Monitor to ogólna nazwa jednego z urządzeń peryferyjnych do bezpośredniej komunikacji z urządzeniem komputerowym, a jego głównym zadaniem jest wizualizacja wyników pracy.

W zależności od zasady generowania obrazu wyróżnia się dwa typy monitorów: CRT i LCD (rys. $4.1$).

Tworzenie obrazu w monitorze CRT (ang. Cathode‑Ray Tube) (rys. $4.2$) polega na wysyłaniu w kierunku przedniej szyby (powleczonej warstwą luminoforu) trzech wiązek elektronów za pomocą trzech dział elektronowych umieszczonych w tylnej części próżniowej tuby kineskopu. Poszczególne wiązki odpowiadają za kolory podstawowe: czerwony, zielony i niebieski. Wiązki są kierowane przy pomocy silnego pola magnetycznego, aby trafiały w odpowiedni obszar na luminoforze. Luminofor to świecący pigment (fosfor), jest materiałem mającym własności świecenia pod wpływem padającego promieniowania. Obraz w monitorach CRT jest odświeżany z częstotliwością zależną od zastosowanego standardu (tabela), najlepsze dla oczu odświeżanie wynosi ok. $85 \text{Hz}$ (obraz w pionie powinien być rysowany 85 razy w ciągu sekundy).

Tabela 7. Przykładowe częstotliwości pracy dla wybranych standardów

• fIndeks dolny v_v – częstotliwość pionowego odświeżania obrazu

• fIndeks dolny h_h – częstotliwość odchylania poziomego (z jaką monitor rysuje pojedynczą linię obrazu)

Przed warstwą luminoforu znajduje się tzw. maska (rys. $4.4$). Jest to rodzaj filtru zapewniającego właściwe rozświetlanie pól luminoforu, co wpływa na jakość obrazu.

Zalety monitorów CRT:

• szybki czas reakcji,

• możliwość zmiany rozdzielczości,

• wierne odwzorowanie kolorów,

• duże kąty widzenia obrazu.

Wady monitorów CRT:

• średnia jasność, kontrast obrazu

• duże gabaryty,

• duży pobór mocy,

• wypukłość ekranu,

• częstotliwość odświeżania ma wpływ na jakość obrazu oraz zmęczenie oczu,

• wyższa emisja promieniowania elektromagnetycznego.

Źródłem światła w monitorach LCD (ang. Liquid‑Crystal Display) (rys. $4.5$) są najczęściej cienkie lampy jarzeniowe lub diody LED. Światło jest przepuszczane przez filtr polaryzacyjny, który przepuszcza fale świetlne o określonej fazie. Strumień światła tafia na filtr z poziomymi szczelinami, przechodzi przez warstwę ciekłych kryształów i trafia na filtr z pionowymi szczelinami. W przypadku, gdy strumień światła nie zostanie załamany o $\mathrm{90}°$ przez warstwę ciekłych kryształów, to światło zostanie całkowicie zatrzymane na drugim filtrze. Jednak jeżeli strumień światła zostanie załamany o $\mathrm{90}°$, to światło zostanie podane na ekran. Sterowanie ciekłymi kryształami przeprowadza się za pomocą tranzystorów. Jeżeli zostanie podane napięcie to nastąpi załamanie strumienia światła o $\mathrm{90}°$. Każdy piksel w monitorze LCD składa się z trzech części odpowiadających kolorom czerwonemu, zielonemu i niebieskiemu.

Odbiornik magistrali danych służy do odbioru danych ze złącz wejściowych, są to dane transmisji szeregowej o dużej przepustowości, np. TMDS (ang. Transition Minimized Differential Signaling), następnie przekazuje je do układu sterowania panelem.

Drugi tor odbioru danych wejściowych (aktualnie rzadziej stosowany) to blok analogowy wyposażony m.in. w przetwornik analogowo‑cyfrowy ADC (ang. Analog to Digital Converter) oraz układ PLL (ang. Phase Locked Loop), który po przetworzeniu sygnału na postać cyfrową wysyła dane do układu sterowania panelem.

DDC (ang. Display Data Channel) to szeregowy interfejs do komunikacji np. karty graficznej z urządzeniem wyświetlającym. W naszym wypadku z mikrokontrolerem zarządzającym pracą poszczególnych bloków monitora LCD, np. ustawiając parametry poprzez OSD (ang. On‑Screen Display). Układ sterowania panelem przetwarza dane wejściowe, w takt pracy sterowanej poprzez mikrokontroler, na informacje umożliwiające aktywowanie poszczególnych elementów matrycy LCD.

Zalety monitorów LCD:

• bardzo dobra jasność, kontrast obrazu,

• bardzo dobra geometria obrazu,

• mały pobór mocy,

• małe gabaryty,

• idealnie płaski monitor,

• dużo mniejsza emisja promieniowania elektromagnetycznego niż w CRT,

• małe znaczenie częstotliwości odświeżania dla jakości obrazu.

