Перспективы развития и применения мониторов

Рис.2.

Мертвые точки

Их появление характерно для ЖК-мониторов. Это вызвано дефектами транзисторов, а на экране такие неработающие пиксели выглядят как случайно разбросанные цветные точки. Поскольку транзистор не работает, то такая точка либо всегда черная, либо всегда светится. Эффект порчи изображения усиливается, если не работают целые группы точек или даже области дисплея. К сожалению, не существует стандарта, задающего максимально допустимое число неработающих точек или их групп на дисплее. У каждого производителя есть свои нормативы. Обычно 3-5 неработающих точек считается нормой. Покупатели должны проверять этот параметр при получении компьютера, поскольку подобные дефекты не считаются заводским браком и в ремонт не принимаются.

Поддерживаемые разрешения

Максимальное разрешение, поддерживаемое монитором, является одним  из ключевых параметров монитора, его  указывает каждый производитель. Разрешение обозначает количество отображаемых элементов  на экране (точек) по горизонтали и  вертикали, например: 1024x768. Физическое разрешение зависит в основном от размера экрана и диаметра точек  экрана (зерна) электронно-лучевой трубки экрана (для современных мониторов - 0.28-0.25). Соответственно, чем больше экран и чем меньше диаметр  зерна, тем выше разрешение. Максимальное разрешение обычно превосходит физическое разрешение электронно-лучевой трубки монитора.

2.3. Функциональные

Конструкция корпуса и  подставки

Конструкция монитора должна обеспечивать возможность фронтального наблюдения экрана путем поворота корпуса  в горизонтальной плоскости вокруг вертикальной оси в пределах ±30°  и в вертикальной плоскости вокруг горизонтальной оси в пределах ±30°  с фиксацией в заданном положении. Дизайн мониторов должен предусматривать  окраску в спокойные мягкие тона с диффузным рассеиванием света. Корпус монитора должен иметь матовую  поверхность одного цвета с коэффициентом  отражения 0,4 - 0,6 и не иметь блестящих  деталей, способных создавать блики.

Способ подключения монитора к компьютеру

Существует два способа  подключения монитора к компьютеру: сигнальный (аналоговый) и цифровой.

Монитору необходимо подведение видеосигналов, несущих информацию, отображаемую на экране. Цветному монитору требуется три сигнала, кодирующих цвет (RGB), и два сигнала синхронизации (вертикальной и горизонтальной развертки). Для подключения монитора к компьютеру используют сигнальные (аналоговые) кабели различных типов. Со стороны компьютера такой кабель в большинстве случаев  имеет трехрядный разъем DB15/9, который  еще называют VGA-разъемом. Этот разъем используется в большинстве IBM-совместимых  компьютеров. Компьютеры Macintosh производства компании Apple используют другой соединитель - двухрядный DB15. Кроме того, существуют специальные коаксиальные кабели.

Некоторые мониторы для удобства имеют два переключаемых входных  интерфейса: DB15/9 и BNC. Имея два компьютера, можно один монитор использовать для работы с двумя компьютерами (естественно не одновременно).

Помимо сигнального соединения возможно соединение монитора с компьютером  через цифровой интерфейс, позволяющий  управлять монитором из компьютера: калибровать его внутренние цепи, настраивать геометрические параметры  изображения и т.п. в качестве цифрового интерфейса наиболее часто  применяется разъем RC-232C.

Средства управления и  регулирования

Под управлением понимают подстройку таких параметров, как  яркость, геометрия изображения  на экране. Существуют два типа систем управления и регулирования монитора: аналоговые (ручки, движки, потенциометры) и цифровые (кнопки, экранное меню, цифровое управление через компьютер). Аналоговое управление используется в дешевых  мониторах и позволяет напрямую изменять электрические параметры  в узлах монитора. Как правило, при аналоговом управлении пользователь имеет возможность настраивать  только яркость и контраст. Цифровое управление обеспечивает передачу данных от пользователя к микропроцессору, управляющему работой всех узлов  монитора. Микропроцессор на основании  этих данных делает соответствующие  коррекции формы и величины напряжений в соответствующих аналоговых узлах  монитора. В современных мониторах  используется только цифровое управление, хотя количество контролируемых параметров зависит от класса монитора и варьируется  от нескольких простейших параметров (яркость, контраст, примитивная подстройка геометрии изображения) до сверхрасширенного набора (25 - 40 параметров) обеспечивают точные настройки.

