Файл: Типы и характеристики мониторов для персональных компьютеров.pdf

В жидкокристаллическом экране поляризационный светофильтр создает две раздельные световые волны и пропускает только ту, у которой плоскость поляризации параллельна его оси. Располагая в жидкокристаллическом мониторе второй светофильтр так, чтобы его ось была перпендикулярна оси первого, можно полностью предотвратить прохождение света (экран будет темным). Вращая ось поляризации второго фильтра, т.е. изменяя угол между осями светофильтров, можно изменить количество пропускаемой световой энергии, а значит, и яркость экрана. В цветном жидкокристаллическом экране есть еще один дополнительный светофильтр, который имеет три ячейки на каждый пиксель изображения — по одной для отображения красной, зеленой и синей точек. Красная, зеленая и синяя ячейки, формирующие пиксель, иногда называются субпикселями (subpixel). Возможность индивидуального управления каждой ячейкой позволила Microsoft разработать новую технологию улучшения качества отображения текста на жидкокристаллическом дисплее. Для этого в диалоговом окне Свойства: Экран операционной системы Windows XP можно выбрать специальную функцию ClearType.

Мертвый пиксель (dead pixel) — это пиксель, красная, зеленая или синяя ячейка которого постоянно включена (что встречается гораздо чаще) или выключена. Постоянно включенные ячейки очень хорошо видны на темном заднем фоне как ярко-красная, зеленая или синяя точка. Хотя даже пара точек может помешать работе, гарантийные обязательства производителей относительно количества мертвых пикселей, необходимого для замены монитора, серьезно отличаются. Некоторые производители обращают внимание как на количество таких пикселей, так и на их расположение. К счастью, постоянные усовершенствования технологии производства снижают вероятность появления мертвых пикселей на настольном жидкокристаллическом экране или дисплее ноутбука. Хотя не существует способа исправления таких пикселей, можно посоветовать один нехитрый прием. Некоторые испорченные пиксели исправляются, если слегка нажать пальцем на область экрана, где они расположены. Это часто срабатывает, особенно если ячейка постоянно включена, а не погашена (т.е. темная). Пусть уж лучше мертвый пиксель будет темным, чем ярко светится, тем самым немало раздражая пользователя. Жидкокристаллические экраны с активной матрицей В большинстве жидкокристаллических мониторов используются тонкопленочные транзисторы (TFT). В каждом пикселе есть один монохромный или три цветных (RGB) транзистора, упакованные в гибком материале, имеющем точно такой же размер и форму, что и сам дисплей. Поэтому транзисторы каждого пикселя расположены непосредственно за жидкокристаллическими ячейками, которыми они управляют.

В настоящее время для производства дисплеев с активной матрицей используется два материала: гидрогенизированный аморфный кремний (a-Si) и низкотемпературный поликристаллический кремний (p-Si). В принципе основная разница между ними заключается в производственной цене. Изначально TFT мониторы выпускались с помощью процесса a-Si, так как для него требуется более низкий температурный режим (менее 400°С), чем для p-Si. Сейчас низкотемпературный процесс p-Si является полноценной альтернативой a-Si с достаточно приемлемой ценой.

Для увеличения видимого горизонтального угла обзора жидкокристаллических дисплеев некоторые производители модифицировали классическую технологию TFT. Например, технология плоскостного переключения (in-plane switching — IPS), также известная как STFT, подразумевает параллельное выравнивание жидко кристаллических ячеек относительно стекла экрана, подачу электрического напряжения на плоскостные стороны ячеек и поворот пикселей для четкого и равномерного вывода изображения на всю жидкокристаллическую панель. Суть еще одного новшества компании Hitachi — технологии Super-IPS — заключается в перестраивании жидкокристаллических молекул в соответствии с зигзагообразной схемой, а не по строкам и столбцам, что позволяет уменьшить нежелательное цветовое смешение и улучшить равномерное распределение цветовой гаммы на экране. В аналогичной технологии мультидоменного вертикального выравнивания (multidomain vertical alignment — MVA) компании Fujitsu экран монитора подразделяется на отдельные области, для каждой из которых изменяется угол ориентации.

