Видеопроекция сегодня и завтра

Валерий Самохин, Наталия Терехова

Почти все современные видеопроекторы реализованы по жидкокристаллической (ЖК) или микрозеркальной (DLP) технологии, с большим численным преимуществом DLP в секторе проекторов с разрешением 2К (2048 × 1080). Два года назад компанией Texas Instruments (TI) был разработан микрозеркальный чип DMD (Digital Micromirror Device) DC3 с разрешением HDTV (1920 × 1080). И сегодня DLP- и ЖК-проекторы с таким разрешением выпускаются примерно в одинаковых пропорциях. Однако утверждать, что микрозеркальная технология одержит окончательную победу, нельзя. Существенный прогресс достигнут и в ЖК-технологии благодаря созданию новых панелей с модуляцией пропускаемого (LCD) и отражаемого (D-ILA, LCOS, SXRD) светового потока, в том числе с разрешением 4К (4096 × 2160). Таких DMD-чипов пока нет.

Проекторы с модуляцией пропускаемого светового потока

Рис.1. Оптическая схема LCD-проектора

Оптическая схема LCD-проектора показана на рис. 1. Он содержит источник света 1 с охлаждаемым отражателем и дуговой лампой, металлогалогенной (МГЛ) или ксеноновой, оптические фильтры 2, не пропускающие ИК- и УФ-излучения, конвертер поляризации 3, дихроичные зеркала 4 и 5, разделяющие световой поток на составляющие первичных цветов В, G, R, и зеркала 6 с внешними покрытиями, отражающими почти 100 % попадающего на них света. Корректирующие светофильтры 7 (Trim Filters) обеспечивают точность разделения цветов. Пройдя фильтры 7, составляющие R, G и B попадают на соответствующие ЖК-панели 8, которые модулируют их по интенсивности в соответствии с отображаемыми видеосигналами и пропускают на смесительную призму 9. Здесь они собираются вместе и далее проецируются объективом 10.

Основным недостатком ЖК-проекторов с модуляцией пропускаемого светового потока считается невозможность получения глубины черного, т. е. высокой контрастности изображения. Действительно, при использовании модуляторов классической технологии TN (Twisted Nematic) данный недостаток есть вследствие того, что такие модуляторы нормально открыты (пропускают свет в обесточенном состоянии). Это обусловлено уникальным свойством прозрачных, нитевидных молекул TN ориентироваться в тонком слое вдоль профилирующих канавок контактирующих с ними поверхностей и относительно друг друга в закрученном состоянии, а также вдоль воздействующего на них электрического поля.

Рис. 2. Оптическая структура TN-пиксела

Как показано на рис. 2, молекулы TN находятся между скрещенными поляризаторами, а их исходная ориентация задана плоскостями поляризации скрещенных поляризаторов. При воздействии возрастающего электрического поля Е, направление напряженности которого перпендикулярно поверхности модулятора, молекулы TN начинают ориентироваться вдоль него, все менее закручиваясь. При напряженности Е выше определенной величины они перестают влиять на поляризацию света, и его прохождение через пикселы прекращается.

Проблемы здесь заключаются в нелинейности и неодинаковости характеристик управления прозрачностью пикселов, особенно по достижении их полного запирания. Из-за невозможности полностью перекрыть пропускание света всеми пикселами при подаче одинаковых, но небольших управляющих напряжений, черное поле, проецируемое ЖК-проекторами с такими модуляторами, в затемненном помещении часто воспринимается серым.

На первом этапе совершенствования ЖК-проекторов с указанным недостатком мирились и основное внимание уделяли увеличению светового потока за счет создания более эффективных источников света и светооптических систем проецирования в целом. Например, большие потери возникали из-за того, что обесточенные TN-модуляторы пропускают только 50% света (одну составляющую проходящего светового потока со случайной поляризацией), поглощая (превращая в тепло) ортогональную составляющую. Поэтому в ЖК-проекторы стали вводить конвертеры поляризации, преобразующие теряемую составляющую S светового потока в полезную Р.

