Файл: Информатика и программирование (Эволюция ПК).pdf

Первые жидкокристаллические материалы были открыты более 100 лет назад австрийским ученым Ф. Ренитцером. Со временем было обнаружено большое число материалов, которые можно использовать в качестве жидкокристаллических модуляторов, однако практическое использование технологии началось сравнительно недавно. [14]

Первый рабочий жидкокристаллический дисплей был создан Фергесоном (Fergason) в 1970 году. До этого жидкокристаллические устройства потребляли слишком много энергии, срок их службы был ограничен, а контраст изображения был удручающим. Жидкие кристаллы (Liquid Crystal) - это органические вещества, способные под напряжением изменять величину пропускаемого света.

Можно заметить, что первые жидкие кристаллы отличались своей нестабильностью и были мало пригодными к массовому производству. Реальное развитие ЖК технологии началось с изобретением английскими учеными стабильного жидкого кристалла - бифенила (Biphenyl). Жидкокристаллические дисплеи первого поколения можно наблюдать в калькуляторах, электронных играх и в часах. [3]

Рассмотрим типы мониторов.

1. Электронно-лучевые мониторы. Основной элемент монитора –электронно-лучевая трубка. Её передняя, обращенная к зрителю часть с внутренней стороны покрыта люминофором – специальным веществом, способным излучать свет при попадании на него быстрых электронов. Люминофор наносится в виде наборов точек трёх основных цветов – красного, зелёного и синего (триада). Эти цвета называют основными, потому что их сочетаниями (в различных пропорциях) можно представить любой цвет спектра. Наборы точек люминофора располагаются по треугольным триадам. Триада образует пиксель – точку, из которых формируется изображение (англ. pixel – picture element, элемент картинки). [3]

На противоположной стороне трубки расположены три (по количеству основных цветов) электронные пушки. Все три пушки нацелены на один и тот же пиксель, но каждая из них излучает поток электронов в сторону своей точки люминофора.

Чтобы электроны беспрепятственно достигали экрана, из трубки откачивается воздух, а между пушками и экраном создаётся высокое электрическое напряжение, ускоряющее электроны. Перед экраном на пути электронов ставится маска – тонкая металлическая пластина с большим количеством отверстий, расположенных напротив точек люминофора. Маска обеспечивает попадание электронных лучей только в точки люминофора соответствующего цвета. [4]

Для электронно-лучевых мониторов существуют свои характеристики, которые либо улучшают работу с компьютером, либо ухудшают ее. Одной из основных характеристик такого монитора является частота обновления экрана. Для электронно-лучевых мониторов достаточной частотой обновления экрана считается 85Гц. Эта величина показывает сколько раз в секунду будет обновляться картинка на экране. Если эта скорость невелика, то глаза начинают улавливать мерцание экрана и из-за этого быстро устают. Оптимальной частотой обновления экрана считается 100Гц, больше не имеет смысла, т.к. человеческий глаз уже не воспринимает разницу. [1]

2. Жидкокристаллические мониторы (LCD). Поперечное сечение панели жидкокристаллического монитора представляет собой многослойный бутерброд. Крайний слой любой из сторон выполнен из стекла. Между этими слоями расположен тонкопленочный транзистор, панель цветного фильтра, обеспечивающая нужный цвет - красный, синий или зеленый, и слой жидких кристаллов. Вдобавок ко всему существует флуоресцентная подсветка, освещающая экран изнутри. [11]

При нормальных условиях, когда нет электрического заряда, жидкие кристаллы находятся в аморфном состоянии. В этом состоянии жидкие кристаллы пропускают свет. Количеством света, проходящего через жидкие кристаллы, можно управлять с помощью электрических зарядов - при этом изменяется ориентация кристаллов.

