Компьютерное периферийное оборудование:

ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ МОНИТОРОВ

   

    О Г Л А В Л Е Н И Е

    1. История создания монитора

    2. Современные модели мониторов

    3. Параметры мониторов CRT

    4. LCD - мониторы

    5. Основные параметры, определяющие качество LCD-мониторов

    6. Сравнение характеристик мониторов LCD над CRT

   
   

1. История создания монитора

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

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

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

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

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

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

 

2. Современные модели мониторов

Сегодня, несмотря на обилие новых технологий, CRT (ЭЛТ)-мониторы все еще остаются самыми распространенными и вовсе не торопятся уходить с рынка, напротив - они по-прежнему являются наиболее доступными по цене, размер их экранов постоянно растет, неуклонно совершенствуется качество изображения - при уменьшении габаритов и веса. Поэтому обзор мониторов следует начать именно с CRT-дисплеев. Реальную конкуренцию мониторам на базе электронно-лучевых трубок пока могут составить только LCD-дисплеи.

CRT (ЭЛТ)-мониторы
Монитор получает сигнал от компьютера и передает его на электронно-лучевую пушку, которая формирует луч, передающий совокупность сигналов: красный, зеленый, синий (RGB) на переднюю панель трубки.
Луч направляется отклоняющей системой проходит через отверстия в теневой маске, теневая маска направляет луч на флуоресцирующий материал; соударение луча с фосфоресцирующим экраном и вызывает свечение, видимое глазу (рис. 4).

 

На рисунке 5 показана точечная теневая маска, которая используется в большинстве мониторов. Кроме точечной маски, применяются также полосовые маски и апертурные решетки.
Апертурная решетка обеспечивает повышенную четкость изображения благодаря технологии, в соответствии с которой (для горизонтальной изоляции пикселов) используются тонкие вертикальные проволочки. В частности, апертурная решетка используется в мониторах Sony Trinitron.

Наиболее существенное различие между теневой маской и апертурной решеткой состоит в заметном увеличении яркости при использовании последней. Это происходит потому, что на красный, зеленый или голубой люминофор через вертикальные полосы апертурной решетки попадает луч большей интенсивности, так как решетка ограничивает лучи только по горизонтали. При этом нельзя однозначно утверждать, что технология, использующая апертурную решетку, лучше - поскольку ответ на этот вопрос зависит от того, требуют ли приложения, с которыми вы работаете, более четкой картинки или более насыщенных цветов.

Дело в том, что использование апертурной решетки позволяет получить пикселы большего размера и меньшее общее разрешение, но яркость в целом увеличивается, а при использовании решетки с теневой маской пикселы получаются меньшего размера, разрешение больше, но при этом снижается яркость.

 

В любом случае качество маски определяется тем, насколько тесно на ней расположены отверстия или щели, и измеряется так называемым шагом (dot pitch) теневой маски и шагом апертурной решетки.
Расстояние между соседними отверстиями теневой маски влияет на величину зерна изображения.

Обычно у мониторов хорошего качества шаг не превышает 0,28 мм в моделях с теневой маской и 0,3 мм - в мониторах с апертурной решеткой. Наименьшие значения шага - 0,25 мм - использует компания Sony (в частности, в модели Multiscan 20seII).

 

3. Параметры мониторов CRT

Диагональ трубки и видимая диагональ
Одним из основных параметров CRT-монитора является размер диагонали трубки. Различают непосредственно размер диагонали трубки и видимый размер, который обычно примерно на 1 дюйм меньше, чем диагональ трубки, частично закрывающаяся корпусом монитора.

