Жидкокристаллические дисплеи.

Существует два вида ЖК мониторов: DSTN (dual-scan twisted nematic - кристаллические экраны с двойным сканированием) и TFT (thin film transistor на тонкопленочных транзисторах), также их называют соответственно пассивными и активными матрицами. Такие мониторы состоят из следующих слоев: поляризующего фильтра, стеклянного слоя, электрода, слоя управления, жидких кристаллов, ещё одного слоя управления, электрода, слоя стекла и поляризующего фильтра.

 

Рис. 32. Устройство TFT монитора (thin film transistor - на тонкопленочных транзисторах)

 

Как работает ЖК монитор

Рис.33. Сетка пикселей экрана жидкокристаллического монитора

 

Поперечное сечение панели на тонкопленочных транзисторах представляет собой многослойный бутерброд (рис. 32). Крайний слой любой из сторон выполнен из стекла. Между этими слоями расположен тонкопленочный транзистор, панель цветного фильтра, обеспечивающая нужный цвет - красный, синий или зеленый, и слой жидких кристаллов. Вдобавок ко всему существует флуоресцентная подсветка, освещающая экран изнутри.

При нормальных условиях, когда нет электрического заряда, жидкие кристаллы находятся в аморфном состоянии. В этом состоянии жидкие кристаллы пропускают свет. Количеством света, проходящего через жидкие кристаллы, можно управлять с помощью электрических зарядов - при этом изменяется ориентация кристаллов.

Как и в традиционных электроннолучевых трубках, пиксель формируется из трех участков - красного, зеленого и синего. А различные цвета получаются в результате изменения величины соответствующего электрического заряда (что приводит к повороту плоскости поляризации жидкого кристалла и изменению яркости проходящего светового потока).

TFT экран состоит из целой сетки таких пикселей, где работой каждого цветового участка каждого пикселя управляет отдельный транзистор (рис.33). Для нормального обеспечения экранного разрешения 1024х768 (в режиме SVGA) жидкокристаллическая панель должна располагать именно таким количеством пикселей.

Преимущества ЖК мониторов

ЖК мониторы более экономичные;

У них нет электромагнитного излучения в сравнении c ЭЛТ-мониторами;

Они не мерцают, как ЭЛТ-мониторы;

Они легкие и не такие объемные;

У них большая видимая область экрана.

Сведение лучей: в жидкокристаллических мониторах: каждый пиксель включается или выключается отдельно, поэтому не возникает никаких проблем со сведением лучей, в отличие от ЭЛТ-мониторов, где требуется безукоризненная работа электронных пушек.

Сигналы: ЭЛТ-мониторы работают на аналоговых сигналах, а ЖК мониторы используют цифровые сигналы.

Отсутствие мерцания: качество изображения на ЖК мониторах выше, а при работе нагрузка на глаза меньше - сказывается ровная плоскость экрана и отсутствие мерцания.

«Мертвые пиксели» - на плоской панели может не работать несколько пикселей. Распознать их не трудно - они всегда одного цвета. Они возникают в процессе производства и восстановлению не подлежат. Приемлемым считается, когда в мониторе не более трех таких пикселей

Контрастность - сами по себе пиксели не вырабатывают свет, они лишь пропускают свет от подсветки. И темный экран вовсе не означает, что подсветка не работает - просто свет не проникает через экран. Под контрастностью LCD монитора подразумевается, сколько уровней яркости могут создавать его пикселы. Обычно, контрастность 250:1 считается хорошей.

Яркость жидкокристаллического дисплея может быть выше яркости электронно-лучевой трубки.

Размер экрана - как и у ЭЛТ-мониторов, размер ЖК мониторов определяются диагональю. Однако заметим, что у ЖК мониторов нет черной рамочки, какая имеется у ЭЛТ-мониторов. Поэтому экран в 15,1 дюйма на самом деле показывает 15,1 дюйма (обычно это соответствует разрешению 1024х768). ЖК монитор размером 17,1 дюйма будет работать в разрешении 1280х1024.

