レーザーテレビ

レーザーカラーテレビ（レーザーテレビ）またはレーザーカラービデオディスプレイは、2つ以上の異なる色の個別に変調された光学（レーザー）光線を使用して、複合スポットを生成するテレビの一種です。この複合スポットは、ポリゴンミラーシステムまたはそれほど効率的ではないが光電子的手段によって画像平面全体にスキャンおよび投影され、カラーテレビディスプレイを生成します。このシステムは、ブラウン管の電子ビームのように、画像全体を一度に1ドットずつスキャンしてレーザーを高周波で直接変調するか、レーザーを光学的に拡散してから変調し、一度に1ラインずつスキャンして、ライン自体をデジタル光処理（DLP）とほぼ同じように変調するかのいずれかによって機能します。

1 本の光線の特殊なケースでは、システムは、たとえば白黒テレビのようにモノクロ表示になります。この原理は、直接表示ディスプレイだけでなく、(前面または背面の)レーザー プロジェクターシステムにも適用されます。

レーザーテレビ技術は 1990 年代に登場し始めました。21 世紀には、半導体レーザーなどの技術が急速に発展し成熟したことにより、新たな利点が生まれました。

テレビやビデオディスプレイ用のレーザー光源は、もともとヘルムート・KV・ロッチがドイツ特許1193844で提案したものです^。[1] 1977年12月、HKV・ロッチとF・シュローターは、従来型および投影型システム用のレーザーカラーテレビについて説明し、潜在的な用途の例を示しました。^[2] 18年後、ドイツに拠点を置くシュナイダーAG社は、ドイツのベルリンで開催されたIFA'95で機能的なレーザーテレビのプロトタイプを発表しました。しかし、シュナイダーAG社の倒産により、プロトタイプは市場に出せる製品にまで開発されることはありませんでした。

1966年に提案された^[3]レーザー照明技術は、商業的に実現可能な消費者向け製品に使用するにはコストが高すぎました。^[4] 2006年の ラスベガスコンシューマーエレクトロニクスショーでは、Necsel半導体レーザー技術の開発者であるNovalux Inc.が、プロジェクションディスプレイ用のレーザー照明源とプロトタイプのリアプロジェクション「レーザー」テレビを披露しました。^[5] 商用レーザーテレビの開発に関する最初の報告は、2006年2月16日に発表され^{[6] [7]、} 2008年初頭までにレーザーテレビの大規模な販売開始が決定されました。^[8] 2008年1月7日、コンシューマーエレクトロニクスショー2008の関連イベントで、高性能赤色レーザー^{[9]および大画面HDTV市場の主要プレーヤーである}三菱デジタルエレクトロニクスアメリカは、65インチ1080pモデル である最初の商用レーザーテレビを発表しました。^{[10] [11] [12]}ポピュラーサイエンスの ライターは、CES 2008で三菱レーザービデオディスプレイの色再現に感銘を受けました。^[13] 中には、人工的に見えるほど強烈すぎると表現した人もいました。^[14] このレーザーテレビは「三菱レーザービューテレビ」というブランド名で、2008年11月16日に6,999ドルで発売されましたが、三菱のレーザーテレビ全体は、プロジェクトは2012年に中止された。^{[15] [16] [17]}

LGは2013年に、 1920×1080ピクセルのフルハイビジョン解像度で100インチ（254センチメートル）の画像や動画を表示する消費者向け製品 として、前面投影型レーザーテレビ^[18]を発表しました。このテレビは、22インチ（56センチメートル）の距離からスクリーンに画像を投影することができます。

中国では、中国電子ビデオ産業協会第7回理事会第6回会議でレーザーテレビ産業支部の設立が正式に承認されました。この産業支部の設立は、レーザーテレビ分野の上流と下流をつなぐ産業チェーン全体が正式にオープンし、レーザーテレビ産業をより大きく、より強くすることを象徴しています。2022年までに、中国市場でのレーザーテレビの販売台数は100万台を超え、売上高は118億元に達するでしょう。^[19]

レーザーテレビの画像はスクリーンで反射され、人間の目に入って画像化されます。レーザーテレビの原理は、画像表示にDLP技術を使用することです。DMDチップを例に挙げてみましょう。DMDチップはレーザーテレビの画像化コアコンポーネントです。何百万もの小さな鏡が配置されており、各小さな鏡は1秒間に数万回の頻度で正負の方向に反転することができます。^[20]光はこれらの小さな鏡を通してスクリーンに直接反射して画像を形成します。人間の目の視覚慣性により、同じピクセルに高速で照射された3つの原色が混合され、重ね合わされて色を形成します。^[21]

