从凸面到凹面再到头戴 看显示器的发展历程

2017年09月20日 08:09   出处:泡泡网原创   作者:宋阳   分享

  电脑的出现,让人类社会前进了一大步,在这其中,处理器、显卡、硬盘、内存等设备都是人们经常谈论的硬件产品,而其实最应该被谈论的却是它,没有它你又如何能看到电脑带来的一切呢,没错,今天要说的就是显示器,从早期的黑白世界到现在的色彩世界,显示器走过了漫长而艰辛的历程。

最早期的CRT显示器

  在我们接触最早的就是CRT显示器了,而CRT的全称是阴极射线管,也就是我们现在俗称的显像管,是由布劳恩于1897年制造出来,也是之后CRT显示器的核心部件。

CRT显示器结构示意图


    阴极射线管主要有五部分组成:电子枪,偏转线圈,荫罩,荧光粉层及玻璃外壳。阴极射线管显示器(CRT)在当时的技术水平上,是实现最早、应用最为广泛的一种显示技术,具有技术成熟、图像色彩丰富、还原性好、全彩色、高清晰度、较低成本和丰富的几何失真调整能力等优点。

CRT显示器具体构造

    可以看到,早期的CRT显示器具体构造主要包括阴极射线管、视频放大电路、住电路板、电源输入以及信号输入等几部分,视频放大电路又分为预视放和视放输出两部分。另外内部还有场扫描电路、行扫描电路、开关电源以及模式识别与控制电路。

   之前就介绍过,CRT显示器最重要的部位就是它的显像管,而显示器的显像管共发生了四次革命性的发展,也正是这几次重要的革命性发展让显示器从球状显示屏变成了平面显示屏。

    我们如今使用的显示器都是平面或者曲面,也就是凹面,但80年代以前的人,相信接触最早的都是球面屏显示器了吧,这种显示器现在已经很难再见到了。

早期的球面显示器,屏幕是向外凸的

   其实在上个世纪90年代以前,显像管都是球面屏的天下,在这个阶段显像管的荧光屏所呈现的图像在水平和垂直方向必然都是弯曲的,图像也随着屏幕的形态弯曲,越到屏幕边缘失真越厉害,图像严重失真而且实际显示面积较小,弯曲的屏幕还很容易造成反光现象。

具体的屏幕凸出形式如图

    时间移至90年代初期,应该说是显示器平面直角的时代。这种平面直角的屏幕四角是略微圆弧的,但实际上也是一个球体的一部分,只是这个球体的直径很大,使得屏幕看起来几乎是个平面。在原理上与现在的曲面显示器的曲率是完全相反的,曲屏显示器是曲率越小,直径越小,屏幕也就越显得曲面,它则是直径增大,屏幕变平。

    不过在当时,这种平面直角显示器的出现还是让人振奋的,因为它大大缓解了图象的变形,而且避免了灯光的反射。具体来讲,就是纯平显像管具备了画面清晰度高、画面扭曲度减少、色彩更真实、可视角度增大的优势。

    到了90年代末期,一种崭新的完全平面显示器出现了,它使CRT显示器达到了一个新的高度。这种显示器的屏幕在水平和垂直方向上都是笔直的,图像的失真和屏幕的反光都被降低到最小的限度。这就是以LG“未来窗”为代表的三重平面产品的出现为代表的显像管技术历史上的第三次大革命,同期出现的还有以三星丹娜技术为代表的“视觉纯平”—通俗地说就是“看上去是纯平的”。也就是让屏幕看起来更平了,但是并没有从根源解决问题,都只是视觉上的一种欺骗吧,直到“方管”的出现!

    显像管技术的第四次革命性发展是“方管”的出现。说白了,CRT显示器出现边角显示变形是传统的显像管技术所致,也就是圆形偏转线圈导致。而“方管”技术的出现彻底改变了这一状况。作为一种革命性的技术变革,“方管”技术把传统的圆形偏转线圈换成全新的矩形偏转线圈,同时采用方锥形的玻壳以及三重平面。在矩形偏转线圈的调整下,电子束的偏转误差大大减少,在显示屏的每个点上都可以准确聚焦。这就解决了长期以来CRT显示器边角显示变形的问题。

LCD时代到来

    最终取代了CRT显示器,就是我们现在都熟悉的LCD(液晶)显示器了,世界上第一台液晶显示设备出现在20世纪70年代初,被称之为TN-LCD(扭曲向列)液晶显示器。

    作为显示器设备,LCD确实有着很多的优势:

1.机身纤薄

    与比较笨重的CRT显示器相比,液晶显示器只要前者三分之一的空间。

2.省电,不产生高温

    它属于低耗电产品,可以做到完全不发热(主要耗电和发热部分存在于背光灯管或LED),而CRT显示器,因显像技术不可避免产生高温。

3.低辐射,益健康

     液晶显示器的辐射远低于CRT显示器(仅仅是低,并不是完全没有辐射,电子产品多多少少都有辐射),这对于整天在电脑前工作的人来说是一个福音。

4.画面柔和不伤眼

     不同于CRT技术,液晶显示器画面不会闪烁,可以减少显示器对眼睛的伤害,眼睛不容易疲劳。

     但是在早期它也有着缺陷,LCD液晶屏的远离是在两块平行板之间填充液晶材料,通过电压来改变液晶材料内部分子的排在列状况,但是由于技术的不成熟,在最初的LCD液晶屏只可以做到单色显示,也就是黑白显示,没有彩色,这就造成了让对色彩要求苛刻的专业人士和部分游戏玩家不得不放弃对它的追求。

    而且早期过高的成本造成了它高高在上的价格,也让相当一部分囊中并不饱满的用户不得不继续留守自己的CRT显示器。

TFT-LCD面板构造(当前最流行的IPS与MVA都属于TFT面板)

    直到技术人员终于在两块平板间再加上三元色的滤光层,从而真正实现了显示彩色图象,让液晶屏可以呈现色彩,才终于让它成为了人们选择显示器的真正考虑对象。

    LCD显示器最终成功取代CRT显示器后,也经历了一系列的成长。从构造方面来说的话,分为被动矩阵式与主动矩阵式。

(1)被动矩阵式——典型的面板类型为TN,也就是早期我们常常使用的电脑面板

    TN面板,全称Twisted Nematic(扭曲向列型)面板。由于低廉的生产成本使TN成为了应用最广泛的入门级液晶面板。TN面板的特点是液晶分子偏转速度快,因此在响应时间上容易提高。不过它在色彩的表现上要差一些。TN面板属于软屏,用手轻轻划会出现类似的水纹。由于可视角度的不足目前这样类型的面板显示器本已逐渐退出主流市场,但由于电竞显示器的出现,再次活跃了起来。

种类太多不会选?各类显示器面板解析

TN面板实拍

    优点:TN面板的优点在于输出灰阶级数较少,液晶分子偏转速度快,响应时间容易提高,而且辐射水平很低,眼睛不易产生疲劳感。

    缺点:TN面板的缺点是作为原生6Bit 的面板,TN面板只能显示红/绿/蓝各64色,最大实际色彩仅有262.144种,而广视角面板都具备原生8bit的色彩,因此过渡性更好。加上TN面板提高对比度的难度较大,所以相对来说TN色彩偏苍白,不够艳丽,可视角度较小,偏离中心来看的话会有明显色偏和亮度差别。

(2)主动矩阵式——TFT-LCD液晶显示器(当前最流行的IPS与MVA都属于TFT面板

    TFT有出色的色彩饱和度,还原能力和更高的对比度,即便强光照射下依然看的非常清楚,但是缺点是比较耗电,而且成本也较高。

种类太多不会选?各类显示器面板解析

左侧:IPS 右侧:TN

    在这期间也出现了LED与OLED屏幕,但是都没有成为显示器的主流设备,主要是因为价格与技术的原因,目前主要用于大屏或者手机。而当初触摸屏显示器的出现貌似让人看到了未来趋势,但操作的不方便,最终让它败给了键盘与鼠标。

    目前的屏幕趋势正在向着曲面屏幕方向发展,这种显示器不管在游戏还是电影效果上,都为人们带来了更加震撼的感觉,也正是因此,让它慢慢成为目前市场上的宠儿。但是未来或许都不会属于它们!

未来或许就是头显的时代

    VR作为下一个时代的交互方式,其具有的沉浸感、交互性、想象性是现有的其他交互方式无可比拟的。虽然目前的VR行业整体还处在很初级的阶段,技术上头戴显示等产品的出现,效果还是有很多的瑕疵,但这些都基于技术的不成熟,让VR虚拟现实也有很多的短板,此外软件的开发也还是刚刚上路。但是毫无疑问,VR虚拟现实是很值得期待的技术,未来在多个领域都将有颠覆性的影响,相信未来的显示器或许就将被其所取代。■

    本文编辑:宋阳

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