Коэффициент светопередачи
Коэффициент светопередачи определяется как отношение полезной световой энергии, излучаемой вовне, к энергии, излучаемой внутренним фосфоресцирующим слоем. Обычно этот коэффициент лежит в пределах 50-60%. Чем выше коэффициент светопередачи, тем меньший требуется уровень видеосигнала для обеспечения необходимой яркости. Однако при этом снижается контрастность изображения в силу снижения перепада между излучающими и неизлучающими участками поверхности экрана. При низком коэффициенте светопередачи улучшаются фокусировка изображения, однако требуется более мощный видеосигнал и соответственно усложняется схема монитора. Конкретное значение коэффициента светопередачи можно найти в документации производителя. Обычно 15-дюймовые мониторы имеют коэффициент светопередачи в пределах 56-58%, а 17-дюймовые - 52-53%.

Г оризонтальная развертка
Периодом горизонтальной развертки называют время, за которое луч проходит расстояние от левого до правого края экрана. Соответственно величина, обратная данной, называется частотой горизонтальной развертки и измеряется в килогерцах. При увеличении частоты кадров частота горизонтальной развертки должна быть также увеличена.

Вертикальная развертка
Вертикальной разверткой называется количество обновлений изображения на экране в секунду, этот параметр также называют частотой кадров. Горизонтальная и вертикальная развертка связаны между собой соотношением:
горизонтальная развертка = (число строк) x (верт. разв.) x 1,05
Чем выше величина вертикальной развертки, тем меньше соответственно заметен для глаза эффект смены кадра, который проявляется в мерцании экрана. Считается, что при частоте 75 Гц мерцание практически незаметно для глаза, однако стандарт VESA рекомендует работу на частоте 85 Гц.

Разрешающая способность
Разрешающая способность характеризуется числом пикселов и числом строк. Например, разрешение монитора 1024 x 768 указывает на количество точек в строке - 1024 и на количество строк - 768.

Равномерность
Равномерность определяется постоянством яркости по всей поверхности экрана монитора. Различают "равномерность яркости" и "равномерность белого". Обычно мониторы имеют различную яркость в разных участках экрана. Отношения яркости в областях с максимальным и минимальным значением яркости называют равномерностью распределения яркости. Равномерность белого определяется как различие яркости белого цвета (при выводе изображения белого цвета).

Несведение лучей
Термин "несведение лучей" означает отклонение красного и синего от центрирующего зеленого. Подобное отклонение препятствует получению чистых цветов и четкого изображения. Различают статическое и динамическое несведение. Под первым понимается несведение трех цветов по всей поверхности экрана, которое обычно связано с погрешностями при сборке электронно-лучевой трубки. Динамическое несведение характеризуется погрешностями на краях при четком изображении в центре.

Чистота и четкость изображения
Оптимальной чистоты и четкости изображения можно добиться, когда каждый из RGB-лучей достигает поверхности в точно установленной точке, что обеспечивается при строгой взаимосвязи между электронной пушкой, отверстиями теневой маски и точками люминофора. Смещение луча, смещение центра пушки вперед или назад, а также отклонение луча, вызванное влиянием внешних магнитных полей, - все это может влиять на ухудшение чистоты и четкости изображения.

Муар
Муар - это вид дефекта, который воспринимается глазом как волнообразные разводы изображения, связанные с неправильным взаимодействием теневой маски и сканирующего луча. Фокус и муар являются связанными параметрами для CRT-мониторов, поэтому небольшой муар допускается при хорошем фокусе.

Дрожание
Под дрожанием обычно понимают колебательные изменения изображения с частотой выше 30 Гц. Они могут быть вызваны вибрацией отверстий маски монитора, что, в частности, может быть обусловлено неправильной организацией заземления. При частотах менее 30 Гц употребляется термин "плавание", а ниже 1 Гц - "дрейф". Незначительное дрожание присуще всем мониторам. В соответствии со стандартом ISO допускается диагональное отклонение точки не более чем на 0,1 мм.

Деформация маски
Все мониторы с теневой маской в той или иной степени подвержены искажениям, связанным с термической деформацией маски. Термическое расширение материала, из которого выполнена маска, приводит к ее деформации и соответственно к смещению отверстий маски.
Предпочтительным материалом для маски является инвар - сплав, имеющий малый коэффициент линейного расширения.

