Мониторы: назначение, классификация

Большой угол обзора, достигающий 160° и более.

Отсутствие рентгеновского и других вредных для здоровья излучений,поскольку не используются высокие напряжения.

Невосприимчивость к воздействию магнитных полей.

Не страдают от вибрации, как ЭЛТ-мониторы.

Отсутствие необходимости в юстировке изображения.

Механическую прочность.

Широкий температурный дипазон.

Небольшое время отклика (время между посылкой сигнала на изменение яркости пикселя и фактическим изменением) позволяет использовать их для отображения видео- и телесигнала.

Более высокая надежность.

Плазменный экран можно снимать видеокамерой, и картинка при этом не дрожит, так как используется другой принцип отображения информации.

Все это делает плазменные дисплеи очень привлекательными для использования. К числу недостатков можно отнести ограниченную разрешающую способность большинства существующих плазменных мониторов, которая не превышает 640х480 пикселей. Исключение составляет модели PDP-V501MX и 502MX фирмы Pioneer. Обеспечивая реальное разрешение 1280х768 пиксел, данный дисплей имеет максимальный на сегодняшний день размер экрана 50 дюймов по диагонали (110х62 см) и хороший показатель по яркости (350 Nit), за счет новой технологии формирования ячеек, и улучшенный контраст. В результате данное устройство позволяет:

Отображать компьютерную информацию с реальным разрешением XGA (1024х768).

Обеспечить комфортное наблюдение видеоинформации на расстоянии до 5 метров.

Обеспечить контраст изображения около 20 при уровне внешней освещенности у экрана 150 - 200 Lux.

Таким образом, с нашей точки зрения, такие дисплеи уже пригодны для профессионального применения. Однако, следует иметь ввиду, что несмотря на существенные различия в технологии, плазменные дисплеи используют тот же люминофор, что и электронно-лучевые трубки, который в отличие от ЭЛТ возбуждается не электронами, а ультрафиолетовым излучением газового разряда и также подвержен деградации, хотя и в меньшей степени. Различные фирмы-изготовители называют ресурс от 15000 часов (NEC) до 20000-30000 (Pioneer) часов по критерию снижения яркости в два раза.

Поскольку изображение носит статичный характер, были приняты специальные меры по защите дисплеев от выгорания. В данном случае было разработано специальное программное обеспечение, установленное на управляющих компьютерах, позволяющее осуществлять "орбитинг", т. е. медленное, незаметное для глаз наблюдателя круговое перемещение изображения, что позволяет продлевать срок службы плазменных дисплеев в несколько раз. Возможна и аппаратная реализация данной функции. Существуют специальные устройства, например VS-200-SL фирмы Extron Electronics, реализущие "орбитинг" даже синхронно на нескольких дисплеях. Однако, следует иметь в виду, что эффективность данного метода защиты плазменных дисплеев от выгорания реализуется только при соблюдении определенных требований по характеру изображения. В частности, фон изображения не должен быть белым.

 

Жидкокристаллические экраны

Жидкий кристалл представляет собой некоторое состояние, в котором вещество обладает некоторыми свойствами как жидкости (текучестью), так и твердых кристаллов (например, анизотропией). Для изготовления ЖК-экранов используют так называемые нематические кристаллы, молекулы которых имеют форму палочек или вытянутых пластинок. ЖК-элемент помимо кристаллов включает в себя прозрачные электроды и поляризаторы. В отсутствие электрического поля молекулы нематических кристаллов образуют скрученные спирали. При прохождении в этот момент луча света через ЖК-элемент плоскость поляризации его поворачивается на некоторый угол. Если на входе и выходе этого элемента поместить поляризаторы, смещенные друг относительно друга на такой же угол, то свет беспрепятственно сможет проходить через этот элемент. Если же к прозрачным электродам приложено напряжение, спираль молекул распрямляется и поворота плоскости поляризации уже не происходит. Как следствие, выходной поляризатор не пропускает свет. Примером может служить ЖК-индикатор наручных электронных часов.

Экран ЖК-дисплея представляет собой матрицу ЖК-элементов. В настоящее время существуют два основных метода адресации ЖК-элементов: прямой (или пассивный) и косвенный (или активный). В пассивной матрице ЖК-элементов выбранная точка изображения активируется подачей напряжения на соответствующие прозрачные адресные проводники-электроды строки и столбца. В этом случае невозможно достичь высокого контраста изображения, так как электрическое поле возникает не только в точке пересечения адресных проводников, но и на всем пути распространения тока. Эта проблема вполне разрешима при использовании так называемой активной матрицы ЖК-элементов, когда каждой точкой изображения управляет свой электронный переключатель. Контраст при использовании активной матрицы ЖК-элементов может достигать значения от 50:1 до 100:1. Обычно активные матрицы реализованы на основе тонкопленочных полевых транзисторов (Thin Film Transistor, TFT). Неким компромиссом между активной и пассивной матрицей являются в настоящее время экраны, использующие технологию двойного сканирования (Dual Scan, DSTN), при которой одновременно обновляются две строки изображения.

