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虽然相比CRT显示器来说,液晶显示器已经非常省电了,但人们的需求是无止境的,对节能的要求也是越来越高。液晶显示器的能耗究竟能降到多少,人们始终得不到最终答案,而是一直在不断探索新的方式以降低它的能耗。
液晶显示器功耗因何难降
事实上,液晶显示器的显示原理已经决定了,它的效率不会让人满意。这是由于,液晶显示器采用的是滤光的模式,而非发光的模式来提供图像。
液晶显示器的核心部件——液晶面板中,分布着大量的液晶分子,它们有一种特性,在加电时会改变方向,而仅在某个方向排布的时候,才允许光线通过。因此,通过加电来控制液晶的排布,就可以控制光线通过,从而显示出不同的图像。
液晶只能控制光线是否通过,却不能自行发光。因此,人们必须给液晶面板后面配上背光模组,让背光模组发光,由液晶面板来控制光线的通过与否。
同时,液晶只能靠分子偏转的不同来控制显示画面的灰阶,却不能控制通过光线的颜色。因此,人们又必须在液晶面板前面添加上滤色片,每个像素都由三个添加了不同颜色滤色片的小像素组成,通过对三色透光程度的控制,三原色组合成为色彩。
因此,液晶显示器的工作原理决定了,即使背光灯管的发光效率已经很高,但依然会在三个地方造成光能的衰减。
第一个地方就是背光模组内部。由于背光灯管是线性光源,必须通过反射板、反射片和棱镜片的反射和折射,使之变成均匀的面光源。这一过程中,光线在不停地反射和折射过程中射向不同方向,造成实际射向液晶面板的光已经大受损失。
其次,在液晶面板中,光线再一次受到损失:在液晶面板下的偏光片处,仅允许通过一个方向的偏振光,以满足液晶面板控制的需求。在液晶面板的下偏光片处,将有接近50%的光线会损失掉。另外,这仅仅是在液晶面板允许透光的时候;在不允许透光时,液晶面板不允许通过的光线也将被吸收。这也就是说,如果显示黑色画面,那么几乎所有的能量都被浪费了。在显示白色画面时,也将有50%的光线被浪费。
另外,通过液晶面板的光线中,也仅仅有符合颜色需求的部分波长的光会被保留,其他颜色的光同样在这一过程中损失掉了。
一般说来,CCFL射出的光线中,能够从屏幕正面射出的光仅仅有30%左右,其他70%都成为了无用功耗。这也意味着,液晶显示器的发光效率仅仅能达到CCFL发光效率的1/3左右。
以上讲的都是液晶显示器工作状态下的功耗。而待机时,液晶显示器的主要部件基本都进入了关闭状态。这时,供电模块就显现出了重要性——即使仅仅是主控电路上的一个很小的唤醒电路需要供电,供电模块都需要进行电压的转换。因此,它将一直持续工作,成为显示器的待机功耗的主要来源。
了解了显示器功耗的主要来源,人们就开始针对这些功耗来源,不断进行技术研发,创造出了高亮度灯管、增透膜技术、LED背光和高效电源转换器等若干招数来降低显示器的功耗。
招数一:用高效灯管降耗
如果要减少背光的功耗,就得减少背光灯管的用电量。因此,人们开始尝试减少灯管来降低显示器的工作功耗。但是,这样一来,显示器的亮度也随之降低,并不能符合提高能效的要求。
不过,CCFL的发光效率也在不断提高,高亮度的CCFL开始出现。就像超市中售卖的飞利浦节能灯泡一样,它们可以在同样的功耗下,发出更高的亮度。这一技术的变革使提高显示器能效成为可能。
LG在2008年推出的W2252TE中,将这一理念成功实现。通过改变灯管驱动电路,并使用更高亮度的灯管,LG成功在亮度不变的前提下将背光灯管从4根减少到2根。
通过减少灯管,LG W2252TE成功地将40W的背光工作功率降低到22W,使得整机的能源效率达到1.30cd/W,达到了1级能效标准的要求。
招数二:充分利用光线
用高效灯管并不能解决光线的浪费问题,而且高效灯管的价格也比较高。如何增加背光模组发出光线的使用效率呢?3M想出了一个新的方案。
3M首先开发出了棱镜膜(BEF)来解决背光散射光线的利用问题。BEF具有20微米左右高度的微三棱镜结构。加入BEF以后,光线会聚拢在70度左右范围内射出,而原本发散部分被微三棱镜反射回背光源系统,经过循环,重新加以利用,最终也在70度左右范围出射。这使得背光模组发出的光线最大程度地射出了屏幕,增加了利用效率。