3. Обобщенная структура  и особенности функционирования 
 мониторов

3.1. CRT - мониторы

Сегодня самый распространенный тип мониторов - это CRT (Cathode Ray Tube) мониторы. Как видно из названия, в основе всех подобных мониторов лежит катодно-лучевая трубка, но это дословный перевод, технически правильно говорить электронно-лучевая трубка (ЭЛТ). Иногда CRT расшифровывается и как Cathode Ray Terminal, что соответствует уже не самой трубке, а устройству, на ней основанному.

Используемая в этом типе мониторов технология была разработана  немецким ученым Фердинандом Брауном  в 1897г. и первоначально создавалась  в качестве специального инструмента  для измерения переменного тока, то есть для осциллографа.

Самым важным элементом монитора является кинескоп, называемый также электронно-лучевой  трубкой. Кинескоп состоит из герметичной  стеклянной трубки, внутри которой  находится вакуум, то есть весь воздух удален. Один из концов трубки узкий  и длинный - это горловина, а другой - широкий и достаточно плоский - это экран. С фронтальной стороны  внутренняя часть стекла трубки покрыта  люминофором (luminophor). В качестве люминофоров для цветных ЭЛТ используются довольно сложные составы на основе редкоземельных металлов - иттрия, эрбия и т.п. Люминофор - это вещество, которое испускает свет при бомбардировке его заряженными частицами. Заметим, что иногда люминофор называют фосфором, но это не верно, т.к. люминофор, используемый в покрытии ЭЛТ, ничего не имеет общего с фосфором. Более того, фосфор "светится" в результате взаимодействия с кислородом воздуха при окислении до P₂O₅ и "свечение" происходит небольшое количество времени (кстати, белый фосфор - сильный яд).

Рис. 3.

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 (рис 3).

Рис. 4.

Путь электронного луча на экране схематично показан на рис. 4. Сплошные линии - это активный ход  луча, пунктир - обратный.

Электроны попадают на люминофорный слой, после чего энергия электронов преобразуется в свет, т.е. поток электронов заставляет точки люминофора светиться. Эти светящиеся точки люминофора формируют изображение, которое вы видите на вашем мониторе. Как правило, в цветном CRT мониторе используется три электронные пушки, в отличие от одной пушки, применяемой в монохромных мониторах, которые сейчас практически не производятся.

Известно, что глаза человека реагируют на основные цвета: красный (Red), зеленый (Green) и синий (Blue) и на их комбинации, которые создают бесконечное число цветов. Люминофорный слой, покрывающий фронтальную часть электронно-лучевой трубки, состоит из очень маленьких элементов (настолько маленьких, что человеческий глаз не всегда может различить их). Эти люминофорные элементы воспроизводят основные цвета, фактически имеются три типа разноцветных частиц, чьи цвета соответствуют основным цветам RGB (отсюда и название группы из люминофорных элементов - триады).

Люминофор начинает светиться, как было сказано выше, под воздействием ускоренных электронов, которые создаются  тремя электронными пушками. Каждая из трех пушек соответствует одному из основных цветов и посылает пучок  электронов на различные люминофорные частицы, чье свечение основными цветами с различной интенсивностью комбинируется и в результате формируется изображение с требуемым цветом.

Для управления электронно-лучевой  трубкой необходима и управляющая  электроника, качество которой во многом определяет и качество монитора. Кстати, именно различие в качестве управляющей  электроники, создаваемой разными  производителями, является одним из критериев определяющих разницу  между мониторами с одинаковой электронно-лучевой  трубкой.

Итак, каждая пушка излучает электронный луч (или поток, или  пучок), который влияет на люминофорные элементы разного цвета (зеленого, красного или синего). Понятно, что электронный луч, предназначенный для красных люминофорных элементов, не должен влиять на люминофор зеленого или синего цвета. Чтобы добиться такого действия используется специальная маска, чья структура зависит от типа кинескопов от разных производителей, обеспечивающая дискретность (растровость) изображения. ЭЛТ можно разбить на два класса - трехлучевые с дельтаобразным расположением электронных пушек и с планарным расположением электронных пушек. В этих трубках применяются щелевые и теневые маски, хотя правильнее сказать, что они все теневые. При этом трубки с планарным расположением электронных пушек еще называют кинескопами с самосведением лучей, так как воздействие магнитного поля Земли на три планарно расположенных луча практически одинаково и при изменении положения трубки относительно поля Земли не требуется производить дополнительные регулировки.

3.1.1. Виды масок ЭЛТ-мониторов

Теневая маска

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). то сделано для того, чтобы электронный луч в центре экрана и по краям имел одинаковую толщину.

