9

# Тема 9. Видеосистема РС

Цель: Рассмотреть основные компоненты видеосистемы PC и мониторы.

План:

1. Компоненты видеосистемы

2. ЭЛТ-мониторы

3. Технология плоскопанельных ЖК-мониторов

4. Плазменные панели PDP

1. Компоненты видеосистемы

Cиcтeмa oтoбpaжeния ПK cocтoит из двyx глaвныx кoмпoнeнтoв:

- мoнитopa (диcплeя);

- видeoaдaптepa (нaзывaeмoro тaкжe видeoплaтoй или гpaфичecкoй плaтoй).

Инфopмaциoннyю cвязь мeждy пoльзoвaтeлeм и кoмпьютepoм oбecпeчивaeт мoнитop. Moжнo oбoйтиcь бeз пpинтepa, диcкoвoдoв и плaт pacшиpeния, нo paбoтa бeз мoнитopa - этo paбoтa вcлeпyю: нe видны ни peзyльтaты, ни кoмaнды, ввoдимыe c клaвиaтypы.

Видеоадаптер служит для программного формирования графических и текстовых изображений и является промежуточным элементом между монитором и шиной компьютера. Изображение строится по программе, исполняемой центральным процессором, в чем ему могут помогать графические акселераторы и сопроцессоры.

2. ЭЛТ-мониторы

Устройство электронно-лучевой трубки

Электрокно-лучевая трубка (ЭЛТ. или CRT. Cathode Ray Tube) — это традиционная технология формирования изображения на дне герметично запечатанной стеклянной «бутылки» [Рисунок 1]. Мониторы получают сигнал от компьютера и преобразуют его в форму, воспринимаемую электронно-лучевой пушкой, расположенной в «горлышке» этой огромной бутылки. Пушка «стреляет» в нашу сторону, а широкое дно (куда мы, собственно, и смотрим) состоит из маски и люминесцентного покрытия, на котором создается изображение. В качестве люминофоров для цветных ЭЛТ используются довольно сложные составы на основе редкоземельных металлов (иттрия, эрбия и т.п.). Люминофор — это вещество, испускающее свет при бомбардировке его заряженными частицами. Электромагнитные поля управляют пучком электронов: поток на пути к люминофору проходит через модулятор интенсивности и ускоряющую систему, работающие по принципу разности потенциалов; отклоняющая система изменяет направление потока частиц таким образом, что они достигают нужного места на экране, проходя через теневую маску, падают на фосфоресцирующую поверхность и формируют на нем изображение (активизированный электронным лучом участок экрана испускает свет, видимый глазом, (Рис 4.1.1). Такая технология называется эмиссионной.

Рис 4.1.1. Устройство электронно-лучевой трубки.

Цвета на мониторе (впрочем, как и на телевизионном экране) получаются аддитивным (суммарным) смешением трех основных цветов — RGB, то есть красного (Red), зеленого (Green) и синего (Blue). Эта триада, смешанная с одинаковой интенсивностью, дает нам белый цвет, а для того чтобы добиться цветовых оттенков, интенсивность каждого из этих цветов дозируется в необходимой пропорции.

ЭЛТ-мониторы, как правило, имеют три отдельные электронные пушки (по одной на каждый из основных цветов триады), которые бьют по небольшому участку люминофора своего цвета с различной интенсивностью.

Экран монитора представляет собой матрицу, состоящую из гнезд-триад, определенной структуры и формы (зависящей от конкретной технологии изготовления). Каждое такое гнездо состоит из трех элементов (точек, полос или других структур), формирующих RGB-триаду, в которой основные цвета располагаются настолько близко друг к другу, что отдельные элементы неразличимы для глаза.

Рис 4.1.2. Активизированный электронный пучок.

Таким образом, электронно-лучевые трубки, используемые в современных мониторах, имеют следующие основные элементы:

• электронные пушки (по одной на каждый цвет RGB-триады или одну, но испускающую три пучка);

• отклоняющую систему, то есть набор электронных «линз», формирующих пучок электронов;

• маску, обеспечивающую точное попадание электронов от пушки каждого цвета в «свои» точки экрана;

• слой люминофора, формирующий изображение при попадании электронов в точку соответствующего цвета.

