Файл: Характеристики и типы мониторов для персональных компьютеров.pdf

ВВЕДЕНИЕ

Монито́р — конструктивно законченное устройство, предназначенное для визуального отображения информации[11]. Данное устройство – одно из важнейших составляющих компьютера, монитор является визуальным каналом связи со всеми прикладными программами, относится к внешним устройствам, подключаемым к персональному компьютеру.

Нынешняя скорость развития ИТ-технологий требует разработки новых моделей мониторов большего размера, большего разрешения и возможностей, так как внедрение информационных технологий затрагивает все большее количество слоёв общества. Новые технологии приходят на смену друг другу, вследствие чего, возрастает запрос пользователей на новые технологии и возможности персональных компьютеров, в том числе и такого их компонента как монитор. Данная тема актуальна, так как чтобы приобрести более или менее качественный монитор желательно предварительно хотя бы в общих чертах изучить его устройство и разбираться в его характеристиках[1].

Цель данной работы рассмотреть основные характеристики и типы мониторов для персонального компьютера. Будут проанализированы результаты и сделаны соответствующие выводы.

В соответствии с темой были выделены следующие задачи:

1. Изучение источников информации по данной теме;
2. Рассмотрение разных типов мониторов и принцип их работы;
3. Изучить характеристики мониторов.

1 Типы мониторов и принцип их действия

1.1 Мониторы с электронно-лучевой трубкой

Монитор на основе электронно-лучевой трубки (CRT (Cathode Ray Tube) – мониторы) совсем недавно, буквально 5–7 лет назад, был самыми распространенными (рис.1). Из названия становится понятно что, в основе всех подобных мониторов лежит катодно-лучевая трубка, или как технически правильно говорить "электронно-лучевая трубка" (ЭЛТ)[2].

Данная технология, используемая в этом типе мониторов, была создана много лет назад и первоначально создавалась в качестве специального инструментария для измерения переменного тока, проще говоря, для осциллографа. Развитие данной технологии применительно к созданию мониторов за последние несколько лет привело к производству качественных, больших по размеру и низких по стоимости экранов. Сегодня найти в магазине 14" монитор очень сложно, а всего три четыре года назад это был стандарт. Сегодня стандартными являются 15" мониторы и наблюдается явная тенденция в сторону 17" экранов. Пройдёт немного времени и 17" мониторы станут стандартным устройством, особенно в свете существенного снижения цен на них, а на горизонте уже 19" мониторы и более[6].

Рис.1. Мониторы с электронно-лучевой трубкой

Принципы работы CRT–мониторов. CRT–или ЭЛТ–монитор имеет стеклянную трубку, внутри которой создан вакуум.

Устройство ЭЛТ цветного изображения (рис.2)[10]:

1. Электронные пушки.

2. Электронные лучи.

3. Фокусирующая катушка.

4. Отклоняющие катушки.

5. Анод.

6. Маска, благодаря которой красный луч попадает на красный люминофор, и т. д.

7. Красные, зелёные и синие зёрна люминофора.

8. Маска и зёрна люминофора (увеличено).

Рис.2. Устройство ЭЛТ цветного изображения

       С фронтальной стороны внутренняя часть стекла трубки покрыта люминофором (7). В качестве люминофоров для цветных ЭЛТ используются довольно сложные составы на основе редкоземельных металлов - иттрия, эрбия и т.п. Люминофор - это вещество, которое испускает свет при бомбардировке его заряженными частицами.

       Для создания изображения в CRT–мониторе используется электронная пушка(1), которая испускает поток электронов(2) сквозь металлическую маску или решетку на внутреннюю поверхность стеклянного экрана монитора(6), которая покрыта разноцветными люминофорными точками[2].          Глаз человека реагируют на 3 основных цвета: красный (Red), зеленый (Green) и синий (Blue) а так же на их комбинации, из которых создаётся бесконечное число цветов. Люминофорный слой, покрывающий фронтальную часть электронно-лучевой трубки, состоит из очень маленьких элементов[6].  Электроны попадают на люминофорный слой, после чего энергия электронов преобразуется в свет, т.е. поток электронов заставляет точки люминофора светиться. В цветном CRT–мониторе используются три электронные пушки, в отличие от одной пушки, применяемой в монохромных мониторах, которые сейчас практически не производятся и мало кому интересны.

1.2 Жидкокристаллические мониторы

          LCD (Liquid Crystal Display, жидкокристаллические мониторы(рис.3)) сделаны из вещества, которое находится в жидком состоянии, но при этом обладает некоторыми свойствами, присущими кристаллическим телам. Молекулы жидких кристаллов под воздействием электричества могут изменять свою ориентацию и вследствие этого изменять свойства светового луча проходящего сквозь них. Впервые жидкие кристаллы нашли свое применение в кварцевых часах и в дисплеях для калькуляторов, и только спустя некоторое время их стали использовать в мониторах для портативных компьютеров[7].

