未来的屏幕会是什么样子?

1897年,德国物理学家卡尔·布劳恩设计了世界上第一个阴极射线管,并以此为基础制作了示波器,使人们可以直接看到电流的变化。30年后,第一台同样原理的电视诞生了;从那以后,屏幕成了一扇任意的门,带我们去任何我们想去的地方。

人们总是在追求更亮、更薄、更节能的显示方式,阴极射线管已经不能满足人们的期望。于是在经历了70年的辉煌历史后,阴极射线管的屏幕开始逐渐退出历史舞台,在家用和商用市场让位于上世纪60年代发明的液晶屏和等离子屏。新兴的屏幕往往是由紧密排列的小网格组成,最后拼出马赛克一样的画面:等离子屏幕其实是很多小荧光灯,而液晶屏幕是很多装满液体的小胶囊。

这些技术现在已经很成熟了,但是人们的需求是无止境的。微电子技术和新材料的发展和创新给屏幕带来了更多的挑战,这可能会模糊屏幕的概念:使用有机发光二极管(有机发光二极管)的屏幕可以弯曲,也可以透明;以EInk为代表的电纸屏正在压缩传统书籍的生存空间;量子点屏幕可能在几年内成为家用显示设备的标配;眼镜甚至隐藏式眼镜显示器让显示器无处不在——甚至有直接刺激视觉神经产生光感的想法,完全可以让屏幕隐形。

有机发光二极管可能被认为是银幕上的明日之星。每个显示单元就像一个汉堡,电极在顶部和底部,中间夹着一层薄薄的发光材料。通电时,电子从高能级跳到低能级所释放的能量会以可见光的形式传递——和我们身边无处不在的发光二极管原理一样。由于使用的材料不同,有机发光二极管生产出红绿蓝三原色显示器,组合成各种颜色。这项技术虽然发明于1975,但近几年逐渐显示出巨大的优势,成为厂商追逐的热点:不需要背光,低电压下发光效率高,对比度和亮度优异,更轻薄,响应速度远快于液晶屏。除了显示性能上的这些优势,它还有其他额外的优势:使用不同的基板材料和不同的电极,人们已经可以制作出可以卷成一卷的柔性显示器——虽然不能像纸一样对折,但已经可以缠绕在直径几毫米的管子上——和透明的显示设备,这使得“屏幕”的概念一次次被颠覆。

当柔性屏、透明屏不仅仅是科幻、奇幻电影里的道具,我们的生活就会像变魔术一样。窗户和镜子可以显示图片、信息,甚至可以用作照明设备,手机和平板电脑的尺寸可以做得更小。屏幕可以随着墙壁的方向弯曲,可以变出任何可以想象的风景。海报可以根据每个受众的兴趣展示不同的内容,GPS和仪表盘可以直接呈现在汽车的挡风玻璃上——这些都不再是幻想。

事实上,我们现在可以买到使用有机发光二极管作为屏幕的手机,更多的有机发光二极管产品也在开发中。东芝开发了一款屏幕透明的笔记本电脑,可以做到60%的透明度;至于可以卷成一卷的屏幕,七八年前就出现在科技产品展上了。这些产品之所以没有出现在市场上,是因为成本和良率的限制。有机发光二极管产品的封装仍是技术难点之一,而在柔性屏加工过程中,多层电子元件之间的微小错位都会产生废品。这些技术问题可能会在几年内被突破,但在此之前,大型柔性或透明有机发光二极管屏幕只能在实验室和试制车间看到。

在有机发光二极管银幕努力进入商业时代的同时,更多的竞争对手也在虎视眈眈。虽然我们在Kindle或者其他电子书上看到的Eink电纸书技术极其节能,但是刷新率太低,无法显示真实色彩,只能用于极其有限的用途。但一种新的屏幕似乎有取代有机发光二极管的可能性:量子点屏幕,它拥有有机发光二极管的所有优点,还能绽放出更多色彩。

