Файл: Характеристики и типы мониторов для персональных компьютеров (Мониторы с электронно-лучевой трубкой).pdf

ВВЕДЕНИЕ

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

Бурное развитие ИТ-технологий требует разработки новых моделей мониторов с новыми возможностями и большего размера, так как процесс развития информационных систем неутомимо набирает обороты в жизни людей и общества. Появляются все новые технологии, одна приходит на замену другой. И, вследствие чего, становится необходимым разработка и производство нового оборудования, а в частности самих мониторов. 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.

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).

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.

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):

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.          Глаз человека реагируют на 3 основных цвета: красный (Red), зеленый (Green) и синий (Blue) а также на их комбинации, из которых создаётся бесконечное число цветов. Люминофорный слой, покрывающий фронтальную часть электронно-лучевой трубки, состоит из очень маленьких элементов.  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.

    Первые LCD дисплеи были очень маленькими, около 8 дюймов, в то время как сегодня они достигли 15" размеров для использования в ноутбуках, а для настольных компьютеров производятся 19" 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.

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.

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.

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 образом жидкокристаллический монитор состоит из высокоточной электроники, обрабатывающей входной видеосигнал, жидкокристаллической-матрицы, источника света, блока питания и корпуса с элементами управления. Именно совокупность этих составляющих определяет свойства монитора в целом, хотя некоторые характеристики важнее других.

1.3 Сенсорные мониторы

Сенсорный экран (touch монитор) – это монитор, который чувствителен к прикосновениям, позволяющий людям работать с компьютером с помощью касаний к картинкам и словам. Данный тип мониторов обычно используются на информационных панелях, в планшетах и телефонах, в компьютеризированной подготовке устройств и просто для людей, которые лишены возможности пользоваться мышью и клавиатурой.

Сенсорные технологии также можно использовать и в других приложениях, где может потребоваться мышь, например, Web-браузеры. Некоторые приложения разработаны специально для сенсорных технологий, в которых обычно используются наиболее большие изображения (иконки), нежели в обычных ПК-приложениях. Мониторы, поддерживающие функцию встраиваемых сенсоров, также могут оснащаться сенсорным управлением. 

Рис.5. Сенсорный монитор 

Существует три вида сенсорных технологий:

• Резистивные: резистивные сенсорные панели покрыты металлической пластинкой, проводящей электричество и резистивным слоем, вызывающим изменение в электрическом потоке, который распознается как прикосновение и посылает его в диспетчер для обработки. Резистивные сенсорные панели обычно наиболее доступные, но выдают только 85% ясности, к тому же их можно повредить любым острым предметом. Попадание пыли или воды, не влияют на работу резистивных сенсорных панелей.
• Поверхностно акустически волновые (ПАВ): ПАВ технологии используют ультразвуковые волны, проходящие через поверхность сенсорной панели. Когда к панели прикасаются, часть волн поглощается. Это изменение в ультразвуковых волнах фиксируется как прикосновение и посылает информацию в контроллер для обработки. ПАВ панели наиболее прогрессивны.
• Емкостный: емкостные сенсорные панели покрыты материалом, содержащие электрический заряд. Когда к панели прикасаются, точка соприкосновения получает небольшой заряд. Цепь расположена по всем углам панели, измеряет заряд и посылает информацию в диспетчер для обработки. Емкостные сенсорные панели должны быть использованы прикосновением пальцев, в отличие от резистивных и ПАВ панелей, которые могут быть использованы пальцем или пером. Попадание пыли или воды, не влияют на работу емкостных сенсорных панелей.

1.4 3D мониторы 

      В наше время уже несколько компаний налаживают производство 3D-монитора. Фирма Sharp представила жидкокристаллический 15-дюймовый 3D-монитор по цене в $1500, что в 5 раз превышает стоимость обычного, двухмерного, LCD-дисплея.

    Когда монитор поступит на массовое производство пока не сообщается, но тенденция обнадеживает. Немецкая компания ACT Kern продает свои трехмерные дисплеи уже около года.

    Данный тип мониторов будет большим подспорьем для научных исследований, медицины, проектирования, да и рядовых пользователей не откажется сыграть в трёхмерную игрушку. С развитием данной технологии потребуется новое программное обеспечение, но при развитии рынка 3D за этим дело не встанет.

Рис.6. 3D мониторы