Grafický systém počítače. Zobrazovací zařízení. CRT,LCD, plasma, aj.
Monitory Obrazovka je v podstatě velká elektronka (CRT - Cathode Ray Tube). Je to vzduchoprázdná baňka na jedné straně rozšířená (anoda) a na druhé se zužuje (katoda). Úzká část obsahuje emitor elektronů. Elektrony směřují od anody ke katodě. Proud elektronů je uspořádán usměrňovací cívkou a paprsek je pak ohýbán vychylovacími cívkami tak, aby skrz masku dopadal na přední část obrazovky, na které je nanesen světlocitlivý materiál luminofor. Každou barvu lze namíchat ze tří základních barev (Red, Green, Blue), proto emitor obsahuje buď tři elektronová děla, pro každou barvu jedno, nebo jediné dělo, vystřelující tři paprsky (paprsky ale nejsou barevné, barvu dodává luminofor). Světelný bod je složen ze tří teček rozmístěných např. ve tvaru trojúhelníku. Maska dovoluje svítit jen na správné místo. Masku tvoří buďto perforovaný plech, nebo drátková mřížka, nebo kombinace obou. Používají se tři druhy obrazovek: Delta – stínící maska z perforovaného plechu, elektronové trysky jsou uspořádány do tvaru rovnostranného trojúhelníku. U středu obrazovky dopadá paprsek kolmo a je ostřejší, u okraje dopadá šikmě a tvar bodu se protahuje do elipsy. Aby se snížilo rozostření, je obrazovka klenutá, je výřezem z koule. Delta je standardní u běžných monitorů. Trinitron – je řešením firmy Sony. Má jediné dělo emitující tři barevné paprsky. Mřížka je složena ze sítě drátků. Průchodem maskou ztrácí bod svůj kruhový tvar a obraz je tím ostřejší. Šikmý dopad lze navíc eliminovat změnou vzdálenosti drátků. Obrazovka je výřezem z válce, je mnohem plošší. Nevýhodou je měkkost masky, může ji poškodit elektromagnetické záření, proto se nepoužívají monitory s reproduktory. CromaClear a podobné – kombinuje předešlé metody. Maska je pevná, ale paprsek prochází protáhlými otvory. Obrazovka je téměř plochá, s ostrým obrazem a trvanlivá, ale drahá. Dnes se používá poměrně často.
Další parametry monitoru:
Úhlopříčka: 14, 15, 17, 19, 20, 21, 24 palců.
úhlopříčka pozorovací vzdálenost
15´´ 45 cm
17´´ 60 cm
21´´ 80 cm
Rozteč bodů: 0,28 mm, 0,25 mm, 0,19 mm Vertikální vychylovací (obnovovací) frekvence, V-Sync je kmitočet napětí přiváděný na vertikální vychylovací cívku. Minimální „zdravá" hodnota je 72 – 75 ¨¨Hz. Doporučuje se však
vyšší. S tímto problémem souvisí pojmy prokládaný (Interlaced) a neprokládaný (Non Interlaced) režim. I používají ho 14´´ monitory při vyšším rozlišení. Horizontální vychylovací (obnovovací) frekvence, H-Sync Při rozlišení 800 x 600 a VSync 75 Hz musí paprsek uběhnout 600 bodů 75* za sekundu. Potřebná frekvence je tedy 600*75 = 45 kHz Šířka pásma je souhrnným parametrem pro elektroniku monitoru. Při 800 x 600, V-Sync 75 Hz je třeba přenést na obrazovku 800*600*75 = 5 906 250 údajů, což odpovídá šířce pásma 59Mhz (zbytek je připočítán na řídící signály). Podle způsobu využití frekvencí rozlišujeme displeje s pevnou frekvencí a monitory multiscan. Tvarová zkreslení obrazu: soudkovitost, trapezoid, poduškovitost, otočení
Barevné zkreslení dělá problémy u DTP aplikací. Jde o nestejné zobrazení barev různými monitory a tiskárnou. Tento problém se řeší barevnou kalibrací. Odmagnetování (degauss) provádí se u vychylovacích cívek. Nekonvergence objeví se, když paprsky osvítí nesprávný bod. Výsledkem jsou zabarvené hrany bílých objektů nebo posuv barev. Power management byl navržen pro šetření energie. Používá se standard DPMS (Display Power Management Signalling) a tyto módy:
mód spotřeba zotavovací doba
Standby/Suspend pod 40 W 2-4s
Vypnuto pod 4 W 8 – 12 s
normal asi 100 W -
Power management musí podporovat monitor i BIOS. (Energy Star, Green) Vyzařování: každý monitor je zdrojem záření elektromagnetického (boky a zadní část), elektrostatického (řeší se sníženým anodovým napětím – LR, Low Radiation) a rentgenového (proti němu je displej natřen ochranným nátěrem). Normy pro záření jsou MPR II a TCO (nejpřísnější je TCO 99). Lze použít filtry, ale je třeba je uzemnit.
