Οθόνη υπολογιστή

Η οθόνη του υπολογιστή (αγγλικά: monitor) είναι μια ηλεκτρική συσκευή που απεικονίζει εικόνες δημιουργημένες από υπολογιστές. Οι περισσότερες σύγχρονες οθόνες αποτελούνται από μια οθόνη υγρών κρυστάλλων, ενώ οι παλιότερες οθόνες βασίζονταν σε καθοδικό σωλήνα. Η οθόνη περιλαμβάνει την συσκευή απεικόνισης, καθώς και απλά ηλεκτρονικά κυκλώματα για να παράγει και να διαμορφώνει την εικόνα από το ηλεκτρικό σήμα που στέλνεται από την πηγή, και ένα συνήθως πλαστικό κάλυμμα. Στον υπολογιστή, υπάρχει κύκλωμα γραφικών (συχνά σε μορφή κάρτας οθόνης), το οποίο παράγει οπτικό σήμα σε μορφή συμβατή με την οθόνη.

Βασικά χαρακτηριστικά 
Βασικά χαρακτηριστικά που επηρεάζουν την ποιότητα απεικόνισης είναι τα εξής:

 Ανάλυση (resolution)
 Συχνότητα ανανέωσης πλαισίων (refresh rate)
 Γωνία θέασης (viewing angle)
 Ομοιομορφία απεικόνισης (display uniformity)
 Χρωματική πιστότητα
 Φωτεινότητα (luminosity)
 Λόγος αντίθεσης (contrast ratio)
 Ευκρίνεια
 Γεωμετρικά σφάλματα
 Χρόνος απόκρισης (response time)

Η ανάλυση είναι το χαρακτηριστικό που περιγράφει τον μέγιστο αριθμό εκονοστοιχείων (πίξελ) που μπορεί να απεικονίσει η οθόνη, σε κάθε μια από τις δύο διαστάσεις. Το χαρακτηριστικό αυτό μεταβάλλεται με τη χρησιμοποιούμενη συχνότητα ανανέωσης πλαισίων. Αυτό το τελευταίο φαινόμενο είναι ιδιαίτερα αισθητό στις οθόνες CRT, όπου οι μεγάλες αναλύσεις συνεπάγονται ιδιαίτερα χαμηλούς ρυθμούς ανανέωσης, με αποτέλεσμα να αρχίσει να γίνεται αισθητό το αναβόσβημα (flickering) της οθόνης. Όλες οι οθόνες υποστηρίζουν και χαμηλότερες αναλύσεις από τη μέγιστη που μπορούν να προβάλλουν.

Η συχνότητα ανανέωσης πλαισίων αφορά τον αριθμό των εικόνων (πλαισίων) τις οποίες απεικονίζει η οθόνη μέσα σε ένα δευτερόλεπτο. Προκειμένου η οθόνη να μπορεί να απεικονίζει μεταβαλλόμενες εικόνες, ο υπολογιστής ανανεώνει την εικόνα πολλές φορές το δευτερόλεπτο, ώστε να προκαλεί στον ανθρώπινο εγκέφαλο την ψευδαίσθηση της αδιατάρακτης συνέχειας της κίνησης (μεταίσθημα). Σε σύγκριση όμως με τη συμβατική τηλεόραση και τον κινηματογράφο, ο αριθμός των πλαισίων που απεικονίζονται ανά δευτερόλεπτο σε μια οθόνη υπολογιστή είναι πολύ μεγαλύτερος. Έτσι στις οθόνες CRT μια αποδεκτή απεικόνιση ξεκινά από τα 75 πλαίσια/δευτερόλεπτο, ενώ στις οθόνες LCD είναι αρκετά τα 60 πλαίσια/δευτερόλεπτο (λόγω διαφορετικού τρόπου σχηματισμού της εικόνας). Το χαρακτηριστικό αυτό δεν πρέπει να συγχέεται με το χρόνο απόκρισης.

Η γωνία θέασης περιγράφει τη γωνία (ως προς την κάθετο στην επιφάνεια της οθόνης) από την οποία μπορεί ο χρήστης βλέπει το λόγο αντίθεσης της εικόνας να μειώνεται κατά συγκεκριμένο ποσοστό (συνήθως στο 1/10 της ονομαστικής τιμής). Η βέλτιστη γωνία θέασης είναι πάντοτε 0 μοίρες.

Η ομοιομορφία απεικόνισης περιγράφει την ομοιογένεια στο φωτισμό της οθόνης και ελέγχεται απεικονίζοντας μία και μοναδική απόχρωση στην οθόνη. Είναι χαρακτηριστικό πρόβλημα κυρίως των οθονών LCD, στις οποίες το εκπεμπόμενο φως προέρχεται από ένα συγκεκριμένο χώρο στο πίσω μέρος της οθόνης (backlight). 

