W marcu tego roku wspomniałem tutaj o dwóch moich artykułach opublikowanych w czwartym numerze magazynu „CD-Action Retro”. Jeden z nich traktował o rozwoju ekranów komputerowych w latach osiemdziesiątych i dziewięćdziesiątych. Jego przyczynkiem był ten post w którym zebrałem sporo ciekawych przypadków, jednak w sposób niezbyt uporządkowany i bez wytłumaczenia szczegółów technologicznych. Oczywiście umawiając się na artykuł z magazynem podzieliłem się linkiem do posta, żeby użyć go jako przykładu i uzgodnić detale, a także uniknąć potencjalnego zarzutu o autoplagiat.

W procesie redagowania powypadało trochę technikaliów, ponieważ pierwszy draft artykułu wyszedł nazbyt szczegółowy, a przez to za długi względem ram wyznaczonych przez magazyn. Prasa papierowa jak wiadomo rządzi się swoimi prawami, zwłaszcza że papier ostatnimi czasy bardzo podrożał. Z jednej strony uważam, że dobrze to zrobiło artykułowi i stał się bardziej dostępny dla szerokiej publiczności. Z drugiej – trochę szkoda mi było pewnych fragmentów, które wypadły w edycji. Historia rozwoju wyświetlaczy jest dla mnie fascynującym zagadnieniem i bardzo chciałem podzielić się różnymi ciekawostkami.

Dzięki uprzejmości Jerzego Poprawy umówiliśmy się jednak w ten sposób, że po jakimś czasie od momentu gdy drukowane egzemplarze wrócą z kiosków do wydawcy będę mógł opublikować nieokrojony tekst na łamach Jawnych Snów. Poniżej zatem znajdziecie rozszerzoną wersję artykułu, dodatkowo zilustrowaną nieco innym zestawem zdjęć. Zapraszam do lektury!

---

Na początku lat osiemdziesiątych kwestia wyświetlania była stosunkowo prosta. Domowe mikrokomputery, jak Atari, Spectrum i Commodore, podłączano do telewizorów, a stacjonarne komputery biznesowe do dedykowanych monitorów kineskopowych. Przykładowo, wypuszczony w roku 1981 IBM PC model 5150 można było sparować z monitorem IBM 5151obsługującym standardy MDA lub CGA. I choć parametry ówczesnych ekranów znacznie odstawały od tych z którymi mieliśmy styczność w obecnym milenium, to zapewniały wystarczającą jakość obrazu do względnie komfortowej pracy – lub grania.

Przenośna prehistoria

Problem pojawiał się jednak w przypadku pierwszych komputerów przenośnych. Nie rozpieszczały użytkowników tak jak dzisiejsze laptopy: były duże, ciężkie i nieporęczne. Nie posiadały baterii, więc działały wyłącznie tam, gdzie można było pobierać z gniazdka. Na domiar złego ich wyświetlacze były, podobnie jak cała reszta, mocno ograniczone możliwościami ówczesnej technologii. Osborne 1 z 1981, Kaypro II z 1982 oraz Compaq Portable z 1983 roku miały w przybliżeniu wielkość i wagę średniej walizki (ponad 10 kilogramów), a ich producenci po prostu zamknęli w nich monochromatyczne monitory katodowe o przekątnej 5 (Osborne) i 9 cali (pozostałe). Podobne rozwiązanie zastosowano też w ciut spóźnionym Commodore SX-64 oraz IBM Portable PC 5155 Model 68 z 1984 roku. Dało się na nich pisać, obliczać i grać, jednak nie tędy wiodła droga do miniaturyzacji. 

