Tietokonenäyttö

Näyttö eli monitori on tietokoneeseen liitetty kuvaruutu, jolla voidaan esittää tekstiä tai grafiikkaa. Laitteelle on kehitetty myös termi näytin.
Näyttölaitteet voidaan tekniikkansa perusteella jakaa kahteen pääluokkaan: emittoiviin eli valoa säteileviin ja ei-emittoiviin eli valoa heijastaviin.
Historiaa.
Vaikka kuvaputkia on ollut tietokoneissa jo 1950-luvulta alkaen, tavallisessa käytössä näytön virkaa toimitti vielä 1960-luvulla yleisesti kaukokirjoittimen kaltainen paperille tulostava pääte. Näyttöpäätteet alkoivat syrjäyttää paperipäätteitä 1970-luvun aikana.
Varhaiset tietokoneiden kuvaputkinäytöt eivät perustuneet televisiotekniikassa käytettyyn juovapyyhkäisyyn vaan kuvion muodostavien viivojen (vektorien) piirtämiseen suoraan näyttöpinnan pisteestä toiseen hieman oskilloskoopin tai tutkanäytön tavoin. Vektorinäyttö oli muun muassa PDP-1:ssä. Kuvan piirto tapahtui usein täysin ohjelmallisesti ilman erillistä näytönohjainta, minkä vuoksi virkistystaajuus oli yleensä matala eikä ruudulle mahtunut kovinkaan monimutkainen kuva ilman häiritsevää välkyntää. Erilliset näytönohjainpiirit ja televisioista lainattu toimintaperiaate alkoivat vallata alaa 1970-luvulla.
Varhaiset tietokoneet saattoivat esittää tietoa paperitulosteen lisäksi vilkkuvilla valoilla. IBM esitteli mallin 740 "Cathode Ray Tube Output Recorder" -laitteen vuonna 1954. DAC-muuntimet ohjasivat katodisädeputkea ja piirsi hitaasti viivoja tietokoneen ohjauksen mukaan: tätä menetelmää on ryhdytty kutsumaan "vektorigrafiikaksi" erona muista teknologioista. 
Piirturin ajatus keksittiin vuonna 1953, mutta rahoituksen puutteen vuoksi sitä ei saatu markkinoille ennen vuotta 1959.
1960-luvulla Ivan Sutherland näki interaktiivisen kuvan kanssa toiminnan edut suunnittelutyössä ja kehitti Sketchpadin, jota ei koskaan markkinoitu. Interaktiiviseen toimintaan vaadittiin näyttölaitteiden kehitystä ja tietokoneet alkoivat olla riittävän nopeita piirtämään ja ylläpitämään kohtuullista tarkkuutta. IBM kehitti General Motorsille DAC-1:n, jonka kehitys johti IBM 2250 -vektorinäyttöihin IBM S/360:lle. Vektorinäytöt olivat huipputekniikka 1960- ja 1970-luvuilla, jolloin merkittäviä valmistajia olivat Evans &amp; Sutherland ja Vector General.
1960-luvulla keksittiin grafiikan esittämiseen kykenevä plasmanäyttö, jota käytettiin PLATO-järjestelmän päätteessä.
Tektronixin Robert H. Anderson keksi vuonna 1961 Direct-View Storage Tube (DVST) -tekniikan, jota käytettiin vuonna 1963 julkaistussa Tek 564 oskilloskoopissa. 
Tek 564:n näyttöä sovellettiin tietokonenäyttöihin. Tektronix julkaisi useita tekniikkaan perustuvia grafiikkaan kykeneviä päätteitä tämän jälkeen.
Niin sanottu ”tallennusputki” ("storage-tube") säilytti kuvan ilman kallista muistia eikä kuva vilkkunut. Haittana oli että kuva piti pyyhkiä ja esimerkiksi tekstin vierittäminen ei ollut mahdollista.
Vuonna 1974 Tektronix julkaisi 4014 päätteen, joka maksoi kun taas suora kilpailija IBM 2250 maksoi . 4014:n hinta nousi tämän jälkeen mahdollisesti vastauksena kysynnälle.
