Анализ и оценка характеристик мониторов

ВВЕДЕНИЕ¹

 

  Если глаза человека являются  зеркалом его души, то монитор  по праву можно считать “зеркалом”  персонального компьютера. Тип монитора, его качество и функциональные  возможности не только влияют  на эффективность использования  компьютера, но и определяют уровень используемого программного обеспечения. Правильнее здесь говорить не о мониторе как таковом, а обо всей видеосистеме, включающей, кроме монитора, также видеоадаптер и  соответствующую программную поддержку.

Нельзя не сказать  о том, что через монитор пользователь получает не только полезную информацию от компьютера, но и “побочные эффекты” в виде электромагнитных излучений в различных частотных диапазонах. Далеко не благотворно сказывается на зрении нечеткость, нерезкость или мерцание изображения. Эти эффекты не всегда сразу заметны и могут дать о себе знать только после продолжительной работы, проявляясь в виде утомления, рези в глазах, головной  боли  и т.д. Следует помнить, что работа с некачественным монитором может привести к необратимым последствиям в организме. Все вышесказанное можно сформулировать в одном общеизвестном тезисе, звучащем так: “Нельзя экономить на мониторе!»

Монитор следует отнести к самой  “долгоживущей” или “консервативной” компоненте в компьютерной системе (с точки зрения замены и модификации). Действительно, многие производят модернизацию материнской платы, винчестера, наращивают память, устанавливают дополнительные устройства, однако монитор меняется крайне редко. Дело в том, что цена составляет ощутимую долю от стоимости компьютера, вследствие чего его замена представляет серьезный финансовый шаг, на который не всегда просто решиться. Кроме того, при попытке продажи старого монитора его цена будет близка к нулевой из-за подержанности.

Цены на мониторы меняются значительно меньше, чем на все другие компоненты компьютера, поскольку в их производстве в значительной мере используется ручной труд, крупногабаритное оборудование и дорогостоящие материалы (фосфор, инвар, специальные сорта стекла с добавками, драгметаллы и т.д.). Все это имеет вполне определенное денежное выражение, заложенное в стоимость аппарата. В отличие от мониторов, стоимость остальных комплектующих определяется современными автоматизированными и не очень металлоемкими техническими процессами, которые непрерывно совершенствуются.

Стремительный прогресс в области технологий, удешевляющий стоимость чипов, фантастически  увеличивает и их возможности  по производительности, объемам памяти и т.д. Поэтому так быстро “устаревают” процессоры, видеоадаптеры и прочие комплектующие. Что касается мониторов, то и в отношении технического совершенствования они столь же консервативны. Сейчас нормой считается цветной монитор с цифровым управлением (которое реализовано практически на всех современных 15-дюймовых и более дисплеях), сертифицированный по уровням электромагнитных излучений. Все такие аппараты имеют возможность автоматического выбора частот синхронизации и поддержания  частоты обновления кадров не ниже 70 Гц для построчной развертки при высоком напряжении. Электронно-лучевая трубка (ЭЛТ) имеет антибликовые и антистатические покрытия, малую кривизну экрана и расстояние между точками в пределах от 0,25 до 0,28 мм. Пожалуй, в этом и состоят сегодня главные достижения в области мониторостроения, которым соответствуют все популярные модели. По крайней мере, с тех пор, как  устройства с указанными характеристиками появились на рынке, ничего радикального в плане улучшения параметров не произошло. Появление тех или иных органов управления, поддержка Plug&Play и режимов энергосбережения, оснащение средствами мультимедиа – все это скорее дань моде и способы рекламирования продукции, не сильно улучшающие основную потребительскую функцию монитора – качественное воспроизведение выводимого на него изображения.

Актуальность темы заключается в том, что быстрое развитие компьютерных технологий и их внедрения в жизнь человека требует постоянного совершенствования компьютерных технологий, которые были бы хорошими и безопасными помощниками.

Целью работы является изучение и исследование теоретического материала (научной литературы), для того чтобы применить теоретические знания при анализе характеристик видеотерминальных устройств.

Задачей выпускной квалификационной работы является выбор, по результатам  анализа, безопасного и качественного монитора

Выпускная квалификационная работа состоит  из трех глав. В первой главе, рассмотрены  принципы работы мониторов.