Η xρωματική πιστότητα περιγράφει την απόκλιση φωτεινότητας χρωμάτων από τις στάθμες που ορίζει κάποιο πρότυπο απεικόνισης (στις οικιακές οθόνες, αυτό είναι το sRGB), για διάφορες στάθμες φωτεινότητας. Η απόκλιση αυτή μετριέται με ειδικά όργανα και λογισμικό, ανάλογα με αυτά που χρησιμοποιούνται για τη χρωματική ρύθμιση (καλιμπράρισμα) των οθονών.

Η φωτεινότητα είναι σημαντική κυρίως κατά την παρακολούθηση πολυμέσων ή όταν ο περιβάλλων φωτισμός είναι πολύ ισχυρός. Εκφράζεται σε cd/m2.

Ο λόγος αντίθεσης περιγράφει το λόγο φωτεινότητας μεταξύ του λευκού και του μαύρου που μπορεί να απεικονίσει η οθόνη. Θεωρητικά έπρεπε να είναι άπειρη, πρακτικά επηρεάζεται τόσο από τη φωτεινότητα του λευκού όσο και από το πόσο σκοτεινό είναι το μαύρο που προσπαθεί να απεικονίσει. Π.χ. μια οθόνη με αντίθεση 500:1 έχει λευκό με 500 φορές μεγαλύτερη φωτεινότητα από το μαύρο που μπορεί να απεικονίσει.

Η ευκρίνεια μετριέται με ειδικά τεστ (π.χ. ανάγνωση κειμένου και απεικόνιση ειδικών εικόνων με πολύ λεπτές κατακόρυφες και οριζόντιες γραμμές) και δεν πρέπει να συνδέεται μόνο με την ανάλυση γιατί επηρεάζεται και από άλλα κυκλωματικά χαρακτηριστικά της οθόνης.

Τα γεωμετρικά σφάλματα αφορούν αποκλειστικά τις οθόνες CRT και περιγράφουν τις γεωμετρικές παραμορφώσεις στην απεικόνιση. Τέτοια σφάλματα είναι π.χ. κύκλοι που απεικονίζονται ως ελλείψεις και παραλληλόγραμμα που εμφανίζονται με τραπεζοειδές σχήμα. Στα σφάλματα αυτά συγκαταλέγονται και τα σφάλματα σύγκλισης χρωμάτων.

Ο χρόνος απόκρισης είναι ανεξάρτητος του ρυθμού ανανέωσης και περιγράφει το χρόνο που χρειάζεται η οθόνη για να αλλάξει τη φωτεινότητά της από μια συγκεκριμένη στάθμη σε μία άλλη. Μετριέται σε χιλιοστά του δευτερολέπτου (msec) και έχει σημαντικότερη επίδραση στα παιχνίδια δράσης.

Οι διαστάσεις του ορατού πλαισίου (συνήθως εκφράζονται με τη διαγώνιό του) καθορίζουν πόσο πραγματικά μεγάλη είναι η εικόνα. Στις CRT, οι ονομαστικές διαστάσεις διέφεραν σημαντικά από αυτές του ορατού πλαισίου.

Τέλος, ο λόγος διαστάσεων των δύο πλευρών (aspect ratio) του ορατού πλαισίου καθορίζει το πόσο «πλατιά» (wide) είναι μια οθόνη. Τα τελευταία χρόνια υπάρχει τάση για όλο και πλατύτερες οθόνες.

Τεχνολογίες οθονών

Οθόνες καθοδικού σωλήνα (Cathode Ray Tube, CRT) 
Οι οθόνες καθοδικού σωλήνα διαθέτουν καθοδικό σωλήνα (λυχνία). Η πρόσοψη σαρώνεται εσωτερικά από δέσμες ηλεκτρονίων που παράγονται από έναν έως τρεις (ανάλογα με το αν είναι μονόχρωμη ή έγχρωμη οθόνη), ηλεκτρονικούς εκτοξευτήρες (πυροβόλα). Η οδήγηση των δεσμών των εκτοξευτήρων στα κατάλληλα εικονοστοιχεία επιτυγχάνεται με τη χρήση μαγνητικού πεδίου το οποίο παράγεται από πηνία κάθετης και οριζόντιας απόκλισης τα οποία περιβάλλουν το λαιμό του καθοδικού σωλήνα.

Σήμερα η χρήση οθονών CRT στους υπολογιστές έχει υποχωρήσει σε πολύ μεγάλο βαθμό, λόγω των πρακτικών πλεονεκτημάτων των οθονών υγρού κρυστάλλου.

Οθόνες υγρού κρυστάλλου (Liquid Crystal Display, LCD) 
Μία οθόνη υγρών κρυστάλλων είναι ο συνδυασμός δύο φίλτρων πόλωσης και μίας διάταξης υγρών κρυστάλλων.
Ένας υγρός κρύσταλλος είναι μία ελεγχόμενη από ηλεκτρικό πεδίο διάταξη, η οποία μπορεί να αλλάζει ή να μη αλλάζει την πόλωση του φωτός που περνά μέσα απ' αυτό. Επειδή η διάταξη αυτή δεν παράγει μόνη της φως, χρησιμοποιείται ανάκλαση φωτισμού (backlight) που παράγεται από λαμπτήρες φθορισμού και κατευθύνεται προς τους υγρούς κρυστάλλους.