    Первые LCD дисплеи были очень маленькими, около 8 дюймов, в то время как сегодня они достигли в среднем 15" размеров для использования в ноутбуках, а для настольных компьютеров актуальны 19.5", 24" и 27" и более LCD мониторы. С увеличением размеров увеличивается и разрешение, следствие чего появляются новые проблемы, преодолеть которые помогли новые специальных технологий. Одной из первых проблем была необходимость стандарта в определении качества отображения при высоких разрешениях. Первым шагом на пути к цели было увеличение угла поворота плоскости поляризации света в кристаллах с 90° до 270° с помощью STN технологии. STN это акроним, означающий "Super Twisted Nematic". Технология STN позволяет увеличить угол кручения ориентации кристаллов внутри LCD дисплея с 90° до 270°, что обеспечивает лучшую контрастность изображения при увеличении размеров монитора.

Рис.3. Жидкокристаллический монитор

    В наше время наблюдается расширение вторжения LCD мониторов на рынок, так как что технология развивается, то конечная цена устройств понижается, это что дает возможность большему числу пользователей приобретать новые продукты [10].

Жидкокристаллический дисплей состоит из следующих элементов:

• ЖК-матрицы (первоначально — плоский пакет стеклянных пластин, между слоями которого и располагаются жидкие кристаллы; в 2000-е годы начали применяться гибкие материалы на основе полимеров);
• источников света для подсветки;
• корпуса, чаще пластикового, с металлической рамкой для придания жёсткости;
• контактного жгута (проводов).

Состав пикселя ЖК–матрицы (рис.4):

• два прозрачных электрода;
• слой молекул, расположенный между электродами;
• два поляризационных фильтра, плоскости поляризации которых (как правило) перпендикулярны [11].

Рис.4. Пиксел цветного ЖК–дисплея

Если бы между фильтрами не было жидких кристаллов, то свет, пропускаемый первым фильтром, почти полностью блокировался бы вторым фильтром. Поверхность электродов, контактирующая с жидкими кристаллами, обработана специальным образом для ориентации молекул в начальный этап времени в одном направлении. В TN–матрице эти направления взаимно перпендикулярны, поэтому молекулы в отсутствие напряжения выстраиваются в винтовую структуру. Данная структура преломляет свет таким образом, что до второго фильтра плоскость его поляризации поворачивается и через него свет проходит уже без потерь. Если не считать поглощения первым фильтром половины неполяризованного света, ячейку можно считать прозрачной.

Если к электродам приложить напряжение, то молекулы выстроятся по направлению электрического поля, что исказит винтовую структуру. Силы упругости противодействуют этому, поэтому при отключении напряжения молекулы возвратятся в исходное положение. Если величина электрического поля достаточно большая то практически все молекулы становятся параллельны, что приводит к непрозрачности структуры. Поэтому контролируя напряжение, можно управлять уровнем прозрачности.

Если постоянное напряжение приложено в течение долгого времени, то жидкокристаллическая структура может деградировать из-за миграции ионов. Эта проблема решается применением переменного тока или же изменением полярности поля при каждой адресации ячейки (так как изменение прозрачности происходит при включении тока, вне зависимости от его полярности).

Каждой из ячеек матрицы можно управлять индивидуально, но при увеличении их количества это становится трудновыполнимо, так как возрастает число необходимых для этого электродов. Поэтому практически везде применяется адресация по строкам и столбцам[4].

Источник света, проходящий через ячейки, может быть естественным — отражённым от подложки (в ЖК-дисплеях без подсветки). Но наиболее часто используют искусственный источник света. Это даёт независимости от внешнего освещения а также стабилизирует свойства полученного изображения.

Таким  сравнительно образом жидкокристаллический монитор состоит  панели из высокоточной электроники,  формирования обрабатывающей входной  своим видеосигнал, жидкокристаллической-матрицы, источника  появился света, блока  которой питания и корпуса  матриц с элементами управления. Однако  получили существуют различные  помощь типы матриц,  созданные разнящихся по качеству  имущества и области применения.  годы

TN - самый  сорной старый тип  nvidia матрицы, который  адаптеры все еще  видеокарте занимает значительную  трехмерной долю рынка  video и не собирается с него  выкупили уходить. Именно  чается TN в продаже уже  компьютеров давно нет — в  тельную основном продаются  иксел улучшенные модификации,  является TN+film: улучшение  можно позволило довести  полноэкранное горизонтальные углы  достаточно обзора до 130-150 градусов,  контактного но вот с вертикальными  посылает все плохо:  част даже при  зывая отклонении на десяток  каждые градусов цвета  находятся начинают меняться,  монитора вплоть до инвертирования. К  которую тому же в большинстве  июне своем такие  рабочая мониторы не охватывают  успела и 70% sRGB,  блемы а значит для  video цветокоррекции они  управления не подойдут. Еще  влияют один минус — достаточно  активного низкая максимальная  контактного яркость, обычно  работы она не превышает 150 Кд/м^2:  обладавшие этого хватит  запустил разве что  оснащался для работы  который в помещении.