Základy: Obraz na stínítku obrazovky vzniká ozařováním základních barevných plošek RGB (Red Green - Blue) - tzv. luminoforů (anglicky phosphors) přes masku elektronovým paprskem. Když se rovnoměrně ozáří všechny sousední RGB plošky vznikne pak dojem jediného bílého bodu. Veškeré odstíny se vždy skládají se záření tří základních složek.
Základní rozdíl - typy masek Pokud vezmeme jako kritérium druh a provedení masky, existují dvě zásadní kategorie:
Obrazovky s bodovou / "invarovou" maskou (viz. soustava "trio" RGB otvorů).
Proužkové obrazovky (Grill Mask) - np. typu Trinitron (ale nejenom). Zde je třeba říci, že jednotlivé typy masek mají své horlivé odpůrce a také příznivce.
Proužkové / štěrbinové obrazovky Dříve pouze Trinitrony (značka Sony Corp.) - nabízejí obecně větší luminanci a kontrast z důvodu "hustší" efektivní zářivé plochy. V profesionálním DTP (Desk Top Publishing) je "zářivost" stěrbinových obrazovek dokonce mírně na škodu - v tomto oboru se jedná o věrnost tisknutelných barev - tiskem však nikdy nedosáhneme takto zářivých tónů... Je pravda, že v ostatních oborech je vysoký kontrast a luminiscence spíše žádaná.
Na 4x zvětšeném detailu obrazovky Sony Trinitron (tm) je vidět technologický stabilizační proužek. V případě 15" modelů je pouze jeden, v případě 17"-tek jsou dva: vzdálené cca 8 cm od horního a spodního okraje obrazovky. Tento proužek slouží ke stabilizaci a fixování soustavy pruhových barevných luminoforů. I když je velmi málo viditelný, mnozí jej považuji za zásadní rušivý element. P.S. Technici by mohli vyprávět, jak často byla tato "závada" považována za reklamovatelnou vadu konkrétního kusu...
Invarové / bodové obrazovky Také nazývané "Dot trio" obrazovky. Ty (ovšem ve vysoce profesionálním provedení!) pak na oplátku nabízejí často ostřejší detaily - díky přesně definovaným bodům. Výroba těchto obrazovek je navíc mnohem levnější. Z dlouhodobého hlediska jsou však tyto obrazovky na stálém ústupu.
Vývoj jde dál... Základní typy daly postupem času vzniknout dalším, zdokonaleným verzím a variantám:
Enhanced Dot Trio - otvory jsou protáhlého, elipsovitého tvaru...
Štěrbinové obrazovky bez stabilizačních drátků: Slot Mask - proužky jsou uspořádány do baterii... Důvody proč vznikají inovované a kombinované technologie jsou dvojí:
je zde snaha spojit výhody (a odstranit nevýhody) obou (dot / slot) koncepcí,
dalším motivem pak je také... obejít licenční podmínky konkurenčních firem... (nyní je k dispozici celá řada systémů: Trinitron, FD Trinitron, Microtron, CromaClear, Diamondtron, NF Diamondtron, Flatron, Dynaflat... a stále se vyvíjejí další).
