今天差不多该与常见的显式门派大解析名词正面对决了,经历上次的内功养成后,我们已经有神功护体,从此无所畏惧了。
先复习一下显示的八字箴言---“密集的点光源控制”。
然后,我们从这个核心往外延伸,展出显示的“御光三式”,分别是“光源”、“像素化”、“全彩化”:
光源
光源是一切显示的起点,这里第一层面的意思是光的选择,如CCFL、LED、OLED、Laser,这些全都是不同发光机制产生的光,而光源选择对显示最直接的影响就是亮度、效率跟色域,其他如封装方式、光型与制造工艺也都会影响应用范围。
第二层面的意思是光的点亮,包含了排列方式与驱动方式,什么时候亮?要多亮?要亮多久?哪个灯亮哪个灯不亮?这些都是光控制的核心。
像素化(图案化)
显示要的是点光源,而且是越密集越好的点光源(因为目的是高画质),无法分割的面光源只能当灯,是无法显示出任何图像的,显示器就是仰赖大量独立可控的光点,去传播复杂的图片与影像,而将点光源独立分离并精准控制的概念,就是“光的像素化”(也可称之图案化)。
“无面何以纳点,无点何以成面。”
像素化的概念非常重要,显示器是“面”,而像素是“点”,显示器要做的事是“观之成面,控制到点”,实现方法就分成两种,一种是“切面成点”,另一种是“堆点成面”,解释如下:
(1)面到点-用减法实现光的分配
你可以给一整面光,再用特定的遮光机制完成像素化,只让特定座标的光通过,其他的光挡住全部或部分,这就是LCD的逻辑,所以背光是一片恒亮的面光源,透过减法实现光的分配。
(2)点到面-用加法实现光的堆叠
直接用点光源拼凑成面,这就是OLED所宣称的“自发光”,自发光另一层面的意思是“像素即光源”,所以光源排列完就等于完成像素化了。
全彩化
如果把单色光像素化,画面是有了,但人生是黑白的,要进入现代消费电子的战场,全彩(Full color)是入门基本中的基本,而让像素完成全彩的是子像素,幸运的是我们不用在一个像素中塞进所需的所有颜色,只要有RGB三神器,就足以透过调配亮度的方式调出需要的千万种颜色,所以RGB颜色的纯度,也直接连结到显示器的色域表现。
如果光源一开始就包含RGB,全彩化机制从光源点亮那刻起就算完成了,但若光源只是单色光,就就需要多一道色彩转换(Color Conversion)的处理,这个过程就是全彩化。
所以要强调一下,御光三式间,除了光源选择是一切的起点外,从光的点亮、像素化到全彩化,这三者并没有绝对的发生顺序,甚至可能是平行而无法分割的,史诺的叙述顺序只是走典型LCD拳法的套路,算是对平板显式之父致敬。
好的,再复习一下,“光源”、“像素化”、“全彩化”,不夸张,这已经可以解释90%的显示模式与运作机制了。所以…显示的世界就这样了,再也没什么好说的了,史诺的使命已经结束,谢谢朋友们这些日子的鼓励与批评,天下无不散的宴席,珍重再见!
*注:本文由行家说APP与作家专栏作者囧史诺联合出品。谢绝任何未经许可的转载。授权转载或加入显示微信群,请联系微信号:hangjia199 ,暗号:囧。
如此精致的假动作,应该可以骗到一些错愕(吧)。
回到正题,讨厌又熟悉的名词终于要登场了,这次我们配上光控制三重奏一起服用,就会长成下面这张表:
上表罗列的是曾在市场拥有一席之地,或被誉为未来主流的显示技术,忽略了一些非主流技术如FED、背投电视、短焦投影以及其他泛投影阵营,虽然商用市场投影是要角,只是放在一起可能导致消化不良,我们先合理地无视它。
这些入选的技术中,除了CRT和LED显示屏是比较特殊的系统外,PDP、LCD、OLED、QLED、μLED都属于FPD(平面显示器)的范畴,这些显示技术自然也存在分歧的做法,比如OLED可以搭配彩色滤光片实现全彩,此表只是简单把典型机制列出来比较,方便建立个别套路的基础观念。
要厘清的观念之一是:“自发光并不是新创的技术,而是新创的词”,从上表可以很明显的看出LCD最与众不同,它是唯一把光点亮、像素化、全彩化独立分工的商业化技术,是光控制从面到点的代表,也正因如此,才有“背光”一词的诞生;其它罗列的显示技术有个共通点,那就是发光、像素化和全彩化这些机制间,并没有明确的分离。
所以是否可以说,除了投影阵营跟LCD外,显示技术都属于自发光?
