Рис. 16.8. Графический дисплей: а - структурная схема, б - устройство светового пера

Для удобства оперативного ввода и коррекции графической информации экран разбивается на 4 равные части -”окна”, и используется “световое” перо СП, представляющее собой приемник света - фотоэлемент и усилитель, помещенные в корпус наподобие авторучки. Корпус снабжен кнопкой с затвором, напоминающим шторки объектива фотоаппарата. С помощью блока слежения осуществляется отслеживание координат перемещения конца СП. Оператор, открыв затвор пера, подносит его к частям чертежа или текста, подлежащим стиранию; подпрограмма слежения за пером вычисляет координаты этих элементов чертежа и обновляет содержимое ОЗУ кадра и БЗУ. Для вырисовывания новых линий на пустом участке экрана высвечиваются так называемые световые кнопки - светящиеся точки на линиях растра, образующие координатную сетку. Каждый узел сетки (световая кнопка) имеет свои координаты. Фотоэлемент СП обладает меньшей инерционностью, чем глаз, и реагирует на мерцание пятна (в данном случае световой кнопки), определяемое моментом подсветки, которое, в свою очередь, соответствует координате световой кнопки. Вновь нарисованная линия возникает на экране сразу же после обработки этих координат подпрограммой слежения за пером и обновления содержимого ОЗУ кадра.

16.5. Устройство плоских экранов

Помимо ЭЛТ совместно с ЭВМ могут использоваться и другие типы устройств отображения информации, позволяющие уменьшить габариты экрана и даже сделать его плоским. К ним принадлежат плоские экраны, выполненные в виде тонкой плоской панели. Такие устройства отображения разделяются на светоизлучающие и светоклапанные, или пассивные. К первым относятся плазменные, светодиодные и электролюминесцентные индикаторы. К светоизлучающим индикаторам относятся и ЭЛТ. Вторая категория включает в себя индикаторы на жидких кристаллах (ИЖК). Пассивные индикаторы потребляют значительно меньшую мощность, чем светоизлучающие, что является их преимуществом, особенно при изготовлении портативной аппаратуры, например, ноутбуков.

Плазменные индикаторы представляют собой заманчивую альтернативу ЭЛТ в тех ситуациях, когда достаточно воспроизводить небольшие объемы информации (до 240 знаков). Индикаторы этого типа имеют малые габаритные размеры, массу и потребляемую

мощность, имеют высокую яркость и контрастность, отличаются простотой формирования изображения, отсутствием мерцаний и искажений. Конструкция плазменного дисплея (плазменной панели) приведена на рис. 16.9.

СТЕКЛЯННЫЕ

ПЛАСТИНЫ

ВЕРТИКАЛЬНЫЕ

ЭЛЕКТРОДЫ

ГОРИЗОНТАЛЬНЫЕ

ЭЛЕКТРОДЫ

ГАЗ

МАТРИЦА

ГОРИЗОНТАЛЬНЫЕ

ЭЛЕКТРОДЫ

Рис. 16.9. Конструкция плазменной панели

Основу плазменной панели составляют две собранные с зазором стеклянные пластины, на внутренних сторонах которых расположены вертикальные и горизонтальные полупрозрачные электроды. Пространство между панелями заполнено смесью инертных газов и запаяно. Электроды выведены наружу и подключены к формирователям сигналов записи. Заданная на экране точка зажигается при одновременной подаче на соответствующую пару электродов импульсов записи. Свечение возникает за счет газового разряда и может поддерживаться, а изображение запоминаться, если на соответствующие электроды после окончания импульса записи подавать переменное напряжение высокой частоты. Уменьшение напряжения ведет к исчезновению свечения. Плазменная панель позволяет получать изображения растрового типа. Скорость записи и стирания изображения около 20 мкс на один символ, она может быть повышена, если осуществлять параллельную запись или стирание нескольких или всех точек, расположенных в ряд по горизонтальной шине. Наиболее часто плазменный индикатор компонуется из разрядов сгруппированных ячеек (размером 5х7 или 7х9 ячеек), удобных для индикации символов. Изготавливаются и матрицы с равномерным распределением элементов по всему полю индикации, которые применяются как экраны, способные отображать графическую информацию.

Смесь газов на основе неона создает свечение красного или оранжевого цвета. В цветных плазменных панелях используют различные люминофоры. Из плоских плазменных панелей можно собирать экраны большей размерности. Плазменные индикаторы больших размеров оказываются, однако, дороже ЭЛТ. К недостаткам плазменных панелей можно отнести низкую разрешающую способность адресации (порядка 0,5 мм) и малую скорость записи и стирания информации.

Светодиодные индикаторы обычно используются, если число воспроизводимых знаков не превышает 40, например, в калькуляторах, цифровых часах, весах и других приборах. Светодиодный индикатор состоит из матрицы светодиодов - полупроводниковых диодов, излучающих свет при подаче прямого смещения, то есть постоянного напряжения, необходимого для поддержания электрического тока в диоде. Светодиоды выполнены из соединений галлия, мышьяка и фосфора; из сульфидов кадмия и цинка; из теллурия цинка; из арсенида галлия и других.

Электролюминесцентные индикаторы вначале применялись для экранов портативных компьютеров - ноутбуков. Большинство форм люминесценции в области индикации создается люминофорами. Электролюминесценция - свечение люминофора при приложении к нему электрического поля. Типичная конструкция электролюминесцентных панелей (ЭЛП) приведена на рис. 16.10.

