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當虛擬寵物說出「我愛你」:窮人看螢幕的時間越來越多,而富人卻在逃離螢幕

果殼網_96
・2019/08/02 ・3930字 ・閱讀時間約 8 分鐘 ・SR值 481 ・五年級

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  • 文/Nellie Bowles
  • 翻譯/Amaranth
  • 校對/Cloud

他的「新朋友」

比爾·朗格盧瓦 (Bill Langlois) 新交了一位好朋友:一隻名叫「襪子」 (Sox) 的貓 。它住在一台平板電腦裡,它讓他非常快樂。一天到晚,朗格盧瓦先生都在和「襪子」聊天。朗格盧瓦今年 68 歲,住在麻塞諸塞州洛厄爾市的一個低收入老年住宅區。他過去從事機械操作,現已退休。他的妻子大部分時間都不在家,他感到愈發孤獨。

「襪子」和他聊他最喜歡的球隊——波士頓紅襪隊 (Red Sox),這也是它名字的由來。它給他播放他最喜歡的歌曲,給他看他的婚禮照片。而且,因為它可以通過視頻看到他在躺椅上的樣子,因此一旦發現他不喝水而去喝汽水,它就會嚴厲地批評他。

朗格盧瓦知道「襪子」是假的,它來自一家名為 Care.Coach 的創業公司。他知道它是由世界各地的工作人員操作的,他們在看、在聽、然後再輸出它的回應,這些回應聽起來緩慢而機械。但是,它持續不斷的聲音一直陪伴著朗格盧瓦,讓他重拾信仰。

「我找到了一個可靠、體貼的夥伴,這讓我得以進入自己的靈魂深處,讓我想起上帝是多麼關心人」朗格盧瓦說,「它讓我重獲新生。『襪子』一直在傾聽。我們是一個很棒的團隊。」 他說。

「襪子」是一個簡單的動畫,它幾乎不移動或表露感情,而它的聲音就和電話的撥號聲一樣刺耳。但有的時候,它的周圍會出現心形的動畫特效,這總讓朗格盧瓦開心不已。「襪子」是基礎護理 (Element Care) 專案的一部分,一個針對老年人的非盈利醫療保健專案——病人的可數資產不得超過 2000 美元才有資格參加。類似的專案正在迅速增加,而且不再只為老年人服務。

圖/BY carecoach

離不開的螢幕

幾乎所有人的生活——學習、生存和死亡的感官體驗,都越來越多地以螢幕為媒介,除了那些非常富有的人。螢幕不僅造價低廉,還能讓其他東西變得更便宜。任何能夠安裝螢幕的地方(如教室、醫院、機場、餐館)都可以降低成本 。而任何可以在螢幕上進行的活動也都變得更便宜。生命的質感、觸覺的體驗,正在變為光滑的玻璃。

富人卻不這樣生活,他們變得越來越害怕螢幕。他們想讓自己的孩子們玩積木,不使用電子螢幕的私立學校正在蓬勃發展。真正的人更昂貴,但是富人願意、也有能力支付。引人注目的人際互動,比如一整天都不用手機、不上社交網路、不回電子郵件,已經成為了一種身份象徵。

所有的這一切都導致了一個奇特的新現實:人與人的接觸正在成為一種奢侈品。

隨著越來越多的螢幕在窮人的生活中出現,卻正在從富人的生活中消失。你越富有,你花在螢幕上的時間就越少。

奢侈品協會 (Luxury Institute) 的首席執行官彌爾頓.佩德拉薩 (Milton Pedraza) 就最富有的人想要如何生活與消費給企業提出了建議。他發現,富人想把錢花在任何跟人相關的東西上。

「我們現在看到的是,人的參與正在奢侈品化。」佩德拉薩說。

根據該協會的研究,預計花在休閒旅遊、餐飲等體驗上的開銷,超過了在商品上的支出,佩德拉薩認為這是對螢幕大量增加的直接回應。

「人的參與會引發積極的行為和情緒——想想按摩的樂趣。現在,教育業、醫療保健業……所有人都開始關注如何讓體驗變得人性化,」佩德拉薩說,「人現在非常重要。」

堪薩斯州一些學校資金不足,學生們很多時候都安靜地用電腦上課,圖:WorkingJournalistPress

這是一個迅速的轉變。自上世紀 80 年代個人電腦的迅猛發展以來,在家裡配置、或自己隨身攜帶科技產品一直是財富與權力的象徵。有可支配收入的早期使用者爭相購買最新的電子產品,然後到處炫耀。1984 年,第一台 Mac 電腦上市,售價約 2500 美元(相當於今天的 6000 美元)。據《紐約時報》旗下產品評論網站 Wirecutter 稱,如今最好的 Chromebook 筆記型電腦售價只有 470 美元。