这样说吧!自发光本来就是显示最直觉的做法,也发展了数十年,只是LCD把光源分离又做得虎虎生风,一个不小心统一了天下,往后无须背光的技术才去创造了“自发光”这个词,听起来很进步、很高科技,就好像“自驾车”一样,应该吧。
不急,我们娓娓道来,今天先聊显示的祖宗们。
CRT
中文:阴极射线管显示器
英文:Cathode Ray Tube
CRT是显示的太上始祖,带领人类走过影像传播的绚丽,走过首次全彩化的激情,一转眼已是百年以上的骨灰级技术!CRT是用电子束枪去激发荧幕上的荧光粉,RGB三色的荧光粉涂布成一个一个的子像素,所以一开始就已经图案化和全彩化了,电子束则是实现点控制的一个非常特别的作法,在当时,CRT是划时代的技术,更是显示历史的滥觞。
所以忽略掉以现代标准来看,过度肥胖又笨重的外型,CRT能在那么古老的时代实现密集的点光源控制,其实非常的了不起,用时代的背景来发想显示器的诞生,硬体端的难题就是“灯太大,目标像素太小”了,这样子没办法做出分辨率合格的显示器啊!别忘了,20世纪初期都还没有LED,后来诞生的初期也是Lamp形式,而且还缺少堪用的蓝光,其他传统光源就别说了,用灯泡排成的分辨率能看吗?哎呀,那荧光粉呢?粉末状的荧光粉确实够小,问题是涂布完后该怎么激发?哎呀,用电子束撞击啊!
就像一个神枪手去射击一面满是灯的墙,射到谁谁就亮,只要射的速度够快,快到几十个毫秒(ms)可以打完整面墙时,人眼也看不出点亮的先后顺序了,视觉会告诉你,这是一幅瞬间同时亮起,由好几盏灯组成的画面。
简直太高端了!
CRT是多么超时代的技术?以商业化为起点拉一条时间轴,直到被平面显示器取代而phase out(逐步淘汰)为止,CRT的商业寿命长达八十余年!相较之下,LCD确实也发展了数十年,但大部分时间都在烧钱蹲马步(LCD刚起步时,分辨率比CRT还差),真正发展到撼动CRT霸主地位,已经是近代的事了,LCD电视在2008年战胜CRT电视,本来以为从此不可一世,可以躺着数钱了!结果三星帝国施了点妖术,2010年后OLED开始在小尺寸奋起,用五年成功耕耘高端手机面板的市场印象,中大尺寸LCD是还守的住,但也不能轻敌,毕竟自发光阵营不是吃素的,2017的苹果OLED说、2018~2020的μLED与QLED说,都只是放个预告而已,就已经山雨欲来风满楼。
LCD在后台喘息时,咱们先介绍另一个重要的显示技术,这个技术跟神圣的三个字有关--“自!发!光!”(对,还是它)。若说CRT是自发光,我相信有人会不服气,毕竟这关系到你怎么定义自发光,但接下来聊的这个技术,无论从结构、从原理、从逻辑与自发光搭边,我想,都不会有人有异议(吧)。
回到前面段落提到的一个问题:
“用一个一个的灯组成的画面,分辨率能看吗?”
答案是“可以”,关键是:
1. 这个“灯”不能是灯泡,而是尺寸更适合的LED
2. 既然灯缩小有困难,那…把观看距离拉长总可以吧?
没错,各位观众,掌声欢迎世界第一个货真价实、童叟无欺,屹立江湖四十余载,自发光绝对正牌的老祖宗---
“LED显示屏”。
LED显示器
中文:显示屏/显示看板/公共显示器
英文:Signage/Billboard/Public Display
先强调一下是“LED”显示屏,毕竟显示屏往下细分也有许多技术阵营,我们不讲DLP,因为这适合跟投影家族一起说,也不讲LCD拼接,因为架构重点还是在LCD,再说了,史诺已经发出了自发光起手式,不能欺骗读者,所以只能讲LED显示屏。
LED显示屏的历史,几乎等于LED的心路历程,1970年后红黄绿光LED开始发展,显示应用的雏形就从指示灯、数字与文字显示器开始,样貌嘛,各位绝对不陌生:
图:LED指示灯
图:LED数字显示
图:LED文字显示
图:LED资讯布告栏
这些图大家都不陌生,许多人在被“自发光”的迷幻弄得晕头转向时,可能没想过自发光显示器早就潜伏在你我身边数十年,而且是无所不在、阴魂不散!LED用在显示屏,确实同时扮演光源跟像素,由一个一个的LED组成文字、数字和简单图像,这…不是自发光是什么?