Как и в традиционных электроннолучевых трубках, пиксель формируется из трех участков - красного, зеленого и синего. А различные цвета получаются в результате изменения величины соответствующего электрического заряда (что приводит к повороту кристалла и изменению яркости проходящего светового потока). [14]

Экран монитора состоит из матрицы LCD-элементов. Для того чтобы получить изображение, нужно адресовать отдельные LCD-элементы. Различают два основных метода адресации и соответственно два вида матриц: пассивную и активную. В пассивной матрице точка изображения активируется подачей напряжения на проводники-электроды строки и столбца. При этом электрическое поле возникает не только в точке пересечения адресных проводников, но и на всем пути распространения тока, что препятствует достижению высокого контраста. В активной матрице каждой точкой изображения управляет свой электронный переключатель, что обеспечивает высокий уровень контрастности. [7]

3. Плазменные экранные матрицы. Прообразом для создания плазменных экранных матриц (Plasma Display Panels) стали самые обычные лампы дневного освещения. Плазменные мониторы состоят из полой стеклянной панели, заполненной газом. На поверхность внутренней стороны стенок выведены микроскопические электроды, образующие две симметричные матрицы, а снаружи эта конструкция покрыта слоем люминофора. Когда на контакты подается ток, между ними возникает крошечный разряд, который заставляет светиться (в ультрафиолетовой части спектра) располагающиеся рядом молекулы газа. Следствием этого является освещение участка люминофора, как это происходит в обычных CRT-мониторах. [2]

Основные плюсы этой технологии:

– во-первых, плазменные мониторы выгодно отличаются от своих конкурентов высокой яркостью и контрастностью изображения;

– во-вторых, в их габаритах составляющая толщины представляет собой ничтожно малую долю.

Основные минусы, не позволяющие использовать эту технологию для производства мониторов, это низкая разрешающая способность и крайне высокая энергоемкость. Кроме того, стоимость таких устройств является заоблачной для массового пользователя. Да и проблемы с цветопередачей для PDP также актуальны, как и для всех прочих решений, отличных от CRT. [8]

4. Светоизлучающие пластики (LEP). Иная альтернатива развития мониторов, не связанная с существующими наработками - технология изготовления и использования дисплеев на основе так называемых светоизлучающих пластиков.

Светоизлучающие пластики (Light Emission Plastics) – сложные полимеры с рядом интересных свойств. Вообще-то, использование пластических полимерных материалов в качестве полупроводников началось уже довольно давно, и встретить их можно в самых различных отраслях техники, в том числе и в бытовой электронике, включая персональные компьютеры. [3]

Однако некоторые представители этого семейства обладали и довольно необычным свойством - способностью эмитировать фотоны под воздействием электрического тока, то есть светиться.

Поначалу КПД полимерных светильников был крайне низким, и соотношение излучаемого света к затраченному потоку электронов измерялось долями процента. Но в последнее время компания Cambridge Display Technology существенно продвинулась в разработке светоизлучающего пластика и повысила эффективность этих материалов в сотни раз. Сейчас с уверенностью можно сказать, что LEP сравнились по своей функциональности с привычными светодиодами. Поэтому на повестку дня стал вопрос об их практическом применении. [7]

LEP необычайно просты и дешевы в производстве. В принципе, LEP-дисплей представляет собой многослойный набор тончайших полимерных пленок.

Даже по сравнению с экранами на жидких кристаллах пластиковые мониторы кажутся совсем тонкими - всего пары миллиметров вполне достаточно для воспроизводства на них качественного изображения. По многим же параметрам светоизлучающие пластики превосходят всех своих конкурентов. [9]

Они не подвержены инверсионным эффектам, что позволяет менять картинку на таком дисплее с очень высокой частотой. Для работы LEP расходуют электрический ток слабого напряжения, да и вообще отличаются низкой электроемкостью.

Кроме того, то, что пластик сам излучает, а не использует отраженный или прямой поток от другого источника, позволяет забыть о тех проблемах, с которыми сталкиваются производители мониторов на жидких кристаллах, в частности - ограниченного угла обзора. Конечно, не обошли эту еще молодую технологию и свои специфические проблемы, такие, например, как ограниченный срок службы полимерных матриц, который сегодня намного меньше, чем у электронных трубок и жидкокристаллических дисплеев. Другая проблема касается воспроизведения светоизлучающим пластиком цветных изображений. [14]

3.2. Характеристики мониторов

Рассмотрим основные характеристики мониторов.

1. Время отклика является характеристикой, показывающей, насколько быстро каждый пиксель, формирующий изображение на мониторе, может изменить свой цвет на заданный. Извечная проблема жидкокристаллических мониторов в том, что изображение на них изменяется с гораздо меньшей скоростью. [7]

В результате, на жидкокристаллических мониторах с большим временем отклика при динамичном изменении картинки можно увидеть «замыливание» картинки, когда границы движущегося объекта размываются и теряют свою четкость.

