Характеристики и типы мониторов для персональных компьютеров (Тенденции и направления развития мониторов)

Содержание:

ВВЕДЕНИЕ

Развитие технологий в видеосистемах идёт полным ходом. И какие изобретения или открытия будут сделаны в будущем, предсказать невозможно. Однако появление новых разработок в среде мониторов необходимо, так как в результате развития компьютерных технологий в других, составляющих компьютера неизбежно приводит к актуальности развития мониторов.

Монитор (дисплей) компьютера – это устройство, предназначенное для вывода на экран текстовой и графической информации. Его можно смело назвать самой важной частью персонального компьютера. С экраном монитора мы постоянно контактируем во время работы. От его размера и качества зависит, насколько будет комфортно нашим глазам. Также он должен обеспечивать возможность комфортной работы, предоставляя в распоряжение пользователя качественное изображение. До пятидесятых годов компьютеры выводили информацию только на печатающие устройства. В то время компьютеры часто оснащали осциллографами, которые, однако, использовались не для вывода информации, а 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 EDASC (Electronic Delay Storage Automatic Computer). Через полтора года английский ученый Кристофер Стретчи написал для компьютера «Марк 1» программу, игравшую в шашки и выводившую информацию на экран. Реальный прорыв в представлении графической информации на экране монитора 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» прошла 20 апреля 1951 года – радиолокатор посылал информацию о положении самолета компьютеру, и тот передавал на экран положение самолета-цели, которая изображалась в виде точки и буквы T (target). Это был первый крупный проект, в котором электронно-лучевая трубка использовалась для отображения графической информации.

ГЛАВА 1. Типы мониторов

Сегодня на рынке присутствуют мониторы, выполненные по двум принципиально разным технологиям. Первая из них базируется на электронно-лучевых трубках (ЭЛТ), генерирующих световой поток. Более современная технология основана на свойствах жидких кристаллов (ЖК), которые работают как затворы, перекрывающие постоянный световой поток. Параметры изображения, формируемого аппаратами разных технологий, потребительские и технические характеристики мониторов на ЭЛТ и ЖК заметно различаются.

Для начала определимся с базовыми понятиями, применимыми для любого типа монитора. По сегодняшним меркам монитор с перспективой службы в несколько лет должен иметь диагональ видимой области изображения 17-18 дюймов (43-46 см). Если планируется интенсивно использовать компьютер для просмотра видеофильмов и телепередач, лучше выбрать аппарат с диагональю видимой области 19-20 дюймов (48-51 см). Размер видимой области определяет площадь, занимаемую изображением на экране. Он тесно связан с технологиями производства ЭЛТ, поскольку не вся фронтальная поверхность трубки доступна для вывода изображения. Для ЖК-дисплеев размер видимой области совпадает с размером панели жидких кристаллов. Из этого различия вытекает и разный физический смысл при обозначении размера монитора по диагонали. Для мониторов на базе ЭЛТ размер по диагонали характеризует только трубку (видимая область всегда меньше), а для ЖК-панелей совпадает с размером изображения. Исторически сложилось так, что модельный ряд ЭЛТ-дисплеев включает трубки с диагоналями 15, 17, 19, 21, 22 дюйма. Для ЖК-мониторов в основном используют панели с диагоналями 15, 17, 18, 19, 20 и более дюймов. Разрешение изображения на дисплее измеряют в точках по горизонтали и вертикали. Чем выше это значение, тем больше объектов можно разместить на экране, тем лучше детализация изображения. Разрешение изображения зависит от возможностей видеокарты и дисплея. Очевидно, что оно не может превышать число физических элементов экрана, формирующих точки изображения. Для мониторов приняты следующие типовые значения разрешения: 15" 1024×768; 17"-18" 1280×1024; 19"-22" 1600×1200. Профессиональные 22-дюймовые мониторы могут иметь оптимальное разрешение 1920×1440 точек.

Следующим критическим параметром для качества изображения является цветопередача. Она характеризуется не только глубиной цветового охвата (то есть количеством отображаемых цветов), но и верным соотношением цветов, их совпадением с естественной цветовой палитрой. Электронно-лучевые трубки в принципе лучше отображают цвета, чем жидкокристаллические матрицы. Однако совершенствование технологии изготовления ЖК-мониторов привело к улучшению качества цветопередачи.