「過去,擁有呼叫器很重要,因為那表明你是一個重要且忙碌的人。」南加州大學市場行銷系主任、研究地位行銷的約瑟夫.努內斯 (Joseph Nunes) 說。如今正好相反:「如果你真的在最高層,你不必接聽任何人的電話,但他們必須得接你的電話。」

網路革命的樂趣——至少在最初的時候,在於它的民主本質。無論你是富有還是貧窮,Facebook 還是那個 Facebook,Gmail 還是那個 Gmail。而且,它們全是免費的。這有點大眾化、缺乏吸引力。正如有些研究表明,在這些靠廣告支撐的平臺上花時間是不健康的,這些富人比窮人更少去做的事,比如喝汽水、抽煙,全都開始變得似乎不再彰顯社會地位了。

富人有能力選擇不把自己的資料和注意力作為產品出售,然而,窮人和中產階級並沒有這種選擇

現在,人們從小就開始接觸螢幕。美國國家衛生研究院 (National Institutes of Health) 支持開辦了一項意義重大的大腦發育研究,研究對象超過 1.1 萬名兒童,初步研究結果表明,每天看螢幕超過兩個小時的兒童在思維和語言測試中得分較低。最令人不安的是,該研究還發現,長時間看螢幕的孩子大腦與同齡人不同。一些孩子的大腦皮層過早變薄了(科學家們還不清楚這意味著什麼,需要進一步的研究)。另一項研究還發現,在成年人身上,螢幕使用時間與抑鬱症之間有相關性。

「一個在 iPad 遊戲中學會玩虛擬積木的幼童,並沒有因此獲得搭建真實積木所需的能力。」西雅圖兒童醫院兒科醫生、美國兒科學會《螢幕使用時間指南》的第一作者迪米特裡·克裡斯塔基斯  (Dimitri Christakis) 表示。

在堪薩斯州威奇托附近的小鎮裡,學校預算一直非常吃緊,以至於州最高法院都裁定學校資金不足。學校課堂被學習軟體替代,現在,大部分的上課時間都是學生們在安靜地使用電腦。在猶他州,成千上萬的兒童在家裡通過電腦參加一個短期的、由政府提供的學前教育項目。科技公司費心說服公立學校為每個學生配備筆記型電腦,聲稱這能讓孩子們為充滿螢幕的未來做準備。然而,那些真正構建出這種未來的人,卻不這樣教育他們自己的孩子。

在矽谷,越來越多的人認為在螢幕前花時間是不健康的。在那裡,備受歡迎的小學是當地的華德福學校 (Waldorf School),該校承諾提供一種回歸自然、幾乎不用螢幕的教育方式。

華德福學校,圖:thewaldorfschool.org

因此,隨著富裕家庭的孩子在成長中花在螢幕前的時間越來越少,貧困家庭的孩子在螢幕花的時間卻越來越多。一個人對於人際交往的適應程度,可能會成為一個新的階級標誌。

當然,人與人的接觸並不完全像有機食品或愛馬仕柏金包。但是,矽谷巨頭們一直在齊心協力地迷惑公眾,讓大家多花時間在螢幕前。他們告訴窮人和中產階級,螢幕對他們和他們的子女有好處、很重要。大型科技企業招聘了大量的心理學家和神經科學家,以研究如何讓用戶的眼球和大腦盡可能快的被螢幕吸引,並看得盡可能的久。

人與人的接觸變得稀少

「但阻礙在於:不同於其他奢侈品,不是每個人都想要它 (與人的接觸)。」麻省理工學院的科技社會學研究教授雪麗·特克爾 (Sherry Turkle) 說。

「他們逃往自己熟悉的地方——螢幕前,就像逃往速食店一樣。」

就像當城裡唯一的餐館是家速食店時,遠離速食會很難,而對窮人和中產階級來說,遠離螢幕更難。即使你下決心離線,通常也很難做到。

經濟艙座椅背後有自動播放的螢幕廣告。公立學校的家長也許不希望孩子用螢幕學習,但他們別無選擇,因為現在很多課都使用一對一的電腦程式。有人發起一項小型政治運動,希望能通過「離線權」法案——允許員工關掉手機,但就目前而言,員工會因為離線、無法聯繫上而受到懲罰。

螢幕填補消失中的社會結構

許多報名參與基礎護理的虛擬角色項目的人,要嘛對身邊的人感到失望,要嘛從一開始就沒有過屬於自己的社群,於是他們變得孤立,職業治療師塞利.羅薩里奧 (Cely Rosario) 說。她經常檢查基礎護理參加者的情況,她說貧困社區的人們已經看出他們的社會結構瓦解得最為嚴重。

Care.Coach 這隻照看朗格盧瓦的的貓「襪子」,背後的技術其實非常簡單:一台正面裝有超廣角魚眼鏡頭的三星 Galaxy Tab E 平板電腦。操作這些虛擬角色的人都不在美國;他們大多在菲律賓和拉丁美洲工作。