Были разработаны также микролинзовые растры (MicroLens Array, MLA), устанавливаемые непосредственно перед TN-модуляторами. Каждая ячейка такого растра фокусирует свет, проходящий через соответствующий пиксел, таким образом, чтобы он не заслонялся непрозрачной поверхностью подложки, занимаемой управляющим полевым транзистором.

Особое внимание уделено защите ЖК-модуляторов от ИК- и УФ-излучения дуговых ламп, способного повредить пленки и другие используемые в них компоненты. В схеме на рис. 1 применены два таких фильтра (2). Один из них отражает ИК-излучение, а другой — блокирует прохождение ультрафиолета в канал синего. Защитные фильтры 2, например, типа Oerlikon UV-Guard характеризуются высокой стабильностью и не затрагивают цвета видимой части спектра.

Рис. 3. Структура ЖК-пикселов технологии IPS

В борьбе за повышение контрастности было создано несколько вариантов ЖК-модуляторов. Например, фирмы Hitachi и NEC разработали технологию In-Plane-Switch (IPS), сущность которой поясняется на рис. 3.

Ориентация молекул TN в таком ЖК-модуляторе всегда находится в плоскости, параллельной поляризаторам, и при отсутствии управляющего напряжения IPS-пиксел не пропускает свет, т. е. является нормально закрытым (черным). Для этого профилирующие канавки, контактирующие с молекулами TN, и сборка ЖК-модулятора IPS выполняются так, чтобы его поляризаторы оказались скрещенными с учетом дополнительного сдвига плоскости поляризации, создаваемого из-за естественного закручивания молекул TN. Под действием управляющего напряжения молекулы начинают ориентироваться вдоль электрического поля, поворачиваясь в той же плоскости, и при их повороте на 90о светопропускание достигает максимума (модулятор открыт, белый).

В настоящее время выпускается более десятка моделей ЖК-проекторов с разрешением 1920 × 1080 и модуляцией пропускаемого светового потока, в основном, до 6000 лм. К числу последних достижений здесь следует отнести проектор Sanyo PLV-HD2000 (7000 лм, 2048 × 1080), который может составить конкуренцию DLP-проекторам средней яркости с разрешением 2К.

Проекторы с модуляцией отражаемого светового потока

Видеопроекторы технологии D-ILA (Digital-Image Light Amplifier).

Рис. 4. Оптическая схема одного канала D-ILA

Оптическая схема канала D-ILA показана на рис. 4.

Одним из его компонентов является специальное зеркало, расположенное по диагонали узла поляризатора-анализатора. Это зеркало является поляризационным фильтром PBS (Polarized Beam Splitter), выполняющим функции входного и выходного поляризаторов просветных ЖК-панелей.

При падении света под углом 45° его составляющая с поляризацией вдоль поверхности зеркала пропускается, а составляющая с ортогональной поляризацией отражается и направляется на ЖК-панель (модулятор) перпендикулярно ее поверхности. Модулятор возвращает свет с внесением сдвигов поляризации в соответствии с управляющими напряжениями на пикселах. Теперь зеркало PBS выполняет функцию анализатора и пропускает модулированную составляющую светового потока в объектив, а исходную в источник света.

Рис. 5. Характеристика модулятора D-ILA

Так как при отсутствии управляющих напряжений световой поток на выходе указанного оптического канала отсутствует, он является нормально закрытым. Это определило особую структуру (Vertical Alignment) таких модуляторов, условно показанную на рис. 5 вместе с управляющей характеристикой. На нем видно, что в обесточенном состоянии молекулы ЖК расположены перпендикулярно плоскости модулятора и не влияют на поляризацию отражаемого им светового потока. При увеличении управляющего напряжения выше порогового значения молекулы ЖК начинают поворачивать плоскость поляризации падающего на модулятор светового потока, и в отраженном световом потоке Ф появляется модулированная ортогональная составляющая Р, пропускаемая зеркалом-поляризатором проектора на экран. При дальнейшем увеличении управляющего напряжения эта составляющая светового потока достигает максимума.