Τα τελευταία χρόνια άρχισε η διάθεση στην αγορά οθονών LCD που χρησιμοποιούν φωτοεκπέμπουσες διόδους (LED) αντί των λαμπτήρων φθορισμού.

Οθόνες πλάσματος 
Οι οθόνες πλάσματος χρησιμοποιούνται κυρίως στις τηλεοράσεις, αρκετές από τις οποίες διαθέτουν είσοδο για σύνδεση με υπολογιστή.

Τρόποι σύνδεσης 
Σήμερα, oι περισσότερες οθόνες υπολογιστή χρησιμοποιούν τους εξής τύπους σύνδεσης:

 Υποδοχή VGA (Video Graphics Array). Είναι σύνδεση αναλογικού τύπου, 15 ακροδεκτών, η οποία υπάρχει από την εποχή των οθονών CRT. Διαθέτει 3 ζεύγη αγωγών, ένα για κάθε βασικό χρώμα (κόκκινο, πράσινο, μπλε), καθώς και επιπλέον αγωγούς για τα σήματα κατακόρυφου και οριζόντιου συγχρονισμού των πλαισίων της εικόνας. Σε κάθε ένα από τα ζευγάρια αγωγών που μεταφέρουν αυτά τα σήματα, υπάρχει ηλεκτρικό σήμα με τάση που αυξομειώνεται ανάλογα με την ένταση του αντίστοιχου χρώματος. Επειδή όμως οι οθόνες LCD λειτουργούν με ψηφιακό τρόπο, χρησιμοποιούν μετατροπέα αναλογικού σε ψηφιακό σήμα, προκειμένου να μπορέσουν να αξιοποιήσουν τα αναλογικά σήματα της υποδοχής VGA. Αντίστοιχα, το κύκλωμα γραφικών του υπολογιστή έχει ήδη μετατρέψει την ψηφιακή πληροφορία εικόνας σε αναλογική, όπως απαιτεί το πρότυπο VGA.
 Υποδοχή DVI-D (Digital Video Interface). Είναι ψηφιακή σειριακή σύνδεση, 19 ακροδεκτών, η οποία κερδίζει συνεχώς έδαφος σε βάρος της VGA. Κι εδώ η οπτική πληροφορία μεταφέρεται από 3 ζεύγη αγωγών που μεταφέρουν τα βασικά χρώματα, όμως το ηλεκτρικό σήμα έχει δύο μόνο δυνατές στάθμες, φέροντας έτσι πληροφορία κωδικοποιημένη στο δυαδικό σύστημα. Σε κάθε ένα από τα τρία αυτά ζεύγη αγωγών χρώματος αντιστοιχεί ένα ζεύγος αγωγών με σήμα χρονισμού (clock). Το πλεονέκτημα της DVI-D είναι ότι δεν υπάρχουν απώλειες ποιότητας σε μετατροπές από αναλογικό σε ψηφιακό σήμα και αντίστροφα, καθώς η ροή πληροφορίας από το κύκλωμα γραφικών του υπολογιστή μέχρι το κύκλωμα οδήγησης των υγρών κρυστάλλων είναι καθαρά ψηφιακή.
 Υποδοχή DVI-D Dual-Link. Αυτή η παραλλαγή του DVI-D επιτυγχάνει διπλό εύρος ζώνης, χρησιμοποιώντας επιπλέον αγωγούς στο καλώδιο σύνδεσης. Έτσι είναι δυνατή η σύνδεση υπολογιστών με οθόνες πολύ υψηλών αναλύσεων (π.χ. τύπου WQXGA, με ανάλυση 2560x1600 εικονοστοιχείων).

Σε μερικά μοντέλα, συνυπάρχουν οι υποδοχές VGA και DVI-D.

Σε όλους τους σύγχρονους τρόπους σύνδεσης οθόνης με υπολογιστή υπάρχει πρόβλεψη αξιοποίησης των σημάτων αναγνώρισης οθόνης (δίαυλος DDC, Display Data Channel). Μέσω του διαύλου DDC, ο υπολογιστής μπορεί να διαβάσει τα χαρακτηριστικά της οθόνης (λειτουργία plug and play), ώστε:
 να περιορίσει τις επιλογές ανάλυσης και ρυθμού ανανέωσης της εικόνας μέσα στα όρια που μπορεί να δεχτεί η οθόνη ή ακόμη και
 να ρυθμίσει αυτόματα τα παραπάνω χαρακτηριστικά στις βέλτιστες τιμές τους.

Πηγές 
 Monitor specifications, TFT Central. Ανακτήθηκε 16/11/2009. 
 GLOSSARY LCD-MONITORS, www.prad.de. Ανακτήθηκε 16/11/2009. 
 A Complete Guide to the Digital Video Interface, DataPro International Inc. Ανακτήθηκε 16/11/2009. 
 Digital Visual Interface , Digital Display Working Group, 1999. Ανακτήθηκε 16/11/2009.

Εξωτερικοί σύνδεσμοι 

Περιφερειακά υπολογιστών
Τεχνολογίες προβολής