 

Мониторы с электронно-лучевой трубкой

Персональные компьютеры оснащаются растровыми дисплеями, а некоторые графические станции более дорогими векторными дисплеями.

В растровом дисплее изображение формируется электронным лучом, который периодически сканирует экран с образованием на нем строк развертки, занимающих весь экран, это изображение и называется растром. По мере движения луча по строке развертки видеосигнал, подаваемый в схему управления лучом, изменяет яркость каждого пикселя и на экране появляется требуемое изображение.

Отклонение луча по горизонтали в течение прямого хода осуществляется сигналом строчной развертки (горизонтальной), а по вертикали - сигналом кадровой (вертикальной) развертки.

В цветном дисплее отдельные электронные пушки формируют три луча, каждый из которых отвечает за свой цвет - RGB. Любой из пикселей на экране образован тремя точками или полосками люминофора.

Три луча маскируются таким образом, что каждый из них вызывает свечение точки только одного цвета. Следовательно, относительные интенсивности лучей, попадающих на тройку точек, определяют цвет и яркость данного пикселя.

Какие сигналы подаются на монитор? Основным является видеосигнал, определяющий какие пиксели на строке развертки будут светиться. В адаптерах CGA и EGA формируются три цифровых сигнала с ТТЛ -уровнями (наличие узкого положительного импульса в определенный момент времени, означает, что соответствующий пиксель будет светиться). В адаптерах VGA, SVGA, XGA для управления каждым лучом применяются аналоговые сигналы.

Информация, закодированная в видеосигнале, должна быть строго синхронизирована с движением луча по растру. Для синхронизации применяются специальные сигналы горизонтальной (строчной) HSYNC и вертикальной (кадровой) VSYNC синхронизации.

В некоторых мониторах сигналы синхронизации объединяются с видеосигналом, образуя композитный сигнал. Разделение компонентов композитного сигнала осуществляют внутренние схемы монитора.

Необходимо понимать, что внутренние схемы мониторов не допускают программного воздействия. Программно-доступные элементы находятся только в составе видеоадаптера и генерируемые им сигналы полностью определяют изображение на экране.

Разработка и выпуск качественной ЭЛТ - процесс сложный и дорогостоящий. Поэтому среди производителей мониторов, представленных в таблице на развороте, лишь немногие выпускают модели на базе собственных трубок. Это Hitachi, Mitsubishi, NEC, Panasonic, Samsung, Sony и ViewSonic (модели с SonicTron). Тем не менее, часто мониторы с "чужими" ЭЛТ оказываются даже более качественными - а иногда и менее дорогими - чем "родные" продукты изготовителя трубок.

Различают ЭЛТ в основном трех видов: сферические (в недорогих моделях с диагональю 14 дюймов, экран которых является частью сферы большого диаметра); прямоугольные с почти плоским экраном (Flat Square Tube, FST), ими оборудованы почти все современные модели с диагональю 15 и более дюймов; типа Trinitron, представляющие собой сегмент цилиндра и абсолютно плоские по вертикали. Компания Panasonic разработала еще один вид ЭЛТ - абсолютно плоскую. Однако такая трубка пока используется в одном единственном мониторе PanaFlat PF70 с диагональю 17 дюймов. Судя по всему, создание подобной ЭЛТ с более крупной диагональю и решение проблем точной "доставки" электронов к абсолютно плоской поверхности люминофора вызывает у разработчиков определенные трудности.

По конструкции теневой маски, которая обеспечивает точное попадание электронов на элементы люминофора, различают два основных вида ЭЛТ: с апертурной решеткой и с дельтоавидной маской. (рис11)

Апертурная решетка состоит из тонких вертикально натянутых металлических нитей. Нити стабилизируются одной или несколькими горизонтальными проволочками (их можно различить визуально). Производителей ЭЛТ с апертурной решеткой всего три: Sony (Trinitron), Mitsubishi (DiamondTron) и ViewSonic (SonicTron). (Правда, в трубке монитора PanaFlat PF70 также применяется одна из разновидностей апертурной решетки, но перспективы применения данной технологии для мониторов с большими диагоналями пока туманны.)

Существует еще один вариант апертурной решетки под названием CromaClear, предложенный компанией NEC. По замыслу разработчиков в ней должны были воплотиться достоинства обеих технологий, поскольку триады теневой маски состоят из элементов эллипсовидной формы. Таким образом обеспечивается повышенная яркость и четкость изображения, но отпадает необходимость в использовании горизонтальной стабилизирующей нити. К сожалению, в настоящее время существуют только 15- и 17-дюймовые варианты подобной трубки, на базе которых построены мониторы NEC серии 500 и 700.