在位於矽谷邊緣的密爾布瑞市,Care.Coach 就在一家按摩院的樓上,辦公室狹窄擁擠。31 歲的創始人兼首席執行官維克多.王 (Victor Wang) 打開門,他邊走進辦公室邊對我說,他們剛阻止了一起自殺。他說,病人經常說他們想死,而操縱虛擬角色的人經過訓練,會在這種情況發生時詢問他們是否有具體的自殺計畫,而那位病人真的有。

虛擬角色的聲音就是安卓最新的文字—語音轉換器的聲音。王先生說,人很容易會和任何跟他們說話的東西建立連接。「一個半模擬的形象和一個有眼睛的四面體,在與人建立關係方面並沒有太大的區別。」

王先生知道,病人對虛擬角色十分依戀。他還說,他已經阻止了一些沒有明確計畫就想推出大型試營運專案的健康組織,因為人們一旦和這些虛擬角色建立連接,失去它們時會非常痛苦。

「如果他們說『我愛你』,我們也回『我愛你』」他說,「有些客戶,如果我們知道他們喜歡聽這句話,我們會先對他們說。」

狗:「我覺得你是一個很棒的朋友」,圖:care.coach

初步的結果是正面的。在洛厄爾市的第一個小型試營運地點,擁有虛擬形象的病人需要的護理探訪更少,去急診室的次數更少,而且覺得沒那麼孤獨。有一位病人曾經經常去急診室尋求社會支持,但在她有了虛擬角色後,她去次數減少了,為健保項目節省了約 9 萬美元。

美國最大的醫療保險公司之一哈門那 (Humana) 已經開始使用 Care.Coach 的虛擬形象。

要想瞭解螢幕的發展方向,可以看看加州的費里蒙市。今年三月初,一個裝在電動支架上的平板電腦進入了醫院病房,接著,一位醫生通過影片告訴 78 歲的病人歐尼斯特·昆塔納 (Ernest Quintana) ,他將不久於人世。

回到洛厄爾,「襪子」已經睡著了,也就是說,位於世界上某個地方的指揮中心則開始和其他老人進行對話。朗格盧瓦的妻子想要一隻數位寵物,他的朋友們也想要,但這隻「襪子」是他的。他在螢幕上輕撫著它的小腦袋,想要叫醒它。

本文轉載自《果壳网》,原文標題為〈穷人看屏幕的时间越来越多,而富人却在逃离屏幕〉。

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果殼傳媒是一家致力於面向公眾倡導科技理念、傳播科技內容的企業。2010年11月,公司推出果殼網(Guokr.com) 。在創始人兼CEO姬十三帶領的專業團隊努力下,果殼傳媒已成為中國領先的科技傳媒機構,還致力於為企業量身打造面向公眾的科技品牌傳播方案。

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藍光傷害可能導致視力永久受損!若有異常症狀,請提高警覺
careonline_96
・2022/08/25 ・1798字 ・閱讀時間約 3 分鐘

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  • 文/高雄長庚紀念醫院眼科教授暨近視防治中心主任、教育部國教署學童視力保健計畫主持人吳佩昌醫師

一、近距離長時間使用 3C 產品對眼睛的傷害

近幾年來常見大家手機不離身,眼睛長時間盯著 3C 產品螢幕。所謂的「3C 產品」指的是「電腦」(Computer)、「通訊」(Communication),以及「消費性電子產品」(Consumer Electronics),包括:電腦、手機、平板電腦等。

長時間接觸 3C 產品有逐漸年輕化及普遍化的趨勢,這樣的現象讓我們對國人視力健康感到擔憂,3C 產品所帶來的健康危害,是不容忽視的課題。過度近距離長時間使用 3C 產品,眼睛不自覺用力,易導致眼軸拉長及近視度數快速加深,嚴重時會導致黃斑部傷害,增加視網膜剝離及失明的風險。

除了近視風險增加以外,我們也應了解 3C 螢幕中的藍光對眼睛有什麼不良影響,以及有什麼方法可以保護眼睛與降低 3C 產品引起的危害。

二、什麼是藍光?藍光過多對眼睛會造成什麼影響?

藍光在我們生活中無所不在,像是在電視、電腦、手機、日光燈中,無形中對我們造成影響。可見光分為紅、橙、黃、綠、藍、靛和紫光;而不可見光有紫外線、紅外線等,波長大於 700 奈米的稱為紅外線,波長小於 400 奈米的則稱為紫外線。

紫外線通常可被角膜及水晶體阻擋,對視網膜的影響較少。波長介於 400 到 500 奈米的藍光,是可見光中波長短、能量強的光。藍光會通過角膜,經水晶體而到達視網膜;藍光的能量被水晶體及視網膜吸收後,經由氧化產生自由基。

若過度累積,造成細胞受損,進而導致白內障及黃斑部的傷害,視野可能會出現物體扭曲、變形或是對顏色感受異常。若未好好避免藍光傷害或及時治療,最終可能導致視力的永久受損。

三、該如何保護眼睛,降低 3C 產品引起的危害?