レーザーは、現在リアプロジェクションテレビやフロントプロジェクターなどの投影表示装置で使用されているUHPランプ^[22]の理想的な代替品となる可能性があります。LGは、レーザープロジェクターの寿命が25,000時間^[23]であると主張していますが、UHPの寿命は10,000時間です。現在のテレビは、人間が知覚できる色域 の40%しか表示できません。 ^[24]

レーザー TV はレーザー光源を利用しており、従来のLEDやOLED技術に比べていくつかの利点があります。レーザーは通常、特定の波長の光を使用するため、色域が広くなり、明るさが優れています。LED や OLED とは異なり、レーザー光源はより純粋な色を生成できるため、より鮮やかで正確な色再現により視聴体験が向上します。さらに、レーザー光源は一般に寿命が長く、エネルギー効率が高いため、運用コストと環境への影響の低減に貢献します。

カラーテレビには、赤、緑、青の3 つの異なる波長の光が必要です。赤色レーザー ダイオードは市販されていますが、室温で十分な寿命で必要な電力を供給できる緑色レーザー ダイオードは市販されていません。代わりに、周波数倍増を使用して緑色の波長を提供できます。周波数倍増光源として使用できるレーザーには、ファイバー レーザー、キャビティ間倍増レーザー、外部キャビティ倍増レーザー、eVCSEL、および OPSL (光ポンピング半導体レーザー) などがあります。キャビティ間倍増レーザーの中でも、VCSEL は大量生産される周波数倍増レーザーの基盤として有望で、その可能性を示しています。

青色レーザーダイオードは2010年頃に一般に公開されました。

VECSELは垂直キャビティで、2 つのミラーで構成されています。そのうちの 1 つの上には、アクティブ媒体としてダイオードがあります。これらのレーザーは、高い全体効率と優れたビーム品質を兼ね備えています。高出力IRレーザー ダイオードからの光は、キャビティ外導波管による第 2 高調波発生によって可視光に変換されます。約 10kHz の繰り返し率とさまざまな長さのレーザー パルスがデジタル マイクロミラー デバイスに送信され、各ミラーがパルスをスクリーンまたはダンプに向けます。波長がわかっているため、すべてのコーティングを最適化して反射を減らし、スペックルを減らすことができます。

レーザーテレビの画像はスクリーンで反射され、人間の目に入って画像化されます。眼科医と専門家の評価によると、レーザーテレビ製品は肉眼に無害なディスプレイ製品です。スクリーンには電磁放射がなく、目を保護し、健康的で快適です。^{[削除または明確化が必要]}紙の読みやすさと比較して、20％高くなります。レーザーテレビは主に大型で、光源が純粋で、色が明るく、信頼性が高く、4Kディスプレイ解像度もサポートしています。

レーザーテレビは、同じサイズの液晶テレビよりも消費電力が低い。例えば、100インチのレーザーテレビの消費電力は300ワット未満で、これは同じサイズの液晶テレビの1/2～1/3である。レーザーテレビの重量は同じサイズの液晶テレビの約10分の1で、80インチのレーザーテレビは3メートルの視聴距離で視聴できる。^[25]

ビデオ信号は、光屈折結晶を使用してビームを異なる回折角で分離する音響光学変調器(AOM)によってレーザー ビームに導入されます。ビームは、AOM 結晶の特定のブラッグ角で結晶に入る必要があります。圧電素子がビデオ信号を結晶の振動に変換して画像を作成します。

高速回転する多角形ミラーは、レーザー ビームに水平リフレッシュ変調を与えます。レーザー ビームは、湾曲したミラーでガルバノメータに取り付けられたミラーに反射し、垂直リフレッシュを提供します。別の方法は、DLP のように、ビームを光学的に拡散し、各ライン全体を一度に変調することです。これにより、レーザーに必要なピーク電力が削減され、消費電力が一定に保たれます。

• レーザーの寿命中はフルパワー出力を維持するため、画質は低下しません。
• 非常に広い色域を持ち、レーザーの波長を調整することで人間の目が認識できる色の最大90％を生成できる^[26]
• 3D立体映像を表示可能
• 焦点を維持しながら、あらゆる深さや形状の表面に投影できます。

