显示(Display)最初的含义是指陈列和展示物品,如超市中陈列的商品等。而在电子领域的显示一词,一般指信息显示(Information Display或Informative Display),即对信息的显示。
信息泛指社会传播的各种内容,包括知识、数据等。现在我们所处的时代是人类信息爆炸的时代。截至2017年,人类拥有的信息总量每12小时翻一倍。人类如何获取如此庞大的信息呢?信息的获取主要通过5种感知途径,包括视觉、听觉、嗅觉、味觉、触觉。如图1-1所示,视觉是人类最主要的信息获取方式。通过视觉途径获取信息,成了人机交互中关键的一环。
图1-1 人类获取信息的途径
因此,在人们的日常生活中,许多需要人机交互的设备都配备了屏幕,如手机、手表、电视、平板电脑、笔记本电脑等。在生产和研究领域中,很多仪器设备也都通过显示屏来实现人机交互。此外,在医疗和军事等领域,信息显示设备同样也被广泛用于各种应用。
信息可以分为电信息(电信号)和非电信息,非电信息包括声音、光线、热量、力、磁等多种形式的信息。在本书中,讨论的信息是显示技术,特别指的是电子视觉显示技术。电子视觉显示是指将多位的电信号转化为光信号,产生视觉效果,而且视觉效果可刷新,即显示的过程中不产生永久的信息记录。我们将电子视觉显示分为4个主要要素,如图1-2所示。
图1-2 电子视觉显示的四大要素
首先,信息。这里的信息至少应该包括多位的信息,即多个字节,可以是文字、图像、视频等多媒体格式的数据。其次,电(或电子)。电作为信号输入,输入需要的信息数据。再次,视觉/光。通过将电信号转化为光信号,进行数据的输出,实现视觉信息的呈现。最后,可刷新性。这意味着信息不会永久地保留,而是可以被更新、更改或临时存储。只有4个要素同时满足,才能够准确定义电子视觉显示,这也是本书要探讨的显示技术类别。下面具体讨论4个要素的意义。
要素1——信息:一位的信息只存在两种状态,就像一盏灯或一个开关一样,只有0与1两种状态。例如,交通信号灯,只能实现红绿灯变化闪烁,而无法实现显示的功能。而多位的信息至少包含文字、图像量级的信息,需要多个点或元素才能准确表达。例如,交通信号显示屏上的倒计时,LED交通路牌上显示的文字、图像都属于多位的信息。信息内容可随时更改,因此称为电子视觉显示。
例如,德国公司BBDO联合Smart所设计的“跳舞的交通信号灯”,是一种特别的行人交通信号灯。在这个设计中,交通信号灯可以显示一个动态的跳舞的人,通过吸引过路的人驻足观看,以减少人们闯红灯的可能性。跳舞的小人形象是由街边另一个视觉捕捉系统采集信息,并传输到交通信号灯上的,由行人自由跳舞并最终以视觉显示的方式呈现在交通信号灯上。这一设计最后产生了显著的效果,有81%的行人都会在看到跳舞的交通信号灯时停下来观看,从而有效地减少闯红灯的情况。这个例子展示了创新的信息显示方式通过新颖有趣的方式来吸引人们注意,同时提高了交通安全性。
要素2——电(或电子):电子视觉显示需要依赖电信号来实现信息的承载和驱动。电子信息作为信号的载体,在显示过程中扮演着关键的角色。它可以以多种形式存在,如电压变化、电流控制及数字编码的数据等,这些信号能够通过显示技术的复杂电路和控制系统,经过处理和编码,以图像、文字、视频等形式在屏幕上展示。
确实,有些显示技术不依赖电信号。例如,高校组织学生形成的方阵,可以通过举牌子的方式呈现动态的点阵图的效果。但这些非电子的显示方式不在本书的讨论范围之内。
要素3——视觉/光:在电子视觉显示中,信息通过电信号的控制转换为可见的光信号,这些光信号以各种颜色、亮度和形状的方式在屏幕上呈现,将电信号承载的信息可视化。
当然,也存在不依赖视觉的显示技术。例如,盲文显示器包括盲文手表,此类显示器通过执行器(机械点阵)的动态凸出或者凹下,将像素内容变成不同的凸起,实现盲文符号的显示,使盲人能够通过触摸感知显示内容。尽管这些盲文显示技术具有其独特的应用领域,但它们并不是本书讨论的内容。
要素4——可刷新性,即不会产生永久的记录。
比如对于霓虹灯来说,它的原理是等离子体的发光,能够实现不同颜色光线的发光。人们可以将霓虹灯排列成固定的、闪烁的文字和图像,但它并不是一个显示,因为它显示的内容是静态的,不可以刷新,不会随着时间而变化。作为对比,本书第5章介绍的辉光管显示,原理同样为等离子体发光,但却是电子视觉显示。与霓虹灯不同,辉光管展示的内容可以随着电信号而变化,能够生成可变化的文字和图像。电信号激发气体产生可见的发光效果,这使得电信号能够以不同的方式输出信息。
再比如打印机,它能够输出文字和图像,但一旦打印完成,文字和图像将保持不变。相反,电子墨水屏的阅读器,如Amazon Kindle电子阅读器,就是电子视觉显示。在第3章我们将介绍,电子墨水屏上的文字和图像等信息可以根据需要随时变化和刷新,因此被归类为一种真正的显示技术,这种可刷新性是判断其为电子视觉显示的关键特征。