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OSRAM的 LED 提供明亮色彩,与红外线 LED 进行通讯

 2011-03-09
OSRAM(欧司朗光电半导体)的 LED 提供明亮的色彩
3D 显示器必须非常明亮,如此才能在戴上快门式眼镜时感知足够的

亮度

电视机

上的重叠画面。为达到该目标,OSRAM(欧司朗光电半导体)提供多种产品

选择

。2010 年德国慕尼黑电子展中,TOPLED Compact 4520 首次亮相。这些 LED 具有 85 lm/W (在 150mA 之下) 的极高效率,因此获得优异佳绩,非常适合用脉冲

作业

,因为它们可承受极高的电流,并产生高分辨率的画面。

与红外线 LED 进行通讯
针对

电视机

与快门式眼镜之间的通讯,红外线 LED 型的 SFH 4250S 最为适用。该产品为第一款采用堆叠芯片并以红外线供电的 TOPLED。欧司朗光电半导体的这些红外线 LED 体积非常小,可在小面积中提供大量输出。除

电视机

以外,欧司朗的堆叠芯片已在多种应用中证明其优异的

性能

,例如行动

装置

或保全

系统

(例如车辆夜视摄影机)。这些芯片发出的光线波长为 850nm,人类肉眼无法看见,因此非常适合整合至硅感光二极管,该极体可将视觉讯号转换回电子讯号。有两款二极管特别适用于上述用途,型号分别为 SFH 235 FA 或 SMT 版 BPW 34 FAS,均配备日光阻隔过滤器。

3D 电视:未来的电视将以可见及不可见光的半导体

照明

为基础

3D 电视早于 1980 年代便开始发展。当时若要体验这项视觉技术革新,需要戴上有不同颜色(红色与绿色)镜片的眼镜。时至今日,我们仍使用 3D 眼镜,但影像已变得更加锐利逼真。现代 3D 眼镜透过红外线与

电视机

进行通讯,由红外线 LED 产生的红外线在一秒内将讯号分段传输。另外,用于 3D 电视背光的白光二极管具备高效能且经久耐用,提供锐利的高对比影像,让消费者最能享受看电视的乐趣。人们若要感知 2D 电视的画面并产生立体感,左右眼皆需使用。左右眼自不同的

角度

分别感知物体,并将所接收的不同影像传送至大脑,接着这两种影像在脑中结合,产生具有立体感的单一影像。因此,3D 技术需使用两部摄影机从两个不同的

角度

拍摄影像。上述两种画面将传送至

电视机

,然后依序交互显示左右眼影像。“快门式眼镜”可使左右眼各自接收不同摄影机拍摄的影像。

数位眼罩
进一步探究快门式眼镜科技,可知现在已不使用染色镜片,过去 3D 电影院使用偏光镜片的做法也不复存在,最新科技是依序或交错地显示画面。因此,影像与立体感会在几分之一秒的时间内快速变动。快门式眼镜采用 LCD 镜片,轮流将双眼的画面快速地在透明与不透明之间互相切换。因此,当其中一眼在极短暂的时间中看到电视画面时,另一眼则暂时看不到画面。交替过程极为迅速,因此观赏者会觉得立体影像十分流畅,感受不到

中断

。为了在正确的时机转换画面,电视需透过红外线与眼镜进行通讯。安装在

电视机

内的红外线发光二极管 (简称红外线 LED) 能使眼镜与电视画面同步。
这种二极管的特色是反应时间极短且尺寸轻巧。红外线 LED 必须在正确的时机产生 200Hz–600Hz 的最大讯号输出,使眼镜的画面变黑。另一方面,眼镜中整合一或两个硅感光二极管,可将红外线 LED 的视觉讯号转换为电子讯号,以控制 LCD 镜片的画面切换。
由于现代液晶电视具有高重复

