Zobrazovače, monitory
Monitory alebo tiež displeje patria k základným výstupným grafickým zariadeniam. Ako bolo spomenuté skôr, boli vyrábané aj vektorové monitory. Vo vektorom displeji je úsečka reprezentovaná súradnicami počiatočného a koncového bodu. Elektrónový lúč teda neprechádza cez celé tienidlo obrazovky, ale len cez úsečku. V súčasnosti sa však z väčšej miery používajú práve monitory rastrového typu. Pri tejto príležitosti treba spomenúť, že mnohé moderné zobrazovacie zariadenia sa z hľadiska programátora môžu javiť ako vektorové, konečný spôsob zobrazenia je však rastrový. Na tento prevod je v zobrazovacom adaptéri použitý špeciálny grafický procesor. Preto, po grafickej stránke, významnú úlohu pri zobrazovaní grafickej informácie nemá ani tak samotný monitor, ako skôr zobrazovacia karta (grafický adaptér), na ktorú je monitor pripojený.
Katódové obrazovky (CRT) si udržiavajú dominantnú pozíciu medzi zobrazovačmi. Tieto sú v podstate takmer nepostrádateľnou súčasťou zariadení na spracovanie údajov (najmä a v prvom rade počítačov), pretože majú stále najvýhodnejší pomer cena k počtu a rýchlosti zobrazovaných informácií. Majú však pomerne veľkú spotrebu a hlavne sú pomerne hlboké, čím sa nehodia do prenosných zariadení, ktoré sú v súčasnosti mimoriadne populárne. V týchto zariadeniach je potrebné aby bol zobrazovač plochý, s malou hĺbkou a spotrebou. Aj z tohto dôvodu bolo navrhnutých niekoľko iných technických riešení, najmä na zredukovanie hĺbky. Prvým je také riešenie, že hrdlo obrazovky je ohnuté o 90. Emitovaný zväzok elektrónov tak spočiatku letí rovnobežne s tienidlom a potom, v závere dráhy je ohnutý o 90 a dopadá na luminofor tienidla ako pri bežnej obrazovke. Druhé riešenie prezentuje patent japonskej firmy Matsushita. Tento patent je založený na úplne inom princípe. Napr. obrazovka s uhlopriečkou 36cm má hĺbku iba 6.25cm. Klasická elektrónová dýza je nahradená plochým extraktom s 15x200 otvormi. Za nimi je 15 vláknových katód prebiehajúcich cez celú šírku obrazovky. Tým pádom zhruba 3000 elektrónových lúčov dopadá po prechode vychyľovacími a zaostrovacími elektródami na cca 192000 trojfarebných obrazových bodov (pixelov). Každý pixel je samostatne adresovateľný. Celková spotreba obrazovky je len 7.5W. Oproti klasickej obrazovke má však cca o 25% menší jas. Okrem niekoľkých aplikácií sa však tieto konštrukcie v praxi neuplatnili. Z celkového pohľadu sa zdá, že aj keď sa konštruktéri a výrobcovia obrazoviek snažia neustále parametre obrazovky zlepšovať, je čas tejto poslednej spotrebnej elektrónky zrátaný a začínajú sa presadzovať iné druhy zobrazovačov.
