不管是电视、手机、平板还是电脑，如今高分屏已经成为最炫的亮点。但在视野大提升的同时，高清屏伴随的副作用也不小，耗电提升，发热骤增，这在相当程度上限制了高分屏的应用。更别说高分屏应用在移动设备上时，会对电池续航时间产生极大的影响。即便在电视上，高分屏也造成了电视能效比降低，以及耗电增加和发热严重的问题。那么高分屏如何才能节电呢？

发光效率难提升，控制芯片成重点

    我们知道，液晶屏自身是不发光的，依靠的是背光来显示图像。而背光的耗电，占了液晶屏耗电的70%，在这种情况下，提升背光效率，无疑是解决未来降低高清屏功耗的重要途径。但遗憾的是，虽然在实验室中LED的发光效率已经达到400lm/W（每W流明），但由于成本、工艺、寿命、显色率等诸多因素的影响，这样的高效LED还无法投入实际应用。目前，显示屏背光所使用的LED其发光效率一般只有100lm/W左右，而诸多因素的限制，让背光LED的发光效率在短时间内难有突飞猛进的进化。

    发光效率难于提升，那么背光节能就无望了吗？其实，影响发光效率还有一大要素，那就是LED的驱动芯片。实际上想要LED工作在最佳状态，对于电压的要求近乎严苛。电压过低，无法点亮，而电压过高，其亮度并不会提升，多消耗的电源，只能转化热量。更糟糕的是，由于生产工艺的差异，各厂家甚至同一厂家不同批次的产品，其最佳工作电压也是不一样的。在这种情况下，以往那种依靠监控LED供给电压方式，必然要让供电电压高于LED最佳工作电压，才能保证背光点亮，但如此一来，就会造成能源的浪费和发热的增加。而在罗姆公司新近开发的LED控制芯片中，监控LED的阴极电压，由此判定LED的工作电流是否处于最佳状态，并通过反馈电路，调整LED的工作电压，这样就能够保证LED处于最佳工作点，较之传统的控制方式，可以降低整个背光系统10%的电能。同时，新驱动芯片的最大驱动电流提升到250mA，也便于液晶屏使用单颗功率更大、发光效率更高的LED芯片。这样，依靠芯片的进步，背光系统在LED发光效率难于提升时，也起到了很好的节能作用。

图：背光led驱动改进示意图

提升开口率，减少驱动TFT的面积

   提到高分屏，我们往往会提到制造工艺，比如平板、笔记本的屏幕用的IGZO，而手机更多使用的是LTPS低温多晶硅。为什么高分屏与这些新工艺总是密不可分呢？其实，这依旧是降低功耗的需求。说起来，液晶屏的结构还是很复杂的，在每个像素背后，都需要一个薄膜三极管和两个存储电容，才能满足工作的需求。但薄膜三极管和电容本身是不透明的，这也就意味着这些部件的存在，将遮挡住背光发出的光线，降低了背光的利用率。

这在分辨率较低时，影响还不是很大，但随着分辨率的增加，像素面积减小，这一影响就非常明显，甚至让液晶屏无法使用。打个比方，在低分辨率时，如果薄膜三极管和电容占据了显示面积的20％，影响尚不明显。但如果工艺不变，液晶屏的纵横分辨率都加倍，而这些部件面积不变的话，那么部件将遮挡住像素80％的面积。此时想要屏幕保持原有的亮度，背光亮度要增加4倍才能实现。如果分辨率想要再提高，那三极管和电容将会完全遮蔽像素，液晶屏压根儿无法使用。

而这些部件的面积，与生产工艺有直接关系，如传统的非晶硅工艺，由于电子迁移率低，在像素密度达到200ppi（像素/英寸）时，TFT已经占据了像素的大部分面积，因此它很难用在高分辨率的平板上，只能改用IGZO工艺面板。虽然IGZO可以将这些部件的面积缩小到非晶硅的1/5左右，但在手机领域，其面板的像素密度更高，对面板的耗电更加敏感，在这种情况下，IGZO都难于满足要求。这时，电子迁移速度更快，元件体积可以进一步缩小的LTPS，低温多晶体工艺是绝对主力。

图：驱动三极管遮挡关系与IGZO驱动管面积缩小，减少遮挡。

液晶像素结构

薄膜TFT占用面积

开口部分

以往的液晶屏

新开发IGZO液晶

点滴较真，面板驱动也节电

   实际上，高分屏不仅在背光上耗电增加，面板驱动本身也需要更高的功耗。毕竟更多的像素，不仅让处理器、GPU驱动芯片组的负担更重，而像素驱动三极管也要频繁的开关，这都会增加面板自身的耗电。一般情况下，面板耗电占了屏幕耗电的30％左右。

