Die physikalische Essenz der Hintergrundbeleuchtung im Hinblick auf den Stromverbrauch: die quadratische Beziehung zwischen Lichtintensität und Stromstärke.
Im Hinblick auf den Stromverbrauch von Hintergrundbeleuchtungssystemen; Es gibt allgemeine Prinzipien, die sich aus der Physik ableiten lassen: Wenn man sich anschaut, wie viel Energie es verbraucht, kommt es darauf an, wie stark der Antriebsstrom sein wird. Das meiste davon gilt auch für LCD-/Mini-LED-Hintergrundbeleuchtungen: LCDs benötigen Hintergrundbeleuchtungsmodule als Ausgangspunkt, Mini-LED erzeugt Zonen kontrollierter Beleuchtung mithilfe dichter Reihen von Mikro-LED-Chips, sodass der Gesamtverbrauch davon abhängt, wie viele eingeschaltet sind und wie hoch sie aktuell sind.
Wenn ich einige HDR-Videos auf meinem 85-Zoll-Mini-LED-Fernseher abspiele, verbrauche ich normalerweise etwa 400 W, wenn die gesamte Hintergrundbeleuchtung eingeschaltet ist und die volle Helligkeit etwa 1000 Nits beträgt. Aber sobald wir auf SDR umschalten und die Leistung dann auf etwa zweihundert Watt herunterdimmen, sinkt die Leistung dramatisch, um einiges, also jetzt nur noch um die zwölf. Der Vergleich zeigt uns, welchen Einfluss die Helligkeit auf den Stromverbrauch hat.
Dynamische Dimmtechnologie: anspruchsvolle Manipulation, weltweit oder auf granularer Ebene.
Um den „hohen Stromverbrauch“ bei hoher Helligkeit zu brechen, hat die Branche eine mehrstufige dynamische Dimmtechnologie entwickelt, die Helligkeit und Stromverbrauch durch die Analyse von Display- und Umgebungsbeleuchtungsinhalten in Echtzeit ausgleicht.
Globales dynamisches Dimmen (LABC).
Die adaptive Helligkeitsregelung (Light Adaptive Brightness Control, LABC) wird durch die Umgebungshelligkeit von Sensoren gesteuert und dann die Helligkeit entsprechend diesen Algorithmen angepasst. Zum Beispiel:
Szenario in dunkler Umgebung: Wenn das Umgebungslicht < 100 Lux beträgt, sinkt die Helligkeit der Hintergrundbeleuchtung auf 50 Nents darunter, wodurch die Leistung um 60 % reduziert wird.
Situation mit starkem Licht: im Freien bei direkter Sonneneinstrahlung, die Helligkeit der Hintergrundbeleuchtung wurde auf über 800 Nits erhöht, um eine gute Sichtbarkeit des Bildschirms zu gewährleisten.
Technische Umsetzung: Der Lichtsensor wandelt das Lichtsignal in ein elektrisches um. Ein Treiberchip ermittelt über eine PID-Berechnung die höchste Helligkeitsstufe. Es arbeitet auch mit einem PWM-Dimmmechanismus. Basierend auf einigen Daten von Smartphone-Herstellern kann die LABC-Technologie gleichzeitig den Stromverbrauch des Bildschirms um 15–20 % reduzieren und so die Sicht der Menschen auf ihre Bildschirme noch besser verbessern.
Lokales Dimmen
Die Lichtquellen von LCD- und Mini-LEDs können eine lokale Dimmtechnologie verwenden, die für einen besseren Kontrast des Displays sorgen kann: „helle Stellen sind weißer als üblich und dunkle Stellen sind dunkler“, indem nur einige Teile der Leistung der Hintergrundbeleuchtung geändert werden, ohne insgesamt zu viel Strom zu verbrauchen. Wie zum Beispiel:
Bei der Mini-LED-Hintergrundbeleuchtung ist der Bildschirm in Hunderte bis Tausende Teile aufgeteilt, von denen jeder seine eigene Kontrolle über den LED-Strom hat. Bei der Anzeige schwarzer Szenen kann die LED der entsprechenden Partition ausgeschaltet werden, um „echtes Schwarz“ zu erzeugen und Strom zu sparen.
Seitlich zugängliche LCD-Hintergrundbeleuchtung: Durch Optimierung der Lichtverteilung durch die Verwendung eines Punktmusters auf der Lichtleiterplatte und in Verbindung mit einem dynamischen Dimmalgorithmus, um die Hintergrundbeleuchtung bei der Anzeige dunklerer Inhalte herunterzuregeln.