We wczesnych latach osiemdziesiątych próbowano wykorzystać technologię wyświetlaczy ciekłokrystalicznych (LCD), które w poprzedniej dekadzie zawitały już między innymi w zegarkach (Seiko 06LC) i kalkulatorach (Sharp EL-805). Latem 1980 roku w Stanach Zjednoczonych sieć sklepów RadioShack należąca do firmy Tandy zaprezentowała TRS-80 Pocket Computer z 24–znakowym  wyświetlaczem alfanumerycznym. Był to rebrandowany japoński minikomputerek Sharp PC-1211 z 4-bitowym prcesorem, 1,5kB RAM i wbudowanym językiem BASIC. W Ameryce reklamował go nestor science-fiction, pisarz Isaac Asmov. Z kolei w 1982 światło dzienne ujrzał 1982 Epson HX-20 z wyświetlaczem LCD o rozdzielczości 120×32 piksele, na którym mieściły się cztery linijki po 20 znaków. Choć z czasem właśnie ta technologia stała się dominującą, to na początku raczej nie porywała swoimi możliwościami.

Okres żółty – elektroluminescencja

Z tego powodu eksperymentowano też z innymi technologiami, a mianowicie wyświetlaczami plazmowymi oraz opartymi o zjawisko elektroluminescencji (ELD – Electroluminescent Displays). Upraszczając do granic możliwości, piksele w takim ekranie to po prostu malutkie kondensatory z przezroczystą frontową elektrodą i fosforem osadzonym w warstwie dielektryka, które pobudzone prądem zmiennym emitują światło, najczęściej żółte. Przyjrzyjmy się najpierw tym ostatnim, ponieważ jeszcze w 1982 na rynku pojawia się pierwszy przenośny komputer GRiD Compass 1101 z żółto-czarnym ekranem ELD o rozdzielczości 320×240 pikseli. W porównaniu z LCD cechowały go wyższa jasność, kontrast, czas reakcji i szerokie kąty widzenia. Późniejszy model GRiD Compass II 1139 o podwyższonej rozdzielości 512×256 pikseli widzieliśmy w drugiej części filmu „Obcy” z 1986 roku – kosmiczni marines obsługiwali przy ich pomocy automatyczne karabiny maszynowe UA 571-C.

Poza pionierskim zastosowaniem wyświetlacza elektorluminescencyjnego GRiD Compass jako pierwsze wprowadziły popularną po dziś dzień formę laptopów z klapką (ang. „clamshell design”), były też ekranowane zgodnie ze standardem Tempest (NSA, NATO) i wykorzystywane m.in. w NASA. Niestety, używały własnego systemu operacyjnego, miały mało RAMu i nie nadawały się do grania. Dopiero późniejsze wersje zostały zmodyfikowane tak, by umożliwić uruchomienie MS-DOS. 

Poza komputerami GRiD wyświetlacze elektroluminescencyjne zostały użyte także w HP Integral PC 9807A (1984), Data General One model 2 i 2T (1986 i 1987) oraz przenośnym klonie Macintosha o nazwie Dynamac EL-1701-A (1987). Można było na nich grać w gry, aczkolwiek wyłącznie takie, które udostępniały monochromatyczną wersję oprawy graficznej, na przykład SimCity czy Prince of Persia. Obecnie wyświetlacze ELD najczęściej można spotkać w zastosowaniach przemysłowych, medycznych i militarnych, oferują bowiem o wiele większą trwałość oraz odporność na temperatury niże ekrany LCD.

Okres pomarańczowy – plazma

Kolejną technologią którą próbowano zastosować do wyświetlaczy w sprzętach przenośnych były panele plazmowe (PDP – Plasma Display Panel). W takim panelu każdy piksel to jakby maleńka lampa neonowa, w której światło emituje plazma, czyli po prostu zjonizowany pod wpływem napięcia gaz. Już w latach siedemdziesiątych wykorzystywano je w Stanach Zjednoczonych, między innymi jako ekrany bankomatów (zdjęcie po prawej) i stacjonarnych komputerów edukacyjnych PLATO. Początkowo utrzymane w charakterystycznym odcieniu oranżu, z czasem zaczęły zyskiwać więcej barw, aż w końcu wyewoluowały z nich telewizory plazmowe, jakie jeszcze niedawno można było kupić w sklepach. 

