگ بالاتر و بازده انرژی بالاتر هستند. پیشرفت تلویزیون لیزری همراه با فناوری تصویربرداری نوری بهتر می تواند در بازار نمایش خانگی آینده سودآور باشد.
 

چالش های فنی

لیزرها گران ترین اجزای تلویزیون های لیزری هستند. دیودهای پیشرفته‌تر لیزر معمولاً برای تولید به مواد نیمه‌رسانای بیشتری نیاز دارند، بنابراین کاهش هزینه‌ها برای صنعتی‌سازی تلویزیون‌های لیزری در آینده قابل پیش‌بینی، موضوعی است که باقی خواهد ماند. محصولات تلویزیون لیزری موجود معمولاً از دستگاه های نیمه هادی وارداتی استفاده می کنند. در راه‌حل‌های فعلی نمایشگرهای بزرگ، فناوری‌های رقیب مختلفی مانند  LCD، OLED  و نمایشگرهای Micro LED آینده وجود دارد. تلویزیون های لیزری باید به توسعه خود ادامه دهند تا مزیت رقابتی خود را حفظ کنند تا سهم بیشتری از بازار را به خود اختصاص دهند.
 

استفاده بیشتر از نمایشگرهای لیزری

پروژکتور لیزری نه تنها برای جشنواره ها، کنسرت ها و در کلوپ های شبانه استفاده می شود، بلکه می تواند به طور مؤثر برای تبلیغات نیز استفاده شود. راه های زیادی برای ترکیب نور لیزر با عناصر دیگر برای نمایش لیزری چند رسانه ای عظیم وجود دارد. استفاده از لیزرهای با قدرت بالا بهترین راه برای روشن کردن آسمان شب و استفاده از لیزر نمایشی برجسته است.
 
منبع: laserworld