У отражающих ЖК-модуляторов, кроме меньших тепловых потерь, есть и другие преимущества. Так, матрица управляющих полевых транзисторов не занимает пространства в жидкокристаллическом слое, а расположена за ним на подложке с электроникой. За счет этого достигается увеличение разрешения и поверхности зеркальных электродов. В результате удается одновременно увеличить и яркость изображения. Вместе с тем, их управляющая характеристика нелинейна, что должно компенсироваться коррекцией амплитудной характеристики канала изображения проектора.

Пока высшим достижением технологии D-ILA является проектор JVC DLA-QX1 с разрешением 2048 × 1536. Будем надеяться, что на рынке все-таки появится новинка JVC QHDTV с разрешением 4К, параметры которой были анонсированы на выставке Infocomm’2006 и подтверждены на Infocomm’2007.

Видеопроекторы технологии LCOS (Liquid Crystal on Silicon).

Рис. 6. Оптическая схема проектора LCOS

Оптическая схема этих проекторов аналогична D-ILA и приведена на рис. 6. Здесь световой поток источника света 1, пройдя защитный ИК-фильтр 2 и конвертер поляризации 3, сначала разделяется цветоделительным узлом 4 на R+G (желтую) и B (синюю) составляющие. Далее эти составляющие, отражаясь от соответствующих зеркал 5 и пройдя корректирующие светофильтры 7, попадают на PBS-блоки 8. При этом составляющая R+G предварительно разделяется дихроичным зеркалом 6 на красную (R) и зеленую (G) компоненты. Фильтрованные компоненты R, G и В поступают на соответствующие модуляторы 9 и, отражаясь от них, снова в блоки 8 и затем в смесительную призму 10. Здесь они суммируются и, отражаясь от зеркала 5, попадают в объектив 11.

Рис. 7. ЖК-модулятор технологии SXRD

К высшим достижениям жидкокристаллической технологии относятся проекторы Sony SRX-R105 и SRX-R110 с разрешением 4К (4096 × 2160), временем отклика менее 5 мс и световыми потоками 5000 и 10000 лм соответственно. Они оснащены ксеноновыми лампами и отражающими модуляторами формата 1,85:1 с размерами пикселов и расстояниями между ними 8,5 мкм и 0,35 мкм соответственно (рис. 7).

Проектор SRX-R220

Новинками Sony этой серии являются проекторы SRX-R220 и SRX-R210, обеспечивающие, по данным фирмы, контрастность более 2000:1. Они внешне одинаковы, каждый массой 300 кг и размерами 74 × 154 x 140 см, в консольном исполнении; предназначены для цифровых кинотеатров. SRX-R220 оснащен лампой мощностью 4,2 кВт и обеспечивает яркость экрана шириной 20 м 48 кд/м2, что при 100%-м отражении соответствует световому потоку 30 тыс. лм. А это значит, что жидкокристаллические проекторы достигли такого же максимума светового потока, как и микрозеркальные (DLP), в четыре раза превосходя их по разрешающей способности. Проектор SRX-R210 выпускается в двух модификациях с лампами мощностью 2 и 3 кВт и предназначен для обслуживания кинозалов с экранами шириной 14 м и 17 м соответственно. Проекторы оснащены небольшим контрольным дисплеем на поворотном кронштейне, могут быть укомплектованы сменной оптикой с диапазонами проекционных отношений от 1,35:1 до 3,92:1 (5 вариообъективов) и мультимедийным блоком LMT-100, в совокупности с которым они соответствуют требованиям спецификации DCI, предъявляемым к аппаратуре для кинотеатров категории D-Cinema.

Микрозеркальные проекторы.

Рис. 8. Оптическая схема DLP проектора

DLP-проекторы разработаны фирмой Texas Instruments (TI), и их серийные модели появились 10 лет назад. Самые яркие из них содержат три микрозеркальных DMD-чипа и выполняются по оптической схеме, показанной на рис. 8.

Здесь световой поток, создаваемый источником света, пройдя систему с конденсором, тепловым фильтром, зеркалами и призмой полного внутреннего отражения, поступает на комбинированную цветоделительную призму, выделяющую из него составляющие первичных цветов и направляющую их на поверхности DMD соответствующих каналов. Эти составляющие модулируются чипами, отражаются и объединяются комбинированной призмой в общий световой поток, поступающий в проекционный объектив. Сегодня большинство таких проекторов выпускается для цифровых кинотеатров D-Cinema, и их оптическая схема осталась почти такой же.

