تلفزيون ليزري

التلفزيون الملون بالليزر ، أو شاشة عرض الفيديو الملونة بالليزر، هو نوع من أجهزة التلفزيون يستخدم شعاعًا ضوئيًا واحدًا أو أكثر (شعاع ليزر) بألوان مختلفة، يتم تعديلها بشكل فردي، لإنتاج بقعة مدمجة تُمسح ضوئيًا وتُسقط على مستوى الصورة بواسطة نظام مرآة متعددة الأضلاع، أو بشكل أقل فعالية بواسطة وسائل كهروضوئية لإنتاج شاشة عرض ملونة. تعمل هذه الأنظمة إما عن طريق مسح الصورة بأكملها نقطةً تلو الأخرى وتعديل الليزر مباشرةً بتردد عالٍ، تمامًا مثل حزم الإلكترونات في أنبوب أشعة الكاثود ، أو عن طريق نشر الليزر ضوئيًا ثم تعديله ومسح خط واحد في كل مرة، حيث يتم تعديل الخط نفسه بنفس طريقة معالجة الضوء الرقمية (DLP).

في حالة شعاع واحد، يتحول النظام إلى شاشة أحادية اللون ، كما هو الحال في التلفزيون الأبيض والأسود . وينطبق هذا المبدأ على شاشة العرض المباشر، وكذلك على نظام جهاز عرض الليزر (الأمامي أو الخلفي) .

بدأت تقنية التلفزيون الليزري بالظهور في التسعينيات. وفي القرن الحادي والعشرين، أدى التطور السريع ونضج ليزرات أشباه الموصلات وغيرها من التقنيات إلى منحها مزايا جديدة.

اقترح هيلموت ك. ف. لوتش مصدر الليزر لعرض التلفزيون أو الفيديو في براءة الاختراع الألمانية رقم 1193166. ^{[ 1 ]} في ديسمبر 1970، شرح لوتش و ف. شروتر تقنية التلفزيون الملون بالليزر للأنظمة التقليدية وأنظمة العرض الضوئي، وقدما أمثلة على التطبيقات المحتملة. ^{[ 2 ]} بعد 18 عامًا، عرضت شركة شنايدر إيه جي الألمانية نموذجًا أوليًا عمليًا لتلفزيون ليزري في معرض IFA'95 في برلين ، ألمانيا . إلا أنه بسبب إفلاس شنايدر إيه جي، لم يتم تطوير النموذج الأولي ليصبح منتجًا جاهزًا للتسويق.

طُرحت تقنية الإضاءة بالليزر عام 1966، ^{[ 3 ]} إلا أنها ظلت باهظة التكلفة بحيث لا يمكن استخدامها في المنتجات الاستهلاكية ذات الجدوى التجارية. ^{[ 4 ]} وفي معرض لاس فيغاس للإلكترونيات الاستهلاكية عام 2006، عرضت شركة نوفالوكس ، مطورة تقنية ليزر أشباه الموصلات نيكسل، مصدر إضاءة ليزر لشاشات العرض ونموذجًا أوليًا لتلفزيون "ليزر" بتقنية العرض الخلفي. ^{[ 5 ]} نُشرت التقارير الأولى عن تطوير تلفزيون ليزري تجاري في وقت مبكر من 16 فبراير 2006 ^{[ 6 ] [ 7 ]،} مع توقع صدور قرار بشأن توفير أجهزة التلفزيون الليزرية على نطاق واسع بحلول أوائل عام 2008. ^{[ 8 ]} في 7 يناير 2008، وفي حدث مرتبط بمعرض الإلكترونيات الاستهلاكية 2008، كشفت شركة ميتسوبيشي ديجيتال إلكترونيكس أمريكا، وهي شركة رائدة في أسواق الليزر الأحمر عالي الأداء ^{[ 9 ]} وشاشات التلفزيون عالية الوضوح الكبيرة، عن أول تلفزيون ليزري تجاري لها، وهو طراز 65 بوصة بدقة 1080 بكسل . ^{[ 10 ] [ 11 ] [ 12 ]} وقد أبدى أحد كتّاب مجلة العلوم الشعبية إعجابه بدقة عرض الألوان في شاشة فيديو ليزرية من ميتسوبيشي في معرض الإلكترونيات الاستهلاكية 2008. ^{[ 13 ]} حتى أن البعض وصفها بأنها شديدة السطوع لدرجة أنها تبدو مصطنعة. ^{[ 14 ]} وطُرح هذا التلفزيون الليزري، الذي يحمل العلامة التجارية "Mitsubishi LaserVue TV"، للبيع في 16 نوفمبر 2008. بسعر 6999 دولارًا، ولكن تم إلغاء مشروع تلفزيون الليزر بالكامل لشركة ميتسوبيشي في عام 2012. ^{[ 15 ] [ 16 ] [ 17 ]}

