Основным элементом ЖК-монитора или иначе LCD-монитора (Liquid Crystal Display) является ЖК-экран, состоящий из двух панелей, выполненных из стекла, между которыми размещен слой жидкокристаллического вещества.

Эти стеклянные панели обычно называют подложками. Как и в обычном мониторе, экран ЖК-монитора представляет собой совокупность отдельных элементов - ЖК-ячеек, каждая из которых генерирует 1 пиксел изображения. Однако, в отличие от зерна люминофора ЭЛТ, ЖК-ячейка сама не генерирует свет, а лишь управляет интенсивностью проходящего света, поэтому ЖК-мониторы всегда используют подсветку.

Одна из первых массовых моделей ЖК-монитора показана на рис. 13.9. В настоящее время выпускается огромное количество самых разнообразных конструкций ЖК-мониторов, которые полностью вытеснили мониторы с ЭЛТ-трубкой почти во всех областях применения.

Рис. 13.9. Плоскопанельный монитор!612 фирмы ADI

Принцип действия ЖК-монитора По сути ЖК-ячейка представляет собой электронно-управляемый светофильтр, принцип действия которого основан на эффекте поляризации световой волны. Жидкокристаллическое вещество, размещенное между подложками, имеет молекулы вытянутой формы, называемые нематическими. Благодаря этому молекулы ЖК-вещества имеют упорядоченную ориентацию, что приводит к появлению оптической анизотропии, при которой показатель преломления ЖК-вещества зависит от направления распространения световой волны. Если нанести на подложки мелкие бороздки, то молекулы ЖК-вещества будут ориентированы вдоль этих бороздок. Другим важным свойством ЖК-вещества является зависимость ориентации молекул от направле ния внешнего электрического поля. Используя два этих свойства, можно создать электронно-управляемый светофильтр.

Технология Twisted Nematic

В ЖК-мониторах чаще всего используются ЖК-ячейки с "твистированной" (twisted) (закрученной на 90-) ориентацией молекул (рис. 13.10, а). Для создания такой ячейки применяются подложки, у которых ориентирующие канавки также развернуты друг относительно друга на угол 90И. Такая ячейка называется твистированной нематической (Twisted Nematic). Проходя через эту ячейку, плоскость поляризации световой волны также поворачивается на 90-. Помимо ориентирующего действия, подложки ЖК-ячейки играют роль поляризационных фильтров, поскольку пропускают световую волну только с линейной поляризацией. Верхняя подложка называется поляризатором, а нижняя - анализатором. Векторы поляризации подложек так же, как и векторы их ориентирующего действия, развернуты на 90D друг относительно друга.

Рис. 13.10. Принцип действия ячейки ЖК-монитора.

При отсутствии внешнего электрического поля падающий на ячейку свет проходит через поляризатор и приобретает определенную поляризацию, совпадающую с ориентацией молекул жидкокристаллического вещества у поверхности поляризатора. По мере распространения света по направлению к нижней подложке (анализатору) его плоскость поляризации поворачивается на 90 -. Достигнув анализатора, свет свободно проходит через него, поскольку плоскость его поляризации совпадает с плоскостью поляризации анализатора. В результате ЖК-ячейка оказывается прозрачной.

Ситуация изменится, если к подложкам приложить напряжение 3-10 В. В этом случае между подложками возникнет электрическое поле и молекулы жидкокристаллического вещества расположатся параллельно силовым линиям поля (рис. 13.10,6). Твистированная структура жидкокристаллического вещества исчезает, и поворота плоскости поляризации проходящего через него света не происходит. В результате плоскость поляризации света не совпадает с плоскостью поляризации анализатора, и ЖК-ячейка оказывается непрозрачной.

Подсветка ЖК-экрана При работе с ЖК-ячейкой, принцип действия которой описан выше, используется просветит система подсветки. При использовании отражательной системы ЖК-ячейка дополнительно снабжается специальным зеркалом, расположенным за анализатором и отражающим прошедший через него свет (рис. 13.11, а). Если напряжение между подложками отсутствует, то поворот плоскости поляризации света происходит дважды: при распространении света в прямом и обратном направлениях. При обратном распространении поляризатор выполняет функцию анализатора и пропускает отраженный от зеркала свет. Если к подложкам приложить напряжение, падающий свет поглотится анализатором и не дойдет до зеркала. Ячейка оказывается темной. Изображение на экране ЖК-мониторов с такими ячейками хорошо видно только при достаточном внешнем освещении.

В комбинированной, отражателъно-просветной системе подсветки используется полупрозрачное зеркало, за которым размещается лампа подсветки (рис. 13.11,6). В результате ЖК-ячейка может работать как на просвет, так и на отражение. Комбинированная система подсветки является наиболее эффективной, поскольку позволяет работать при любом освещении. В настоящее время именно она получила наиболее широкое распространение.

