Характеристики и типы мониторов для персональных компьютеров (ЭЛТ – Мониторы)

Содержание:

Введение

Монитор - 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 и декодера сигналов изображения. Кроме того, в большинстве мониторов отсутствует звуковоспроизводящий тракт и громкоговорители.

Актуальность моей исследовательской работы заключается в том, что технологии не стоят на месте в том числе и мониторы. Каждый день инженеры придумывают новые типы матриц, дорабатывают старые, и подстраиваются под разные задачи потребителей за счёт чего появляются новые типы мониторов, которые расширяют границы их использования.

Целью моей курсовой работы является исследование различных поколений мониторов, их преимущество и недостатки на период создания.

1. Виды мониторов

1.1 ЭЛТ-Мониторы (Электронно-лучевая трубка)

Наиболее старый вид монитора. Началом истории создания ЭЛТ-мониторов можно считать 1855 году. В то время немецким стеклодувом Генрихом Гейслером было сделано, на первый взгляд, не относящееся к мониторам изобретение. Он создал вакуумный стеклянный сосуд. Через несколько лет после этого изобретения другой немецкий ученый, физик и математик, друг Генриха Гейслера, - Юлиус Плюккер впаял в вакуумный сосуд два электрода и подал на них напряжение. В результате возникшей разности потенциала, от одного электрода к другому пошел ток, стремящийся выровнять разность потенциалов. Под действием тока в вакуумной трубке возникло свечение, характер которого зависел от глубины вакуума. Свечение вызывалось столкновением атомов, оставшихся в сосуде газов, с электронами, идущими от электрода с большим потенциалом к электрону с меньшим потенциалом. Так как электрон с большим потенциалом называется катодом, а с меньшим потенциалом – анодом, то поток электронов, излучаемый катодом, получил название – катодные лучи.

Итак, в 1859 году Юлиусом Плюккером было совершено знаковое открытие, позволившее в дальнейшем создать ЭЛТ-мониторы.

Первое изображение с помощью электронно-лучевой трубки было сделано только через 18 лет после многочисленных опытов и исследований катодных лучей. И это открытие принадлежит Карлу Фердинанду Брауну. Именно он разработал принцип формирования изображения с помощью электронно-лучевой трубки, впоследствии названной трубкой Брауна.

Рисунок 1. Трубка Брауна

После успеха, Карла Фердинанда Брауна, в области исследовании электронно-лучевых трубок многие ученные хорошо оценило работу и вложило свой вклад в развитие и совершенствование этого изобретения. Так и в 1907 году русский физик Борис Львович Розинг разработал прибор на основе трубки Брауна, способный воспроизводить движущееся изображение, и получил патент на свою разработку в 1908-1910 гг. в России, Англии и Германии. Он же 9 мая 1911 года, на заседании Русского технического общества, продемонстрировал передачу, прием и воспроизведение на экране электронно-лучевой трубки телевизионных изображений - простых геометрических фигур.

Рисунок 2. Вывод изображения на векторный кинескоп

В дальнейшем подобные приборы стали называться кинескопами, от греч. kinesis - движение и skopeo – смотреть.

Развитие электронно-лучевых трубок шло семимильными шагами, сильно этому способствовало и развитие телевидения. Так в 1935 году в Германии началось первое регулярное телевещание для электронных телевизоров. Регулярное телевещание для телевизоров с оптико-механической разверткой началось гораздо раньше, с 1927 года в Великобритании. В 1936 году электронное телевещание стало регулярным и в Англии, Италии, Франции, а затем инициативу подхватили и другие страны.

В скором времени ЭЛТ-телевизоры стали выпускаться серийно. Так уже в 1939 году был представлен первый электронный телевизор для массового производства. Эта модель, RCS TT-5, была разработана в США в научно-исследовательской лаборатории RCA, возглавляемой Владимиром Зворыкиным, русским эмигрантом, и представляла собой большой деревянный ящик с экраном с диагональю 5 дюймов.

Рисунок 3. Телевизор «RCS TT-5»

Первый электронный телевизор в России ТК-1 был выпущен в конце 1938 года Ленинградским заводом имени Козицкого по американской документации (в Америке подобные телевизоры выпускались с 1934 года). Производство телевизоров было крайне трудоемким и сложным процессом, множество радиодеталей поставлялось из заграницы, и всего было выпущено около 6000 телевизоров, большинство из которых использовались в качестве экспериментальных установок в научно-исследовательских лабораториях.

Первый Российский серийный электронный телевизор был создан на ленинградском заводе «Радист» в конце 1939 года и назывался ''17ТН-1''. Он представлял собой громоздкую напольную тумбу с небольшим круглым экраном 17 дюймов. Производство телевизоров было все еще дорогостоящим и сложным процессом, поэтому до начала войны было выпущено всего 2000 экземпляров.

Рисунок 4. Телевизор «17 TH-1»

Первый массово-серийный и доступный простым потребителям в России стал телевизор КВН-49-1, разработанный в 1947 году в Ленинградском НИИ телевидения. Серийный выпуск телевизоров этой марки начался в 1949 году. Кстати, название КВН произошло от первых букв разработчиков телевизора: Кенигсона В.К, Варшавского Н.М и Николаевского И.А, ну а 49, как вы догадались, от года начала серийного выпуска.

Рисунок 5. КВН - 49

В 1950 году произошел очередной прорыв в технологии. В США был разработан масочный цветной кинескоп с тремя электронными пушками.

Экран кинескопа был покрыт тремя типами люминофора, светящегося под действием электронных лучей красным, зеленым и синим цветом. Каждая точка изображения формировалась тремя участками люминофора разного типа, в совокупности воспринимающаяся глазом, как единая цветная точка.

