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【趋势】不断进化的视界:浅析显示技术的发展历程

 sujunad 2015-12-30

从电视到计算机,从手表到玩具……显示技术代替印刷技术成为知识、信息传播的主要途径,已有100多年的历史。

尤其是近年来,随着通信技术的迅速发展以及人们对显示设备的色彩追求和显示实用性的追求,迫使着显示设备向多功能和数字化方向发展。具体来说,现代显示器件正向高密度、高分辨率、节能化、高亮度、彩色化、大屏幕的方向发展。



下面,“影音新生活”便为大家详细介绍一下显示技术的发展历程。


前期技术的奠基

  • CRT问世

1897,诺贝尔奖获得者、著名物理学家和发明家KarlFerdinand Braun(卡尔·布劳恩)创造了第一个CRT (Cathode Ray Tube,阴极射线管)。其工作原理是:电子枪发射高速电子,经过垂直和水平的偏转线圈控制高速电子的偏转角度,最后高速电子击打屏幕上的磷光物质使其发光,通过电压来调节电子束的功率,就会在屏幕上形成明暗不同的光点形成各种图案和文字。但是,此时的CRT大部分还是用来验证粒子、电子等现象的设备,似乎同显示毫无关系。


布劳恩当年的论文


直到1925年,约翰·洛吉·贝尔德(John Logie Baird)在伦敦的一次实验中使用CRT器材“扫描”出木偶的图象成为一个转折点,其被称为电视诞生的标志,而同一时间斯福罗金(Vladimir Zworykin)也创造了自己的电视系统,但是这两个人实现图像传输的模式有些不同,但都是由CRT设备实现的。其中对未来影响最大的就是斯福罗金的“电视”系统了,这种全电子模式也是未来电视发展的一个起点。


RCA的彩色显像管


随后的几年,电视设备开始进入大发展阶段,并且电视也开始逐渐普及,这其中最有标志性意义的事件就是1936年的柏林夏季奥运会,这是人类历史上第一次实现电视转播,当时大约有16万柏林人通过电视直播观看比赛,而非原来一样必须进入体育场才能观看比赛。



此后,业界开始大力研制彩色显像管。1954年,第一台民用支持NTSC标准的彩色电视机RCA CT-100诞生,这也是彩色电视机普及的开端。随后全世界各国都在开发和生产电视,电视产业成为一个新兴的产业蓬勃兴旺的发展着。


  • LCD和PDP的发明

早在19世纪末,奥地利植物学家就发现了液晶,即液态的晶体,也就是说一种物质同时具备了液体的流动性和类似晶体的某种排列特性。在电场的作用下,液晶分子的排列会产生变化,从而影响到它的光学性质,这种现象叫做电光效应。利用液晶的电光效应,英国科学家在上世纪制造了第一块液晶显示器即LCD。

LCD显示技术


1964,首个LCD(液晶显示器)和首个PDP(等离子显示器)双双问世。LCD技术使得平板电视成为可能。在这之后,美国发明家James Fergason对于LCD的研究促成了1972年首台液晶电视的诞生。然而等离子电视在那时并未成为可能,直到数年后数字技术的出现


PDP等离子技术


与LCD不同的是,PDP是一种利用气体放电的显示装置,这种屏幕采用了等离子管作为发光元件。它的主要特点是图像真正清晰逼真,在室外及普通居室光线下均可视,可提供在任何环境下的大屏视角,并且屏幕非常轻薄,厚度仅有几厘米,便于安装,相比传统的CRT和LCD液晶显示屏具有更高的技术优势。

虽然等离子显示技术依然牢牢占据画面表现的巅峰,但近年来液晶面板已经成为绝对主流的消费选择。2013年末,一直坚守等离子技术的松下正式宣布停止生产等离子显示面板,也宣告了等离子电视市场的终结


  • LED的发明

在CRT时代,英国无线电研究员Henry Joseph Round率先发现电场发光,奠定了之后LED技术发展的基础。随后的1961年,德州仪器的Robert Biard和Gary Pittman为红外线LED(首个发光二极管)申请了专利。然而,该产品是人眼不可见的。1962年,Nick Holonyack发明了首个人眼可见的LED灯,并被称为“LED之父”。


LED显示技术


LED与LCD相比,在亮度、功耗、可视角度和刷新速率等方面,都更具优势,可以制造出比LCD更薄、更亮、更清晰的显示器。目前已经取代LCD的位置,成为市场上的主流。


  • 3D电影试验和“曲屏”电视荧幕亮相

除了显示技术的不断进化之外,业界仍在不断探索画面不同的显示方式,其中3D和曲面屏幕是主要的两个方向。

1947年,苏联放映了电影Bwana Devil(博瓦纳的魔鬼)并称其为“首部3D电影”。在1952年至1955年间,共有46部3D电影放映,包括著名的House of Wax(神秘蜡像馆)。然而,3D电影劣质的视觉效果使得观众大失所望,因此也就没有流行开来。



19世纪50年代,曲面屏幕也曾在少数电影院出现,为全景电影的问世开拓道路。但在之后的半个多世纪,这项技术一直未能真正进入普通家庭之中。


显示技术目前发展趋势

随着技术的不断发展和创新,显示技术同样是日新月异。4K超高清、全息、3D和虚拟现实等技术成为业界关注的新焦点。


  • 更清晰的画面:4K超高清

超高清技术,近年来一直是影视行业的关注热点,它通过提高图像空间分辨率来提升影视图像质量,包括“4K分辨率(3840×2160 像素)”和“8K分辨率(7680×4320像素)”,是影视技术发展的重要趋势,我们经常提到的4K分辨率电视即为超高清电视。