В зависимости от места расположения подсветки экраны бывают с подсветкой сзади (backlight, или backlit) и с подсветкой по бокам (sidelight, или side lit).

В качестве ламп подсветки ЖК-экранов используют специальные электро-люминесцентные лампы с холодным катодом, характеризующиеся низким энергопотреблением. Работу ламп подсветки в ЖК-мониторе обеспечивает так называемый блок стартера. Лампы располагаются горизонтально в верхней и нижней частях панели. В более прогрессивных панелях для обеспечения равномерности освещения используется четырехламповая система подсветки. причем лампы располагаются попарно в верхней и нижней частях панели. Отметим, что в двухламповой системе потеря яркости одной из ламп приводит к появлению затемнения изображения в верхней или нижней частях монитора. Четы рехлам повые системы свободны от этого недостатка, поскольку снижение яркости одной из двух ламп в паре не приводит к заметно-му ухудшению освещенности экрана. Четырехламповые системы впервые стали применяться в 17-дюймовых ЖК-мониторах, поскольку там дефект двухламповой системы выражен наиболее ярко. В настоящее время подобная система применяется и в 15-дюймовых мониторах.

Рис. 13.11. Отражательная (а) и отражательно-просветная (б) системы подсветки ЖК-ячейки

Если пиксел изображения образован единственной ЖК-ячейкой. изображение на экране будет монохромным. Для получения цветного изображения ЖК-ячейки объединяют в триады, снабдив каждую из них светофильтром, пропускающим один из трех основных цветов.

Недостатки технологии Twisted Nematic

Благодаря применению технологии Twisted Nematic была решена проблема габаритов и энергопотребления, однако эта технология имеет ряд серьезных недостатков.

П Низкое быстродействие ячеек- на изменение ориентации молекул жидкокристаллического вещества требовалось до 500 мс, что не позволяло использовать такие ЖК-экраны для отображения динамических изображений (например, на экране монитора пропадало изображение указателя мыши при ее быстром перемещении).

П Сильная зависимость качества изображения (яркости, контрастности) от внешних засветок.

П Сильное взаимное влияние ячеек, вызванное влиянием управляющего сигнала одной ячейки на соседние.

П Ограниченный угол зрения, под которым изображение на ЖК-экране хорошо видно.

П Низкая яркость и насыщенность изображения.

П Ограниченные размеры ЖК-экрана.

П Высокая стоимость.

Технология Super-Twisted Nematic

Для устранения перечисленных выше недостатков технология Twisted Nematic была усовершенствована. С целью улучшения контрастности изображения угол закручивания молекул ЖК-вещества был увеличен сначала до 120П, а затем- до 270П. Такие ячейки получили название STN, или S-TN {Super-TwistedNematic - сверхзакрученные нематические ячейки).

Технология Dual Super-Twisted Nematic

Дальнейшим шагом в этом направлении стало использование не одной, а двух ячеек одновременно, последовательно поворачивающих плоскость поляризации в противоположных направлениях. Эта технология получила название DSTN (Dual Super-Twisted Nematic - двойные сверхзакрученные нематические ячейки).

Двойное сканирование ЖК-экрана Проблема низкого быстродействия ЖК-ячеек была частично решена путем использования так называемого двойного сканирования, 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 до 150 мс и значительно повысить частоту обновления экрана.

Технология TFT

Радикально повысить контрастность и быстродействие ЖК-экранов позволила так называемая технология активных ЖК-ячеек. От обычной (пассивной) активная ЖК-ячейка отличается наличием собственного электронного ключа, выполненного на транзисторе. Такой ключ позволяет коммутировать более высокое (десятки 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 пикселов. Поскольку электронные ключи выполняются по тонкопленочной технологии, подобные ЖК-экраны получили название TFT-экраны (Thin Film Transistor - тонкопленочный транзистор).

Технология TFT была разработана специалистами фирмы Toshiba. Она позволила не только значительно улучшить показатели ЖК-мониторов (например, яркость, контрастность, угол зрения), но и создать на основе активной ЖК-матрицы цветной монитор. Каждый элемент такой ЖК-матрицы образован тремя тонкопленочными транзисторами и триадой управляемых ими ЖК-ячеек. Каждая ячейка триады снабжена светофильтром одного из трех основных цветов: красного, зеленого или синего. Изменяя уровень поданного на транзистор управляющего сигнала, можно регулировать яркость каждой ячейки триады. Таким образом, TFT-экран ЖК-монитора состоит из таких же триад, как экран обычного монитора на основе ЭЛТ.