طرحت شركة إل جي تلفزيونًا ليزريًا بتقنية العرض الأمامي في عام 2013 ^{[ 18 ]} كمنتج استهلاكي يعرض الصور والفيديوهات بحجم 100 بوصة (254 سم) بدقة عالية الوضوح تبلغ 1920 × 1080 بكسل. ويمكنه عرض الصور على الشاشة من مسافة 22 بوصة (56 سم).

في الصين ، وافقت الدورة السادسة للمجلس السابع للجمعية الصينية لصناعة الفيديو الإلكتروني رسميًا على إنشاء فرع لصناعة أجهزة التلفزيون الليزرية. ويرمز إنشاء هذا الفرع إلى افتتاح سلسلة التوريد الصناعية الكاملة التي تربط بين مراحل الإنتاج والتوزيع في مجال أجهزة التلفزيون الليزرية، بهدف تعزيز نمو هذه الصناعة وتطويرها. وبحلول عام 2022، ستتجاوز مبيعات أجهزة التلفزيون الليزرية في السوق الصينية مليون وحدة، لتصل قيمتها إلى 11.8 مليار يوان صيني . ^{[ 19 ]}

تنعكس صور التلفزيون الليزري عن الشاشة وتدخل إلى العين البشرية لتكوين الصورة. يعتمد مبدأ عمل التلفزيون الليزري على تقنية DLP لعرض الصور. لنأخذ شريحة DMD كمثال. تُعد شريحة DMD المكون الأساسي للتصوير في التلفزيون الليزري. تحتوي هذه الشريحة على ملايين المرايا الصغيرة المرتبة، حيث يمكن لكل مرآة أن تنقلب في الاتجاهين الموجب والسالب بتردد يصل إلى عشرات الآلاف من المرات في الثانية. ^{[ 20 ]} ينعكس الضوء مباشرةً على الشاشة من خلال هذه المرايا الصغيرة لتكوين الصورة. وبسبب القصور الذاتي البصري للعين البشرية، تختلط الألوان الأساسية الثلاثة التي تُشع على نفس البكسل بسرعة عالية وتتراكب لتكوين اللون. ^{[ 21 ]}

قد تُصبح أشعة الليزر بديلاً مثالياً لمصابيح UHP ^{[ 22 ]} المستخدمة حالياً في أجهزة العرض الضوئي، مثل أجهزة التلفاز ذات العرض الخلفي وأجهزة العرض الأمامي. وتدّعي شركة إل جي أن عمر جهاز العرض الليزري الخاص بها يصل إلى 25000 ساعة ^{[ 23 ]} ، مقارنةً بـ 10000 ساعة لمصابيح UHP. وتستطيع أجهزة التلفاز الحالية عرض 40% فقط من نطاق الألوان الذي يُمكن للبشر إدراكه. ^{[ 24 ]}

يتطلب التلفزيون الملون ضوءًا بثلاثة أطوال موجية مميزة : الأحمر والأخضر والأزرق. ورغم توفر ثنائيات الليزر الحمراء تجاريًا، إلا أنه لا توجد ثنائيات ليزر خضراء متوفرة تجاريًا قادرة على توفير الطاقة المطلوبة في درجة حرارة الغرفة مع عمر افتراضي كافٍ. وبدلًا من ذلك، يمكن استخدام مضاعفة التردد لتوفير الأطوال الموجية الخضراء. ويمكن استخدام أنواع عديدة من الليزر كمصادر لمضاعفة التردد، منها: ليزر الألياف، وليزر مضاعفة التردد بين التجاويف، وليزر مضاعفة التردد بالتجويف الخارجي، وليزر VCSEL، وليزر OPSL (ليزر أشباه الموصلات المضخّم ضوئيًا). ومن بين ليزر مضاعفة التردد بين التجاويف، أظهر ليزر VCSEL إمكانات واعدة وإمكانات كبيرة ليكون أساسًا لإنتاج ليزر مضاعفة التردد بكميات كبيرة.

أصبحت ثنائيات الليزر الزرقاء متاحة للعموم حوالي عام 2010.

