Мониторы
1.12 Мониторы
Классификация мониторов (дисплеев) показана на рисунке 1.53.
ЭЛТ-мониторы (мониторы с электронно-лучевой трубкой CRT - Cathode Ray Tube). Этот тип мониторов позволяет создание изображения с максимальной контрастностью, яркостью и цветностью. Их недостатки – высокое потребление электроэнергии, большие габариты.
В качестве основного элемента формирования изображения используется кинескоп (рисунок 1.54).
Рисунок 1.53 - Классификация мониторов
Поток электронов (луч) может отклоняться в вертикальной и горизонтальной плоскости, что обеспечивает последовательное попадание его на все поле экрана. Отклонение луча происходит посредством отклоняющей системы.
Отклоняющая система состоит из нескольких катушек индуктивности, размещенных у горловины кинескопа.
Рекомендуемые материалы
Рисунок 1.54 – Устройство электронно-лучевой трубки
Частота перехода на новую линию называется частотой горизонтальной (или строчной) развертки. Частота перехода из нижнего правого угла в левый верхний называется частотой вертикальной (или кадровой) развертки.
Для формирования изображения на экране, электронный луч сканирует по экрану слева направо и сверху вниз, создавая "растр". Элементы текста или графики создаются включением либо выключением точек растра (рисунок 1.55).
Рисунок 1.55 - Прохождение луча для создания растра
Сплошные линии - это прямой ход луча, используемый для формирования изображения, пунктирные линии – обратный ход луча, в этом состоянии интенсивность его излучения минимальна (по сути он выключен), поэтому его не видно.
Для создания цветного изображения используют три пушки для реализации свечения красного, зеленого и синего люминфоров. Каждая пушка излучает электронный луч, который должен влияет на люминофорные элементы своего цвета.
В зависимости от конструкции такой маски, а так же формы и расположения отверстий, проделанных в ней, ЭЛТ может быть трёх типов.
В большинстве мониторов используется теневая маска. Она бывает двух типов – теневая и щелевая. Кроме теневой маски, применяются также апертурные решетки (рисунок 1.56).
Рисунок 1.56 - Типы масок (теневая, апертурная, щелевая)
Теневая маска (shadow mask) - это самый распространенный тип масок, она применяется со времени изобретения первых цветных кинескопов. Поверхность у кинескопов с теневой маской обычно сферической формы (выпуклая). Это сделано для того, чтобы электронный луч в центре экрана и по краям имел одинаковую толщину. Теневая маска создает решетку с однородными точками (еще называемыми триады), где каждая такая точка состоит из трех люминофорных элементов основных цветов - зеленного, красного и синего - которые светятся с различной интенсивностью под воздействием лучей из электронных пушек.
Рисунок 1.57 - Люминофор для теневой маски
Недостатки теневой маски: во-первых, это малое соотношение пропускаемых и задерживаемых маской электронов (20-30% проходит через маску).
Минимальное расстояние между люминофорными элементами одинакового цвета в соседних строках называется шагом точек (dot pitch) и является индексом качества изображения. Шаг точек обычно измеряется в миллиметрах (мм).
Рисунок 1.58 - Формирование светового пятна в ЭЛТ с теневой маской
Апертурная решетка (Aperture Grille). В трубках с апертурной решеткой применяется технология, где имеется три лучевые пушки, три катода и три модулятора, но при этом имеется одна общая фокусировка (рисунок 1.59).
Рисунок 1.59 - Формирование светового пятна в ЭЛТ с апертурной решеткой
Эта технология имеет решетку из вертикальных линий, состоящих из люминофорных элементов выстроенных в виде вертикальных полос трех основных цветов. Минимальное расстояние между полосами люминофора (для красного, зеленого и синего цвета) одинакового цвета называется шагом полос (strip pitch) и измеряется в миллиметрах (мм). Чем меньше значение шага полос, тем выше качество изображения на мониторе.
Щелевая маска (slot mask). Представляет собой комбинацию теневой маски и апертурной решетки. В данном случае люминофорные элементы расположены в вертикальных эллиптических ячейках, а маска сделана из вертикальных линий. Фактически вертикальные полосы разделены на эллиптические ячейки, которые содержат группы из трех люминофорных элементов трех основных цветов (рисунок 1.60).
