Monitory LCD i Plazma
1. O monitorach ogółem
Monitory LCD najczęściej produkowane są w trzech technologiach: TN, IPS,
MVA. Różnią się między sobą umiejscowieniem elektrod i ułożeniem molekuł
ciekłego kryształu. Podstawowa zasada ich działania jest taka sama.
Ekran złożony z matrycy punktów podświetlany jest przez neonówki. Ich liczba
zależy od klasy wyświetlacza, od jednej w najtańszych do czterech w
droższych. Aby zapewnić równomierne podświetlenie światło neonówek jest
kierowane na ekran za przy użyciu dyfuzora.
Niewątpliwą zaletą tych monitorów jest idealna ostrość obrazu, brak
zniekształceń oraz brak migotania. Dzięki temu wzrok nie męczy się tak
szybko jak przy monitorze kineskopowym.
Wadą jest duże pogorszenie jakości obrazu przy zmianie rozdzielczości dla
której dany monitor został zaprojektowany.
Pojedyńczy kolorowy punkt na ekranie tworzą trzy monochromatyczne
(czerwony, zielony, niebieski). Każdy punkt jest sterowany przez zmianę
napięcia tranzystora, który steruje ilością światła, jaka może się przedostać
przez dany punkt, i w efekcie jego kolor.
W technologii TN punkt przepuszcza światło gdy nie przykłada się do
tranzystora napięcia, a w dwóch pozostałych jest odwrotnie.
2.1 Monitory TN
Technologia TN ( Twisted Nematic ) została wynaleziona w 1971 roku i było to
pierwsze praktyczne wykorzystanie ciekłych kryształów.
Nematyczny ciekły kryształ został umieszczony między szklanymi płytkami, na
których zostały naniesione przeźroczyste elektrody. Układ ten znajdował się
pomiędzy dwoma skrzyżowanymi polaryzatorami : polaryzatorem i
analizatorem. Cząsteczki ciekłego kryształu mają tendencję do układania się
równolegle do ograniczających szkiełek. Szlifując szkło w jednym kierunku
powoduje się, że cząstki ustawiają się swoimi długimi osiami równolegle do
rowków pozostałych po oszlifowaniu. Skręcając wzajemnie tak spreparowane
płytki uzyskuje się efekt skręconych cząstek ciekłego kryształu. Stąd nazwa:
„Skręcony Nematyk”
Światło przechodząc przez polaryzator zostaje spolaryzowane liniowo. Gdy nie ma
pola elektrycznego odpowiednio ułożone cząsteczki nematyka skręcają
polaryzację światła o 90 stopni, tak że może ono bez przeszkód przejść przez
analizator.
Po przyłożeniu napięcia do elektrod cząsteczki ciekłego kryształu układają się
wzdłuż pola elektrycznego. Przez to płaszczyzna polaryzacji światła nie zostaje
skręcona i analizator światła nie przepuszcza.
2.2 Monitory IPS
2.3 Monitory MVA
3. Budowa
4. Działanie
4.2 Ciekłe kryształy
Ciekłe kryształy to substancje wykazujące własności pośrednie między
cieczą a ciałem stałym. Podobieństwo do cieczy polega na tym, że
przyjmują kształt naczynia, tak jak wszystkie ciecze. Natomiast
podobieństwo do ciał stałych przejawia się w anizotropii różnego rodzaju
własności, w szczególności własności optycznych. Wynikają one z budowy
cząsteczek tworzących ciekły kryształ.
Najogólniej można powiedzieć, że są to substancje których cząsteczki o
wydłużonych kształtach mają charakter polarny, tzn. w ich molekułach
występuje nierównomierny rozkład ładunku elektrycznego. Cząsteczki o
takich właściwościach będą więc reagowały na przyłożone pole
elektryczne.
