Zasada tworzenia obrazów na monitorach
CRT oraz wyświetlaczach LCD
Monitor to ogólna nazwa jednego z urządzenia wejścia/wyjścia do bezpośredniej komunikacji operatora z komputerem. Zadaniem monitora jest natychmiastowa wizualizacja wyników pracy komputera.
Obecnie używany jest monitor - ekran komputerowy, obsługiwany przez komputer zwykle za pośrednictwem karty graficznej. Podłączany jest najczęściej do gniazda 15-pinowego. Do monitora sygnały przesyłane są w postaci analogowej (sygnały RGB). W monitorach profesjonalnych do zastosowań graficznych stosuje się specjalne karty graficzne i monitory, które podłączane są do karty graficznej za pośrednictwem złącz BNC, a każdy z kolorów jest przesyłany oddzielnie, co zmniejsza liczbę zniekształceń. Istnieją także monitory podłączane do gniazda cyfrowego, gdzie sygnał do monitora przesyłany jest w postaci cyfrowej.
Podział:
Monitor CRT - Przypomina zasadą działania i po części wyglądem telewizor.
Głównym elementem monitora CRT jest kineskop.
Monitor LCD - inaczej panel ciekłokrystaliczny. Jest znacznie bardziej płaski od
monitorów CRT. Zasada generowania obrazu jest odmienna niż w monitorach CRT.
Budowa i zasada działania monitora CRT
Wyświetlacze kineskopowe w postaci telewizorów znane są już od około 60 lat, przy czym od tego czasu ich podstawowa zasada działania nie uległa dużym zmianom. Działanie monitora polega na wysyłaniu w kierunku przedniej szyby powleczonej warstwą luminoforu, wiązki elektronów za pomocą działa elektronowego umieszczonego w tylnej części bańki kineskopu. Wiązka ta jest kierowana za pomocą silnego pola magnetycznego tak, aby trafiała w odpowiedni obszar na ekranie. Kiedy elektron uderza w punkt na ekranie, jego energia
powoduje chwilowe rozświetlenie tego punktu. Każdy punkt reprezentuje pojedynczy piksel, czyli element obrazu. Zmieniając odpowiednio napięcie sterujące działem elektronowym, możemy sprawiać, że punkty na ekranie będą świecić jaśniej bądź ciemniej. Pierwsze czarno-białe telewizory miały kineskopy z jednym działem, zaś warstwa luminoforu była w nich jednorodna. Później zaczęto stosować po kilka dział, zaś luminofor został podzielony na osobne punkty. Tworząc obraz wiązka przemiata ekran wzdłuż pojedynczej poziomej linii, zwanej linią wybierania, od lewej do prawej, rozświetlając punkty luminoforu i powodując ich jaśniejsze bądź ciemniejsze świecenie, w zależności od chwilowego napięcia sterującego działem elektronowym.
Częstotliwość z jaką monitor rysuje pojedynczą linię wybierania nazywa się częstotliwością poziomą i mierzy się ją w kilohercach (kHz). Po osiągnięciu brzegu ekranu wiązka jest chwilowo wygaszana (następuje odstęp wygaszania odchylania poziomego), magnesy odchylające wiązkę kierują ją na początek następnej linii ku dołowi ekranu i proces następuje od nowa, aż do zapełnienia całego ekranu. W tym momencie wiązka znowu zostaje wygaszona (odstęp wygaszania pionowego), poczym cały cykl zaczyna się od nowa od góry ekranu. Częstotliwość z jaką monitor rysuje cały obraz nazywa się częstotliwością odświeżania i podawana jest ona w hercach (Hz). W standardzie NTSC zdefiniowano 60 pól (30 ramek) na sekundę, zaś w standardzie PAL 50 pól (25 ramek). Dla porównania film kinowy wyświetlany jest z częstotliwością 24 klatek na sekundę. Dla większości ludzi jest to częstotliwość graniczna, poniżej niej daje się już zauważyć migotanie obrazu. Podczas gdy typowy telewizor działa z częstotliwością poziomą rzędu 13.5 kHz, odświeżanie obrazu zaś następuje z częstotliwością od 25 do 30 Hz, większość monitorów komputerowych jest w stanie wyświetlać obraz z częstotliwością poziomą równą ponad 60 kHz, zaś pionową 85 Hz. Warto ustawić częstotliwość odświeżania na własnym monitorze tak, aby była ona równa co najmniej 85 Hz. Przy niższych częstotliwościach występuje migotanie obrazu męczące oczy, nawet jeśli nie jesteście w stanie go zauważyć. Kolorowy kineskop działa na niemalże identycznej zasadzie co wyświetlacz czarno-biały. Różnice polegają na zwiększeniu liczby dział elektronowych z jednego do trzech i zastąpieniu jednokolorowych punktów luminoforu triadami punktów w trzech kolorach podstawowych (czerwony, zielony, niebieski), tworzącymi pojedyncze piksele. Każde działo rozświetla punkty w jednym kolorze, za pomocą kombinacji zaś trzech barw podstawowych można uzyskać niemal dowolny kolor.
Wady i zalety technologii kineskopowej
Wady:
kineskop wymusza stosowanie dużych objętościowo obudów,
monitory CRT są ciężkie,
zużywają dużo energii,
są szkodliwe dla zdrowia z powodu generowania silnego pola elektromagnetycznego,
migotanie obrazu źle wpływa na wzrok,
konstrukcje kineskopów nie gwarantują idealnej geometrii obrazu.
