Файл: Характеристики и типы мониторов для персональных компьютеров, технологии PHOLED, TOLED, SOLED и FOLED.pdf

ведение

Монитор (дисплей) – это устройство, предназначенное для отображения текстовой или графической информации на экране компьютера. В настоящее время сложно представить персональный компьютер (ПК), в составе которого отсутствует монитор. Данное устройство входит в базовую конфигурацию ПК, потому что пользователям необходимо постоянно контактировать с ним во время работы.

Первый монитор был разработан в 1950 году учеными Кембриджского университета, в нем для вывода графической информации использовалась электронно-лучевая трубка (ЭЛТ) осциллографа. До этого времени компьютеры выводили информацию только на печатающие устройства [8]. Изобретение монитора стало настоящим технологическим прорывом, так как у пользователей появилась возможность ввода и вывода каких-либо данных в режиме реального времени.

Первые мониторы, в отличие от современных, могли выводить на экран только текстовую информацию. Как правило, текст отображался только в одном цвете, поэтому такие мониторы назывались монохромными. Через некоторое время появились цветные мониторы, которые могли отображать изображения, содержащие разные цвета.

На сегодняшний день существует множество типов мониторов, которые отличаются друг от друга принципом работы, технологией производства, характеристиками и предназначением. Среди них можно выделить несколько основных типов, каждый из которых имеет свои достоинства и недостатки:

• Электронно-лучевые мониторы;
• Жидкокристаллические (ЖК) мониторы;
• Плазменные мониторы;
• OLED-мониторы;
• Мониторы, работающие по другим технологиям, основанным на OLED-технологии.

Цель данной работы заключается в изучении основных типов мониторов для ПК и их характеристик.

В соответствии с поставленной целью были определены следующие задачи:

1. Рассмотреть принцип работы основных типов мониторов, а также их преимущества и недостатки;
2. Выявить основные характеристики, которые используются при сравнении мониторов;
3. Провести сравнительный анализ различных типов мониторов.

Актуальность выбранной темы обусловлена стремительным развитием информационных технологий и, как следствие, компьютеризацией общества. Сегодня практически в каждом доме или квартире есть ПК, для эффективной работы с которым необходимо устройство для отображения графической информации, то есть монитор. От типа и характеристик монитора зависит удобство и здоровье пользователя, поэтому выбор монитора является одним из самых важных этапов при подборе ПК.

Глава 1. Основные типы мониторов

1.1. ЭЛТ-мониторы

ЭЛТ-мониторы содержат в себе электронно-лучевую трубку, которая состоит из запаянной вакуумной стеклянной колбы, экрана, покрытого слоем люминофора (веществом, которое светится при попадании на него электронов), и электронной пушки, выпускающей поток электронов. Схема такого монитора представлена на рисунке 1.

Рисунок 1. ЭЛТ-монитор и его схема.

Электронная пушка состоит из модулятора, с помощью которого можно изменять интенсивность электронного луча и, соответственно, яркость изображения. Кроме модулятора, пушка современных ЭЛТ содержит в себе фокусирующий электрод, предназначенный для фокусировки пятна на экране монитора в точку, ускоряющий электрод для дополнительного разгона электронов в пределах пушки и анод [6].

Электронный луч, выпущенный из пушки, попадает на экран, покрытый люминофором. От попадания электронов люминофор светится и быстро перемещающееся пятно переменной яркости создает на экране изображение.

В монохромных мониторах внутри колбы располагается только одна электронная пушка, а экран покрыт одним слоем люминофора. В цветных мониторах колба содержит три пушки («красная», «зеленая» и «синяя»), а экран покрывается тремя слоями люминофора разного вида – красный, зеленый и синий.

На каждый люминофор попадает только луч из пушки соответствующего цвета. Это достигается тем, что между пушками и экраном установлена металлическая решетка, которая называется маской.

Существует два типа масок [6]:

1. Теневая маска, которая бывает двух видов:

• Теневая маска с дельтаобразным расположением электронных пушек (теневая решетка).
• Теневая маска с планарным расположением электронных пушек (щелевая решетка).

1. Апертурная решетка – маска, которая в отличие от остальных видов, состоит из большого количества проволок, натянутых вертикально.