单是BEF还不够,3M又开发出了另一个产品:反射型偏光片(DBEF)。它解决的是传统的吸收型偏光片对偏振光的选择问题。
从前,偏光片会选择透过一个振动方向的光线(此处假定是P光),而将与其垂直方向的光线(此处假定是S光)全部吸收,所以光能在通过LCD下偏光片时会被吸收而损失50%以上。
DBEF装置于背光源和LCD下偏光片之间。P光可以直接透过DBEF,但绝大部分S光会被DBEF反射回背光源,经过背光源各层材料后,S光被消偏振,成为全偏振光(P光 S光)后重新出射背光源,被循环加以利用。这样以来,这50%的光能不会完全丧失,经过几次循环之后,很大程度上得到了充分利用。
优派VX1933w就是应用3M增透膜技术的成功范例:通过采用3M增透膜技术,对背光发出光源的利用率从32%上升到了52%,从而采用双灯管就可以达到通常四灯管的亮度表现,实现了能耗的降低。
招数三:采用LED
事实上,CCFL的发光效率发展到今天,进一步提升的空间已经不大了。因此,人們开始将目光投向新的发光元件。LED就是人们寄予厚望的新一代背光光源。
早期的LED背光是由红、绿、蓝三色LED组成的。当时,白光LED专利掌握在少数公司手里,价格非常高昂。不过,现在白光LED的价格已经开始下降。
早期LED的发光效率并不高,最早的时候还不如CCFL。但近年来,LED的发光效率得到了长足的进步。一般来说,CCFL的发光效率在50～100lm/W左右。1995年的时候,LED的发光效率还仅有8lm/W,远低于CCFL。但到2007年初,日亚化学工业开发出的白色LED已经可以在某些电压和电流下达到150lm/W的发光效率,但尚未产品化。现在,实用化的白光LED的发光效率已经不低于CCFL了。
另一方面,LED是点光源,在显示器实际应用过程中,当画面局部显示黑色时,可以通过关闭对应区域的LED来实现。而传统CCFL在这种情况下依然要维持全功率工作。这样,在显示部分黑色的时候,就实现了能耗的节省。
AOC在2008年底推出的erfino“锋
液晶显示器功耗因何难降
事实上,液晶显示器的显示原理已经决定了,它的效率不会让人满意。这是由于,液晶显示器采用的是滤光的模式,而非发光的模式来提供图像。
液晶显示器的核心部件——液晶面板中,分布着大量的液晶分子,它们有一种特性,在加电时会改变方向,而仅在某个方向排布的时候,才允许光线通过。因此,通过加电来控制液晶的排布,就可以控制光线通过,从而显示出不同的图像。
液晶只能控制光线是否通过,却不能自行发光。因此,人们必须给液晶面板后面配上背光模组,让背光模组发光,由液晶面板来控制光线的通过与否。
同时,液晶只能靠分子偏转的不同来控制显示画面的灰阶,却不能控制通过光线的颜色。因此,人们又必须在液晶面板前面添加上滤色片,每个像素都由三个添加了不同颜色滤色片的小像素组成,通过对三色透光程度的控制,三原色组合成为色彩。
因此,液晶显示器的工作原理决定了,即使背光灯管的发光效率已经很高,但依然会在三个地方造成光能的衰减。
第一个地方就是背光模组内部。由于背光灯管是线性光源,必须通过反射板、反射片和棱镜片的反射和折射,使之变成均匀的面光源。这一过程中,光线在不停地反射和折射过程中射向不同方向,造成实际射向液晶面板的光已经大受损失。
其次,在液晶面板中,光线再一次受到损失:在液晶面板下的偏光片处,仅允许通过一个方向的偏振光,以满足液晶面板控制的需求。在液晶面板的下偏光片处,将有接近50%的光线会损失掉。另外,这仅仅是在液晶面板允许透光的时候;在不允许透光时,液晶面板不允许通过的光线也将被吸收。这也就是说,如果显示黑色画面,那么几乎所有的能量都被浪费了。在显示白色画面时,也将有50%的光线被浪费。
另外,通过液晶面板的光线中,也仅仅有符合颜色需求的部分波长的光会被保留,其他颜色的光同样在这一过程中损失掉了。