Контроллер ЖК-экрана Формирование и подача управляющего сигнала видеоадаптера на каждую ЖК-ячейку экрана - трудная задача. Для ее решения в состав плоскопанельного монитора входит специальная электронная схема управления - контроллер ЖК-экрана. Контроллер является наиболее сложным элементом ЖК-монитора. Он выполняет синхронизацию по частоте и фазе выходных сигналов видеоадаптера и управляющих ЖК-экраном синхросигналов, формируемых схемами управления строками и столбцами. Рассогласование этих сигналов по частоте ведет к нарушению корректности обновления строк: нарушается соответствие положения элементов растра на экране временным параметрам видеосигнала. В результате этого появляются такие дефекты изображения, как дрожание растра, появление вертикальных линий на изображении либо его полное пропадание. После выравнивания частот указанных сигналов контроллер ЖК-экрана производит их синхронизацию по фазе, что позволяет добиться необходимой фокусировки изображения и полностью устранить его дрожание.

Помимо адресации ячеек и синхронизации изображения, контроллер ЖК-экрана выполняет дополнительное аналого-цифровое преобразование видеосигнала. Необходимость преобразования обусловлена тем, что ЖК-экран (как совокупность огромного количества ячеек) представляет собой устройство с цифровым управлением, т. е. на схему адресации ячеек необходимо подавать цифровой код. В результате значительно уменьшается количество оттенков цвета, отображаемых ЖК-монитором.

ЖК-экран и контроллер (одна или несколько больших микросхем, иногда называемых Gate Driver), который управляет пикселами на экране, т. е. занимается обслуживанием строк и столбцов матрицы, вместе составляют монолитную неразборную конструкцию, которая и продается изготовителем ЖК-панелей изготовителю монитора. Однако для подключения к PC, создания экранного меню (OSD), управления остальными блоками в состав ЖК-монитора входит процессор, размещенный, как правило, на отдельной, главной плате монитора. С помощью этой платы осуществляется коммутация всех узлов и блоков монитора, а также подключение его к видеоадаптеру PC.

Характеристики жидкокристаллических мониторов Основные характеристики монитора в первую очередь зависят от параметров матрицы, установленной в нем. Главной характеристикой матрицы в настоящее время является время отклика ее элемента. Основным направлением совершенствования технологии LCD-матриц является улучшение свойств жидких кристаллов путем изменения их химического состава с целью уменьшения времени отклика элемента LCD-матрицы.

Качество изображения определяется не только типом используемой матрицы, но и моделью установленного в мониторе видеопроцессора. Большую роль играют алгоритмы масштабирования изображения, автоматической подстройки, коррекции цвета, типы поддерживаемых интерфейсов, которые используются в данном типе процессора. Алгоритмы масштабирования и автоподстройки постоянно совершенствуются, наиболее удачные из них патентуются в виде отдельных технологий (например, SmartSet и SureSync в процессорах компании Genesis). Чем современней процессор, тем более совершенные алгоритмы применяются в нем, поэтому выбор процессора при разработке монитора играет немаловажную роль. Все современные процессоры поддерживают несколько типов внешних интерфейсов передачи сигнала, таких как Analog VGA, DVI, а также S-Video и HDMI, которые нужны для совместимости с телевизионной бытовой аппаратурой.

Таким образом, качество LCD-монитора напрямую зависит от компаний - поставщиков компонентов. Разброс цен определяется степенью известности фирмы, наличием широкой сервисной сети, спецификой сборки и т. п.

Производство мониторов основано на изготовлении ЭЛТ или ЖК-матрицы. Поскольку производство ЭЛТ - процесс высокотехнологичный, существуют примерно 2 десятка фирм - непосредственных изготовителей ЭЛТ, огромное количество фирм, специализирующихся только на сборке и использующих уже собранные и отъюстированные трубки, и достаточно многочисленная группа так называемых OEM-заказчиков (OEM - Original Equipment Manufacturer), которые покупают полностью готовые изделия других фирм и продают их под собственной торговой маркой. В случае с ЖК-панелями круг компаний-производителей достаточно ограничен, более того, иногда они вынуждены объединяться (например, LG и Phillips), поскольку увеличение сложности технологического процесса влечет за собой значительный рост интеллектуальных и финансовых затрат. Таким образом, создание матриц для ЖК-мониторов- удел избранных, остальные вынуждены искать компромисс между отпускной ценой завода- изготовителя матриц и конечной ценой изделия. Этим обусловлены примерно одинаковые цены на ЖК-мониторы одного класса и одинаковый гарантийный срок, поскольку гарантия на монитор определяется гарантией на ЖК-панель.