В основании кинескопа располагалось три электронно-лучевые пушки. Если смотреть сверху на них, то они представляли собой вершины равностороннего треугольника. Лучи, излучаемые этими пушками, синхронно пробегали все строки развертки, также как это делал единственный луч в одноцветных кинескопах. Но каждый луч попадал на свой тип люминофора, и, модулируя интенсивность лучей, на экране можно было отобразить цветные точки.

Рисунок 6. Принцип устройства различных типов масок ЭЛТ - мониторов

Технология отображения на ЭЛТ-телевизорах совершенствовалась год от года, и, когда настала эра ЭВМ, электронно-лучевые трубки стали использоваться для отображения результатов их работы. Конечно, произошло это не сразу. Первые ЭВМ в качестве устройств вывода использовали, в основном, различные печатающие устройства или записывали результат вычислений на магнитную ленту. Но уже тогда многие ЭВМ оснащались электронно-лучевыми трубками, но использовались они не как мониторы, а как осциллографы, контролирующие исправность электрических цепей вычислительных машин или даже, как запоминающие устройства.

Ярким примером служит ЭВМ SSEM (Manchester Small-Scale Experimental Machine) – манчестерская малая экспериментальная машина, заработавшая в июне 1948 года.

Рисунок 7. ЭЛТ монитор ЭВМ SSEM

В ней использовалось целых три электронно-лучевые трубки. Однако только одна из них отображала информацию, две других представляли собой оперативную память, позволившую избавиться от громоздких, трудоемких и опасных ртутных линий задержки.

На прообраз монитора в SSEM выводилась информация, содержавшаяся в двух других электронно-лучевых трубках.

ЭЛТ-мониторы для вывода информации использовались и в ЭВМ CSIRAC (Council for Scientific and Industrial Research Automatic Computer) - Автоматическом Компьютере Совета по Научным и Промышленным Исследованиям. CSIRAC был разработан в Австралии и заработал в ноябре 1949 года.

Рисунок 8. ЭЛТ монитор ЭВМ CSIRAC

Но настоящий бум развития ЭЛТ- мониторов начался с появления персональных компьютеров. Например, ЭВМ IBM 5100, разработанная в 1975 году, имела встроенный пятидюймовый ЭЛТ- монитор, способный отображать 16 строк по 64 символа в каждой. Видеоадаптера, как такового, в ЭВМ не было, а изображение выводилось с помощью контроллера дисплея, имеющего прямой доступ к оперативной памяти по адресам 0x0200..0x05ff, где содержался текст для отображения.

Рисунок 9. Монитор ЭВМ IBM 5100

Подобная технология отображения замедляла работу ЭВМ, так как для формирования изображения использовался центральный процессор. Также негативно сказывалось на быстродействие частое обращение к ОЗУ для считывания области, содержащей информацию для отображения.

Поэтому вскоре для отображения данных на мониторе были разработаны специальные видеоадаптеры, значительно разгружающие центральный процессор и ОЗУ, так как видеоадаптеры оснащались встроенным ОЗУ и не требовали постоянного обращения к основному ОЗУ для регенерации изображения.

Первый такой видеоадаптер был разработан в 1981 году, назывался он Monochrome Display Adapter (MDA) и использовался в IBM PC. Цвет выводимого текста определялся типом люминофора, используемого в кинескопе монитора. Обычно использовался люминофор P1 – зеленый цвет, люминофор P3 – светло-коричневый, или люминофор P4 – белый. В первых мониторах, выпускаемых для адаптера MDA, использовался зеленый люминофор, примером таких мониторы может быть IBM 5151.

В момент выпуска видеоадаптера не было мониторов, способных использовать все его возможности. Имеющиеся монохромные мониторы или NTSC-совместимый телевизор могли подключаться к видеоадаптеру только через композитный разъем. Но при этом качество отображения было ужасным, особенно при высоком разрешении (640х200).

Монитор, полностью поддерживающий все функции видеоадаптера, был выпущен компанией IBM только в 1983 году – это был 12-дюймовый монитор IBM 5153. Позже различными производителями было выпущено множество аналогов этого монитора.

Рисунок 10. Монитор IBM 5153

После многочисленных попыток создать идеальный графический адаптер, компания IBM в 1987 году представила свой вариант видеоадаптера под названием VGA (Video Graphics Array)

Основное разрешение, поддерживаемое адаптером VGA, было 640х480 пикселей, при этом одновременно отображалось 16 цветов, выбираемых из палитры 262144 оттенка. Новое разрешение позволяло более качественно отображать картинку и имело отношение сторон 4:3, которое надолго стало стандартом, и только в последние годы было вытеснено широкоформатным отображением, как в мониторах, так и в телевизорах, которые в принципе с каждым днем все меньше и меньше отличаются от мониторов.

В отличие от предыдущих графических адаптеров, в VGA использовался аналоговый сигнал для передачи отображаемой информации монитору. Использование аналогового сигнала позволяло уменьшить количество проводов в кабеле, так как передавать требовалось только сигналы трех основных цветов и сигналы синхронизации, и отдельный канал выделялся для передачи служебной информации. Также новый аналоговый интерфейс связи между графическим адаптером и монитором позволял в дальнейшем увеличивать количество единовременно отображаемых цветов без изменения интерфейса связи с монитором и, собственно, без изменения самого монитора.

Но для работы с графическими адаптерами VGA были нужны новые многочастотные аналоговые мониторы. Эти мониторы могли работать с различной частотой кадров, что позволяло им поддерживать режимы с различной разрешающей способностью и практически неограниченное число цветов, и полностью обеспечивать весь потенциал графических адаптеров VGA.