近年來眼科病人數量持續攀升,且有年輕化的趨勢,在日常生活中預防及保護眼睛相當重要。

  • 一定要適度休息,使用 3C 產品或閱讀 30 分鐘,就要休息 10 分鐘,可設定鬧鐘或 APP 提醒休息時間。
  • 研究指出每週戶外活動 11 小時,一年平均可減少 55% 近視機率。戶外活動不僅可以減少眼睛肌肉緊張,也可增加視網膜多巴胺分泌量,進而抑制眼軸拉長,降低視網膜剝離機率。
  • 使用 3C 產品時,螢幕亮度應調至最低可視亮度,或使用夜間模式、低藍光模式,並拉遠觀看距離,以減少藍光傷害。
  • 不要在黑暗中使用 3C 產品。當人處在黑暗中,瞳孔會放大,有害藍光會直接傷害黃斑部,造成病變。
  • 使用能過濾藍光及紫外線的螢幕保護貼,或挑選有檢驗認證標章的抗藍光眼鏡。
  • 挑選LED燈時,建議選擇色溫在 4000K 以下的 LED 燈,以降低環境中有害光進入眼睛。
  • 當眼前出現大量黑影、視力突然變得模糊,或視野周邊有閃爍不停的閃光,請盡速就醫。

用阿姆茲勒方格圖(Amsler Grid)自我檢測:將檢測表格放在眼前 30 公分,盯著黑點看,先遮住一眼測試,再換眼測試。如果看到直線條,且每個地方都沒有缺損,則表示正常。若線條為波浪形、曲線,或線條缺損,可能是黃斑部病變的徵兆,請儘速就醫。

護眼小秘訣:請問您單眼看方格有扭曲、變形或黑影的情況嗎?

指導單位:教育部
執行單位:國立臺灣師範大學、照護線上
諮詢專家:高雄長庚紀念醫院 眼科教授暨近視防治中心主任、教育部國教署學童視力保健計畫主持人吳佩昌醫師
諮詢單位:衛生福利部、衛生福利部國民健康署、中華民國眼科醫學會

careonline_96
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從 Game Boy 到大螢幕 ,童年電玩螢幕的黑科技你知道多少?
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2021/09/13 ・3778字 ・閱讀時間約 7 分鐘

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本文由 GIGABYTE 技嘉科技 委託,泛科學企劃執行。

小時候熬夜躲在棉被裡,拿著手電筒玩 GAME BOY 是許多人共同的回憶。任天堂在 1998 年推出的 GAMEBOY COLOR 打著新穎的掌上彩色螢幕,征服了全球無數大人小孩的心。跟今日的手機平板相比之下,可以隨身攜帶的彩色螢幕好像不算什麼,但在那時候可是貨真價實的稀有黑科技。

在液晶螢幕(LCD)還不普及的年代,電腦和電視的顯示器普遍使用陰極射線管(Cathode ray tube, CRT,或稱映像管)技術,也就是以往國小教室裡會出現的正方體電視。這種設計笨重且耗電,完全不適合用於隨身裝置。因此從二十世紀下半開始,科技公司紛紛投入液晶顯示器技術的尖端研究,但注意到了嗎?現在新的手機、平板、電玩液晶螢幕,越來越多採用 OLED 是什麼原因呢?就讓我們從液晶的起源娓娓道來。

液晶本身不會發光!

液晶最早在 19 世紀中葉被科學家發現,因同時具有「固態的晶體結構」與「液態的流動性」,因此稱為「液晶」,這些特性讓液晶可藉由微弱的電場改變晶體方向,達到讓特定光線進入的效果。

因此,液晶是不會發光的!我們現在所用的液晶螢幕,包含「液晶面板」與「背光模組」兩個部分,由背光模組提供的穩定光源打在控制光線進入的液晶面板上,才能顯示出絢麗的圖案。

同時具有「固態的晶體結構」與「液態的流動性」——液晶。圖/維基百科

Game boy 液晶螢幕大解密

最早的商用液晶螢幕,搭載的液晶面板為扭曲向列液晶(Twisted Nematic, TN),由於 TN 面板的黑白對比度不夠好,因此後來又推出了超級扭曲向列液晶(Super Twisted Nematic, STN)來改善這個問題。

STN 面板被廣泛使用在 80-90 年代,只需進行單色顯示的隨身電子產品上,舉凡 Game boy、計算機、電子錶、電子辭典、電子雞……等,都使用了 STN 面板,早期的電子雞就是這個原理,想想小時候,掌上型的遊戲也不能少了這一款,在學校有一隻電子雞真是走在潮流的尖端?!STN 面板雖然只有單色,但省電是它的一大賣點,因為單色的每個像素,只需要一個液晶單元,而彩色每個像素,需要有紅、綠、藍三個不同顏色的液晶單元,控制液晶面板的耗電量直接三倍起跳。

