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LED背光电视:清晰的图像,模糊的未来
作者:吉田顺子    来源:电子工程专辑
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在CD刚面世时,业界公认CD在音质方面最引人注目的优点是静音水平高。在音符之间,CD不会产生嘶嘶声,也没有噪音。最近一次与之类似的进步是杜比(Dolby)实验室公司日前在其纽约办事处展出的一款与意大利高端家庭影院制造商SIM2 Multimedia公司共同开发的原型产品,而这次,最令业界赞叹之处则在于该液晶显示器屏幕趋近于纯黑的表现。

杜比在这次原型展示中展现了一些图像,如在漆黑的背景上出现的逼真的百合花;在夜色中的东京街道,显示亮得令人眩目的车灯(取自电影《速度与激情:东京漂移》的一个汽车追逐画面);在漆黑的天空上慢慢现出多块隐约呈灰色的云。

在这个展示中,SIM2在PC上运行杜比实验室的专有图像处理算法、以便调节背光和LCD晶体。而预计SIM2在下一次升级中将使用Xilinx公司的Virtex-4 SX FPGA芯片组来处理这个高动态范围(HDR)算法,杜比已在去年末批准了该方案。

与对比度被限制在450~650cd/m2的传统液晶显示器不同,杜比实验室声称 SIM2原型屏幕的亮度超过4000cd/m2。

局部调光

当被问及杜比的 HDR与已上市的基于LED 背光照明的液晶电视的差别时,Chinnock说:“杜比的技术可以对单独的LED进行局部调光,这远高于其它公司所能达到的水平。另外,局部调光算法的细节更加复杂,亮度水平也要高得多。”总而言之,他认为“这是一种非常强有力的局部调光技术。”

电子行业目前已公认LCD存在运动模糊和色彩再现效果差等缺点。杜比实验室的图像技术业务线主管Bharath Rajagopalan称对比度是LCD TV的致命弱点。“黑色不像黑色。动态范围偏小给色彩逼真度带来严重的不良影响。”他说。由于无法完全隔绝背光照明,目前的液晶显示屏即使处在“关断”状态下,屏幕也不是纯黑色的。

传统的解决方案是“全局调光”——针对暗色为主的图像把整个背光调暗,针对亮色为主的图像则把整个背光调亮。但因为大多数图像的亮度处在中间水平,这使得全局调光对图像质量和静态对比度的改善不大。

HDR技术是杜比实验室针对该难题的解决方案,它使用“局部调光”技术来使液晶电视达到更好的对比度和亮度。

“局部调光包含两个要点。”Rajagopalan解释说。首先,不同于大多数以CCFL管(冷阴极荧光管) 作为背光源、只能调节整个LCD亮度的作法,局部调光使用了可局部调节的LED等固态光源。其次,局部调光使用了杜比实验室开发的可在空间和时间两个层次上进行图像处理的专利算法,Rajagopalan说。

我们可以把背光分成若干个区域,每个区域可根据对应部分的图像亮度独立地进行调整。背光可独立调节的区域越多,整体的对比度就越好。

尽管杜比实验室早在今年初的国际消费电子展(CES)上发布了其HDR技术,但此次在纽约展示出其采用了许多均可局部控制的LED以用于LCD背光,才真正让人亲眼目睹该技术的真正品质。杜比实验室在46英寸LCD面板的背光设计中采用了1,838颗LED,以全面彰显其高动态范围(HDR)技术潜力。

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图1:杜比的局部调光处理技术:通过对单独的LED或一组LED进行调节来改进静态和动态对比度

杜比进入视频领域?

杜比实验室最著名的成果是杜比数字音频技术,目前每台数字电视和DVD播放器中都在使用该技术。而今,杜比实验室将凭借着HDR技术强力进军消费视频市场。

Rajagopalan坚持杜比并不是视频业务领域的新手。在1965年创建杜比实验室以前,其创建者Ray Dolby在1950年代曾于Ampex公司从事视频领域的工作。“视频是他的激情所在。”Rajagopalan说。

在专业视频领域上,杜比在数字影院方面已经非常活跃,“我们已经开发了3D影院技术。”

