Методи відображення

Інформація на моніторі може відображатися декількома способами. Найпоширенішим є відображення на екрані електронно-променевої трубки (ЕЛТ), такий же, як у телевізорі. ЕЛТ являє собою електронний вакуумний прилад у скляній колбі, у горловині якого знаходиться електронна гармата, а на дні — екран, покритий люмінофором.

Нагріваючись, електронна гармата випускає потік електронів, що з високою швидкістю рухаються до екрана. Потік електронів (електронний промінь) проходить через фокусируючу і відклоняючу котушки, що направляють його у визначену точку люмінофорного покриття екрана. Під впливом ударів електронів люмінофор випромінює світло, яке ми бачимо.

Хімічна речовина, використовувана як люмінофор, характеризується часом післясвітіння, що відображає тривалість світіння люмінофора після впливу електронного пучка. Час післясвітіння і частота відновлення зображення повинні відповідати один одному, щоб не було помітне мелькання зображення (якщо час післясвітіння дуже малий) і була відсутня розмитість і подвоєння контурів у результаті накладення послідовних кадрів (якщо час післясвітіння занадто великий).

Електронний промінь рухається дуже швидко, переміщуючись рядками зліва направо і зверху вниз по траєкторії, що одержала найменування растр. Період сканування по горизонталі визначається швидкістю переміщення проміння поперек екрана.

У процесі розгорнення (переміщення по екрані) промінь впливає на ті елементарні ділянки люмінофорного покриття екрана, у яких повинне з'явитися зображення. Інтенсивність проміння постійно міняється, у результаті чого змінюється яскравість світіння відповідних ділянок екрана. Оскільки світіння зникає дуже швидко, електронний промінь повинний безупинно пробігати по екрані, відновляючи його. Цей процес називається поновленням, чи регенерацією, зображення.

У середньому частота регенерації більшості моніторів, що також називають частотою вертикального розгорнення, приблизно дорівнює 70 Гц, тобто зображення на екрані обновляється 70 разів у секунду. Зниження частоти регенерації приводить до мерехтіння зображення, що дуже стомлює очі. Отже, чим вище частота регенерації, тим краще користувачу.

Дуже важливо, щоб частота регенерації, що може забезпечити монітор, відповідала частоті, на яку настроєна відеоплата. Якщо такої відповідності нема, зображення на екрані взагалі не з'явиться, а монітор може вийти з ладу.

В одних моніторах установлена фіксована частота розгорнення. В інших підтримуються різні частоти в деякому діапазоні (такі монітори називаються багаточастотними (multiple-frequency monitor)). Більшість сучасних моніторів є саме багаточастотними, тобто можуть працювати з різними стандартами відеосигналу, що одержали досить широке поширення.

Екрани моніторів можуть бути двох типів — опуклі і плоскі. Екран типового дисплея — опуклий. Така конструкція характерна для більшості ЕЛТ (у тому числі і телевізійних кінескопах).

Звичайно екран скривлений як по вертикалі, так і по горизонталі. У деяких моделях використовується конструкція Trinitron, у якій поверхня екрана має невелику кривизну тільки в горизонтальному перетині, а у вертикальному екран абсолютно плоский. На такому екрані виникає набагато менше відблисків і поліпшується якість зображення. Недолік цієї конструкції — висока собівартість виробництва, а отже, і більш висока ціна.

Існують, однак, і альтернативні конструкції засобів відображення, засновані на інших фізичних явищах. Запозичивши технологію у виготовлювачів плоских індикаційних панелей, деякі компанії розробили рідинокристалічні (РК) дисплеї і, названі також LCD-дисплеями (Liquid-Cristal Display). У РК-дисплея — плоский екран без відблиску і низька споживана потужність (деякі моделі таких дисплеїв споживають 5 Вт, у той час як ЕЛТ-монітори — порядку 100 Вт). По якості передачі кольору РК-панелі з активною матрицею в даний час перевершують більшість моделей ЕЛТ-моніторів. Однак можливості РК-екранів, як правило, більш низьки, чим типових ЕЛТ, і самі пристрої набагато дорожчі. Існує три різновиди РК-дисплеїв: монохромний з пасивною матрицею, кольоровий з пасивною матрицею і кольоровий з активною матрицею. Конструкції з пасивною матрицею можуть мати один і два стандартні розгорнення.