Рисунок 11. IBM Think Vision C220P

Со временем графические интерфейсы операционных систем прочно вошли в нашу жизнь, появлялось огромное число видеоигр и различных приложений, требующих высокого разрешения и способности отображение более чем 256 цветов. Видеоадаптер VGA не был в состоянии удовлетворить возросшие потребности пользователей, в результате многие фирмы стали выпускать собственные расширенные версии видеоадаптера VGA, впоследствии получивших общее название Super VGA или SVGA. Со временем возможности видеоадаптеров SVGA росли. Стали поддерживаться режимы: High Color и True Color, в которых одновременно отображалось 32768 и более чем 16,7 миллионов различных цветов. Поддерживались разрешения: 800х600, 1024х760, 1280х1024, 1600х1200 и т. д.

Параллельно, с развитием видеоадаптеров SVGA, совершенствовались и мониторы. Увеличивалась частота развертки, поддерживаемые разрешения, качество цветопередачи и т. д.

Казалось, что ЭЛТ-мониторы прочно и надолго вошли в нашу жизнь, но буквально за несколько лет про них практически забыли, и сейчас мало у кого можно их встретить. Всему виной стали ЖК-мониторы, незаметно, в тени славы ЭЛТ-мониторов, достигнувшие вершин качества отображения, сравнимых с качеством отображения и цветопередачи ЭЛТ-мониторов. Но при этом ЖК-мониторы были более компактные и эргономичные. Естественно, у них были свои недостатки, но они все менее и менее сказываются на их качестве.

1.2 ЖК-мониторы (жидко-кристаллические)

Liquid Crystal (Жидкие кристаллы) – органические вещества, которые способны изменять величину света, пропускаемого через них, находясь под напряжением.
Жидкокристаллический монитор – это две пластиковых или же стеклянных пластины с суспензией, помещенной между ними. Суспензия имеет кристаллическую решетку, причем эти кристаллы расположены параллельно относительно друг друга, благодаря чему свет и проникает через панель. Положение кристаллов меняется при подаче электрического тока, что ограничивает прохождение света.

В первых портативных моделях компьютеров 80-х использовались именно ЖК-мониторы, отличавшиеся чрезвычайно низким энергопотреблением, легкостью и тонкостью. Но при этом они были монохромными, с низкой контрастностью, требовали отдельной подсветки или прямого освещения со стороны пользователя. В противном случае на них ничего нельзя было прочесть.

Рисунок 12. ЖК мониторы

В 1981 году компания IBM начала поставлять монохромные дисплеи с видеоадаптером (MDA), которые принесли компьютерам резкость цветов. Для цветной графики в IBM разработали адаптер CGA, который подключался к композитному видеомонитору или дисплею со специальным соединением RGB (модель IBM 5153). В 1984 году компания представила новый стандарт мониторов и адаптеров EGA, который принес более высокое разрешение, большее количество цветов и конечно же, новое качество видения. Долгое время у IBM не было достойных конкурентов.

Первое появление жидкокристаллических дисплеев не слишком порадовало публику. Они были монохромными, с медленными темпами обновления. Но на протяжении 80-х и 90-х годов ЖК-технология продолжает совершенствоваться, произведя настоящий бум в портативных компьютерах. Уже в середине 90-х годов прошлого века дисплеи отличались довольно высокой контрастностью, имели неплохой угол обзора, расширенные возможности цветопередачи, начали поставляться с подсветкой для работы ночью. И совсем скоро произойдет решающий прыжок ЖК-мониторов с портативных на настольные ПК.

Рисунок 13. ЖК мониторы портативных ПК

Первые настольные ЖК-дисплеи появились еще в далеких 80-х, но в незначительном количестве. Как правило, подобные мониторы стоили больших денег, а их производительность приводила пользователей в бешенство. Покупка такой игрушки была, скорее, понтами, чем разумной необходимостью. Все изменилось примерно в 1997 году, когда сразу несколько компаний вышли на рынок с усовершенствованными моделями ЖК-дисплеев. ViewSonic (слева), IBM (в центре) и Apple (справа) представили цветные ЖК-мониторы, которые по качеству и цене, наконец, смогли конкурировать с ЭЛТ-моделями. Были у них и заметные преимущества: подобные дисплеи занимали меньше места на рабочем столе, потребляли меньше электроэнергии, выделяя гораздо меньше тепла, чем электронно-лучевые. В общем, довольно скоро ЖК-дисплеи начали вытеснять технологию CRT .

Рисунок 14. ЖК дисплеи

Сегодня широкоформатный ЖК-монитор – стандарт для индустрии ПК. С тех пор, как продажи ЖК-дисплеев впервые превзошли реализацию ЭЛТ в 2007 году, их доля на рынке продолжает расти. В последнее время ЖК-мониторы стали настолько недорогими, что многие начинают устанавливают сразу несколько дисплеев.

1.3 Плазменные мониторы

Газоразрядный экран (также широко применяется калька с английского «плазменная панель») — устройство отображения информации, монитор, основанный на явлении свечения люминофора под воздействием ультрафиолетовых лучей, возникающих при электрическом разряде в ионизированном газе, иначе говоря — в плазме.

Идея создания дисплея на основе низкотемпературной плазмы нашла своё воплощение в 1964 году, когда сотрудники лаборатории Иллинойского университета Дональд Битцер, вместе с двумя коллегами Робертом Уилсоном (тогда еще студентом Иллинойского университета) и Джином Слотоу изготовили первую в мире газоразрядную панель. Интересно, что изобретатели ставили перед собой задачу создание исключительно компьютерного монитора – о телевидении и речи не шло. Газоразрядная панель обладает одним качеством, особо ценным при воспроизведении статичных картинок – в ней отсутствует необходимость постоянного обновления экрана. При воспроизведении динамичных сцен «мигание» кинескопных мониторов не так заметно, и не так раздражает зрение.