"Tallennusputki"-tekniikka oli yleinen tietokoneavusteisen suunnittelun järjestelmissä.
Ennen DRAM-muistien hintojen laskua näytön virkistykseen perustuvat rasterinäytöt olivat liian kalliita. 1980-luvulla muistien hinnat laskivat ja Tektronixin merkitys väheni: värigrafiikkaan oli suuri kiinnostus ja ”tallennusputkeen” perustuvaa värinäyttöä ei saatu valmistettua. Valmistajien oli kuitenkin vielä pitkään tarjottava päätteitä ja työasemia, jotka olivat yhteensopivia 4014:n kanssa.
1970-luvulla julkaistiin RAM-muistin mikropiirejä kuten Intel 1103, jolloin syntyi idea ASCII-merkkien esittämisestä merkkigeneraattorin () avulla kuvaputkinäytöllä. Tekniikka luki RAM-muistia näytönpäivityksen tahdissa, joka oli tuolloin lähellä piirin maksiminopeutta. Don Lancaster kuvasi tekniikkaa "Radio Electronics" -lehdessä syyskuussa 1973. Mikroprosessorin kehityksen myötä voitiin lukea 8-bittinen ASCII-merkki, etsiä bittikaava joka näytetään ja näyttää se näytöllä: tämän jälkeen laitteisto skannasi tiedon ja tuotti videosignaalin näytölle. Kun vektorinäytöt eivät pystyneet hyvin täytettyjen lohkojen piirtämiseen tai tuottamaan harmaasävyjä rasteritekniikka pystyi tähän. Harmaasävyä seurasi värien käyttäminen. Motorola 6847 -piiri pystyi piirtämään yksinkertaisia kuvia ja tekstiä synkronoituna mikroprosessorin kelloon ja muut valmistajat toivat vastaavia markkinoille: nämä olivat alkeellisia grafiikkaprosessoreita.
1980-luvulla näyttötekniikka kehittyi ja resoluutiot kasvoivat värimäärän kasvaessa. Pikselien määrän tuplaantuessa vaaka- ja pystysuunnassa kokonaismäärä nelinkertaistuu, joka kasvattaa myös tarvittavaa prosessointia nelinkertaisesti. Samalla kuvaputken on pystyttävä useampiin riveihin samassa ajassa ja oltava riittävän tarkka. Kehityksen myötä ei ollut enää eroa käytetäänkö näyttöä grafiikan vai tekstin näyttämiseen. 
Näyttöjä oli sekä yksivärinäyttöjä että värinäyttöjä. Välkkymisen rajoittamiseksi ilmestyi eri päivitystaajuuksia, jolloin näyttöjen oli pystyttävä useisiin eri näyttötilojen yhdistelmiin, joka nosti näyttöjen hintoja ja vain suuret tuotantomäärät pystyivät pitämään hinnat siedettävällä tasolla. 
Puolijohteisiin perustuvien litteiden näyttöjen kehitys alkoi ja ensimmäiset litteät paneelit julkaistiin 1990-luvulla. Välkkymisen vähentyminen, pienempi paino ja pienempi koko johtivat kuvaputken korvaamiseen useissa kohteissa. Työasemakoneet pystyivät entistä parempaan grafiikkaan, jolloin tietokoneet yleistyivät animaatioissa ja tietokoneavusteinen suunnittelu yleistyi hintojen laskiessa.
Yksivärinäyttöjen etuina olivat edullisempi hinta, korkeampi erottelutarkkuus ja vähäisempi välkkyminen. Kotitietokoneiden näyttöinä käytettiin usein televisiota, ja monen tietokoneen näyttötilat perustuivatkin Yhdysvalloissa käytetystä NTSC-televisiostandardista johdettuihin tarkkuuksiin, kuten 320×200, 640×200 tai 640×400. 