Экранное покрытие
Экраны CRT-монитора могут иметь различные покрытия, улучшающие качество изображения и потребительские свойства монитора.

1) Антистатическое покрытие представляет собой тонкий слой специального химического состава, который предотвращает накопление электростатического заряда.
2) Полированная панель имеет максимальную яркость и минимальные антибликовые свойства.
3) Кварцевое покрытие - недорогое покрытие, которое уменьшает блики на экране, но ограничивает резкость изображения.
4) Многослойное антибликовое покрытие обеспечивает высокую резкость при отсутствии бликов, но имеет высокую цену. Помимо антибликового покрытия используют также антибликовые панели, которые минимизируют отражающие свойства экрана и уменьшают электромагнитное излучение экрана, не ухудшая качества изображения. В силу своей высокой стоимости антибликовые панели используются только в дорогостоящих мониторах, в частности в 21-дюймовых мониторах с большим разрешением

Во всем мире сохраняется тенденция к росту экранов CRT-мониторов. Так, в странах с развитым компьютерным рынком лидером продаж в последнее время стал монитор с 17-дюймовой диагональю. В России рынок 17-дюймовых мониторов только начинает формироваться. По-прежнему наибольшее число продаж приходится на 14- и 15-дюймовые модели.

 

4. LCD - мониторы

Первые жидкокристаллические материалы были открыты более 100 лет назад австрийским ученым Ф. Ренитцером. Со временем было обнаружено большое число материалов, которые можно использовать в качестве жидкокристаллических модуляторов, однако практическое использование технологии началось сравнительно недавно.

Технология LCD-дисплеев основана на уникальных свойствах жидких кристаллов, которые одновременно обладают определенными свойствами как жидкости (например, текучестью), так и твердых кристаллов (в частности, анизотропией). В LCD-панелях используют так называемые нематические кристаллы, молекулы которых имеют форму продолговатых пластин, объединенных в скрученные спирали. LCD-элемент, помимо кристаллов, включает в себя прозрачные электроды и поляризаторы. При приложении напряжения к электродам спирали распрямляются. Используя на входе и выходе поляризаторы, можно использовать такой эффект раскручивания спирали, как электрически управляемый вентиль, который то пропускает, то не пропускает свет.

Экран LCD-дисплея состоит из матрицы LCD-элементов. Для того чтобы получить изображение, нужно адресовать отдельные LCD-элементы.
Различают два основных метода адресации и соответственно два вида матриц: пассивную и активную. В пассивной матрице точка изображения активируется подачей напряжения на проводники-электроды строки и столбца. При этом электрическое поле возникает не только в точке пересечения адресных проводников, но и на всем пути распространения тока, что препятствует достижению высокого контраста.
 

В активной матрице каждой точкой изображения управляет свой электронный переключатель, что обеспечивает высокий уровень контрастности.

Обычно активные матрицы реализованы на основе тонкопленочных полевых транзисторов (Thin Film Transistor, TFT). TFT-экраны, иначе называемые экранами с активной матрицей, обладают самым высоким среди плоскопанельных устройств разрешением, широко используются в ноутбуках, автомобильных навигационных устройствах и разнообразных цифровых приставках.

LCD-дисплей не излучает, а работает как оптический затвор. Поэтому для воспроизведения изображения ему требуется источник света, который располагается позади LCD-панели. Время жизни внутреннего источника света TFT LCD-монитора зависит от его типа. Как правило, источники света для 15-дюймовых мониторов теряют около 50% первоначальной яркости за 20 000 часов.