• 1. Мониторы с электронно-лучевой трубкой.

Электронно-лучевая трубка представляет собой стеклянную колбу, дно которой покрыто слоем из точек люминофора трёх цветов: красного (Red), зелёного(Green) и синего (Blue). Люминофор может светиться под воздействием потока электронов. В тыльной (узкой) части электронно-лучевой трубки расположены три электронные пушки (по одной на каждый из основных цветов). При подаче высокого напряжения (20-30 тысяч вольт) они генерируют направленный пучок электронов. Расположенная в горловине трубки система электромагнитной фокусировки сжимает пучок, превращая его в своеобразную электронную «иглу». Далее электронный луч попадает в область электромагнитного поля системы отклонения, которая заставляет его последовательно пробегать по строкам формируемого изображения. Для формирования кадра с разрешением 1280×1024 точек каждый из трёх лучей должен пробежать сверху вниз 1024 строки, вспыхивая на каждой строке 1280 раз. Чтобы сформировать непрерывное изображение, требуется обновлять кадры с частотой не менее 75 раз в секунду, а лучше ─ 85 раз в секунду и более. Перед слоем люминофора расположена маска с отверстиями, совпадающими с положением точек разного цвета. Благодаря маске на точку люминофора соответствующего цвета попадает только «свой» луч, а паразитная засветка отсекается. В зависимости от типа маски различают три основные технологии ЭЛТ-мониторов: с теневой маской (Shadow Mask), с апертурной решёткой (Aperture Grille), с щелевой маской (Slot Mask). Традиционно количественным выражением качества изготовления маски и слоя люминофора служит так называемый «шаг точек», то есть расстояние между соседними точками люминофора одного цвета. Для теневой маски его измеряют по диагонали, для апертурной решётки и щелевой маски ─ по горизонтали. Нормальным считается диагональный шаг точек 0,25─0,28 мм или горизонтальный шаг 0,22─0,25 мм. Изображение на экране формируется путём смешения цветов трёх соседних точек (триад RGB) люминофора. Яркость свечения точки люминофора определяется мощностью электронного пучка. Это позволяет очень точно управлять цветом в каждой точке экрана. Очевидно, что при электронном управлении развёрткой луча не составляет проблем «вычертить» изображение любого разрешения. Верхним пределом здесь выступает число триад люминофора по горизонтали и вертикали.

Важнейшей частью монитора на базе ЭЛТ является электронный тракт, обеспечивающий прецизионное управление лучом при высоких частотах кадровой развёртки. В естественной природе не существует покадровых, мерцающих изображений. Глаз человека к ним не приспособлен и поэтому устаёт при просмотре «обманной» картинки. Однако, чем выше частота смены кадров, тем меньше усталость, тем ближе картинка к естественному, статичному изображению. Если перемножить максимальное разрешение (в точках), обеспечиваемое монитором, и частоту смены кадров (в герцах), мы получим полосу пропускания видеоусилителя для формирования изображения заданного качества. Умножая результат на коэффициент 1,4, учитывающий время возврата луча к началу следующей строки, время отклика и другие «служебные» расходы, получаем необходимую полосу пропускания электронного тракта монитора. Полоса пропускания характеризует то, насколько полно электронный тракт преобразует входной сигнал от видеокарты в выходной электронный луч. Монитор с более высокой полосой пропускания при одинаковом разрешении и частоте кадров обеспечит более чёткое и насыщенное цветами изображение.

Принципы управления электронным лучом, технология изготовления колбы и маски обусловливают критичные геометрические и цветовые параметры для мониторов на базе ЭЛТ: фокусировку, муар, сведение, цветовую температуру. Точная фокусировка особенно важна для мониторов с размером диагонали 19 дюймов и более, поскольку на краях большого экрана угол отклонения электронного луча достигает наибольшей величины. Плохая фокусировка проявляется как размытие границ объектов. Муар проявляется как волнообразная кольцевая геометрическая структура на изображении. Муар тесно связан с фокусировкой: чем лучше фокусировка, тем выше вероятность появления муара.