Рис 4.1.3. Общая схема электронно-лучевой трубки.

Электронная пушка состоит из подогревателя, катода, испускающего поток электронов, и модулятора, ускоряющего и фокусирующего электроны. В современных кинескопах применяются оксидные катоды, в которых электроны испускаются эмиссионным покрытием из редкоземельных элементов, нанесенным на никелевый колпачок с расположенной внутри него нитью накала. Подогреватель обеспечивает нагревание катода до температуры 850-880 "С, при которой происходит испускание (эмиссия) электронов с поверхности катода. Остальные электроды трубки используются для ускорения и формирования пучка электронов. Соответственно каждая из трех электронных пушек создает пучок электронов для формирования своего цвета. Электронные лучи, расходясь после соответствующей маски, попадают на точки люминофора нужного цвета и заставляют их светиться.

Классификация мониторов по типу маски

Современные мониторы с любым типом маски имеют практически плоский по форме экран, благодаря чему существенно снижаются искажения геометрии, особенно по углам. Поэтому тип маски по форме экрана определить не так просто.

На сегодняшний день в ЭЛТ-дисплеях используются три основные технологии формирования матриц и масок для RGB-триад:

• трехточечная теневая маска (DOT-TRIO SHADOW-MASK CRT—(Рис 4.1.2);

• щелевая или гнездовая (SLOT-MASK CRT—(Рис 4.1.3);

• апертурная решетка (APERTURE-GRILLECRT;

Тип маски можно определить, посмотрев на экран в 10-20-кратную лупу.

При создании мониторов помимо масок используются различные отклоняющие системы

3. Технология плоскопанельных ЖК-мониторов

В современных тонкопленочных полупроводниковых жидкокристаллических мониторах используется технология TFT (Thin Film Transistor Liquid Crystal Display). Жидкокристаллическое вещество расположено между двумя слоями стекла, а свет проходит через кристаллы в соответствии с направлением, в котором повернуты их молекулы. Поляризационные фильтры регулируют прохождение света. При подаче напряжения молекулы кристалла занимают положение, при котором проходящий через них свет начинает проходить через поляризационный фильтр под другим углом. Напряжение заставляет жидкие кристаллы работать подобно затвору камеры, блокируя или разрешая прохождение света сквозь фильтры. Высокая эффективность ЖК-мониторов обусловлена малым расходом материалов и энергии. Высокий кпд и низкий уровень электромагнитного излучения позволяют отнести эти мониторы к разряду устройств, «дружелюбных» по отношению к окружающей среде.

Рисунок 4.1.4. Принцип работы LCD-мониторов.

Типы жидкокристаллических дисплеев

Самый распространённый тип цифровых панелей основан на технологии, сокращённо называемой TN TFT или TN+Film TFT (Twisted Nematic + Film). Термин Film обозначает дополнительное наружное плёночное покрытие, позволяющее увеличить угол обзора со стандартных 90 градусов (по 45 с каждой стороны) до приблизительно 140 градусов. Схема работы TN TFT дисплея показана на рисунке ниже:

1. Когда транзистор находится в выключенном состоянии, то есть не создаёт электрическое поле, молекулы жидких кристаллов находятся в своём нормальном состоянии и выстроены так, чтобы менять угол поляризации проходящего через них светового потока на 90 градусов (жидкие кристаллы образуют спираль). Поскольку угол поляризации второго фильтра перпендикулярен углу первого, то проходящий через неактивный транзистор свет будет без потерь выходить наружу, образуя яркую точку, цвет которой задаётся световым фильтром (Рис 4.1.5).

2. Когда транзистор генерирует электрическое поле, все молекулы жидких кристаллов выстраиваются в линии, параллельные углу поляризации первого фильтра, и тем самым никоим образом не влияют на проходящий через них световой поток. Второй поляризующий фильтр поглощает свет полностью, создавая чёрную точку на месте одной из трёх цветовых компонент (Рис 4.1.6).

