Tvorba obrazu

Monitor je najviditeľnejšia, energiticky najnáročnejšia a často aj najdrahšia časť počítačovej zostavy.

Monitory môžeme rozdeliť do dvoch základných skupín: CRT a LCD. Skratka CRT znamená "Cathode Ray Tube", teda katódová obrazovka. Je to typ tzv. klasického "veľkého" monitora. Pri tomto type je obrazovka v podstate veľká elektrónka. Je to teda vzduchoprázdna banka, ktorá je z jednej strany rozšírená do plochy obrazovky - tá predstavuje anódu, na druhom konci je úzka valcová časť s emitorom elektrónov (tzv. elektrónové delo) - tento emitor funguje ako katóda elektrónky resp. obrazovky. Na obrazovku je z vnútornej strany nanesený luminofor - materiál, ktory sa rozsviete po dopade elektrónového lúča. Lúč postupne prechádza po obrazovke a rozsvecuje luminoforové body. Luminofor nie je na obrazovke nanesený rovnomerne, ale tvorí raster. Výsledný obraz je teda poskladaný z veľkého množstva postupne zasvietených a pomaly zhasínajúcich bodov. Pre ostrý obraz je nutné, aby luminiscenčné body boli pri sebe čo najbližšie, bežná vzdialenosť, nazývaná aj "rozteč bodov" je u lacnejších monitorov od 0,29mm do 0,23mm , profesionálne monitory môžu mať rozteč bodov až do 0,18mm.

Zväzok elektrónov musí dopadať na jednotlivé luminoforové body veľmi presne. Ak by sa rozsvietilo viac susedných bodov naraz, nastalo by rozostrenie obrazu. Preto je medzi obrazovkou a emitorom elektrónov umiestnená mriežka s presne rozmiestnenými otvormi. Elektrónový lúč preto nemôže rozsvietiť aj susedné body, mriežka mu to nedovolí. O vychyľovanie elektrónového zväzku sa starajú vychylovacie cievky. Každú farbu je možné namiešať z troch základných farieb - červenej, modrej a zelenej. Preto je emisia elektrónov v CRT monitoroch zaistená buď troma samostatnými elektrónovými delami (každé vysiela elektrónový zväzok jednej farby) alebo jediným emitorom, ktorý vysiela naraz tri samostatné lúče - tento systém sa nazýva TRINITRON. Tento zobrazovací systém je drahší, ale obrazovka při takomto monitore je úplne plochá a obraz je ostrejší. Monitory LCD, podobne jako napr. displeje digitálnych hodiniek, pracujú na báze tekutých kryštálov, ktoré slúžia ako náhrada za vákuovú elektrónku v klasických monitoroch. Vykresľovanie obrazu prebieha rovnako ako u CRT monitorov - rozsvecovaním resp. zhasínaním bodov. Narozdiel od klasickej obrazovky sú body tvorené trojicou pásikocou základnych RGB farieb (R-ed, G-reen, B-lue), pričom šírka káždeho pásika je 1/3 bodu.