Качественное сведение лучей означает точное попадание каждого луча электронной пушки в люминофор «своего» цвета. Разбалансировка сведения приводит к тому, что часть луча попадает в люминофор «чужого» цвета. Различают статическое несведение (одинаковое по всей поверхности) и динамическое несведение (несовпадение увеличивается к краям экрана). Цветовая температура определяет естественность отображения цветов при различном внешнем освещении. Качественные мониторы позволяют задать цветовую температуру по выбору пользователя.

Параметр яркости определяет средний уровень свечения экрана, измеряется в канделах на квадратный метр. Параметр контрастности определяет соотношение яркости наиболее светлых и наиболее тёмных элементов изображения.

• 1. Жидкокристаллические мониторы

Жидкокристаллическая панель принципиально отличается от электронно-лучевой трубки тем, что её свечение постоянно, а элементы панели (жидкие кристаллы) выступают в роли шторок, частично или полностью перекрывающих световой поток. Источниками подсветки служат обычные лампы, которые горят постоянно. Ячейки с жидкими кристаллами управляются цифровыми сигналами, определяющими порядок открытия «шторок». Управляющим звеном в каждой ячейке является тонкоплёночный транзистор (Thin Film Transistor,TFT).

Как же получается изображение? Под воздействием тока жидкие кристаллы могут менять свою молекулярную структуру и вследствие этого пропускают через себя то или иное количество света (либо блокируют его прохождение). Два поляризационных фильтра, цветные фильтры и стеклянная подложка дополняют пакет. Все слои размещаются между двумя стеклянными защитными панелями. В отсутствие тока на управляющем тонкоплёночном транзисторе молекулы вещества находятся в естественном состоянии и повёрнуты на 90°. В этом случае свет, испускаемый лампой подсветки, может проходить сквозь структуру слоёв пакета. Напряжение, прикладываемое к тонкоплёночному транзистору, создаёт электромагнитное поле, по линиям которого ориентируются жидкие кристаллы, поляризуя проходящий свет. Наружный поляризационный фильтр абсорбирует световой поток с таким направлением поляризации. Поэтому свет не может пройти сквозь экран.

Важнейшей особенностью технологии ЖК является отсутствие геометрических искажений и мерцания изображения. Отпадают проблемы с фокусировкой и сведением лучей. Монитор имеет меньшую глубину, чем электронно-лучевая трубка. Исключается сложный электронный тракт, управляющий развёрткой лучей. Исчезает необходимость цифро-аналогового преобразования сигналов на пути от видеокарты к монитору.

Однако, как известно, все недостатки являются продолжением достоинств. Чёткие границы между элементами структуры экрана приводят к зернистости изображения. Отобразить картинку с хорошим качеством можно только в разрешении, совпадающем с физическим числом элементов экрана. Большее разрешение невозможно выставить в принципе, а меньшее приводит к грубым искажениям при воспроизведении изображения.

Жидкий кристалл работает как световой затвор, поэтому для воспроизведения цветовой палитры устанавливают светофильтры для каждого из основных цветов. В силу технологических особенностей невозможно управлять положением жидкого кристалла столь же точно, как яркостью люминофора. Отсюда ─ более узкий цветовой диапазон, воспроизводимый ЖК-панелями.

ГЛАВА 2 Стандарты безопасности.

Все мы хоть раз слышали о том, что мониторы опасны для здоровья. С целью снижения риска для здоровья различными организациями были разработаны рекомендации по параметрам мониторов, следуя которым производители мониторов борются за наше здоровье. Все стандарты безопасности для мониторов регламентируют максимально допустимые значения электрических и магнитных полей, создаваемых монитором при работе. Практически в каждой развитой стране есть собственные стандарты, но особую популярность во всем мире (так сложилось исторически) завоевали стандарты, разработанные в Швеции и известные под именами TCO и MPRII.

• 1. Стандарт MPR II.

