「顯示器的演化歷程」-過去、現在、未來

文/雄浪國際股份有限公司 張國偉

說真的,我並非是科班出生的專家,只是在日系顯示器公司上班的小職員,要由我來說明顯示器的演化歷程,還真有點師出無名。但為了廣大的使用者,我只得運用所有的資源硬著頭皮寫下去了,若有不周之處敬請見諒。在談顯示器之前,我想先談談關於人與人之間資料的傳遞模式。顯示器尚未發明之前,所有的資訊與文化的傳輸主要是仰賴「紙」和「文字」,所以我想其實是「紙」的應用和「電子科學」的結合才帶出顯示器的發展。我還滿喜歡某企業的標語「科技始終來自於人性」,或許在不遠的未來,電子紙的發展會更加成熟普及,因此顯示器的發展將能提供各行各業更為便利、實用的工具。

1. CRT顯示器
CRT顯示器起源於100年前,德國的科學家發明了映像管,但因當時科學技術的關係尚未能大量生產,直到約50年前電晶體的發明才進入可以量產的階段,開啟人類文明與科技的新紀元,帶來嶄新的未來。

1-1. CRT顯示器的組成
「CRT」是Cathode Ray Tube陰極射線管的縮寫,而CRT顯示器的構成主要由電子槍、線圈(Deflection coils)、遮罩(Shadow mask)、磷化螢光粉層(Phosphor)、玻璃螢幕及控制電路板組成。當控制電路板接收訊號後,電子槍產生電子光束,利用遮罩正確引導電子光束打在磷光物質而產生亮點,電子槍會從顯示器的左上角開始向右邊掃描,然後由上而下依序反覆的掃描,即構成我們看到的影像。
顯示管構造圖

參考資料來源http://doom9.cdpa.cc/index.html?/video-basics.htm"

1-2. CRT顯示器的優缺點
經過50年的產品研發,CRT顯示器不管是在桌上型電腦還是電視機,早已融入我們的生活當中,並且因科技不斷的進步,不論是畫質或是產品穩定性上,早具備優秀的表現,也成為未來顯示器發展中對於畫面表現的基準。

CRT顯示器的優點:

◎顏色表現
CRT 的顏色表現不管是在色彩階調的準確性,或是對比飽合度的優良表現,都是其他顯示技術無法比較的特性。由於CRT技術很早就被業界廣泛的利用與開發,所以一般而言在技術成熟度及價格方面是最為讓消費者所接受的。

CRT顯示器的缺點:

◎物理限制
一般而言,CRT顯示器主要的物理限制來自於磁力的影響,無論是失焦或是色收斂問題都與它有關聯性,這也是無法完全避免的問題。

◆失焦:
由於電子光束的聚焦非常依賴電子槍和線圈的品質,若有老化或是物理性的偏移,就會產生失焦現像而造成畫面模糊,如<圖一>所示。然而全部的畫面都要有完美的聚焦通常並不容易,尤其是全平面或超平面的映像管,在畫面的四個角落是最容易發現失焦的區域。

圖一:失焦> 

◆色收斂:
基本上顯示器的顏色是由三原色(R、G、B)相互混色而來,以一條白線為例,是由電子槍的準確控制將三原色打在同一條線上,以至於畫面上能夠顯示出一條白線,這同樣會受線圈和電路控制的性能所影響。換言之,若電子槍無法準確控制的話,則會造成色收斂失敗的問題,如<圖二>所示。而顯示器周圍若放置磁性物品的話,也容易受到影響而出現色收斂現象。

圖二:色收斂

◆地磁:
有一些顯示器在純白色畫面時,會發現部分區域出現「色偏」的情況,有點像是畫面被染色了一般,如<圖三>所示。這是由於映像管的物理特性,受到地球磁場影響所引起的問題,當然若顯示器周圍有磁性物品的話,也容易產生此現象。

圖三:地磁現象引起的「色偏」問題

◆幾何失真:
幾何失真現象顧名思義乃畫面出現幾何變形的問題,如桶狀、梯形、平行四邊形、傾斜等不規則的圖像變形,一般可以透過控制電路來處理調整,但若已超出可以調整的範圍,將會影響使用者在圖像上的判斷,如<圖四>所示。

圖四:幾何失真

◎體積
只要是曾使用過CRT顯示器的朋友們,心裡一定會有同樣的想法-「龐大的體積」問題。的確對於空間的利用來說,真是一個令人困擾的致命傷,而對於專業的設計師們所用19吋以上的機型,少說也有25公斤以上的巨獸,若沒有足夠寬敞的工作環境是很難使用的。

1-3. CRT顯示器的現況
儘管CRT顯示器對於人類的生活與科技發展有極大的貢獻,在環保意識抬頭和新顯示器技術的發展之下,CRT顯示器漸漸的在產業界中被取代。根據歐洲「蒙特婁公約」嚴格規定2002年起全歐洲禁用CRT顯示器,而2003年起美國加州地區也禁用CRT顯示器,無疑是對於CRT顯示器製造商下了必須轉型的最後通牒。一直是CRT顯示器龍頭老大的SONY 新力公司,在2005年秋天宣布將關閉映像管工廠,並將主力放在超薄型電視機的開發上,而其他廠商也紛紛投入新顯示器技術的研發。至今在台灣雖然還是可以購得CRT顯示器,但可選擇的品牌和樣式已經愈來愈少,或許再過幾年市場上就看不到CRT顯示器的蹤影了。

