Характеристики и типы мониторов для персональных компьютеров

Содержание:

Введение:

Мониторы входят в состав любой компьютерной системы. Это устройства вывода графической и текстовой информации в форме, доступной пользователю.

Монитор является одним из важнейших частей компьютера, поскольку человек до 90 % информации воспринимает глазами, поэтому так высоки предъявляемые требования к монитору. На разработку новых технологий производства мониторов компаний тратят огромные денежные средства и людские ресурсы. На сегодняшний день этот продукт очень востребован и перспективен.

1. История создания мониторов

До 50-х годов компьютеры выводили информацию только на печатающие устройства. Достаточно часто компьютеры тех лет оснащались осциллографами, которые, однако, использовались не для вывода информации, а всего лишь для проверки электронных цепей вычислительной машины.

Впервые в 1950 году в Кембриджском университете (Англия) электронно-лучевая трубка осциллографа была использована для вывода графической информации на компьютере EDSAC (Electronic Delay Storage Automatic Computer). 
Примерно полтора года спустя английский ученый Кристофер Стретчи написал для компьютера "Марк 1" программу, игравшую в шашки и выводившую информацию на экран. Однако это были лишь отдельные примеры, не носившие серьезного системного характера.

Реальный прорыв в представлении графической информации на экране дисплея произошел в Америке в рамках военного проекта на базе компьютера "Вихрь". Данный компьютер использовался для фиксации информации о вторжении самолетов в воздушное пространство США.

Первая демонстрация "Вихря" состоялась 20 апреля 1951 года - радиолокатор посылал информацию о положении самолета компьютеру, и тот передавал на экран положение самолета-цели, которая отображалась в виде движущейся точки и буквы T (Target). Это был первый крупный проект, в котором электронно-лучевая трубка использовалась для отображения графической информации.

Первые мониторы были векторными (рис. 2) - в мониторах этого типа электронный пучок создает линии на экране, перемещаясь непосредственно от одного набора координат к другому. 
Соответственно нет необходимости разбивать в подобных мониторах экран на пикселы. Позднее появились мониторы с растровым сканированием. В мониторах подобного типа электронный пучок сканирует экран слева направо и сверху вниз, пробегая каждый раз всю поверхность экрана.

Следующей ступенькой развития мониторов явилось цветное изображение, для получения которого требуется уже не один, а три пучка, каждый из которых высвечивает определенные точки на поверхности дисплея. Подробнее об этом типе мониторов мы поговорим при рассмотрении принципа работы современных цветных CRT-мониторов. Со временем помимо CRT-мониторов появились и другие технологии, которые позволили создавать более компактные и легкие экранные панели.

1. Характеристика мониторов и их виды:

3.1 Размер монитора: 

измеряется между противоположными углами трубки кинескопа по диагонали. Единица измерения — дюймы. Стандартные размеры: 14"; 15"; 17"; 19"; 20"; 21",24"27,"и так далее.

3.2 Частота кадровой развертки

(частота регенерации (обновления)) изображения показывает, сколько раз в тече­ние секунды монитор может полностью сменить изображение (поэтому ее также называют частотой кадров). Этот параметр зависит не только от монитора, но и от свойств и настроек видеоадаптера, хотя предельные возможности определяет все-таки монитор.

Частоту кадровой развертки измеряют в герцах (Гц), чем она выше, тем четче и устойчивее изображение, тем меньше утомление глаз, тем больше времени можно работать с компьютером непрерывно. Для большей устойчивос­ти изображения и снижения усталости глаз у современных качественных мониторов под­держивается частота смены кадров на уровне 60 - 120 Гц и выше.

3.3 Разрешающая способность мониторов.

Видеомониторы обычно могут работать в двух режимах: текстовом и графическом.

В текстовом режиме экран разбивается на 25 строк по 80 позиций в каждой строке. В каждую позицию (знакоместо) может быть выведен символ рас­ширенного набора ASCII, формируемый знакогенератором (возможны примитивные рисун­ки, гистограммы, рамки, составленные с использованием символов псевдографики).