Wady monitorów LCD:

• średni czas reakcji,

• gorsze odwzorowanie kolorów niż w CRT,

• jakość obrazu zależna od kąta widzenia,

• problem rozdzielczości - typowy $17$-calowy monitor LCD wyświetli obraz w trybie $1200$x$1024$, zaś monitor CRT o podobnej przekątnej wyświetli bez problemu rozdzielczość $1600$x$1200$.

Tabela 8. Podstawowe parametry monitorów LCD

Zasada działania ekranu plazmowego polega na doprowadzeniu mieszaniny gazów zamkniętych w trzech komorach do stanu plazmy. Każda komora ma luminofor dla innej składowej barwy (czerwona, zielona, niebieska) i razem tworzą jeden piksel. Zjonizowane gazy (głównie ksenon i neon) zaczynają emitować fotony światła ultrafioletowego, które padając na luminofor, pobudzają go do emisji światła widzialnego, odpowiedniego dla danego koloru.

Komory są umieszczone pomiędzy dwiema szklanymi płytami (płyta frontowa, przez którą ogląda się obraz oraz tylna). Do przeciwległych ścianek przymocowane są elektrody. Przyłożenie odpowiedniego napięcia elektrycznego powoduje jonizację gazu w komorze i świecenie luminoforu na określony kolor.

Sterowanie poszczególnymi pikselami ekranu, podobnie jak w wyświetlaczach LCD, odbywa się multipleksowo. Najpierw aktywowane są odpowiednie poziome linie pikseli, następnie – w drugim impulsie – włączane są odpowiednie piksele w danej linii.

Głównym elementem tego układu jest procesor wizyjny, który steruje m.in. czasem trwania impulsów plazmy, a tym samym ilością emitowanego światła. Informacje te są przesyłane do elektrod sterujących za pomocą sterownika adresów.

Równolegle zsynchronizowany sterownik linii uaktywnia odpowiednie linie zgodnie z informacją uzyskaną z układu czasowego. Praca układu podziałów czasowych zsynchronizowana jest z kolei z impulsami odchylania poziomego (H) oraz pionowego (V), pozyskanymi przez dekoder z sygnału wizyjnego.

Zalety monitorów PDP:

• szerszy kąt widzenia niż w LCD oraz lepsza konsystencja kolorów,

• lepszy współczynnik kontrastu od LCD,

• ma większą głębię czerni niż wyświetlacze LCD,

• odporniejszy na uszkodzenia mechaniczne od ekranu LCD,

• możliwość budowy ekranów dużych rozmiarów (typowe rozmiary to: , , , , , , , , , , , ),

• niska podatność na zniekształcenia obrazu spowodowane polem magnetycznym.

Wady monitorów PDP:

• większa masa niż panele LCD,

• większe zużycie prądu niż LCD,

• duże trudności techniczne przy budowie ekranów plazmowych małych rozmiarów (),

• tendencja do nierównomiernego wypalania luminoforu, zwłaszcza przy wyświetlaniu statycznego obrazu,

• na większych wysokościach, zazwyczaj powyżej $1800$ m n.p.m., wyświetlacze plazmowe wydają z siebie wyraźne brzęczenie,

• przy wyświetlaniu obrazu o bardzo wysokim kontraście pojawia się czasami „efekt tęczy” polegający na zielonych błyskach w czasie szybkiego przełączania z bieli do czerni,

• migotanie obrazu, widoczne szczególnie podczas wyświetlania jasnych scen.

Podobnie jak LCD działa wyświetlacz wykorzystujący linijkę trójkolorowych diod LED (ang. Light Emitting Diode) jako źródło światła. Dzięki temu ekran jest oświetlany równomiernie i łatwiej jest kontrolować jasność obrazu.

Każdy piksel obrazu (RGB) to warstwa ciekłego kryształu umieszczonego pomiędzy dwoma filtrami polaryzacyjnymi o prostopadłych płaszczyznach polaryzacji. Kombinacja trzech kolorów pozwala uzyskać miliony różnych barw, z białą włącznie (również w różnej temperaturze barwowej).

Wyświetlacze LED produkowane są przy użyciu dwóch metod:

• dyskretnej – diody montowane do płytki metodą przewlekaną, przechodzą przez płytkę na wylot i są lutowane na tylnej stronie,

• SMT (ang. Surface Mount Technology) – diody montowane powierzchniowo w formie chipu, jako elementy SMD (ang. Surface Mount Devices).

LVDS - (ang. Low‑Voltage Differential Signaling) standard transmisji danych i sygnałów za pomocą niskonapięciowego sygnału różnicowego.

Tabela 9. Przykładowe podstawowe parametry monitora LED mogącego pełnić funkcję telewizora

Zalety monitorów LED:

• energooszczędność,

• szersza paleta barw przy większym kontraście i wyższej jasności niż LCD,

• smuklejsza i cieńsza budowa.

Wady monitorów LED:

• wytwarzanie dużej ilości ciepła przez diody.

OLED (ang. Organic Light Emitting Diode) to technologia wyświetlaczy zawierających diodę LED złożoną z materiału organicznego (polimery), która emituje światło, gdy przepływa przez nią prądu.

Wyświetlacz taki zbudowany jest z kilku warstw półprzewodników przedstawionych na rysunku poniżej.