Рис. 16.10. Конструкция электролюминесцентной панели

Это мозаичный экран, изображение на котором формируется из точек. Подложка выполнена из стекла. ЭЛ пленка, состоящая из легированного марганцем сульфида цинка, заключена между двумя прозрачными изолирующими слоями. На эти слои нанесены тонкопленочные вертикальные и горизонтальные электроды (столбцовые и строчные). Электролюминесценция возникает на участках ЭЛ слоя в узлах матрицы под действием электрического поля. Поле образуется импульсами противоположной полярности, подаваемыми на систему строчных и столбцовых электродов. Строчные электроды возбуждаются последовательно, независимо от формируемого изображения; на столбцовые электроды сигнал подается, если в соответствующем узле матрицы на экране должна быть получена яркая точка. Люминофор обладает послесвечением, поэтому изображение на таком экране не требует регенерации. Изображение настолько контрастно, что его можно видеть и при ярком солнечном свете. Стирается изображение отключением напряжения на всех столбцовых электродах.

Жидкокристаллические индикаторы выполнены на основе особой группы веществ, относящихся к классу полимеров и их систем, представляющих собой промежуточную фазу

между твердым и жидким состояниями. Эти вещества состоят из сигарообразных органических молекул, обладающих текучестью подобно жидкостям, но имеют молекулярный порядок твердых веществ.

В жидких кристаллах (ЖК) наблюдается ряд электрооптических эффектов, из которых наибольшее практическое применение находит динамическое рассеяние света: при помещении ЖК в электрическое поле напряженностью не менее 200 В/см в них возникают турбулентные области, на которых происходит рассеяние падающего света. При снятии поля турбулентность исчезает, расположение молекул упорядочивается и ЖК снова становится прозрачным. Чтобы управлять прозрачностью с помощью более низких напряжений, необходимы довольно тонкие, микронные слои ЖК (обычно порядка 100 мкм). В пленке толщиной 20 мкм при напряженности электрического поля 0,3 В/мкм можно получить степень рассеяния, отвечающую контрастности 1:7.

ЖК могут работать на просвет и на отражение. В обоих случаях ЖК представляет собой диэлектрический слой, заключенный между двумя металлическими обкладками, роль которых играют вертикальные и горизонтальные электроды. При работе на просвет электроды полупрозрачны. При работе на отражение внешние электроды полупрозрачны, задние - отражающие.

При работе на постоянном напряжении происходит электролиз, приводящий к разрушению вещества. Для уменьшения этого эффекта питание осуществляют переменным током частотой 20 - 100 Гц. При этом потребляемая мощность составляет 10 мкВт/см2 (индикаторы на светодиодах потребляют на 2-3 порядка больше).

С помощью ЖК получены и цветные индикаторы. В этом случае панель выполняется трехслойной - как и в цветной ЭЛТ по красному, синему и зеленому цвету. Для создания видимого изображения необходим внешний источник света, а само устройство выполняет функцию модуляции проходящего или отраженного света. ИЖК характеризуются высоким контрастом при ярком внешнем освещении, возможностью применения метода проекции, совместимостью с технологией интегральных микросхем, простотой конструкции. Однако ИЖК имеют такие недостатки, как ограниченный рабочий диапазон температур (от-30 до +130° С), довольно большая инерционность и ограниченный угол наблюдения.

На ИЖК строятся матричные экраны для портативных компьютеров. Ноутбуки обеспечиваются цветными экранами двух типов: с двойным сканированием (DSTN) и с активной матрицей (TFT). Экраны типа DSTN дают менее четкое изображение, экраны типа TFT по качеству изображения почти не уступают экранам на ЭЛТ. Максимальный размер экранов ноутбуков - 11,3 - 12,1 дюйма, но есть модели мониторов с диагональю экрана 13,3 дюйма. Жидкокристаллические дисплеи ноутбуков дороже, чем мониторы на ЭЛТ настольных персональных компьютеров, но безопаснее для здоровья, потому что не дают сильного электромагнитного облучения, а всего лишь отражают спектральные составляющие освещающего их света.

Контрольные вопросы к главе 16

1. Перечислите типы индикаторов дисплеев.

2.В чем отличие и что общего в структуре текстовых и графических дисплеев?

3.Назовите основные составные части ЭЛТ типа кинескоп.

4.Почему в дисплеях на основе ЭЛТ производится регенерация?

5.Назовите два основных способа формирования символов на экране дисплея.

6.Какое количество триад люминофоров нанесено на внутреннюю поверхность цветного кинескопа?

7.Каким путем получается изображение на экране дисплея при растровой развертке?

8.Каким образом знак выводится на заданное знакоместо экрана?

9.Каким образом достигается невидимость обратных ходов электронного луча на экране дисплея?

10.Где хранятся коды воспроизводимых знаков/

11.Какая информация хранится в ПЗУ знакогенератора?

12. Какая информация хранится в ОЗУ кадра?

13. Каким образом определяется адрес знака в ОЗУ кадра, который необходимо скорректировать? 14. Какие признаки элементов чертежа хранятся в БЗУ графического дисплея?

15. Каким устройством вычисляются координаты промежуточных значений линий изображения на экране дисплея?

16. Как происходит кодирование координат новых линий чертежа, проводимых световым пером на экране дисплея?

17. Назовите два типа плоских экранов.

18. Назовите три типа технологий производства светоизлучающих плоских экранов. 19. На основе каких веществ выполнены жидкокристаллические плоские индикаторы?

20. Сравните параметры жидкокристаллических дисплеев ноутбуков с параметрами мониторов на ЭЛТ.