低功耗大尺寸膽甾型液晶顯示器的發(fā)展-精品文檔

1、低功耗大尺寸膽甾型液晶顯示器的發(fā)展引言大尺寸顯示器既可以用于轉(zhuǎn)播體育賽事 , 又可作為戶外廣 告牌循環(huán)顯示 , 同時還可以用作信號標牌。觀看大尺寸顯示屏給 人一種融入顯示畫面 , 身臨其境的感覺。 根據(jù)應用要求 , 可將顯示 器長期或短期安置于室內(nèi)或室外 , 但似乎沒有一種顯示技術(shù)能夠 滿足各種條件下的應用需求。在過去的10年間丄ED大尺寸顯示屏在很多方面都取得了 不錯的成績 , 例如賽事轉(zhuǎn)播等等 , 但在戶外廣告牌方面卻進展緩 慢,阻礙了其廣泛應用。LED顯示屏主要存在以下缺陷:屏幕亮度 偏高;長期使用時功耗過高 ;不適用于空間有限的室內(nèi) ; 被認為會 產(chǎn)生較大的光輻射污染 ; 當觀看角度或

2、位置發(fā)生變化時 , 畫面會 失真 ;在外界環(huán)境亮度較高時 , 畫面對比度和亮度將不足等等。 為 了彌補以上不足因素 , 必須提出一種可適用于多數(shù)環(huán)境下的大尺 寸顯示器低功耗大尺寸全彩色反射型顯示器于是應運而生。1 電源配置系統(tǒng)膽甾型液晶顯示器 (cholesteric liquid-crystal display,ChLCD) 歷經(jīng)多年的發(fā)展 , 主要應用于低功耗便攜設(shè)備或 單色顯示標牌 , 它具有超低功耗和畫面響應速度快的特點 , 但對 于大屏幕顯示 , 畫面質(zhì)量是首要指標。ChLCD的主要特性是反射型顯示和雙穩(wěn)態(tài)工作模式，因此不 需要背光 ,主要功耗是用于維持系統(tǒng)工作和控制 , 而畫面保持

3、時 , 液晶器件本身幾乎不耗電。ChLCD有兩種穩(wěn)定狀態(tài)一一散射態(tài)和透過態(tài)(具體介紹詳見 李維？等著液晶顯示應用技術(shù)一書一一譯者注 ),其間存在著 許多灰度級別。在顯示器后面放置一個黑體 , 用來吸收透過的光 線, 從而顯示黑色。 當施加高電壓 (30V) 時, 膽甾液晶進入散射態(tài) 即光線通過液晶時呈現(xiàn)散射式反射 , 被人眼感知 ; 在較低電壓時 , 膽甾液晶將處于透過態(tài) , 呈現(xiàn)黑色或是中間灰度級狀態(tài)。一般膽 甾液晶膜只能夠反射單色光波 , 當用作黑白或全彩色顯示時 , 需 要附加紅綠藍濾光膜?；贑hLCD的工作特點，它多被應用于低功耗產(chǎn)品，例如移 動電話。為了提升對比度 , 保證圖像質(zhì)量

4、 , 一般需要提升工作電壓 使電位差增大 , 尤其是對于畫面頻繁變換的應用產(chǎn)品。設(shè)計大尺寸顯示器的電源驅(qū)動時需要考慮諸多因素 ,其顯 示屏總功耗主要由以下三個部分構(gòu)成 :圖像變換功耗(顯示功耗):這部分大約消耗功率5 15W/m2只有當畫面變化時才會產(chǎn)生，主要受畫面響應速度和電 位差影響。圖像變換平均功耗 ,主要參照圖像變換的頻率。 系統(tǒng)工作功耗 : 主要包括控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)輸入、傳輸和 相關(guān)電子部件的運作。 每個顯示屏的系統(tǒng)功耗一般為 350700W。 在畫面切換時 , 多數(shù)電子部件將暫停運行 , 使圖像變換功耗降至 最低 (1W/m2)。 外圍設(shè)備功耗 : 主要為環(huán)境照明、加熱或冷卻系統(tǒng)。外

5、 圍功耗取決于顯示屏的放置位置 （室內(nèi)或室外 ） 、氣候（冷熱溫度 ） 和畫面響應速度等等。 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的設(shè)計對于這部分功耗起著至關(guān) 重要的作用。O環(huán)境照明功耗由顯示屏的反射類型、環(huán)境亮度和照明燈類型等因素決定，一般為30100W/m2O 由于顯示器底面的黑體吸收光線 , 這部分光能將轉(zhuǎn)換為 熱量,因此需要對顯示屏進行冷卻。設(shè)備結(jié)構(gòu)、放置環(huán)境的氣候 決定了這部分功耗的高低，一般為100W/m2通常室內(nèi)顯示屏不 需要冷卻系統(tǒng)。O 在顯示屏啟動的時候 , 需要有加熱系統(tǒng)對設(shè)備進行升 溫。同樣 , 環(huán)境氣候、設(shè)備結(jié)構(gòu)、特殊需求和驅(qū)動電路等決定加 熱功耗,一般為50250W/m2通常室內(nèi)顯示屏也不需要加

6、熱系 統(tǒng)設(shè)計大尺寸顯示器的功耗 , 應預先確定顯示屏的工作需求 , 以便估算功耗種類和量值 室內(nèi)顯示屏的功耗通常低于室外顯示 屏與其它大屏幕顯示相比 , 反射型顯示屏的低功耗特點尤為 突出,例如:一般背光式液晶顯示屏在戶外日光直射的情況下, 背光亮度至少應達到2,000cd/m2,消耗功率約為2kW/m2,即使在夜 間, 也仍需要 0.5kW/m2 在估算總功率時 , 背光系統(tǒng)的消耗功率 一般按1.02.5kW/m2計算。只有提升背光效率，才能有效地降低整體功耗。另外，戶外大尺寸(20m2)LED顯示屏每天的平均功 耗為0.50.7kW/m2,它主要與外界光強和像素間距有關(guān)，其中像素間距越小