Стандарты MPR ─ это первая система стандартов, регламентирующих ограничения на мощность электростатических, электрических и магнитных полей для компьютерной и офисной техники. Стандарты разработаны Национальным департаментом стандартов Швеции совместно с Институтом расщепляющихся материалов. MPR II также включает рекомендуемые руководящие принципы. Эти руководящие принципы базируются на концепции о том, что люди живут и работают в местах, где уже есть магнитные и электрические поля, поэтому устройства, которые мы используем, такие как монитор, не должны создавать электрические и магнитные поля, большие, чем те, которые уже существуют. Сначала, в 1987 году появился стандарт MPR I, но он не получил широкого распространения.

В 1990 году появился стандарт MPR II, который, в том же году был утверждён в странах ЕЭС в качестве основного. Требования MPR II учитываются при разработке комплексных стандартов ТСО. Большинство современных мониторов сегодня выполняется в соответствии с рекомендациями MPR II или стандарта ТСО.

Также стандартом MPR II нормируются следующие визуальные параметры:

• цвет фона или символа;

• яркость экрана или курсора;

• средняя яркость;

• равномерность яркости;

• коэффициент диффузного отражения;

• дрожание изображения;

• расчётная критическая частота мерцаний;

• размеры и искажения символа;

• нелинейность;

• не ортогональность;

• коэффициент модуляции растра, растровая частота;

• коэффициент отражения от обрамления экрана.

• 1. Стандарты ТСО.

«TCO (The Swedish Confederation of Professional Employees, Шведская Конфедерация Профессиональных Коллективов Рабочих), членами которой являются 1,3 миллиона Шведских профессионалов, организационно состоит из 19 объединений, которые работают вместе с целью улучшения условий работы своих членов. Эти 1,3 млн. членов представляю широкий спектр рабочих и служащих из государственного и частного сектора экономики. Учителя, инженеры, экономисты, секретари и няньки лишь немногие из групп, которые все вместе формируют TCO. Это означает, что TCO отражает большой срез общества, что обеспечивает ей широкую поддержку».

Это была цитата из официального документа TCO. Дело в том, что более 80% служащих и рабочих в Швеции имеют дело с компьютерами, поэтому главная задача TCO это разработать стандарты безопасности при работе с компьютерами, т.е. обеспечить своим членам и всем остальным безопасное и комфортное рабочее место. Кроме разработки стандартов безопасности, TCO участвует в создании специальных инструментов для тестирования мониторов и компьютеров.

Стандарты TCO разработаны с целью гарантировать пользователям компьютеров безопасную работу. Этим стандартам должен соответствовать каждый монитор, продаваемый в Швеции и в Европе. Рекомендации TCO используются производителями мониторов для создания более качественных продуктов, которые менее опасны для здоровья пользователей. Суть рекомендаций TCO состоит не только в определении допустимых значений различного типа излучений, но и в определении минимально приемлемых параметров мониторов, например, поддерживаемых разрешений, интенсивности свечения люминофора, запас яркости, энергопотребление, шумность и т.д. Более того, кроме требований в документах TCO приводятся подробные методики тестирования мониторов. Некоторые документы и дополнительную информацию можно найти на официальном сайте TCO: tco-info.com

В состав разработанных TCO рекомендаций сегодня входят три стандарта: TCO’92, TCO’95 и TCO’99, нетрудно догадаться, что цифры означают год их принятия.

Большинство измерений во время тестирований на соответствие стандартам TCO проводятся на расстоянии 30 см спереди от экрана, и на расстоянии 50 см вокруг монитора. Для сравнения во время тестирования мониторов на соответствие другому стандарту MPRII все измерения производятся на расстоянии 50 см спереди экрана и вокруг монитора. Это объясняет то, что стандарты TCO более жесткие, чем MPRII.

Стандарт TCO’92 был разработан исключительно для мониторов и определяет величину максимально допустимых электромагнитных излучений при работе монитора, а также устанавливает стандарт на функции энергосбережения мониторов. Кроме того, монитор, сертифицированный по TCO’92, должен соответствовать стандарту на энергопотребление NUTEK и соответствовать Европейским стандартам на пожарную и электрическую безопасность.

Стандарт TCO’95 распространяется на весь персональный компьютер, т.е. на монитор, системный блок и клавиатуру и касается эргономических свойств, излучений (электрических и магнитных полей, шума и тепла), режимов энергосбережения и экологии (с требованием к обязательной адаптации продукта и технологического процесса производства на фабрике). Заметим, что в данном случае термин "персональный компьютер" включает в себя рабочие станции, серверы, настольные и напольные компьютеры, а также компьютеры Macintosh.

