mYYlywjooy

мониторов). Также ведутся разработки и других прогрессивных принципов визуализации графической информации.

1.2. Виды мониторов

1.2.1. По виду выводимой информации

По типу отображаемой информации дисплеи делят на алфавитноцифровые и графические.

Применяются три различных типа алфавитно-цифровых дисплеев:

1.Дисплеи, способные отображать только алфавитно-цифровую информацию;

2.Мониторы, которым доступны возможности отображения как алфавитно-цифровой информации, так и специальных символов, называемых символами псевдографики;

3.Относительно редкий тип мониторов, которые поддерживают способы предварительной обработки информации – интеллектуальные мониторы.

Существует также два основных типа графических мониторов. Это:

1.Векторные;

2.Растровые.

Векторные дисплеи предназначены для получения статических и динамических изображений ограниченного объема в виде совокупности точек, отрезков векторов и символов с высокой разрешающей способностью (свыше 2048 на 2048 точек). Изображение у них часто является чернобелым с несколькими градациями яркости.

Растровые дисплеи с режимом регенерации и матричным растровым способом получения графических образов на экране позволяют получать черно-белые и цветные статические и динамические изображения. Их разрешающая способность достигает 1280 на 1024 точек.

1.2.2. По количеству воспроизводимых цветов

По количеству воспроизводимых цветов мониторы принято делить на:

1.Монохромные;

2.Цветные.

Одноцветные (не следует путать их с черно-белыми) или монохромные мониторы в настоящее время не очень распространены среди пользователей. Несмотря на их «одноцветность», они могут отображать десятки оттенков того или иного цвета (серого, зеленого и др.), поэтому они часто используются в различных технических системах, где информация о цвете не имеет большого значения, а визуализация нужна в основном лишь для того, чтобы считывать некоторые параметры процесса.

11

Также существенным плюсом таких мониторов является их более низкое энергопотребление, по сравнению с цветными аналогами. Кроме того, в некоторых источниках утверждается, что они более безопасны для человека за счет меньшего излучения, т.к. используется лишь одна электронная пушка вместо трех.

Современные «одноцветные» дисплеи могут иметь характеристики, сопоставимые со своими цветными аналогами (скорость работы, разрешение, яркость, четкость, цена, и т.д.). Поэтому монохромные мониторы до на сегодняшний день находят своего потребителя.

Первоначально компьютер IBM PC выпускался именно с монохромным монитором фирмы IBM (MD) и монохромным видеоадаптером

(MDA).

Видеоадаптер MDA не предоставляет возможности отображения графики и цвета, но за счет высокой разрешающей способности для своего времени (720 на 350 пикселей) он широко использовался для приложений, работающих с текстами.

Монохромный монитор фирмы IBM и совместимые с ним видеоадаптеры использовали частоту кадров, равную 50 Гц.

Несмотря на то, что цветные мониторы намного превосходят возможности так называемых монохромных мониторов, устройства, работающие с одним цветом, по-прежнему находят своего потребителя.

Цветные мониторы сегодня являются наиболее распространенными. В одна тысяча шестьдесят первом году английский физик Джеймс Кларк Максвелл выступил с предложением использовать способ получения цветного изображения, который известен как аддитивное слияние цветов (Рис. 2).

Для получения различных цветов в цветных дисплеях необходимо использовать не один, а несколько излучателей электронов. Их называют электронными прожекторами или пушками. В современных дисплеях, цвет в которых получается с использованием аддитивной модели, используют обычно три прожектора – по одному для каждого цвета.

В качестве исходных при аддитивном слиянии цветов обычно используются синий (B - blue), красный (R - red) и зеленый (G - green) цвета. По первым буквам названий основных цветов, используемых в аддитивной модели, ее еще часто называют RGB – моделью цвета.

При правильном сочетании этих трех основных цветов, можно получить почти любой другой цвет. Именно этот принцип и положен в основу получения разных цветов и оттенков в цветных мониторах, реализованных на основе излучателей электронов (электронных прожекторов).

Однако, для того, чтобы получать различные цвета и оттенки, необходимо, чтобы в наличии были основные цвета, то есть исходные компоненты будущего цветного изображения.

12

В качестве источников основных цветов в цветных дисплеях используются зерна (небольшие частички) специального вещества, которое называется люминофор. Люминофор - это специальное вещество, которое обладает возможностью люминесцировать, то есть излучать свет при определенных условиях.

Рисунок. 2. Схема получения цветного изображения аддитивным слиянием цветов

Для того чтобы люминофор начал излучать свет (светиться), он должен получить дополнительную энергию извне. Источником такой энергии является электронный прожектор, который бомбардирует зерна люминофора, нанесенные на экран. Получая дополнительную энергию, частицы люминофора преобразуют ее в излучение в воспринимаемом человеческим глазом спектре, то есть начинают люминесцировать – светиться.

Так как основных цветов – три, то и святящиеся частички объединены в специальные тройки, которые способны святиться любым из трех основных цветов. В литературе такие тройки еще называют триадами люминофора.