W zależności od ich ułożenia cząstek, wyróżnia się trzy możliwe formy:
smektyczną, nematyczną oraz cholesterolową. Najwyższy stopień
uporządkowania cechuje fazę smektyczną, składającą się ze ściśle
równoległych cząsteczek, ułożonych w przylegające warstwy. W fazie
nematycznej, liniowe cząsteczki są ułożone równolegle, wszystkie w tym
samym kierunku. Faza cholesterolowa cechuje się równoległym
ułożeniem cząsteczek w warstwach przesuniętych względem siebie o
pewien kąt, co nadaje jej kształt śrubowy. Do konstrukcji wyświetlaczy
stosuje się ciekłe kryształy o strukturze nematycznej.
5.1 Rozmiar
Obecnie sprzedawane biurkowe monitory LCD mają
przekątną ekranu wynoszącą od 17 do 30 cali.
Monitory 15-calowe są już praktycznie wycofywane z
ofert sklepów. Oczywiście pomijamy tu modele
specjalistyczne, które wykorzystywane są w przemyśle.
5.2 Rozdzielczość
Bezpośrednio z wielkością ekranu wiąże się
rozdzielczość, jaką dany monitor jest w stanie
wyświetlić. Jest to rozdzielczość natywna
(naturalna), do wyświetlania której monitor został
wyprodukowany. Rozdzielczość ta jest zarazem
rozdzielczością maksymalną określa ilość
pojedynczych pikseli w pionie i w poziomie, która
została fizycznie umieszczona w matrycy.
Rozdzielczości niższe można uzyskać, ale obraz jest
wtedy interpolowany (skalowany) i nigdy nie będzie
wygląda tak dobrze, jak w rozdzielczości natywnej.
Tak naprawdę najlepszy obraz uzyskiwany jest tylko
w natywnej rozdzielczości - wszelkie inne są zawsze
gorsze - mniej ostre. Pod tym kątem monitor LCD
znacznie różni się od starego kineskopowego - CRT.
5.3 Proporcje
W zależności od proporcji boków ekranu, na tej samej
powierzchni matrycy można uzyskać różne
rozdzielczości. Obecnie stosuje się kilka standardów
długości boków monitora. Pierwsze dwa to
tradycyjny o proporcjach 4:3 (rozdzielczości 1024 x
768, 1400 x 1050 czy np. 1600 x 1200 - stosowane
głównie w monitorach 15-, 20-, 21- i czasami 19-
calowych) oraz 5:4 (stosowany przede wszystkim
przy rozdzielczości 1280 x 1024 w 17- i 19-calowych
monitorach). Kolejne to standardy panoramiczne o
stosunku boków 16:10 (tzw. Monitory wide) oraz
16:9. Ten ostatni związany jest z filmami w jakości
HD (HD Ready - 1280 x 720, 1366 x 768 oraz Full HD
- 1920 x 1080) i ma zastąpić w najbliższej przyszłości
standard 16:10 stosowany obecnie w monitorach.
5.4 Plamki
Rozdzielczość związana jest z wielkością plamki
monitora, która najlepiej powinna wynosić około
0.294 mm. Monitor wtedy jest najbardziej
ergonomiczny, a jego użytkowanie nie męczy
wzroku (czyli rozdzielczość nie jest ani za duża, ani
też za mała - dostosowana do wielkości ekranu).
Wielkość plamki to nic innego, jak odległość między
kolejnymi pikselami, liczona od początku jednego
piksela do początku drugiego piksela (tak więc w
skład wchodzi też czarna przestrzeń jaka znajduje
się pomiędzy pikselami). Nie należy tego pojęcia
mylić z pikselem, gdyż piksel jest to najmniejszy
element, jaki przetwarza karta graficzna.
5.5 Smużenie
Z czasem reakcji związany jest efekt smużenia. Chodzi o
sytuację, kiedy poruszający się obiekt przemieszcza się
szybciej niż jest w stanie wyświetlić monitor. Efekt tego
to "widmo„ obiektu pozostające za jego granicami.