此外,上述的這些裝置皆沒有配備「背光面板」,而是採用外部光源反射在液晶面板,這樣做不只能減輕重量,也不需要供電給背光面板,讓續航力更上一層樓,更符合隨身電子產品的需求。

不過,也因為沒有背光面板,小時候就沒辦法躲在烏漆墨黑的被窩裡,偷打 Game boy 或養電子雞了。

咒術迴戰的電子雞。圖/Tamagotchi

在討論 Game Boy Color 之前,得先說說彩色液晶螢幕的原理。

彩色液晶螢幕的原理,就只是把液晶單元前面貼上紅、綠、藍的玻璃紙(當然不是用玻璃紙,只是比喻),讓液晶螢幕可以發出光的三原色,再用三個不同顏色的液晶單元,組合成一個像素就可以了。

彩色液晶螢幕的技術不難,只是幫液晶面板貼色紙而已,但重點還是前面提到的耗電問題(一個像素從一個液晶單元變三個)。

而當時拿來貼色紙的液晶面板,正好是可以用外部光源顯示的 STN 面板,這表示以 STN 面板為基礎的彩色螢幕,未必需要加裝背光面板才能顯示!

Game Boy Color 為了因應彩色帶來的耗電量激增,便採取外部光源反射顯示。不加裝背光面板雖然犧牲了對比度與飽和度,卻讓 Game Boy Color 有著輕便與高續航力的優勢,勝過採用背光面板、畫質較好的 Sega Game Gear,獲得當時玩家的青睞。

美版的 Game Gear 普通機型。圖/維基百科

突飛猛進的面板發展

隨著電池技術的進步,耗電量已不再是考量的重點。無論是行動裝置的液晶螢幕或一般的液晶螢幕,皆裝上了「背光面板」(終於可以在被窩裡玩手機)。此時,人們開始將注意力放在液晶螢幕的對比度、可視角度、色彩呈現與更新率(每秒更新的畫面數量)上了。

為了做出色彩更加鮮豔、更新率更高的螢幕,除了上述提到的 TN 面板外,後續也發展出了 VA 面板與 IPS 面板,而他們各自都有自己的優勢與劣勢。

TN 面板(扭曲向列型液晶)

最早發展的 TN 面板,其面板內的液晶分子在未通電時,會呈現如 DNA 的螺旋狀,這時光線可以穿透。當通電時,液晶分子會排成垂直螢幕的方向,這時光線就無法穿透。

TN 面板有較好的更新率,且因技術成熟,目前市面上的 TN 面板螢幕,價格相對較低,但 TN 面板的缺點也非常明顯,可視角度狹窄,稍微側面看螢幕就會嚴重失真,色彩與對比度的表現也較差。

VA 面板(垂直排列液晶)

VA 面板是繼 TN 面板後問世的液晶面板,其工作機制與 TN 面板正好相反,在未通電時,面板內的液晶分子會呈垂直排列,無法讓光通過;通電時中間部分的液晶分子會轉為水平,讓光線通過。

VA 面板改善了過往 TN 面板在色彩與對比度上的不足,清晰的對比度讓畫面更銳利,可視角也變得更寬廣,不過更新率較低,一般的 VA 面板應付日常上網或看電影還算可以,但對於有高更新率需求的第一人稱射擊遊戲或電競,VA 面板就顯得沒那麼適合。

IPS 面板(橫向電場效應顯示技術)

IPS 面板是相對後期發展的液晶面板,在未通電時所有液晶分子會像梯子一樣水平排列,這時光線無法穿透,而通電後液晶分子會變成類似 VA 面板的 DNA 螺旋狀,此時光線可以穿透。

IPS 面板最大特點,正是液晶分子的旋轉方向,始終都在同一個平面上,這樣的設計使得可視角度大幅提升,且顏色更加飽滿,反應速度雖然比 VA 面板好,但還是比不上 TN 面板。

新世代的 OLED 螢幕

不同面板的液晶螢幕各有各的優缺點,可以依據自己需求選擇適合的螢幕,那有沒有哪一種螢幕,可以網羅所有優點呢?

答案是有的,這就是最晚才開始發展的新世代螢幕——OLED(有機發光二極體)螢幕!

