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.