В графическом режиме на экран выводятся более сложные изображения и над­писи с различными шрифтами и размерами букв, формируемых из отдельных мозаичных элементов — пикселей (pixel — picture element). В современных компьютерах пиксель квадратный. Необходимо знать, что изображения символов в текстовом режиме формируются теми же пикселями, которые образуют и графическую картинку. Разница в том, что в текстовом режиме для каждого символа создается «матрица» из пикселей и эта «матрица» как целое печатается на экране. Поэтому скорость вывода изображения в текстовом режиме гораздо выше, чем в графическом.

Разрешающая способность мониторов нужна прежде всего в графи­ческом режиме и связана с размером пикселя. Измеряется разрешающая способность максимальным количеством пикселей, разме­щающихся по горизонтали и по вертикали на экране монитора. Зависит разрешающая спо­собность как от характеристик монитора, так, даже в большей степени, и от характеристик видеоадаптера.

Стандартные значения разрешающей способности современных мониторов: 640х480, 800х600, 1024х768, 1600х1200, 1768х992, 1920х1080, 3840х2160, но реально могут быть и иные значения.

3.4 Разрешение экрана 

является одним из важнейших параметров видеоподсистемы. Чем оно выше, тем больше информации можно отобразить на экране, но тем меньше размер каждой отдельной точки и, тем самым, тем меньше видимый размер элементов изображения

Монитор показывает изображение, формируемое процессором компьютера. Но процессор должен заниматься многими другими задачами, а не только передавать картинку на монитор. Поэтому монитор, а точнее его адаптер, должен иметь специальную память (видеопамять), в которую процессор записывает картинку. А уже затем видеоадаптер, не зависимо от процессора, может выводить содержимое этой видеопамяти на экран, позволяя процессору заниматься другими задачами.

В графическом режиме монитора в видеопамяти для каждой точки экрана должен быть записан тот цвет, которым эта точка будет изображаться. Так что, чем больше разрешающая способность экрана, тем больше размер должна иметь видеопамять.

3.5 Цветовое разрешение (глубина цвета) 

определяет количество различных оттенков, которые может принимать отдельная точка экрана. Максимально возможное цветовое разрешение зависит от свойств видеоадаптера и, в первую очередь, от количества установленной на нем видеопамяти. Кроме того, оно зависит и от установ­ленного разрешения экрана. При высоком разрешении экрана на каждую точку изображения приходится отводить меньше места в видеопамяти, так что информация о цветах вынужденно оказывается более ограниченной. Минимальное требование по глубине цвета на сегодняшний день — 256 цветов, хотя большинство программ требуют не менее 65 тыс. цветов (режим High Color). Наиболее комфортная работа достигается при глубине цвета 16,7 млн цветов (режим True Color).

3.6 Мониторы на электронно-лучевой трубке:

В настольных компьютерах еще используются мониторы на Электронно-лучевой трубки(ЭЛТ). Изображение на экране монитора создается пучком электронов, испускаемых электронной пушкой. Этот пучок электронов разгоняется высоким электрическим напряжением (десятки киловольт) и падает на внутреннюю поверхность экрана, покрытую люминофором (веществом, светящимся под воздействием пучка электронов).

Система управления пучком заставляет пробегать его построчно весь экран (создает растр), а также регулирует его интенсивность (соответственно яркость свечения точки точки люминофора). Пользователь видит изображение на экране монитора, так как люминофор излучает световые лучи в видимой части спектра. Качество изображения тем выше, чем меньше размер точки изображения.

Монитор является источником высокого статического электрического потенциала, электромагнитного и рентгеновского излучений, которые могут оказать неблагоприятное воздействие на здоровье человека. Современные мониторы практически безопасны, так как соответствуют жестким санитарно-гигиеническим требованиям, зафиксированным в международном стандарте безопасности TCO'99.

3.7 Жидкокристаллические мониторы (LCD мониторы):

все шире используются наряду с традиционными ЭЛТ-мониторами Экран LCD-монитора представляет собой массив маленьких сегментов (называемых пикселями), которые могут манипулироваться для отображения информации. LCD-монитор имеет несколько слоев, где ключевую роль играют две панели сделанные из очень чистого стеклянного материала, которые собственно и содержат тонкий слой жидких кристаллов между собой.

