Файл: «Характеристики и типы мониторов для персональных компьютеров».pdf

Введение

Монито́р — устройство, предназначенное для воспроизведения видеосигнала и визуального отображения информации, полученной от компьютера. Принципиальное отличие от телевизора заключается в отсутствии встроенного тюнера, предназначенного для приёма высокочастотных сигналов эфирного (наземного) телевещания. Кроме того, в большинстве мониторов отсутствует звуковоспроизводящий тракт и громкоговорители.

Современный монитор состоит из экрана (дисплея), блока питания, плат управления и корпуса. Информация для отображения на мониторе поступает с электронного устройства, формирующего видеосигнал (в компьютере — видеокарта). В качестве монитора может применяться также телевизор.

В настоящее время существует большое количество типов или видов мониторов, имеющих отличия в технологии изготовления экрана, и как следствие, качество воспроизведения изображения и применения в различных областях деятельности.

1. Виды мониторов

Электронно‐лучевые мониторы. Исторически самые первые. Состоят из вакуумной электронной трубки, в которой пучки электронов, с помощью магнитной системы отклонения, формируются и управляются. Эти пучки электронов бомбардируют слой люминофора на котором проецируется изображение, возникает свечение и, в результате, возникает изображение. Поскольку данные мониторы практически вытеснены повсеместно, более детально их рассматривать не будем. Основные недостатки данных мониторов:

Большая масса, связанная с первой характеристикой.

Искажения изображения на переферии монитора, связанные с физическим устройством электронно‐лучевой трубки и принципиальной невозможностью производства плоских мониторов по этой технологии.

Конструктивная необходимость использования высокого напряжения, до 50 кВольт, что влияет не лучшим образм на энергосберегающие характеристики, а также безопасность.

Жидкокристаллические мониторы или LCD по‐английски. Эффект изменения положения молекулы жидкого кристалла под действием напряжения был известен давно. Практический эффект был получен ещё в начале 60‐х годов прошлого века. Тогда впервые появились миниатюрные дисплеи в наручных часах, калькуляторах, различных индикаторах. С течением времени технология совершенствовалась, хорошим толчком послужило появление ноутбуков и других портативных компьютеров.

Применение данной технологии в производстве мониторов позволило решить полностью проблемы, которые были у их предшественников, электронно‐лучевых мониторов. Габариты значительно уменьшились, в десятки раз. Теперь нет необходимости специально выделять большое место под монитор. В связи с этим значительно уменьшился вес самого монитора. Теперь по массе он сопоставим с ноутбуком. Естественно, это касается не очень больших мониторов. Искажения, характерные для электронно‐лучевых мониторов, исчезли, поскольку экран жидкокристаллической матрицы действительно плоский.

Однако, жидкокристаллическим мониторам присущи свои недостатки, которые фирмы‐производители пытаются преодолеть, внедряя новые технологии. К таким недостаткам относятся более низкая контрастность и насыщенность цвета изображения. Время отклика матрицы(появилась новая характеристика для LCD) на первых порах была большой, это приводило к тому, что динамические сцены показывались с артефактами изображения. Связано это с инерционностью переключения состояния жидких кристаллов. Малые углы обзора, когда одна и таже картинка, если смотреть сбоку, сверху или снизу начинает искажать или инвертировать цвета.

Для преодоления этих недостатков фирмы‐производители начали совершенствовать технологию жидкокристаллических матриц, что привело к созданию следующих типов мониторов, различающихся по технологии изготовления матрицы:

TN+film(Twisted Nematic или скрученные нематически), исторически первые жидкокристаллические матрицы, в которой кристаллы выстроены друг за другом, но расположены относительно плоскости дисплея или взгляда по спирали. При подаче напряжения эта спираль «скручивается» на величину, зависящую от напряжения. Пиксел окрашивается в тот или иной цвет.

S‐IPS, разработка фирмы Hitachi, кристаллы закручены не в спираль, а выстроены друг за другом параллельно. Это позволяет получить более качественные цвета, но время отклика увеличивается, так как нужно больше времени на поворот всего массива кристаллов.