Laadukkaita suuritarkkuuksisia värinäyttöjä oli kyllä olemassa jo ennen 1990-lukua, mutta niitä käytettiin lähinnä kalliissa grafiikkatyöasemissa.
Yksivärinäytöissä välkyntä pyrittiin minimoimaan hitaalla loisteaineella, joka ei ehtinyt himmetä pyyhkäisyjen välillä. Näin kuvasta saatiin välkkymätön jopa vain muutamien kymmenten hertsien virkistystaajuuksilla, mutta sivuvaikutuksena oli esimerkiksi vierivää tekstiä tai liikkuvaa kohdistinta seuraava varjo. Yksivärinäyttöjen kuva oli yleensä vihreä mutta 1980-luvun jälkipuoliskolla valkoiset, keltaoranssit ja punaiset värit yleistyivät.
Nestekidenäytöt tulivat aluksi käyttöön digitaalikelloissa ja taskulaskimissa 1970-luvun puolivälin jälkeen. Ne pysyivät kuitenkin hyvin pitkään varsin pieninä ja erottelukyvyltään, nopeudeltaan sekä kontrastiltaan vaatimattomina, mistä johtuen useimmissa 1980-luvun alun kannettavissa tietokoneissa käytettiin pienikokoista kuvaputkinäyttöä. 1980-luvun puolivälissä litteät elektroluminesenssi- ja plasmanäytöt korvasivat kuvaputket kannettavissa laitteissa. Yksivärisyytensä ja kalliin hintansa vuoksi ne eivät kuitenkaan saaneet sijaa pöytäkoneissa. Kannettavissa tietokoneissakin EL- ja plasmanäytöt joutuivat varsin pian väistymään STN- ja DSTN-nestekidenäyttöjen tieltä. TFT-näytöt puolestaan syrjäyttivät DSTN-näytöt 1990-luvun puolivälin jälkeen.
Epäilyt kuvaputkinäyttöjen terveysvaikutuksista 1980- ja 1990-luvuilla.
1980-luvulla Ruotsissa ja Tanskassa huolestuttiin näyttöpäätteiden säteilyn mahdollisista terveyshaitoista. Kuvaputkessa saattaa syntyä pieni määrä röntgensäteilyä korkean kiihdytysjännitteen seurauksena. Television kuvaputkien säteilystä oli kirjoitettu lehdissä jo 1960-luvulla, mutta silloin oli tarkoituksena rauhoitella kansaa ydinkokeiden tuottamasta säteilystä, joka oli silloisten uutisten mukaan vähäisempää kuin televisioiden säteily. Näyttöpäätteiden säteilyn uskottiin Ruotsissa ja Tanskassa aiheuttavan esimerkiksi keskenmenoja ja muita raskaushäiriöitä ja Ruotsiin perustettiin sähköallergikkojen oma yhdistys. Joidenkin raporttien mukaan näyttöpäätetyö lisäsi keskenmenojen riskiä, mutta tarkemmissa tutkimuksissa tälle ei saatu vahvistusta. 2000-luvun alussa tutkimusaihe menetti merkityksensä, kun kuvaputkinäytöt korvautuivat nestekidenäytöillä, joissa ei voi syntyä röntgensäteilyä edes teoriassa. Fysiikan professori Tapio Ala-Nissilän mukaan laajat tutkimukset eivät ole löytäneet mitään haitallisia terveysvaikutuksia katodisädeputkista ja luonnon oma taustasäteily on voimakkaampaa.
Säteilykohun seurauksena monessa Suomessakin 1990-luvulla myydyssä tietokonenäytössä oli matalasta säteilytasosta kertova TCO-merkki. Lyhenne TCO viittaa , joka myönsi sertifikaatteja tietyt raja-arvot alittaville näytöille.