Стандарт TCO’95 существует наряду с TCO’92 и не отменяет последний.

TCO’99 предъявляет более жесткие требования, чем TCO’95 в следующих областях: эргономика (физическая, визуальная и удобство использования), энергия, излучение (электрических и магнитных полей), окружающая среда и экология, а также пожарная и электрическая безопасность. Стандарт TCO’99 распространяется на традиционные CRT мониторы, плоско панельные мониторы (Flat Panel Displays), портативные компьютеры (Laptop и Notebook), системные блоки и клавиатуры.

В разработке стандарта TCO’99 приняли участие TCO, Naturskyddsforeningen и Statens Energimyndighet (The Swedish National Energy Administration, Шведское Национальное Агентство по Энергетике).

Экологические требования включают в себя ограничения на присутствие тяжелых металлов, броминатов и хлоринатов, фреонов (CFC) и хлорированных веществ внутри материалов.

Любой продукт должен быть подготовлен к переработке, а производитель обязан иметь разработанную политику по утилизации, которая должна исполняться в каждой стране, в которой действует компания.

Требования по энергосбережению включают в себя необходимость того, чтобы компьютер и/или монитор после определенного времени бездействия снижали уровень потребления энергии на одну или более ступеней. При этом период времени восстановления до рабочего режима потребления энергии, должен устраивать пользователя.

• 1. Тенденции и направления развития мониторов.

На сегодняшний день технология органических светодиодов (OLED) считается самой перспективной для устройств визуализации с плоской поверхностью небольшой толщины. При толщине стеклянной подложки 0,7 мм дисплей OLED имеет общую толщину около 1,5 мм. Область применения таких дисплеев довольно широкая: от сотовых телефонов и автомагнитол до нашлемных индикаторов, дисплеев на лобовом стекле транспортных средств и осветительных приборов. Совершенствование излучающих органических материалов обещает в перспективе возможность изготовления плёночных источников света, заменяющих лампы накаливания.

Дисплей на базе OLED представляет собой монолитный тонкоплёночный полупроводниковый прибор, который излучает свет, когда к нему приложено напряжение. Он состоит из слоя тонкой органической плёнки, которая заключена между двумя плёночными проводниками. Рабочее напряжение всего лишь 3─10 В. Поверхность дисплея образована множеством излучающих свет ячеек, размещённых на подложке. Эти ячейки изготавливают методом напыления в вакууме либо методом струйной печати, а для создания дисплея произвольной формы можно применить технологию обычной литографии. Другими словами, технология OLED имеет значительные преимущества по сравнению с технологиями производства ЖК и ЭЛТ-мониторов.

Цвет, динамический диапазон и интенсивность излучения приборов OLED зависит от использованных органических материалов. Сегодня основное внимание разработчиков сосредоточено на создании материалов для полноцветных дисплеев OLED. В приборах OLED используются два класса органических материалов: микромолекулы (SM-OLED) и полимеры (P-OLED). Микромолекулярные плёнки опережают полимерные по эффективности и сроку службы. Считается, что широкий цветовой охват, высокая точность и постоянство цветопередачи позволят мониторам на базе OLED обогнать по цветовым характеристикам ЖК-мониторы. Сейчас решаются задачи уменьшения дифференциального старения, повышения чистоты цветопередачи и увеличения срока службы дисплеев. Отдельная проблема ─ получение чистого белого цвета (либо путём разработки новых материалов, либо за счёт смешения цветов). Немаловажно, что ячейки OLED требуют абсолютной герметичности, поскольку органические флуоресцентные материалы чрезвычайно чувствительны к влажности.

В 2003 году дисплеи OLED впервые нашли применение в качестве устройств отображения в серийных моделях карманных компьютеров и сотовых телефонов. Тогда же появились опытные образцы 15-дюймовых плоскопанельных мониторов OLED для персональных компьютеров.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

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. 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

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

Скотт Мюллер. Модернизация и ремонт ПК 17-е издание 2007г.

https://ru.wikipedia.org

https://studme.org

http://compress.ru