Рис 4.1.5. Поляризация первого фильтра.

Рис 4.1.6. Поляризация второго фильтра.

TN TFT – первая технология, появившаяся на рынке LCD, которая до сих пор чувствует себя уверенно в категории бюджетных решений, поскольку создание подобных цифровых панелей обходится относительно дёшево. Но, как и многие другие дешёвые вещи, LCD мониторы на матрице TN TFT не лишены недостатков. Во-первых, чёрный цвет у старых моделей таких дисплеев больше смахивает на тёмно-серый (поскольку очень трудно было развернуть все жидкие кристаллы строго перпендикулярно к фильтру), что приводит к низкой контрастности картинки. С годами технологический процесс совершенствовался, и новые TN панели демонстрируют значительно увеличившуюся глубину тёмных оттенков. Во-вторых, в случае отказа транзистора (а такое бывает) на экране образуется посторонняя «мёртвая» яркая точка, которая для глаза намного заметнее «мёртвой» чёрной. Но эти два недостатка не мешают данной технологии занимать место лидера среди 15.1 дюймовых панелей, поскольку главным фактором для бюджетных решений всё равно остаётся стоимость.

4. Плазменные панели PDP

Разработка плазменных панелей активно ведется примерно с конца семидесятых. Массовый выпуск цветных плазменных дисплеев был начат в конце восьмидесятых, в конце девяностых появились плазменные панели с диагональю 42 дюйма. Принцип работы PDP состоит в том, что электрический ток передается через газовую прослойку, которую с двух сторон ограничивают стеклянные панели.

Ток протекает между электродами, нанесенными на две стеклянные пластины. Экран делится на пикселы двумя пересекающимися под прямым углом гребенками электродов. В то время как ток посылается через горизонтальный электрод, одновременно короткие импульсы пропускаются в те вертикальные электроды, которые необходимо включить в данной строке в данный момент. Повторение этой процедуры приводит к сканированию экрана, формируя пикселы, из которых строится изображение. В цветных панелях используется свечение окрашенного фосфора. Когда электрический ток проходит через один из пикселов, находящийся там газ превращается в плазму, которая вызывает свечение фосфора. Фосфор светится голубым, зеленым или красным цветом, формируя пикселы соответствующего цвета.

Дисплей с такой панелью не только тоньше CRT-мониторов, но и поддерживает большую яркость, а изображение на нем хорошо различимо даже в освещенной комнате. При этом необходимо отметить, что PDP-мониторы имеют весьма ограниченный срок службы в силу того, что со временем снижается способность слоя люминофора излучать свет, и соответственно яркость экрана падает. Время работы современных плазменных экранов оценивается примерно в 10 тыс. часов. Учитывая стоимость панелей, получаем крайне высокую удельную стоимость данной технологии.

Достоинством PDP-панелей является то, что на нее можно глядеть практически под любым углом. Современные PDP-панели позволяют достигать яркости более 400 канделл на квадратный метр, что позволяет использовать панели в хорошо освещенных помещениях.

Литература: 5, стр. 12-45; 6, стр. 15- 58

Контрольные вопросы

1. Из каких компонентов состоит система отображения ПК?

2. Что представляет инфopмaциoннyю cвязь мeждy пoльзoвaтeлeм и кoмпьютepoм?

3. Что служит для программного формирования графических и текстовых изображений и является промежуточным элементом между монитором и шиной компьютера?

4. Объясните принцип создания изображения в мониторах на электронно-лучевой трубке.

5. Каким способом получаются цвета на мониторе ЭЛТ?

6. Что представляет собой экран монитора ЭЛТ?

7. Для чего используется теневая маска, апертурная решетка и вчем их различие?

8. В чем принцип действия жидко-кристаллических мониторов?

9. Какие типы ЖК-панелей вы знаете?

10. Чем отличается активная матрица от пассивной в ЖК-панелях?

11. Объясните принцип действия плазменных панелей?

12. Основываясь на своих знания, сделайте свои выводы о преимуществах и недостатках каждых из перечисленных типов мониторов.