|
Плоскопанельные мониторы
Мониторы на основе ЭЛТ в настоящее время являются наиболее распространенными,
однако они обладают рядом недостатков:
значительные масса, габариты и энергопотребление; наличие тепловыделения и
излучения, вредного для здоровья человека. В связи с этим на смену ЭЛТ
мониторам приходят плоскопараллельные мониторы: жидкокристаллические - ЖК-мониторы,
плазменные, электролюминисцентные, мониторы электростатической эмиссии,
органические светодиодные мониторы.
ЖК-мониторы (LCD - Liquid Crysta Display) составляют основную долю
рынка плоскопанельных мониторов с
экраном размером 13—17". Первое свое применение жидкие кристаллы нашли в
дисплеях для калькуляторов из кварцевых часах, а затем их стали использовать в
мониторах для портативных компьютеров. Сегодня, в результате прогресса в этой
области, начинают получать все большее распростране-ние LCD мониторы для настольных
компьютеров.
Основным элементом ЖК-монитора является
ЖК-экран, состоящий из двух панелей, выполненных из стекла, между которыми размещен
слой жидкокристаллического вещества, 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. Молекулы жидких
кристаллов под воздействием электричества могут изменять свою ориентацию и
вследствие этого изменять свойства светового луча проходящего сквозь них.
Следовательно, формирование изображения в ЖК-мониторах основано на взаимосвязи
между изменением электрического напряжения, приложенного к жидко-кристаллическому
веществу и изменением ориентации его молекул.
Экран ЖК-монитора представляет собой
массив отдельных ячеек (называемых пикселями), оптические свойства которые
могут меняться при отображении информации. Панели ЖК- монитора имеют несколько
слоев, среди которых ключевую роль играют две панели, выполненные из свободного
от натрия и очень чистого стеклянного материала, между которыми и расположен
тонкий слой жидких кристаллов. На панелях нанесены параллельные бороздки,
вдоль которых ориентируются кристаллы. Бороздки на подложках перпендикулярны
между собой. Технология получения бороздок состоит в нанесении на стеклянной
поверхности тонких пленок из прозрачного пластика. Соприкасаясь с бороздками,
молекулы в жидких кристаллах ориентируются одинаково во всех ячейках.
Жидкокристаллическая панель освещается
источником света (в зависимости от того, где он расположен,
жидко-кристаллические панели работают на отражение или на прохождение света). В
качестве источников света используются специальные электролюминисцентные лампы
с холодным катодом, характеризующиеся низким энергопотреблением. Молекулы
одной из разновидностей жидких кристаллов в отсутствии напряжения на подложках
поворачивают вектор электрической напряженности электромагнитного поля в
световой волне, проходящей через ячейку, на некоторый угол в плоскости,
перпендикулярной оси распространения пучка. Нанесение бороздок позволяет
обеспечить одинаковые углы поворота для всех ячеек. Фактически каждая ЖК-ячейка
представляет собой электронно-управляемый светофильтр, принцип действия
которого основан на эффекте поляризации световой волны.
Чтобы поворот плоскости поляризации
светового луча был заметен для глаза, на стеклянные панели дополнительно
наносят два слоя, представляющих собой поляризационные фильтры. Эти фильтры
выполняют функции поляризатора и анализатора.
Принцип действия ячейки ЖК-монитора состоит в следующем.
При отсутствии напряжения между подложками ячейка ЖК-монитора прозрачна,
поскольку вследствие перпендикулярного расположения бороздок на подложках и
соответствующему закручиванию оптических осей жидких кристаллов вектор
поляризации света поворачивается, и проходит без изменения через систему
поляризатор-анализатор. Ячейки, у которых
ориентирующие канавки, обеспечивающие соответствующее закручивание молекул
жидкокристаллического вещества, расположены под углом 90 , называются
твистированными нематическими. При приложении между подложками напряжения 3—10
В молекулы жидкокристаллического вещества расположатся параллельно силовым
линиям поля. Твестированная структура жидко-кристаллического
вещества нарушается, и поворота плоскости поляризации проходящего через него
света не происходи. В результате плоскость поляризации света не совпадает с
плоскостью поляризации анализатора, и ЖК-ячейка оказывается непрозрачной.
Напряжение, приложенное к каждой ЖК-ячейке, формируется PC.
Для вывода цветного изображения
выполняется подсветка монитора сзади так, чтобы свет порождался в задней части
ЖК-дисплея. Цвет формируется в результате объединения ЖК-ячеек в триады,
каждая из которых снабжается светофильтром, пропускающим один из трех основных
цветов.