Плазменный «прадедушка» работал за счет свечения ксенона под воздействием электрического тока и обладал (только вдумайтесь в эти цифры!) разрешением всего 4 х 4 пикселя. Ученые не останавливались на достигнутом и спустя три года сумели увеличить его до 16 х 16 пикселей, заполнив ячейки нового образца неоном. Однако затем ход развития плазменных технологий застопорился. Дело в том, что первые плазмы были монохромными, и выполняли исключительно функцию информационных табло. Свою роль сыграло и появление цветного кинескопа, отличавшегося низкой стоимостью при более высоком качестве изображения. Тогда казалось, что высокотехнологичная идея так и останется решением для вокзалов и аэропортов.

Тем не менее, у плазмы были и неоспоримые преимущества. Ведь только плазменные технологии позволяли (на тот момент) реализовать мечту о «плоском телевизоре», создать устройства, которые можно свободно разместить в любом помещении, повесив на стену «как картину». Технологические сложности были преодолены в начале 90-х в Японии, где заработала государственная программа развития дисплейных технологий. Благодаря созданным на ее базе научно-исследовательским институтам и большим денежным вливаниям, с конвейера сошла первая коммерческая модель плазменного монитора.

Уже в 1992-ом году компания Fujitsu изготовила полноцветную плазменная панель с диагональю 21 дюйм. В 1996 г компания Matsushita Electrical Industriеs (Panasonic) предложила ее усовершенствовать за счет ячеек переменного тока. Спустя год серия плазменных мониторов была запущена в массовое производство. Сегодня – это одна из самых перспективных и надежных технологий в области передачи качественного видеоизображения, а сама плазма находит все более широкое применение в разработках, посвященных большим проблемам современной техники. Новые «поколения» всё более совершенных панелей появляются практически каждый год.

Внутренне устройство плазменной панели напоминает слоистый пирог. Наружный слой – это сверхпрочное стекло, которое защищает панель от механических повреждений. Такая же пластина находится и с внутренней стороны панели, а между этими стеклянными поверхностями заключены пресловутые «ячейки». Каждая такая ячейка представляет собой стеклянный параллелепипед с длиной стороны порядка 0,5 мм (в ходе «плазменной эволюции» размеры ячейки непрерывно уменьшаются), заполненную смесью инертных газов. Стенки ячейки покрыты люминофором. С внешней стороны от ячеек находится изолирующий слой и разрядные электроды, а с тыльной – адресные электроды. В точке их пересечения формируется пиксель, который может быть окрашен в красный, зеленый или синий цвет. А дальше возникает цепная реакция: под действием мощнейшего электрического поля в пикселе происходит газовый разряд, сопровождающий ультрафиолетовое свечение, которое, в свою очередь, инициирует видимое свечение люминофора. Полученное излучение отражается от задней панели и проецируется на экран в виде «готовой к обозрению» картинки.

Рисунок 15. Внутреннее устройство плазменной панели

Разработчикам плазменных панелей пришлось решать массу «технических» вопросов. Как, например, повысить КПД матрицы, который был просто-таки неприлично низким (менее 1% от затрачиваемой мощности «превращалось» в свет, а остальное – в тепло). Как организовать эффективный отвод тепла? Как предотвратить «выгорание» люминофора, повысить надёжность всей панели? Как справиться с «послесвечением» (технологии, повышающие экономичность и позволяющие уменьшить рабочее напряжение на электродах, приводят к тому, что частично ионизированный газ в ячейке начинает слабо светиться; это ведёт к ухудшению передачи черного цвета)? Как добиться для каждого пикселя нужной яркости свечения, если невозможно регулировать интенсивность плазменного разряда? Было, например, предложено регулировать яркость за счёт изменения соотношение длительности включенной и выключенной ячейки.

Разработчикам удалось решить и «проблему большой ячейки» - развеять миф о невозможности качественно передавать сигнал высокого разрешения из-за фиксированного размера ячейки. Дело в том, что необходимым условием четкого изображения является его высокая разрешающая способность. И хотя первые дисплеи были довольно объемными и обладали диагональю 42 дюйма, разрешение экрана составляло всего 852 х 480 пикселей. Увеличить его двукратно по вертикали и при этом сохранить яркость позволил метод ALIS, основанный на идее о попеременном свечении четных и нечетных поверхностей. Но настоящей революцией в борьбе за высокое разрешение стала технология Full HD. В 2007 году на ее базе специалистами компании Panasonic был создан первый плазменный телевизор с высоким разрешением (1920 х 1080 пикселей) и относительно небольшим экраном (42 дюйма). Обеспечить безупречную передачу динамических сцен позволила инновационная разработка Sub-field drive 480 Гц. Для сравнения экспериментальные модели ЖК-телевизоров на данный момент представлены только с разверткой 200 Гц.

Добиться высоких показателей яркости (650 кд/м2) и контрастности (при отсутствии внешней засветки она достигает значения 3000:1) изображения удалось корпорации Panasonic. За 15 лет совершенствования плазменные продукты не только догнали кинескопные технологии, но и благодаря внедрению новейших технологий сумели существенно превзойти их.

В современных плазменных устройствах Panasonic используется матрица нового, одиннадцатого, поколения, и система Real Black Drive, которые свели к минимуму возможность выгорания люминофора и неприятный эффект «послесвечения». Благодаря этой технологии и антибликовому фильтру Natural Vision Filter было предложено новое решение, позволяющее устранить блики и передавать всю палитру оттенков вне зависимости от внешних условий освещенности.

1.4 Проектор

Оптический прибор, предназначенный для создания действительного изображения плоского предмета небольшого размера на большом экране. Появление проекционных аппаратов обусловило возникновение кинематографа, относящегося к проекционному искусству.

Проекция, проецирование в оптике и технике — процесс получения изображения на удалённом от оптического прибора экране методом геометрической проекции (кинопроектор, фотоувеличитель, диаскоп и т. п.) или синтезом изображения (лазерный проектор).

Предназначенный для этого прибор (если не имеет специального названия) называется проектором. Не следует путать с осветительными приборами, название которых происходит от того же латинского корня, но которые предназначены для освещения предметов, а не для переноса изображений (см.: прожектор). Поскольку в отдельных случаях осветительные приборы могут участвовать в синтезе изображений, эта грань несколько размыта.

