Лекция 5. Дисплей и его разновидности

Вопросы:

1. Основные технические характеристики.

2. Управление монитором.

3. Плоские дисплеи.

Литература: 1. Гук. М. Аппаратные средства IBM PC. Питер, 2005, с. 498-510.

1. Дисплей и его основные технические характеристики.

1.1. Общая характеристика дисплея.

Дисплей может быть основан на различных физических принципах: электронно-лучевые трубки, газоплазменные матрицы, жидкокристаллические индикаторы и другие приборы. Наибольшее распространение получили дисплеи на электронно-лучевых трубках.

Электронно-лучевая трубка (ЭЛТ) по-английски сокращенно называется CRT (Cathode Ray Tube — катодно-лучевая трубка). Иногда CRT расшифровывается и как Cathode Ray Terminal, что соответствует уже не самой трубке, а устройству, на ней основанному. Вместо сокращения ЭЛТ в нашем обсуждении можно использовать и название кинескоп — это ЭЛТ с электромагнитной системой отклонения луча, которая характерна и для телевизионных, и для компьютерных мониторов. В персональных компьютерах узлы, формирующие изображение, расположены в системном блоке, в результате дисплей функционально упростился и стал похож на монитор, применяемый в телевидении.

Монитор содержит только ЭЛТ с видеоусилителями сигналов яркости лучей, генераторы разверток, блок питания и схемы управления этими узлами. Традиционный телевизионный монитор имеет низкочастотный вход композитного видеосигнала или(и) раздельные входы модуляции лучей и рассчитан на работу в стандартах PAL, SECAM или NTSC, определяющих способы цветопередачи и фиксирующих частоты синхронизации.

Монитор компьютера должен обеспечивать существенно более широкую полосу пропускания видеосигнала, поэтому композитный вход для него неприемлем. Кроме того, этому монитору приходится работать с разными параметрами синхронизации, которые зависят от выбранного режима разрешения и требований к развертке. Параметры синхронизации могут меняться в процессе работы, и компьютерный монитор должен отрабатывать эти переключения режимов.

В монохромных мониторах экран трубки покрыт однородным слоем мелкозернистого люминофора, который при хорошей фокусировке луча дает высокую четкость и разрешающую способность, фактически определяемую лишь параметрами генераторов разверток. В цветных мониторах люминофор неоднороден — имеются три типа частиц, каждый из которых дает свечение своим базисным цветом. Соответственно имеются три электронные пушки, каждая из которых «обстреливает» только свои частицы люминофора. Лучи всех трех пушек синхронно сканируют экран. Управляя интенсивностью каждого из лучей, получают требуемый цвет изображения каждой точки. Существует ряд технологий ЭЛТ, различающихся способом наведения лучей на свои частицы люминофора.

Классической является ЭЛТ с теневой маской (Shadow Mask). Ее экран покрывается не сплошным люминофором, а отдельными зернами-триадами. Каждое зерно состоит из трех крупиц люминофора, которые при попадании на них потока электронов светятся базисными цветами. Крупицы триад имеют строго фиксированное относительное расположение, и сами триады наносятся на поверхность в виде равномерной матрицы (Рис5.1). Крупицы каждого цвета «обстреливаются» из отдельной электронной пушки через теневую маску с отверстиями, соответствующими зернам матрицы.

Крупицы люминофора,

Зерно триады

экрана

Экран

Заполнение

экрана

Шаг матрицы зерен экрана

Рис 5.1.

Точность попадания лучей в свои крупицы обеспечивается тщательностью изготовления кинескопа и настройкой системы сведения лучей. Шаг матрицы зерен экрана — Dot Pitch — принято измерять в миллиметрах. В первом приближении можно считать, что он совпадает и с размером зерна. Однако отождествлять эти два параметра не очень корректно, и параметр Dot Pitch лучше перевести как зернистость экрана, но не размер зерна.

В ЭЛТ со щелевой маской. (Slot Mask) вместо отверстий в маске имеются вертикальные щели, а форма пятен цветного люминофора иная.

Рис 5.2. Щелевая маска

В ЭЛТ с апертурной решеткой (Apperture Grilles) люминофор нанесен на вертикально расположенные нити (каждая нить своего цвета), выстроенные «частоколом». Маска у них щелевая.

В трубках Trinitron (изобретение фирмы Sony) применяется объединенная пушка с тремя лучами. Здесь маску поддерживает одна или несколько горизонтальных проволочек, тень от которых заметна на экране. У 15" мониторов проволочка одна, она расположена снизу на высоте примерно 1/3 высоты экрана. У мониторов большего размера может быть и 2-3 нити.

1.2. Технические характеристики.

В настоящее время распространены мониторы классов VGA и SVGA, имеющие аналоговый интерфейс. Мониторы VGA, допускающие работу в режиме 640 х 480, вытеснены мониторами класса SVGA, которые должны поддерживать по крайней мере режим 800 х 600.

