Televisión láser

La televisión láser en color (TV láser), 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 difundiendo 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 pantalla monocromática como, por ejemplo, en la televisión en blanco y negro. Este principio se aplica tanto a una pantalla 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 la madurez de los láseres semiconductores y otras tecnologías le aportaron nuevas ventajas.

La fuente láser para la televisión o la visualización de vídeo fue propuesta originalmente por Helmut K.V. Lotsch en la patente alemana 1 193 844. En diciembre de 1977, H.K.V. Lotsch y F. Schroeter explicaron la televisión láser en color para sistemas convencionales y de proyección y dieron ejemplos de posibles aplicaciones. 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, seguía siendo demasiado costosa para ser utilizada en productos de consumo comercialmente viables. En la Feria de Electrónica de Consumo de Las Vegas de 2006, Novalux Inc., desarrollador de la tecnología láser de semiconductores Necsel, presentó su fuente de iluminación láser para pantallas de proyección y un prototipo de TV láser de retroproyección. Los primeros informes sobre el desarrollo de un televisor láser comercial se publicaron el 16 de febrero de 2006 y se esperaba una decisión sobre la disponibilidad a gran escala de televisores láser para principios de 2008. El 7 de enero de 2008, en un evento asociado con la Feria de Electrónica de Consumo de 2008, Mitsubishi Digital Electronics America, un actor clave en los mercados de televisores de alta definición de pantalla grande y láser rojo de alto rendimiento, presentó su primer televisor láser comercial, un modelo de 65" y 1080p. Un escritor de Popular Science quedó impresionado por la reproducción de color de una pantalla de video láser de Mitsubishi en el CES 2008. Algunos incluso la describieron como demasiado intensa hasta el punto de parecer artificial. 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 televisores láser de Mitsubishi fue cancelado en 2012.

LG presentó en 2013 un televisor láser con proyección frontal 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 Vídeo 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.

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 la imagen de un televisor láser. Hay millones de pequeños espejos dispuestos y cada uno de ellos puede girar en dirección positiva y negativa a una frecuencia de decenas de miles de veces por segundo. 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.

Los láseres pueden convertirse en un sustituto ideal de las lámparas UHP 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, 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.

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 o los 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 necesaria 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 tener 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 compuesta 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 vertedero. 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.

Las imágenes de los televisores láser se reflejan en la pantalla y entran en el ojo humano para captarlas. Según los oftalmólogos y las evaluaciones profesionales, los televisores 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. 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, y 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 ½-⅓ de lo que consume 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.

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.

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 similar a un DLP, lo que reduce la potencia máxima necesaria en el láser y mantiene constante el consumo de energía.

• Mantener la salida de potencia completa para la vida útil del láser; la calidad de imagen no degradará
• Tener 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
• Capable de visualización de vídeo estereoscópico 3D
• Se puede proyectar sobre cualquier profundidad o superficie de forma manteniendo el foco.

Existen varias realizaciones de proyectores láser, una de las cuales 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 definidos (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.

Para acelerar aún más la adopción de pantallas láser, el Ministerio de Ciencia y Tecnología de China ha priorizado la "ingeniería y el desarrollo de la tecnología de pantallas láser de próxima generación" como una de las ocho direcciones principales de desarrollo industrial. A medida que se vayan resolviendo gradualmente los problemas técnicos relacionados, la popularización de los productos de televisión 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.

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 en Shanghái el primer libro blanco de la industria sobre el cuidado de los ojos con televisores láser. El libro blanco publicó los datos de evaluación del cuidado de los ojos de los televisores láser y los televisores LCD tradicionales realizados por 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. El mercado de televisores láser ha experimentado una tasa de crecimiento compuesta general del 281% entre 2014 y 2019. En 2019, el televisor láser 80L5 de Hisense ocupó el primer lugar en la lista anual de 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.

En comparación con los televisores LCD con retroiluminación LED, los televisores láser tienen muchas ventajas en la visualización 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 durante la 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.

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 las pantallas LCD, OLED y las futuras pantallas Micro LED. Los televisores láser deben seguir desarrollándose para mantener una ventaja competitiva y así ocupar una mayor cuota de mercado.