Тема 2.2 Видеоподсистемы

2.2.1 Мониторы.

Во всех типах устройств отображения информации (мониторы/дисплеи, проекторы, индикаторы) присутствуют три типа функциональных элементов:

• Активатор, являющийся источником энергии, в конечном итоге преобразующейся в световое излучение;

• Модулятор – устройство управления выводом изображения;

• Визуализатор – среда, в которой формируется видимое изображение.

Мониторы на основе электронной лучевой трубки (ЭЛТ).

Принцип действия мониторов на основе ЭЛТ заключается в том, что испускаемый электронной пушкой пучок электронов, попадая на экран, покрытый специальным веществом – люминофором вызывает его свечение. Конструкция ЭЛТ-монитора представляет собой стеклянную рубку, внутри которой находится вакуум. С фронтальной стороны внутренняя часть стекла трубки покрыта люминофором – веществом, которое испускает свет при бомбардировке частицами. В качестве люминофоров для цветных ЭЛТ используется довольно сложные составы на основе редкоземельных металлов – иттрия, эрбия и др. Эти светящиеся точки люминофора формируют изображение на мониторе.

Разновидности мониторов на ЭЛТ

Текстовый монитор. В текстовом режиме происходит разбивка экрана монитора на отдельные участки – знакоместа, чаще всего на 25 строк по 80 символов. В каждое знакоместо может быть введен один из 256 заранее заданных символов.

Графический монитор. В графическом режиме экран монитора состоит из точек (пикселей). Количество точек по горизонтали и вертикал называется разрешающей способностью монитора в данном режиме.

Монохромный монитор. ЭЛТ монохромного монитора имеет только одну лучевую пушку. ЭЛТ-монитор может быть как черно-белый, так и черно-зеленый или черно-желтой.

Цветной монитор. Первые цветные мониторы, имеющие цифровой интерфейс, использовались с адаптерами CGA и EGA. Мониторы CGA работали на частотах, близких к телевизионным. Мониторы EGA имели возможность переключения частот развертки и обеспечивали довольно высокое качество изображения.

Цифровой монитор. В цифровых мониторах управление осуществляется двоичными сигналами, которые имеют только два значения: логическая «1» и логический «0». Уровню логической единицы соответствует напряжение 5 В, уровню логического нуля – не более 0,5 В. В кинескопе цветного цифрового монитора содержится 3 электронные пушки – для красного, зеленого и синего цветов с раздельным управлением, поэтому его называют RGB-монитором. Видеосигнал на монитор подается потрем четырем проводам: трем основным (R, G, B) и одному дополнительному (Intensity или I). Сигнал I изменяет интенсивность трех пушек одновременно. Данная модель позволяет отобразить 2⁴ = 16 цветов (на монитор CGA). На монитор EGA подается уже по 6 проводам: сигналы 3 основных (R, G, B) и трех дополнительных (r, g, b) цветов, позволяющие индивидуально регулировать интенсивность каждой пушки. Эта модель позволяет отобразить 2⁶ = 64 оттенка цвета.

Аналоговый монитор. Главная причина перехода к аналоговому видеосигналу состоит в ограниченности палитры цветов цифрового монитора. Аналоговый видеосигнал регулирующий интенсивность пучка электронов, может принимать любое значение в диапазоне от 0 до 0,7 В. Поскольку этих значений бесконечно много, то палитра аналогового монитора не ограничена

Для того, чтобы каждая пушка направляла поток электронов только на зерна люминофора соответствующего цвета, в цветном кинескопе имеется цветоделительная маска. Конструктивно цветоделительная маска представляет собой металлическую пластину из тугоплавкого сплава железа с никелем (инвара) с системой отверстий, которые обеспечивают изоляцию люминофора от «чужого» пучка.

Различают 4 типа таких масок:

С теневой маской

• С улучшенной теневой маской (с овальными отверстиями, расположенными на уменьшенном расстоянии друг от друга по горизонтали для увеличения коэффициента пропускания).

• С щелевой маской, в которой люминофорные элементы расположены в вертикальны ячейках, а маска сделана из вертикальных линий; вертикальные полосы разделены на ячейки, которые содержат группы из трех люминофорных элементов основных цветов

• С апертурной решеткой из вертикальных линий (вместо точек с люминофорными элементами трех основных цветов апертурная решетка содержит серию нитей, состоящих из люминофорных элементов, выстроенных в виде вертикальных полос трех основных цветов).

Плоскопанельные мониторы

Жидкокристаллические дисплеи (ЖКД).

Экран ЖКД представляет собой массив отдельных ячеек (пикселей), оптические свойства которых могут меняться при отображении информации (рис. ). Панели ЖКД состоят из нескольких слоев, среди которых ключевую роль играют два, ко­торые изготовлены из свободного от натрия и очень чистого стекла. Между ними расположен тонкий слой жидких кристал­лов. На панели нанесены параллельные бороздки, вдоль которых ориентируются кристаллы (выравнивающий слой). Бороздки на подложках перпендикулярны между собой. Технология получе­ния бороздок состоит в нанесении на стеклянной поверхности тонких пленок из прозрачного пластика. Соприкасаясь с борозд­ками, молекулы жидких кристаллов ориентируются одинаково во всех ячейках.

В качестве источников света (подсветки) используются спе­циальные электролюминесцентные лампы с холодным катодом, характеризующиеся низким энергопотреблением.

Чтобы поворот плоскости поляризации светового луча был заметен для глаза, на стеклянные панели дополнительно наносят два слоя, представляющих собой поляризационные фильтры. Эти фильтры выполняют функции поляризатора и анализатора.

При отсутствии напряжения между подложками ячейка ЖК-монитора прозрачна, поскольку вследствие перпендикуляр­ного расположения бороздок на подложках и соответствующего закручивания оптических осей жидких кристаллов вектор поля­ризации света поворачивается и проходит без изменения через систему поляризатор-анализатор.

Рис. Принцип работы (а) и конструкция (б) ЖКД.

Если приложить между подложками напряжение 3-10 В, молекулы жидкокристаллического вещества расположатся па­раллельно силовым линиям поля. «Твистированная структура» жидкокристаллического вещества нарушается, и поворота плоскости поляризации проходящего через него света не происходит. В результате плоскость поляризации света не совпадает с плос­костью поляризации анализатора, и ЖК-ячейка оказывается непрозрачной. Напряжение, приложенное к каждой ЖК-ячейке, формируется видеокартой ПК.

Для вывода цветного изображения используется объедине­ния ЖК-ячеек в триады, каждая из которых снабжается свето­фильтром, пропускающим один из трех основных цветов.

ЖКД разделяются на устройства с пассивной и активной

матрицей:

• термин «пассивная матрица» (passive matrix) относится к такому конструктивному решению, согласно которому мо­нитор разделен на отдельные ячейки, каждая из которых функционирует независимо от остальных. Разные электро­ды получают электрический заряд циклическим методом при построчной регенерации дисплея, а в результате разря­да емкостей элементов изображение исчезает, так как кри­сталлы возвращаются к своей изначальной конфигурации;

• в активной матрице (active matrix) к каждому электроду до­бавлен запоминающий транзистор, который может хранить цифровую информацию (двоичные значения «О или «1») и в результате изображение сохраняется до тех пор, пока не поступит новый сигнал. Такой транзистор выполняет роль коммутирующего ключа и позволяет коммутировать более высокое (до десятков вольт) напряжение, получая сигнал низкого уровня (около 0,7 В).