上面的图看完可能会觉得少了些什么,红色、绿色、黄色…嗯?没错,蓝色去哪了?我们需要蓝害来摧残我们的眼睛啊!倒也不是蓝色不好看,根本原因是“蓝光LED还没有商业化”,因为你知道的,中村叔叔还没发功嘛!于是,全彩三要素缺一的时代,LED显示屏不存在所谓的全彩(Full Color),只是从单色走向多彩(Multi-color),一颗LED对应一个颜色,所以初期的显示屏并没有子像素的概念,也没有“色彩转换”与“混色”的机制。
全彩与多彩差在哪?不就缺一个蓝色而已嘛,RGB跟RGY有差这么多吗?当然,这是色彩学的问题,RGB到齐时可以发功召唤全彩,调出百万、千万,乃至十亿种不同颜色(视灰阶层次),RGY多彩显示器可以呈现出…三个颜色!嗯,就是R跟G跟Y。对比全彩用乘法堆出的色彩海,少了混色魔法的多彩,真的不知道人生哪里多彩了,就像媒体算比尔盖茨(Bill Gates)净资产又多了几百个亿时,有钱人也会阮囊羞涩,心理感到惭愧,毕竟这就是多金(Multi-Money)跟全金(Full-Money)的绝对差距。
图:Marvel应该考虑新增的全金人(Full-Money Man)
所以少这一个B,对显示来说是差之千里!全彩与多彩的决定性差别不言可喻,蓝光LED诞生,对显示而言不单单是补足了一个颜色,而是给了一把“全彩金库的钥匙”。
立正站好!中村叔叔來了。
图:中村大神
蓝光补足了显示的三原色,搭配YAG荧光粉后还诞生了高效白光,等于一次开启了蓝光跟白光LED的应用大门,如果蓝光是中村给显示的礼物,那白光就是照明与显示共享的恩典了,白光LED启动了固态照明(SSL)的发展,而且今日主宰显示的LCD,也是采用白光LED当背光。于是几乎可以说,时至今日LED所创造的产值,有一半以上都要谢谢中村大神。
回到刚才的话题,蓝光到位后,全彩显示屏粉墨登场了。
图:户外全彩显示屏
图:RGB到齐的全彩显示模组,可以看到每个像素格中有三个子像素。
显示屏发展到全彩后,本质就是台巨大的电视,只是画质比较差而已(PPI低),毕竟越大的电视对应越远的观赏距离,观赏距离越远需要的PPI就越低,所以大荧幕LED显示屏远远看是合格的,已经可以满足广告跟资讯宣导的效果。传统显示屏的PPI是多少?显示屏的画质(PPI)受限于LED的大小,而LED大小受限于封装还有亮度,传统封装尺寸单位是厘米(mm),每个像素还得塞进三个厘米等级的LED,PPI就掉到了个位数,所以应用只能锁在尺寸大、观赏距离超远的公共场所(比如大楼上),与PPI需求动辄数百的消费电子壁垒分明。
随着LED技术突飞猛进,封装形式从DIP到三合一的SMD,再随着LED光效提升,灯珠进一步的缩小,规格一路从5x5x、3x3x、2x2x、1x1x走到0x0x(LED命名习惯用尺寸,5050的LED意味着5.0mm X 5.0mm),也就是说LED的长宽从五公厘一路缩到一公厘以下,PPI也一路提升了五倍,冲到PPI 20以上。
这时的画面精细度挂在大楼上已经太浪费了,开始锁定室内的商用市场,在各种展览、活动与演唱会上炫技,“小间距”显示屏的说法油然而生,因为LED缩小了,彼此间的间距(pitch)也变小了,即使挑战室内的观赏距离,仍然能达到惊艳的画质效果,直至今日,小间距显示屏与消费电子的PPI差距已经明显缩小,黄金交叉开始成为可能。
图:室内全彩显示屏
显示屏与LCD短兵相接的市场是大尺寸显示器,而且是一百吋以上的那种大,锁定的也不会是大众消费者,以消费电子产品PPI最低的电视为例,55吋FHD电视大约是40 PPI,用显示屏来做的话,对应的封装规格必须在0505以下,虽然现在的光效与封装技术已经可行,但米平方的LED代价实在太高了,相较之下用LCD拼接比较实惠,而且别忘了,电视走向4K是明显的趋势,PPI翻个两倍就上80了,完全超越了SMD LED的极限,因此显示屏还无法构成消费电子市场的威胁。
是的,这个壁垒分明的界线未来可能瓦解,新兴技术如μLED也是朝着家用尺寸进攻,数年后若LED即像素的消费电子产品问世,行业要面临的第一个问题,就是该称呼这个新型显示器“电视”呢?还是“显示屏”?
哎呀天黑了,我们下次见,原地解散!
p.s.请原谅史诺酝酿半天还是没说LCD,那是…我无拘无束的浪漫。
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