Как Super-IPS, так и MVA предназначены для улучшения видимого угла обзора традиционного TFT-экрана. В различных компаниях эта технология носит разные названия, например, в компании Sharp она называется ультравысокой апертурой (Ultra High Aperture — UHA). Производители часто придумывают собственные специальные термины, пытаясь таким образом выделить свою продукцию среди конкурентов. Поскольку в больших жидкокристаллических экранах (17'' и больше) угол обзора играет немаловажную роль, эти технологии используются в больших и дорогих панелях, а также лицензированы другими производителями жидкокристаллических дисплеев. (Мюллер. С. Модернизация и ремонт ПК, 17 - е издание. / С. Мюллер. – М.: ООО “И. Д. Вильямс”, 2007. – C.891-892)

Дисплеи на жидкокристаллических панелях (Liquid Crystal Display, LCD), или ЖК- дисплеи, основаны на изменении оптической поляризации отраженного или проходящего света под действием электрического поля. Слой жидкокристаллического вещества расположен между двумя стеклами с поляризационными решетками. Жидкокристаллическое вещество способно менять направление поляризации проходящего света в зависимости от состояния молекул. При отсутствии электрического поля направление поляризации меняется на 90°, а в дисплеях, изготовленных по технологии STN (Super Twisted Nematic), поворот достигает 270°. Под действием электрического поля молекулы «распрямляются», и угол поворота уменьшается. Таким образом, в сочетании с поляризационными решетками стекол можно управлять прозрачностью элемента, изменяя величину электрического поля. В дисплеях DSTN (Double Super Twisted Nematic) ячейки сдваиваются, что позволяет повысить контрастность изображения. Дисплейная панель представляет собой матрицу ячеек, каждая из которых находится на пересечении вертикальных и горизонтальных координатных проводников. В пассивной матрице (passive matrix) дисплеев на жидкие кристаллы воздействуют поля самих координатных проводников. Ячейкам пассивной матрицы свойственна большая инерционность — порядка 300-400 мс (время на «перестройку» структуры молекул жидкокристаллического вещества), из-за чего на такие дисплеи плохо выводится динамическое изображение. Специально для них применяется особый режим отображения указателя мыши — за ним тянется шлейф, без которого быстро перемещаемый указатель визуально теряется. В активной матрице (active matrix) каждая ячейка управляется транзистором, которым, в свою очередь, управляют через координатные шины. В любом случае панели требуют подсветки — либо задней (back light), либо боковой (side light) от дополнительного (чаще люминесцентного) источника освещения. Иногда используют внешнее освещение, при этом за панелью располагается зеркальная поверхность. Активные матрицы обеспечивают более высокую контрастность изображения. Цветные дисплеи имеют более сложные ячейки, состоящие из трех элементов для управления каждым из базисных цветов.

Современные плоские TFT LCD-дисплеи представляют собой «бутерброд» из двух стекол, между которыми расположены слои жидкокристаллического вещества и матрица тонкопленочных транзисторов (Thin Film Transistor, TFT). На переднем и заднем стеклах нанесены поляризационные решетки со взаимно перпендикулярным направлением поляризации. Жидкокристаллическая прослойка при отсутствии электрического поля поворачивает угол поляризации проходящего света на 90°, благодаря чему «бутерброд» становится прозрачным для проходящих лучей. Под действием электрического поля от напряжения, подаваемого транзистором каждой ячейки матрицы, угол поворота поляризации может быть уменьшен до нуля. Чем больше приложенное напряжение, тем меньше угол поворота и тем менее прозрачной будет ячейка. Инерционность ячеек активной матрицы у старых дисплеев составляла 20-30 мс — меньше, чем для пассивной, но все равно ощутимо. На современных дисплеях инерционность снизили до 12 мс, и на них хорошо смотрятся «живое» видео и динамические игры. (Гук. М. Ю. Аппаратные средства IBM PC. Энциклопедия. 3-е изд. / М. Ю. Гук. –СПБ.: “Питер” 2006 - С.604-605)

Монитор как отдельная составляющая часть полноценного компьютера существует уже 43 года с момента создания первого прототипа. За такой маленький промежуток времени произошло множество изменений. Безусловно на сегодняшней момент мониторы с жидкокристаллическим дисплеем популярны, удобны, безвредны и доступны. Производители создавая каждый раз новую модель монитора пытается найти оптимальный вариант для удовлетворения потребностей пользователя. Или же целенаправленно создают мониторы на узкий круг людей, на пример игровая индустрия очень требовательно относится к мониторам и к их выбору т. к. скорость передачи информации на экран и максимальные углы обзора для них очень важны. Характеристик у мониторов очень много поэтому любому покупателю монитора нужно знать хотя бы основы, на которые нужно обратить внимание.