У РК-індикатора поляризаційний світлофільтр створює дві роздільні світлові хвилі. У кольоровому РК-ідикаторі існує додатковий світлофільтр, що має три осередки на кожен піксель зображення — по однієї для відображення червоної, зеленої і синьої крапок.

Світлова хвиля проходить через рідинокристаличний осередок, причому кожен колір має свій осередок. Рідкі кристали являють собою стерженеобразні молекули, що можуть текти, як рідина. Ця речовина вільна пропускає світло, але під впливом електричного заряду молекули змінюють свою орієнтацію. Одночасно міняється орієнтація площини поляризації минаючої через неї світлової хвилі. Хоча в монохромному РК-індикаторі немає світлофільтрів, у ньому на один елемент розкладання приходиться кілька РК-осередків для передачі градацій сірого кольору.

У РК-індикаторах з пасивною матрицею кожним осередком керує електричний заряд (точніше - напруга), що передається через транзисторну схему відповідно до положень осередків у рядках і стовпцях матриці екрана. Осередок реагує на імпульс напруги, що надходить, таким чином, що повертається площина поляризації минаючої світлової хвилі, причому кут повороту тим більше, чим вище напруга. Повна переорієнтація усіх кристалів осередку відповідає, наприклад, стану включено і визначає максимальний контраст зображення — різницю яскравості стосовно сусіднього осередку, що знаходиться в стані виключено. Таким чином, чим більше перепад в орієнтації площин поляризації сусідніх осередків, тим вище контраст зображення.

На осередки РК-екрана з пасивною матрицею подається пульсуюче напруга, тому вони уступають по яскравості зображення РК-екранам з активною матрицею, у кожен осередок яких подається постійна напруга. Для підвищення яскравості зображення в деяких конструкціях використовується метод керування кристалом, що одержав найменування подвійне сканування, а відповідні прилади — РК-екрани з подвійним скануванням (double-ѕcan LCD). Екран розбивається на дві половини (верхню і нижню), що скануються паралельно, що приводить до скорочення інтервалів між імпульсами, що надходять на осередок. Подвійне сканування не тільки підвищує яскравість зображення, але і поліпшує час реакції екрана, оскільки зменшує час створення нового зображення. У результаті РК-екрани з подвійним скануванням більш підходять для створення зображень, що швидко змінюються.

У РК-екранах з активною матрицею кожен осередок керується своїм транзисторним ключем. Це забезпечує більш високу яскравість зображення, чим у РК-екранах з пасивною матрицею, оскільки кожен осередок виявляється під впливом постійного, а не імпульсного електричного полючи. При цьому, природно, активна матриця споживає більше енергії.

У РК-екранах як з активної, так і з пасивної матрицями, другий поляризаційний світлофільтр керує кількістю світла, що проходить через осередок. Осередок повертає площина поляризації світлової хвилі таким чином, щоб він знаходився якнайближче до площини поляризації, що пропускається світлофільтром. Чим більше світла проходить через світлофільтр у кожнім осередку, тим яскравіше піксель.

У монохромних (чорно-білих) РК-екранах градації сірого кольору (аж до 64) створюються за рахунок зміни або яскравості осередку, або співвідношення між кількістю включених і виключених осередків, що відповідають одному пікселю. У кольорових РК-екранах, у свою чергу, на один піксель приходиться три осередки, і, керуючи їх яскравістю, можна домогтися різного кольору зображення на екрані. В даний час найбільшу популярність завоювали РК-екрани з пасивною матрицею і подвійним скануванням, оскільки по якості зображення вони наблизилися до екранів з активною матрицею, а коштують не набагато дорожче, ніж звичайні РК-екрани з пасивною матрицею.

Серйозною проблемою, що виникає при виробництві екранів з активною матрицею, є високий відсоток відбраковування при вихідному контролі, що робить їх значно дорожче. Це означає, що в панелях виявляється занадто багато непрацюючих осередків (в основному через несправні транзистори). Вартість відбракованої продукції входить у вартість якісної, що природно, підвищує її ціну.