“量子点”这个名字,听起来有点科幻,是美国耶鲁大学的物理学家提出来的,通常被称为“纳米点”或“零维材料”。量子点是一种特殊的纳米材料,往往是以砷化镓、硒化镉等半导体材料为核心,外面包裹另一种半导体材料而形成的微小颗粒。每个量子点颗粒只有几纳米到几十纳米大小,包含几十到几百万个原子。由于其体积小,内部电子向各个方向的运动受到限制,因此量子限制效应特别显著,还能发出特定颜色的荧光。量子点中的电子被外部光源照射后,吸收光子的能量,从稳定的低能级跃迁到不稳定的高能级,当稳定恢复后,能量会以特定波长的光子形式释放出来。这种激发荧光的方式类似于其他半导体分子;不同的是,量子点的荧光颜色与其大小密切相关。只有通过调节量子点的大小,才能得到不同颜色的纯光。

与有机发光二极管类似,量子点屏幕的每个颜色像素对应一个薄膜发光二极管,二极管发光为量子点提供能量,激发量子点发出不同强度和颜色的光,在人眼中组合成一个图像。由于量子点的波长范围极窄,颜色纯正,量子点的屏幕比其他屏幕更清新明亮。韩国三星电子今年2月发布了全球首款4英寸全彩色量子点显示屏,色彩和亮度更高,但成本只有有机发光二极管屏幕的一半。当这项技术变得更加成熟时,它可能有实力与有机发光二极管竞争。

从用户的角度来看,一个屏幕可能满足所有人的需求,只要屏幕放在正确的位置——比如,放在人的鼻子上。自从去年谷歌宣布开发眼镜显示器以来,似乎各大it厂商都一起发现了这片新蓝海,纷纷投身其中。如今,没有开发眼镜显示设备的IT厂商屈指可数。因为人们意识到,每天大部分时间能占据人们整个视野的设备,其实就是这种有着600年历史的透明片。

现在已经进入测试阶段的谷歌眼镜采用的是投影技术,即将一个小画面直接从眼镜框投射到用户的眼睛里,原理和家用投影仪差不多。考虑到目前的技术水平,这可能是最合适的选择,但不一定是唯一的办法。在谷歌眼镜开发团队中,有一个人的名字很突出:迪克·帕尔维兹(Dick Parviz),一位曾经在西雅图华盛顿大学工作的学者,在2008年做出了世界上第一个隐形眼镜显示器。当年,他已经实现了在隐形眼镜上显示图案、传输数据和无线供电的功能,但这种与眼镜紧密接触的显示设备还需要经受更多的考验。毕竟,当我们眼睛与世界之间的最后一道屏障——眼皮——不复存在时,任何微小的疏忽都会带来巨大的不幸。即便如此,我们仍然可以想象他在谷歌眼镜团队中的角色;也许三五年后,屏幕会直接贴在我们的角膜上,让数字世界和现实世界重叠。

那时,屏幕将成为非常个人化的工具,而现在全世界的这种屏幕甚至可能会逐渐消失;毕竟我们已经有一个可以占据整个视野的显示设备了,为什么还要在其他地方多放几个呢?

随着技术的发展,连接我们与数字世界的屏幕将会彻底消失——更准确地说,它将成为植入我们身体的一个小装置。早在20世纪20年代,人们就已经发现用电流直接刺激视神经产生光感是很自然的,并以这种方式再造视觉;就像我们已经能够通过人工耳蜗植入来恢复听力障碍者的听力一样。

之所以能把屏幕植入大脑,是因为我们的眼睛其实和数码相机差不多。眼睛的角膜和晶状体相当于晶状体,眼球后面的视网膜是感光器件,视神经相当于连接感光器件和存储卡的线路,大脑后面的视觉皮层是存储卡和后处理软件。用电流刺激视神经可以让大脑接收视觉信号——尽管实际过程相当复杂。在这一领域,人们已经进行了近40年的尝试,市场上也出现了一些人工植入装置,帮助特定眼病患者获得光感,但远不能与进化了数亿年的视网膜相提并论。也许在这个世纪之内,我们会看到和原生视网膜一样效果的植入屏幕,甚至让大脑分不清哪个是真实的,哪个是虚拟的。