Российские ученые работают над лазерами для сверхчетких телевизоров будущего
В Физическом институте им. П.Н. Лебедева РАН завершен очередной этап разработки, целью которой является создание эффективных лазеров для проекционного телевидения. Речь идет о создании источников света - одновременно мощных и миниатюрных - для формирования трехцветных, так называемых RGB-пикселей.
17:40, Пятница, 20 января 2012 г.
1 комментарий 587 просмотров
Принцип устройства разрабатываемого лазерного телевизора основывается на логическом развитии электронно-лучевого источника света, в котором слой люминофора заменен на полупроводниковый активный слой в микрорезонаторе. Идея лазерной электронно-лучевой трубки принадлежит советским ученым, сотрудникам ФИАН, Н.Г. Басову, О.В. Богданкевичу и А.С. Насибову. Первый советский лазерный дисплей - "Квантоскоп", разработанный в НИИ "Платан" в сотрудничестве с ФИАН, увидел свет в виде готового устройства еще в конце восьмидесятых годов. В нем использовались три лазерные электроннолучевые трубки, излучающие в красном, зеленом и синем диапазонах спектра.
Это был активный дисплей, в котором изображение формировалось внутри источника света. В каждый момент времени лазерный пучок выходил из того места полупроводникового слоя, куда был направлен электронный пучок. Цветное изображение формировалось путем совмещения трех монохромных изображений на большом внешнем экране. Однако это было громоздкое устройство, которое требовало охлаждения полупроводникового слоя до низких температур (-120 С). Необходимо было придумать что-то, что позволило бы достигнуть высокой мощности света при комнатной температуре. Но вскоре весь мир пошел по другому пути - пути создания светоклапанного устройства наподобие жидкокристаллического затвора или матрицы микрозеркал. Оба этих устройства в настоящее время довольно хорошо работают, но хорошего источника монохроматического света для этих устройств до сих пор нет. "Сегодня в мощных проекционных устройствах в качестве источника света используются в основном дуговые ксеноновые лампы высокого давления. Но КПД ксеноновых ламп - примерно 1%, это получается из сопоставления той мощности, что идет на получение изображения и той, что потребляет лампа. Причина кроется в том, что для получения изображения высокого качества необходимо из сплошного спектра лампы "вырезать" относительно узкие линии трех основных цветов: красного, зеленого и синего свечения, а всю остальную мощность излучения лампы, которая превращается в тепло, надо отводить", - говорит руководитель работы, заведующий Лабораторией лазеров с катодно-лучевой накачкой, доктор физ.-мат.наук Владимир Козловский. Направления по замене ксеноновых ламп уже наметились. Например, некоторые компании пошли по пути использования светодиодов. Однако, из-за их относительно низкой яркости (по сравнению с лазерными источниками) создание проекторов с потоком в несколько тысяч люмен потребует использования сложной и дорогой оптической системы. Другие - пытаются "обуздать" лазерные источники, например, еще в 2002 году компания Q-peak продемонстрировала лазерный RGB (Red-Green-Blue) источник на основе удвоения и параметрического преобразования частоты твердотельных лазеров с накачкой излучением лазерных диодов.
Первый коммерческий лазерный телевизор компании Mitsubishi, появившийся на рынке в 2008, основывается на мощных лазерных диодах, излучающих в красной и синей области спектра. В качестве источника зеленого излучения там используется вторая гармоника твердотельного лазера с накачкой лазерными диодами. Однако эти системы также не без минусов, и главный из них - их высокая стоимость. "Сейчас считается, что рынок пойдёт в сторону пикопроекторов, - продолжает Владимир Козловский, - то есть проекторов, совмещенных с сотовыми телефонами. Как предполагается, такой проектор будет либо уже встроен в сотовый телефон, либо будет иметь приставку к сотовому телефону. Это значит, что всю информацию с мобильника мы сможем проецировать на любой вид бумаги или, скажем, стену. Но и здесь есть трудности - нужной мощности лазеры уже есть, но они потребляют очень много энергии, так что ни одна батарейка с ними работать не может.