Datenunterstützung: Nach der Verwendung von 2000-Zonen-Lokaldimmung sparte der 65-Zoll-Mini-LED-Fernseher 35 % mehr Energie als im weltweiten Dimmmodus für hohe Dunkelheit und erhöhte außerdem das Kontrastverhältnis um 1.000.000:1.
ContentAdaptive Control (CABC): 优化素级的电能消耗.
Content Adaptive Brightness Control (CABC) dient der dynamischen Steuerung der Intensität der Hintergrundbeleuchtung und der Pixel-Graustufen, wodurch die Helligkeitsverteilung der angezeigten Inhalte analysiert und ein guter Kompromiss zwischen „unverändertem Bild“ und „gesparter Energie“ erzielt wird. Die Kernlogik ist hier:
Bildanalyse: Den Chip ansteuern, um das Histogramm des Bildes zu berechnen und den Anteil heller und dunkler Teile zu ermitteln.
Anpassung der Hintergrundbeleuchtung: Reduzieren Sie die Intensität der Hintergrundbeleuchtung entsprechend der Helligkeitsverteilung des Inhalts, beispielsweise von 100 % auf 70 %.
Pixelkompensation: Erhöhen Sie die Graustufen der Pixel, z. B. durch Erhöhung von (100.100.100) → (140.140.140), um eine Aufhellung aufgrund geringerer Hintergrundbeleuchtung zu erreichen.
Anwendungsszenario:
Statisches Bild: Fotos/Dokumente werden über CABC mit einer Reduzierung der Hintergrundbeleuchtung um 30 % angezeigt, die Bilder bleiben jedoch durch Pixelkompensation genauso hell.
Dynamisches Video: Die Spitzenluminanz von HDR mit CABC würde sich etwas erhöhen, aber immer noch um einiges. Für die Szenen, in denen es viele Details gibt, wollen wir mehr sehen und dann reduzieren wir auch die Hintergrundbeleuchtung, die nichts bewirkt, wieder.
Branchendaten: Nach Verwendung der CABC-Technologie verbraucht ein Tablet-Computer, der Webseiten durchsucht, 18 % weniger Energie und ein Video ist 12 % effizienter, der Benutzer stellt subjektiv kein Qualitätsproblem fest.
Material- und Schaltkreisinnovation: Reduzierung des Stromverbrauchs von Grund auf.
Auch Innovationen in der Hardware müssen nicht nur im Hinblick auf Softwarealgorithmen berücksichtigt werden. Die Industrie erzielt Verbesserungen in Form einer Steigerung der Energieeffizienz, indem sie das Material für die Hintergrundbeleuchtung sowie deren Herstellung und Verwendung verbessert.
Effizientes Lumineszenzmaterial
Quantenpunkte: Umwickeln Sie blaue LEDs mit einer Quantenpunktfolie, sodass sie nur sehr rotes und sehr grünes Licht abgibt, um die Helligkeit des Lichts (lm/W) zu erhöhen und den Stromverbrauch der Hintergrundbeleuchtung zu senken. Effizienz der Hintergrundbeleuchtung: Ein Quantenpunkt-LCD-Fernseher hat eine um 25 % höhere Effizienz der Hintergrundbeleuchtung als ein herkömmlicher Fernseher.
Mini-LED-Chip: Verwendet eine Flip-Chip-Struktur, sodass die Elektrodenbehinderung verringert und die Lichtausbeute erhöht wird. Ein Mini-LED-Chip eines Unternehmens hat eine Lichtausbeute von 200 lm/W, was 40 % mehr als bei herkömmlichen LEDs ist.
Verbessern Sie die Boost-Antriebsschaltung
Treiberschaltung für die Hintergrundbeleuchtung mit erhöhter Spannung unter Verwendung einer Schaltnetzteiltechnologie, deren Effizienz sich auf die verbrauchte Strommenge auswirkt. Die Industrie wird solche Optimierungen zur Verbesserung vornehmen:
Synchrone Gleichrichtungstechnik: Verwendung von MOSFETs anstelle von Dioden für geringere Verluste und höhere Effizienz > 95 %.
Dynamische Dimmfrequenz: Ändern Sie die Frequenz des PWM je nach Bedarf und verringern Sie sie bei weniger hellem Licht, um Schaltverluste zu verringern.
Intelligente Stromsteuerung: Passt den LED-Strom in Echtzeit mithilfe einer Rückkopplungsschleife an, um keine Stromverschwendung durch Übersteuerung der LEDs zu vermeiden.
Fall: Nach Verwendung eines GaN-Treiberchips steigt die Effizienz des Hintergrundbeleuchtungsantriebs einiger Smartphones von 85 % bei 500 Nits auf 92 %. Gleichzeitig beträgt die Energieeinsparung etwa 0,3 W.