不过,杜比的HDR技术不是杜比的内部发明。一年以前,杜比收购了加拿大BrightSide公司从而获得HDR技术,那时,HDR是BrightSide公司尚处在开发阶段的成像技术。

Rajagopalan说,即便有了HDR,杜比的基本授权业务模式也不会改变。与杜比的音频技术类似,杜比将把HDR授权给OEM。“我们将不会介入制造或销售液晶电视的业务。”他说。

除授权之外,杜比将就与HDR相关的专门技术向OEM提供帮助,Rajagopalan说。另外,SIM2公司也将提供使用HDR技术的液晶电视参考设计。据预测,HDR技术液晶电视的消费款最终将使用ASIC而不是FPGA来运行HDR算法。但杜比拒绝透露其消费芯片伙伴的细节。

杜比或SIM2并不是第一家把LED用于液晶电视背光照明的公司。三星公司在一段时间以前已经开始付运基于LED背光照明单元的液晶电视——不过这是一种与杜比实验室全然不同的技术。Insight Media公司总裁Chris Chinnock表示,尽管人们对LED 背光照明的兴趣在增长,但估计LED 背光照明在2008年在电视市场的占有率只有1-2%。

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图2:液晶显示器性能比较:杜比的HDR技术有选择地提高图像中高亮度区域的背景照明

成本方程

毫无疑问,基于杜比实验室高动态范围(HDR)技术的LED背光液晶电视具有极为出众的画质。但这样的画质需要消费者付出多大的代价,目前尚不太清楚。

“这些产品已高喊着要进军大众市场。”International Data公司(IDC)电视市场及技术部研究总监 Eric Haruki表示,但在LED制造商扩大经济规模进而降低LED背光单元的成本之前,基于这些技术的电视将依然不过是一个“希望”。

Insight Media公司总裁Chris Chinnock指出,“值得留意的是,这种方案的成本是冷阴极荧光管(CCFL)背光单元的2~2.5倍。由于技术更复杂,杜比/SIM2最近展出的基于HDR的液晶电视的成本还要更高”。

虽然在液晶电视中使用更多的LED可使背光达到更高的对比度,就像在 SIM2的液晶电视原型中展示的那样,但LED的成本变化范围很大,每只从15美分到3~4美元不等。

杜比公司图像技术业务总监Bharath Rajagopalan不愿对基于HDR技术的液晶电视的成本发表评论。但他表示该技术是“完全可调整的”,可针对不同价位的产品提供不同性能的平台。

但IDC的Haruki却坚持说,“LED背光液晶电视究竟该使用多少个LED才能在成本和性能之间取得恰当的平衡?制造商们对此从未进行过量化。”

确实,业内尚未有人自告奋勇地估算SIM2原型的成本。Insight Media公司的Chinnock表示,“现在去预测成本还为时太早。在性能、LED数目、目标价位等方面有诸多因素需要折衷考虑。杜比/SIM2所展示的方法显然成本高昂,但它迎合了SIM2的目标用户的需求,他们希望享用这个最新的技术。”

Philips Lumileds公司业务管理总监Willem Sillevis-Smitt指出,成本方程必须包含对LED背光屏幕的各个部分进行局部调光所需要的驱动器IC。不过,他说,LED供应商有理由对该技术的未来寄予希望。

Sillevis-Smitt指出,笔记本液晶屏的照明已经在从CCFL转向LED,而且“业内人士普遍认为,配有LED背光液晶屏的笔记本电脑将在2~3年内从目前占整个笔记本PC市场的10%跃升到50%。”

利用LED照明的笔记本液晶屏采用的是侧面(而不是后面)照明的方法,即二极管与屏幕的一个边平行。NXP半导体公司的工程师们正努力把这个方法扩展到液晶电视。侧照方法可使平板屏幕的厚度保持在25mm以下,NXP公司营销和业务开发总监Jacques le Berre说,“由于所使用的LED单元较少,其性价比也更高一些。”

但该方法也有一些局限性,目前只适于尺寸相对较小的电视(24~30英寸)。如果与2D调光和新的视频算法相结合,侧照方法或许可用于32甚至46英寸的电视,le Berre说。

Le Berre提出了决定是否在液晶电视中使用LED背光照明的四个最基本要素:“成本、节电性能、画质和厚度。”