ГЛАВА 2. ХАРАКТЕРИСТИКИ МОНИТОРОВ

2.1 ХАРАКТЕРИСТИКИ ЭЛТ

Самым главным устройством вывода визуальной информации в РС является дисплей (display — устройство отображения). Дисплей может быть основан на различных физических принципах: здесь применимы электронно-лучевые трубки, газоплазменные матрицы, жидкокристаллические индикаторы и другие приборы. Наибольшее распространение получили дисплеи на электронно-лучевых трубках и жидкокристаллических матрицах. Электронно-лучевая трубка (ЭЛТ) по-английски сокращенно называется CRT (Cathode Ray Tube — катодно-лучевая трубка). Иногда аббревиатуру CRT расшифровывают и как Cathode Ray Terminal, что соответствует уже не самой трубке, а устройству, на ней основанному (монитору на катодно-лучевой трубке). Вместо сокращения ЭЛТ в нашем обсуждении можно использовать и название кинескоп — это ЭЛТ с электромагнитной системой отклонения луча, которая характерна и для телевизионных, и для компьютерных мониторов. Первые дисплеи на ЭЛТ появились еще до РС, и в них помимо ЭЛТ с окружающими ее схемами генераторов развертки и видеоусилителей находились и узлы, формирующие изображение (чаще — алфавитно-цифровое). Такие дисплеи применяются и сейчас как терминалы многопользовательских машин (например, систем UNIX). В персональных компьютерах узлы, формирующие изображение, «переехали» в системный блок, в результате дисплей функционально упростился и стал похож на монитор, применяемый в телевидении. Монитор содержит только ЭЛТ с видеоусилителями сигналов яркости лучей, генераторы разверток, блок питания и схемы управления этими узлами. Традиционный телевизионный монитор имеет низкочастотный вход композитного видеосигнала или/и раздельные входы модуляции лучей и рассчитан на работу в стандартах PAL, SECAM или NTSC, определяющих способы цветопередачи и фиксирующих частоты синхронизации. Монитор компьютера должен обеспечивать существенно более широкую полосу пропускания видеосигнала, поэтому композитный вход для него неприемлем. Кроме того, этому монитору приходится работать с разными параметрами синхронизации, которые зависят от выбранного режима разрешения и требований к развертке. Параметры синхронизации могут меняться в процессе работы, и компьютерный монитор должен отрабатывать эти переключения режимов.

В монохромных мониторах экран трубки покрыт однородным слоем мелкозернистого люминофора, который при хорошей фокусировке луча дает высокую четкость и разрешающую способность, фактически, определяемую лишь параметрами генераторов разверток. В цветных мониторах люминофор неоднороден — имеются три типа частиц, каждый из которых дает свечение своим базисным цветом. Соответственно, имеются три электронные пушки, каждая из которых «обстреливает» только свои частицы люминофора. Лучи всех трех пушек синхронно сканируют экран. Управляя интенсивностью каждого из лучей, получают требуемый цвет изображения каждой точки. Существует ряд технологий ЭЛТ, различающихся способом наведения лучей на свои частицы люминофора.

Классической является ЭЛТ с теневой маской (shadow mask). Ее экран покрывается не сплошным люминофором, а отдельными зернами-триадами, расположенными треугольником. Каждое зерно состоит из трех крупиц люминофора, которые при попадании на них потока электронов светятся базисными цветами. Крупицы триад имеют строго фиксированное относительное расположение, и сами триады наносятся на поверхность в виде равномерной матрицы. Крупицы каждого цвета «обстреливаются» из отдельной электронной пушки через теневую маску с отверстиями, соответствующими зернам матрицы. Точность попадания лучей в свои крупицы обеспечивается тщательностью изготовления кинескопа и настройкой системы сведения лучей. Шаг матрицы зерен экрана (dot pitch) принято измерять в миллиметрах. В первом приближении можно считать, что он совпадает с размером зерна. Однако отождествлять эти два параметра не очень корректно, и термин «dot pitch» лучше перевести как зернистость экрана, но не размер зерна. Недостатком теневой маски является ее низкая относительная прозрачность, что снижает энергию луча, достигающего люминофора. В результате изображение не очень яркое и насыщенное. Однако теневая маска обеспечивает самый «круглый» пиксел, благодаря чему изображение мелких деталей самое четкое. Поскольку электронные пушки цветов RGB располагаются треугольником (зеркально по отношению к триадам люминофора), мониторы с теневой маской имеют экран, выпуклый и по вертикали, и по горизонтали. Это не очень удобно (трудно избежать бликов). В ЭЛТ со щелевой маской (slot mask) вместо отверстий в маске имеются вертикальные щели, а цветной люминофор наносится чередующимися полосами (тоже вертикальными). Прозрачность выше — следовательно, цвета более яркие и насыщенные. Однако пикселы получаются немного вытянутыми по вертикали. Пушки располагаются в одной горизонтальной плоскости, что позволяет сделать экран выпуклым только по горизонтали (по вертикали его поверхность прямолинейна).