История развития проекционного оборудования пока невелика. Направление это молодое, и относительно недавно вступило в стадию стремительного роста.

Любая проекционная система это три элемента: источник света, проецируемый объект (носитель изображения) и линза. Конечно, в начале был свет... А принцип проекции первым сформулировал Платон. Он предложил такую аллегорию: человечество сидит у входа в пещеру и смотрит на ее дальнюю стену, повернувшись спиной к внешнему миру. Все, что в этом мире происходит, отражается на стене пещеры в виде теней.

Рисунок 16. Платон

Но первый проекционной прибор появился в середине 17 века - знаменитый "волшебный фонарь" (laterna magica) Христиана Гюйгенса. Прибор был нужен Гюйгенсу для научных лекций, но как это часто бывает, более известен он стал благодаря шарлатанам. Аппарат был приспособлен для показа пляшущих привидений и скелетов. В Европе появилось множество бродячих иллюзионистов, путешествующих с волшебным фонарем и набором картинок.

В 18 веке, в связи с ростом интереса к естественным наукам, волшебный фонарь стали больше использовать в научных и образовательных целях.

В 19 веке Эдисон создал кинетоскоп, братья Люмьер открыли эру кинематографа. А "волшебный фонарь" остался домашним развлечением. В 20 веке его стали называть диапроектор, несколько поколений ребятишек, затаив дыхание, в темноте смотрели "домашние мультики", старательно перекручивая кадры диапленок.

До возникновения оверхед-проектора оставался один шаг. Не иначе как основополагающий принцип педагогики - наглядность - сподвиг неизвестного экспериментатора вместо 35 миллиметровых пленок использовать пленки большего формата.

В начале 60-х корпорация 3М представила первый в мире оверхед-проектор. В разное время их называли и кодоскопами, и графо проекторами. Отмечая 40-летие оверхеда, фирмы продолжают выпуск новых моделей. По сей день они остаются "рабочими лошадками" в школах и институтах, их не смогли вытеснить появившиеся позднее мультимедийные проекторы.

Первый шаг к мультимедийному проектору был сделан в конце 80-х. Сначала вместо пленки с оверхед-проектором стали использовать ЖК панель, подключенную к компьютеру. В 1987 году такую LCD панель предложила американская фирма Proxima. Помимо компьютера к панели стало возможно подключить видеомагнитофон. Таким образом, новые технологии помогли правнуку "волшебного фонаря" вновь приблизиться к кинематографу.

В 1995 году Proxima совместила в одном устройстве источник света и LCD панель, и появился мультимедийный проектор. Первые LCD проекторы работали на галогенных лампах, и световой поток их составлял не больше 300 ANSI Lm, а вес был около 9 кг. Пиксельная структура матрицы была заметна на экране, а часть светового потока терялась, проходя через матрицу. В результате поисков альтернативы появилась цифровая технология DLP.

Первый DLP проектор был создан фирмой InFocus на основе DMD кристалла, выпущенного Texas Instruments. Фирма Texas Instruments предложила совершенно новую проекционную систему DLP (Digital Light Processing - цифровая обработка света), в которой для отражения света используются миниатюрные зеркала, являющиеся компонентами DMD (Digital Micromirror Display - цифровой дисплей на основе микрозеркал). Зеркала выполняются на полупроводниковых кристаллах во многом подобно интегральным схемам. Однако вместо транзисторов кристалл DMD покрыт миниатюрными зеркалами. Подаваемый на зеркало электрический сигнал наклоняет его. В одном положении зеркало направляет свет через оптическую систему дисплея на экран; в другом - свет не попадает в объектив, выключая тем самым пиксел. Вес DLP проекторов был меньше, а картинка более однородной и естественной. Но белый цвет был недостаточно белым, цветовой фильтр для окрашивания пучка света имел три сектора: красный, зеленый или синий цвет. Позднее был добавлен "белый" сектор.

Но производители LCD проекторов тоже не останавливались в модернизации своей технологии. Вместо одной большой матрицы стали использовать три. А для увеличения световой отдачи LCD проектора на матрицы установили микролинзы.

Мультимедийные проекторы за несколько лет стали популярны во всем мире. Их используют на презентациях и совещаниях, на лекциях и в учебных тренажерах, в домашних кинотеатрах и конференц-залах, на дискотеках и в клубах. Появляется все больше производителей проекторов, а сами проекторы становятся ярче и легче. Они находят применение в различных областях жизни. На работе, и в обучении, и на отдыхе проекторы делают нашу жизнь удобнее, помогают достичь большего.

1.5 LED Мониторы

Светодиодный экран (LED screen, LED display) — устройство отображения и передачи визуальной информации (дисплей, монитор, телевизор), в котором каждой точкой — пикселем — является один или несколько полупроводниковых светодиодов (LED).

Светодиодные экраны появились на улицах наших городов относительно недавно, но сама история этого эффективного средства наружной и интерьерной рекламы насчитывает несколько десятков лет. Между изобретением самого светодиода и рекламной панели на его основе прошло более 8 десятилетий.

Эффект свечения кристаллов карбида кремния описан учеными в далеком 1907 году. Позднее, в 1923 году, способность этих веществ излучать свет при прохождении по ним электрического тока описаны Олегом Лосевым. Но до практического применения дело дошло только в конце 50-х.

Рисунок 17. Светодиод красного цвета

Первый представленный широкой публике светодиод имел красное свечение. Изобретение внедрялось с 1968 года, но проигрывало лампам накаливания вследствие небольшой яркости.

К моменту изобретения первой панели на основе LED выбор доступных цветов был расширен производителями. Теперь с их помощью стало можно выводить цветную картинку. Количество цветов в этот период ограничено зеленым, желтым, оранжевым и ранее представленным красным.