В целом, можно отметить, что современные цветные дисплеи обладают хорошим характеристиками визуализации (яркость, контрастность, разрешение экрана, количество цветов и так далее), однако, вытесняются с рынка по ряду других причин. К наиболее веским из них можно отнести очень высокое энергопотребление по отношению к дисплеям, реализован-

13

ным на других принципах получения изображения и относительно большие габаритные размеры таких мониторов.

1.2.3. По физическим принципам формирования изображения

По физическим принципам формирования изображения мониторы делят на:

1.Дисплеи на электронных прожекторах;

2.Жидкокристаллические или дисплеи на жидких кристаллах;

3.Дисплеи на газоразрядных или плазменных ячейках (PDP);

4.Дисплеи на светодиодах (LED).

1.2.3.1.Дисплеи на электронных прожекторах (электронно-лучевые) дисплеи

На первом этапе своего развития дисплеи могли отображать на экране наборы отдельных линий по заранее определенным координатам. Такие мониторы назывались векторными, так как реализовывали визуализацию информации на основе ее векторного представления.

На следующем этапе были разработаны дисплеи, строящие изображение на экране с помощью точек (пиксель – экранная точка). Эти дисплеи отрисовывали изображение на основе принципов растровой графики. При этом характеристики пикселей и разрешение (максимальное количество пикселей, которое можно отобразить на мониторе за один раз) дисплея становятся одними из самых важных характеристик для подобного рода устройств визуализации.

Для отрисовки изображения, даже если оно состояло из одной единственной точки, электронный пучок, излучаемый прожектором, должен был пробежать все точки экрана. Такой способ движения электронного пучка иногда еще называют сканированием экрана.

Цветное изображение строится по таким же принципам, что и монохромное, но для его получения используется не один, а три электронных прожектора – по одному на каждый из основных цветов. Эти прожекторы излучают по одному пучку электронов, которые также сканируют экран для отрисовки на нем изображения.

Благодаря тому, что зерна люминофора собраны в тройки, которые могут светиться основными цветами (синий, зеленый, красный) в каждой точке дисплея мы можем отобразить цветную точку, цвет которой рассчитывается как сочетание основных цветов в разной пропорции по правилам аддитивной модели цвета.

Яркость свечения той или иной точки определяется интенсивностью бомбардировки группы зерен люминофора электронами, испускаемыми электронным прожекторами.

14

Чем больше будет мощность излучения, приходящаяся на единицу площади экрана, тем больше будет яркость этой области при просмотре изображения пользователем.

Структура и внутренне устройство цветного монитора схематично показаны на Рис. 3.

Рисунок 3. Схема структуры и внутреннего устройства электронно-лучевой трубки

На Рис. 3 видно, что на пути электронных пучков установлен специальный элемент, который называется маской. Маска в данном случае, представляет собой решетку, выполненную из специального металлического сплава. Маска является необходимым элементом в любом электронно – лучевом мониторе. Основное назначение маски заключается в том, чтобы обеспечить попадание пучка электронов, выпущенного из того или иного электронного прожектора на соответствующее зерно люминофора («синее», «зеленое» или «красное»)

Управление же электронным пучком осуществляется с помощью сложной системы фокусировки пучка, расположенной в непосредственной близости от излучающих элементов.

В настоящее время наибольшее распространение получили три основных типа масок (Рис. 4):

Теневая маска; Апертурная решетка; Щелевая маска.

Теневая маска или, как ее еще называют, теневая решетка является наиболее распространенным решением для мониторов, реализованных на базе электронных прожекторов, в настоящее время.

Второй тип масок - апертурная решётка применяется, в основном, такими компаниями – производителями дисплеев, как Sony, Mitsubishi и

15

другие. Кинескопы с такой маской применяются и в мониторах, и в телевизорах.

Щелевая маска в мониторных кинескопах почти не встречается, за исключением моделей компании LG.

Рисунок 4. Типы решёток (масок)

и замеры шага для каждого вида решетки (маски)

Стоит отметить, что среди рассмотренных типов масок нет явного лидера, поэтому каждая из них применятся с большим или меньшим успехом, в зависимости от тех задач, для которых создается электроннолучевой дисплей. Общий вид типичного электронно-лучевого монитора показан на Рис. 5.

Рисунок 5. Внешний вид типового современного электронно-лучевого монитора

16

Как уже было отмечено выше, несмотря на хорошие характеристики визуализируемых изображений, электронно-лучевые мониторы часто проигрывают своим конкурентам, описанным ниже, по таким показателям, как энергопотребление, размеры, частота развертки, негативное влияние на здоровье человека и некоторым другим. Эти недостатки, к сожалению, являются решающими в переходе пользователей к другим типам мониторов.

1.2.3.2. Жидкокристаллические панели (дисплеи)

Следующим типом дисплеев, которые будут рассмотрены, являются жидкокристаллические дисплеи, то есть мониторы, произведенные на основе использования, так называемых, жидких кристаллов (LCD - liquid crystal display). Обобщенная схема использования жидких кристаллов в дисплеях представлена на Рис. 6.