Теневая решетка – самый распространенный вид масок для ЭЛТ-мониторов. Она представляет собой металлическую сетку перед экраном стеклянной трубки с люминофорным слоем. Отверстия в металлической сетке обеспечивают точное попадание луча, выпущенного из электронной пушки, только на требуемые люминофорные элементы и только в определенных областях.

Щелевая решетка состоит из параллельных металлических проводников перед экраном стеклянной трубки с люминофорным слоем. Щели между проводниками обеспечивают точное попадание луча на требуемые полосы экрана. Люминофорные элементы расположены в вертикальных эллиптических ячейках, а маска сделана из вертикальных линий. Вертикальные полосы, фактически, разделены на эллиптические ячейки, которые содержат группы из люминофорных элементов трех основных цветов.

Апертурная решетка представляет собой металлическую решетку из вертикальных линий. Вместо эллиптических ячеек экран содержит серию нитей, состоящих из люминофорных элементов трех основных цветов, выстроенных в виде вертикальных полос. Такая система обеспечивает высокую контрастность изображения и хорошую насыщенность цветов, что вместе обеспечивает высокое качество мониторов с трубками на основе этой технологии [2].

С каждым днем данный тип мониторов встречается все реже. Современные аналоги практически вытеснили их с рынка.

Среди достоинств ЭЛТ-мониторов можно отметить только два: они более дешевые, по сравнению с аналогами, и могут менять свое разрешение в определенных пределах. К недостаткам можно отнести то, что ЭЛТ-мониторы занимают много места, имеют больший вес, потребляют много электроэнергии, генерируют сильные электромагнитные поля, уступают аналогам в четкости изображения [5].

Хотя ЭЛТ-мониторы не могут конкурировать по размерам и габаритам с другими типами мониторов, их производство не прекращается. В перспективе они будут занимать все меньше места на рабочем столе за счет укорачивания электронных пушек и увеличения угла отклонения лучей [8].

1.2. ЖК-мониторы

ЖК-мониторы содержат в своей конструкции жидкие кристаллы, представляющие собой вязкие органические молекулы, которые двигаются, как молекулы жидкостей, но при этом имеют структуру, как у кристалла.

Жидкие кристаллы стали применяться при изготовлении различных дисплеев в 1960 году. Сначала такие дисплеи использовались только в некоторых измерительных приборах, калькуляторах, электронных часах и подобных устройствах [1]. Но со временем данную технологию стали применять и в разработке мониторов для ПК, во многом это связано с развитием физики жидких кристаллов в те годы.

Если воздействовать лучом света на жидкий кристалл, интенсивность света, исходящего из самого жидкого кристалла, может контролироваться с помощью электричества. Это свойство используется при создании ЖК-дисплеев.

Экран такого дисплея состоит из двух стеклянных параллельно расположенных пластин, между которыми находится герметичное пространство с жидким кристаллом. К обеим пластинам подсоединяются прозрачные электроды. Искусственный или естественный свет за задней пластиной освещает экран изнутри. Электроды, подведенные к пластинам, используются для того, чтобы создать электрические поля в жидком кристалле. На различные части экрана воздействует разное напряжение, и таким образом можно контролировать изображение. К передней и задней пластинам экрана приклеиваются поляроиды, поскольку технология дисплея требует использования поляризованного света [1]. Схема такого монитора представлена на рисунке 2.

Рисунок 2. ЖК-монитор и его структура

ЖК-мониторы бывают с активной и пассивной матрицами. В пассивной матрице каждый элемент экрана (пиксел) выбирается на перекрестии координатных управляющих прозрачных проводов, а в активной для каждого элемента экрана есть свой управляющий транзистор.

Наряду с монохромными широко используются и цветные дисплеи. У цветных дисплеев каждый элемент изображения состоит из 3-х отдельных пикселов (красный, зеленый и синий), покрытых тонкими светофильтрами соответствующих цветов. Современные дисплеи с активной матрицей могут отображать до 16,7 миллионов цветовых оттенков. Сами цвета достаточно глубокие и яркие. Дисплеи с активной матрицей имеют лучшую яркость и предоставляют возможность смотреть на экран даже с отклонением до 80 градусов и более без ущерба качеству изображения, что невозможно в случае с пассивной матрицей, которая позволяет видеть качественное изображение только с фронтальной позиции по отношению к экрану.