Жидкие кристаллы— это особое состояние некоторых органических веществ, в котором они обладают текучестью и свойством образовывать пространственные структуры, подобные кристаллическим. Жидкие кристаллы могут изменять свою структуру и светооптические свойства под действием электрического напряжения. Меняя с помощью электрического поля ориентацию групп кристаллов и используя введённые в жидкокристаллический раствор вещества, способные излучать свет под воздействием электрического поля, можно создать высококачественные изображения, передающие более 15 миллионов цветовых оттенков.

3.8 LED-мониторы:

Как можно понять из названия LED (Ligth Emitting Diode) в данных моделях вместо жидких кристаллов используются светодиоды. Которые отвечают за передачу одного или несколько цветов и выступают в качестве одного пикселя. Благодаря тому, что светодиоды являются самостоятельными источниками светового излучения, они позволяют построить картинку с максимальной яркостью и контрастом. Однако у таких мониторов есть существенный недостаток, это сравнительно большой размер самих светодиодов. Применение таких монитор нашло себя в наружной рекламе и огромных экранах, используемых на концертах и т.п. На данный момент только из светодиодов можно составить огромные экраны с очень хорошим качеством изображения и сравнительно низкой стоимостью.

Преимущество диодных мониторов заключается в способе построения экрана в целом. Для этого используются панели меньшего размера, как правило квадратные и имеют свое управление и информационную шину по которой передается изображение. А из этих панелей и строиться цельный экран. При этом фактически не важно какие габариты будут у экрана, главное чтобы контроллер который управляет панелями знал это.

В такой конструкции кроется положительная особенность, при поломке одной из панелей большая часть экрана остается рабочей, а при ремонте достаточно заменить сгоревшую панель. Долгий срок службы светодиодов тоже не малозначим.

Вполне возможно, что с развитием электроники и конструкции диодов, можно ожидать и появление настольных мониторов выполненных по технологии LED.

По неопытности некоторые пользователи (да даже встречал продавцов консультантов) которые по ошибке LED монитором называют обычные жидкокристаллические настольные мониторы, в которых диоды используются в качестве подсветки. Правильно будет назвать такое монитор с LED подсветкой.

3.9 Плазменные мониторы:

представляет собой матрицу газонаполненных ячеек, заключенных между двумя параллельными стеклянными поверхностями. В качестве газовой среды обычно используется неон или ксенон. Разряд в газе протекает между прозрачным электродом на лицевой стороне экрана и адресными электродами, проходящими по его задней стороне. Газовый разряд вызывает ультрафиолетовое излучение, которое, в свою очередь, инициирует видимое свечение люминофора. В цветных плазменных панелях каждый пиксель экрана состоит из трёх идентичных микроскопических полостей, содержащих инертный газ (ксенон) и имеющих два электрода, спереди и сзади. После того, как к электродам будет приложено сильное напряжение, плазма начнёт перемещаться. При этом она излучает ультрафиолетовый свет, который попадает на люминофоры в нижней части каждой полости. Люминофоры излучают один из основных цветов: красный, зелёный или синий. Затем цветной свет проходит через стекло и попадает в глаз зрителя. Таким образом, в плазменной технологии пиксели работают, подобно люминесцентным трубкам, но создание панелей из них довольно проблематично. Первая трудность — размер пикселя. Суб-пиксель плазменной панели имеет объём200 мкм x 200 мкм x 100 мкм, а на панели нужно уложить несколько миллионов пикселей, один к одному. Во-вторых, передний электрод должен быть максимально прозрачным. Для этой цели используется оксид индия и олова, поскольку он проводит ток и прозрачен. К сожалению, плазменные панели могут быть такими большими, а слой оксида настолько тонким, что при протекании больших токов на сопротивлении проводников будет падение напряжения, которое сильно уменьшите исказит сигналы. Поэтому приходится добавлять промежуточные соединительные проводники из хрома — он проводит ток намного лучше, но, к сожалению, непрозрачен.