Во второй главе, приведены  технические характеристики и анализ мониторов.

В третьей главе рассмотрены  сертификаты (ТСО и MPRII) и промышленные стандарты (DDC, VESA, Plug&Play, EPA и DPMS ).

1. Видеотерминальные устройства

 

1. Жидкокристаллические мониторы (LCD)

 

Жидкокристаллические  мониторы (LCD) сделаны из вещества, которое находится в жидком состоянии, но при этом обладает некоторыми свойствами, присущими кристаллическим телам. Жидкие кристаллы были давно открыты, но использовались для других целей. Молекулы жидких кристаллов под воздействием электричества могут изменять свою ориентацию и вследствие этого изменять свойства светового луча проходящего сквозь них. Основываясь на этом открытии в результате дальнейших исследований, тало 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 кварцевых часах, а затем их стали использовать в мониторах для портативных компьютеров.

В зависимости от способа управления минимальными элементами экранного  изображения матрицы ЖК - мониторы  подразделяют на активную и пассивную. Мониторы с активной матрицей (TFT) – самые качественные и, разумеется, самые дорогие. В TFT- мониторах применена специальная система контроля цветов, при которой каждый мельчайший ЖК – элемент экрана (пиксель) имеет при себе «контролера» - специальный транзистор, отдающий команды только ему. Вследствие этого «картинка» на TFT – мониторах способно меняться практически мгновенно, не оставляя на экране столь типичных для жидких кристаллов «следов».

Пассивная матрица (DSTN) лишена это приятной особенности. Вследствие этого изображение на ней несколько более бледное, чем на TFT, да и меняется оно с явным опозданием. Однако DSTN – мониторы дешевле примерно на 30 %, что автоматически делает их более привлекательными для массового рынка.

Впрочем, независимо от типа ЖК-дисплея, у любого из них есть масса преимуществ  перед традиционной ЭЛТ. Они компактны  и легки, их толщина составляет всего  несколько сантиметров, безопасны  в медицинском и экологическом  отношении, потребляют в несколько раз меньше энергии. А главное – обладают плоским экраном, более качественным по сравнению с традиционным выпуклым. Наконец, еще одно преимущество ЖК – мониторов – цифровой метод передачи информации. Ведь в традиционных мониторах  на основе ЭЛТ для передачи информации с компьютера используется аналоговый канал, что неизбежно приводит  к помехам и искажениям. Цифровой метод передачи информации этих недостатков лишен, разве что пользователю при покупке ЖК – монитора придется обзавестись и видеокартой с цифровым выходом.

Низкое энергопотребление, отсутствие вредных излучений, снижение нагрузки на глаза, малый вес, малый объем! И были бы  ЖК – мониторы  воплощенным  идеалом, если бы не несколько «но». Во-первых, и по контрастности, и  по зернистости изображения  ЖК – мониторы еще долго будут отставать от своих громоздких ЭЛТ-собратьев. И уж тем более – по корректности изображения цветов. Потому для офисной работы и даже для игрушек они вполне пригодны, а для серьезных дизайнерских работ – увы , нет. А сложность изготовления матрицы  ЖК – мониторов до сих пор, спустя три – четыре года после начала серийного производства, обуславливает непомерно высокие цены на эти устройства. Если 19 – дюймовый ЭЛТ-монитор обойдется вам в 370 – 450 долларов, то его жидкокристаллический коллега  потребует в три раза больше!

 

2. Мониторы с ЭЛТ (CRT)

 

Самый распространенный тип – стандартные мониторы на основе электронно-лучевой трубки (ЭЛТ). Такой монитор по принципу работы ничем не отличается от обычного телевизора: пучок лучей, выбрасываемый электронной пушкой, падает на поверхность кинескопа, покрытую особым веществом – люминофором. Под действием этих лучей каждая точка экрана светится одним из трех цветов – красным, зеленым и синим. Технология эта старая, обкатанная в течении нескольких десятилетий, а потому ЭЛТ – мониторы сегодня – довольно совершенные и недорогие устройства. На их стороне отличная яркость и контрастность изображения, низкая цена, а, следовательно, и доступность. Но есть и минусы – вес, габариты ЭЛТ-монитора ни как не вписывается в сегодняшние представления  о компьютере как о миниатюрном устройстве. Прибавьте сюда колоссальное энергопотребление, а также вредные излучения и станет ясно, что миру срочно требуется альтернатива.