Недостатки: такие дисплеи достаточно дороги, небольшие (14") размеры экрана; если смотреть на экран сбоку, то почти ничего нельзя разглядеть.

Газо-плазменные дисплеи (plasma displays). Действие основано на свечении газа при пропускании через него электрического тока. Схема такова: имеются два листа, между ними инертный газ; один из листов прозрачный, а на втором расположены электроды, на которые подаётся напряжение. Обычно газо-плазменные индикаторы состоят из нескольких подобных элементарных ячеек, число точек в каждой из которых подобрано наиболее оптимальным образом для отображения одиночных символов.

Светодиодные матрицы (LED-дисплеи). Обычно применяются во встроенных ЭВМ (используемых в автоматизированных линиях на промышленном производстве, в робототехнике и так далее) для отображения небольших объёмов текстовой информации.

Для подключения дисплея к компьютеру необходима соответствующая карта — видеоадаптер.

Основные пользовательские характеристики:

Размер экрана по диагонали. Измеряется в дюймах. Имеются 14", 15", 17", 21" и др. мониторы.

· Размер зерна экрана — расстояние в миллиметрах между двумя соседними люминофорами одного цвета. Меньший размер зерна соответствует более резкой и контрастной картинке, создавая общее впечатление чистоты цвета и чёткого контура изображения. У мониторов разного типа размер зерна экрана может находиться в пределах от 0,18 до 0,50 мм. Наиболее оптимальными для восприятия считаются мониторы с зерном экрана от 0,24 до 0,28 мм.

· Разрешающая способность — число пикселей (точек экрана) по горизонтали и вертикали. Эта характеристика определяет контрастность изображения. Она зависит от размера экрана и размера зерна экрана, но может изменяться (в определённых пределах) с помощью программной настройки.

В таблице приведены некоторые оптимальные с точки зрения эргономики разрешающие способности при различных размерах кинескопа и зерна экрана.

Взаимосвязь размера экрана, размера зерна, разрешения экрана

Размер экрана	Размер зерна экрана
Разрешение 640x480	Разрешение 800x600	Разрешение 1024x768	Разрешение 1280x1024	Разрешение 1600x1200
14"	0,35	0,28	0,22	0,18	0,16
17"	0,43	0,34	0,27	0,22	0,19
21"	0,50	0,40	0,31	0,25	0,22

 

Число передаваемых цветов. Начиная со стандарта VGA, любой монитор способен отображать столько цветов, сколько обеспечивает видеокарта, вернее, объём памяти видеокарты.

Частота кадровой развёртки (скорость регенерации экрана, частота синхронизации) — это число изображений на экране монитора, перерисовываемых лучом электронной трубки за единицу времени. Данный параметр показывает, с какой скоростью обновляется изображение на экране. Измеряется в герцах.При изменении изображения с частотой кадровой развёртки менее 50-60 Гц человеческий глаз успевает реагировать на изменение картины экрана, становится заметным мерцание экрана. При этом глаза устают, воспаляются, может появиться головная боль. Именно поэтому разработан европейский стандарт, определяющий минимальную допустимую частоту кадровой развёртки на уровне 70 Гц, а рекомендуемую — не менее 85 Гц.

Видеоадаптер,

Сигналы, которые получает дисплей (числа, символы, изображения и сигналы синхронизации) формируются именно видеоадаптером. Для обработки видео информации и управлением вывода на экран монитора служит видеоадаптер или видеокарта. На современные видеокарты устанавливается видеопроцессор. Видеопроцессор представляет собой сложную схему управления, сравнимую по сложности с центральным процессором. Видеопроцессор, работающий с видеопамятью, обладает высокой производительностью. Пересылка данных между видеопроцессором и видеопамятью производится по внутренней шине, это быстрые передачи. Пересылка из основной памяти в видеопамять обычно происходит значительно медленнее, поскольку блок данных из основной памяти должен пройти по системной шине данных (которая уступает шине видеоданных по разрядности), затем через интерфейс видеошины, попасть на внутреннюю шину видеоадаптера и лишь затем – в видеопамять. При пересылке данных между двумя шинами необходимо синхронизировать работу главного процессора с видеопроцессором. На рис. 34 изображена упрощенная модель работы основных компонентов видеосистемы компьютера.