Tietokonenäyttöjen terveysvaikutuksia tutkittiin myös Suomessa. Keskenmenojen lisäksi näyttöpäätteiden epäiltiin aiheuttavan muun muassa ihon kutinaa. Erään tutkimuksen mukaan tavallinen näyttöpäätetyö ei lisännyt keskenmenojen riskiä, mutta yli 0,9 suuruisia magneettikenttiä tuottavien näyttöpäätteiden käyttö kasvatti keskenmenoriskiä. Muutamaa vuotta myöhemmin samat tutkijat julkaisivat jatkoartikkelin, jossa todettiin muun muassa, että valtaosa epidemiologisista tutkimuksista viittaa siihen, että näyttöpäätetyö ei aiheuta keskenmenoja, epämuodostumia sikiössä eikä sikiön kasvun hidastumista, mutta on jotain viitteitä siitä, että erittäin voimakkaat magneettikentät voivat moista aiheuttaa. Kohu kuitenkin laantui vähitellen, ja siirtyi koskemaan kännyköiden säteilyä.
Kuvaputkinäyttö (CRT).
Kuvaputkinäyttö käyttää samaa tekniikkaa kuin televisio. Näytön suurin ja raskain osa on ilmatiivis kuvaputki eli "katodisädeputki" (CRT, engl. lyhenne Cathode Ray Tube).
Värikuvaputkessa pisteväli kertoo kuvapinnan samanväristen loisteainepisteiden etäisyyden toisistaan. Mitä pienempi pisteväli, sitä terävämpi kuva. Pisteväli on monitorista riippuen yleensä 0,20–0,28 millimetriä.
Kuvatarkkuus eli resoluutio kertoo, kuinka monta kuvapistettä näytöllä voidaan esittää vaaka- ja pystysuunnassa. Mitä suurempi tarkkuus, sitä enemmän yksityiskohtia ruudulle mahtuu.
Virkistystaajuus tai kuvataajuus ilmaisee, kuinka monta kertaa sekunnissa kuvaa päivitetään. Kuvaputkinäytöillä virkistystaajuuden pitäisi olla vähintään 75 hertsiä tai mieluummin 85 hertsiä. Liian matalilla virkistystaajuuksilla kuvan välkkyminen voi käydä häiritseväksi, rasittaa silmiä ja aiheuttaa päänsärkyä. Laitteiston teknisten rajoitusten vuoksi virkistystaajuus on käänteisessä suhteessa kuvatarkkuuteen, joten heikompaan kuvatarkkuuteen tyydyttäessä on mahdollista käyttää korkeampaa virkistystaajuutta.
Näytön koko mitataan kuvaputken kulmasta kulmaan ja ilmoitetaan tuumina, mutta varsinainen kuva-ala on jonkin verran pienempi. Käytännössä suurempi näyttö mahdollistaa paremman tarkkuuden. Aiemmat 15-tuumaiset näytöt korvaantuivat 17-tuumaisilla joiden suositeltu tarkkuus on 1024×768 kuvapistettä. 19-tuumaisilla näytöillä voidaan käyttää 1280×960 pisteen resoluutiota. 21-tuumaisilla näytöllä on mahdollista käyttää 1600×1200 pisteen tarkkuutta.
Suurikokoiset kuvaputkinäytöt ovat painavia ja vievät paljon pöytätilaa. Tilan tarvetta on pienennetty tuomalla markkinoille niin kutsutuilla lyhytkaulaisilla kuvaputkilla varustettuja näyttöjä. Näyttöjen syvyydestä on saatu pois kymmenisen senttiä ja painoa pudotettua hieman alemmaksi.
Näyttöjen pinnanmuoto vaihtelee halvimpien mallien joka suuntaan kaartuvista kuvapinnoista kalliimpien mallien lähes tasomaisiin näyttöihin. Suora kuvapinta kerää huomattavasti vähemmän erilaisia heijastuksia ja kuva ulottuu kunnolla reunoille saakka. Halpojen näyttöjen kuvassa saattaa olla erilaisia vääristymiä ja virheitä, joiden poistaminen ei hyvien säätöjenkään avulla välttämättä onnistu. Eri näytöissä säädöt tehdään muutaman painikkeen ja kuvaruutuvalikkojen avulla.
Nestekidenäyttö (LCD).