MVA/PVA, компания Fujitsu разработала очередную технологию, устраняющую недостатки цветопередачи технологии TN и уменьшающее время отклика по сравнению с технологией S‐IPS. Для этого пришлось существенно усложнить строение и матрицы, и фильтров‐поляризатров. Фирма Samsung разработала собственную технологию PVA, чтобы не платить лицензионные сборы. Технологии эти похожи, а отличие в большей контрастности изображения.

PLS, технология разработанная фирмой Samsung, позиционируется в способности дать более контрастное изображение по сравнению с технологией S‐IPS, и дешевле на 10% по сравнению с ней. Технология изготовления и устройства матрицы неизвестна. До недавнего времени данный тип матриц использовался в мобильных устройствах.

Плазменные мониторы или PDP по‐английски. Используется эффект свечения инертных газов под высоким напряжением. Данная технология избавлена от недостатков, присущих жидкокристаллическим матрицам. Яркость и контрастность картинки на высоте, и поскольку элементы матрицы получаются достаточно большими, что влияет на разрешающую способность не лучшим образом, это практически не видно. Изображение динамических сцен также передаются без искажений. Углы обзора большие, картинку видно без потери цвета с любого направления. Толщина экрана стала ещё меньше, по сравнению с жидкокристаллическими мониторами.

OLED‐мониторы или мониторы с матрицей из органических светодиодов. Являются приемниками жидкокристаллических мониторов. К преимуществам относятся чрезвычайно низкое энергопотребление, так как данные светодиоды светятся сами по себе. Нет нужды в лампе подсветки. Чрезвычайно высокая контрастность, высокое быстродействие, время отклика измеряется в микросекундах, в отличие от миллисекунд в жидкокристаллических мониторах. Глубина OLED‐монитора ещё тоньше, чем у плазменных мониторов. А углы обзора состовляют 180 градусов, так как мы смотрим на сами светодиоды, а не на фильтры, как у жидкокристаллических мониторов.

Несмотря на такие выдающиеся характеристики есть и недостатки. Это недолговечность OLED‐матрицы при дороговизне подобных мониторов является решающим фактором низкого спроса на них. А это влияет на скорость внедрения разработок, ведь фирмы несут убытки. Зачем тратить большие ресурсы на убыточное дело?

Но несмотря на это, разработчики не оставляют попытки решить указанные проблемы, так как OLED‐технология позволяет делать фантастические вещи: сворачивать экран в трубочку, создавать прозрачные табло, использовать в широком диапозоне температур и т.д. Для любителей подобных вещей продаются OLED‐мониторы, с диагональю экрана около 60 см.

На сегодняшний день это самые распространённые виды мониторов, за исключением самого первого и последнего в нашем списке. Времена первого уже прошли, а у последнего еще всё впереди. Рассмотрим более детально технологии изготовления матриц мониторов.

2. Технологии изготовления матриц.

Жидкокристаллическая матрица TN+film состоит из следующих элементов:

лампа подсветки из ртути;

система отражателей для равномерной подсветки;

стеклянная подложка с контактами;

фильтры‐поляризаторы;

жидкие кристаллы;

Пиксель в жидкокристаллической матрице формируется из 3 ячеек или точек синего, красного и зелёного цветов. Включая и выключая эти точки, комбинируя эти состояния, получают тот или иной цвет. Управление матрицей происходит по‐пиксельно. Здесь кроется большой недостаток данных пассивных матриц: пока сигнал дойдёт до последних пикселей, яркость первых, вследствие потери заряда уменьшится. Да и строить матрицы с большой диагональю по подобной технологии также нецелесообразно. Потребуется увеличить напряжение, что приведёт к росту помех.

Для преодоления этих препятствий была разработана технология TFT(Thin Film Transistor) или тонкоплёночный транзистор. Поскольку транзистор это активный элемент, соответственно, матрицы стали активными. Применение таких транзисторов позволило управлять каждым пикселом отдельно, что позволило значительно увеличить время реакции и производить жидкокристаллические матрицы больших размеров.