Рис. 9. Элементы матрицы DMD

Чип DMD представляет собой световой модулятор, состоящий из матрицы поворотных алюминиевых зеркал размером 16 × 16 мкм, количество которых соответствует оптическому разрешению проектора. Зеркала установлены на подпружиненных подвесах, позволяющих им поворачиваться в пределах ±12 градусов, как показано на рис. 9. В зависимости от управляющих напряжений, каждое зеркало может занимать крайние положения «включено» или «выключено». В первом случае отраженный зеркалом свет попадает в оптическую систему объектива, а во втором — поглощается. Время переключения состояний зеркал не превышает 2 мкс, и их положение управляется широтно-импульсной модуляцией с частотой полей. Уровень цветовых составляющих светового потока определяется относительным временем нахождения зеркал во включенном положении на интервале каждого телевизионного поля, длительность которого подвергается 10-разрядной дискретизации. Воспринимаемая подсознанием цветность определяется способностью зрения усреднять мгновенные яркости и цветовые оттенки всех пикселов экранного изображения. Чтобы это получалось лучше, используется увеличение частоты коммутации пикселов путем преобразования длинных импульсов в совокупность более коротких той же продолжительности.

Светофильтр ColorWheel

Наиболее широкое распространение за минувшие 10 лет получили DLP-проекторы с одним DMD и вращающимся светофильтром (ColorWheel). Здесь глазам приходится делать, кроме высокочастотного усреднения яркости, низкочастотное усреднение цветности, так как изображение на всем экране появляется последовательно в первичных цветах. Светофильтр ColorWheel в первых моделях содержал три цветных сектора и вращался с частотой 60 Гц, т. е. 3600 об/мин. Модели с такими светофильтрами называются DLP-проекторами с однократной скоростью фильтра. При этом частота мелькания цветов составляет 180 Гц, что оказалось недостаточным для исключения зрительных артефактов и усталости зрения, возникающей при длительных просмотрах мелькающих изображений.

Рис. 10. Оптическая схема DLP-проектора с одним DMD-модулятором: 1 — источник света; 2 — УФ-фильтр; 3 — конденсор; 4 — светофильтр ColorWheel; 5 — узел LightTunnel; 6 — зеркало; 7 — чип DMD; 8 — объектив

Хорошо известный зрительный артефакт одночиповых DLP-проекторов получил название «эффекта радуги». Этот эффект проявляется в том, что зритель с хорошей быстротой зрения иногда видит вместо однотонно окрашенных фрагментов изображения чередующиеся вспышки основных цветов на них. Обычно такие вспышки становятся заметными в процессе перевода зрения на фрагменты изображения, расположенные на большом расстоянии друг от друга. В современных DLP-проекторах с одним DMD частота вращения фильтра увеличена, и его стали выполнять с шестью цветными секторами, что уменьшило заметность мельканий и «эффект радуги». Недавно фирмой TI разработаны ColorWheel с шестью секторами, чередующимися в основных и дополнительных цветах, а также технология BrilliantColor, обеспечивающая формирование высококачественных видеосигналов для DLP-проекторов с такими светофильтрами.

Оптическая схема DLP-проектора с трехсекторным ColorWheel показана на рис. 10. Ее особенностью является фирменный светотехнический узел Oerlikon LightTunnel, обеспечивающий при малых габаритах высокую пылезащищенность и минимальные потери света за счет применения высокоэффективных внутренних покрытий Silflex и Deflex.