ليزر VECSEL عبارة عن تجويف رأسي، ويتكون من مرآتين. يوجد فوق إحداهما ثنائي باعث للضوء (دايود) يعمل كوسيط فعال. تجمع هذه الليزرات بين كفاءة إجمالية عالية وجودة شعاع ممتازة. يُحوّل الضوء الصادر من ثنائيات ليزر الأشعة تحت الحمراء عالية القدرة إلى ضوء مرئي باستخدام توليد التوافقي الثاني الموجه بموجات خارج التجويف . تُرسل نبضات الليزر، بتردد تكرار يبلغ حوالي 10 كيلوهرتز وأطوال مختلفة، إلى جهاز مرايا دقيقة رقمي، حيث توجه كل مرآة النبضة إما إلى الشاشة أو إلى المصرف. ولأن الأطوال الموجية معروفة، يمكن تحسين جميع الطلاءات لتقليل الانعكاسات وبالتالي تقليل التشويه.

تنعكس صور التلفزيونات الليزرية من الشاشة وتدخل إلى العين البشرية لتُعرض. ووفقًا لأطباء العيون والتقييمات المتخصصة، تُعدّ شاشات التلفزيون الليزرية منتجات عرض آمنة للعين المجردة. فالشاشة لا تُصدر أي إشعاع كهرومغناطيسي ، مما يجعلها واقية للعين وصحية ومريحة. ^{[ 25 ]} وتتفوق شاشات التلفزيون الليزرية على شاشات القراءة الورقية بنسبة 20% من حيث راحة القراءة. وتتميز هذه التلفزيونات بحجمها الكبير، ومصادر إضاءتها النقية، وألوانها الزاهية، ودقتها العالية، كما تدعم دقة عرض 4K .

تتميز أجهزة التلفاز الليزرية باستهلاك طاقة أقل من أجهزة التلفاز LCD ذات الحجم نفسه. فعلى سبيل المثال، يستهلك تلفاز ليزري بحجم 100 بوصة أقل من 300 واط، أي ما يعادل نصف إلى ثلث استهلاك تلفاز LCD ذي الحجم نفسه. كما أن وزن أجهزة التلفاز الليزرية يبلغ عُشر وزن أجهزة التلفاز LCD ذات الحجم نفسه تقريبًا، ويمكن مشاهدة أجهزة التلفاز الليزرية بحجم 80 بوصة من مسافة 3 أمتار. ^{[ 26 ]}

توجد عدة أشكال لأجهزة عرض الليزر، منها ما يعتمد على مبدأ بقعة ضوئية متحركة ترسم الصورة مباشرةً على الشاشة. يتكون جهاز عرض الليزر من هذا النوع من ثلاثة مكونات رئيسية  : مصدر ليزر يستخدم إشارة الفيديو لتوفير ضوء مُعدَّل يتكون من ثلاثة ألوان طيفية حادة  - الأحمر والأخضر والأزرق  - ينقلها بعد ذلك موجه ضوئي مرن من الألياف البصرية إلى رأس عرض صغير نسبيًا. يقوم رأس العرض بتوجيه الشعاع وفقًا لتوقيت البكسل، ثم يُسقطه على الشاشة على مسافة محددة. تُستخدم تقنيات عرض الليزر هذه في أجهزة العرض المحمولة ، وقاعات العرض الفلكية، ومحاكيات الطيران، وتطبيقات الواقع الافتراضي الأخرى.

بفضل الميزات الخاصة لأجهزة العرض الليزرية، مثل عمق المجال العالي ، يُمكن عرض الصور أو البيانات على أي سطح عرض، حتى غير المستوي. عادةً ما تكون حدة الصورة ونطاق الألوان ونسبة التباين أعلى من تلك الموجودة في تقنيات العرض الأخرى. على سبيل المثال، يبلغ تباين التشغيل/الإيقاف في جهاز العرض الليزري عادةً 50,000:1 أو أعلى، بينما تتراوح أجهزة العرض الحديثة بتقنية DLP وLCD بين 1000:1 و40,000:1. بالمقارنة مع أجهزة العرض التقليدية، تُنتج أجهزة العرض الليزرية تدفقًا ضوئيًا أقل، ولكن نظرًا للتباين العالي للغاية، يبدو السطوع أكبر في الواقع.

بهدف تسريع تبني شاشات الليزر، أولت وزارة العلوم والتكنولوجيا الصينية أولوية قصوى لـ"هندسة وتطوير تكنولوجيا شاشات الليزر من الجيل التالي" كأحد الاتجاهات الصناعية الرئيسية الثمانية. ومع حل المشكلات التقنية ذات الصلة تدريجياً، يبقى تعميم استخدام أجهزة التلفزيون الليزرية في المنازل هدفاً رئيسياً.

