突破限制 屏幕形狀背后的技術奧秘
屏幕是什么形狀的呢?這是問題嗎?如今我們能看到的屏幕不都是方形的嗎,要說改變,也不過是尺寸和比例上有所不同而已。你可能不知道,其實在顯示器出現的早期,屏幕是圓的。而就在近期,夏普又推出Free-FormDisplay自由形態顯示技術,甚至可以將顯示屏做成任意形狀。顯示屏外形變化的背后,其實是技術的改變和進化。
由圓到方,顯示器形狀初變化
在CRT顯示器剛問世時,屏幕是圓形的。最根本的原因,在于當時的生產工藝。其實在電子管時代,電子管幾乎都是圓形的,為什么呢?原因很簡單,為保證電子管的正常工作,電子管內部都是真空的。這樣巨大的氣壓將讓電子管壁承受巨大的壓力。而作為電子管的特殊形態,體積更大的CRT將承受更大的壓力,因此最早的CRT做成了圓形(增大表面積)。不過人的雙眼重合部分的視野基本是在一個長方形范圍內,這樣圓形的屏幕不僅信息容量有限,而且圓形的畫面,意味著要么每行掃描長度不等,要么使用等長掃描但會浪費一部分掃描時間。這在電子技術還不發達的時代,絕對是莫大的浪費。因此在制造和材料科學取得突破后,強度不再是問題時,CRT也開始向方形方向發展。
不過,圓形CRT并未就此退出市場,實際上,在雷達屏和示波器上,依舊堅持使用圓形屏,畢竟圓形屏不僅有更高的強度,同時雷達觀察范圍,波形的觀看等等,都是圓形的,這時圓型顯示屏更符合要求。
最早顯示器就是圓形的
液晶時代,方形是成本與效率的統一
而到了液晶時代,方形更是屏幕的統一外表,這除了人的視野基本是一個長方形這個基本原因外,成本與效率的統一更是關鍵。我們知道,液晶屏是在巨大的玻璃基板上生產的,在生產完畢后,再根據所需的尺寸進行切割。在這種情況下,只有切割成方形,才能最大限度的保證切割效率,實際上,在液晶時代,屏幕的比例由4:3變為16:9的一大原因,正是為了保證切割的效率。
而從驅動方式來說,液晶使用的是矩陣式驅動,也就是說通過縱橫驅動線形成一個矩陣,以驅動需要扭轉的液晶分子,驅動結構是矩陣,那么屏幕做成方形,與驅動結構點對點的結構,就可以保證液晶分子驅動的最佳效率。
液晶的驅動結構是矩陣,因此方形屏幕最為合適
Free-Form Display,自由的感覺
可以說,方形的顯示器能夠滿足常規需求,但在特殊領域,我們往往要求屏幕有特殊的造型,比如近來頗為時尚的弧面電視以及MOTO近期外泄的moto360手表那圓形的表面,都要求顯示屏在外形上做出改變。其實這樣的情況還很多,比如在汽車操控臺那有限的空間里嵌入特殊造型的液晶屏,或者少兒手機液晶屏上的卡哇伊造型等。讓液晶屏呈現出不同的造型,不但可以讓設備的形態更多樣化,還能賦予它們更多的性能和便捷操控性。
正是因為這樣的需求,所以夏普近期推出了Free-Form Display(自由形態顯示技術)。從其首次展示的汽車儀表盤顯示屏中,那弧形的外表,不規則的造型,讓我們驟然發現,原來液晶屏的造型也可以隨心所欲。坦率地說,這樣的非規則的造型,純粹從技術角度來說,難度并不高。其驅動依然是采用傳統的矩陣式驅動方式,只是在液晶面板生產時,按照所需要的造型進行蝕刻與制造,并在后期切割時,切割成為相應的形狀就可以了。因此,早在2008年,東芝松下就展示過圓形的液晶屏,但這樣的異形面板制造過程中,需要設定專門的程序進行蝕刻過程與切割,而且在制造過程中,切割有較大的浪費。這都讓異形面板的成本提升,因此在當時這樣的異形液晶屏并沒有投入實用。
圖:夏普展示的異形液晶屏,
圖:早在2008年。東芝松下就發布過圓形液晶屏
那么,夏普的Free-Form Display自由形態技術的優點在哪里?其實真正取得突破之處的倒是一個細節,也就是Free-FormDisplay屏幕可以做到無邊框。千萬別小看這液晶屏的邊框,看看MOTO360智能手表吧,那底部的黑色邊框,是不是挺煞風景的。對于異形屏幕而言,最大的市場就是可穿戴設備、汽車這樣使用小屏幕的場合,在這種情況下,邊框的存在,會讓屏幕的有效顯示面積進一步減小,同時還可能影響到異形屏自身的造型。
邊框的作用是預留空間,以安裝配線
那么,液晶屏為什么有邊框呢?實際上,為了讓液晶屏能夠正常工作,液晶屏的矩陣驅動需要掃描電路和同步電路來控制輸出電平,以有效控制像素的點亮,因此以往的液晶屏,需要在背部增加驅動板和復雜的電路,才能讓屏幕正常工作,而驅動板和屏幕間,需要通過配線連接。這樣,屏幕邊緣就要預留一定的空間,以安裝配線,這就是屏幕邊框存在的原因。而夏普的Free-FormDisplay基于IGZO生產工藝。這一工藝大家都很熟悉了,不過大多數了解的只是IGZO可以大幅度提高液晶屏的電子移動速度,從而大大減小驅動管的體積,以起到增加像素密度,提升屏幕透光率的目的。其實IGZO可以減小晶體管面積的特性,甚至可以讓廠家在液晶屏上直接生產出工藝復雜的集成塊。這樣液晶屏矩陣驅動所需要的掃描和同步驅動,就可以直接做在液晶基板上,一體化的工藝,省去了驅動板,也無需相應的配線,這樣面板自然就可以徹底取消邊框。
結語:顯示異形化只是起步
在不知不覺中,屏幕的形狀正在悄然改變。穿戴式設備的興起、顯示設備在汽車、家電上的廣泛應用,讓異形顯示器的需求正迅速增加。正是這種需求,使得夏普及時推出了Free-FormDisplay技術。應該說,在IGZO工藝的幫助下,Free-Form Display的無邊框方案極大發揮了不規則造型的優勢,讓異形顯示設備可以更加完美。這對于顯示技術的發展以及產品形態的差異性無疑是極大的利好。但設備的進化,卻對顯示技術有更高的要求,曲面化、可彎曲、側面顯示,都對顯示技術的變形能力提出新的要求,顯示異形化,還有更大的進步空間。