Envisioneering公司研究总监Richard Doherty表示,三星和夏普已经搭上了LED快车,索尼正在打算再次进入,LG电子可能很快加入进来。

大多数使用二极管照明的笔记本已经在使用白光LED。杜比/SIM2电视原型也使用了白光LED。

鉴于近年来LED市场在不断成长,杜比实验室相信:LED的技术改进和成本降低将提高人们对HDR的兴趣。事实上,如果一家大型OEM决定生产基于HDR技术LCD TV,由于每台电视的显示屏将使用多达1000颗LED,那么LED制造商可以轻易地改变目前的成本/批量方程。杜比实验室的Rajagopalan提到,杜比已经在与多家LED供应商进行谈判,其中包括三家顶级LED制造商:日本的Nichia、德国的Osram和设在加州San Jose的Philips/Lumileds。

Vizio现象

Envisioneering公司的Doherty说,使用LED背光照明的液晶电视市场目前占整个市场的5-10%,但“目前这5-10%的市场在今后的一两年里可能占到整个显示器利润的50-60%”。他预测传统的液晶电视将跌倒谷底,成为亏本产品,而LED背光液晶电视将填补这个空间并带来丰厚的利润。

Vizio现象就是个例子。当市场观察公司iSuppli公司公布数据表明,几年前默默无闻的Vizio公司在2007年第四季度在美国市场上的份额仅次于三星和索尼而排名第三,消费电子行业中许多人为此感到震惊。

“从现在开始的5年内,电视制造商必须提供更高的性能(如更高的对比度),才能使其产品脱颖而出。”IDC公司的Haruki表示,“总的来说,在零售商店灯光闪烁的柜台上,屏幕最亮的产品总是胜利者。”

杜比图像技术营销总监Guido Voltolina表示,消费者可以从画质上看到HDR液晶电视与其它电视的差别,完全不需做任何解释。

Voltolina说,杜比在日本和美国的消费研究表明,“超过20%的消费者表示将会购买37英寸的HDR液晶电视,哪怕要多花1000美元。”另有超过70%的人表示,在HDR电视与传统的平板电视之间,即便后者的屏幕尺寸大5英寸,他们也将选择前者,他说。

LED的性能与产能

Philips Lumileds公司是索尼Qualia电视的LED供应商,Qualia是业内第一款LED背光液晶电视,于2003年面世。索尼在Qualia上市后不久就把它从市场上撤了下来,但这显然并没有降低消费电子厂商对这种技术的热情。

为了提高LED的效率,一个新的行业趋势是使用白光LED(而不是RGB)来为液晶显示器照明。白光二极管“提供了一种简单得多、且更加稳定可靠的方案,而且可减少LED的数量”,Sillevis-Smitt指出。

“在全球范围内,每家电视制造商都在研究这个方法,在各自的实验室中都有尚未完成的原型。”Philips Lumileds公司的Sillevis-Smitt指出,“LED的效率是降低系统成本的关键。”

Sillevis-Smitt回顾道,索尼的Qualia使用了450个LED,功耗为450瓦,但四年以后,业界用120个LED就可以提供相同的画质,总功耗为130瓦。

存在的问题是,如果该市场真的起飞了,LED制造商有能力提供所要求的产量吗?

LED制造商的总数相对较少。据预测,今年仅美国就将发送近3,200万台数字电视,这将需要大量的LED来为各个显示屏提供背光照明,因而,对这种二极管的需求将呈指数倍上扬。而扩大生产规模将需要一定时间。

但Sillevis-Smitt表示,Philips Lumileds公司的制造平台有能力满足这个需求。他说,该公司的Luxeon大功率LED有能力提供更大的输出功率,但其尺寸只有业界普通LED尺寸的1/4。

Sillevis-Smitt表示,Philips Lumileds公司目前已向汽车、监视器和特殊显示器应用付运了数百万只Luxeon LED,仅向蜂窝电话相机应用就已付运了1亿多只Luxeon器件。另外,该公司在一年前发布的面向显示器背光照明的Luxeon Rebel LED目前已投入批量生产。

“这表明我们有能力对需求突增做出快速反应,并可保证大批量消费电子市场的供给。”他说。(end)
文章内容仅供参考 (投稿) (6/2/2008)
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