Теневая маска состоит  из металлической пластины с круглыми отверстиями, которые занимают примерно 25% площади. Находится маска перед  стеклянной трубкой с люминофорным слоем. 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. Изменением тока каждого из трех электронных лучей можно добиться произвольного цвета элемента изображения, образуемого триадой точек.

Апертурная решетка

Есть еще один вид трубок, в которых используется "Aperture Grille" (апертурная решетка). Эти трубки стали известны под именем Trinitron и впервые были представлены на рынке компанией Sony в 1982 году.

Это решение не включает в  себя металлическую решетку с  отверстиями, как в случае с теневой  маской, а имеет решетку из вертикальных линий. Вместо точек с люминофорными элементами трех основных цветов, апертурная решетка содержит серию нитей, состоящих из люминофорных элементов выстроенных в виде вертикальных полос трех основных цветов. Такая система обеспечивает высокую контрастность изображения и хорошую насыщенность цветов, что вместе обеспечивает высокое качество мониторов с трубками на основе этой технологии.

Щелевая маска

Щелевая маска (slot mask) - это технология широко применяется компанией NEC под именем "CromaClear". Это решение на практике 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 цвето

3.2. LCD - мониторы

Экраны LCD-мониторов сделаны  из вещества (цианофенил), которое находится в жидком состоянии, но при этом обладает некоторыми свойствами, присущими кристаллическим телам. Фактически это жидкости, обладающие анизотропией свойств (в частности оптических), связанных с упорядоченностью в ориентации молекул.

Как ни странно, но жидкие кристаллы  старше ЭЛТ почти на десять лет, первое описание этих веществ было сделано  еще в 1888 г. Однако долгое время никто  не знал, как их применить на практике. И вот в конце 1966 г. корпорация RCA продемонстрировала прототип LCD-монитора – цифровые часы.

Работа ЖКД основана на явлении поляризации светового  потока. Известно, что так называемые кристаллы поляроиды способны пропускать только ту составляющую света, вектор электромагнитной индукции которой  лежит в плоскости, параллельной оптической плоскости поляроида. Для  оставшейся части светового потока поляроид будет непрозрачным. Таким  образом поляроид как бы "просеивает" свет, данный эффект называется поляризацией света. Когда были изучены жидкие вещества, длинные молекулы которых  чувствительны к электростатическому  и электромагнитному полю и способны поляризовать свет, появилась возможность  управлять поляризацией. Эти аморфные вещества за их схожесть с кристаллическими веществами по электрооптическим свойствам, а также за способность принимать  форму сосуда, назвали жидкими  кристаллами.

Основываясь на этом открытии и в результате дальнейших исследований, стало возможным обнаружить связь  между повышением электрического напряжения и изменением ориентации молекул  кристаллов для обеспечения создания изображения. Первое свое применение жидкие кристаллы нашли в дисплеях для  калькуляторов и в электронных  часах, а затем их стали использовать в мониторах для портативных  компьютеров. Сегодня, в результате прогресса в этой области, начинают получать все большее распространение LCD-дисплеи для настольных компьютеров.

Экран LCD монитора представляет собой массив маленьких сегментов (называемых пикселями), которыми можно  манипулировать для отображения  информации. LCD монитор имеет несколько  слоев, где ключевую роль играют две  панели, сделанные из свободного от натрия и очень чистого стеклянного  материала, называемого субстрат или  подложка, которые собственно и содержат тонкий слой жидких кристаллов между  собой. На панелях имеются бороздки, которые направляют кристаллы, сообщая  им специальную ориентацию. Бороздки расположены таким образом, что  они параллельны на каждой панели, но перпендикулярны между двумя  панелями. Продольные бороздки получаются в результате размещения на стеклянной поверхности тонких пленок из прозрачного  пластика, который затем специальным  образом обрабатывается.

При появлении электрического поля, молекулы жидких кристаллов частично выстраиваются вертикально вдоль  поля, угол поворота плоскости поляризации  света становится отличным от 90 градусов и свет беспрепятственно проходит через  жидкие кристаллы.

Поворот плоскости поляризации  светового луча незаметен для  глаза, поэтому возникла необходимость  добавить к стеклянным панелям еще  два других слоя, представляющих собой  поляризационные фильтры. Эти фильтры  пропускают только ту компоненту светового  пучка, у которой ось поляризации  соответствует заданному. Поэтому  при прохождении поляризатора пучок  света будет ослаблен в зависимости  от угла между его плоскостью поляризации  и осью поляризатора. При отсутствии напряжения ячейка прозрачна, так как  первый поляризатор пропускает только свет с соответствующим вектором поляризации.