Рисунок 6. Схематичное изображение внутреннего устройства жидкокристаллического монитора

Сами «жидкие кристаллы», как феномен, были открыты и исследованы довольно давно - еще в девятнадцатом веке. Считается, что первооткрывателями в этой области являются два ученых: Отто Леман и Фридрих Рейнитцер.

Однако, долгое время открытие жидких кристаллов не находило практического применения. Одной из первых фирм, сумевшей извлечь коммерческую выгоду из жидких кристаллов стала фирма Sharp из Японии. Фирма Sharp впервые смогла создать жидкокристаллических дисплей.

17

Первые дисплеи были представлены в одна тысяча девятьсот семьдесят третьем году и могли отображать лишь отдельные одноцветные цифры или буквы. Но даже эти дисплеи быстро распространились и стали использоваться в различной технике, для решения задач отображения значений конкретных показателей. Как правило, значения выражались с помощью чисел или букв и не требовали использования большого количества цветов.

В основе жидкокристаллических дисплеев лежат свойства жидких кристаллов, которые позволяют им одновременно демонстрировать как свойства твердых материалов, так и свойства жидкостей. [9] Для практических целей при создании жидкокристаллических мониторов (панелей) используются жидкие кристаллы, которые имеют форму пластин. В зависимости от уровня электрического напряжения, которое подается на электроды, соединенные с кристаллом, кристаллическая пластина может либо скручиваться в спираль, либо распрямляться.

Сворачиваясь и распрямляясь, пластина жидкого кристалла либо не пропускает, либо пропускает проходящий через нее свет. На этом эффекте и построен механизм засвечивания точек в жидкокристаллических диспле-

ях. [10]

Однако, кроме собственно прослойки из жидких кристаллов, жидкокристаллический дисплей (liquid crystal display) включает в себя и множество других элементов (Рис. 7).

Рисунок 7. Схематичное изображение внутреннего устройства активной жидкокристаллической панели

18

Сами по себе молекулы жидких кристаллов довольно маленькие. Чтобы обеспечить визуализацию на большой площади дисплея, необходимо составить из них двумерный массив, каждая ячейка которого может быть «закрытой» и не пропускать свет, или «открытой» и пропускать световой поток, проходящий через нее.

Когда массив жидкокристаллических элементов собран, необходимо определить методы и средства обращения к каждой из ячеек этого массива. В настоящее время наиболее распространены два основных метода: пассивная адресация жидкокристаллического элемента и активная адресация жидкокристаллического элемента.

В зависимости от того, какой метод был выбран при производстве того или иного дисплея, их называют дисплеем (или панелью) с активной матрицей, или дисплеем (или панелью) с пассивной матрицей.

Дисплеи с активной матрицей обладают более высокими характеристиками, чем дисплеи с пассивной матрицей. В частности, это касается контрастности. В дисплеях с активной матрицей уровень контрастности, который достигается при визуализации, как правило, несколько выше того уровня контрастности, который может быть достигнут при использовании пассивной матрицы.

Основная разница между активной и пассивной матрицей заключается в способе, который используется для активации конкретной ячейки двумерного массива жидкокристаллических элементов. В активной матрице каждый элемент активируется отдельно, а в пассивной – при активации какого-либо элемента, активируются (но с меньшей интенсивностью) и другие элементы.

Для производства активных жидкокристаллических матриц можно использовать разные подходы и технологии. Одним ой из популярных подходов при производстве дисплеев с активной матрицей, является использование тонкопленочных транзисторов (TFT - Thin Film Transistor) (Рис. 8).

Мониторы, реализованные по технологии жидких кристаллов и тонкопленочных транзисторов, получили очень широкое распространение благодаря высоким характеристикам изображения, которое они могут визуализировать. Кроме того, дисплеи, реализуемые по данной технологии, обладают сравнительно невысоким энергопотреблением и низкой стоимостью.

Следует отметить, что в отличие от мониторов, оборудованных электронными прожекторами, рассмотренными выше, жидкокристаллический дисплей работает в режиме затвора, а не излучателя. С этим может быть связана проблема продолжительности использования жидкокристаллических мониторов.

Дело в том, что яркость жидкокристаллических мониторов, выполненных по технологии Thin Film Transistor, может существенно умень-

19

шаться со временем. Так как жидкокристаллическая матрица работает в режиме «затвора», дисплею нужен дополнительный и довольно мощный источник света. Источник света может деградировать (то есть терять яркость) со временем, или вообще выйти из строя (перегореть), что может привести к невозможности использования дисплея или с существенному снижению его основных характеристик. [11]

Рисунок 8. Внешний вид типового дисплея, построенного по технологии Thin Film Transistor

Одной из наиболее важных характеристик жидкокристаллических мониторов с точки зрения удобства работы конечного пользователя является время отклика. Обычно отдельно оценивают следующие два параметра:

Стандартизированное время реакции пиксела (Black-White- Black);

Нестандартизированное время переключения пиксела (Gray to

Gray).

Стандартизированное время реакции пиксела показывает общее время, которое необходимо для включения и выключения пиксела, то есть переход от затемненного состояния, в котором пиксель не пропускает излучение от источника света (Black) к прозрачному состоянию, в котором пиксель пропускает все излучение от источника света (White), и обратно, к

20