Podanie napięcia na elektrody powoduje przemieszczanie się elektronów i dziur – są one „podawane” przez katodę (elektrony) i anodę (dziury). W warstwie emisyjnej zachodzi ich rekombinacja, czemu towarzyszy emisja promieniowania elektromagnetycznego w zakresie widma widzialnego (świecenie w różnych kolorach). O jasności diody decyduje przyłożone napięcie. Kolor światła zależy od rodzaju polimeru w warstwie emisyjnej, jedna dioda ma ich kilka, aby świeciła różnymi kolorami.

Zalety monitorów OLED:

• nie wymagają podświetlania, co wiąże się z oszczędnością energii,

• szybki czas reakcji (poniżej $10\text{μs}$ w temp. $25°\text{C}$),

• bardzo dobra jakość obrazu: jasność, kontrast, kąt obserwacji,

• możliwość pracy zarówno w niskich, jak i wysokich temperaturach przemysłowych (np. $-40$ do $80°\text{C}$).

Wady monitorów OLED:

• diody OLED mają zróżnicowany balans kolorów,

• istnieje ryzyko utrwalenia się obrazu na ekranie,

• ograniczona żywotność materiałów organicznych.

Tabela 10. Podstawowe parametry ekranu monitora Odyssey G8 32” firmy Samsung w technologii OLED

Wyświetlacz

AMOLED (ang. Active Matrix Organic Light Emitting Diode) jest technologią opatentowaną przez firmę Samsung i opiera się na systemie aktywnej matrycy, wyposażonym w tranzystor cienkowarstwowy TFT (ang. Thin Film Transistor) do sterowania przepływem prądu w każdym pikselu. W praktyce aktywna matryca (AM) w technologii OLED służy do zarządzania poszczególnymi diodami ekranu, aby zaświeciły się precyzyjnie z odpowiednim natężeniem światła i w odpowiednim momencie.

Technologia jest kolejnym krokiem w rozwoju technologii OLED, umożliwiając budowę wyświetlacza o grubości mniejszej niż 1 mm (brak ograniczeń co do wymiarów) i oferującej jakość obrazu bez potrzeby podświetlania ekranu. Zużycie energii jest znacznie mniejsze niż w przypadku wszystkich innych technologii przy zachowaniu rewelacyjnej wydajności. Dodatkowo oferuje lepsze kąty widzenia, znacznie szybszą częstotliwość odświeżania i może być wykorzystywany w przemyśle.

Wadą tego rozwiązania jest pogarszającą się z upływem czasu jakość wyświetlacza i aktualnie większy koszt zakupu w porównaniu z innymi technologiami.

Przedstawiony układ rozbudowany jest o układ kompensacji sygnałów sterujących pikselami. Układy wykrywania przekazują informację o monitorowanych wartościach prądów i napięć do układu sterowania pomiarami oraz dalej do układu kompensującego. Następnie wartości te porównywane są z sygnałem pierwotnym wideo dla danego wejścia matrycy oraz sygnałów sąsiednich. Kompensacja potrzebna jest do tego, aby zminimalizować starzenie się matrycy AMOLED (wypalanie się i zmianę jasności).

Ekrany typu TFT (ang. Thin Film Transistor) są jednymi z najstarszych kolorowych wariantów wyświetlaczy LCD. Obecnie znajdziemy je głównie w starszych monitorach oraz sprzęcie elektronicznym. Dzięki kilkuletnim udoskonaleniom procesu produkcji urządzenia te do dzisiaj cechują się małymi problemami technicznymi. Budowa oparta jest na matrycy ze specjalnymi tranzystorami mogącymi zapamiętać natężenie światła poszczególnych pikseli obrazu, przez co nie muszą one być często odświeżane. Dodatkowo wbudowane kondensatory dostarczają im natomiast właściwą energię, dzięki czemu obraz uzyskuje odpowiednią jasność oraz kontrast. Wadą ekranów TFT jest słaby kąt widzenia również zauważalny wraz ze zwiększeniem się przekątnej wyświetlacza.

Ekrany typu IPS (ang. In‑Plane‑Switching) są udoskonaleniem wersji TFT.

Podstawową ich zaletą jest idealne odwzorowanie kolorów, większe kąty widzenia oraz bardziej ostry i wyrazisty obraz. Ekrany te odznaczają się także lepszym czasem reakcji niż klasyczne modele TFT. Poprawiają one płynność wyświetlania obrazu, zapobiegają występowaniu smużenia oraz artefaktów podczas wyświetlania szybko zmieniających się grafik.

Umożliwia to konstrukcja poprzez umieszczenie elektrody na tylnej ściance, natomiast same cząsteczki ciekłego kryształu nie są wobec siebie skręcone. Przyłożenie napięcia powoduje przepływ światła wzdłuż krótszych brzegów cząsteczek (rys. $4.17$).

Grafika interaktywna pt. „Budowa funkcjonalna urządzeń elektronicznych”DxNpUNQ6RGrafika interaktywna pt. „Budowa funkcjonalna urządzeń elektronicznych”

Wróć do spisu treściD15XOHD4MWróć do spisu treści

Powrót do materiału głównegoDDc7oBa11Powrót do materiału głównego