Первым экраном на светодиодах считается устройство, выполненное Дж. П. Митчеллом в 1977 году. Широкого применения изобретение не получило из-за монохромности. Как рекламный элемент она проигрывало ярким панелям из ламп накаливания.

В 1990 году в Японии изобретен синий светодиод. Этот факт оказался поворотным пунктом в развитии технологии. В системе красного, синего и зеленого можно генерировать до 16 миллионов оттенков, меняя соотношение яркости цветов.

В кластерных экранах каждый пиксель, содержащий от трех до нескольких десятков светодиодов, объединён в отдельном светоизолированном корпусе, который залит герметизирующим компаундом. Такой конструктивный элемент называется кластером.

Кластеры, образующие информационное поле экрана, закреплены при помощи винтов на лицевой поверхности экрана. От каждого кластера отходит жгут проводов, подключаемый посредством электрического разъема к соответствующей схеме управления (плате). Такой способ построения полноцветных светодиодных экранов постепенно отмирает, уступая место более технологичному матричному принципу.

Матричные светодиодные кластеры и управляющая плата объединены в единое целое — матрицу, то есть на управляющей плате смонтированы и светодиоды, и коммутирующая электроника, которые залиты герметизирующим компаундом. В зависимости от размера и разрешения экрана, количество светодиодов, составляющих пиксель, может колебаться от трех до нескольких десятков. А распределение количества светодиодов по цветам в пикселе изменяется от типа применяемых светодиодов в интересах соблюдения баланса белого.

В Лас-Вегасе на улице Фримонт-стрит сооружён светодиодный дисплей Fremont Street Experience (Опыт Фримонт-стрит) длиной 460 м. Самый большой светодиодный 3D-телевизор, занесённый в «Книгу рекордов Гиннесса», имеющий диагональ экрана 7,11 метров, был разработан украинской компанией ЕКТА и использовался для прямой трансляции финального матча Лиги чемпионов УЕФА в клубе Гётеборга (Швеция) 28 мая 2011 года.

Современный led-экран не боится влаги и мороза. Он потребляет на порядок меньше энергии, чем табло на лампах накаливания, и сравним с ним по яркости. С ростом объема производства диодов падает их себестоимость. Поэтому табло на их основе становится доступнее с каждым годом.

1.6 OLED Мониторы

Вернемся к истории развития компании Eastman Kodak. Говоря о том новом, что внесла в мировую технологию эта компания нельзя не сказать о развитии технологии создания мониторов следующего после LCD поколения, технологии OLED, в которой компания была пионером.

Еще в 1987 году ученые компании Kodak –  Ching Tang и Steve VanSlyke опубликовали статью под названием: “Organic electroluminiscent diodes”, в которой впервые было приведено описание новых тонкопленочных устройств, созданных из органических материалов, обладающих люминесцентными свойствами под воздействием электрического поля. Этот класс устройств и технология на их базе получили название OLED.

Принципиальным в этих устройствах является то, что они созданы из органических материалов и служат источниками светового излучения, т. е. активными элементами в отличие от жидких кристаллов, которые таковыми не являются.

Новый этап в развитии микроэлектроники заключается в том, что до сих пор ее элементы создавались на основе неорганических материалов: кремния, германия, арсенида галлия с металлическими проводниками. В качестве диэлектрика использовалось опять же соединение кремния — диоксид кремния.

Компанией Кодак впервые были предложены элементы с двумя органическими слоями.

На поверхности стекла был нанесен тончайший слой оксида индия, легированного оловом, который служил анодом. Он прозрачен для видимого света. На него наносился первый органический слой порядка 750 ангстрем (75 нм) ароматического диамина, затем основной светоизлучающий слой из соединения, принадлежащего к классу fluoriscent metal chelate комплексов. А сверху наносился катод из смеси марганца и алюминия с низкой работой выхода. Весь этот сэндвич имеет толщину менее 500 нм.

Рисунок 18. OLED дисплей

При приложении напряжения на этот диод порядка 2,5 В люминесцентный слой начинает испускать фотоны, их количество растет с ростом тока практически линейно. Такой элемент может при напряжении 10В создавать яркость излучения более 1000Кд на 1м², при этом OLED дисплей как минимум в 2 раза превосходит по яркости LCD экраны.

Причем максимальное значение яркости достигает величин более 100000Кд на 1м².

Максимум интенсивности свечения приходится на излучение длиной волны 550 нм (зеленый цвет).

Поначалу слабым местом такой системы была долговечность. Светимость уменьшалась вдвое после 100 часов непрерывной работы. Были проблемы с голубым участком спектра.

Однако со временем были достигнуты немалые успехи. Даже для синей области спектра срок жизни OLED элементов достигает 10000 часов, а для красной и зеленой — 40000 часов.

OLED дисплеи прошли тот же путь, что и LCD. В начале были созданы пассивные матрицы.

Пассивные матрицы PMOLED имеют строки и столбцы. Каждое пересечение строки и столбца представляет из себя OLED-диод, на котором записывается пиксель изображения. Развертка изображения осуществляется с помощью контроллера, причем за один такт активируется один пиксель. Для того, чтобы светился весь экран, необходимо подавать сигналы на все диоды, путем перебора всех строк и всех столбцов.

Рисунок 19. OLED Passive Matrix

Необходимость строчной развертки не позволяет создавать большие экраны. Обычно размеры PMOLED-дисплеев не превышают 3“ (7,5 см).

В AMOLED-дисплеях с активной матрицей каждый диод управляется индивидуально. В их конструкции тоже имеются строки и столбцы, но при этом их пересечение представляет из себя не только светоизлучающий диод, но и управляющий им транзистор. Управляющий сигнал подается на транзистор, который запоминает уровень сигнала для данной ячейки и сохраняет его до момента поступления следующего сигнала.