Первые ЖК-мониторы были с диагональю около
8 дюймов, в то время как сегодня они выпускаются 19 дюймов и более. Увеличение
разрешения ЖК-мониторов достигается с помощью специальных технологий.
Технология, при которой закручивание
молекул составляет 90 называется твистированной нематической (TN - Twisted
Nematic). Недостатки ЖК-мониторов, реализующих эту технологию связаны с:
низким быстродействием; зависимостью качества изображения (яркости,
контрастности) от внешних засветок; значительным взаимным влиянием ячеек;
ограниченным углом зрения, под которым изображение хорошо видно, а также низкой
яркостью и насыщенностью изображения.
Следующим этапом на пути совершенствования
ЖК-мониторов было увеличе-ние угла закручивания молекул ЖК-вещества с 90° до
270° с помощью STN техно-логии (STN - Super Twisted Nematic).
Использование двух ячеек одновременно поворачивающих плоскость поляризации
в противоположных направлениях, согласно DSTN технологии (DSTN -
Dual Super - Twisted Nematic) ,позволило значительно улучшить
характеристики ЖК-мониторов.
Для повышения быстродействия ЖК-ячеек
используется технология двойного сканирования (DSS - Dual Screens),когда
весь ЖК-экран разбивается на четные и нечетные строки,
обновление которых выполняется одновременно. Двойное сканирование совместно с
использованием более подвижных молекул позволило снизить время реакции
ЖК-ячейки с 500 мс ( у ЖК-мониторов, реализующих технологию TN - Twisted Nematic)
до 1-50 мс и значительно повысить частоту обновления экрана.
Для получения лучших результатов с точки зрения
стабильности, качества, разрешения и яркости изображения используют
мониторы с активной матрицей в отличие от применяемых ранее с пассивной
матрицей. Термин «пассивная матрица» (passive matrix) относится к такому
конструктивному решению монитора, согласно которому монитор разделен на отдельные ячейки,
каждая из которых функционирует независимо от остальных, так что в результате каждый
такой элемент может быть подсвечен индивидуально для создания изображения.
Матрица называется пассивной, потому что рассмотренные выше технологии
создания ЖК-мониторов, не могут обеспечить быстродействие при отображении
информации на экране. Изображение формируется строка за строкой путем
последовательного подвода управляющего напряжения на отдельные ячейки.
Вследствие достаточно большой электрической емкости отдельных ячеек напряжение
на них не может изменяться достаточно быстро, поэтому изображение не
отображается плавно и дрожит на экране. При этом между соседними электродами
возникает некоторое взаимное влияние, которое может проявляться в виде колец на
экране.
В активной матрице используются
отдельные усилительные элементы для каждой ячейки экрана, компенсирующие
влияние емкости ячеек и позволяющие значительно увеличить быстродействие.
Активная матрица (active matrix) имеет следующие преимущества по сравнению с пассивной
матрицей:
- высокая яркость;
- угол обзора достигающий 120°-160°, в то
время как у мониторов с пассивной матрицей, качественное изображение можно
наблюдать только с фронтальной позиции по отношению к экрану;
- высокое быстродействие, обусловленное
временем реакции монитора около 50 мс.
Функциональные возможности ЖК-мониторов с
активной матрицей почти такие же, как у дисплеев с пассивной матрицей. Разница
заключается в матрице электродов, которая управляет ячейками жидких кристаллов
дисплея. В случае с пассивной матрицей разные электроды получают электрический
заряд циклическим методом при построчной регенерации дисплея, а в результате
разряда емкостей элементов изображение исчезает, так как кристаллы
возвращаются к своей изначальной конфигурации. В случае с активной матрицей к
каждому электроду добавлен запоминающий транзистор, который может хранить
цифровую информацию (двоичные значения 0 или 1) и в результате изображение сохраняется
до тех пор, пока не поступит другой сигнал. Такой транзистор, выполняя роль
своеобразного коммутирующего ключа позволяет коммутировать более высокое (до
десятков вольт) напряжение, используя сигнал низкого уровня (около 0,7 В).
Благодаря применению активных ЖК-ячеек стало возможным значительно снизить
уровень сигнала управления и, тем самым, решить проблему частичной засветки соседних
ячеек.