Kannettavissa tietokoneissa eri tekniikoilla toteutettuja ohuita nestekidenäyttöjä (LCD) on käytetty jo pitkään. Halvimpien pöytäkoneidenkin seurana ne alkoivat olla vakiovarusteita pian vuosituhannen alun jälkeen.
Nestekidenäyttöjen tuumakoot eivät ole suoraan verrannollisia kuvaputkinäyttöjen tuumakokoihin, sillä kuvaputkinäytöistä mitataan kuvaputken halkaisija, mutta nestekidenäytöistä todellinen kuva-ala. 15-tuumainen nestekidenäyttö vastaakin kuva-alaltaan suunnilleen perinteistä 17 tuuman kuvaputkinäyttöä.
Nestekidenäytön paneeli koostuu pienistä soluista, joita ohjataan sähkövirralla. Näytön valaistuksen hoitaa paneelin takana oleva taustavalo.
Nestekidenäytön kuva on terävä, eikä siinä esiinny kuvaputkelle ominaisia muotovääristymiä. TFT-näytöt toistavat myös eri värisävyt kohtuullisen tarkasti, mutta yleisesti ottaen vain harvat TFT-näytöt kelpaavat värintoistoltaan ammattimaiseen kuvankäsittelyyn. Toinen nestekidenäyttöjen etu on pieni tilantarve. Ne eivät vaadi syvyyssuunnassa kuin murto-osan kuvaputkinäyttöjen viemästä tilasta. Ohut näyttö vie vähän pöytätilaa ja vähäisen painonsa vuoksi näytön paikkaa voi tarvittaessa helposti siirtää.
Nestekidenäyttöjen huonoja puolia on se, että kuvan terävyys riippuu esitysresoluutiosta. Lisäksi vanhojen nestekidenäyttöjen katselukulma oli hyvin rajallinen: kuva heikkeni siirryttäessä pois näytön edestä tai muutettaessa katselukulmaa pystysuunnassa. Nykyisissä näytöissä ilmiötä ei juurikaan huomaa.
Nestekidenäyttö on suunniteltu käytettäväksi tietyllä kuvatarkkuudella. Suurempaa tarkkuutta ei ole mahdollista käyttää. Jos matalampaa tarkkuutta halutaan käyttää koko näytöllä, kuva täytyy skaalata eli venyttää näytölle, jolloin kuvasta tulee sumea tai vanhemmissa näytöissä heikon skaalausjärjestelmän takia palikkamainen.
OLED-näytöt ovat emissiivisiä eivätkä tarvitse taustavaloa.
Plasmanäyttö.
Litteät plasmanäytöt olivat käytössä 1960-luvulta alkaen. 1990-luvun alussa kehitetty aktiivimatriisitekniikka ratkaisi TFT-näyttöjen ongelmakohtia ja johti plasmanäyttöjen syrjäyttämiseen.
Liitännät.
Yleinen tapa kytkeä näyttö näytönohjaimeen on ollut IBM PC -yhteensopivista peräisin oleva 15-nastainen analoginen VGA-liitin ja kaapeli. Kalliimmissa näytöissä ovat olleet käytössä BNC-liitännät, joissa jokainen kuvakomponentti kulkee omassa suojatussa kaapelissaan, jolloin häiriöiden määrä on pienempi.
Työasemissa on käytetty joukkoa erilaisia liitäntöjä kuten DB13W3.
Digitaaliseen tekniikkaan siirtymisen myötä DVI, HDMI ja DisplayPort ovat korvanneet VGA:n ja joissain tapauksissa käytetään myös USB-liitäntää (USB-C). Joissakin digitaaliseen tekniikkaan perustuvissa laitteissa on vielä VGA-liitäntä yhteensopivuuden vuoksi.
Muun muassa videoprojektoreista löytyy usein tuki tietokoneen kytkemiseen.
Asennus.
Näyttö voi olla esimerkiksi työpöydällä omalla jalustalla, seinätelineessä (Flat Display Mounting Interface, FDMI) tai räkkiasennuksena.