平板电视能效测试方法内容与先进性解析
2008年即将结束，中国平板电视能效标准的制定工作也进入最后阶段，它将成为中国第一部测量平板电视工作状态能源效率的标准，也是世界上最领先的平板电视能效标准之一。中国平板电视能效标准2009年即将正式公布，该标准配套的测试方法——《平板电视能效测试方法》已经通过审定。本文就《平板电视能效测试方法》的内容与先进性进行解析。 各国均采用IEC的方法来测量功率 40英寸以上平板电视能耗在200W以上，每天开机4小时就超过了普通节能双门冰箱的日耗电。所以，对平板电视能耗进行限制和引导很有必要。现在，各国纷纷开始制定平板电视的能效标准，并准备推行强制的能耗市场转换项目：比如中国的“中国能效标识”、欧盟的EuP指令、美国能源之星和澳大利亚的节能标签等（见表1）。中国能效标准在这些即将颁布的标准中最大程度地保证了严谨性和科学性，并为制定更大力度的节能鼓励政策奠定了公平基础。 2008年初，IEC发布了编号为62087的电视机能耗测量方法。IEC统计了各国电视节目画面的平均图像电平（APL）分布，并按照此分布定制了一段十分钟长的视频。通过被测电视机播放这段视频的积分功耗计算平均功率。作为一个测量电视机功率的方法，IEC的方法是正确的。但是要成为衡量不同电视机优劣的能效标准，仅仅一个功率却远远不够。其中需要增加对被测电视机测量状态的限制，同时也要限定功率值和电视机尺寸同其他性能参数之间的关系。各国的标准采均采用了IEC的方法来测量功率，但是电视机测量状态和评价方法的不同，却产生了不同的评价结果。 电视机亮度对能效的影响 电视机的测试状态一般指亮度和对比度设置（有些电视机还有背光源亮度设置等）。同一台电视机在不同工作状态下的能耗差别非常大；甚至同样的亮度输出，同样的画面效果，功耗也可能有很大差异。图1中红色线是一台样机的亮度调节曲线，横轴是实际输出亮度，而纵轴是IEC视频下的平均功率。在亮度设置在100%位置时（对比度保持100%）白屏亮度输出和测量功率均达到最大值；逐渐降低亮度设置，实际亮度输出也随之减少，但是功率测量值并不减少。在调节到20%亮度位置时，亮度输出和测量功率同时减少，直至0%亮度时两者都达到最小值。这是一种典型的调节亮度的机制，在降低亮度的初期，电视机通过减少面板Level，即增加灰度来降低亮度，总体能耗没有降低。这样的调节机制优点是实现较容易，缺点是在增加面板灰度的同时也降低了整机的光效率。 如果固定面板灰度，而通过调节背光来调节亮度，结果就会不同。自带背光亮度调整的样品，在固定亮度、对比度位置改变背光亮度设置时，测试功率和实测亮度同比减少。这样的调节机理同样达到了改变画面亮度的效果，但是并未增加面板上的光线消耗，所以对液晶电视的工作效率影响较小。 对比以上两种调节机制，以一台46英寸电视机为例，在300cd/m2这一常用亮度下，不同调节机制的测量能耗结果会有100W左右的差异。所以测试状态对能耗结果的影响很大，需要严格限定。 各国评价方法不一 反观各国具体的评价方法，美国能源之星和欧盟EuP在测试状态设置上采用了厂家默认设置。准确地讲它们接受电视机采用“零售”和“家用”两种内置模式，并只要“家用”模式符合能耗要求即可。使用厂家给定模式进行设置，给了厂家很灵活的配置空间，也给了不正当竞争者以次充好的机会。还以图2中的47英寸电视机为例，可以通过改变背光设置的方法，将出厂默认模式中的亮度设置为280cd/m2，直接可以比额定功率节省30%功耗；如果设置成180cd/m2，则不改一个部件即可将节能水平提高一倍。 