2.LCD液晶顯示器
許多人都會以為液晶顯示器是近幾年才發明的新產物,其實「液晶」(Liquid Crystal)起源於1888年由奧地利的植物學家萊尼澤(Friedrich Reinitzer)與德國的物理學家雷曼(Otto Lehmann),利用偏光顯微鏡觀察加熱安息香酸膽石醇的混濁狀態,證實有「流動晶體」的存在,並開始了液晶的研究。
就在「液晶」被發現的80年後,1968年美國RCA公司發表了首台利用液晶特性來顯像的顯示器,至今經過不斷的技術的研發與改良,才有現在各3C賣場可看見的LCD液晶顯示器。

2-1. LCD顯示器的組成
LCD液晶顯示器為「Liquid Crystal Display」的縮寫,主要的組成為液晶面板、控制電路、電源電路等電子零件。由於液晶體本身無法自行發光,所以需要藉由背光源投射出光線來產生成像。而詳細的成像原理可到顯示器廠商的網頁中,都可以找到相關的資料,在此就不多說。

2-2. LCD顯示器的優缺點

LCD顯示器的優點

◎畫質表現

◆聚焦&無幾何失真
這二項特點我必需要同時間說明,由於LCD顯示器成像原理主要是利用每個「像素」以「點對點」的關係來顯示,而不會發生像CRT顯示器因為電子光束無法準確打在同一點上,而產生失焦的現象。同樣,也因為每一片面板上的像素排列,都是有規則性的固定排列,基本上也不需要調整畫面大小、位置等幾何設定,所以更不需要擔心會出現幾何失真的問題。

◎健康與環保

◆省空間
在過去CRT顯示器的時代,若自己的工作桌上可以擁有一台21吋高畫質CRT螢幕的話,那已經可以說是相當高級的工作環境了。但是反觀今日,LCD顯示器的普及帶動工作空間的新思維,今天我們可以在工作桌上使用兩台17吋的LCD顯示器,不僅佔用的空間沒有以前多,而且還可以大幅增加個人的工作效率。若不是LCD顯示器省空間的特性,可能我還只能停留在過去單機作業時代,如果有可能的話,我還想在嘗試同時使用三台LCD顯示器,看看是否能有不一樣的應用方式。

◆省能源
以一般15吋~21吋CRT顯示器而言,耗電量約為80W-160W左右,而以15吋~24吋LCD顯示器來說,耗電量約30W-110W左右,很明顯LCD的耗電量節約至少30%以上,長時間使用下來可以節省的能源是相當可觀的。

LCD的缺點

◎顏色表現
由於早期面板控制零組件的效能和品質表現能力有限,以至於一般面板只能表現6 Bit的顏色輸出,這當然無法與CRT顯示器的8Bit顏色輸出來相比。不過,近幾年面板產業的技術不斷開發成長,現在的LCD顯示器在顏色表現上已有超越CRT顯示器的趨勢。

◎可視角度
「可視角度」這個名詞是近幾年LCD顯示器流行之後才被提出來討論的問題,顧名思義是指可完整顯示顏色的視角度數。如同顏色表現一樣,早期的可視角度大約也只有140度,所以使用者若不是正視顯示器,顏色與亮度就會有大幅度的改變,可能看不清螢幕的畫面。如今,以現在的面板技術已可提供「高可視角度」的產品,消費者只要注意留心產品的規格表,就可以買到不錯的產品,有關於面板技術的說明,我留到下一章節再仔細說明。

2-3. LCD的現況
如果各位讀者有注意這兩、三年各大資訊展的情況,就不難了解LCD顯示器市場動態,而以下部分是筆者所觀察到的狀況。
首先在我的記憶之中大約在西元2000年左右,LCD顯示器在市場開始起飛,由於市場初期除了有各大知名品牌投入市場之外,還有部分電子資訊相關公司轉型投資搶進LCD顯示器市場,以至於千禧年時在資訊展上可以看見LCD顯示器市場百家爭鳴的盛況。但經過幾年市場運轉與衝擊之下,如今還可在市場上站有一席之地的廠商,相對來說為技術較成熟、對市場反應較快,而且公司體制健全的優質品牌。第二部分以產品面來看,除了朝向大尺寸開發之外,顯示比例也從4:3提升為16:9(10)的寬螢幕,另外還要同時支援各式多媒體介面,而LCD顯示器的市場定位也漸漸進入數位化家庭的時尚家電。

閱讀完上面的文章後,對於想採購LCD顯示器的朋友們,如同我在先前所提到的:「這世界上沒有最好的顯示器,只有最適合你的顯示器」。而對於如何挑選一台專屬於自己的顯示器,請持續閱讀下一篇的章節吧!

2008-01-03