Наконец, требуется подобрать правильные люминофоры. Они зависят от требуемого цвета:

• Зелёный: Zn₂SiO₄:Mn₂₊ / BaAl₁₂O₁₉:Mn₂₊
• Красный: Y₂O₃:Eu₃₊ / Y0,65Gd_0,35BO₃:Eu₃
• Синий: BaMgAl₁₀O₁₇:Eu₂₊

Три этих люминофора дают свет с длиной волны между 510 и 525 нм для зелёного, 610 нм для красного и 450нм для синего. Последней проблемой остаётся адресация пикселей, поскольку, как мы уже видели, чтобы получить требуемый оттенок нужно менять интенсивность цвета независимо для каждого из трёх суб-пикселей. На плазменной панели 1280x768 пикселей присутствует примерно три миллиона суб-пикселей, что даёт шесть миллионов электродов. Как вы понимаете, проложить шесть миллионов дорожек для независимого управления суб-пикселями невозможно, поэтому дорожки необходимо мультиплексировать. Передние дорожки обычно выстраивают в цельные строчки, а задние — в столбцы. Встроенная в плазменную панель электроника с помощью матрицы дорожек выбирает пиксель, который необходимо зажечь на панели. Операция происходит очень быстро, поэтому пользователь ничего не замечает, —подобно сканированию лучом на ЭЛТ-мониторах.

3.9.1 Достоинства и недостатки.

Плазма — это дисплей, который, подобно кинескопному телевизору, не использует светоклапанные, а излучает уже модулированный свет непосредственно фосфорными триадами. Это в определенной степени роднит плазму с электронно-лучевыми трубками, столь привычными и доказавшими свою состоятельность на протяжении нескольких десятилетий.

У плазмы заметно более широкий охват цветового пространства, что также объясняется спецификой цветосинтеза, который формируется «активными» фосфорными элементами, а не путем пропускания светового потока лампы через светофильтры и светоклапанный.

Кроме того, ресурс плазмы около 60000 часов.

3.10 Аббревиатура OLED:

расшифровывается как Organic Light Emitting Diode, то есть органический светоизлучающий диод, или просто органический светодиод. Для их создания используются тонкие пленки, состоящие из нескольких слоев углеродного материала. Как можно судить из названия, эти диоды излучают свет при прохождении через них электрического тока. В этом и заключается одно из главных отличий таких дисплеев от жидкокристаллических экранов — они не нуждаются в дополнительной подсветке.

Способность органических материалов светиться под воздействие электрического тока была обнаружена еще в 1950-х годах. Но технология стала стремительно развиваться и применяться в различных областях только в последние годы.

3.10.1 Принцип работы

Светодиодная панель состоит из шести слоев. В верхней и нижней части расположены слои защитного стекла или пластика. Причем верхний слой называется изолирующим, а нижний — подложкой. Так как органические светодиоды очень чувствительны к кислороду и влаге, они играют важную роль

Между этими слоями находятся катод (отрицательный электрод) и анод (положительный электрод). А между ними уже помещаются два слоя из органических молекул, которые называются излучающим (рядом с катодом, в нем образуется свечение) и проводящим (рядом с анодом).

Чтобы заставить светодиоды излучать свет, проводится напряжение через анод и катод.

По мере поступления электричества катод получает электроны от источника питания, а анод их теряет или, другими словами, получает дырки.

В результате электроны делают излучающий слой отрицательно заряженным, а проводящий слой становится положительно заряженным.

Положительные дырки гораздо более подвижны, чем отрицательные электроны, поэтому они перескакивают через границу проводящего слоя к излучающему. Когда дырка встречается электроном, они компенсируют друг друга, и высвобождается короткий выброс энергии в виде частицы света — фотона.

Этот процесс называется рекомбинацией. Так как он происходит множество раз в секунду, светодиод производит непрерывный свет, пока ток не перестает течь. За счет использования множества диодов красного, зеленого и синего цвета получаются сложные цветные изображения высокого разрешения.

3.10.2 Типы OLED

Существует два типа светодиодов. В традиционном варианте применяются небольшие органические молекулы, помещенные на стекло, чтобы производить свет. Другой тип использует крупные молекулы полимеров. Они называются светоизлучающими полимерами (LEP) или полимерными светодиодами (PLED), а также отличаются меньшей толщиной и гибкостью.

Дисплеи OLED могут быть построены различными способами. В некоторых конструкциях свет выходит через верхний изолирующий слой, в других — через подложку. Панели большого размера также отличаются тем, что пиксели формируются из отдельных элементов светодиодов.