Preto při zastaralých monitoroch nízkej kvality mohli nastať veľké rozostrenie spôsobené chybnými farebnými prechodmi. LCD displeje sa pre svoju vyššiu cenu nestali veľmi rozšírenými, svoje uplatneni našli na miestach, kde je potrebná úspora miesta. LCD monitor je totiž oproti CRT monitoru niekoľkonásobne tenší i ľahší. Donedávna sa LCD dispeleje používali len v prenosných zariadeniach, tzn. notebooky, handheldy, palmpiloty a v rôznych iných mobilných zariadeniach. Cena týchto monitorov však dlhodobo klesá a sú predpoklady, že v roku 2006 by sa mala cena LCD a CRT displekov úplne vyrovnať. Oba typy monitorov majú svoje klady aj zápory. Výhody LCD monitorov sú predovšetkým v ostrostti a geometrii obrazu. Zobrazovacia plocha LCD je dokonalou rovinou a nepôsobia na ňu žiadne rušivé faktory (magnetické polia kolísanie jasu, změna veľkosti obrazu). LCD displeje majú tzv. fyzické rozlíšenie, napr. Pevne stanovený rozmer displeja 1024x768 bodov, ale je tu možnosť nastaviť tzv. virtuálne rozlíšenie, tu však kvalita obrazu klesá. Ďalšou výhodou je spotreba energie, ktorá je len polovičná oproti CRT. Avšak najväčšou výhodou je stabilita obrazu, pretože kým CRT obrazovka neustále "blika", LCD displej svieti až do ďalšieho prekreslenia. Výhody CRT monitorov sú predovšetkým v rozlíšení. CRT monitory nemajú stanovený rozmer fyzického rozlíšenia, majú len stanovené maximálne možné rozlíšenie. Monitory CRT sa omnoho ľahšie udržiavajú, na čistenie obrazovky sa dajú použiť aj tekuté prostriedky, LCD displej vyžaduje veľmi šetrné zaobchádzanie. A ďašou výhodou CRT monitorov je rýchlejšie prekreslovanie obrazu, pretože LCD monitory majú obmedzenú rýchlosť "zopnutia."
Z tohoto porovnania môžme usúdiť, že na Slovensku sú CRT monitory ešte stále pre väčšinou používateľov výhodnejšie. Ale nie vždy je to tak. Ak potrebujeme umiestniť počítač na čo najmenšiu plochu prípadne viac počítačov vedľa seba, je výhodnejšie použiť LCD displeje aj z toho dôvodu, že sa vzájomne nerušia magnetickými poliami a z dlhodobého hladiska pri väčšom počte počítačov sa to finančne oplatí viac jako CRT monitory v dôsledku veľkej úspory energie. Pre profesionálne použitie, napr. v DTP štúdiách sú však CRT monitory jednoznačným favoritom, jednak pre svoje vysoké rozlíšenie a aj pre väčšiu obnovovaciu frekvenciu.


Monitor

Mení signál na viditeľnú časť – obraz. Slúži ku komunikácií počítača s užívateľom.

Existuje množstvo rôznych monitorov s rôznymi obrazovkami (LCD /liquid crystal display/ – obrazovka je z tekutých kryštálov, CRT /cathode ray tube/ – klasická fluorescenčná obrazovka, PLASMATRON – plazmatická obrazovka ...).

Najčastejšie rozmery obrazoviek sú 13“, 14“, 15“, 17“, 20“ a 21“ , kde najbežnejší rozmer je 14“. Monitory môžu byť monochromatické (čierno-jednofarebné), alebo viacfarebné. Monochromatické monitory sú zväčša čierno – zelené. Používajú sa napr. pri termináloch, kde je neekonomické a nevhodné kôli rýchlosti prenosu použiť monitor farebný. Najpoužívanejšie grafické karty k týmto monitorom sú tzv. MGA a CGA karty.

Farebné monitory existujú vo viacerých modifikáciach. Rozdeľujeme ich na :

TTL monitory, ktoré spracovávajú priamo digitálny signál z počítača. Grafické karty na tieto monitory sú napr. CGA (color graphics adapter) , EGA (enhanced graphics adapter) , MGA (monochrome graphics adapter). Analógové monitory, ktoré vyžadujú desiatkový tvar signálu. Na to je potrebná karta v počítači, ktorá obsahuje D/A prevodník na každú farbu zvlášť (na červenú, modrú a zelenú). Tieto karty získali jeden spoločný hlavný názov VGA (video graphics array)
Video monitory, ktoré najčastejšie používajú rozhranie TARGA. Ako videomonitor sa dá použiť skoro ľubovolný televízor. Kvalitu monitoru určuje okrem spomenutých faktorov aj ich horizontálna a vertikálna vzorkovacia frekvencia, ktorá udáva počet prekreslení obrazu za sekundu. Čím je frekvencia vyššia, tým monitor menej „bliká“ a tým menej trápi naše školou ubolené oči.

Technológia tekutých kryštálov je stará už veľa rokov. V jej počiatkoch bolo použitie najjednoduchších kryštálov v displejoch kalkulačiek a podobných prístrojoch, ktorých bunky boli velké a existovali prakticky dva stavy – zapnuté, vypnuté. Za posledné roky intenzívneho výskumu a vývoja sa tekuté kryštály zdokonalili natoľko, že LCD (=Liquid Crystal Display) technológiu je možné aplikovat na moderné monitory, u ktorých sa počíta zo zobrazovaním miliónov farieb a veľkostí bodu iba pár desiatok milimetra.

