霍 光

雖然相比CRT顯示器來說,液晶顯示器已經(jīng)非常省電了,但人們的需求是無止境的,對(duì)節(jié)能的要求也是越來越高。液晶顯示器的能耗究竟能降到多少,人們始終得不到最終答案,而是一直在不斷探索新的方式以降低它的能耗。

液晶顯示器功耗因何難降

事實(shí)上,液晶顯示器的顯示原理已經(jīng)決定了,它的效率不會(huì)讓人滿意。這是由于,液晶顯示器采用的是濾光的模式,而非發(fā)光的模式來提供圖像。

液晶顯示器的核心部件——液晶面板中,分布著大量的液晶分子,它們有一種特性,在加電時(shí)會(huì)改變方向,而僅在某個(gè)方向排布的時(shí)候,才允許光線通過。因此,通過加電來控制液晶的排布,就可以控制光線通過,從而顯示出不同的圖像。

液晶只能控制光線是否通過,卻不能自行發(fā)光。因此,人們必須給液晶面板后面配上背光模組,讓背光模組發(fā)光,由液晶面板來控制光線的通過與否。

同時(shí),液晶只能靠分子偏轉(zhuǎn)的不同來控制顯示畫面的灰階,卻不能控制通過光線的顏色。因此,人們又必須在液晶面板前面添加上濾色片,每個(gè)像素都由三個(gè)添加了不同顏色濾色片的小像素組成,通過對(duì)三色透光程度的控制,三原色組合成為色彩。

因此,液晶顯示器的工作原理決定了,即使背光燈管的發(fā)光效率已經(jīng)很高,但依然會(huì)在三個(gè)地方造成光能的衰減。

第一個(gè)地方就是背光模組內(nèi)部。由于背光燈管是線性光源,必須通過反射板、反射片和棱鏡片的反射和折射,使之變成均勻的面光源。這一過程中,光線在不停地反射和折射過程中射向不同方向,造成實(shí)際射向液晶面板的光已經(jīng)大受損失。

其次,在液晶面板中,光線再一次受到損失:在液晶面板下的偏光片處,僅允許通過一個(gè)方向的偏振光,以滿足液晶面板控制的需求。在液晶面板的下偏光片處,將有接近50%的光線會(huì)損失掉。另外,這僅僅是在液晶面板允許透光的時(shí)候;在不允許透光時(shí),液晶面板不允許通過的光線也將被吸收。這也就是說,如果顯示黑色畫面,那么幾乎所有的能量都被浪費(fèi)了。在顯示白色畫面時(shí),也將有50%的光線被浪費(fèi)。

另外,通過液晶面板的光線中,也僅僅有符合顏色需求的部分波長(zhǎng)的光會(huì)被保留,其他顏色的光同樣在這一過程中損失掉了。

一般說來,CCFL射出的光線中,能夠從屏幕正面射出的光僅僅有30%左右,其他70%都成為了無用功耗。這也意味著,液晶顯示器的發(fā)光效率僅僅能達(dá)到CCFL發(fā)光效率的1/3左右。

以上講的都是液晶顯示器工作狀態(tài)下的功耗。而待機(jī)時(shí),液晶顯示器的主要部件基本都進(jìn)入了關(guān)閉狀態(tài)。這時(shí),供電模塊就顯現(xiàn)出了重要性——即使僅僅是主控電路上的一個(gè)很小的喚醒電路需要供電,供電模塊都需要進(jìn)行電壓的轉(zhuǎn)換。因此,它將一直持續(xù)工作,成為顯示器的待機(jī)功耗的主要來源。

了解了顯示器功耗的主要來源,人們就開始針對(duì)這些功耗來源,不斷進(jìn)行技術(shù)研發(fā),創(chuàng)造出了高亮度燈管、增透膜技術(shù)、LED背光和高效電源轉(zhuǎn)換器等若干招數(shù)來降低顯示器的功耗。

招數(shù)一:用高效燈管降耗

如果要減少背光的功耗,就得減少背光燈管的用電量。因此,人們開始嘗試減少燈管來降低顯示器的工作功耗。但是,這樣一來,顯示器的亮度也隨之降低,并不能符合提高能效的要求。