Однако такая конструкция потребовала разработки специальных транзисторов, они должны быть выполнены по тонкопленочной технологии и располагаться тонким плоским слоем. Такие транзисторы были созданы и получили название TFT. Изготовляются они из аморфного кремния, их свойства хуже, чем у классических, из однокристального кремния, но все же они позволили продвинуться в решении задач создания OLED-экранов. Сейчас разработан OLED дисплей уже нескольких типов.

Интересны, например, прозрачные экраны TOLED (Transparent and Top-emiting OLED), которые рассматриваются на просвет. Они обладают высоким уровнем контрастности и хорошо видны даже при высокой посторонней освещенности.

Рисунок 20. Прозрачный экран TOLED (Transparent and Top-emiting OLED)

Гибкие экраны FOLED (Flexible OLED). В них в качестве подложки используется пластик или гибкая металлическая пластина. Преимуществами такого дисплея является ультра-тонкость, прочность, долговечность и сверхнизкий вес.

1.7 Виртуальный ретинальный монитор

Технология устройств вывода, проецирующая изображение непосредственно на сетчатку глаза. В результате пользователь видит изображение, «висящее» в воздухе перед ним.

Рисунок 21. Виртуальный ретинальный монитор

В предшественниках VRD изображение формировалось непосредственно перед глазом пользователя на маленьком «экране», обычно в виде больших очков. Неудобство этих систем было связано с малым углом обзора, большим весом устройств, необходимостью фокусировки глаза на определенной «глубине» и низкой яркостью.

Технология VRD стала возможной благодаря нескольким разработкам. В частности, это появление LED-систем высокой яркости, позволившие видеть изображение при дневном свете, и появление адаптивной оптики.

Первые образцы VRD были созданы в Университете Вашингтона (Лаборатория технологий интерфейса пользователя) в 1991 году. Большая часть подобных разработок была связана с системами виртуальной реальности.

Позже возник интерес к VRD как к устройству вывода для портативных устройств. Рассматривался такой вариант использования: пользователь помещает устройство перед собой, система обнаруживает глаз и проецирует на него изображение, используя методы компенсации движения. В таком виде небольшое VRD-устройство могло бы заменить полноразмерный монитор. Кроме указанных выше преимуществ, VRD, проецирующая изображение на один глаз, позволяет видеть одновременно компьютерное изображение и реальный объект, что может применяться для создания иллюзии «рентгеновского зрения» — отображения внутренних частей устройств и органов (при ремонте автомобиля, хирургии). VRD, проецирующая изображение на оба глаза, позволяет создавать реалистичные трехмерные сцены. VRD поддерживает динамическую перефокусировку, что обеспечивает более высокий уровень реализма, чем у классических шлемов виртуальной реальности. Система, примененная в мобильном телефоне или нетбуке, может существенно увеличить время работы устройства от батареи благодаря «целевой доставке» изображения непосредственно на сетчатку глаза.

Как и многие другие технологии, VRD первоначально был создан для военного использования. В настоящее время VRD используется в Striker'е армии США. Командир Striker’а получает изображение от бортового компьютера с помощью ретинального монитора, закрепленного на шлеме. Это используется для более эффективного слежения за обстановкой на поле боя и получения тактической информации. Подобное устройство также используется пилотами новых моделей американских вертолетов.

2. Характеристики мониторов

2.1 Диагональ экрана

Размер матрицы монитора обычно указывают в дюймах. Современные производители предоставляют широкий спектр дисплеев с диагональю от 14 до 55 дюймов. Размер матрицы монитора, напрямую, влияет на комфорт в работе с данными: больше информации отображается одновременно, текст более читабелен, а визуальный контент (фильмы, игры) лучше воспринимается.

2.2 Соотношение сторон

Уже очень давно нет экранов со стандартным соотношением сторон 4:3. В основном все современные мониторы обладают широкоформатным соотношением 16:9 и 16:10. Большее распространение получили мониторы формата 16:9. Некоторые производители мониторов предлагают очень узкие мониторы с соотношением сторон 21:9. Они удобнее при работе с видео, с графикой (рисунками), текстом, таблицами, а также хорошо подходят для качественных игр. Диагональ такого нового экрана, как правило, составляет 29 дюймов и имеет разрешение 2560х1440 точек.

2.3 Разрешение экрана

Разрешением экрана монитора обычно называют размеры получаемого на экране изображения в пикселях: 800 x 600, 1024 x 768, 1280 x 1024, подразумевая разрешение относительно физических размеров экрана, а не эталонной единицы измерения длины, такой как 1 дюйм. Для получения разрешения в единицах ppi данное количество пикселей необходимо поделить на физические размеры экрана, выраженные в дюймах. Двумя другими важными геометрическими характеристиками экрана являются размер его диагонали и соотношение сторон. Разрешение — величина, определяющая количество точек (элементов растрового изображения) на единицу площади (или единицу длины). Более высокое разрешение (больше элементов) обычно обеспечивает более точные представления оригинала изображения. Как правило, разрешение в разных направлениях одинаково, что даёт пиксель квадратной формы. Но это не обязательно — например, горизонтальное разрешение может отличаться от вертикального, при этом элемент изображения (пиксель) будет не квадратным, а прямоугольным.