في نهاية ديسمبر 2019، أجرى مختبر CESI التابع للمعهد الوطني الصيني للتوحيد القياسي الإلكتروني، بالتعاون مع فريق من أطباء العيون من مستشفى كلية الطب بجامعة بكين، مشروعًا بحثيًا حول الإدراك البصري وإجهاد العين الناتج عن شاشات الليزر. في هذه الدراسة، وُضع 32 مشاركًا في نفس الظروف البيئية، حيث تمت مقارنة تلفزيون ليزري وتلفزيون LCD. وتمت مقارنة وتحليل معدل رمش العين ودرجة الإدراك الذاتي بين الشاشتين. أظهرت النتائج أن مشاهدة تلفزيون LCD لفترة طويلة تُسبب أعراضًا معينة مثل تورم العين، وألم العين، والحساسية للضوء، وجفاف العين ، وتشوش الرؤية، بينما لم تُلاحظ أي تغيرات بصرية واضحة أو إزعاج في العين عند مشاهدة تلفزيون الليزر. ^{[ 28 ]}

في 16 يناير 2020، أصدر فرع صناعة التلفزيونات الليزرية التابع للجمعية الصينية لصناعة الفيديو الإلكتروني أول ورقة بيضاء في القطاع حول العناية بالعين عند استخدام التلفزيونات الليزرية، وذلك في شنغهاي. تضمنت الورقة بيانات تقييم العناية بالعين للتلفزيونات الليزرية والتلفزيونات التقليدية بتقنية LCD، والتي أعدها خبراء طب العيون في مختبر CESI التابع للمعهد الصيني لتوحيد معايير تكنولوجيا الإلكترونيات ومستشفى كلية الطب بجامعة بكين ، وقدمت الورقة توصيات علمية حول كيفية حماية صحة بصر المراهقين. ^{[ 29 ]} شهد سوق التلفزيونات الليزرية نموًا سنويًا مركّبًا بنسبة 281% خلال الفترة من 2014 إلى 2019. وفي عام 2019، تصدّر تلفزيون Hisense Laser TV 80L5 قائمة أفضل مبيعات التلفزيونات السنوية. ووفقًا لبيانات استطلاع رأي المستخدمين، اختار أكثر من 93% منهم التلفزيونات الليزرية نظرًا للفوائد المزعومة في حماية صحة العين. ^{[ 30 ]}

بالمقارنة مع أجهزة تلفزيون LCD ذات الإضاءة الخلفية LED ، تتمتع أجهزة التلفزيون الليزرية بالعديد من المزايا في مجال عرض الصور على الشاشات الكبيرة. من الناحية التقنية، يتكون جهاز التلفزيون الليزري من مصدر ضوء ليزري ، ووحدة تصوير، ونظام تحكم بالدائرة، وشاشة عرض. سيساهم التقدم التكنولوجي في كل وحدة من هذه الوحدات في زيادة الحصة السوقية مقارنةً بتقنيات العرض المنافسة. بالإضافة إلى ذلك، تتميز مصادر الضوء الليزرية بانخفاض انبعاثات الكربون الناتجة عن التصنيع، ونطاق ألوان أوسع ، وكفاءة طاقة أعلى . من المتوقع أن يكون تطوير أجهزة التلفزيون الليزرية، بالتزامن مع تحسين تقنية التصوير البصري، مربحًا للغاية في سوق شاشات العرض المنزلية مستقبلًا. ^{[ 31 ]}

تُعدّ الليزرات أغلى مكونات أجهزة التلفزيون الليزرية. وعادةً ما تتطلب ثنائيات الليزر الأكثر تطورًا كميات أكبر من مواد أشباه الموصلات لتصنيعها، لذا سيظل خفض التكاليف تحديًا أمام تصنيع أجهزة التلفزيون الليزرية على نطاق واسع في المستقبل المنظور. وتستخدم أجهزة التلفزيون الليزرية الحالية عمومًا أجهزة أشباه موصلات مستوردة. وفي حلول العرض الحالية ذات الشاشات الكبيرة، توجد مجموعة متنوعة من التقنيات المتنافسة مثل شاشات LCD و OLED وشاشات Micro LED القادمة . ويجب أن تستمر أجهزة التلفزيون الليزرية في التطور للحفاظ على ميزة تنافسية من أجل الاستحواذ على حصة أكبر من السوق. ^{[ 32 ]}