Рис. 11. Оптическая система проектора Action! Model Three 1080

Разновидностями DLP-проекторов с одним DMD-модулятором являются модели со светофильтром ColorWheel, содержащим дополнительный, прозрачный сектор. Применение такого фильтра увеличивает световой поток проектора, но это происходит за счет уменьшения цветовой насыщенности изображения. Работы по совершенствованию конструкции подобных моделей продолжаются. В частности, предлагаются новые разновидности светофильтра ColorWheel и все более совершенные оптические системы в целом. Например, новинкой, реализованной в проекторе Action! Model Three 1080 норвежской фирмы ProjectionDisign, является оптическая система, показанная на рис. 11. Она содержит источник света 1 с двумя дуговыми лампами и 4-секторными светофильтрами ColorWheel, светопровод LightTunnel 2, оптические компоненты 3, DMD-чип 4, комбинированную призму 5 и проекционный объектив 6.

Проекторы с полупроводниковыми источниками света

Какие бы технологии модуляции светового потока ни изобретались, главную роль в проекционной аппаратуре играет источник света. Так как сегодня почти исчерпаны ресурсы повышения эффективности дуговых ламп, все больше внимания уделяется альтернативным источникам света. К ним относятся мощные светодиоды (Light Emitting Diode, LED) и лазеры, которые превосходят дуговые лампы по ресурсу и спектральной стабильности светового потока.

Важнейшим параметром любого проектора является светотехническая эффективность его оптической системы, которая оценивается световой отдачей в люменах на ватт потребляемой источником света мощности.

У высокоразрешающих проекторов с металлогалогенными лампами (МГЛ) этот показатель обычно не превосходит 10 лм/Вт. Так как световая отдача современных проекционных ламп гораздо больше, например, 150 лм на Вт мощности лучших МГЛ, светотехнический КПД видеопроекторов не превосходит 7 %.

Известно, что спектральная чувствительность зрения максимальна для зеленого света и что в системе СИ 1 Вт мощности однородного энергетического потока с длиной волны излучения λλ=555 нм принят эквивалентным световому потоку 683 лм. Расчеты показывают, что равноэнергетическое излучение белого света мощностью 1 Вт с учетом спектральной чувствительности зрения к основным цветам RGB по МКО соответствует световому потоку 250 лм. Следовательно, лазеры, даже с меньшим по сравнению с МГЛ КПД преобразования электрической мощности в видимый свет, создают предпосылки для существенного повышения световой отдачи видеопроекторов за счет упрощения их оптической системы в целом.

Светодиодная проекция.

Светодиоды особо интересны для разработчиков DLP-проекторов, так как позволяют создавать модели с одним DMD без светофильтра ColorWheel. Первый светодиодный DLP-проектор появился в 2005 г. Это была модель Mitsubishi PK10, открывшая категорию карманных (Pocket) проекторов массой до 0,5 кг, способных обслуживать экран диагональю до 60" (15 см). В дальнейшем появились аналогичные проекторы других производителей, например Samsung и Toshiba. На выставке CES’2007 фирмой Mitsubishi был продемонстрирован модифицированный PocketProjector РК20 (световой поток 25 лм, разрешение 800 × 600, размеры 123 × 97 × 48 мм, масса 500 г). В качестве источников света у РК20 использована сборка из восьми светодиодов, их потребляемая мощность составляет 23 Вт, а проектора в целом — 37 Вт. Панель разъемов проектора допускает подключение любых источников информации, в том числе карты памяти SD. Предусмотрена комплектация модели аккумулятором, способным поддерживать ее работу в течение 2 ч.

Рис. 12. Оптическая схема LED-проектора

Светодиодный ЖК-проектор Sony

Оптическая схема светодиодного DLP-проектора, содержащего компоненты Oerlikon, приведена на рис. 12. Здесь роль источников света выполняют светодиоды 1 c рефлекторами 2, последовательно излучающие световые потоки первичных цветов R, G и B. Совмещение оптических осей излучений светодиодов обеспечивается юстировкой двух дихроичных зеркал 3. Отражаясь от зеркала 4, эти потоки через оптический конденсор 5 последовательно попадают на DMD-модулятор 6, после чего объективом 7 проецируются на экран. Принципиально эта схема выглядит более эффективной, чем у DLP-проекторов (см. рис. 10). Действительно, здесь нет фильтра ColorWheel и меньше других оптических компонентов с неизбежными световыми потерями. Кроме того, в светодиодных проекторах можно легко реализовать ColorWheel с любым секторным делением введением программ-ного чередования цветов и даже сделать такие программы выбираемыми пользователем по критерию минимальной утомляемости при длительном просмотре.

