前言：
身在一个科技发达的年代，周遭充斥各式电子商品，使用时碰上想打电话才发现手机电力不够？听音乐发现电力才剩一点？想必都会影响使用感受。延长随身电子商品操作时间的电力设计，长久以来都是各家厂商努力的目标，而显示器组件，往往是影响电力供应的最大关键...
本文：
随着科技进步，人们使用的电子产品，或多或少都有搭载显示方式，让人们操作、使用更为便利，从早期的灯泡、LED、到黑白液晶屏幕的逐渐进化，现在的手机或MP3，大部分都已经改用LCD屏幕。
当然显示方式，除了LCD外，也有不同选择，但以目前市场仍以LCD应用为大宗，先来看看LCD的原理是如何达成显示目的。
LCD的运作原理与架构
液晶显示器(Liquid Crystal Display；LCD)，顾名思义就是利用液晶分子，透过电流驱动，形成影像的1种显示器。
公元1888年时，奥地利植物学家雷尼哲(Reintzer)在加热安息香酸胆石醇时，意外发现该物质的异常熔解现象。之后，德国物理学者莱曼(Lehmann)观察此液体时，发现具有晶体所特有的异方向性特质，因此证实液晶的存在，开启液晶材料的开发研究之门。
由于液晶分子具有独特的方向性，在许多应用上，均是利用液晶分子受外界刺激后，发生角度旋转变化，进而达到我们想要的显示效果，而将此材料应用于显示器、光电组件、及相关的电子组件上。
△图说：LCD基本构成架构
如图所示，液晶分子夹在2片玻璃基板间，此外还有彩色滤光片、ITO层、偏光板、扩散板、导光板、间隙子...等，许多组件组合。这些组合有些是必要，有些则因成本考虑或是其它因素考虑，将部分组件省略。
液晶分子有受外力驱动而改变方向的特性，亦具有晶体特有的光学异方向性质，所以能够用外加电场来使液晶的排列状态改变。利用外加电场驱动液晶分子产生旋转的效应，称之为「液晶的光电效应」。利用此项技术，可制作许多种类的液晶显示器，如扭转向列型(TN)、超扭转向列型(STN)、及薄膜晶体管(TFT)
扭转向列型(TN)、(STN)这2类是较低阶的液晶显示方式，初期都是以黑/白方式作表现，在商品后期超扭转向列型LCD才有出现彩色的商品，而目前由于技术纯熟、成本压低，大部分STN早已被TFT LCD所取代。
TFT-LCD面板的基本结构，一样是在2片玻璃基板中间放入液晶。前端LCD面板有1层彩色滤光片，后端TFT面板上制作薄膜晶体管(TFT) 。当施电压于晶体管时，会致使液晶转向，而光线穿过液晶后，则在前端面板上产生1个画素。彩色滤光片给予每1个画素特定的颜色。结合每1个不同颜色的画素，所呈现出的就是面板前端的影像。
△图说：控制每个画素上的电场，使液晶旋转控制光线有无穿透，可让颜色混合产生不同的图案。
电压驱动方式，分主动与被动2大类别。被动式的驱动显示器，画质与反应速度，比同级的主动驱动产品要来得差，但由于其价格较为低廉，目前仍是中低阶消费市场的大宗。
LCD光源共分3大类，穿透式(Transmissive mode)、反射式(Reflective mode)、半穿透半反射式(Transflective mode)。“穿透式”屏幕，所有的光源由内部的光源模块提供。光源越亮呈现于屏幕前的亮度也相对较高，但是所耗的电量也就越大。“反射式”屏幕，利用反射板装置以外部光源来显示画面，省电性较高，但是若是在缺乏外部光源的环境使用，画面的效果就会大打折扣。
“半穿透半反射式”屏幕，是一种综合上述2者原理，所开发出来的技术，此装置以反射镜(reflector)来取代反射板，除了可透过背光达到显示功能外，也可利用外部光源的反射呈现影像，以达省电、提高亮度与减轻重量效果。
△图说：半穿透半反射式屏幕，被运用在高阶的随身装置上，是1项节省能源的优良方案。(资料来源：友达光电)
了解LCD作用原理后，对探讨如何省电将有很大的帮助，在LCD上会使用到电力部分，由前述原理可以简单理解，只有驱动液晶时，以及TFT作用和使用到背光模块时，需使用电力。
利用LCD液晶基本原理，设计而成的省电新方案
姑且不论低阶的TN、STN式屏幕装置，TFT LCD的液晶驱动新技术，AMVA-mobile由友达光电发表。新的多域配向控制技术(novel domains forming technology)及特殊的液晶画素结构设计，新技术能维持稳定的液晶配向，并能降低漏光现象发生，且提高穿透率，目前此技术已成功应用在QVGA以及VGA高分辨率面板上。
友达光电开发可携式显示器广视角(AMVA-mobile)技术，可提供比传统MVA模式更高的对比、更广的视角及更快灰阶间的反应速度，同时亦能维持高穿透率，这样一来就可以降低背光所需的亮度，进一步达到节省电源的效益。