Рисунок 1.60 - Формирование светового пятна с щелевой маской
ЖК-мониторы (жидкокристаллические мониторы). Работа таких мониторов (LCD, Crystal Display) основана на изменении ориентации молекул жидких кристаллов (и как следствие изменение их оптических свойств) под воздействием внешнего электрического поля. Экран LCD монитора представляет собой матрицу ячеек таких кристаллов, каждая из которых может светиться нужным цветом.
Устройство и принцип действия TFT-LCD мониторов показаны на рисунках 1.61.
Рисунок 1.61 – Устройство TFT монитора
Свет от лампы подсветки (идём по картинке снизу вверх) проходит сквозь нижний поляризующий фильтр (белая заштрихованная пластина). Теперь это не обычный поток света, а поляризованный. Дальше свет проходит через полупрозрачные управляющие электроды (жёлтые пластинки) и встречает на своём пути слой жидких кристаллов. Изменением управляющего напряжения поляризацию светового потока можно менять на величину до 90 градусов (на картинке слева), или оставлять неизменной (там же справа). После слоя жидких кристаллов расположены светофильтры, где каждый субпиксель окрашивается в нужный цвет – красный, зелёный или синий. Если посмотреть на экран, убрав верхний поляризующий фильтр – мы увидим миллионы светящихся субпикселей – и каждый светится с максимальной яркостью. Без верхнего поляризатора увидим просто равномерное белое свечение по всей поверхности экрана.
Рисунок 1.62 – Работа TFT монитора
Рисунок 1.63 - Устройство TFT LCD монитора
Классификация TFT-LCD дисплеев:
1. TN+Film. Практически все 15-дюймовые и многие 17-дюймовые мониторы сделаны по этой технологии. Аббревиатура TN+Film расшифровывается как Twisted Nematic+Film («скрученное состояние жидкого кристалла + плёнка»). Под плёнкой подразумевается дополнительное внешнее покрытие экрана, расширяющее угол обзора. В обычном состоянии, при отсутствии управляющего напряжения, жидкие кристаллы в TN+Film находятся в скрученной фазе и субпиксель ярко горит (как в левой части рисунка). Чем больше приложенное к ячейке напряжение – тем больше распрямляются молекулы жидких кристаллов. При максимальном управляющем напряжении субпиксель будет затемнён до предела. Из принципа работы TN+Film вытекают два недостатка этой технологии. Во-первых, если откажет управляющий транзистор, мы вынуждены будем постоянно созерцать ярко горящий субпиксель (5 «мёртвых» точек не считается неисправностью). Другой недостаток: из-за того, что даже при максимальном приложенном напряжении молекулы жидкого кристалла могут не раскрутиться до конца, чёрный цвет получается не идеальным, а скорее тёмно-тёмно-серым. Третий недостаток: угол обзора, несмотря на специальную плёнку-покрытие редко превышает 140-150 градусов.
2. IPS. In-Plane Switching – это технология, разработанная Hitachi и NEC. Отличительная особенность состоит в том, что оба управляющих полупрозрачных электрода расположены в одной плоскости – только на нижней стороне ЖК-ячейки. Жидкие кристаллы располагаются иначе, чем в случае с TN+Film: в расслабленном состоянии они не пропускают свет и субпиксель получается затемнённым. Чем больше управляющее напряжение – тем больше кристаллы закручивают поляризацию светового пучка и тем ярче горит субпиксель. За счёт другой конструкции IPS-матрицы имеют больший, чем у TN+Film, угол обзора. Чёрный цвет получается чёрным. Поэтому панели IPS имеют хорошую контрастность. Битые пиксели не так заметны (если субпиксел сгорит - получим тёмную точку на экране). Недостаток: большое время реакции (до 50 мс). Усовершенствованные технологии наподобие Super IPS или Dual Domain IPS позволяют достичь более быстрой скорости реакции ячеек и увеличить обзорность чуть ли не до предельных 180 градусов.