レーザープロジェクターにはいくつかの実現方法があり、その 1 つは、飛行する光点が画像を直接スクリーンに書き込むという原理に基づいています。このタイプのレーザープロジェクターは、3 つの主要コンポーネントで構成されています。レーザー光源はビデオ信号を使用して、3 つの鮮明なスペクトル色 (赤、緑、青) で構成された変調光を提供します。この変調光は、柔軟な光ファイバー導波管によって比較的小さな投影ヘッドに送られます。投影ヘッドは、ピクセルクロックに従ってビームを偏向し、任意の距離にあるスクリーンに投影します。このようなレーザー投影技術は、ハンドヘルドプロジェクター、プラネタリウム、フライトシミュレーター、その他のバーチャルリアリティアプリケーションで使用されています。

レーザー プロジェクターは、被写界深度が高いなどの特殊な機能を備えているため、平らでない面でも、あらゆる種類の投影面に画像やデータを投影できます。通常、鮮明度、色空間、コントラスト比は他の投影技術よりも高くなります。たとえば、レーザー プロジェクターのオン/オフ コントラストは通常​​ 50,000:1 以上ですが、最新の DLP プロジェクターやLCD プロジェクターは1000:1 ～ 40,000:1 の範囲です。従来のプロジェクターと比較すると、レーザー プロジェクターは光束出力が低くなりますが、コントラストが非常に高いため、明るさは実際より高く見えます。

中国科学技術部はレーザーディスプレイの普及をさらに加速するため、「次世代レーザーディスプレイ技術のエンジニアリングと開発」を8つの主要産業発展方向の1つとして優先的に位置付けており、関連する技術問題が徐々に解決されるにつれて、レーザーテレビ製品を家庭に普及させることが依然として大きな目標となっている。

2019年12月末、中国国家電子標準化研究院のCESI研究室と北京協和医学院病院の眼科医チームは、レーザーディスプレイの視覚と眼精疲労に関する研究プロジェクトを実施した。この研究では、32人の被験者を同じ環境条件に置き、レーザーテレビと液晶テレビを比較した。まばたきの頻度と主観的知覚スコアをディスプレイ間で比較・分析した。結果、液晶テレビを長時間視聴すると、目の腫れ、目の痛み、羞明、ドライアイ、視力低下などの症状が現れるのに対し、レーザーテレビを視聴している場合は、明らかな視覚変化や目の不快感は見られなかった。^[27]

2020年1月16日、中国電子ビデオ産業協会レーザーテレビ産業支部は上海で業界初となるレーザーテレビの目のケアに関する白書を発表した。白書では、中国電子技術標準化研究所CESI実験室と北京協和医学院病院の眼科専門家によるレーザーテレビと従来の液晶テレビの目のケア評価データを公開し、青少年の視覚の健康を守る方法について科学的な提案を行った。^[28]レーザーテレビ市場は、2014年から2019年にかけて全体で281％の複合成長率を記録している。2019年、ハイセンスレーザーテレビ80L5は年間テレビベストセラーリストで1位にランクインした。ユーザー調査データによると、93％以上のユーザーが目の健康保護のメリットを理由にレーザーテレビを選んだ。^[29]

LEDバックライト付き液晶テレビと比較すると、レーザーテレビは大画面イメージングにおいて多くの利点がある。技術的構成の点では、レーザーテレビはレーザー光源、イメージングモジュール、回路制御システム、およびディスプレイから構成される。これらの各ユニットの技術的進歩は、競合するディスプレイ技術と比較して市場シェアを拡大​​するのに役立つだろう。さらに、レーザー光源には、製造時の炭素排出量が少ない、色域が広い、エネルギー効率が高いという利点がある。レーザーテレビの進歩とより優れた光学イメージング技術を組み合わせることで、将来の家庭用ディスプレイ市場で利益をもたらす可能性がある。^[30]

レーザーはレーザーテレビの最も高価な部品です。より高度なレーザーダイオードは通常、製造により多くの半導体材料を必要とするため、コスト削減はレーザーテレビの産業化にとって当面の課題となります。既存のレーザーテレビ製品は通常、輸入された半導体デバイスを使用しています。現在の大画面ディスプレイソリューションには、LCD、OLED、今後登場するマイクロLEDディスプレイなど、さまざまな競合技術があります。レーザーテレビは、より大きな市場シェアを占めるために、競争上の優位性を維持するために開発を継続する必要があります。^[31]