从EuP的思路看，这样的改变默认设置也存在使得客户不满意画面质量的风险，但是很多客户又是有能力自己调节亮度和对比度等配置的。节能标准本应产生节能技术革新，若变成说明书和菜单的智力竞赛是谁都不愿看到的。同时采用厂家内置设置，还有制定标准上的困难。因为现在绝大部分电视机是通过调节面板来控制亮度，并且默认亮度基本都还是较高的，所以进行数据收集的结果会偏高。在标准成型之后，通过改变默认背光亮度设置直接可以达到节能要求。但是如何改变默认背光亮度设置是需要预估的，而预估不符合以数据为基础的标准制定原则。 中国标准采用的是和中国国家高清电视标准及美国VESA一样的极限八灰阶设置。极限八灰阶的设置基于实验员主观观测画面灰阶区分度给出亮度和对比度设置。这种设置方法由VESA（美国视频电子标准协会）设计，并被业内广泛采用。VESA认为在极限八灰阶刚好可分辨的情况下，显示屏是处于一种可以准确表现灰阶层次的状态，即正常工作状态。实验结果显示，参照设置流程调整出的极限八灰阶状态基本相同，亮度和对比度设定值在±5%差距之内；反映到相应cd/W效率值，结果变化小于±1%。所以虽然是主观设置流程，但有很好的重复性和唯一性。这也就消除了一台电视机可能产生两种测试状态的情况，也限制了修改初始设置就可以节能的投机行为。 美国能源之星和欧盟EuP都采用了以面积为变量的一次函数计算能耗限定值的办法。经验函数的设定依据是对采集数据的线性拟合。在屏幕尺寸相差太多时，数据的拟合度降低，所以需要把不同的尺寸范围分开考虑。这样的评价方法的弊端是明显的，首先，这样的方法不考虑电视机的亮度和工作效率，而是简单的用能耗值评价优劣；其次，这种经验函数紧密依赖于测试条件的设置和技术的发展。如果改变了测试状态，测试结果的变化会带来拟合结果的变化。函数中一次项的系数与屏幕显示能耗相关，这部分能耗和屏幕面积成正比；常数项是固定能耗，比如等。系数和常数的设定是随各种技术的变化而变的。用2006年平板电视显示面积和功耗的关系来决断2010年的产品，也有失合理性。在当前技术快速发展的情况下，如果使用经验函数的方法，应该每一两年更新一次数据，调整函数的参数。但是对于标准制定来说不具有操作性。从图2中可以看到亮度输出和功率消耗在背光调节时是成正比的。那么在多少的亮度下测试是一个合适的亮度呢？对于不同设计用途和尺寸的电视机答案应该是不同的。要么规定测试亮度，或者忽略测试亮度，这一问题用能源之星和EuP省略光效率的面积经验函数难以解决。 中国的平板电视能效标准沿用了显示能效标准中“cd/W”的评价值。这一评价值在物理上是屏幕法向上小立体角内的光通量密度和功耗的比值，即显示器件将每瓦电能转换为法向光通量的效率。此效率计算方法独立于屏幕尺寸、亮度、显示技术和测试状态的变化。这使得中国标准从测试和评价值上有更好的适应性，可以独立于显示技术保持稳定。随技术不断革新，只需要改进评价分级的数字，而不需要改动基础的评价方法。因为直接考虑光电效率，所以就不用纠缠于样品的测试亮度。厂家可以根据设计需要自由选择工作亮度，而效率值观测的只是样品在正确显示灰阶的状态下的转换效率。“cd/W”明确的物理意义有先天优势，不同尺寸电视机可以使用一套分级能效值，没必要像能源之星那样区分不同的尺寸。 最后，在厂家委员的支持下，在测试方法最终稿中，中心亮度被改为了全屏9点平均亮度，即限制了通过降低均匀度提高“cd/W”结果的行为。