速度

,因此亦可快速改变

角度

。从不同的

角度

拍摄每秒 100–600 格的画面 (100Hz–600Hz),可轻易轮流播放,影像流畅度完全不受影响。人类无法辨识

频率

 25Hz 左右影片中的各别画面。因此大脑会将这些画面转换为一连串的流畅影像。

LED

照明

造就完美画面

但是,3D

电视机

需要达成的不只是产生快速的画格

频率

。眼镜与电视的互动需要特别强大的液晶显示器背光

功能


使用快门式眼镜时,显示器的

亮度

只有一部份会到达观赏者的眼睛,几乎有 50% 的

亮度

会被眼镜的偏振所阻挡。眼镜的液晶镜片也会在半透明的

状态

下吸收 5% 至 10% 的光线。这些特殊眼镜使用的

系统

亦有所不同:有些眼镜会在整个画格中保持开启,有些则是会在一半的时间之后使画面变黑。这通常表示原有光线

密度

会降到 20% 以下。除

亮度

减少之外,画面对比度也会降低。
为了提升画面品质,可使用“

闪烁

背光”或“

扫描

背光”。

闪烁

背光会使整体 LED 背光与影像同步

闪烁

白光,因此可补足因眼镜而减少的

亮度

扫描

背光则会在背光上逐行绘制黑色条纹。这两种方法皆可提高左右眼的

通道

隔离或

选择性

知觉。如此可避免重像 (Ghosting),亦即左右个别影像重叠,并可提升锐利度及对比度,尤其是移动的图片。

背光解决方案
使用发光二极管做为液晶显示器的背光源时,基本有两种不同的方法,分别是侧光式背光与直射式背光。
侧光式 LED 顾名思义是将光线照射至液晶萤幕背后的发光印刷电路板。依据所需要的

亮度

、布局及元件

规格

,LED 可安装于一至四边,并将其光线照射至

光导管

的边缘。

光导管

上层的特殊结构可使光线均匀照射至整体液晶萤幕。
第二种方法为直射式背光,LED 采用矩

阵排列

以涵盖萤幕后面的印刷电路板。光线可以在无偏转的

状态

下照射至薄膜堆叠及液晶萤幕。为了在高度受限的情况下确保均匀的背光,除了使用特殊的扩散金属箔之外,亦可使用大量的 LED。以 40 吋的电视而言,LED 的数量可超过一千个。
直射式背光可提供让电视画质更明亮的技术。借此透过局部或区域调光的方式提升对比度。在电视画面中黑暗区域的后方,个别 LED 或 LED

阵列

可降低

亮度

或关闭。
此外,调光技术可以节省多达 50% 的能源,并符合液晶

电视机

环境

保护准则。
由于侧光式发光仅需较少的 LED,并可设计更薄的

电视机

,因此目前多数电视较常采用侧光式的解决方案。发光印刷电路板通常使用压克力玻璃 (PMMA) 制造,以确保提供理想、均匀且无接缝的显示器背光,因此构成侧光式

系统

的核心。采用

厚度

小于 2mm 且极平滑轻巧的发光印刷电路板设计,可以制造出超薄的液晶电视,比直射式背光的电视更薄。侧光式背光采用输出视窗小于 2mm 的适配薄型 LED。
导光板解决方案已成为小萤幕应用的

标准

,例如手机、个人电脑或卫星导航

装置

,且开始应用于大型显示器。虽然无法直接降低个别区域的

亮度

,但业者已透过各种影像提升技术来解决此问题。

薄膜技术
液晶电视背光的发光二极管因薄膜技术而大幅跃进。使用薄膜 LED,97% 的光线可

聚焦

并直接照射在目标上,不会向侧边扩散,因此可将光线直接照射至导光板。不同于会从芯片向侧边扩散光线的传统 LED,薄膜 LED 几乎不会流失任何光线,这使得这类二极管特别有效率。此外,由于效率优异,因此产生的

热量

较少,而

热量

会影响导光板的线性扩散效果。用于显示器的背光时,这一点特别重要。剩余的

热量

须透过良好

系统

设计,经由印刷电路板及

外壳

向后方排出。薄膜技术的另一项优势是二极管的

亮度

会与芯片尺寸等比例增加。表示如有需要,便可制造大尺寸的 LED。相反,使用传统基板的 LED 会在面积增加时降低效率。

展望
几乎所有主要电视制造商均销售 3D

电视机

型,也推出其第一套

系统

产品,初期推出的是对角线超过一米的显示器。这些具备 3D

功能

的新

系统

价格仅稍微提高,各家厂商无不大力行销。市场预期今年将可售出数十万台 3D

电视机

,至 2013 年则可超过三千万台。因为即使是最新的电视也无法升级,因此 3D 电视在未来几年将是最有潜力推动市场的产品,尤其是 LED 市场。因为只有采用发光二极管的电视才能在未来的客厅占一席之地。