Problem wynika z faktu tego, że czas reakcji matrycy
jest niewystarczająco szybki dla prędkości
wyświetlanego obiektu. Warto jednak zauważyć, że
pogoń za niskim czasem reakcji matrycy nie do końca
jest poprawny. Wynika to z faktu takiego, że to nie
wzrok, ale ludzki mózg jest odpowiedzialny za smużenie.
Można byłoby zapytać dlaczego smużenie dotyczy tylko
monitorów LCD, a nie starych CRT. Wynika to ze sposobu
wyświetlania obrazu - w LCD wyświetlana jest na raz
cała klatka – w CRT obraz powstaje poprzez rysowanie
linii. Tak więc w CRT istniał problem z odświeżaniem
(gdzie zbyt niska jego wartość powodowała migotanie
obrazu), a w LCD ze smużeniem.
6. Złącza
Standard VGA czyli D-Sub
Standard VGA czyli D-Sub
VGA jest nadal od ponad 20 lat
najczęściej wykorzystywanym
standardem do przesyłania
obrazu. Nadal w prawie
wszystkich monitorach możemy
spotkać złącze D-Sub,
wyposażone jest w nie również
bardzo duża ilość komputerów
przenośnych. Złącze D-Sub 15
"DH-15„ przenosi analogowy
sygnał zawierający informację o
kolorze niebieskim, zielonym
oraz czerwonym, a także
sygnał synchronizacji poziomej
i pionowej. Ze względu na brak
informacji o częstotliwości
sygnału, opierające się na
matrycach LCD wyświetlacze
muszą same
dostosować częstotliwość
sygnału do odpowiedniego
wyświetlania obrazu.
Maksymalna rozdzielczość obraz
w przypadku standardu VGA
ograniczona jest przez
przepustowość złącza oraz jakość
i długość kabla. VGA nie wspiera
możliwości przesyłania dźwięku
oraz żadnego protokołu
chroniącego przekazywaną treść.
Złącze w standardzie DVI
Standard DVI został zaprojektowany i
zaprezentowany przez konsorcjum
Digital Display Working Group w
roku 1999. Miał on zastąpić starszy
analogowy interfejs VGA. Standard
ten jest kompatybilny wstecz z
analogowymi złączami D-Sub za
pomocą jednego 29- pinowego
złącza. Dzięki szerszemu pasmu
przenoszenia jakie oferuje standard
DVI w stosunku do VGA, nawet
podczas przesyłania obrazów drogą
analogową mogą mieć one wyższą
rozdzielczość niż tę, którą oferuje
standard VGA. Standard DVI do
przesyłania obrazu stosuje metodę
TMDS (Transmition Minimaized
Differential Signaling) oraz jest
dostępny zarówno w wersji z
pojedynczym i podwójnym kanałem
transmisji (Single Link, Dual Link).
Pojedynczy kanał transmisyjny
składa się z czterech par
przewodu transmitującego 24 bity
na piksel. W przypadku standardu
DVI nie używa się żadnej metody
kompresji lub spakowania danych.
Standard ten nie wspiera również
technologii przesyłania jedynie
zmian w stosunku do poprzedniej
klatki obrazu. Oznacza to, że za
każdym razem cała klatka obrazu
przesyłana jest z komputera do
monitora. Połączenie jedno
kanałowe ograniczone jest do
częstotliwości 165 MHz, co
oznacza, że może przesłać obraz
o rozdzielczości maksymalnie
1920 x 1200 pikseli przy
odświeżaniu 60 Hz. Niemniej
jednak obraz może być
wyświetlany również z niższym
odświeżeniem.