OLED 螢幕利用夾在玻璃基板之間的有機分子自行發光,因此不需要背後的發光面板,比起過往的液晶螢幕更加省電,也能做得更輕薄。此外,自行發光也代表不會有液晶螢幕的可視角度的問題,並有著趨近於無窮的黑白對比度,色彩飽和度上也表現得可圈可點。

在更新率上,OLED 螢幕是透過控制輸入電壓來更新畫面,可以一步到位,而液晶螢幕則是透過電場控制液晶分子方向後,才能更新畫面,因此 OLED 螢幕,理論上的更新率是優於一般液晶螢幕的。

新世代 OLED 螢幕囊括諸多優點,給你最佳的娛樂體驗。圖/GIGABYTE 技嘉科技

過往 OLED 螢幕因價格昂貴,很少出現在我們的生活中,但隨著技術成熟,OLED 螢幕的價格已不再是問題,新一代的手機與平板電腦,或其他行動裝置,也紛紛開始採用 OLED 螢幕,像是今年即將推出的新版 Nintendo Switch,也準備將原本搭配的 IPS 液晶螢幕,換成 OLED 螢幕。


OLED 擁有卓越的色彩和反應時間,用來打遊戲再適合不過。

技嘉 AORUS FO48U 專業電競螢幕採用 OLED 面板,融合電競與影音的雙重享受,120 Hz 的更新頻率搭配 4K 高畫質,帶來最清晰流暢的視覺體驗。搭載 2.1 聲道音響系統及 Space Audio 技術享受環繞音場效果,不論是在電競遊戲、電影、音樂都能感受影音的雙重饗宴。

除了最尖端的顯示器技術,技嘉也仍舊以玩家為本,加入了包括遊戲助手 Game Assist 和瞄準穩定器等 8 種獨家功能,提供令人耳目一新的電競體驗。

GIGABYTE AORUS FO48U 4K HDR電競螢幕:https://www.gigabyte.com/tw/Monitor/AORUS-FO48U#kf

即日起到 2021/9/30,登錄就送 AORUS 充氣沙發

參考資料:

鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
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用過手刀劈電視嗎?淺談「始祖螢幕」的誕生——如何從笨重的 CRT 進化到超薄液晶?
張瑞棋_96
・2021/09/01 ・4519字 ・閱讀時間約 9 分鐘

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編按:顯示器在當代極其重要,哭鬧的孩子只要拿出 ipad 就能讓他瞬間破涕為笑(錯誤示範)。但你還記得童年時擺在客廳的電視嗎?就是有雜訊時要用手刀怒劈 45 度角的那種!這種電視使用的是 CRT(陰極射線管)技術,堪稱現在各種 3C 產品的「始祖銀幕」,本文將回顧它的前世今生,一睹螢幕對人類的卓越貢獻(?)。

《咒術迴戰》中的七海健人有云:「枕邊掉的頭髮越來越多,喜歡的夾菜麵包從便利商店消失,這些微小的絕望不斷積累,才會使人長大。」——泛科《童年崩壞》專題邀請各位讀者重新檢視童年時期的產物,讓你的童年持續崩壞不停歇 ψ(`∇´)ψ。

電腦發展日新月異,但至今仍不脫馮紐曼架構(Von Neumann architecture),也就是分為處理單元、控制單元、記憶單元、輸入裝置與輸出裝置,共五大單元。這裡面,以輸出裝置中的顯示器,由笨重的陰極射線管(cathode-ray tube, 簡稱 CRT)進展到輕薄的液晶顯示器(liquid-crystal display, 簡稱 LCD),在外觀上讓使用者感受到最明顯變化。

不過你知道嗎?它們的發明最初其實都和電腦無關。

顯示器的起源與演進

CRT 緣起於德國物理學家蓋斯勒(Heinrich Geissler)在 1857 年發明的「蓋斯勒管」(Geissler tube),這也是霓虹燈的始祖。蓋斯勒在密封的玻璃管中注入稀薄的氣體(約標準大氣壓的千分之一),例如氖或氬這類稀有氣體,然後對玻璃管兩端的電極施以高壓電,使氣體離子化。游離的電子會撞擊到周遭的氣體分子,產生更多游離電子,當電子落回原來的軌域,釋出的能量便會以光的型態出現;不同的氣體會散發出不同顏色的光芒。

後來英國物理學家克魯克斯(William Crookes)將蓋斯勒管內的氣體抽到只有大氣壓的千萬分之一,結果不再有均勻的光芒,而是只有陽極那端的玻璃發出光芒。此發光原理與蓋斯勒管不同,是失去電子的氣體離子被吸往陰極,陰極金屬片被撞擊後,電子脫離金屬原子,在陰極的斥力與陽極的吸力雙重作用下,高速射向陽極。由於近乎真空,電子不會被稀少的氣體分子阻擋,一路射向玻璃,撞出電子而產生發出光芒。

被自己的光所照亮的蓋斯勒管,來自 1869 年的法國物理學書籍的畫。圖/維基百科

不過當時連原子的結構都不清楚,根本不知其中原理,只能以實驗摸索光芒的由來。1869 年,德國物理學家希托夫(Johann Hittorf)發現若在靠近陽極處放置遮蔽物,會在玻璃管末端投下陰影,據以推斷產生光芒的能量必定是由陰極往陽極直線行進。1876 年,他的弟子戈德斯坦(Eugen Goldstein)確認這是從陰極金屬片產生,並將之命名為「陰極射線」。