На фотографии представлен светодиодный ЖК-проектор компании Sony, его световой поток 50 лм создается блоком излучателей, содержащим 14 светодиодов (по четыре красных и синих, шесть зеленых) мощностью 20 Вт при общем энергопотреблении проектора 30 Вт.

Лазерная проекция.

Рис. 13. Оптическая схема лазерного DLP-дисплея

Рис 14. Схема лазерного проектора DLP-1DMD

Рис. 15. Оптическая система лазерного DLP-проектора D-Cinema

Использование полупроводниковых лазеров, которые отличаются более широкой гаммой отображаемых цветов и длительным (десятки тысяч часов) сроком службы с неизменной световой отдачей, для проекции изображений в настоящее время считается одним из самых перспективных. Кроме того, изучаемый лазерами свет имеет круговую поляризацию, которая просто и с высоким КПД может быть преобразована в линейную, что позволяет исключить из ЖК-проекторов конвертеры поляризации и упростить их конструкцию.

Оптическая схема проекционного лазерного DLP-дисплея по версии Oerlikon приведена на рис. 13. Здесь в качестве источников света 1 используются полупроводниковые лазеры (615,25 нм) зеленого (532,5 нм) и синего (465 нм) цветов. Их излучения поступают на дифракционные формирователи 2 (Diffractive Beam Shapers, DBS), обеспечивающие равномерность излучений по их сечениям. Далее они отражаются и совмещаются дихроичными зеркалами 3 и, отражаясь от зеркала 4, преобразуются оптическим компонентом 5 в широкий пучок лучей, соответствующий апертуре DMD-модулятора 6, а модулированный ими свет отражается и проецируется объективом 7 на просветный экран дисплея.

Американская компания Novalux разработала технологию производства мощных лазерных источников света оптического диапазона NECSEL (Novalux Extended Cavity Surface Emitting Laser), основанную на принципе удвоения на нелинейных кристаллах частоты излучения мощного инфракрасного лазера. Утверждается, что ресурс работы излучателей превышает 50 тыс. ч без снижения выходной мощности и изменения длины волны излучения в видимом диапазоне. Красный, зеленый и синий цвета могут быть реализованы в едином модуле излучателей (рис. 14).

Эксперименты показали, что при использовании водяного охлаждения лазеров Necsel, расположенных на площадке 5 × 5 мм, растровый излучатель из 225 лазерных диодов в режиме параллельной непрерывной работы всех излучателей выдает более 80 Вт, т. е. образует световой поток 16 тыс. лм. Использование таких излучателей считается перспективным в проекторах для профессиональных кинотеатров. Так, компанией Novalux разработана оптическая система (рис. 15) лазерного видеопроектора категории D-Cinema со световым потоком 20 тыс. лм.

Микропроекторы.

Рис. 16. Схема проекционного модуля

Производители аппаратуры PDA (Personal Digital Assistant) и сотовых телефонов стали использовать лазеры для создания микропроекторов. Так, фирмы TI и Motorola уже выпустили лазерные пикопроекционные DLP-модули для встраивания в такую продукцию. Началась эта революция с появления на выставке CES’2007 интересной разработки израильской фирмы ExPlay под названием Nano-Projector, блок-схема которого приведена на рис. 16. Его особенностью является использование гибридного источника света 5, содержащего лазерные и светодиоды. Далее световой поток через дифракционные формирователи 4, обеспечивающие равномерность излучений, поступает на корректирующий оптический компонент 3, устраняющий заметность так называемых «спеклов» — гранулированной структуры изображения, создаваемого интерферирующими когерентными пучками лазерных излучений. Сформированный таким образом равномерный световой поток белого света, отражаясь от зеркал 6, проходит модифицированный ЖК-модулятор 7 ASLM (Advanced Spatial Light Modulator) с максимальным светопропусканием 60% и проецируется объективом 8. Дистанция наводки на резкость фиксирована и равна гиперфокальному расстоянию этого объектива, что без дополнительной фокусировки обеспечивает резкость проецируемого изображения, размеры которого по диагонали могут быть от 7 до 30 дюймов (зависит от проекционного расстояния). Совместимость нано-проектора с различными системами представления отображаемой информации обеспечивается 40-контактным интерфейсом 1 и специализированным Mixed Signal ASIC (Application Specific Integrated Circuit) микропроцессором 2. Еще одним достоинством разработки ExPlay является применение жидкокристаллического модулятора.