LTPS取代a-Si提高开口率，进而达到节能
低温多晶硅(Temperature Polysilicon；LTPS)与传统非晶硅(a-Si)的差异性在于，LTPS 的薄膜晶体管，经过高于900℃雷射退火(Laser anneal)的处理，将非晶硅(a-Si)的薄膜转变为多晶硅(Poly-Si) 薄膜层。
这么以来，可以大幅提升电子移动率达百倍以上，使用LTPS的LCD具有降低材料成本、较高的开口率、及省电...等特质。
由于LTPS的LCD，可直接整合驱动电路于玻璃基板上，降低电路使用面积，进而降低成本。 提高高开口率，有高的电子迁移率，代表使用几何尺寸较小的晶体管，即可提供足够的充电能力，因此光穿透的有效面积变大。
△图说：LTPS为一项高难度技术，目前在日本被广泛运用。(资料来源：友达光电)
△图说：整合驱动电路于玻璃基板上，降低电路使用面积，可间接达到省电效应。(资料来源：友达光电)
LED的使用让背光模块更省电
背光模块，则是LCD里面较耗费电力的另1个重点，基本上由发光源、导光板、反射板、扩散板、增亮膜、偏光片6个大项组成，。
发光源是背光模块最关键的部分，传统冷阴极管(Cold Cahode Fluore Scent Lamp；CCFL)发光原理，与一般日光灯相仿，由灯管的2端加电压产生电场，使内部的电子撞击灯管内的惰性气体与气态水银，水银能阶降低释放出紫外光，此时灯管壁上的荧光粉吸收能量后放出光线。
而冷阴极管具备价格低廉与通用性高优点，让CCFL占液晶显示器背光源的大宗，但是个人携带型的产品由于需要体积小，内部组件也相对在体积要求更高，这时CCFL就较无法支持。
发光二极管(LED)在此时，则显得格外出色，LED背光模块的特性包括，不含铅及汞等环保优势、容易瞬间点亮、低电压、耐震动、抗冲击、反应时间快速及低温启动...等。
发光二极管同时又兼具轻、薄、短、小特质，在移动商品的应用上，有着更大的弹性空间，对LED的发展趋势，许多厂商推出新的概念。
例如，像是利用RGB 3原色混光LED背光模块的HiColor技术。此技术能将产品色彩再现程度，由NTSC 72%，提升至NTSC 105%，大幅增加了45%。使得显示器色彩更加亮丽饱满、画面表现更鲜艳。
此外，加强LED背光的液晶电视影像表现，像是色彩管理功能(Color Management)可以消除因为讯号与显示器色度差异，所造成的显色异常，以还原真实的颜色，让色彩可更准确呈现。
色温校正功能 (Flexible Color Temperature Setting)，通过改变红、绿、蓝发光二极管的强度，调整背光的白色色度，以因应不同应用场合的需求，而且不至于会因此产生过大的亮度损失。
韩国三星的区域辉度控制技术，透过有效的控制LED光源区块，除达到更好的色彩与对比外，对于暗处不发光的LED，也有着省电的效能。
除了发光源，如何提高发光源的光，也是节能的另一项研究的重点。
“导光板”应用于侧光型背光模块，是提高光效率的组件，将PMMA(压克力)制成光滑的板块，在导光板底面用印刷印出不同图形的扩散点，光板主要功能在于导引光线方向，以提高面板光辉度并可控制亮度呈现均匀状态。
“反射板”放置于导光板底部，将漏出的光反射回导光板中，防止光源外漏，用以增加光的使用效率。
“扩散板”在液晶显示器中的功能，为提供液晶显示器1个均匀的平面光源，扩散板主要是在扩散板基材中，加入一颗颗的颗粒，作为散射粒子，在此同时光线就会发生许多折射、反射与散射的光学现象，如此一来可达到光线均匀扩散的效果。
除了背光部分的机构强化，可以降低光源的耗损，还可以透过利用彩色滤光片的改良，提高光线的透过率。
友达推出了多原色技术(Multi Primary Colors)，在RGB外多加了Y(黄色)和C(青色)。
夏普推出AQUOS系列的液晶电视，提出“Multi”画素技术，一色素再分割成两个封包单位来控制颜色层次的表现，有别于友达的技术，更发表由六色彩色滤光片作成的手机屏幕，这都是利用彩色滤光片提高画质的作法。
这些做法，不但可以提高对比、色彩鲜明度外，也因为有良好的光线穿透率，让背光源的亮度可以降低，间接的减少移动装置的电源损耗。
△图说：夏普在LCD技术工艺上保持着领先的地位，上图为“Multi”画素技术，可以看出和下图一般显示器的差异点。
归纳针对LCD所运用的省电技术，原理不外乎如何透过改良既有工艺，达到节能、省电，或是利用光学设计改良，提高光线的使用率，降低背光消耗的电能。
（资料来源：DIGITIMES）
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