Plazmové zobrazovače sú ďalším typom zobrazovača. Prenosné počítače stále viac získavajú na obľube. Tým stále viac aj rastú požiadavky na príslušné zobrazovacie prvky. Požiadavke tenších a ľahších zobrazovacích prvkov pre prenosné prístroje vyhovujú predovšetkým plazmové zobrazovače. Tieto najmä v monochromatickej verzii sú dnes už výrobne naplno zvládnuté. Majú aj priaznivé vlastnosti z hľadiska počtu zobrazovaných informácií. Optické zobrazenie požadovanej informácie vzniká privedením napätia na elektródy, ktoré sú hermeticky zatavené do skla. Vnútro zobrazovača je naplnené plynom (obyčajne neónom). Privedené napätie vyvolá svetielkovanie v tomto plyne. Plazmové zobrazovače (podobne ako elektrónkové obrazovky) patria medzi emisné typy zobrazovačov. Vyžarujú vlastné svetlo a tým sú energeticky náročnejšie ako LCD zobrazovače. Priemerná spotreba plazmového zobrazovača je cca 10-15 W. Súčasné plazmové zobrazovače sú svojimi vlastnosťami pre prenosné počítače jedny z najvýhodnejších spomedzi plochých zobrazovačov. Bežne sa vyrábajú s uhlopriečkou cca 26cm s rozlíšením 640x480 pixelov, ale vyrábajú sa aj typy z rozlíšením 1024x768 pixelov (špičkové modely 1600x1200). Oproti svojím najväčším konkurentom, ktoré predstavujú LCD zobrazovače, majú výhodu najmä vo veľkosti, kvalitnejšom a najmä rýchlejšom zobrazovaní. Takisto nie je nutné meniť rozhranie, pretože sú na úrovni riadenia kompatibilné s klasickými obrazovkami. Vývoj rýchlo speje k znižovaniu cien, k viacfarebným príp. plnofarebným modelom. Možno očakávať, že začnú konkurovať klasickým obrazovkám.
Elektroluminiscenčné zobrazovače patria k ďalšiemu typu plochých zobrazovačov. Tieto zobrazovače sa uplatnili pri konštrukcii počítačových terminálov využívajúc elektroluminiscenčný jav. Obraz u týchto zobrazovačov vzniká aktiváciou fosforujúcej vrstvy ZnS dotovanej mangánom pri pôsobení silného elektrického poľa. Elektroluminiscenčné zobrazovače sú monochromatické, ich svetlo je žltooranžové a sú výrobne i technologicky náročné (SHARP, FINLUX). Aj z týchto dôvodov sú drahé.
Zobrazovače z tekutých kryštálov (LCD) patria všeobecne k najperspektívnejšiemu typu plochého zobrazovača. Z tekutými zobrazovačmi sa dnes možno stretnúť všade, najznámejšie sú ich aplikácie v náramkových hodinkách a kalkulačkách. Najväčšou a najpodstatnejšou ich výhodou, oproti iným typom, je ich mnohonásobne nižší príkon. Medzi ďalšie výhody patria najmä nízka hmotnosť, malá hrúbka, technologicky nenáročná výroba a pritom vysoká výťažnosť výroby. Medzi nevýhody možno zaradiť nižší kontrast, malý uhol pozorovania, nevhodnosť na multiplexný režim zobrazovania, ale najmä ich pomerná pomalosť. Niekedy sa medzi nevýhody považuje aj ich neschopnosť emitovať vlastné svetlo, čo vedie k nutnosti ich presvetľovania a tým ku zvyšovaniu spotreby.
Základný princíp LCD (Liquid Crystal Display) zobrazovača je veľmi jednoduchý. Materiál tekutého kryštálu (olejovitého resp. koloidného charakteru) je vložený medzi dve sklenené doštičky, ktoré majú z vonkajšej strany nanesený priesvitný polarizátor a z vnútornej strany vyrovnávací prípravok, ktorý spôsobuje, že molekuly kryštálov sú zoradené rovnobežne so sklom. Keďže polarizátory sú natočené vzájomne o 90, molekuly kryštálu vytvoria deväťdesiatstupňový špirálový útvar, takže dopadajúce svetlo sa polarizuje, otáča o 90 a vychádza v tej istej rovine ako pri vstupe. Po privedení napätia na príslušnú elektródu (môžu mať rôzny tvar, sú priesvitné a inplantované na nosné sklíčko) sa molekuly kryštálu pôsobením elektrického poľa vzniknutého nad elektródou zoradia kolmo na sklo, nedôjde k natočeniu o 90° a oblasť neprepúšťa svetlo - javí sa ako čierna. Výhoda je, že tvar elektródy môže byť rôzny, čo sa bohato využíva najmä v elektronických hrách.