V tomto okamžiku se dostáváme k dalšímu hledisku sloužícímu k posuzování obrazovek. Položme si tedy otázku: "Jaká obrazovka je skutečně plochá?"... Technologie tekutých krystalů je stará již mnoho let. V jejích počátcích naleznete použití nejjednodušších krystalů v displejích kalkulaček a podobných přístrojů, jejichž buňky byly ale velké a existovaly prakticky dva stavy - zapnut, vypnut. Za těch několik let intenzivního výzkumu a vývoje se tekuté krystaly zdokonalily natolik, že LCD (= Liquid Crystal Display) technologii lze dnes aplikovat na moderní monitory, u kterých se počítá se zobrazování milionů barev a velikostí bodu pouze pár desetin milimetru. LCD monitory se stávají trendem poslední doby a brzy začnou zatlačovat klasické CRT (katodové) monitory do pozadí. Jako důkaz uvedu pár čísel: Ze všech prodaných monitorů zaujímají LCD 13,8%, v roce 2002 činily tyto monitory 26,7% prodaných kousků, na rok 2003 se předpokládá nárůst na 30% s tím, že v posledním čtvrtletí by se pro tuto technologii mělo rozhodnout 46% všech zákazníků. Čísla ještě nejsou tak vysoká, protože často bývá rozhodujícím faktorem cena.
Obr. 1 - LCD panely jsou nastupující generací monitorů Vyrobit TFT displej s aktivní maticí je velmi komplikovaná věc, která by se dala přirovnat k výrobě procesorů. Displeje se skládají z velice tenkých vrstev skla, jejichž vzdálenosti musí být přesné a ke každému bodu je přiřazen tranzistor (odtud TFT = Thin Film Transistor). Protože tranzistorů je na moderních TFT displejích množství v řádu milionů, je výroba náročná a výtěžnost klesá s rostoucí úhlopříčkou.
Princip funkce TFT LCD displejů Pro začátek bych rád uvedl, že technologie, kterou si dnes představíme, je pouze jednou součástí trhu s plochými displeji. Mezi tuto sortu výrobků můžeme zařadit také LED (Light Emitting Diode), FED (Field Emission Displays), LTPS (Low Temperature Polysilicon) či PDP (Plasma Displays) displeje, které mají vlastní vyzařování a podsvětlené LCD displeje s pasivní maticí (STN). My se budeme nyní zabývat podsvětlenými LCD displeji s aktivní TFT maticí.
Každý obrazový bod (čili pixel) je aktivně ovládán jedním tranzistorem. Aby vznikl obraz, potřebujeme dvě složky - světlo a barvu. Světlo je zajišťováno podsvětlujícími katodami, které jsou u těchto displejů velice jasné. Primárně jde o světlo bílé a je na LCD technologii, aby vyprodukovala výslednou barvu. Jak jistě znáte z optiky, jakoukoliv barvu můžeme složit ze tří barevných složek - červené, zelené a modré. A pro každou barevnou složku každého pixelu existuje jeden tranzistor ovládající tekuté krystaly. Tekuté krystaly jsou materiály, které pod vlivem elektrického napětí mění svoji molekulární strukturu a díky tomu určují množství procházejícího světla. Každý obrazový bod je ohraničen dvěma polarizačními filtry, barevným filtrem (pro červenou, zelenou či modrou) a dvěma vyrovnávacími vrstvami, vše je vymezeno tenkými skleněnými panely. Tranzistor náležící k obrazovému bodu kontroluje napětí, které prochází vyrovnávacími vrstvami a elektrické pole pak způsobí změnu struktury tekutého krystalu a ovlivní natočení jeho částic. A to už jsme u základního principu. Tímto způsobem lze krystal regulovat v několika desítkách až stovkách různých stavů a tak vzniká výsledný jas barevných odstínů. Protože se obrazový bod skládá ze tří barevných sub-pixelů, vznikají tak statisíce až miliony různých barev, ačkoliv tekuté krystaly stále nejsou tak přesné, aby dokázaly zobrazit 32-bitovou barevnou hloubku, tedy plných 16,777,216 barev. Zde je grafické schéma popsané TFT LCD technologie, konkrétně tzv. Twisted Nematic TFT:
Obr. 2 - Základní stav krystalu v Twisted Nematic TFT Na prvním obrázku je zachycena situace, kdy je tekutý krystal v základním stavu (bez procházejícího napětí). V tomto případě je světlo natáčeno takovým způsobem, že může projít druhým polarizačním filtrem a v konečném důsledku prochází plný jas podsvětlujících katod.