7、, 功耗越高。雙穩(wěn)態(tài)ChLCD一般不用于視頻畫面顯示，因此顯示功耗部 分應重點考慮靜態(tài)畫面切換的功耗。基于ChLCD的反射特點，提高夜間顯示照明設(shè)備的效率 , 可以使整體功耗得到有效降低。2 大屏幕 ChLCD2002 年, Magink 和三菱電子合作開發(fā)出第一款用于戶外大 屏幕顯示的ChLCD顯示屏尺寸介于213m2如圖1所示,顯示屏 表面覆有玻璃保護罩，且置于溫度控制箱內(nèi)，保證20C的正常工 作溫度, 圖像對比度為 68:1, 每 7秒切換一次畫面 ,持續(xù)時間為 2秒。畫面切換時系統(tǒng)工作功耗為16W/m2,畫面保持功耗為25W/m2平均功耗約為17W/m2此外，總功率還包括加熱系統(tǒng)功 耗

8、(100250W/m2),冷卻、空氣循環(huán)系統(tǒng)功耗( 6W/m2),以及照 明功耗(80100W/m2),總功耗約為150W/m2雙穩(wěn)態(tài)ChLCD可用于火車站臺時刻表、室內(nèi)標牌和交通引 導信號顯示等等。 目前 , 大尺寸顯示器趨向于高分辨率化 , 這意味 著數(shù)據(jù)傳輸控制將更為復雜 , 功耗也將隨之上升。通用電力公司 的新型高分辨率多彩色顯示屏，白天功耗約為150W(70W/m2),晚 間功耗約為 750W(340W/m2)3高對比度ChLCD圖像質(zhì)量是衡量大屏幕顯示器的關(guān)鍵指標。一般ChLCD的 對比度約為 6:1, 比較適用于字符或數(shù)字標牌顯示 , 但對于全彩色 顯示就顯得有所不足。通過材料和

9、驅(qū)動電路方面的改進 , 可將對 比度提升至 10:1, 但隨之帶來的是畫面轉(zhuǎn)換時間的變長。為了滿足高檔顯示需求，ChLCD的對比度還可以通過改變液 晶材料結(jié)構(gòu)的方法得到提升。 Magink 公司就按此方法開發(fā)出一 款高對比度（50:1）的ChLCD其色域也提升了 90%咼對比度ChLCD顯示圖像時,膽甾液晶處于亞穩(wěn)態(tài)，此時需 要維持電壓以保證圖像持續(xù)顯示，因此與一般雙穩(wěn)態(tài)ChLCD相比, 它的功耗較高。然而，高對比度ChLCD具有如下優(yōu)勢:畫面響應速 度快（20 C時小于170毫秒，-10C時小于800毫秒）；低溫環(huán)境下 不需加熱設(shè)備 ; 可用于室內(nèi)視頻顯示。 同樣, 它也可以在雙穩(wěn)態(tài)模 式下

10、工作 , 對比度為 15:1 。與雙穩(wěn)態(tài)ChLCD相同，高對比度ChLCC同樣需要安置于控制 箱中。如圖 2所示,根據(jù)其工作特點 , 一般畫面的顯示功耗平均為 54W/m2主要為圖像維持功耗，當顯示視頻畫面時，功耗上升至 107W/m2此外,每塊顯示屏的系統(tǒng)工作功耗接近 500W冷卻功耗 150W/m2和加溫功耗150350W/m2在夜間，環(huán)境照明功耗約為 60W/m2綜上所述，以13m2的高對比度ChLCD為例計算，正常工 作時平均功耗約為 350W/m2。該ChLCC顯示屏系統(tǒng)的設(shè)計并沒有完全采用高對比度模式,它還使用了一些與雙穩(wěn)態(tài)模式相同的基本設(shè)計 , 以實現(xiàn)在更多地 利用高對比度模式的

11、同時降低整體功耗。 例如,去除冷卻系統(tǒng) （雖然目前某些時候仍然需要進行冷卻 ）, 采用無玻璃保護罩設(shè)計以 減少光線反射 ,進一步改善圖像顯示效果 , 從而允許減少背光照 明。由于快速變化的圖像顯示不易受低溫影響（在-10C下響應速度小于 1 秒）, 從而也無需加熱系統(tǒng)。如圖3所示為第一款戶外大尺寸高對比度 ChLCD該顯示屏 對環(huán)境照明要求低，且不需加熱系統(tǒng)，平均功耗為110120W/m2 通過采用低功耗驅(qū)動電路、環(huán)境照明調(diào)整等手段 , 更可以將功耗 降低至80W/m2（20m2戶外圖像顯示屏）。通常用于室內(nèi)視頻顯示的高對比度 ChLCD不需要加裝冷卻 或加熱系統(tǒng) , 但對環(huán)境照明要求較高 , 功耗接近 120130W/m2。 ChLCD與 LED和背光式LCD顯示屏相比較，在節(jié)電方面的優(yōu)勢還 是顯而易見的。4 結(jié)論不論是雙穩(wěn)態(tài)還是咼對比度大屏幕 ChLCD總功耗都小于同 等規(guī)格的主動發(fā)光型顯示器。ChLCD能夠穩(wěn)定地工作于低功耗雙