Проблемы и перспективы

Применение лазерной проекции для кинемато-графа весьма заманчиво, и она может получить широкое распространение, если удастся доказать ее безопасность для зрения. Очевидно, при планировке кинозала прямое попадание лазерного излучения на зрителей должно быть исключено, так как даже лазерная указка мощностью 1 мВт в пультах ДУ считается опасной для пользователя и окружающих. На выставке Infocomm’2007 был проведен семинар, на котором обсуждалась проблема безопасности практического применения лазерных проекторов и мониторов. В результате отмечена необходимость дополнения и корректировки стандартов на лазерную продукцию. Однако это длительная бюрократическая процедура, которая может потребовать пять-семь лет.

Стоит отметить, что качество цветопередачи видеопроекторов с типовыми источниками света, например с дуговыми лампами, полностью не охватывает локуса зрения, особенно в зелено-голубых тонах, так как цветоделительные светофильтры из-за широкой полосы пропускания не обеспечивают чистоту основных цветов. При применении интерференционных фильтров, выделяющих спектрально чистые цвета, мощность источника света с непрерывным спектром используется неэффективно. Поэтому разработчики проекционной видеотехники оказываются перед выбором: высокая яркость, умеренное энергопотребление и удовлетворительная цветность или отличная цветопередача, но низкая яркость и большое энергопотребление.

Рис. 17. Локус и цветовые треугольники

На рис. 17 показан локус и треугольники с черными и белыми сторонами, очерчивающими палитру цветов МГЛ и лазерных источников света соответственно. По данным разных источников, широта охвата локуса у ЖК-, PDP- и проекционных дисплеев с типовыми источниками света составляет 40…45%, а у светодиодных и лазерных — до 60% и 90% соответственно. Дело в том, что основной характеристикой, определяющей правильность цветопередачи, является чистота первичных цветов R, G и B, из которых матрицированием формируется цветовая палитра изображения в целом. Чем стабильнее длины волн λ твердотельных излучателей R, G и В или уже полоса пропускания цветоделительных фильтров, разделяющих световой поток на составляющие R, G и В, тем выше чистота первичных цветов и шире охват цветовой палитры зрения.

Принципиальным отличием полупроводникового лазера от светодиода является наличие в p-n структуре первого оптического резонатора, зазор между образующими зеркалами которого равен длине волны излученияlambda;. В светодиодах носители заряда p и n рекомбинируют самопроизвольно (спонтанно), и возникающее при этом излучение занимает довольно широкую полосу частот (Δλ 10 нм). Лазерное излучение имеет вынужденный характер и возникает при очень большой плотности тока накачки (смещения p-n структуры в проводящем направлении), исключающей спонтанную рекомбинацию носителей. При этом квант света, пролетая от одного зеркала к другому и обратно, вызывает излучение таких же вторичных квантов, т. е. происходит усиление света. Кванты спонтанного излучения испускаются в случайных направлениях, а квант вынужденного излучения — в том же направлении, что и квант, вызвавший это излучение, поэтому в последнем случае оба кванта тождественны. В идеале лазер должен создавать монохроматическое излучение (Δλ=0), но на практике ΔλΔλ < 1 нм, и лучшего добиться довольно трудно из-за необходимости поддерживать неизменной структуру лазера и геометрию резонатора в реальных эксплуатационных условиях (особенно температурных).

На наш взгляд, с особой осторожностью следует отнестись к появлению лазерных телевизоров и проекторов с одним DMD (см. рис. 14), даже если они будут дешевыми, причем не только из-за опасности испортить зрение, но и из-за широких возможностей их использования для психотропного воздействия на подсознание зрителей.