Pre zobrazovanie informácií vo výpočtovej technike však kvalita kalkulačkového zobrazovača zďaleka nestačí. Vývoj preto musel ísť ďalej. V súčasnosti existuje niekoľko typov tekutých kryštálov a spôsobov riadenia zobrazovačov LCD. Medzi najznámejšie a aj najpoužívanejšie patria nematické kryštály, označované ako TN (Twist Nematic) s uhlom natočenia 90o a ich dokonalejšia verzia STN (SuperTwist Nematic) s uhlom natočenia až 270o (ako základná surovina sa používajú dnes najviac kyanobifenily). Okrem týchto poznáme ešte aj smektické kryštály a najnovšie sa venuje veľká pozornosť výskumu feroelektrických krýštálov. Medzi ich základné prednosti patrí kratší čas odpovede a preto sú vhodné na zobrazenie pohybujúcich sa obrazov pri zachovaní príslušného kontrastu. Zobrazovací jav popísaný skôr platí pre NT-kryštály. Existujú aj kryštály matické. U týchto je to s otáčaním roviny presne opačne. Bez prítomnosti elektrického poľa sa polarizácia nemení a s elektrickým poľom sa polarizuje. V princípe nebráni nič použitiu aj matických kryštálov, ale ich výroba je drahšia a preto sa používajú kryštály nematické.
Základné spôsoby riadenia LCD zobrazovačov sú dva. Prvé jednoduchšie je multiplexné riadenie a druhé drahšie je aktívne maticové zobrazovanie. Multiplexované displeje LCD sú síce lacnejšie ale horšej kvality. Preto sa pri zobrazovaní dáva prednosť aktívnemu maticovému adresovaniu, ktoré je síce drahšie, má nižšiu výťažnosť, ale poskytuje väčší kontrast. Aktívne súčiastky sú vytvorené priamo na vlastnom substráte zobrazovača, v mieste každého obrazového bodu (pixelu). Vo väčšine prípadov sú to tenkovrstvé tranzistory vyrobené z amorfného kremíka alebo z CdSe (Selenid Cadmia). Priamym použitím STN kryštálov vznikli LCD zobrazovače väčších rozmerov. Najprv boli výrobne zvládnuté monochromatické typy, či už tmavomodré znaky na žltom pozadí. alebo biele znaky na tmavomodrom pozadí. Pridaním polarizátora, ktorý čiastočne spätne natáča kryštály pri žltom pozadí, alebo pridaním dichroického farbiva k typu s modrým pozadím, vznikli čiernobiele LCD zobrazovače. Technológie výroby LCD zobrazovačov sa neustále zlepšujú a v poslednom období sa objavilo niekoľko nových typov: D-ST (Double layer SuperTwist = dvojvrstvový supertwist), NTN (Neutralized STN), FTN (Formulated STN), MTN (Modulated STN) a CTN (Compensated STN). Tieto zobrazovače sa najviac hodia do prenosných prístrojov, sú však ešte stále pomerne drahé. Posledným stupňom vývoja LCD zobrazovačov je prechod k farebným modelom. Ide v podstate o tri jednoduché LCD vrstvy na sebe a každá je riadená jednou zložkou RGB signálu. Najďalej vo vývoji týchto typov sú najmä japonci (Sharp, Matsushita a pod.). Bežne sú predstavované už typy s uhlopriečkou 36cm a špičkové modely s 51cm dokonca až s 55 cm.
Takmer všetky doteraz popísané kryštály typu NT (STN, DST, FTN, MTN, CTN patria medzi tzv. pasívne LCD zobrazovače. Medzi základné nevýhody, ako už bolo spomenuté skôr, patrí nutnosť presvietenia. Takisto aby sa zvýšil kontrast sú tieto technológie dopĺňané rôznymi typmi a počtom filtrov a podsvietenia. Okrem týchto typov sa v súčasnosti derú do popredia síce drahšie, ale kvalitnejšie aktívne LCD zobrazovače. Ich určitý princíp bol naznačený už skôr. Táto technológia využíva tranzistor ako kondenzátor, čo je známe z technológie výroby pamätí RAM. Táto technológia dostala názov TFT (Thin Film Tranzistor). Na vytvorenie napr. farebnej VGA je potrebné viac ako 900 000 tranzistorov čo odpovedá zhruba jednej 1MB DRAM. Rozdiel je len v tom, že tu je to na väčšej ploche ako u čipu DRAM. Všetky bunky musia byť ale funkčné, pretože obraz by bol zlý. Preto sa jedna bunka vytvára s redundantným počtom tranzistorov. Táto aktívna technológia poskytuje dostatočne jasný aj kontrastný monochromatický alebo farebný obraz. Je však drahá a predstavuje minimálne polovicu ceny celého počítača (notebooku). Zlacnenou metódou je technológia MIM (Metal-Isolator-Metal). Je to v podstate obdoba diódovej matice. Nie je nutná redundancia diód a tým je lacnejší. Nutné je však dodať, že má menej kvalitný obraz ako pri technológii TFT. Aj keď jedinou nevýhodou oproti pasívnym technológiám je vysoká cena týchto technológií, presadzujú sa stále viac a v budúcnosti s rozvojom technológie je možné rátať so znížením ceny.