Также может различаться расположение красных, синих и зеленых пикселей: они могут находиться рядом друг с другом или друг над другом. В последнем случае в каждом квадратном сантиметре умещается больше пикселей, что обеспечивает более высокое разрешение, но и дисплей получается толще.

3.10.3 Преимущества OLED

Дисплеи OLED во многих моментах превосходят жидкокристаллические экраны.

• Небольшая толщина (около 0,2-0,3 мм, как правило, LCD примерно в 10 раз толще).
• Маленький вес.
• Гибкость.
• Высокая яркость.
• Меньшее потребление энергии (так как подсветка не требуется).
• Высокая скорость обновления (OLED реагирует в 200 раз быстрее, что имеет большое значение при воспроизведении быстро движущихся изображений, например, при просмотре спортивных передач или игр).
• Более натуральные цвета и насыщенный черный цвет (за счет отсутствия подсветки черных пикселей).
• Широкий угол обзора.

3.10.4 Недостатки OLED

Самым главным недостатков дисплеев OLED является их недолговечность. Ранние версии таких экранов изнашивались примерно в четыре раза быстрее по сравнению с LCD. С развитием современных технологий производителям удалось уменьшить эту разницу, и теперь дисплеи на основе органических светодиодов могут выдержать несколько лет активного использования.

Кроме того, как показывает практика, красные и зеленые диоды работают дольше, чем их синие собратья. Со временем это может привести к искажению цветов. Еще одна проблема заключается в чувствительности к воде. Как уже отмечалось выше, по этой причине здесь большую роль играет изолирующий слой.

Также стоит отметить, что производство OLED-дисплеев все еще обходится дороже, чем LCD. В результате потребителю придется платить больше за устройство со светодиодной панелью, чем за его аналог с жидкокристаллическим экраном. В случае повреждения дисплея ремонт также может обойтись дороже.

1. Стандарты для мониторов

В настоящее время в данной области отсутствует единая международная система стандартов, поэтому существует множество национальных стандартов, ряд из них стали общепризнанными.

Большинство стандартов являются общими для всех узлов компьютера, однако есть и специфические, например ТСО’91, которые относятся только к мониторам.

Разработкой единых стандартов занимается Международная организация по стандартизации (International Standards Organization, ISO). Одним из них является стандарт ISO 9001, который пришел на смену применяемому ранее стандарту BS 5750.Этот стандарт относится только к качеству и уровню производства аппаратуры, но не к самой аппаратуре, поэтому ссылка на него не может служить гарантией качества монитора.

1. Стандарты безопасности

IEC 950 –стандарт Международной электротехнической комиссии (International Electrotechnical Commission), определяющий нормы электробезопасности на электротехническое оборудование. Целью стандарта является предотвращение повреждений и ущерба, которые могут возникнуть в результате поражения электрическим током, загорания, короткого замыкания, механических поломок и т.п.

Еще одним стандартом можно назвать часть комплексного норматива СЕ mark, или просто СЕ. Это общий стандарт для стран ЕС, тем не менее некоторые страны имеют свои национальные стандарты безопасности, поэтому в документации часто указывается на соответствие аппаратуры нормативам DEMKO (Датского электротехнического комитета сертификации и контроля качества), NEMCO (Электротехнического института управления качеством Норвегии), SEMCO (Института сертификации и контроля качества Швеции) и финскому стандарту FIMKO.

В комплексном стандарте TŰV/Rhienald также содержится раздел GS, посвященный безопасности.

К стандартам электробезопасности можно отнести и документы, определяющие виды сетевых соединителей (вилок). К ним относятся нормативы UL и CSA.

1. Эргономические стандарты

Эта группа стандартов включает требования и рекомендации по охране здоровья и условий труда. Они касаются освещения, конструкции аппаратуры, удобства расположения органов управления и экрана монитора относительно уровня глаз, возможностей поворота дисплея для обеспечения его удобного положения и т.п. К числу эргономических стандартов относятся международный стандарт BS 7179 и пришедший ему на смену ISO 9241-3. Эргономические нормы включены в комплексный стандарт TŰV/Rheinald (подраздел TŰV/Rheinal Ergnomie), а также в новый комплексный стандарт ТСО`95.