Казалось бы — все,  вторжения TFT TN безнадежно  voodoo устарели и их пора  жидких списывать. Однако  пьютеров не все так  имитация просто — эти  чипе матрицы имеют  отставать наименьшее время  ванной отклика, и поэтому  рекоме прочно обосновались  максимальное в дорогом игровом  успела сегменте. Увы —стоимость  показала таких мониторов  различные от 500 долларов  было только начинается,  рекоме так что  приставок использовать их имеет  компанией смысл только  будут тем, кому  давать критично важна  компаний минимальная задержка.

Тип  ровой матриц TFT  част IPS начал свой  работал путь на пользовательский  режима рынок с телефонов,  котором где низкие  поддержку углы обзора  дело у TN-матриц достаточно  адаптера сильно мешали  монитор нормальному использованию. В  нальных последние несколько  компанией лет цена  нижается на IPS мониторы  появления значительно снизилась,  лишь и их теперь можно  пользуют купить даже для бюджетного компьютера. У  полоса этих матриц  шаги есть два  строена основных плюса:  время углы обзора  dram достигают почти 180 градусов  rivatnt как по горизонтали,  послужило так и по вертикали,  запустил и они обычно  ознаменовал имеют хороший  универсальной цветовой охват  можность прямо из коробки — даже  который в мониторах дешевле 10 тысяч  depth рублей нередко  dram есть профиль  работал с охватом в 100% sRGB. Но,  жима увы, минусов  того тоже хватает:  выводил это невысокая  составе контрастность, обычно  универсальной не выше 1000:1, из-за  изведено чего черный  лишены выглядит не как  обладала черный, а как  безнадежно темно-серый, и так  rage называемый glow-эффект:  применялся при взгляде  быстрее с определенного угла  мониторы матрица кажется  обладал розоватой (или  улучшение фиолетовой). Так  rage же раньше была  один проблема с невысоким  рицы временем отклика — до 40-50 мс (что  nvidia позволяло честно  рекоменд вывести на экран  личить всего 20-25 кадров,  лись остальные смазывались). Однако  хорошие сейчас такой  оптимальное проблемы нет,  работы и даже дешевые  составляет IPS-матрицы имеют  единицу время отклика  исключением не выше 4-6 мс,  деока что позволяет  была спокойно вывести 100-150 кадров — этого  жения более чем  рынке хватает для  очень любого использования,  использовании даже игрового.

Всего  шетку подвидов IPS  последние много, разберем  шаги основные:

• TFT S-IPS (Super  чипе IPS) — самое  которые первое улучшение  разрешающей IPS: увеличены  использованием углы обзора  opengl и скорость реакции  держимое пикселя. В продаже  способность уже давно  наше нет.
• TFT H-IPS (Horizontal  попросту IPS) — почти  чему не встречается в продаже. Этот  нежелательного тип IPS  field появился в 2007 году  активно и в сравнении с S-IPS  форм немного увеличилась  обработана контрастность, поверхность  array экрана выглядит  установке более однородной.
• TFT  девятиконтак UH-IPS (Ultra  совершенно Horizontal IPS) – улучшенная  технологичная версия H-IPS. Благодаря  случае уменьшению размера  расчету полосы, разделяющей  решается субпиксели, на 18 % было  методах увеличено пропускание  названный света. На сегодняшний  высоком момент этот  связывалось тип IPS-матриц  основали так же устарел.
• TFT  успела E-IPS (Enhanced  сегодняшний IPS) — еще  вскоре один устаревший  работниками тип IPS. Имеет  vertical другую структуру  жения пикселя и пропускает  полноэкранное больше света,  сегодня что позволяет  ltibank снизить яркость  сенсорные подсветки, что  заоблачная приводит к уменьшению  хуже цены монитора  вызыв и снижению энергопотребления. Имеет  шетку достаточно низкое  творов время отклика (меньше 5 мс).
• TFT  полученные P-IPS (Professional  герц IPS) — достаточно  является редкие и очень  сенсорный дорогие матрицы,  способность созданные для  зовательском профессиональной обработки  ячейки фото: они  oled обеспечивает великолепную  различные цветопередачу (глубина  vertical цвета 30 бит  трастность и 1.07 миллиарда  если цветов).
• TFT AH-IPS (Advanced  пании High Performance  созданные IPS) — новейший  удивляет тип IPS:  чивает улучшена цветопередача,  теневой увеличено разрешение  декаду и PPI, повышена  наглядности яркость и понижено  трехмерной энергопотребление, время  array отклика не превышает 5-6 мс. Именно  voodoo этот тип  личная IPS сейчас  rage активно продается.