Надо улучшать характеристики этих лазеров, над чем сейчас многие работают. И все эти работы базируются на разработке полупроводниковых наностуктур с квантовыми ямами или квантовыми точками, которые могли бы работать с высокой эффективностью при малых уровнях накачки. Несмотря на растущий интерес к пикопроекторам, мы считаем, что мощные проекторы не потеряли актуальность, в частности для рекламы и электронных кинотеатров". Разработка ФИАН направлена на создание лазеров на полупроводниковых наноструктурах с катодно-лучевой накачкой, состоящих из большого числа тонких слоев - квантовых ям, помещенных в пучности одной из мод оптического резонатора. Такая структура позволяет решить задачи работы при повышенной температуре, значительного снижения ускоряющего напряжения (до нескольких киловольт) и увеличения срока службы, и может быть использована в источниках RGB-излучения для малогабаритных LCD и DMD проекторов. Но основное достоинство таких источников заключается в их низкой стоимости по сравнению с аналогами.
В настоящее время сотрудники ФИАНа совместно с сотрудниками Института радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова РАН, Центра волоконной оптики РАН, Технологического центра Шеффилдского университета (Англия) и компании Principia LightWorks Inc. (США) достигли достаточно высоких характеристик по эффективности красного лазера (на наноструктуре GaInP/AlGaInP). Предложено несколько эффективных вариантов зеленого и синего лазеров (особые ожидания возлагаются на структуры ZnCdSSe/ZnSSe/GaAs (зеленый свет) и ZnSe/ZnMgSSe/GaAs (синий свет). В лабораторных условиях уже созданы лазерные электронно-лучевые трубки на наноструктурах с мощностью 9 Вт на 640 нм (красный свет), 3 Вт на 535 нм (зеленый свет) и 6 Вт на 458 нм (синий свет). Уровень разработки красной трубки близок к промышленному освоению отпаянных приборов (эффективность 10 %), осталось подстроить под этот уровень синюю и зеленую трубки - это предмет следующего, уже стартовавшего, этапа разработки.
Лазерные телевизоры.
Телевизор создан с применением технологии цветных лазеров. Такие телевизоры при малых габаритах отличаются высоким качеством изображения, превосходящим существующие плазменные и жидкокристаллические панели, а срок службы лазеров практически неограничен. Лазерный телевизор от Mitsubishi базируется на технологии цифровой обработки света (digital light processing), разработанной компанией Texas Instruments. Устройство использует красные, зеленые и голубые лазеры для вывода изображения на экран. В продаваемых ныне моделях проекционных телевизоров применяются ртутные лампы, излучающие свет в красном, зеленом и синем диапазонах. Замена их полупроводниковым лазером, который светит монохроматическим светом в тех же диапазонах, позволила значительно расширить цветовую гамму проецируемой на экран картинки. Лазеры не будут работать постоянно, а будут включаться по мере необходимости, что поможет снизить энергопотребление и прибавит долговечности аппарату. Современные лазерные телевизоры основаны на принципах обратной проекции и построены на базе механических микрозеркал DMD (DLP Technology). В итоге, за счет чистых основных цветов, удается расширить цветовой диапазон в 1,8 раза по сравнению с классическими телевизорами тыловой проекции. Напомним, что стандарт xvYCC (Extended Video YCC), предложенный в рамках технологии X.v.Colour компанией Sony, обеспечивает аналогичное (близкое к теоретическому пределу) расширение цветового охвата. Кроме того, преимущество лазерных телевизоров перед плазменными и жидкокристаллическими заключается в том, что в последних возникают проблемы с передачей оттенков чёрного. В продукте Mitsubishi подобная проблема просто не стоит – когда нужно выдать на экран черный, все лазеры отключаются. Лазерные телевизоры способны поддерживать высокую действительную частоту обновления изображения экрана – от 120 герц, благодаря чему в комплекте с затворными стереоочками способны воспроизводить стереоизображение, в частности телевизоры Mitsubishi способны работать в качестве 3D-дисплея. Стоит отметить, что сама по себе идея использования лазеров в производстве телеприемников не новая, однако широкое распространение этой технологии и удешевление производства таких устройств до уровня, приемлемого для рядового потребителя, прогнозировалось не ранее чем через 2-3 года. Срок службы лазеров при этом практически неограничен, то есть владельцу телевизора не придется их со временем заменять, пиксели лазерных дисплеев не подвержены деградации или выгоранию. Лазерный телевизор имеет очень небольшую толщину, как LCD и плазменные телевизоры. Энергопотребление лазерных телевизоров, при сравнимых размерах экрана, меньше, чем энергопотребление наиболее экономичных жидкокристаллических телевизоров Информация взята с сайта ru.wikipedia.org