Запоминающие транзисторы производятся из
прозрачных материалов, что позволяет световому лучу проходить сквозь них, и
располагаются на тыльной части дисплея, на стеклянной панели, которая содержит
жидкие кристаллы. Поскольку запоминающие транзисторы выполняются по тонкопленочной
технологии, подобные ЖК-мониторы получили название TFT — мониторы (Thin Film Transistor
- тонкопленочный транзистор). Тонкопленочный транзистор имеет толщину в диапазоне от 0,1 до 0,01
мкм. Технология TFT была разработана специалистами фирмы Toshiba. Она позволила не только
значительно улучшить показатели ЖК-мониторов ( яркость, контрастность, угол зрения), но и
создать на основе активной ЖК-матрицы цветной, монитор.
К числу основных характеристик
жидкокристаллических мониторов относятся следующие:
Размер экрана ЖК-мониторов находится в пределах от 13 до
16". В отличие от ЭЛТ-мониторов, номинальный размер экрана и
размер его видимой области прак-тически совпадают.
Ориентация экрана у ЖК -монитора в отличие от ЭЛТ-монитора
может быть как портретная, так и ландшафтная. В то время как традиционные
экраны ЭЛТ-мониторов и ЖК-экраны компьютеров типа Notebook имеют
только ландшафтную ориентацию, обусловленную тем,
что поле зрения человека в горизонтальном направлеии шире, чем в
вертикальном, в ряде случаев (работа с текстами большого объема, Web-страницами) намного
удобнее работать с экраном портретной ориентации. ЖК-монитор можно легко развернуть
на 90° при этом ориентация изображения останется прежней.
Поле обзора ЖК-мониторов обычно характеризуется углами
обзора, отсчитываемыми от перпендикуляра к плоскости экрана по горизонтали
и вертикали. Современные модели ЖК-мониторов обеспечивают значения углов
обзора: горизонтали — ±45...70°; по вертикали — от 15° до 50° (вниз) и от 20°до
70° (вверх).
Разрешение ЖК-монитора определяется размером отдельной ЖК-ячейки,
то есть фиксированным размером пикселей. Например, если LCD монитор имеет разрешение
1024x768, то это значит, что на каждой из 768 линий расположено 1024 электродов, то есть
пикселей. При этом можно использовать и более низкое разрешение. Для этого
применяются два способа. Метод "Centering"
(центрирование) состоит в том, что для отображения изображения используется
только то количество пикселей, которое необходимо для формирования изображения
с более низким разрешением. В результате изображение получается не во весь
экран, а только в середине: все неиспользуемые пиксели остаются черными,
образуя вокруг изображения широкую черную рамка. Метод "Expansion" (растяжение)
основан на растяжении
изображения на весь экран, что приводит к возникновению некоторых искажений и
ухудшению резкость.
Яркость – важнейший параметр при выборе ЖК-монитора. Типовая
яркость ЖК-монитора составляет 150-200 кд/м. При этом в центре яркость ЖК-
монитора может быть на 25% выше, чем у краев экрана.
Контрастность изображения ЖК-монитора показывает во сколько раз его
яркость изменяется при изменении уровня его видеосигнала от минимального до
максимального. Приемлемая цветопередача обеспечивается при контрастности не
менее 130:1, а высококачественная - при 300:1.
Инерционность ЖК-монитора характеризуется минимальным
временем, необходимым для активизации его ячейки и составляет 30-70 мс, соответствуя
аналогичным параметрам ЭЛТ-мониторов.
Палитра ЖК-мониторое, по сравнению с обычными ограничена определенным
количеством воспроизводимых на экране оттенков цветов. Типовой размер палит-ры
современных ЖК-мониторов составляет 262144 или 16777216 оттенков цветов.
Массогабаритные характеристики и энергопотребление выгодно
отличают ЖК-мониторы от ЭЛТ-мониторов. Масса большинства моделей не превышает
нескольких килограмм, а толщина экрана - 2,00мм. Потребляемая мощность в
рабочем режиме не превышает 35-40 Вт.