Zalety:
fosfor, którym pokrywa się wewnętrzną stronę ekranu, gwarantuje doskonałe
nasycenie barw,
monitory CRT pozwalają na uzyskanie optymalnej jakości obrazu w różnych
rozdzielczościach,
fosfor emituje światło we wszystkich kierunkach, dlatego kąt widzenia sięga w
monitorach CRT 180 stopni,
Budowa i zasada działania wyświetlacza LCD
Wyświetlacz ciekłokrystaliczny, LCD to urządzenie wyświetlające obraz oparte na
mechanizmie zmiany polaryzacji światła na skutek zmian orientacji uporządkowania cząsteczek chemicznych, pozostających w fazie ciekłokrystalicznej, pod wpływem przyłożonego pola elektrycznego. Wszystkie rodzaje wyświetlaczy ciekłokrystalicznych składają się z czterech podstawowych elementów:
- komórek, w których zatopiona jest niewielka ilość ciekłego kryształu
- elektrod, które są źródłem pola elektrycznego działającego bezpośrednio na ciekły kryształ
- dwóch cienkich folii, z których jedna pełni rolę polaryzatora a druga analizatora.
- źródła światła
Budowa i zasada działania
Za ekranem znajduje się źródło światła, np. lampa fluorescencyjna. W zależności od
wielkości panelu LCD liczba lamp fluorescencyjnych waha się od dwóch, w małych
monitorach piętnastocalowych, do ośmiu w wyświetlaczach 20-21-calowych. W coraz
popularniejszych panelach siedemnastocalowych montuje się zazwyczaj cztery lampy
fluorescencyjne, które podświetlają matrycę LCD. Światło oświetlające panel od tyłu przechodzi najpierw przez tzw. dyfuzor, który zapewnia równomierną jasność na całej
powierzchni wyświetlacza. Następnie światło przechodzi przez pierwszy filtr polaryzacyjny,
zespół przezroczystych elektrod sterujących ułożeniem cząsteczek ciekłego kryształu oraz
warstwę orientującą, która ma za zadanie ustawić molekuły ciekłego kryształu w odpowiednim (tzw. spoczynkowym) położeniu. Znajdująca się bezpośrednio dalej warstwa
ciekłego kryształu skręca o 90° płaszczyznę polaryzacji światła. Ciekły kryształ (LC) jest substancją organiczną o ciekłej formie i krystalicznej strukturze molekularnej. Cząsteczki w kształcie pręcików normalnie są ustawione w równoległych rzędach. Do sterowania nimi używane jest pole elektryczne. W zależności od tego czy występuje napięcie prądu lub jego braku cząsteczki kryształu odpowiednio się ustawiają, co powoduje zmianę polaryzacji padającego na nią światła (odpowiednio skręca początkową płaszczyznę polaryzacji światła lub pozostawić ją bez zmian). Aby "pałeczkowate" cząsteczki ciekłego kryształu spowodowały skręcanie polaryzacji światła, muszą zostać najpierw w procesie produkcyjnym odpowiednio przygotowane - zorientowane w przestrzeni. Substancję ciekłokrystaliczną umieszcza się w kilku milionach pojedynczych, niezależnych komórkach, tworzących łącznie matrycę pikseli np. o rozmiarach 1024×768 punktów. Wewnątrz każdej komórki długie "pałeczkowate" molekuły muszą zostać odpowiednio ułożone. Do tego celu służą tzw. warstwy orientujące. W zależności od typu wyświetlacza LCD i technologii jego wykonania wymuszają one albo równoległe, albo prostopadłe w stosunku do płaszczyzny ekranu położenie cząsteczek. Wyświetlacze ciekłokrystaliczne wykorzystują oba aspekty materii, z której są zbudowane: "ciekłość" i "kryształowość". Są ruchome - jak ciecze (przy odpowiedniej temperaturze), a ich molekuły układają się w tym samym kierunku - jak w kryształach. Ciekłe kryształy są również podatne na pola elektromagnetyczne, które powodują ich przewidywalne pozycjonowanie. Ciekłe kryształy przewodzą światło w jednym kierunku, co sprawia, że idealnie nadają się na wyświetlacze.
Światło po przejściu przez ciekły kryształ napotyka na swojej drodze drugi filtr
polaryzacyjny. W zależności od kąta padania światła w stosunku do osi polaryzacji filtra
światło wydostaje się z panela LCD, a użytkownik widzi jasny punkt na ekranie. Kolorowe wyświetlacze mają dodatkową warstwę, w skład której wchodzą barwne filtry w trzech kolorach podstawowych: czerwonym, zielonym lub niebieskim (RGB). Każdej komórce ekranu odpowiadają trzy subpiksele (zgrupowane po trzy tworzą jeden punkt - piksel), każdemu subpikselowi przyporządkowany jest jeden taki filtr, a jak wiadomo, za pomocą trzech różnobarwnych komórek można uzyskać dowolny kolor piksela.
Wyświetlacz LCD zawiera:
Filtr polaryzujący
Powłoka szklana
Przeźroczyste elektrody (uaktywniają materiały LCD o wysokim współczynniku
przeźroczystości)
Warstwa orientująca
Ciekły kryształ
Izolator (utrzymuje stałą odległość pomiędzy dwiema warstwami szkła)
Filtr kolorowy RGB