Jako pierwsza w komputerach przenośnych zamontowała je korporacja Toshiba w modelu T3100 z 1986. Monochromatyczny panel 640×400 pikseli pozwalał na wyświetlanie obrazu CGA poprzez wykorzystanie ditheringu: cztery piksele fizycznego ekranu tworzyły jeden piksel CGA w rozdzielczości 320×200. Możliwe było także wykorzystanie całej rozdzielczości w specjalnym trybie mono częściowo zgodnym z Olivetti/AT&T 6300. Ciekawostka: Toshiba T3100 pojawia się na moment w tle filmu „Atomic Blonde”, kiedy tytułowa agentka przebywa w tajnej kwaterze w Berlinie Wschodnim.

Kolejne modele Toshiby stanowią kronikę rozwoju paneli plazmowych: T3200 i T5100 z 1987 to już ekrany EGA o cztery poziomach pomarańczowego i rozdzielczość 640×400, a T3200SX i T5200 z 1989 – VGA o rozdzielczości 640×480 w piętnastu odcieniach pomarańczowego i czarnym (tak, dopiero wtedy nauczyli się robić porządny czarny). Poza nimi wyświetlacze plazmowe znaleźć można było w Compaq Portable III (1986), Schneider PC 7640 (1988), IBM PS/2 P70 (1989), ale też w mniej znanych GRiDCase 3 (1986) lub PC-9801LS (laptop z popularnej w Japonii serii PC-98, 1988). 

Podobnie jak w przypadku ELD, obraz generowany przez panele PDP był wyraźny, jasny i pozbawiony jakiegokolwiek smużenia, a dodatkowo w miarę rozwoju zyskiwał gradację odcieni. Do grania obie technologie nadawały się zatem całkiem nieźle, pominąwszy oczywiście brak kolorów. Niestety były bardzo prądożerne, co w zasadzie wykluczało pracę na baterii i uwiązywało użytkowników w bezpośredniej bliskości gniazdka sieciowego. Komputery przenośne bez baterii które potrzebowały zasilania z sieci określano angielskim terminem “luggable” od czasownika “to lug” czyli tachać, taszczyć, wlec, co ładnie oddaje ich wagę i nieporęczność.

Z prądożernością paneli PDP wiąże się pewna ciekawostka: użytkownicy Windows 3.1 mogą pamiętać występujący tam schemat kolorystyczny o nazwie „Plasma Power Saver”, mieszający różowy, niebieski i czarny tak, że aż oczy łzawiły. Był on przeznaczony właśnie dla wyświetlaczy plazmowych i pozwalał nieco zmniejszyć intensywność barw na ekranie, a przez to ograniczyć zużycie energii.

Okres szarozielonkawy – pierwsze kroki LCD

Skoro w kwestii ekranów plazmowych i elektroluminescencyjnych dobrnęliśmy do końca lat osiemdziesiątych, wróćmy przyjrzeć się rozwojowi technologii LCD. Nie unikniemy tu odrobiny naukowej terminologii. Pierwsze wyświetlacze w zegarkach, kalkulatorach i wspomnianych na początku przenośnych mikrokomputerach oparte były o monochromatyczne TN-LCD (Twisted Nematic – efekt skręconego nematyka). Niestety nie pozwalały one na wyższą rozdzielczość, ich bezwładność była olbrzymia, a kąty widzenia bardzo słabe.

Dopiero wynalezienie w 1983 roku technologii STN (ang. Super-Twisted Nematic, po polsku efekt skręconego nematyka w warstwie superskręconej ciekłego kryształu) pozwoliło na wprowadzenie ekranów komputerowych o rozdzielczościach zbliżonych do współczesnych, początkowo 640×200 pikseli. Wyświetlacze takie wykorzystano w wielu komputerach przenośnych, na przykład SONY SMC-210DL6 (1986), Toshiba T1100 (1987) czy wspomnianych wcześniej Data General One model 2 i 2T (w tańszych wariantach zamiast ELD). Wciąż monochromatyczne, pasywne i niepodświetlone, o kiepskim kontraście i kątach widzenia, smużące na potęgę – praca i granie na nich były męczarnią dla oczu. Co nie znaczy, że nie próbowano: jeśli kiedyś mieliście w rękach oryginalnego Game Boya z 1989 roku, to jego ekranik był wykonany właśnie w w technologii STN.