Плазменные дисплеи (Plasma Display Panel PDF) создаются
путем заполнения пространства между двумя стеклянными поверхностями инертным
газом, например аргоном или неоном. Затем на стеклянную поверхность наносят
миниатюрные прозрачные электроды, на которые подается высокочастотное
напряжение. Под действием этого напряжения в прилегающей к электроду газовой
области возникает электрический разряд. Плазма газового разряда излучает свет
в ультрафиолетовом диапазоне, который вызывает свечение частиц люминофора, в
диапазоне видимом человеком. Фактически, каждый пиксель на экране работает как
обычная лампа дневного света. Высокая яркость и контрастность наряду с отсутствие
дрожания являются важнейшими преимуществами таких мониторов. Кроме того, угол
по отношению к нормали, под которым можно увидеть изображение на плазменных
мониторах существенно больше, чем у ЖК- мониторов. Основными недостатками
такого типа мониторов является достаточно высокая потребляемая мощность,
возрастающая при увеличении диагонали монитора и низкая разрешающая
способность, обусловленная большим размером элемента изображения. Кроме этого,
свойства люминофорных элементов со временем ухудшаются, и экран становится
менее ярким, поэтому срок службы плазменных мониторов ограничен 10000 часами,
что составляет около 5 лет при интенсивном использовании. Из-за этих
ограничений, такие мониторы используются пока только для конференций,
презентаций, информационных щитов, то есть там, где требуются большие размеры
экра-нов для отображения информации. Такие крупнейшие производители, как Fujitsu,
Matsushita, Mitsubishi, NEC, Pioneer и другие начали производство плазменных мониторов
с диагональю 40" и более.
Электролюминесцеитные мониторы (ElectricLuminiescent displays ELD) по
своей конструкции аналогичны ЖК-мониторам. Принцип действия
электролюминисцентных мониторов основан на явлении испускании света при
возникновении туннельного эффекта в полупроводниковом р-п-переходе. Такие
мониторы имеют высокие частоты развертки и яркость свечения, кроме того, они
надежны в работе. Вместе с тем, они уступают ЖК-мониторам по энергопотреблению,
поскольку на ячейки подается относительно высокое напряжение — около 100 В.
При ярком освещении цвета электролюминисцентных мониторов тускнеют.
Мониторы электростатической эмиссии (Field Emission Displays, FED)
являются сочетанием традиционной технологии, основанной на использовании ЭЛТ, и
жидкокристаллической технологии. Мониторы FED основаны на процессе, который несколько
похож на тот, что применяется в ЭЛТ-мониторах, так как в обоих методах применяется
люминофор, светящийся под воздействием электронного луча. В качестве пикселов применяются
такие же зерна люминофора, как и в ЭЛТ-мониторе, что позволяет получить чистые
и сочные цвета, свойственные обычным мониторам. Однако активизация этих зерен
производится не электронным лучом, а электронными ключами подобными тем, что
используются в ЖК-мониторах, построенных по TFT технологии. Управление этими ключами
осуществляется специальной схемой, принцип действия которой аналогичен принципу
действия контроллера ЖК-монитора. Для функционирования монитора электростатической эмиссии
необходимо высокое напряжение — около 5000 В. Энергопотребление мониторов
электростатической эмиссии значительно выше, чем ЖК-мониторов, но на 30% ниже, чем
энергопотребление ЭЛТ-мониторов : экраном того же размера. В настоящее время
эта технология обеспечивает наилучшее качество изображения среди всех
плоскопанельных мониторов и самую низкую инерционность (около 5 мкс).
Органические светодиодные мониторы (Organic Light-Emitting Diode displays,
OLEDs), или LEP-мониторы
(Light Emission Plastics — светоизлучающий пластик), по своей технологии похожи ЖК- и ELD- мониторы, но отличаются материалом, из которого изготавливается экран: в LEP-мониторах
используется специальный органический полимер (пластик), обладающий свойством
полупроводимости. При пропускании электрического тока такой материал начинает
светиться.
Основными преимуществами технологии LEP по сравнению с рассмотренными выше
являются:
- низкое энергопотребление (подводимое к
пикселу напряжение менее 3 В);
- простора конструкции и технологии
изготовления;
- тонкий (около 2 мм) экран;
- малая инерционность (менее 1 мкс).
К существенным недостаткам этой
технологии следует отнести: малую яркость свечения экрана; монохромность
изображения, поскольку изготовлены только черно-желтые экраны; малый размер
экрана. LEP-мониторы используются пока только в
портативных устройствах, например, в сотовых телефонных трубках.
Выбор той или иной модели монитора зависит
от характера информации, с которой будет работать пользователь и задач,
которые он ставит перед собой, а также от суммы выделенных средств на приобретение
монитора. Российском рынок мониторов постоянно наполняется новыми моделями.
Если модель уже выбрана, то при выборе конкретного экземпляра полезно следовать
приведенным рекомендациям.
|
|
|
|