Главным параметром монитора является размер диагонали экрана (Screen Size), который принято измерять в дюймах. По умолчанию считается, что ширина экрана больше его высоты и соотношение этих размеров составляет 4:3. Такую ориентацию можно назвать «пейзажной» (Landscape), хотя это определение обычно опускают. Заметим, что стандартные графические режимы с высоким разрешением (640 х 480, 800 х 600 и далее) имеют то же соотношение числа точек в строке и числа строк. Этим достигается неискаженное изображение фигур: квадрат на экране будет иметь стороны с одинаковым числом пикселов. Существуют и мониторы с «портретной» (Portrait) ориентацией, у которых высота больше ширины. Данный тип монитора предназначался для издательских систем и позволял более полно использовать площадь экрана при выводе книжных страниц. В настоящее время «портретные» мониторы встречаются редко, а в издательской деятельности чаще используют «просто» большие мониторы (19", 21" и больше). Размеры экранов приведены в таблице 5.1.

Таблица 5.1. Размеры экрана мониторов

Диагональ,	Размер изображения, мм		Разрешение
дюйм	по горизонтали по вертикали		максимальное рекомендуемое
14	254-264	190-200	1024 х 768	640 х 480
15	274-284	205-215	1280 х 1024	800 х 600
17	315-325	237-245	1600 х 1200	1024 х 768
19	355-365	267-275	1600 х 1200	1280 х 1024
21	396-406	298-306	1600 х 1200	1280 х 1024
24	436-447	328-336	1900 х 1200	1600 х 1200

Для цветных мониторов важным параметром является размер зерна экрана. Зерно экрана является мельчайшей частицей изображения. Существуют мониторы с зернистостью 0,42, 0,39, 0,31, 0,28, 0,26 мм и тоньше.

По зернистости и размеру экрана можно определить разрешающую способность экрана. Количество зерен в строке равно ширине рабочей области, деленной на шаг зерна. Однако размер экрана задают по диагонали, а не как ширину и высоту, причем указывается внешний размер, а не размер рабочей области, и в дюймах, а не в миллиметрах. Кроме того, для мониторов с теневой маской зернистость определяет шаг триад по диагонали, а для щелевой маски или апертурной решетки — горизонтальный шаг. Поэтому для режима 800 х 600 зернистость 0,28 мм экрана 14" (с теневой маской) является приемлемой. А вот для режима 1024 х 768 при такой же зернистости только-только хватает экрана размером 15". При этом качество отображения мелких элементов будет оставлять желать лучшего. В результате работа на таком мониторе будет сильно утомлять и даже вести к ухудшению зрения.

Допустимая частота развертки определяется в основном параметрами отклоняющей системы и мощностью генератора строчной развертки. В соответствии с нормами ТСО99 минимальная частота вертикальной развертки (частота кадра) должна составлять 85 Гц в любом режиме, а рекомендуемая — 100 Гц, Для обеспечения прогрессивной (нечередующейся) развертки в режимах с высоким разрешением (большим числом строк) требуется очень высокая частота строчной развертки. Так, для режима 1024 х 768 при частоте кадра 85 Гц строчная частота должна быть порядка 70 кГц, а для 1600 х 1200 при частоте кадра 100 Гц — 126 кГц.

На реальную разрешающую способность существенно влияет полоса пропускания видеотракта (Video Bandwidth). При недостаточно широкой полосе пропускания мелкие детали — точки или вертикальные линии толщиной в один пиксел — могут становиться нечеткими и даже незаметными. В технических данных на монитор обычно указывают предельное разрешение и максимальные частоты разверток. Однако это вовсе не означает, что максимальное разрешение можно использовать на максимальной частоте, да еще и при нечередующейся развертке. Оценить предел возможностей позволяет полоса пропускания. Грубо требуемую полосу пропускания (BW, Гц) можно оценить через число точек в строке (Н), число строк (V) и частоту вертикальной развертки кадра(F, Гц):

BW=kxHxVxF (Гц)

Поправочный коэффициент к = (1,3...1,4) учитывает «простои» вывода точек на обратном ходе по строке и кадру. Для чересстрочной развертки в формулу подставляется половина частоты развертки.

Так, например, для прогрессивной развертки (N1) с частотой кадров 75 Гц для режима 800 х 600 требуется полоса 45 МГц, для 1024 х 768 - 75 МГц, а для 1280 х 1024 - 125 МГц. Чем больше размер экрана, тем больше должна быть полоса пропускания, поскольку чем больше экран, тем большего от него требуют разрешения. Так, по самым жестким меркам высококачественный монитор 14" должен иметь полосу 65 МГц, 15" — 100 МГц, а 17" - более 135 МГц.