GB 21520-201X显示器能效新标准解读与分析

华明静，黄林轶

（工业和信息化部电子第五研究所，广东 广州 510610）

0 引言

我国在2008年11月1日起正式实施了GB 21520-2008《计算机显示器能效限定值及能效等级》[1]标准，并实施了强制性能效标识制度，目前在市场上销售的显示器产品必须加贴能效标识才能销售。

随着信息技术的飞速发展，显示器产品节能技术的日益成熟，据统计，现有市场的显示器产品达到能效1级的产品占比已超过80%，因此，原有标准中的能效等级指标已不能对显示器能效水平起到引导作用，对此，中国标准化研究院汇同相关企业及检测机构开展标准换版工作，并于近日推出了GB 21520-201X《显示器能效限定值及能效等级》的征求意见稿[2]，本文针对该稿，结合旧版标准对其中的差异进行介绍和分析。

1 征求意见稿的内容介绍

1.1 范围

适用于在电网电压下正常工作的普通用途显示设备，也适用于主要功能为显示器，具有调谐器，作为显示器产品流通的显示设备，医疗、工业设备专业用途显示器不适用。与旧版标准的适用范围相比，我们可以看出阴极射线管显示设备 （CRT显示器）已不在本次新版标准范围内，这也与该类产品在市场中被淘汰的现状相吻合。

1.2 技术要求

在新版标准的征求意见稿中，显示器的能效等级依旧分为3级，考核指标为：能源效率、关闭状态功率、睡眠状态功率，具体要求见表1。

由表1我们可以看到，在显示器类型上增加了高性能显示器这个类别，并针对不同尺寸的高性能显示器能源效率也有不同的要求，高性能显示器是需要同时满足以下3个条件的产品，1）对比度在60：1时，水平视角不小于85°；2）固有分辨力不低于230万像素数；3）色域空间不小于sRGB色域空间的110%。另外，睡眠状态功率也是本次修订稿中新增的内容，睡眠状态指的是显示器在不关闭情况下能耗较低的状态，该状态不产生图像，由用户选择进入，也可因一段时间无信号输入而自动进入，在连接设备或用户操作时切换到工作状态。

对于能源效率，在各个级别上指标都有明显的提升，例如在旧版标准中，普通用途的显示器1级的要求值为1.05 cd/W，而在本次新版标准中已上升至2.0 cd/W，准入门槛能效限定值也升至1.0 cd/W。

2.3 能源效率的计算

显示器能源效率Eff按公式 （1）计算：

式 （1）中：Eff——能源效率，单位为坎德拉每瓦（cd/W）；

Pw——显示器工作状态单位时间能耗值，单位为瓦 （W）

S——显示器屏幕面积，单位为平方米 （m2）

L——显示器屏幕亮度，单位为坎德拉每平方米（cd/m2）

不难看出，作为显示设备，影响能源效率的因素依然为显示器的尺寸、亮度和能耗，评价的实质在于光电转换效率。

1.4 试验方法

1.4.1 显示器水平视角、固有分辨力、色域空间的测试

在本次新版标准中，试验方法中变化最大的在于增加了为判断高性能显示器而需要进行的试验：显示器水平视角、固有分辨力、色域空间。下面将详细介绍这3个参数的测试。

a）水平视角测试方法

水平视角即为在水平方向，当对比度大于某一可接受值时，观察方向与显示器屏面法线之间的夹角，如图1所示，水平视角为左右视角之和 （θL+θR），在本次新版标准中规定的可接受的对比度值，为60：1。对比度是指在恒定的照明条件下，显示器显示部分的选择态与非选择态的亮度之比。测试时，将显示器连接到电源和测试设备，给显示器分别显示全白场信号和全黑场信号，以亮度计与显示器距离1 m为半径，水平方向旋转亮度计，保持观察点为屏幕中心点，测试显示器显示全白场信号和全黑场信号时的亮度，记为LW和LB，计算对比度C，计算公式如下公式2，直到对比度为60：1时，记录此时显示器的旋转角度，向左旋转的角度与向右旋转的角度相加，即为水平视角。

表1 显示器能效等级

b）固有分辨力测试方法

显示器连接到电源和测试设备，测试显示器物理的水平像素数及垂直像素数，测试结果即用水平像素数与垂直像素数的乘积表示。

c）色域空间测试方法

显示器连接到电源和测试设备，显示器分别显示全红场信号、全蓝场信号和全绿场信号，分别测试 3 种信号对应的色度坐标 （xr， yr）、 （xb， yb）、（xg，yg）， 用公式 （3） 计算色域空间在sRGB色空间的占比GsRGB，该参数反应了产品色彩的还原能力，是由产品显示屏本身的性能决定的。