3. MVA. Технология называется Multi-Domain Vertical Alignment. Молекулы жидких кристаллов ориентированы в вертикальном направлении (Vertical Alignment) и при отсутствии управляющего напряжения не меняют поляризации светового потока. Таким образом, битые субпиксели, как и в случае с IPS, превращаются в тёмные точки, что является плюсом. В связи с особенностями конструкции (длинные, вертикально ориентированные цепочки кристаллов), при изменении угла обзора может сильно меняться светоотдача субпикселя (а следовательно – цвет результирующего пикселя). Поэтому каждый субпиксель разделён на несколько зон (Multi-Domain), каждая из которых оптимизирована для наилучшей светоотдачи в своём секторе обзора. Таким оригинальным образом решена проблема сильно ограниченных углов обзора в исходной технологии VA. MVA-матрицы обладают плюсами технологии IPS (глубокий чёрный цвет фона, тёмный цвет битых пикселей, широкие углы обзора), но при этом имеют лучшую скорость реакции. Однако, переключения между крайними положениями яркости субпикселя происходят быстро, но переход молекул кристаллов в промежуточное состояние длится дольше. Поэтому пиксели MVA-матрицы быстро меняют цвет с белого на чёрный, но возможно смазывание картинки при быстрых перемещениях в динамичных играх.
Газоразрядные или плазменные мониторы. Выпускаются в виде панелей, состоящих из линейных сегментов для нескольких знакомест, а также в виде панелей, в которых образована точечная матрица. Рабочим элементом (пикселем), формирующим отдельную точку изображения, является группа из трех субпикселей, ответственных за три основных цвета соответственно. Каждый субпиксель представляет собой отдельную микрокамеру. Принцип действия основан на газовом разряде в среде инертных газов (рисунок 1.64). Для возбуждения и поддержания газового разряда используется постоянный или переменный ток.
При протекании разрядного тока на соответствующем данной ячейке участке диэлектрика накапливаются заряды, которые приводят к прекращению разряда в течение данного полупериода поддерживающего напряжение, однако способствует возникновению разряда в данной ячейке в следующем полупериоде, когда его полярность изменяется и совпадает с полярностью напряжения от накопленного заряда на диэлектрике. Так обеспечивается повторное возникновение разряда и "запоминание" информации. Для стирания информации подаются внешние импульсы, устраняющие заряд с участка диэлектрика данной ячейки. Благодаря запоминающим свойствам яркость изображения не зависит от размера поля экрана, при этом значительно снижаются требования к быстродействию.
Рисунок 1.64 - Конструкция в ячейке
Достоинство газоразрядных мониторов:
- компактность (глубина не превышает 10 - 15 см) и легкость при достаточно больших размерах экрана (40 - 50 дюймов);
- малую толщину - газоразрядная панель имеет толщину около одного сантиметра или менее, а управляющая электроника добавляет еще несколько сантиметров;
- высокую скорость обновления (примерно в пять раз лучше, чем у ЖК-панели);
- отсутствие мерцаний, и смазывания движущихся объектов, возникающих при цифровой обработке. поскольку отсутствует гашение экрана на время обратного хода, как в ЭЛТ;
- высокая яркость, контрастность и четкость при отсутствии геометрических искажений;
- отсутсвие проблем со сведение лучей;
- отсутствие неравномерности яркости по полю экрана;
- 100-процентное использование площади экрана под изображение;
- большой угол обзора, достигающий 160° и более;
- отсутствие рентгеновского и других вредных для здоровья излучений;
- невосприимчивость к воздействию магнитных полей;
- не страдают от вибрации, как ЭЛТ-мониторы;
- отсутствие необходимости в юстировке изображения;
- механическую прочность;
- широкий температурный дипазон;
Бесплатная лекция: "Тема 9.2 Переломы костей" также доступна.
- небольшое время отклика (время между посылкой сигнала на изменение яркости пикселя и фактическим изменением) позволяет использовать их для отображения видео- и телесигнала.
Недостатками такого типа мониторов:
- высокая потребляемая мощность, возрастающая при увеличении диагонали монитора;
- низкая разрешающая способность, обусловленная большим размером элемента изображения;
- свойства люминофорных элементов быстро ухудшаются и экран становится менее ярким - службы плазменных мониторов ограничен 10000 часами (при 5-летнем использовании в офисе).
Дополнительная информация о LCD-мониторов "Samsung SyncMaster" представлена в приложении Г.