Obr. 3 - Změna struktury tekutého krystalu Na druhém obrázku je znázorněna situace, kdy prochází veškeré možné napětí a světlo je pohlcováno polarizačním filtrem. Důsledkem této situace by měla být černá.
Výhody a nevýhody TFT LCD displejů Technologie TFT LCD se používá již delší dobu a přináší s sebou několik výhod a nevýhod. Výhody LCD technologie, které přesvědčily již mnoho uživatelů, jsou v principu tyto:
Geometrie, ostrost - Díky přesnému uspořádání jednotlivých pixelů přináší LCD monitory obraz s dokonalou geometrií, jaké u CRT nemůžete dosáhnout (nakalibrovat katodové dělo k přesnému promítání na rovinu není jednoduché). V nativním rozlišení také nemůže docházet k rozmazání, protože pixely u výstupu z grafické karty odpovídají přesně bodům na monitoru. Obraz je tedy čistý a ostrý, což je markantní hlavně u písma.
Jas - Podsvětlení displeje je díky katodám velice jasné a u kvalitnějších monitorů i dokonale rovnoměrné. V porovnání s CRT monitory mohou být LCD až dvakrát jasnější a hlavně večer vám LCD displej prosvětlí celý pokoj.
Velikost - Pokud nemáte místo na stole, není lepší řešení než si pořídit LCD monitor. V dnešní době zaujme cca 20cm do hloubky kvůli podstavci, ale samotný panel bývá nejvýše 5cm hluboký, což umožňuje jeho montáž i na stěnu.
Spotřeba - LCD monitory odlehčí i vašemu elektroměru, protože jejich spotřeba je oproti CRT poloviční a pohybuje se do 50W. Nižší spotřeba samozřejmě souvisí i s vyzařovaným teplem, takže podsvětlovací katody hřejou podstatně méně než katodové dělo.
Styl - Neměli bychom zapomínat, že vlastnit v dnešní době LCD monitor je také o stylu. Proto jsou pro reprezentační účely vždy vybírány velké a kvalitní LCD panely, zatímco CRT by vypadal neohrabaně. Díky slušným pozorovacím úhlům IPS či MVA je možné použít LCD monitory i pro prezentace, kam se svým vzhledem hodí.
Viditelná plocha - Poslední výhodou LCD panelů je to, že udávaná úhlopříčka je mnohem blíže skutečné velikosti než u katodových monitorů. Proto lze 17-palcové LCD srovnávat přibližně s 18-19" CRT monitorem.
Kromě těchto nesporných výhod má ovšem LCD technologie řadu špatných vlastností:
Interpolace - Jak bylo zmíněno výše, LCD monitory disponují určitým nativním (přirozeným) rozlišením, které udává jejich počet pixelů. Problém nastává, chcete-li použít rozlišení nižší. Při změně rozlišení dochází k tzv. interpolaci, kdy se obraz roztáhne na celou plochu a dochází k rozmazání, takže výsledek vypadá děsivě, hlavně v případě textu. Jediný případ, kdy lze "beztrestně" rozlišení snížit je u velkých monitorů, kde můžete se stejně kvalitním výsledkem prezentovat např. 1600x1200 a 800x600 (jeden pixel reprezentován 2x2 body). Tento jev je nepříjemný například ve hrách, kdy s nepříliš výkonnou grafickou kartou nemáte šanci spustit náročné hry v nativním rozlišení monitoru a obraz je tedy rozmázlý.