В каждой ячейке того или иного цвета, входящей в состав пикселя, расположены молекулы жидких кристаллов. В технологии TN+film они выстроены друг за другом, но развёрнуты относительно друг друга по‐спирали таким образом, что крайние молекулы развёрнуты относительно друг друга на 90 градусов. Данные молекулы расположены в специальных бороздках, которые и создают такое расположение на стеклянной подложке.

К концам данной спирали подсоединены электроды, к которым подаётся напряжение, управляющее пикселом. В ответ на это, в зависимости от напряжения, спираль начинает сжиматься. Таким образом при отсутствии напряжения свет проходит через первый фильтр‐поляризатор, затем молекулы жидкого кристалла разворачивают свет на 90 градусов, чтобы он был в одной плоскости со 2 фильтром и прошёл сквозь него. Таким образом получаем белый пиксель.

сли будет подано максимальное напряжение, молекулы кристалла займут такое положение, при котором свет будет поглощён полностью вторым фильтром‐поляризатором. Соответственно пиксель окрасится в чёрный цвет. При вариациях поданного напряжения, свет будет частично поглащаться поляризатором из‐за расположения кристаллов. Пиксель будет окрашен в серые оттенки, что означает свет будет частью проходить, а частью поглощаться.

Поскольку матрица, изготовленная по этой технологии обладают малыми углами обзора, применили специальную плёнку, накладываемую сверху и раширяющую обзор. Получилась технология TN+film, у которой при смене угла обзора интенсивность цвета меняется не так резко. Данная технология применяется и сейчас, поскольку она самая дешёвая. Но для работы с графикой она не подходит.

Плюсы технологии TN+film:

высокое быстродействие матрицы;

низкая стоимость;

Недостатки технологии:

малые углы обзора;

малая контрастность;

качество цветопередачи;

Технология S‐IPS основана на тех же принципах, отличие состоит в том, что молекулы выстраиваются друг за другом параллельно, а не скручиваясь в спираль, как в технологии TN+film. Электроды расположены на нижней подложке. При отсутствии напряжения свет не проходит через 2 поляризационный фильтр, плоскость поляризации которого расположена под углом 90 градусов. Таким образом получается насыщенный чёрный цвет. Углы обзора матриц, выполненных по этой технологии, составляют до 170 градусов по горизонтали и вертикали, что очень выгодно отличает данные мониторы от предыдущих.

Плюсы технологии S‐IPS:

большие углы обзора по горизонтали и вертикали;

высокая контрастность;

Недостатки технологии;

большое время отклика, так как надо развернуть молекулы на больший угол;

более мощные лампы для подсветки панели;

необходимы более мощные напряжения для разворота молекул, так как электроды в одной плоскости;

высокая стоимость;

Исходя из характеристик матриц, выполненных по данной технологии, применять их лучше всего в дизайнерских задачах, там где не требуется высокое быстродействие динамичных сцен, но требуется качественная цветопередача.

Компромиссом между высокой цветопередачей технологии S‐PS и быстродействием TN+film, стала технология MVA. Суть данной технологии состоит в том, что молекулы распологаются параллельно друг другу, а по отношению ко 2 фильтру по углом 90 градусов. Второй фильтр имеет сложное строение, он состоит из треугольников, к боковым сторонам которым и развёрнуты молекулы кристаллов таким образом. Попадая на второй фильтр через молекулы, свет поляризуется на 90 градусов(работа молекул кристалла) и поглощается 2 фильтром, который такой свет не пропускает. В результате получаем чёрный свет.

Подавая напряжение, молекулы начинают поворачиваться и тем самым направляя свет на 2 фильтр уже под углом, отличным от 90 градусов. В результате свет начинает проходить сквозь 2 фильтр с интенсивностью пропорциональной приложенному напряжению. Данная технология вольно или невольно делит экран на 2 части, по направленности молекул к 2 фильтру, получается то, что находясь по отношению к экрану со стороны, для нас молекулы кристаллов другой стороны не действуют. Мы видим только ту зону, которая ближе к нам и которая цвет не искажает. Применение подобной технологии значительно усложняет строение фильтров‐поляризаторов и самих матриц, так как каждую точку экрана дублируют с 2 зон.