Следует отметить, что яркость отдельного элемента экрана остается неизменной на всем интервале времени между обновлениями картинки, а не представляет собой короткий импульс света, излучаемый элементом люминофора ЭЛТ-монитора сразу после прохождения по этому элементу электронного луча. Именно поэтому для ЖК-мониторов достаточной является частота регенерации 60 Гц [3]. Благодаря лучшему качеству изображений эта технология используется и в применении к ПК, что позволяет создавать компактные мониторы, менее опасные для здоровья пользователя.

Поскольку матрица ЖК-монитора сформирована из заранее установленного количества ячеек, то данные дисплеи имеют только одно эффективное разрешение, его называют native («родное»). Именно в native-разрешении ЖК-монитор воспроизводит изображение лучше всего. Есть, правда, возможность использовать и более низкое, чем native, разрешение, прибегая к одному из двух методов: Q центрирование – для отображения берется только то количество пикселов, которое необходимо для формирования картинки с более низким разрешением. В результате изображение получается не во весь экран, а только в его середине. Все неиспользуемые пикселы остаются черными, то есть вокруг изображения образуется широкая черная рамка; Q растяжение – при воспроизведении изображения с более низким, чем native, разрешением используются все пикселы, то есть изображение занимает весь экран. Однако из-за того, что изображение растягивается на весь экран, возникают небольшие искажения и ухудшается резкость.

Существует несколько технологий, по которым делают ЖК-мониторы. Основными из них являются: TN+film, IPS и MVA [6]. Различаются эти технологии геометрией поверхностей, полимера, управляющей пластины и фронтального электрода. Большое значение имеют чистота и тип полимера со свойствами жидких кристаллов, примененный в конкретных разработках.

Еще недавно основной проблемой ЖК-дисплеев был их размер: с ростом диагонали ухудшаются их остальные характеристики и резко увеличивается их стоимость. Но сейчас уже выпускаются для массового покупателя ЖК-мониторы с диагональю 20-30 дюймов, а недавно разработчики представили модели мониторов с диагоналями 43 и 64 дюйма, хотя последние еще очень дороги [3].

Многие из ЖК-мониторов имеют сравнительно малый контраст и глубину черного цвета. Повышение фактического контраста часто связано с простым усилением яркости подсветки, вплоть до некомфортных значений. Широко применяемое глянцевое покрытие матрицы влияет лишь на субъективную контрастность в условиях внешнего освещения. Из-за жестких требований к постоянной толщине матриц существует проблема неравномерности однородного цвета (неравномерность подсветки) [6].

Пропускная способность жидкого кристалла зависит от угла наклона падающего света. Поэтому если смотреть на ЖК-дисплей не строго перпендикулярно, а сбоку, то происходит затемнение изображения или искажение цвета. Некоторые фирмы предлагают различные технологии для устранения этого эффекта. В Apple Studio Display, например, используют особое пленочное покрытие, которое увеличивает качество изображения при «боковом» чтении. Существуют и другие технологии, однако в целом ряде случаев приемы, увеличивающие угол обзора, снижают динамические параметры отображения информации. Небольшой угол обзора – это серьезная проблема, и стоит она тем острее, чем больше размер экрана. По свидетельству основных производителей, сегодняшняя технология позволяет увеличить этот угол до 120-130 градусов в горизонтальной и 80 градусов в вертикальной плоскости.

У ЖК-мониторов есть целый ряд преимуществ перед ЭЛТ-мониторами: плоский, более компактный экран без бликов и очень низкий уровень энергопотребления (5 Вт по сравнению со 100 Вт, характерными для обычного ЭЛТ-монитора). Цена таких мониторов выше, чем у ЭЛТ-мониторов, но зато ЖК-мониторы более безопасны для пользователя.

В начале своего развития ЖК-мониторы стоили примерно в 10 раз дороже, чем ЭЛТ-дисплеи и были недоступны для широкого потребления. Однако постепенно их цена падала, и вскоре появилась ниша для более широкого внедрения ЖК-мониторов. Первыми закупать ЖК-дисплеи стали военные, финансовые и правительственные структуры, то есть те организации, где задачи экономии рабочего пространства стояли наиболее остро, а финансовые средства позволяли внедрить более дорогую технологию [8].