不過,CCFL的發(fā)光效率也在不斷提高,高亮度的CCFL開始出現(xiàn)。就像超市中售賣的飛利浦節(jié)能燈泡一樣,它們可以在同樣的功耗下,發(fā)出更高的亮度。這一技術(shù)的變革使提高顯示器能效成為可能。

LG在2008年推出的W2252TE中,將這一理念成功實(shí)現(xiàn)。通過改變燈管驅(qū)動(dòng)電路,并使用更高亮度的燈管,LG成功在亮度不變的前提下將背光燈管從4根減少到2根。

通過減少燈管,LG W2252TE成功地將40W的背光工作功率降低到22W,使得整機(jī)的能源效率達(dá)到1.30cd/W,達(dá)到了1級(jí)能效標(biāo)準(zhǔn)的要求。

招數(shù)二:充分利用光線

用高效燈管并不能解決光線的浪費(fèi)問題,而且高效燈管的價(jià)格也比較高。如何增加背光模組發(fā)出光線的使用效率呢?3M想出了一個(gè)新的方案。

3M首先開發(fā)出了棱鏡膜(BEF)來解決背光散射光線的利用問題。BEF具有20微米左右高度的微三棱鏡結(jié)構(gòu)。加入BEF以后,光線會(huì)聚攏在70度左右范圍內(nèi)射出,而原本發(fā)散部分被微三棱鏡反射回背光源系統(tǒng),經(jīng)過循環(huán),重新加以利用,最終也在70度左右范圍出射。這使得背光模組發(fā)出的光線最大程度地射出了屏幕,增加了利用效率。

單是BEF還不夠,3M又開發(fā)出了另一個(gè)產(chǎn)品:反射型偏光片(DBEF)。它解決的是傳統(tǒng)的吸收型偏光片對(duì)偏振光的選擇問題。

從前,偏光片會(huì)選擇透過一個(gè)振動(dòng)方向的光線(此處假定是P光),而將與其垂直方向的光線(此處假定是S光)全部吸收,所以光能在通過LCD下偏光片時(shí)會(huì)被吸收而損失50%以上。

DBEF裝置于背光源和LCD下偏光片之間。P光可以直接透過DBEF,但絕大部分S光會(huì)被DBEF反射回背光源,經(jīng)過背光源各層材料后,S光被消偏振,成為全偏振光(P光+S光)后重新出射背光源,被循環(huán)加以利用。這樣以來,這50%的光能不會(huì)完全喪失,經(jīng)過幾次循環(huán)之后,很大程度上得到了充分利用。

優(yōu)派VX1933w就是應(yīng)用3M增透膜技術(shù)的成功范例:通過采用3M增透膜技術(shù),對(duì)背光發(fā)出光源的利用率從32%上升到了52%,從而采用雙燈管就可以達(dá)到通常四燈管的亮度表現(xiàn),實(shí)現(xiàn)了能耗的降低。

招數(shù)三:采用LED

事實(shí)上,CCFL的發(fā)光效率發(fā)展到今天,進(jìn)一步提升的空間已經(jīng)不大了。因此,人們開始將目光投向新的發(fā)光元件。LED就是人們寄予厚望的新一代背光光源。

早期的LED背光是由紅、綠、藍(lán)三色LED組成的。當(dāng)時(shí),白光LED專利掌握在少數(shù)公司手里,價(jià)格非常高昂。不過,現(xiàn)在白光LED的價(jià)格已經(jīng)開始下降。

早期LED的發(fā)光效率并不高,最早的時(shí)候還不如CCFL。但近年來,LED的發(fā)光效率得到了長(zhǎng)足的進(jìn)步。一般來說,CCFL的發(fā)光效率在50～100lm/W左右。1995年的時(shí)候,LED的發(fā)光效率還僅有8lm/W,遠(yuǎn)低于CCFL。但到2007年初,日亞化學(xué)工業(yè)開發(fā)出的白色LED已經(jīng)可以在某些電壓和電流下達(dá)到150lm/W的發(fā)光效率,但尚未產(chǎn)品化。現(xiàn)在,實(shí)用化的白光LED的發(fā)光效率已經(jīng)不低于CCFL了。

另一方面,LED是點(diǎn)光源,在顯示器實(shí)際應(yīng)用過程中,當(dāng)畫面局部顯示黑色時(shí),可以通過關(guān)閉對(duì)應(yīng)區(qū)域的LED來實(shí)現(xiàn)。而傳統(tǒng)CCFL在這種情況下依然要維持全功率工作。這樣,在顯示部分黑色的時(shí)候,就實(shí)現(xiàn)了能耗的節(jié)省。