Рисунок 22. Разрешение экрана

2.4 Углы обзора

Текущие стандарты предполагают, что производители определяют угол обзора как угол отклонения, относительно перпендикулярной поверхности матрицы оси, при взгляде с которого, контрастность по центру экрана падает до 10:1. Однако такая методика имеет несколько недостатков. Становится заметным даже снижение контрастности в несколько раз, то есть даже при 100:1 получить удовольствие от просмотра фильма сложно. На практике вы увидите, что изображение отличается от заявленного и при меньших значениях. Кроме того, некоторые производители указывают снижение контрастности не 10:1, а 5:1, то есть по сути искусственно «увеличивают» значение параметра, без каких либо, изменений в конструкции матрицы. Маркетологи вопят о революционном прорыве и колоссальном увеличении угла обзора, а на самом‐то деле все, что изменилось – методика его измерения. Таким образом из не самой качественной TN матрицы с углом обзора 90/65 легко получается инновационный дисплей с результатом в 170/160. Кроме того, измерения всегда ведутся по центру экрана. Но человек, сидящий близко перед большим монитором (вот хотя бы 23 дюйма), боковые кромки, а тем более углы, сам уже видит несколько под иным углом, нежели центр. При небольших углах экрана даже заливка одним цветом будет выглядеть окрашенной неравномерно. Обычно производитель указывает максимальный угол как суммарный в обе стороны, при отклонении от норм, то есть перпендикуляра, падающего строго в центр экрана. При этом изображение при отклонении вниз или вверх искажается по‐разному.

Рисунок 23. Углы обзора экрана

2.5 Частота обновления экрана

Кадровая частота, частота кадросмен (англ. Frames per Second (FPS), Frame rate, Frame frequency) — количество сменяемых кадров за единицу времени в компьютерных играх, телевидении и кинематографе. Понятие впервые использовано фотографом Эдвардом Майбриджем, осуществлявшим эксперименты по хронофотографической съёмке движущихся объектов несколькими фотоаппаратами последовательно. Общепринятая единица измерения — кадры в секунду.

2.6 Типы матриц

TN + film (Twisted Nematic + film) — «офисно-игровая». Мониторы, собранные на этой простой матрице, дешевые, и имеют приемлемое время отклика, но по нескольким пунктам уступают своим конкурентам: малый угол обзора, 140 градусов; низкая цветопередача; неудобен для просмотра фильмов и работы с графикой.

MVA (Multidomain Vertical Alignment) и PVA (Patterned Vertical Alignment). Матрицы данного типа обладают, довольно, качественной цветопередачей, и показывают хорошее время отклика пикселя по сравнению с TN-матрицами.

IPS (In-Plane Switching). Этот вид матрицы для профессионалов, обладает высокой цветопередачей и не искажает картинку. Идеальный вариант для работы с графикой, рисунками, видео и дизайном.

PLS (Plan-to-Line Switching) — новое поколение усовершенствованных матриц от компании Samsung. Считаются компромиссом между хорошим качеством IPS и скоростью MVA.

IGZO (оксид индия, галлия и цинка (Indium Gallium Zinc Oxide) – совершенно новый вид ЖК-матрицы, разработан известной компанией Sharp, и впервые был применен на планшетном компьютере Apple iPad. На базе такой матрицы выпускают мониторы с очень высоким разрешением (3840х2160).

2.7 Интерфейс разъемы

VGA - единственный аналоговый интерфейс подключения мониторов, ещё применяемый в настоящее время. Морально устарел, однако будет активно использоваться ещё длительное время. Главный недостаток связан с необходимостью применения двойного преобразования сигнала в аналоговый формат и обратно, что приводит к потере качества при подключении цифровых устройств отображения (LCD мониторов, плазменных панелей, проекторов). Совместим с видеокартами с DVI-I и аналогичным разъёмом.

DVI-D - базовый тип DVI интерфейса. Подразумевает только цифровое подключение, поэтому не может использоваться с видеокартами, имеющими только аналоговый выход. Очень широко распространен.

DVI-I - расширенный вариант интерфейса DVI-D, наиболее часто встречающийся в настоящее время. Содержит 2 типа сигналов - цифровой и аналоговый. Видеокарты можно подключать как по цифровому, так и по аналоговому соединению, видеокарту с VGA(D-Sub)-выходом можно подключить к нему через простой пассивный переходник или специальным кабелем. Если в документации к монитору указано, что в данной модификации применён вариант DVI Dual-Link, то для полноценной поддержки максимальных разрешений монитора (обычно это 1920*1200 и выше) видеокарта и применяемый DVI кабель также должны поддерживать Dual-Link, как полный вариант интерфейса DVD-D. Если используется кабель из комплекта монитора и относительно современная (на момент написания FAQ) видеокарта, то никаких дополнительных приобретений не требуется.

HDMI - адаптация DVI-D для бытовой аппаратуры, дополненная цифровым интерфейсом для передачи многоканального звука. Присутствует фактически во всех современных LCD-телевизорах, плазменных панелях и проекторах. Для подключения к HDMI разъёму видеокарты с интерфейсом DVI-D или DVI-I достаточно простого пассивного переходника или кабеля соответствующими разъёмами. Видеокарту только с VGA (D-Sub) разъёмом подключить к HDMI невозможно!

Displayport - принципиально новый тип цифрового интерфейса для связи видеокарт с устройствами отображения, предназначен для замены как интерфейса DVI, используемого для подключения внешних мониторов, так и LVDS, используемого для подключения встроенных дисплеев портативных устройств (ноутбуков, PDA и т.п.).Несмотря на большие возможности, DisplayPort не заменит HDMI: эти два стандарта ориентированы на разные сегменты рынка: HDMI – на бытовую аудио-видео аппаратуру, а DisplayPort – на компьютеры и профессиональное оборудование.

Заключение

В современном мире надобность персонального компьютера очень высока, а любой компьютер нуждается в мониторе, и перед пользователем встает важный вопрос – какой же лучше выбрать? Исходя из задач и предпочтений, будь то компьютерные игры, работа с графикой или просто для досуга, можно легко выбрать наиболее лучший для себя вариант, ведь в современном мире тенденция развития мониторов на высшем уровне.

Список использованных источников

1. Википедия (https://ru.wikipedia.org)
2. Журнал “Хакер”
3. Интерфейсы подключения (https://pue8.ru)
4. Характеристики мониторов (https://2hpc.ru)