Monitor počítača, ale takisto nazývaný displej, obrazovka či zobrazovacia jednotka, sa radí ku štandardným výstupom počítača. Počítač, podobne ako domácnosť, môže byť vybavený ako monochromatickým ( napr. čierno-bielym, čierno-zeleným príp. jantárovo-čiernym) monitorom, tak aj monitorom farebným. Rozdiel je samozrejme v cene a farebný monitor stojí viac ako monitor monochromatický. V dnešnej dobe ale už ceny aj monitorov klesli natoľko, že monochromatické monitory používatelia už kupujú menej a dávajú prednosť "farbe". Monitor pracuje v dvoch režimoch. Sú to:
Textový mód sa nastavuje implicitne. Vtedy sú na obrazovku vypisované texty resp. znaky. Na to, aby sa znak vypísal stačí poslať len jeho kód. Tvar znaku je uložený v tabuľke znakov. Tabuľka znakov sa nazýva font. Častokrát býva k dispozícii niekoľko fontov.
Grafický mód je nutné zapnúť. Väčšina aplikáciií to robí. Počas grafického módu sa predávajú informácie o každom bode, ktorý sa zobrazuje na monitore. Predáva sa teda pomerne veľké kvantum informácií. Ale na druhej strane, je možné v grafickom režime zobraziť skoro všetko, vrátane obrázkov.
Riadenie monitora je vykonávané prídavnou doskou (zobrazovacou kartou), ktorá sa tiež nazýva grafický zobrazovací adaptér. Typ adaptéra musí byť volený tak, aby mohol pracovať s príslušným typom monitora.
K základnej jednotke je monitor pripojený pomocou signálového kábla a väčšinou aj napájacieho kábla. Potom je možné zapnúť a vypnúť celú zostavu len sieťovým vypínačom základnej jednotky. Z hľadiska zobrazovacích možností a tým vlastne pracovnej plochy na obrazovke monitora, nutné ešte rozlišovať veľkosť (uhlopriečku) samotnej obrazovky monitora. Sú vyrábané monitory od 9" (palcov, 1 palec = 2,54 cm). Pre bežné domáce (teda častokrát najmä hry) alebo kancelárske použitie sa dnes ešte poväčšinou z hľadiska pomeru cena/výkon používa klasický 14" monitor, najmä farebný. Ak je však predpoklad práce v grafickom rozhraní (Windows95/98/NT a pod.) je vhodné si priplatiť a kúpiť aspoň 15" monitor najlepšie s digitálnym riadením. Optimálne pre prácu s počítačovou grafikou, multimédiami, CAD systémami a programami pre sadzbu dokumentov (DTP) sa doporučuje monitor s väčšou uhlopriečkou aspoň 17" optimálne až 21". Hitom poslednej doby sa stali najmä ploché LCD monitory. Tieto typy sa síce už štandardne používajú pri prenosných typoch počítačov, avšak dnes vo forme veľkých plochých monitorov čoraz dôraznejšie útočia na pozíciu klasických CRT monitorov, ktoré sa dominantne používajú pri stolných zostavách PC. Ich použitím sa znižuje spotreba, namáhanie očí, zaberaný priestor (t.j. najmä hĺbka monitora) a aj hmotnosť monitora.