 

5. Основные параметры, определяющие качество LCD-мониторов

Относительное отверстие
Относительное отверстие - отношение площади изображения к общей площади матрицы LCD-дисплея. Чем это отношение больше, тем большая площадь занята цветовыми элементами и соответственно тем ярче дисплей.
Угол обзора
Пропускная способность жидкого кристалла зависит от угла наклона падающего света. Поэтому если смотреть на LCD-дисплей не строго перпендикулярно, а сбоку, то происходит затемнение изображения или искажение цвета. Некоторые фирмы предлагают различные технологии для устранения этого эффекта.
В Apple Studio Display, например, используют особое пленочное покрытие, которое увеличивает качество изображения при "боковом" чтении.
Существуют и другие технологии, однако в целом ряде случаев приемы, увеличивающие угол обзора, снижают динамические параметры отображения информации. Небольшой угол обзора - это серьезная проблема, и стоит она тем острее, чем больше размер экрана. По свидетельству основных производителей, сегодняшняя технология позволяет увеличить этот угол до 120-130 градусов в горизонтальной и 80° - в вертикальной плоскости.
Степень интерференции
Интерференция проявляется за счет влияния активизированных пикселов на соседние пассивные. Это явление в меньшей степени проявляется в мониторах с активной матрицей и в большей - в мониторах с пассивной матрицей.
Яркость
Яркость дисплея определяется яркостью заднего освещения и пропускной способностью панели. Пропускная способность жидкого кристалла мала, поэтому для увеличения яркости изображения применяют апертурную решетку с большим относительным отверстием и цветовые фильтры с высокой пропускной способностью.

 

6. Сравнение характеристик мониторов LCD над CRT

6.1. Превосходства мониторов LCD над CRT

  1. LCD-дисплеи занимают на столе примерно в 3 раза меньше места и весят на 3/4 меньше, чем CRT-модели. Экономия веса и пространства критична для целого ряда приложений.
  2. В отличие от CRT-мониторов LCD-дисплеи абсолютно не генерируют магнитные поля.
  3. LCD -дисплеи не подвержены влиянию магнитных полей и, следовательно, могут использоваться на объектах, где такие поля генерируются. Это делает их использование предпочтительным на ряде объектов (например, на подводных лодках).
  4. LCD-мониторы обладают меньшей хрупкостью и соответственно лучше подходят для работы в полевых условиях.
  5. LCD-мониторы потребляют примерно на 60% меньше электроэнергии по сравнению с CRT-мониторами и выделяют соответственно меньше теплоты.
  6. Высокая четкость изображения позволяет работать с более высоким разрешением, чем при использовании сравнимых по диагонали CRT-моделей.
  7. LCD-дисплеи имеют меньшую склонность к такому дефекту изображения, как появление муара.

6.2. Превосходства мониторов CRT над LCD

  1. LCD-дисплеи оптимизированы для раб оты только с одним разрешением. Например, для 15-дюймового монитора оптимальное разрешение - 1024 x 768 точек. Если в вашей работе требуется перенастройка монитора на различные разрешения, что актуально в CAD-приложениях, то такой дисплей не может считаться оптимальным решением.
  2. LCD-дисплеи плохо переносят экстремальные температуры. При температуре ниже -32° они кристаллизуются и разрушаются, а при высоких температурах изображение расплывается.
  3. LCD-панели имеют ограниченный угол обзора.
  4. LCD-мониторы менее пригодны для передачи непрерывного видеоизображения.
  5. LCD-мониторы пока имеют более высокие цены. Для примера - сегодня средняя розничная цена 15-дюймового LCD-монитора составляет порядка 1100 долл., в то время как 17-дюймовый CRT-монитор (диагональ видимой части которого примерно такая же, как у 15-дюймового LCD-монитора) стоит примерно вдвое дешевле. Это существенный момент, особенно для российских покупателей.
  6. LCD-мониторы имеют большую склонность к дрожанию, чем CRT-дисплеи.
  7. Изготовление LCD-мониторов с диагональю более 21 дюйма экономически невыгодно; их будут производить по другим технологиям.

Хотя CRT-мониторы не могут конкурировать по размерам с LCD-мониторами, они не собираются уходить со сцены. В перспективе они будут занимать все меньше места на рабочем месте за счет укорачивания электронных пушек и увеличения угла отклонения лучей.

Содержание