一般说来,CCFL射出的光线中,能够从屏幕正面射出的光仅仅有30%左右,其他70%都成为了无用功耗。这也意味着,液晶显示器的发光效率仅仅能达到CCFL发光效率的1/3左右。
以上讲的都是液晶显示器工作状态下的功耗。而待机时,液晶显示器的主要部件基本都进入了关闭状态。这时,供电模块就显现出了重要性——即使仅仅是主控电路上的一个很小的唤醒电路需要供电,供电模块都需要进行电压的转换。因此,它将一直持续工作,成为显示器的待机功耗的主要来源。
了解了显示器功耗的主要来源,人们就开始针对这些功耗来源,不断进行技术研发,创造出了高亮度灯管、增透膜技术、LED背光和高效电源转换器等若干招数来降低显示器的功耗。
招数一:用高效灯管降耗
如果要减少背光的功耗,就得减少背光灯管的用电量。因此,人们开始尝试减少灯管来降低显示器的工作功耗。但是,这样一来,显示器的亮度也随之降低,并不能符合提高能效的要求。
不过,CCFL的发光效率也在不断提高,高亮度的CCFL开始出现。就像超市中售卖的飞利浦节能灯泡一样,它们可以在同样的功耗下,发出更高的亮度。这一技术的变革使提高显示器能效成为可能。
LG在2008年推出的W2252TE中,将这一理念成功实现。通过改变灯管驱动电路,并使用更高亮度的灯管,LG成功在亮度不变的前提下将背光灯管从4根减少到2根。
通过减少灯管,LG W2252TE成功地将40W的背光工作功率降低到22W,使得整机的能源效率达到1.30cd/W,达到了1级能效标准的要求。
招数二:充分利用光线
用高效灯管并不能解决光线的浪费问题,而且高效灯管的价格也比较高。如何增加背光模组发出光线的使用效率呢?3M想出了一个新的方案。
3M首先开发出了棱镜膜(BEF)来解决背光散射光线的利用问题。BEF具有20微米左右高度的微三棱镜结构。加入BEF以后,光线会聚拢在70度左右范围内射出,而原本发散部分被微三棱镜反射回背光源系统,经过循环,重新加以利用,最终也在70度左右范围出射。这使得背光模组发出的光线最大程度地射出了屏幕,增加了利用效率。
单是BEF还不够,3M又开发出了另一个产品:反射型偏光片(DBEF)。它解决的是传统的吸收型偏光片对偏振光的选择问题。
从前,偏光片会选择透过一个振动方向的光线(此处假定是P光),而将与其垂直方向的光线(此处假定是S光)全部吸收,所以光能在通过LCD下偏光片时会被吸收而损失50%以上。
DBEF装置于背光源和LCD下偏光片之间。P光可以直接透过DBEF,但绝大部分S光会被DBEF反射回背光源,经过背光源各层材料后,S光被消偏振,成为全偏振光(P光 S光)后重新出射背光源,被循环加以利用。这样以来,这50%的光能不会完全丧失,经过几次循环之后,很大程度上得到了充分利用。
优派VX1933w就是应用3M增透膜技术的成功范例:通过采用3M增透膜技术,对背光发出光源的利用率从32%上升到了52%,从而采用双灯管就可以达到通常四灯管的亮度表现,实现了能耗的降低。
招数三:采用LED
事实上,CCFL的发光效率发展到今天,进一步提升的空间已经不大了。因此,人們开始将目光投向新的发光元件。LED就是人们寄予厚望的新一代背光光源。
早期的LED背光是由红、绿、蓝三色LED组成的。当时,白光LED专利掌握在少数公司手里,价格非常高昂。不过,现在白光LED的价格已经开始下降。
早期LED的发光效率并不高,最早的时候还不如CCFL。但近年来,LED的发光效率得到了长足的进步。一般来说,CCFL的发光效率在50～100lm/W左右。1995年的时候,LED的发光效率还仅有8lm/W,远低于CCFL。但到2007年初,日亚化学工业开发出的白色LED已经可以在某些电压和电流下达到150lm/W的发光效率,但尚未产品化。现在,实用化的白光LED的发光效率已经不低于CCFL了。
另一方面,LED是点光源,在显示器实际应用过程中,当画面局部显示黑色时,可以通过关闭对应区域的LED来实现。而传统CCFL在这种情况下依然要维持全功率工作。这样,在显示部分黑色的时候,就实现了能耗的节省。
AOC在2008年底推出的erfino“锋