Doba odezvy - Tekuté krystaly stále nejsou tak rychlé, aby dokázaly to, co CRT monitory. Než se krystaly naorientují ze stavu, kdy propouštějí všechno světlo do stavu "zavřeného", musí projít molekulární změnou, která trvá určitý čas. Ten nazýváme dobou odezvy a udává dobu přechodu pixely z černé na bílou. Dříve byly hodnoty opravdu nepřijatelné, ale u nových LCD monitorů se dostávají na dobu 15-30ms. Vysoká doba odezvy je na škodu především ve filmech a akčních hrách, kde se pak objevují duchy.
Pozorovací úhly - Tento zápor již není v dnešní době tak akutní jako dříve (viz předchozí strana), ale přesto jsou omezené pozorovací úhly občas nepříjemné. Tato vlastnost tekutých krystalů může způsobit např. barevné anomálie, kdy pod vlivem špatného úhlu pohledu dojde k distorzi barev na několik blízkých odstínů. U méně kvalitních LCD displejů také nastává problém, když chcete sledovat monitor ve více lidech, protože s jiným pozorovacím úhlem klesá kontrast a mění se barvy.
Vadné pixely - Na 17-palcových LCD monitorech se vyskytuje zpravidla 3,9 milionů bodů (1280x1024 x 3 barevné složky) a poměrně často se stává, že nejsou všechny řídící tranzistory v pořádku. V případě, že je některý s pixelů vadný, je buď trvale rozsvícený, nebo zhasnutý, což může být na obtíž. S takto mrtvým bodem nelze nic dělat a monitor můžete reklamovat až v případě 5-7 vadných pixelů (záleží na výrobci).
Barvy - Přestože je u všech LCD avizovaná podpora 32-bitových barev, nikdy takové hloubky nedosáhnete. Tekuté krystaly prostě nejsou schopny realisticky reprodukovat všech 16,7 milionu barev a těm pak chybí sytost. Opět záleží na výrobci, někteří dokáží vyrábět monitory s velkým barevným rozpětím, jiní ale mají barvy bledé, nic neříkající.
Kontrast - Kontrast je jedním z faktorů určující kvalitu monitoru. V případě, že jsou všechny tři barevné složky zhasnuté, měla by být zobrazena černá, jenže s ohledem na jas podsvětlujících katod a na fyzikální vlastnosti tekutých krystalů tomu tak není vždy. Pouze vysoko-kontrastní monitory mají schopnost zobrazit opravdu černou, ale u ostatních se jí dočkáte jen při vypnutí panelu.
Cena - Jako poslední nevýhodu jsem si schoval cenu, která je stále ještě vysoká. Díky větší viditelné ploše můžeme srovnávat 17" LCD a 19" CRT velikostí, ale jejich cena je stále rozdílná, hlavně vezmeme-li v úvahu jejich dolní hranici. Přesto v poslední době ceny klesají, a proto vzrůstá i prodej LCD monitorů.
ZOBRAZOVACÍ SOUSTAVA Každá zobrazovací soustava může pracovat ve dvou základních režimech: textovém a grafickém. Textový režim: je starší možnost. Obrazovka je při něm rozdělena na políčka, z nichž každé zobrazí jeden znak. Nejčastější je 80 sloupců a 25 řádků. Tento režim je hardwarově nenáročný a rychlý, ale uživatelsky zastaralý. Vlastnosti textu lze nastavit. Grafický režim pracuje na principu rozsvěcení matice bodů na obrazovce. Nejdůležitějším faktorem grafického módu je rozlišovací schopnost. Ta popisuje, kolika pixely (body) je tvořen jeden řádek a kolik je řádků. 640 x 480 – používá převážně DOS 800 x 600 – je dnes spodní hranicí pro práci s Windows 95/98 1024 x 768 – už vyžaduje slušný hardware, kvalitní, vhodný pro 17´´ monitory 1280 x 1024 – vhodný pro DTP a CAD aplikace a pro velké monitory
