Современные аппаратные средства растровой графики

2.3. Устройства вывода

Дисплеи

Дисплеи являются самым распространенным типом устройств вывода графической информации. Они применяются везде - от мобильных телефонов до рекламных щитов.

Дисплеи на ЭЛТ

Самый распространенный^{5с учетом телевизоров} тип дисплеев среднего размера. Основан на использовании ЭЛТ - Электронно-Лучевой Трубки (англ. CRT). ЭЛТ устроена следующим образом.

Электроны сначала ускоряются электромагнитным полем, а затем отклоняются в нужном направлении перпендикулярным полем (эта часть ЭЛТ называется пушкой ). При попадании на поверхность экрана они вызывают свечение установленных там частиц люминофора, которое и воспринимается наблюдателем. Чем большее ускорение (а следовательно, большую энергию) получил электрон, тем ярче светится люминофор. У цветных дисплеев имеется 3 пушки для каждого из базисных RGB-цветов, а по поверхности экрана равномерно распределены частицы люминофора, соответствующие базисным цветам. Чтобы электроны, выпущенные из соответствующей пушки, попали только на люминофор своего цвета перед экраном ставится щелевая маска или апертурная решетка. Время послесвечения люминофора незначительно, и изображение постоянно обновляется; для вывода одного кадра пушка выпускает электроны последовательно слева направо в каждой строке и по строкам снизу вверх. Количество обновлений всего изображения в секунду носит название частота обновления или частота развертки (англ. refresh rate). Она должна быть достаточно высокой (> 75 Гц), чтобы не возникало утомляющего глаза мерцания.

Рис. 2.4. Дисплей на ЭЛТ.

Проблемой мониторов на ЭЛТ является то, что яркость свечения люминофора зависит от энергии попавшего на него электрона (в свою очередь определяемой напряжением в пушке V_s ) не линейно, а по закону . Для большинства ЭЛТ . Для того чтобы компенсировать этот эффект, применяют т.н. гамма-коррекцию, т.е. подачу на пушку скорректированного напряжения .

Гамма-коррекция может также осуществляться программно, соответствующим изменением цвета пикселей. Для цветных ЭЛТ дисплеев, вообще говоря, своя для каждого из базисных RGB-цветов, но в простых системах это не учитывают.

Основными недостатками дисплеев на ЭЛТ являются сравнительно большие размер и вес, а также геометрические искажения на периферии экрана. Впрочем, последний недостаток в современных устройствах устранен. Основные достоинства - хорошая цветопередача и способность приемлемо работать в широком диапазоне разрешений экрана, в отличие от ЖК-дисплеев.

Разрешение зависит от плотности частиц люминофора на поверхности дисплея. Типичные значения - 85-130 ppi. Практически все ЭЛТ-дисплеи имеют аспектовое отношение 4:3.

Жидкокристаллические дисплеи

Рис. 2.5. Жидкокристаллический дисплей.

В настоящее время занимают доминирующую позицию (по сравнению с ЭЛТ) в качестве дисплеев персональных компьютеров. Единственный вид дисплеев, используемый в ноутбуках на настоящий момент. Устроены они следующим образом:

Сзади дисплея встроена лампа, свет от которой проходит или не проходит через экран. Экран жидкокристаллического дисплея состоит из 5 слоев: с двух сторон слои поляризационных фильтров и электродов, а посередине - слой жидких кристаллов. Для каждого пикселя слой жидких кристаллов состоит из нескольких молекул в ряд. При отсутствии напряжения этот ряд имеет форму спирали и свет полностью проходит через внешний фильтр (т.е. пиксель светится). При подаче напряжения на электроды молекулы распрямляются в ровный ряд и свет идет перепендикулярно внешнему фильтру и не проходит через него (т.е. пиксель - темный). Величина напряжения позволяет регулировать яркость. Цветное изображение формируется, как и в фотоаппаратах, с помощью микросветофильтров.

Основными достоинствами жидкокристаллических дисплеев являются меньшие, чем у ЭЛТ-дисплеев, размер в глубину, вес и энергопотребление, большая четкость. Помимо этого отсутствует мерцание изображения, наблюдающееся у ЭЛТ-дисплеев, что приводит к меньшему утомлению глаз. Недостатками являются: худшая, чем у ЭЛТ-дисплеев, цветопередача; цветовые искажения при косых углах зрения; большое среднее время реакции (время переключения с одного цвета на другой, типичное значение - 25 мс, т.е. максимум 40 кадр/с), что приводит к "смазыванию" динамично меняющихся изображений (прежде всего в видео и компьютерных играх), а также недостаточно темный черный цвет (т.к. на самом деле не весь свет удается блокировать кристаллом).

Типичное разрешение такое же, как и у ЭЛТ-дисплеев, - 85-130 ppi. Аспектовое отношение - 4:3 или 16:10 (т.н. широкоэкранные дисплеи ).

Другие типы дисплеев

Также существуют менее распространенные типы дисплеев, в том числе и те, которые только появляются на рынке.

• Плазменные панели. В плазменных панелях, подобно ЖК-панелям, экран состоит из нескольких слоев; так же, как и у ЖК-панелей, с двух сторон подведены электроды, только между ними находятся уже не жидкие кристаллы, а смесь инертных газов неона и ксенона. При подаче напряжения на электроды через смесь газов начинает проходить ток, что приводит к испусканию ионов, которые, как и в ЭЛТ-дисплеях, попадая на находящиеся в верхнем слое частицы люминофора вызывают его свечение. Так как в плазменных дисплеях используется люминофор, подобный тому, что используется в ЭЛТ-дисплеях, то и цветовые гаммы у них близки. Основные достоинства: они имеют малую глубину (порядка 10 см) и в то же время легко можно получить дисплей большого размера; помимо этого они обладают отличной яркостью. К недостаткам следует отнести высокую цену и большое энергопотребление, сравнимое с ЭЛТ для одинаковой площади экрана.
• Дисплеи на светодиодах. Светоизлучающий диод (англ. LED - Light Emission Diode) - это полупроводниковый диод, обладающий дополнительным свойством испускания фотонов определенного цвета при прохождении через него электрического тока. Для построения цветного дисплея для каждого пикселя берется три светодиода - с соответствующими красному, зеленому и синему цветами излучения. Множество таких троек, расположенных на прямоугольной сетке, и образуют экран. Используются в основном для больших наружных дисплеев (реклама и т.п.).
• Дисплеи на органических светодиодах. Органические светодиоды (англ. OLED - Organic LED) - это светодиоды, при производстве которых используются органические материалы, в частности полимеры, которые обладают свойством гибкости, что позволяет производить гибкие дисплеи. Также их достоинством является то, что их можно производить путем процесса, напоминающего струйную печать, т.е. сравнительно дешево. В настоящее время они используются в основном в портативных устройствах, таких как MP3-плейеры, но возможно найдут более широкое применение в будущем.
• "Электронная бумага". Гибкие дисплеи, способные заменить обычную бумагу. От других типов отличаются тем, что рассчитаны не на постоянное обновление изображения, а наоборот, на его длительное сохранение без электрической энергии. Это является одним из основных требований. Разработано несколько технологий, удовлетворяющих этим требованиям, на данный момент они находятся на стадии прототипов.

Существуют еще некоторые перспективные технологии, которые потенциально могут служить для производства дисплеев, но они остаются за рамками данной книги ввиду своей незрелости.