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《科学24小时》

开博时间:2016-07-01 14:43:00

旨在向全国广大群众,特别是具有中等文化程度的广大青年,普及科学技术知识,繁荣科普创作,启迪思想,开拓视野。

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那些你用过和没用过的屏幕

2017-05-09 16:06:00

杨洋

互联网时代,不管你用的是智能手机、超级电视、台式电脑、笔记本电脑还是平板电脑,都离不开一块“屏幕”。但是这些大大小小、种类繁多的屏幕,仔细挑选起来,还真是有点烧脑。本期,我们就来起底各种屏幕的前世今生。

可达无限色的 CRT显示器

不知道大家对大脑袋的 CRT显示器是否还有印象,或许部分学校教室的墙上还挂着这样的大家伙。CRT显示器全名叫阴极射线显像管(Cathode Ray Tube)显示器,是德国物理学家布劳恩(Kari Fer- dinand Braun)于1897年发明的,主要由显像管电子枪、荫罩和荧光屏组成。 显像管电子枪射出可见光束,穿过布满几十万小孔的荫罩,到达涂满三原色的荧光屏上,随后激发出红、绿、蓝的颜色组合,以像素的形式从左上角到右下角横向、隔行扫描并依次发光,借此构成一幅幅图像。CRT显示器的优点在于理论上可射门的力量有多大以达到无限色,所以目前在专业的作图、校色领域仍然有 CRT的身影。 但是成也显像管,败也显像管,显像管的存在让 CRT显示器存在着如电子辐射大、分辨率受限、寿命短等问题。 

开启平面显示器大门的 PDP

以前我们看电视时,显示器经常会突然“罢工”,图像甚至还会发生扭曲。大多数情况下,只要我们重重地拍几下显示器的外壳,图形就会自然恢复,这种情况就是因显像管易老化、虚焊造成的。

而等离子显示屏(Plasma Dis- play Panel,简写为 PDP)的出现彻底改变了这一现象,也正式开启了平面显示屏幕的大门。

PDP1964年由美国伊利诺伊大学的两位教授 Donald L. Bitzer H.Gene Slottow发明。它的工作原理与日光灯很像。它采用等离子管作为发光元件,一个等离子管对应一个像素,在管中注入惰性气体或水银气体,利用加电压方式,使气体产生等离子效应,放出紫外线,激发三原色。每个个体独立发光,产生不同三原色的可见光,并利用激发时间的长短来产生不同的亮度,最高亮度可达1000 lx以上,相当于电视台演播厅的标准照度。

上述性能让PDP可以显示出更多样的色彩,制造出更薄、更大尺寸的屏幕。 PDP的高亮度、高对比度,使得它成为电影屏幕的不二选择。但是,由于PDP独特的显示方式,导致在长期显示同一画面时,容易出现不可逆的烧屏现象。同时,没有小尺寸屏幕、高耗电、高发热等因素,也制约了 PDP的可持续发展,同时也给后来居上的 LCDLiquid  Crystal D i sp l ay)液晶显示器有了可乘之机。 

后来居上的LCD

液晶显示技术于1968年问世。所谓液晶,就是介于液态与结晶态之间的一种物质状态。 在常态下,其分子状态排列有序且透明,一旦加电,它的分子排列就会被打乱,一部分液晶会改变光的传播方向。液晶屏就是在液晶的前后,利用偏光片来阻挡特定方向的光线,让其产生颜色深浅的差异,从而显示出或单一或丰富的图像。

不过真正的 LCD量产产品直到1972年才出现,瑞士手表公司高路云(Gruen)首次将液晶显示运用到手表上,并取名 Teletime。 随后,日本的夏普、东芝、爱普生等公司,先后发布了液晶计算器、液晶显示器、便携式液晶计算机等液晶产品。但是当时的液晶显示产品,对动态、静态图像的显示表现并不好,而且可视角度小,拖影现象十分明显,甚至在长达近20年的时间里都没有实质性的进步。因此, LCD仅被应用于计算器面板、电子表和电器零件显示器,以及早期的低价位笔记本电脑等一些对图像显示质量要求不高的设备上。 

进入寻常百姓家的 TFT-LCD

直到1993年, TFTThin Film Transistor)薄膜晶体管出现,液晶显示器才慢慢开始进入寻常百姓家。 大到台式机显示器、电视机、笔记本电脑,小到 PDA MP4MP3,但凡有屏幕显示的地方都被 TFT-LCD占据了。

