等离子显示屏的兴衰

# 等离子屏幕的兴衰 来源：https://www.construction-physics.com/p/the-rise-and-fall-of-the-plasma-screen 1960年，伊利诺伊大学的一个团队发布了他们 PLATO (https://en.wikipedia.org/wiki/PLATO_(computer_system)) "计算机教学系统"的首个版本——一个最终将扩展到数千台计算机终端、连接到大型主机的网络。PLATO 用户可以使用该系统学习各种主题，课程涵盖化学、数学、音乐和外语等学科。 PLATO 的第一个版本使用普通电视屏幕作为终端显示，但这充其量只是权宜之计。电视屏幕使用阴极射线管（CRT），利用 (https://www.construction-physics.com/p/the-surprisingly-long-life-of-the) 磁偏转电子束在玻璃屏幕上绘制图像。这束电子每秒重绘整个屏幕30次，这意味着计算机必须向 CRT 屏幕持续输送高带宽的视频数据流。这对于广播电视来说没有问题，因为同一个信号发送给所有接收它的电视机，但在 PLATO 系统中，每个终端都需要根据用户的不同操作接收不同的数据。这不仅要求主机与 PLATO 终端之间拥有高带宽数据连接，还迫使每个终端配备大量内存来存储视频数据，而这在当时极其昂贵。基于 CRT 的屏幕在只有几个终端的小型系统中运作良好，但人们认为这种技术无法扩展到 PLATO 设计者所设想的数千乃至数百万个终端。需要的是一种新型屏幕——一种具有内置"存储器"的屏幕。在这种屏幕上，只有发生变化的内容才需要重新绘制，这将大大减少与 CRT 相比所需的带宽和数据存储量。 PLATO 系统的架构师之一 Donald Bitzer 考虑了制造此类显示屏的可能方法。一个潜在的选择是气体等离子体——让电流通过低压气体，使气体发光。自17世纪以来，科学家就一直在用电流使低压气体发光，而这种现象自20世纪初就被 (https://www.construction-physics.com/p/the-surprisingly-long-life-of-the) 用于霓虹灯。但还没有人找到将这种现象转化为计算机显示器的方法——这需要一个由数千甚至数百万个可独立控制的微型气体等离子灯组成的阵列，每个像素对应一个。Bitzer 认为值得一试。 1962年，Bitzer 的研究生 Robert Willson 制造了一个等离子显示屏幕的单单元模型，相当于一个像素。它由三片薄玻璃组成的"三明治"构成，两侧的导线夹着中间玻璃片上一个小孔中封存的氩气。当电流从导线通过气体时，氩气会发出明亮的光。Willson 的模型表明等离子屏幕可能可行，但也暴露出许多需要克服的问题：单元亮度不一致、元件很快烧毁、漏气问题严重，而且时间一长，电激发的气体会沉积在电极上，减少电流通量。Willson 的设计还需要每个独立单元配备自己的电阻器，以防止电极之间产生电弧，据估算，这将在全尺寸显示屏上造成巨大的制造困难：一个500x500像素的屏幕需要250,000个独立安装的电阻器。 1964年迎来了突破，Bitzer 的团队想到将电极移到玻璃三明治的外侧，从而免去了单独的电阻器。在搭建新型号的测试显示屏时，团队意外发现了一个意外之喜：偶然混入单元的少量空气赋予了显示屏梦寐以求的存储效应——即使电极上的电压降低，气体也会继续发光。到1967年，团队已将单像素显示屏扩展为16x16的像素阵列（weber 2006），但这仍不过是一个脆弱的原型：漏气和污染仍然常见，极薄的玻璃片（最初用作显微镜载玻片）很容易碎裂。 1967年，玻璃制造商 Owens-Illinois 授权了这项被称为等离子显示的技术，并开始将其转化为真正的实用产品。Owens-Illinois 去掉了中间的玻璃片及其上单独的气袋，直接在两片外层玻璃之间填满气体。尽管面板内的气体是连续的，但它只在带电电极的交叉点处发光，从而可以对单个像素进行独立控制。1968年，Owens-Illinois 推出了128x128像素的等离子显示屏，远比伊利诺伊大学的原型更加坚固可靠；1971年，该公司推出了世界上第一块商用等离子显示面板——一块512x512的屏幕，名为"Digivue"。即将在全球扩展到数千个终端的 PLATO 系统是它的第一个客户。 但新推出的等离子屏幕在电子显示市场上并非独占鳌头。等离子屏幕最初被设计为 CRT 屏幕及其笨重且昂贵的外部存储器的替代方案。但存储技术也没有停滞不前：20世纪60年代末，当伊利诺伊大学的研究人员还在制造等离子屏幕原型时，IBM 的研究人员开发了 DRAM (https://en.wikipedia.org/wiki/Dynamic_random-access_memory#History)，一种利用晶体管和电容存储数据的计算机存储器。