Наиболее важные эргономические требования к мониторам, связанные с частотой кадровой развертки не ниже 75 Гц, заключены в стандарте ErgoVga ассоциации VESA, но этот стандарт почему-то почти не используется.

Отдельно следует упомянуть стандарты по электромагнитным излучениям, которые также можно было бы отнести к эргономическим.

7 Стандарты уровней излучений

Наиболее известным в данной группе является шведский стандарт MPR II (Swedish National Board of Measurements and Testing), принятый в конце 1990 г. Он определяет уровень электромагнитного излучения в двух диапазонах – очень низких частот (2-400 кГц) и сверхнизких частот (5 Гц – 2 кГц), а также величину статического заряда на мониторе и величину рентгеновского излучения. Затем появился более жесткий стандарт ТСО’91, который в 1992 г. был дополнен требованиями по энергосбережению, и весь документ стал называться стандартом ТСО’92.

Самый последний стандарт ТСО’95 содержит требования по электромагнитным излучениям, идентичные стандарту ТСО’91, плюс экологические нормы (Environmental requirements). В частности, в соответствии с этим стандартом в конструкциях мониторов не применяются галогеносодержащие пластмассы, а их упаковка не должна содержать хлоридов и бромидов и подлежит вторичной переработке. Требования вышеперечисленных стандартов приведены в табл. 5.

Чтобы монитор соответствовал требованиям ТСО`91 по уровням излучения, на него устанавливают для уменьшения электромагнитного излучения специальные элементы (компенсирующие катушки или экранирующие кольца из специального сплава с высокой магнитной проницаемостью), которые располагают вокруг отклоняющей системы и/или в области цепей и элементов строчной развертки.

Новый стандарт ТСО`95 только начинает внедряться в производстве мониторов.

Таблица 5. Требования стандартов на уровни излучений

Стандарт	Напряженность переменного электрического поля для диапазонов*, В/м		Напряженность переменного магнитного поля для диапазонов*, нТл		Электро- статический потенциал*, В
	5 Гц–2 кГц	2 кГц–400 кГц	5 Гц–2 кГц	2 кГц–400 кГц
MPR II	< 25	< 2.5	< 250	< 25	< 500
TCO’91(92)	< 10 **	< 1.0 **	<200 **	< 25	< 500
TCO’95	< 10 **	< 1.0 **	< 200 **	< 25	< 500
Примечания: *уровни напряженности измеряются на расстоянии 50 см от монитора, **измерения производятся перед экраном на расстоянии 30 см.

Нормы на электромагнитные излучения приводятся также в стандартах ISO 9241-3, TUV/Rhienald Ergonomee и ряде других, однако наиболее жесткими, а потому общепризнанными являются TCO`91 и TCO`95.

Заключение

экранный монитор цифровой антибликовый

Если говорить об изменениях мониторов в чисто геометрическом плане, то действительно можно сказать, что они эволюционируют от трубки к пластине. Традиционные электронно-лучевые трубки становятся все шире и короче, появляются также новые технологии мониторов, позволяющие создавать панели, которые в буквальном смысле можно вешать на стену и даже менять форму монитора изгибая его. Впрочем, геометрический подход не подразумевает под собой ничего, кроме формы; ученые активно работают и над традиционными технологиями, постоянно совершенствуя их качество, и одновременно создают принципиально новые. Некоторые из этих технологий уже доведены до уровня промышленных изделий, другие еще только проходят лабораторные испытания, однако уже сегодня обещают перегнать в характеристиках своих нынешних собратьев. Мониторы для человека стали намного безопасней.

1. Список использованных источников:

https://androidlime.ru/oled-display

https://dic.academic.ru/dic.nsf/ruwiki/1288732#.D0.9F.D0.BE_.D1.82.D0.B8.D0.BF.D1.83_.D1.8D.D0.BA.D1.80.D0.B0.D0.BD.D0.B0

http://files.school-collection.edu.ru/dlrstore/39131514-5991-11da-8314-0800200c9a66/index.htm#7

https://cool-zero.ru/?p=152

https://studopedia.ru/8_99468_monitor-ego-harakteristiki-vidi-monitorov.html

https://dic.academic.ru/dic.nsf/ruwiki/1096113

https://studfiles.net/preview/400269/page:13/