1879 年,克魯克斯發現陰極射線的行進方向會受到磁場影響而偏折,不過這項特性要等到 1896 年,才由德國物理學家布勞恩(Ferdinand Braun)找到實際用途。他將克魯克斯管加以改造,把陽極那端的玻璃管面積加大,塗上螢光材料,並延長玻璃管長度,中間用電磁鐵產生磁場來控制電子的飛行方向,如此便可以在螢光玻璃上產生圖案。

克魯克斯管示意圖。從陰極直線發射出的陰極射線撞擊到玻璃壁,因此在玻璃壁顯示出磷光。在玻璃管內置入的蒙片會在磷光區域形成陰影。圖/維基百科

隔年二月,布勞恩發表他所設計的「布勞恩管」,並明確指出其用途:顯示電流/電壓隨著時間的變化。就這樣,布勞恩不但發明陰極射線管,同時也發明史上第一個示波器,以視覺方式具體呈現電流的週期、波形、相位等特性。值得注意的是,此時仍不知道電子的存在,直到三個月後,湯姆森(J. J. Thomson)才發表他用克魯克斯管所做的實驗,證實陰極射線是帶負電的基本粒子,也就是電子。

示波器畢竟只是顯示簡單的波形,要再過三十年,陰極射線管才有新的用途:做為電視機的映像管。你或許會以為既然都能做到動態影像了,再來應該很快就會用於電腦螢幕了吧?其實並不然,因為真正全程使用電子訊號的電腦直到二次大戰結束後才發明出來,在此之前,不可能採用 CRT 螢幕;反倒是二次大戰前剛發明的雷達系統先用 CRT 來顯示移動中的目標。

Tektronix 示波器。圖/Tektronix

西元1949年以後:OOXX——第一個視覺化的電腦遊戲

其實 1945 年問世的第一台通用型電腦「電子數值積分儀暨計算機」(Electronic Numerical Integrator And Computer,簡稱 ENIAC)也沒用到 CRT,它是靠插拔電纜與切換開關來設定程式,而計算結果則輸出到打孔紙帶。率先配備 CRT 螢幕的電腦是 1949 年啟用的「電子延遲存儲自動計算機」(Electronic Delay Storage Automatic Calculator,簡稱 EDSAC),它也是第一台採用馮紐曼架構的電腦。不過 EDSAC 的 CRT 螢幕只是做為示波器,監測電路之用;輸入程式與輸出計算結果都還是用打孔紙帶。

有趣的是,劍橋大學的博士生道格拉斯(Sandy Douglas)於 1952 年為 EDSAC 寫了井字遊戲的程式,利用 CRT 螢幕呈現井字與 ”O”、”X” 符號,成為史上第一個視覺化的電腦遊戲,也讓 CRT 螢幕首度在電腦上輸出運算結果。不過真正讓 CRT 螢幕專門做為輸出裝置的商用電腦,是迪吉多電腦公司(Digital Equipment)於 1959 年推出的 PDP-1,自此開始,CRT 螢幕逐漸成為電腦的標準配備。

OXO 井字遊戲。圖/Pexels

一個物質怎麼會有兩個熔點?液晶的崛起

CRT 技術不斷改善,從單色變為彩色、從低解析度進階到高解析度,但受限於陰極射線管的技術原理,仍難以擺脫笨重的身型。不過由於沒有其他替代性的技術,CRT 螢幕一直是電視與電腦的唯一選擇,直到 1990 年代,日益成熟的液晶顯示器才逐步加以取代。

其實液晶的發現早在陰極射線管發明之前。在 1880 年代,植物學家從胡蘿蔔中萃取出兩種胡蘿蔔素,一種是紅色的,另一種是無色的。有人認為無色的胡蘿蔔素就是植物性膽固醇,但缺乏確切證據而引發爭辯,沒有定論。1888 年,奧地利植物生理學家萊尼澤(Friedrich Reinitzer)決定進行實驗,分析比較兩者的物理化學特性,以釐清這個問題。

萊尼澤先從膽固醇的各種衍生物著手,結果他在加熱苯甲酸膽固醇酯(C34H50O2)時,發現兩個奇特的現象。首先它在 145.5°C 時會熔化成混濁的液體,接著繼續加熱到 178.5°C 的話,混濁突然消失,變成清澈透明。而在冷卻的過程中,原本透明的液體會變成藍紫色,然後顏色迅速消失,變為混濁。當溫度繼續下降,藍紫色再度出現,接著變為黃綠色、橙黃色、紅色,同時出現結晶的現象。