计算机存储很快就在摩尔定律的推动下不断发展，体积越来越小、速度越来越快、成本越来越低，不久之后，CRT 屏幕对存储器的需求就不再是什么大问题了。 等离子屏幕确实还有其他优势，不仅仅在于其物理特性使其能够实现某种"存储"功能。与需要笨重玻璃管的 CRT 不同，等离子显示屏可以做得非常薄。而且等离子屏幕可能比 CRT 更加坚固耐用，因为后者有精密且容易受干扰的电子枪。 但等离子屏幕也有缺点：与 CRT 相比它们非常耗电，亮度较低，而且价格昂贵得多。虽然伊利诺伊大学的研究人员在20世纪60年代末就测试了彩色等离子屏幕，但要发展出足够坚固、可商业化的彩色等离子屏幕还需要多年时间。 更重要的是，等离子并非20世纪70年代初出现的唯一新型显示技术。在20世纪60年代，Westinghouse 和 RCA 的科学家们就尝试了基于液晶的显示屏：液晶是一种呈现液体状态但具有像晶体一样有序、重复结构的物质。科学家发现，液晶分子在外加电场的作用下会改变取向，如果偏振光（在单一平面内振荡的光）通过液晶，其偏振面就会旋转 (https://www.construction-physics.com/p/how-did-tvs-get-so-cheap)。到20世纪60年代末，研究人员已利用这些现象制造出了显示屏。第一批液晶显示屏（LCD）在20世纪70年代出现在计算器和其他小型电子设备中，到80年代已用于便携式电视。 等离子技术也没有止步不前。在接下来的几十年里，等离子显示技术稳步发展。工程师开发了更好的电极、降低了功耗，并发明了通过快速闪烁像素来产生灰度的方法（像素"关闭"的时间越长，像素越暗）。灰度的实现又为全彩等离子显示屏打开了大门，这些产品在20世纪70年代末开始出现。 随着性能的不断提升，等离子显示屏开始在电子显示市场中占据一席小天地。IBM 于1973年推出了配备等离子显示屏的银行电子设备系列；20世纪70年代中期，由于等离子显示屏坚固耐用、维护需求低，开始被用于各种军事应用。20世纪80年代，配备单色等离子屏幕的笔记本电脑和便携式计算机开始出现。然而到90年代，LCD 技术已经发展到足以生产高质量彩色屏幕用于笔记本电脑，完全将等离子从这一市场中挤了出去。  在被挤出笔记本显示屏市场的同时，等离子在一个新的市场中取得了成功：大屏幕高清电视。直到20世纪90年代，CRT 一直是制造电视的标准技术，但所需的显像管尺寸使得 CRT 很难扩展到40英寸或更大的屏幕：1988年 Sony 推出的45英寸 CRT 电视重量超过400磅。相比之下，更薄的等离子屏幕可以更容易地扩展到超大屏幕。日本电子产品制造商 Fujitsu 于1990年展示了31英寸等离子电视，随后在1995年展示了42英寸等离子电视。美国显示屏初创公司 Plasmaco 于1999年推出了60英寸等离子屏幕，Samsung 则在2005年展示了巨大的102英寸等离子屏幕。 然而，LCD 同时也在进入大屏幕电视市场，到21世纪初，LCD 制造商已经生产出与等离子屏幕尺寸相当的屏幕。等离子相比 LCD 电视有一些优势——可以提供更丰富的色彩和更高的刷新率——但也有一些劣势。等离子屏幕耗电更多、散热更多，亮度不如 LCD 屏幕。而且在给定的屏幕尺寸下，LCD 屏幕可以实现比等离子屏幕高得多的分辨率。 但最关键的问题可能在于制造：事实证明，等离子屏幕比 LCD 屏幕更难实现高良品率和低制造成本，这可能是因为制造商在 LCD 制造上的投资远超等离子。 到2000年代中期，等离子在屏幕质量上的优势要么已被逐渐缩小，要么干脆被大多数消费者忽视了：2006年的评测发现两者在质量上基本相当，LCD 的销量已显著超过等离子屏幕。等离子和 LCD 在电视市场上一直竞争到2010年代初，但到2013年等离子几乎失去了所有市场份额。到2010年代末，等离子屏幕的制造已基本停止，如今这项技术几乎已消亡。 新技术采用的经典模式类似于S曲线：最初为需要其特定属性组合的用户提供小众用途，但随着技术变得更强大、更便宜，它被更广泛地采用，直到达到某个峰值。当一种技术被替代时，它往往遵循相反的模式——逐渐退出越来越多的应用场景，但仍被珍视其特定属性组合的用户所使用。有时这种属性组合使一种"过时"的技术能在未来继续使用很久——几十年前，真空管在大多数用途中已被晶体管取代，但至今仍在 (https://www.westernelectric.com/) 用于某些音频设备的生产。但有时这并不足以拯救一项技术；虽然有些人更喜欢等离子屏幕的画质 (https://www.marketplace.org/story/2025/10/30/why-movie-buffs-prefer-plasma-tvs)，但这种偏好显然不足以维持其生产。