Яркость и четкость изображения, обеспечиваемые той или иной ЭЛТ, во многом зависят от размера элементов триад и расстояния между ними. Если еще два года назад диагональный шаг точек для дельтоавидных масок в наиболее качественных мониторах составлял 0,28 мм, то сейчас это расстояние уменьшено до 0,26 мм. Для ЭЛТ с апертурными решетками соответственно уменьшился шаг полосок: с 0,28-0,30 мм до 0,25 мм.

Большинство производителей измеряют шаг точек по диагонали так, как это показано на рисунке (эти значения приводятся в таблице). Однако компания Hitachi (трубки которой применяются во многих высококачественных мониторах с дельтавидной маской), разработав ЭЛТ с улучшенным горизонтальным шагом точки (Enchanced Dot Pitch, EDP) - 0,21 мм, настаивает на том, что сравнивать мониторы с дельтавидной маской и апертурной решеткой следует именно по горизонтальному шагу.

Одновременно в трубке с EDP увеличен размер элементов маски, благодаря чему повышена яркость изображения, а применение нового фосфора EBU обеспечило воспроизведение более широкого цветового диапазона. Что касается трубок типа Trinitron, то, как и следовало ожидать, инициатива в развитии данной технологии принадлежит Sony, которая первой разработала ЭЛТ Super Fine Pitch (SFP) Trinitron с шагом полосок 0,25 мм.

Что дает уменьшение шага точек или полосок? Прежде всего, повышение четкости изображения мелких деталей в режимах с повышенным разрешением. Однако во многих случаях большие мониторы используются только с разрешением 1152x870, где размер шага точек или полосок (0,30 или 0,25) не имеет существенного значения. Наверное, поэтому в высококачественных моделях компаний Radius, Barco, LaCie не используются ЭЛТ с уменьшенным шагом точек.

 

Частоты работы монитора

Нестабильное изображение утомляет глаза и вызывает усталость. CRT обновляет кадр на экране много раз в секунду, и чем быстрее это происходит, тем стабильнее изображение.

Изображение на экране монитора формируется лучом электронов, которые, проходя через отверстия теневой маски, засвечивают точки люминофора. Луч перемещается по строке слева направо, затем переходит на следующую строку и т. д. до нижнего края экрана. Скорость перемещения луча (частота строк), а также формирования полного изображения определяется частотными характеристиками монитора.

Для пользователя наиболее важной из них является частота регенерации или кадровая частота - количество полных "пробегов", совершаемых лучом из верхнего угла экрана в нижний за одну секунду; выражается в герцах. Если пару лет назад рекомендуемая кадровая частота составляла 75 Гц, то теперь следует выбирать такой монитор, который поддерживает значение не ниже 85 Гц. Высокая частота регенерации гарантирует, что изображение будет выводится на экран без заметного глазу мерцания, а вредное воздействие длительной работы за монитором на зрение будет сведено к минимуму.

Полоса пропускания видеосигнала монитора является "интегрированным" показателем, приблизительное значение которого можно рассчитать по формуле: W=HxVxF, где H - максимальное разрешение по вертикали, V - максимальное разрешение по горизонтали, F - максимальная кадровая частота, на которой монитор может работать при максимальном разрешении.

Необходимо помнить, что максимальная кадровая частота при повышении разрешения экрана понижается, поэтому следует обращать внимание прежде всего на значения в используемых вами режимах. Это происходит со всеми мониторами, оснащенными CRT, поскольку каждую секунду они могут показывать на экране только ограниченное число пикселей. Кроме того, высокие частотные характеристики монитора могут быть сведены на нет тем, что их не поддерживает установленная в компьютере видеоплата.

Хорошо сфокусированный монитор отличается резкими переходами от света к темноте на изображении. Чтобы оценить фокусировку дисплея, выведите на экран черное изображение на белом фоне и проверьте размытость по краям и углам экрана. Hедорогие мониторы часто обеспечивают фокусировку либо только в центре, либо только на периферии, но не по всему экрану. Плохое сведение лучей приводит к неверному совмещению красного, зеленого и синего компонентов, в результате чего появляются тени или паразитные изображения

Качество материалов

Повышение качества изображения практически все производители связывают с применением высококачественных материалов в теневой маске, таких, например, как инвар. Этот сплав имеет чрезвычайно малый коэффициент теплового расширения и поэтому обеспечивает более четкое отображение цветов по сравнению с моделями предыдущего поколения. Казалось бы, откуда появиться большим температурам в офисе или дома?