I tak odpowiednio za pomocą kabla
DVI single link możemy przesłać
następujące rozdzielczości:
- HDTV (1920 x 1080 pikseli) @ 60
Hz (131 MHz),
- UXGA (1600 x 1200 pikseli) @ 60
Hz (161 MHz),
- WUXGA (1920 x 1200 pikseli)
@60 Hz (154 MHz),
- SXGA (1280 x 1024 piksele) @ 85
Hz (159 MHz),
- WXGA+ (1440 x 900 pikseli) @ 60
Hz (107 MHz),
- WXUXGA (3840 x 2400 pikseli)
@17 Hz (164 MHz).
Standard HDMI
Ten interfejs wideo został
zaprezentowany w 2002 roku przez
HDMI LLC. Jest to licencjonowany
interfejs służący do przesyłania
zarówno obrazu, jak i dźwięku. Jego
głównym przeznaczeniem są
urządzenia multimedialne typu
telewizory, odtwarzacze DVD,
konsole oraz komputery. HDMI ma
zastąpić obecnie stosowane
standardy analogowe takie, jak
composite video, s-video, komponent
video oraz VGA. W dodatku HDMI jest
o wiele przyjaźniejsze użytkownikowi
że względu na niewielkie gabaryty
złączy. HDMI używa tego samego
standardu przesyłania obrazu co DVI i
jest kompatybilne wstecz z
standardem DVI-D Single Link. HDMI
nie jest kompatybilne z standardem
VGA oraz analogowym przesyłaniem
obrazu za pomocą standardów DVI-I
oraz DVI-A.
Standard HDMI zawiera trzy typu złączy:
- typ A - standardowe 19-pinowe złącze
używane w większości urządzeń
multimedialnych. Wspiera ono sygnał o
maksymalnej rozdzielczości 1920 x
1200 pikseli przy odświeżaniu 60 Hz,
- typ B - większe 29-pinowe złącze
pozwalające na transfer obrazu o
maksymalnej rozdzielczości WQSXGA
(3200 x 2048 pikseli), złącze to nie
funkcjonuje w powszechnym użytku,
- typ C - specjalne 19-pinowe mini złącze
zaprojektowane specjalnie dla
niewielkich urządzeń takich jak kamery
wideo.
W przypadku standardu HDMI definiuje
się dwa typy kabli:
- kategoria 1 - kabel odpowiedni do
przenoszenia sygnału HDTV (74 MHz /
2.23 Gbit/s)
- kategoria 2 - kabel dostosowany do
przenoszenia dowolnego sygnału
zgodnego ze standardem HDMI w
zakresie częstotliwości 27-340 MHz
oraz więcej.
HDMI w wersji 1.3 pozwala na wyświetlanie
obrazu o zwiększonej precyzji kolorów do
30, 36 a nawet 48 bitów na piksel w
standardzie RGB oraz YCbCr. Ta cecha
nosi nazwę Deep Color. Pozwala ona
powiększyć liczbę kolorów z 16.7 miniona
do wielu miliardów. Dzięki temu subtelne
przejścia tonalne wyglądają lepiej, a
kontrast obrazu może być jeszcze
wyrazistszy. HDMI w wersji 1.3
udostępnia również poszerzony gamut
barwny zwany xv YCC, który umożliwia
przesyłanie kolorów osiągających szerszą
saturację barw. HDMI wspiera również
możliwość przesyłania dźwięku w
różnych formatach, maksymalnie do
ośmiu kanałów nie skompresowany
dźwięku 192 kHz/24 bit, np.: Dolby
Digital lub DTS. Standard HDMI posiada
również wsparcie dla Consumer
Electronics Control Channel (CEC). Jest to
technologia pozwalająca na wewnętrzną,
dwukierunkową wymianę informacji
miedzy urządzeniami za pomocą
protokołu AV link. Technologia CEC
pozwala na:
• kontrolę jednym pilotem zdalnego
sterowania każdego urządzenia
połączonego kablem HDMI,
• indywidualną wymianę informacji oraz
kontrolę i zarządzanie pomiędzy
urządzeniami wspierającymi technologię
CEC.