Częstym zjawiskiem spotykanym we wczesnych komputerach przenośnych z ekranami STN była inwersja kolorystyczna: żeby ułatwić korzystanie użytkownikom biznesowym pracującym przede wszystkim z liczbami i tekstem, barwy były odwrócone. Karta CGA produkowała obraz z białymi literami na czarnym tle, natomiast wbudowany ekran LCD wyświetlał ciemne litery na jasnym tle. Oczywiście totalnie psuło to szyki graczom. W niektórych komputerach można było zmienić ustawienia specjalnym przełącznikiem, a w niektórych grach włączyć dedykowany tryb graficzny z odwróconymi kolorami, żeby skontrować inwersję ekranu. Na przykład w Total Eclipse (1998) wersji dla MS-DOS taki tryb nosił nazwę „LCD CGA”.

Kolejne lata przyniosły drobną ulgę w postaci drobnego polepszenia kontrastu oraz dodanego podświetlenia, które skutkowało zmianą koloru na biało-niebieski (np. Toshiba T1200XE czy Sharp PC-4500) na skutek polaryzacji przechodzącego przez ciekły kryształ światła. Były to jednak drobne zmiany, które nadal nie poprawiły specjalnie komfortu pracy. Krokiem w dobrą stronę był kolejny przełom technologiczny, jaki stanowiło pojawienie się wyświetlaczy DSTN (ang. Dual-scan Super Twisted Nematic lub Double-layer SuperTwisted Nematic, po polsku dwuwarstwowy STN). Nadal były one pasywne, ale ich częstotliwości odświeżania wzrosły, kąty widzenia i kontrast zostały poprawione oraz wreszcie pojawiły się kolory. Z punktu widzenia gracza było to wreszcie w miarę akceptowalne rozwiązanie, choć oczywiście nadal bez porównania wobec monitorów CRT. Doom czy inne szybkie gry, zwłaszcza w 3D, bezlitośnie obnażały słabości DSTN, ale do spokojniejszych tytułów w rodzaju przygodówek czy RPG nadawały się już całkiem nieźle.

Początki przyszłości

Przyszłość jaką znamy nadeszła kiedy do masowego użytku wkroczyły wreszcie ekrany aktywne, wykorzystujące technologię TFT LCD (ang. Thin-Film Transistor, co oznacza aktywną matrycę sterowaną tranzystorami cienkowarstwowymi). Podkreślam słowo masowego, gdyż pierwsze takie wyświetlacze zostały skonstruowane jeszcze w latach siedemdziesiątych. W roku 1991 na rynku pojawił się Macintosh Portable od Apple z czarno-białym wyświetlaczem 640×400 pikseli oraz majestatyczna Toshiba T3200SXC, pierwszy przenośny komputer z kolorowym aktywnym ekranem VGA o rozdzielczości 640×480 pikseli (kosztował, bagatela, ponad siedem tysięcy dolarów). Warto zaznaczyć, że w trybie 640×480 dostępnych było tylko 16, a w trybie 320×200 – 256 barw. O rok późniejszy  ekran Toshiby T4400SXC, pierwszego na świecie laptopa z baterią, aktywną matrycą TFT oraz procesorem 486, dysponował już 512 kolorami.

Tak czy owak wyświetlacze TFT LCD wyeliminowały wreszcie smużenie, wcześniej będące nieodłącznym efektem ubocznym użytkowania ekranów ciekłokrystalicznych, a także skokowo poprawiły kontrast i kąty widzenia. Nadal szeroko wykorzystywano ekrany DSTN z prozaicznej przyczyny: były znacznie tańsze w produkcji. Początkowo różnica w cenie laptopa z pasywną i z aktywną matrycą wyrażała się w tysiącach dolarów. Jednak gracze dysponujący odpowiednio grubym portfelem mogli wreszcie bawić się na komputerach przenośnych w warunkach zbliżonych do CRT (które mimo to wciąż utrzymywały palmę pierwszeństwa jeśli idzie o czas reakcji oraz nasycenie kolorów). Dopiero w miarę dojrzewania procesów produkcji ekrany TFT stawały się coraz popularniejsze, by z czasem zdominować świat urządzeń przenośnych, a później również monitorów.