Рассмотрим принципы работы CRT мониторов. CRT или ЭЛТ-монитор имеет стеклянную трубку, внутри которой находится вакуум, т.е. весь воздух удален. С фронтальной стороны внутренняя часть стекла трубки покрыта люминофором. 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. Для создания изображения в CRT мониторе используется электронная пушка, которая испускает поток электронов сквозь металлическую маску или решетку на внутреннюю поверхность стеклянного экрана монитора, которая покрыта разноцветными люминофорными точками. Поток электронов на пути к фронтальной части трубки проходит через модулятор интенсивности и ускоряющую систему, работающие по принципу разности потенциалов. В результате электроны приобретают большую энергию, часть из которой расходуется на свечение люминофора. 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 и мало кому интересны.

Все мы знаем или слышали  о том, что наши глаза реагируют  на основные цвета: красный (Red), зеленый (Green) и синий (Blue) и на их комбинации, которые создают бесконечное число цветов (Рис. 1.).

Рис. 1. Комбинации основных цветов

Люминофорный слой, покрывающий  фронтальную часть электронно-лучевой  трубки, состоит из очень маленьких  элементов (настолько маленьких, что  человеческий глаз их не всегда может  различить). 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 частицы люминофора, чье свечение основными цветами с различной интенсивностью комбинируется и в результате формируется изображение с требуемым цветом (Рис. 2.).

Рис. 2. Формирование изображения

Например, если активировать красную, зеленую и синюю люминофорные частицы, то их комбинация сформирует белый цвет.

Для управления электронно-лучевой  трубкой необходима и управляющая  электроника, качество которой во многом определяет и качество монитора.

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.

Маски бывают двух типов: "Shadow Mask" (теневая маска) и "Slot Mask" (щелевая маска). Самые распространенные типы масок это теневые.

 

3. Plasma, FED, LEP мониторы

 

Помимо широко известных CRT и LCD, существуют также малоизвестные обычным пользователям мониторы следующих типов: плазменные; FED – мониторы, LEP - мониторы.

Плазменные мониторы.

Такие крупнейшие производители, как Fujitsu, Matsushita, Mitsubishi, NEC, Pioneer и другие уже  начали производство плазменных мониторов  с диагональю 40" и более, причем некоторые модели уже готовы для  массового производства. Работа плазменных мониторов очень похожа на работу неоновых ламп, которые сделаны в виде трубки, заполненной инертным газом низкого давления. Внутрь трубки помещена пара электродов, между которыми зажигается электрический разряд и возникает свечение.

Плазменные экраны создаются путем заполнения пространства между двумя стеклянными поверхностями инертным газом, например аргоном или неоном. Затем на стеклянную поверхность помещают маленькие 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 флуоресцентная лампа (иначе говоря, лампа дневного света). Высокая яркость и контрастность наряду с отсутствие дрожания являются большими преимуществами таких мониторов. Кроме того, угол по отношению к нормали, под которым увидеть нормальное изображение на плазменных мониторах существенно больше, чем 45° в случае с LCD мониторами. Главными недостатками такого типа мониторов является довольно высокая потребляемая мощность, возрастающая при увеличении диагонали монитора и низкая разрешающая способность, обусловленная большим размером элемента изображения. Кроме этого, свойства люминофорных элементов быстро ухудшаются, и экран становится менее ярким, поэтому срок службы плазменных мониторов ограничен 10000 часами (это около 5 лет при офисном использовании). Из-за этих ограничений, такие мониторы используются пока только для конференций, презентаций, информационных щитов, т.е. там, где требуются большие размеры экранов для отображения информации.

Однако есть все основания  предполагать, что в скором времени существующие технологические ограничения будут преодолены, а при снижении стоимости, такой тип устройств может с успехом применяться в качестве телевизионных экранов или мониторов для компьютеров. Подобные телевизоры уже есть, они имеют большую диагональ, очень тонкие (по сравнению со стандартными телевизорами) и стоят бешеных денег: $10000 и выше.