 

Рис. 34. Примерная архитектура видеосистемы

 

Видеопроцессор производит обработку графических функций, требующих интенсивных вычислений, в результате, разгружается центральный процессор вычислительной системы. Отсюда следует, что видеопроцессор должен оперировать своей собственной памятью.

Видеоадаптеры могут работать в различных текстовых и графических режимах, различающихся разрешением, количеством отображаемых цветов и некоторыми другими характеристиками.

Сам видеоадаптер не отображает данные. Для этого к видеоадаптеру необходимо подключить монитор. Изображение, создаваемое компьютером, формируется видеоадаптером и передается на монитор для предоставления ее конечному пользователю.

Можно выделить несколько наиболее общих типов или подмножеств видеоадаптеров. Деление проводится по основным характеристикам видеоадаптеров, таким как поддержка текстовых и графических режимов, максимальное количество одновременно отображаемых цветов, максимальная разрешающая способность, наличие специализированных схем управления - акселераторов или графических сопроцессоров, а также по способу подключения к компьютеру и монитору.

Появились видеоадаптеры SVGA, которые работают в режимах High Color и True Color. В режиме High Color видеоадаптер может одновременно отображать на экране 32768 или 65536 различных цветов. Режим True Color еще более многоцветный. В этом режиме видеоадаптер может одновременно отображать более чем 16,7 миллионов различных цветов. Качество изображения, достигаемое такими видеоадаптерами (при условии использования с ними соответствующих мониторов), почти не уступает качеству цветных слайдов.

Практически все современные видеокарты принадлежат к комбинированным устройствам и помимо главной своей функции — формирования видеосигналов — осуществляют ускорение выполнения графических операций. Для этого на видеокарте устанавливаются специальные процессоры, позволяющие выполнять многие операции с графическими данными без использования центрального процессора. Такие устройства называются видеоадаптерами или видеоакселераторами. Они значительно ускоряют вывод информации на экран дисплея при работе с графическими программными оболочками, трёхмерной графикой и при воспроизведении динамических изображений.

Страницы видеопамяти.

Страницей называется часть видеопамяти, полностью определяющая содержимое одного экрана монитора. Одна из страниц является активной. Ее содержимое отображается на экране. Для изменения активной страницы можно вызвать соответствующую функцию BIOS или непосредственно изменить содержимое регистра начального адреса, расположенного в контроллере электронно-лучевой трубки.

К каждой странице видеопамяти можно обратиться как через функции BIOS, так и напрямую. Во втором случае процессор записывает необходимую информацию непосредственно в видеопамять.

Видеоадаптеры VGA и SVGA в режимах с низким разрешением используют двойное сканирование. Двойное сканирование заключается в том, что при работе видеоадаптера в режимах с разрешением 200 строк, каждая из строк отображается на экране дважды, увеличивая разрешение по вертикали до 400 строк. В результате улучшается восприятие текста на экране, так как фактически увеличивается разрешающая способность.

Основные пользовательские характеристики. В настоящее время насчитывается более 30 модификаций видеокарт, различающихся конструкцией, параметрами и стандартами. Классификация видеокарт по принятым стандартам приведена в таблице

Виды и основные пользовательские характеристики видеокарт

Название видеокарты	Название монитора	Разрешение	Объём видеопамяти	Количество отображаемых цветов
MDA — Monochrome Display Adapter	MD	720x350	64 бита - 128 Кб
CGA — Color Graphics Adapter	CD	640x200	128 Кб
HGC — Hercules Graphics Card	MD +	720x348	128 Кб
EGA (1984)-Enhanced Graphics Adapter	ECD	640x350	128 битов - 512Кб	16-64
VGA (1987) — Video Graphics Array	BCD	640x480	256 - 512 Кб
SVGA — Super VGA	BCD	800x600	256 Кб - 1 Мб	256 - 16 млн.
XGA — extended Graphics Array	ECD	1600x1200	1 - 4 Мб	16 млн.