TFT液晶屏属于有源矩阵液晶屏,由每四个相互独立的薄膜晶体管来驱动一个液晶像素,让屏幕可呈现最高24bit色深的彩色图像。而在分辨率上,也达到了最大1600×1200像素的水平。

在此之后, 日本开始大力发展液晶显示产业,从生产玻璃基板到滤色片、偏光片,再到导电膜和平板印刷,全球的每个生产环节上,都有日本企业的支撑。索尼、日立、东芝、夏普都是那个年代树立起来的日本显示器品牌。直到现在,日本品牌的液晶显示器仍是世界范围内认知度和品牌效应最高的。 

液晶屏的背光源

因为液晶本身不发光,因此所有的液晶屏幕都必须自带“光环”——背光源。它是存在于液晶显示器背后的一种可见光源,其性能直接影响到整个屏幕的显示效果。 可以用作背光源的有普通的点光源灯泡、条状的荧光灯管、扁平荧光灯、 LED发光二极管等。

经过一段时间的尝试,在综合考虑寿命、亮度、体积、发热量、稳定性等各方面因素后,目前市面上的液晶显示器以直下式和侧光式的 LED型背光源为主,这也就有了“LED显示器”的误传。 不管是直下式还是侧光式,它们都是从节约成本的角度考虑,在屏幕的四周分布一到两条 LED 发光二极管作为背光源,用导光板、增光膜、扩散膜、反射片等简单的光学结构达到照亮整个屏幕的目的。

但是这样的设计,对 LED光源的要求也提出了更高的要求,既要保证整个屏幕有足够的亮度,又要尽可能减少漏光的出现(纯黑屏的情况下,在屏幕的四周会有一圈白色亮光从屏幕中泄漏出来)。而这样的漏光现象,是液晶显示器无法彻底避免的问题——屏幕越大,越可能漏光;价格越便宜,越容易漏光。 前一段时间,笔者刚好拆解维修了几台普通 LCD 的液晶显示器,它们共同的问题都是LED背光条损坏。 

新一代的柔性屏显示器

正是因为背光源的种种问题,市场催生了新一代的显示产品——OLEDOrganic Light-Emitting Di- ode,有机发光二极管)显示器。很多人可能知道,该显示技术是由柯达公司开发并拥有专利的,使用有机聚合材料作为发光二极管中的半导体材料。但是大家不一定知道, OLED是由美籍华裔教授邓青云于1947年在实验室中发现的。

OLED显示器因为是由三种颜色的阵列 OLED二极管组成的,故不属于液晶显示器的范畴。 相较于 LCD 来说, OLED显示技术具有自发光、广视角、具有几乎无穷高的对比度、较低耗电量、极高反应速度等优点,按驱动方式可分为被动式(Passive Matrix,  PMOLED)与主动式(Active Matrix,  AMOLED)两种。 OLED可以做得很薄,可以装在塑料或金属箔片等柔性材料上,让显示屏更轻、更耐用,同时也让弯曲的屏幕成为可能,所以 OLED又被称为柔性屏幕。

OLED技术逐渐成熟的大背景下,两家韩国公司——三星和 LG异军突起。 在2013年,两家公司分别发布了三星 Galaxy Round LG G Flex这两款真正意义上的 OLED曲面屏幕手机,将显示屏带入了柔性时代(部分号称曲面屏的手机产品,只是采用了2. 5D的玻璃,借助了视觉上的错觉,不能称作真正的曲面屏手机)。

在此之后,曲面屏幕开始强势发力,迅速占领了显示器、电视机、手机等领域的高端产品线。据国外媒体消息称,苹果公司将会在下一代产品中采用 OLED显示屏,而这些屏幕面板的供应商,很有可能是韩国的三星公司。

不久前,三星一款代号为“Pro j-ect Valley”可折叠手机的专利设计图被曝光,根据三星申请专利的文件描述,这款可折叠手机还将专门配备一个按钮,用户按下该按钮后,手机便可以自动展开。但手机整体的可靠性还在测试中,用户最早将于MWC2017上看到该款手机的模型。

LG方面,据传计划将在2017 年推出一款基于 OLED柔性屏幕的墙纸电视机,厚度不足1毫米,借助磁性衬垫,能像海报一样张贴到墙上。但也有人质疑,能够挂在墙上的电视机已经足够便利和轻薄了,用户不一定会为像纸一样的电视机买单,而且它的价格肯定不菲。

此外,三星和 LG公司还同时在布局更新纳米级显示技术——QLED Quantum  Dots  Light  Emitting Diode Display),以及量子点发光二极体显示技术。

 

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