图1 显示器的夹角图

2.4.2 能源效率测试方法

a）测试前的设置

显示器的所有色彩控制 （色调、饱和度等）调节至出厂缺省值。不应连接任何外部设备，包括USB集线器或端口。附加功能应关闭，如无法实现，调至能耗最小位置，显示器刷新频率应设为60 Hz，或设为制造商推荐的刷新频率。

b）显示器的状态设置

恢复显示器到出厂设置，显示8级灰度测试信号，如图2所示，当亮度和对比度设置在最大位置时，应能区分第一排的100%和95%的两个灰阶。如果不能区分，那么调整亮度直到可以恰好分辨。在这个步骤中8灰度的调整与平板电视测试状态中8灰阶的调整有所不同，当亮度和对比度最大位置时，仅需要对第二排的100%和95%的两个灰阶进行判断，而无需区分所有的灰阶。如果当亮度和对比度最大位置时可以区分这两个灰阶，则定为测试状态；若不能区分时，将亮度从最大值调小到恰好分辨的状态为测试状态，这也就增加了测试人员的主观因素。经过测试发现，该项操作与测试人员所处的方位、距离等有很大的关系，因此测试人员在该步骤时应该处于最终光学测试装置的位置上，从而减少该项操作所带来的不准确性。

图2 8级灰度测试信号

调整显示器的亮度与对比度之后，将亮度计放置于正交垂直于屏幕中心的位置进行测量，测试距离为1 m，对于测试距离的规定是新版标准中新增加的内容，在旧版中对测试距离未做规定，检测机构在实际测量时统一的做法是选取显示器屏幕高度的4倍作为测试距离，但这样的测试距离与显示器在实际使用中使用人员与显示器的视觉距离不相符，显示器在实际使用中，使用人员与屏幕距离不会根据屏幕尺寸而变化，因此，为了模拟实际的情况，新版标准对测试距离规定为1 m。另外，显示器的亮度均匀性指标在新版标准中也提出应符合SJ/T 11292[3]中的要求：LU≤1.5：1，如不符合，则不再进行能源效率、睡眠状态功率和关闭状态功率的测量。在SJ/T 11292中，对于亮度均匀性的测试，需要将产品的对比度调至最大，亮度调至最佳位置，找出非亮度控制功能造成的显示范围内亮度差最大的两个亮块位置，并测量其亮度，如没有显示亮度差的位置，则分别测试如图3第1-5的亮度，测试时应使亮度计镜头与液晶屏垂直并保证亮度计视场分别覆盖第1-5号亮块，其最大值与最小值之比即为LU。

图3 测试定位图

c）测试信号，如图4所示，该测试信号用于测试显示器屏幕中心亮度。

图4 占画面80%的全白信号

d）测试方法：显示器连接到电源，输入图4的测试信号，预热至少60 min，测量显示器屏幕中心的亮度，同时测量屏幕尺寸，测试显示器此状态的能耗，测试时间不少于10 min。在这个步骤中，要注意预热时间60 min，这与旧版标准中的“保持稳定大于20 min”不同，提出了明确的预热时间，这也是与以往在测试中发现预热时间不确定对于结果有较大影响。

2.4.3 睡眠状态功率、关闭状态功率测试方法

将显示器连接到电源和测试设备，并适当调整测试设备的测量范围，使显示器进入睡眠状态，并保持，直到测量的功率读数稳定，测量睡眠状态功率，测试时间应不小于10 min。关闭状态功率同上测试步骤，不同的是关闭状态应关闭显示器开关使其进入关闭状态。

3 高性能显示器的能源效率测试结果

在实际测试中，选取4款高性能显示器进行了能源效率项目的测试，结果如表2所示，不难看出，尺寸＞27的高性能显示器测试结果基本能达到2级水平，而现有的尺寸＜27的高性能显示器在各项指标中，功率部分还需要改进，能源效率测试结果并不满意，难以达到修订稿中对于高性能显示器的能源效率3级的要求，因此对于新版标准中该项指标是否合理，还需要进一步验证。

4 结束语

GB 21520-201X《显示器能效限定值及能效等级》针对旧版标准在实施以来所发现的问题点进行了修订，各项能效指标全面提升，并推出高性能显示器的概念，考虑实际的使用情况，针对不同类别显示器采用不同的能效指标，这也对显示器生产厂家提出了更高的要求，当然，随着技术的不断革新，必将会有新的产品、新的技术出现，作为检测机构，我们将持续关注显示器在能效及显示方面的新技术。

表2 高性能显示器能源效率测试结果

[1] GB 21520-2008，计算机显示器能效限定值及能效等级[S].

[2] GB 21520-201X，显示器能效限定值及能效等级 （征求意见稿） [S].

[3] SJ/T 11292-2003，计算机用液晶显示器通用规范 [S].