В ЭЛТ с апертурной решеткой (aperture grilles) люминофор тоже нанесен вертикальными полосами, но в качестве маски в них используются вертикально натянутые нити, выстроенные «частоколом». Маску поддерживает одна или несколько горизонтальных проволочек, тень от которых заметна на экране (дань технологии). У 15-дюймовых мониторов проволочка одна, она расположена снизу на высоте примерно 1/3 экрана. У мониторов большего размера их может быть 2-3. Яркость и насыщенность цветов наилучшая, но четкость пикселов хуже, чем у щелевой и, тем более, у теневой маски. Экран таких трубок плоский. Из рассмотренных трех типов трубок трубки с теневыми масками больше всего подходят для задач САПР (и обработки текста), трубки с апертурными решетками — для художественной графики и мультимедийных систем (наилучшая цветопередача). Щелевая маска — компромиссный вариант.

Мониторы подразделяются на монохромные (monochrome, или mono) и цветные (colour, или color). Монохромные мониторы практически вышли из употребления.

Цветные мониторы получили наибольшее распространение. Первые цветные мониторы, имеющие цифровой интерфейс, использовались с адаптерами CGA и EGA. Мониторы CGA работали на частотах, близких к телевизионным, и некоторые умельцы подключали вместо них цветные телевизоры. Однако по качеству изображения телевизор обычно уступает монитору. Мониторы EGA имели возможность переключения частот развертки и обеспечивали довольно высокое качество изображения. В настоящее время распространены мониторы классов VGA и SVGA, имеющие аналоговый или/и цифровой интерфейс. Мониторы VGA, допускающие работу в режиме 640 х 480, вытеснены мониторами класса SVGA, которые должны поддерживать по крайней мере режим 800 х 600.

Главным параметром монитора является размер диагонали экрана (screen size), который принято измерять в дюймах. По умолчанию считается, что ширина экрана больше его высоты и соотношение этих размеров составляет 4:3. Такую ориентацию можно назвать «пейзажной» (landscape), хотя это определение обычно опускают. Заметим, что стандартные графические режимы с высоким разрешением (640 х 480, 800 х 600 и далее) имеют то же соотношение числа точек в строке и числа строк. Этим достигается неискаженное изображение фигур: квадрат на экране будет иметь стороны с одинаковым числом пикселов. Существуют и мониторы с «портретной» (portrait) ориентацией, у которых высота больше ширины. Это вовсе не повернутые на бок обычные мониторы, поскольку строки развертки у них остаются горизонтальными. Данный тип монитора предназначается для издательских систем и позволяет более полно использовать площадь экрана при выводе книжных страниц. В настоящее время «портретные» мониторы встречаются редко, а в издательской деятельности чаще применяют «просто» большие мониторы (19м, 21м и больше). Размеры экранов приведены в табл. 10.2. Заметим, что указанный размер диагонали не является размером изображения, выводимого с гарантированным уровнем качества. По краям экрана (особенно по углам) возможны геометрические искажения, нарушение фокусировки и сведения лучей. По этим причинам изображение (видимая часть растра) выводится на меньшую площадь. Так, для экрана 15м размер видимой (высококачественной) части изображения может составлять, например, 13,7м. Если изготовителю монитора удается добиться почти полного использования поверхности, он не забывает упомянуть в рекламе эту особенность. Иногда случается, что производитель, добившийся лучшего использования углов, укажет завышенный размер диагонали экрана, определяющий продажную цену монитора.