LCD monitory sa stávajú trendom poslednej doby a čoskoro začnú zatlačovať klasické CRT (katódové) monitory do ústrania. Vyrobiť TFT displej s aktívnou maticou je veľmi komplikovaná vec, ktorá by sa dala prirovnať k výrobe procesorov. Displeje sa skladajú z veľmi tenkých vrstiev skla, ktorých vzdialenosti musia byť presné a ku každému bodu je priradený tranzistor (odtial TFT = Thin Film Transistor). Pretože tranzistorov je na moderných TFT displejoch mnoho v rádoch milióny, je výroba náročná a výťaznosť klesá s rastúcou uhlopriečkou.

Princíp funkcie TFT LCD displejov

Pre začiatok by som rád uviedol, že technológia, ktorú si dnes predstavíme, je iba súčasťou trhu s plochými displejmi. Medzi tento sortiment výrobkov môžeme zaradiť taktiež LED (Light Emitting Diode), FED(Field Emission Displays), LTPS (Low Temperature Polysilicon) alebo PDP (Plasma Displays) displeje, ktoré majú vlastné vyžarovanie a podsvietenie LCD displeja s pasívnou maticou (STN). My sa budeme zaoberať podsvetlenými LCD displejmi s aktívnou TFT maticou.

Každý obrazový bod (teda pixel) je aktívne ovládaný jedným tranzistorom. Aby vznikol obraz, potrebujeme dve zložky – svetlo a farbu. Svetlo je zaistené podsvietujucími katódami, ktoré sú u týchto displejov velmi jasné. Primárne ide o svetlo a je na LCD technológii, aby vyprodukovala vyslednú farbu. Ako iste poznáte z optiky, akúkoľvek farbu môžeme zložiť z troch farebných zložiek – červenej, zelenej a modrej. A pre každú farebnú zložku každého pixelu existuje jeden tranzistor ovládajuci tekuté kryštály.

Tekuté kryštály sú materiály, ktoré pod vplivom elektického napätia menia svoju molekulárnu štruktúru a vďaka tomu určujú množstvo prechádzajúceho svetla. Každý obrazový bod je ohraničený dvoma polarizačnými filtrami, farebným filtrom (pre červenú,zelenú alebo modrú) a dvoma vyrovnávacími vrstvami, všetko je vymedzené tenkými sklenenými
panelmi.
Tranzistor patriaci k obrazovému bodu kontroluje napätie, ktoré prechádza vyrovnávacími vrstvami a elektrické pole zpôsobí zmenu štruktúry tekutého kryštálu a ovplivní natočenie jeho častí.

A to už sme u základného princípu. Týmto zpôsobom možme kryštál regulovať v nekoľko desiatkách až stovkách rôznych stavou a tak výsledný jas farebných odtieňov. Pretože sa obrazový bod skladá z troch farebných sub-pixelov, vznikajú tak státisíce a ž milióny rôznych farieb, aj keď tekuté kryštály stále nie sú presné, aby dokázali zobraziť 32-bitovú farebnú hľbku, teda 16,777,216 farieb.

Na prvom obrázku je zachitená situácia, keď je tekutý kryštál v základnom stave (bez prechádzajuceho napätia). V tomto prípade je svetlo natočené takým spôsobom, že môže prejsť druhým polarizačným filtrom a v konečnom dôsledku prechádza plný jas pdsvecujúcich katód.

Na druhom obrázku je znázonená situácia, keď prechádza možné napätie a svetlo je pohlcované polarizačným filtrom. Dôsledkom tejto situácie by mala byť čierna.

Ako som povedal v skutočnosti sa každý pixel skladá s troch sub-pixelov. Tieto body sú usporiadané horizontálne na seba, a tak v prípade natívneho (prorodzeného) rozlišenia displeja 1600x1200 je vedľa seba v skutočnosti 4800 sub-pixelov. Šírka týchto bodov musí byť samozrejme veľmi malá a pohybuje sa štandardne v rozmedzí cca 0,24-0,29mm, u najvyspelejších panelov môže klesnúť až na 0,12mm. Rozptyl bodov takisto ovlivňuje maximálne rozlišenie pri dannej uhlopriečke, a preto sa iba výnimočne objavujú malé monitory s vysokým rozlišením.