简单点说,4K实际上就是影像的分辨率,比原来2K提高了四倍。然而我们所说的4096×2160是单从分辨率指标的提高,还不足以能代表整个画面影像的高水准。4K影像的高质量是有几个重要的指标组成的,分辨率是其中很重要的一个指标,除此之外,像色域空间,像宽容度、感光度等指标也代表着4K的综合表现力。可以说它是一个画面从技术层面上真正高质量的提升



索尼作为视听行业的先驱,由其打造的4K产业链目前已经趋于完善,4K的普及即将成为不争的事实。同时,4K超高清分辨率的普及,也极大地促使了电视行业向着更大化的趋势发展。


  • 显示面板技术的革新:OLED和QLED

1987,EastmanKodak(伊士曼·柯达公司)的研究员发明了OLED(OrganicLight-EmittingDiode,有机发光二极管)技术,为柔软显示设备的出现铺垫了道路。因其具备面板结构简单、厚度薄、对比度高、响应速度快、温度适应范围广等液晶电视不可比拟的优势,被业内称为未来最具竞争力的显示器,被公认为新一代的显示技术

但是由于量产技术不够成熟、大尺寸开发技术有限等暂时性缺点,部分厂商暂停对其研发,转向以液晶为主体的4K电视市场。



特别值得一提的是QLED (Quantum Dotlight Emitting Diode量子点发光二极管),它是介于液晶和OLED之间的一项背光控制显示技术,主要是通过蓝色LED光源照射量子点来激发红光及绿光,从而呈现精湛的画面,拥有节能省电、显示更稳定等特点。尤其是在OLED尚未普及的现阶段,QLED成为电视厂商谋取更高利润的新宠。



但是,这里需要注意一点:QLED只是液晶显示技术进化到OLED显示技术的“过渡品”,也极有可能是液晶显示技术发展的终点,OLED才是真正的下一代显示技术标准


  • 曲面显示成为潮流

在经历过显示技术的变更之后,电视厂商在显示屏上也是不断下功夫,从窄边框到无边框,力求创造更加人性化的观感体验,以寻求更大的卖点。如今,屏幕技术已经摆脱了平面的束缚,甚至出现可以弯曲的曲面电视。



曲面电视的出现颠覆了传统电视的外观设计,同时,曲面电视的弧度和眼球的弧度基本一致,观看时眼睛可以看到全整个画面,而普通平面电视只有中间部分看全,两边的画面是有损失的,不利于观看也不利于眼健康。这也让曲面电视成为未来显示行业的一大趋势


  • 裸眼3D

但对于大部分普通用户来说,真正接触到3D显示技术还是得益于电影《阿凡达》的上映。这部历时14年,耗资5亿美元打造的电影,用最新的3D技术为观众打造了一个梦幻般的虚拟仙境。从这部电影开始,越来越多的普通人开始关注喜欢3D电影,开始关注3D技术。




目前大部分3D放映技术主要包括主动立体和被动立体两种,不过这两种都需要靠佩戴眼镜来达到3D效果,但是长时间佩戴眼镜会产生不舒服的感觉,所以裸眼3D将会是未来最佳观影体验的热点技术



裸眼3D可以专业地划分为光屏障式柱状透镜技术和指向光源,裸眼3D优势很多,其中最大的优势就是不再受眼镜的束缚,只是当前技术尚有欠缺,其最大的缺点就是使用者不能距离屏幕过远,甚至角度也有严格要求,否则3D效果就会大打折扣。不过,通过多年的研究和努力,裸眼3D技术的弊端大部分被彻底解决了,真正的普及化指日可待。


  • 虚拟现实(VR)和增强现实(AR)

伴随着3D技术的快速发展,虚拟现实(VR,VirtualReality)和增强现实(AR,AugmentedReality)也逐渐走进人们的生活。尤其在近两年的CES大展上,我们看到许多厂商都已经推出了相应的设备。



虚拟现实(VR,Virtual Reality)通过多种传感设备,用户可根据自身的感觉,使用人的自然技能对虚拟世界中的物体进行考察和操作,参与其中的事件,同时提供视、听、触等直观而又自然的实时感知,并使参与者“沉浸”于模拟环境中。

虽然,目前大部分虚拟现实设备是增加游戏的现实感而设计,但我们需要注意是,它在电影业的影响力将远远大于游戏行业,而最终虚拟现实会颠覆整个影视行业



增强现实(AR)是在虚拟现实的基础上发展起来的新技术,也被称之为混合现实。它是一种将真实世界信息和虚拟世界信息“无缝”集成的新技术,是把原本在现实世界的一定时间空间范围内很难体验到的实体信息(视觉信息,声音,味道,触觉等),通过电脑等科学技术,模拟仿真后再叠加,将虚拟的信息应用到真实世界,被人类感官所感知,从而达到超越现实的感官体验。



目前,增强现实(AR)最具代表性的产品便是Google Glass以及微软最近推出的全息眼镜HoloLens。不过,Google Glass的本质只具备虚拟现实交互功能,而Hololens是很成功地将虚拟和现实结合起来,并实现了更佳的互动性。从技术趋势上看,Hololens打开的这扇门,绝不仅仅是增强现实那么简单,这其中隐藏的人机交互方式革命,很有可能带动一个庞大的相关产业和技术创新浪潮


结语:目前,电视设备、智能手机和平板电脑的硬件配置已经到了一个平稳期,但是显示技术却一直在以各种形式不断进步,包括更高的屏幕分辨率、更好的颜色显示等等。“影音新生活”也将继续关注视听行业最新的发展趋势和技术亮点,敬请关注!



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