AOC在2008年底推出的erfino“鋒?尚”就使用了白光LED背光技術(shù)。根據(jù)官方數(shù)據(jù),19英寸的“鋒?尚”的能耗僅為28W,達(dá)到了1級(jí)能耗標(biāo)準(zhǔn)的范疇。

招數(shù)四:換用高效DC

以上三種方式降低的都是液晶顯示器的工作功耗。但待機(jī)功耗也是顯示器功耗很重要的一個(gè)組成部分。這方面,就需要在電源轉(zhuǎn)換模組中下功夫。

LG W2252TE就采用了高效的DC轉(zhuǎn)換器,實(shí)現(xiàn)了對(duì)待機(jī)能耗的有效控制。原本電源轉(zhuǎn)換需要0.85W的能源消耗被降低到0.25W,因此,整機(jī)的待機(jī)功率被控制在0.3W左右,達(dá)到了1級(jí)能效標(biāo)準(zhǔn)的要求。

能效提升無止境

在節(jié)能規(guī)范的刺激下,人們對(duì)顯示器能效的提升空間被打開,越來越多的節(jié)能產(chǎn)品開始出現(xiàn)。

除了我們已經(jīng)提到過的一些節(jié)能產(chǎn)品之外,目前,三星公司的絕色系列產(chǎn)品已經(jīng)做到了0.3W以下的待機(jī)功耗,而節(jié)能型號(hào)如743A、2243EW、933SN、943SN等產(chǎn)品,已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了節(jié)能40%的標(biāo)準(zhǔn),22寸液晶顯示器的正常功耗被降低至21W 的低水平。這一成績(jī)是通過改變發(fā)光單元發(fā)布,提高發(fā)光效率,配合定時(shí)關(guān)機(jī)、顯示器節(jié)能模式等手段來實(shí)現(xiàn)。

優(yōu)派公司也表示,在已經(jīng)推出的VA1933等產(chǎn)品的基礎(chǔ)上,2009年優(yōu)派還將把低功耗技術(shù)應(yīng)用在22、24英寸的16∶9產(chǎn)品上。

LG公司表示,LG會(huì)在以后的開發(fā)中逐漸改變2級(jí)與1級(jí)的產(chǎn)品比例,最終向全面最高節(jié)能的方向發(fā)展。

從2008年的市場(chǎng)來看,節(jié)能是大勢(shì)所趨,很多廠商都借著節(jié)能的說法來宣傳自己的產(chǎn)品和品牌。但是,實(shí)際上各個(gè)產(chǎn)品的差別很大,人人節(jié)能的情況下,消費(fèi)者無法甄別真正的節(jié)能產(chǎn)品。顯示器節(jié)能規(guī)范,對(duì)行業(yè)來說是提供了一個(gè)可供參照的準(zhǔn)則;對(duì)消費(fèi)者來說,則是提供了一個(gè)選購(gòu)應(yīng)用的標(biāo)桿;從廠商層面來說,是能夠體現(xiàn)廠商實(shí)力的一個(gè)量化反映。通過這樣的節(jié)能規(guī)范,消費(fèi)者可以很明確地分辨出一臺(tái)顯示器在這一方面具備的能力,并據(jù)此進(jìn)行消費(fèi)。相對(duì)于目前市場(chǎng)上“認(rèn)證”泛濫的情況,節(jié)能規(guī)范也是很好的肅清市場(chǎng)的辦法。因此顯示器能耗等級(jí)的出臺(tái)非常有必要,也非常及時(shí)。用不同的等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)來規(guī)范廠商的行為,既保障了消費(fèi)者的利益,也保護(hù)了做得好的企業(yè),規(guī)范了市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)秩序。

未來,在能效標(biāo)準(zhǔn)的要求下,廠商們勢(shì)必更加注意對(duì)顯示器產(chǎn)品能耗的控制,也會(huì)創(chuàng)造出越來越多的節(jié)能產(chǎn)品。另外,更多新技術(shù)的不斷出現(xiàn),也將讓顯示器的能效水平再上一個(gè)臺(tái)階。三年后,我們使用的顯示器將更加節(jié)能環(huán)保。