    但这样刷新的过程，有时候存在极大的浪费。例如在显示静态画面时，屏幕根本无需进行刷新，这时系统还在输出视频信号，那就纯属做无用功了。因此LG在推出G2手机时，使用的面板就采用了“面板自刷新技术”。这一技术，就是将原来存储在系统内存的帧缓冲内存，复制到面板自带的Gram中（类似于显存的概念）。一旦系统检测到显示的是静态画面，那么就无需从系统内存中调取数据，而直接由从面板中调取数据进行刷新，这样系统处理器和GPU就可以进入深度睡眠。尽管这电不是从面板中省出来的，但正是Gram的存在，减少了系统负担，因此面板进化也功不可没。而据LG统计，由此节省的电能，相对于面板耗电的26%，也相当可观。

   而在显示静止画面时，驱动面板像素的数百万只三极管以及驱动电路，也在卖力地工作着，虽然这些三极管功耗极小，可也挡不住数量多啊。如4K面板，其驱动三极管达到三千万只，以60Hz甚至是120Hz频率刷新时，其功耗也不小。因此夏普在推出IGZO工艺时，也对面板的刷新机制进行了调整，即一旦检测到是静止画面，面板将自动降低屏幕的刷新频率，由原来的60Hz或120Hz降低到5Hz左右，用在刷新上的功耗将降低到原来的1/5甚至1/10，这对于面板的节能也大有好处。

终极解决，MEMS引发低功耗革命？

   说起来，液晶透光性差这让它在节能上存在天然的缺陷。要知道，现在即便是透光率高的液晶面板，其透光率也只有10%左右，而高分屏的透光率，甚至不足5%，这意味着只有1/10甚至1/20的背光成为有用光，其他背光都浪费了。而且液晶屏的工作原理还决定了其透光率难于突破，这主要是因为液晶在工作时，需要对光源进行偏光处理，这时候就要用到只能透过单方向光源的偏光片，在偏光片上，另一个方向的光源被完全过滤，因此偏光片的最高透光率只有50%。同时，液晶屏还需要红绿蓝三色的彩色滤光片滤除光源，才能显示彩色图像，而滤光片只能通过与其颜色一致的光线，其余色光被完全过滤。也就是说，其理论最高透光率只有1/3。这也就意味着，即便在理想状态下，液晶面板的透光率最高只能达到17%左右。

图：MEMS和液晶屏工作原理比较

    液晶的工作原理，让其难于突破功耗瓶颈，在这种情况下，高通和夏普近期推出了MEMS技术，以求大幅降低屏幕，尤其是高分屏的功耗问题。这一技术最大的变化，就在于MEMS，也就是微电机快门，来取代液晶快门，对背光进行控制以显示画面。由于MEMS不需要对光线进行偏光处理，这样就可以取消偏光片，光线利用效率提升一倍。而在彩色显示上，MEMS技术也采用了巧妙的方法，即其背光采用RGB三色LED，在一次刷新周期内，三色LED轮流点亮，而微机电快门，也根据图像的要求，打开三次，控制三色光源的光通量，这样就可以显示出不同的颜色。这种显色的方法，也避免了滤光片带来的损耗，让光线利用率又提高3倍。这也就是夏普宣传MEMS较之LCD技术，可以节电6倍的原因。

图：高通将MEMS技术用在Toq手表显示屏上。

    实际上，这一技术已经在高通Toq 手表上得到了应用。据高通表示，在相同亮度下，MEMS面板耗电只有1mW，而背光灯电流也只有55mW。而液晶屏的面板耗电20mW，还需要220mW的背光耗电。耗电量降低到液晶屏的1/4。当然，MEMS还存在价格，色彩表现等诸多瓶颈，但由于其能够在改造的液晶生产线中进行生产，一旦市场需要扩大，有望得到超乎寻常的普及速度。

结语：节能之战，旷日持久

    可以说，电脑，尤其是移动设备的发展，就是一条解决平衡性能与耗电，发热与续航之间矛盾的路径。而高分屏的发展，也正遭遇耗电与发热瓶颈。但在一系列节能技术的帮助下，高分屏正有条不紊地推进着自己的低功耗之路，4K电视渐入佳境，视网膜平板迅速普及，而2K屏在手机上已经不是什么稀罕玩意儿。但这并不意味着高分屏节能目标已经完成。毕竟，人们对于高分的要求的追求永无止境，4K电视之后，还有8K电视，而手机厂商，也正酝酿着4K屏在手机上的应用。这样的新应用场合，都要求高分屏进一步节能才能实现，高分节能之战，将是旷日持久的长期战争。