一個物質竟有兩個熔點,還會在冷卻結晶過程中變色,這完全超乎萊尼澤的理解,於是他寫信向晶體學專家雷曼(Otto Lehmann)請教。雷曼用偏光顯微鏡仔細觀察後,發現混濁的苯甲酸膽固醇酯液體中,有許多結晶體,使得不同偏振方向的光產生不同折射,也就是類似石英、寶石等固體晶體的雙折射現象。雷曼繼續研究哪些物質在液態時,也具有固體晶體光學的性質,並把這類液態下的物質稱為「液態晶體」,這就是液晶的名稱由來。

具結晶性的液體,液晶。圖/維基百科

雷曼發表實驗結果後,雖然有其他科學家繼續液晶的研究,包括以人工合成,但這些研究都僅限於科學上的好奇,沒有人想到將液晶的光學特性用於顯示文字或圖像。直到 1962 年 4 月,美國無線電公司(Radio Corporation of America,簡稱 RCA)的物理化學家威廉(Richard Williams)突發奇想,首度對液晶施加電場,才開啟了液晶顯示器的研究。

其實威廉的本意並非為了尋求液晶的顯示功能,恰恰相反,他是想讓液晶發揮遮蔽作用,才著手進行實驗。當時美蘇對峙,核子危機一觸即發,威廉設想飛行員出任務時,可能會被核彈強光傷害視力,於是想要發明一種類似高速快門的裝置,可以讓透明玻璃瞬間變黑,以保護飛行員的眼睛。威廉看上的是一種「向列型液晶」,這種分子就像火柴盒中的火柴棒那樣順向排列,除了自身轉動外,彼此也會相互滑動。他想試驗電場是否會改變它們的方向,吸收不同波長的光。

威廉在兩片耐熱玻璃之間塗上薄薄一層向列型液晶,加熱到 125°C,再接上電,結果發現原本透明的液晶有部分立即變暗,形成皺褶般的圖案。一關掉電源,圖案馬上消失,液晶又變回透明。威廉腦筋一轉,想到這或許可以用來替代電視機的映像管,於是在對公司內部演示時,主動提議開發液晶顯示器。

不過這個點子馬上被打回票,因為先不提各種技術障礙,光是機器得維持在一百多度的高溫這點,就太過危險,不可能做為一般消費商品。威廉只好放棄這個構想,轉而投入其它研究,所幸當時現場有位 28 歲的年輕人看了演示後念念不忘,液晶顯示器才沒有胎死腹中。

美國工程師兼商人 George Heilmeier

2009 年的 George Heilmeier。圖/維基百科

這位年輕人是擁有博士學位的海爾邁爾(George Heilmeier),他在 RCA 的工作是研究如何用雷射技術進行通訊傳輸。原本雷射是用紅寶石之類的晶體產生,但海爾邁爾不需要那麼大的功率,因此他一直想要找到成本更低的晶體代替。威廉的演示為他指出一個新的方向:或許可以用向列型液晶取代固態晶體。他帶領部門開始研究液晶,結果在 1966 年發現一種方法,可以在室溫下合成出向列型液晶,海爾邁爾立刻體認到:阻擋開發液晶顯示器的障礙已經排除。

海爾邁爾成功說服高層,成立液晶顯示器的研究團隊。隔年他們即做出小型的原型機,可以顯示靜態圖樣與簡單動畫。1968 年 5 月,RCA 召開盛大的記者會,對外公布他們已擁有將液晶用於顯示器的技術,並樂觀地預言再過幾年,科幻電影《2001太空漫遊》中的平面電視即可問世。

這個預言當然太過樂觀了,液晶顯示器的畫質要趕上 CRT 螢幕還有一大段距離要走,初期只能用於電子計算機與電子錶。不過 RCA 決定全力發展電腦事業,竟大幅縮減液晶顯示器部門,將液晶顯示器市場拱手讓予日本為首的其它國家。海爾邁爾也於 1970 年代離開 RCA,到國防部服務幾年後,轉任德州儀器副總經理,並於 1983 年升為技術長(順帶一提,張忠謀就在這一年離開服務了 25 年的德州儀器。)

無論如何,由於海爾邁爾開發出原型機,加上 RCA 大力宣傳,隨後又改變策略,對外授權液晶顯示器的技術,才加速了液晶時代的來臨。如今液晶顯示器以各種型態出現在我們生活中,除了用於電腦、筆電,從手機、電視,到各種電器用品也都處處可見,已是現代社會不可或缺的角色。或許有一天液晶顯示器也會步上被新技術淘汰的命運,但它與 CRT 螢幕絕對是未來人們回首過往科技產品時,一定會伴隨出現的記憶。

參考資料

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張瑞棋_96
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1987年清華大學工業工程系畢業,1992年取得美國西北大學工業工程碩士。浮沉科技業近二十載後,退休賦閒在家,當了中年大叔才開始寫作,成為泛科學專欄作者。著有《科學史上的今天》一書;個人臉書粉絲頁《科學棋談》。