Современные жидкокристаллические мониторы практически избавились от данной проблемы, за редким исключением (о чем речь пойдет немного позже).

По общему правилу, чем меньше время отклика, тем лучше. Стоит отметить, что методы измерения производителями времени отклика различны, и обычно указываемое производителями время отклика мало что может сказать о том, как тот или иной монитор поведет себя в реальных приложениях. Обычно времени отклика порядка 8 мс и менее для комфортного просмотра фильмов и динамичных игр более чем достаточно.

Так как время отклика является одной из проблемных характеристик монитора и практически главной характеристикой, на которую делают упор маркетологи фирм производителей, инженерами была разработана технология, позволяющая уменьшить данную характеристику – компенсация времени отклика (RTS). [9]

Однако данная технология принесла с собой не только положительные стороны, но и артефакты «разгона» матриц. В последних моделях мониторов с такой технологией количество артефактов разгона значительно уменьшилось, но говорить об их отсутствии пока рано. [1]

2.Контрастность монитора – отношение уровня белого цвета (максимальная яркость которого в центре экрана и называется яркостью монитора) к уровню черного. Грубо говоря, от контрастности зависит, насколько черный цвет будет выглядеть черным, а не серым, на экране вашего монитора. [8]

Производители указывают контрастность от 500:1 до 3000:1. Но чаще всего это паспортная контрастность матриц, используемых в данных мониторах, которая измеряется производителями на специальных стендах в специальных условиях и не учитывает влияние электроники конкретной модели монитора.

Некоторые производители в качестве значения контрастности монитора указывают так называемую «динамическую» контрастность. Обладающие данной технологией мониторы оценивают отображаемое в данный момент изображение и, в зависимости от преобладания светлых или темных тонов, соответственно изменяют яркость подсветки матрицы. [9]

Уровень черного измеряется при минимальном значении яркости, а уровень белого – при максимальном, что не совсем честно, так как недостижимо в реальности в каждый отдельный момент времени. Следует также отметить, что при разных значениях яркости монитора контрастность будет также весьма различна, а яркость, необходимая для комфортной работы с текстом, к примеру, значительно ниже яркости, необходимой для просмотра видеофильмов и игр.

3. Угол обзора. Если изображение на мониторах с ЭЛТ практически не изменяется даже при взгляде на него сбоку, то в случае жидкокристаллических мониторов все обстоит совершенно иным образом – изображение существенно меняется, а при взгляде сверху или снизу явно видно падение контрастности и искажение цветопередачи. [11]

Производители указывают в качестве значений углов обзора 160º даже для самых недорогих панелей, т.к. измеряют эти углы при условии падения контрастности до значений 10:1 (а некоторые и 5:1) в центре экрана, что совершенно неприемлемо с точки зрения возможности работы за монитором при таких значениях. [8]

4. Цветопередача монитора – это характеристика, показывающая, насколько полно и точно монитор отображает видимый человеческому глазу цветовой спектр. Для современных мониторов это число традиционно указывается равным 16 миллионам, что совершенно ничего не говорит о качестве цветопередачи в принципе. Данный параметр важен в первую очередь тем, кто собирается использовать монитор для профессиональной работы с цветом либо редактирования цифровых изображений. [12]

От типа матрицы в подавляющем большинстве случаев зависят все остальные характеристики монитора, в том числе и цена. В современных мониторах применяются 3 основных типа матриц – S-IPS, PVA/MVA и наиболее распространенный– TN+film.

5. Разрешение экрана. В силу особенностей технологии мониторы предназначены для показа изображения только в одном, так называемом «родном» разрешении, совпадающем с физическим количеством пикселей по горизонтали и вертикали. Выставление разрешения ниже, чем физическое, приводит к видимым искажениям и артефактам.

В настоящее насчитывается три основных соотношения сторон экрана монитора:

– традиционное 4:3, только в моделях с диагональю 15", 20" и 21";

– нестандартное соотношение сторон 5:4 – оно более приближено к квадрату, что несет определенные преимущества при работе с текстом – и неудобство при просмотре фильмов, подавляющее большинство которых выпускаются в широкоэкранном варианте; [10]