В настоящее время в мире PC имеется 5 ведущих производителей ЖК-матриц (в порядке убывания доли рынка):

П Samsung Electronics (Южная Корея)

П LG-Phillips (Южная Корея и Голландия)

П AU Optronics (Тайвань)

П Chi Mei Optoelectronics (Тайвань)

П Quanta Display (Тайвань)

Размер и ориентация экрана Размер экрана ЖК-мониторов пока меньше, чем у обычных мониторов: размер ЖК-экрана большинства моделей находится в пределах от 13" до 24".

Однако в отличие от ЭЛТ-мониторов, номинальный размер их экрана и размер его видимой области (растра) практически совпадают. Эта приятная особенность обусловлена отсутствием геометрических искажений растра на краях ЖК-экрана (эти искажения отсутствуют в принципе!), что устраняет необходимость уменьшения видимой области.

Рис. 13.12. Монитор MultiSync LCD1510V фирмы NEC Technologies в ландшафтном (слева) и портретном (справа) режимах работы

Другим важным аспектом является ориентация экрана: портретная или ландшафтная. Традиционные экраны ЭЛТ-мониторов и ЖК-экраны компьютеров типа Notebook имеют только ландшафтную ориентацию. Это обусловлено тем, что поле зрения человека в горизонтальном направлении шире, чем в вертикальном. Однако в ряде случаев (работа с текстами большого объема, Web-страницами) намного удобнее работать с экраном портретной ориентации. Здесь в полной мере проявляется преимущество ЖК-экрана - его можно легко развернуть на 90D (рис. 13.12).

Инерционность Инерционность или время отклика- важнейшая характеристика ЖК-экрана, характеризуемая минимальным временем, необходимым для активизации его ячейки. Именно низкая инерционность первых ЖК-экранов являлась основным сдерживающим фактором широкого распространения ЖК-мониторов, поскольку использовать их можно было только при решении офисных задач со статической картинкой на экране монитора.

Каждый жидкокристаллический элемент ЖК-экрана обслуживается своим тонкопленочным транзистором. При отсутствии данных тонкопленочный транзистор закрыт и свет проходит свободно. При наличии данных транзистор открывается, соответствующий жидкокристаллический элемент меняет свою ориентацию и при достаточном напряжении система полностью не пропускает свет. Таким образом, варьируя подачу напряжения на TFT-транзистор, можно регулировать пропускание света компонентом матрицы. Время полного открытия транзистора обозначается Тг (передний фронт), соответственно Tf (задний фронт) - время полного закрытия транзистора. Их сумма и есть время отклика. Иногда в спецификации к монитору указывают оба времени Тг и Tf, иногда их сумму.

Инерционность современных ЖК-экранов значительно уменьшилась по сравнению с первыми моделями и составляет I-5 мс, т. е. близка к значениям аналогичных параметров обычных мониторов. В результате этого ЖК-мониторы стали серьезным конкурентом мониторам на основе ЭЛТ - теперь их можно полноценно использовать в мультимедийных задачах - для просмотра видео и анимации, а также в играх.

Поле обзора Небольшое поле обзора и блики традиционно были слабыми местами ЖК-экранов, хотя с появлением технологии TFT этот недостаток в значительной степени был устранен. Поле обзора ЖК-мониторов обычно характеризуется углами обзора, отсчитываемыми от перпендикуляра к плоскости экрана по горизонтали и вертикали. Современные модели ЖК-мониторов обеспечивают следующие значения углов обзора (рис. 13.13):

П по горизонтали - ±45-TOD;

П по вертикали - от-15H50D (вниз) до+20- 70- (вверх).

Рис. 13.13. Размеры поля зрения ЖК-монитора Для увеличения углов обзора (решения проблемы бокового обзора) изготовители используют различные технологии. Одна из них, самая простая, заключа-

ется в нанесении на верхний слой дисплея рассеивающих пленок, которые переориентируют выходящий перпендикулярно из панели свет и направляют его от экрана под разными углами. Другая технология связана с полной реструктуризацией жидкокристаллического слоя. Эта технология получила название планарной (плоскостной) коммутации (In-Plane Switching, IPS). Электроды помещаются не сверху и снизу ячейки, а по ее сторонам, в результате чего ток проходит через слой жидких кристаллов в горизонтальном направлении. Верхний слой обычно поляризован в том же направлении, что и нижний, поэтому свет с неизменной поляризацией пропускается. Выстраивание молекул ЖК-вещества по горизонтали приводит к расширению угла обзора, т. к. при этом боковое рассеяние света больше, чем в случае, когда кристаллы расположены в виде скрученной структуры.

Третий способ решения заключается в многодоменном вертикальном выстраивании (Multidomain Vertical Aligned, MVA) молекул ЖК-вещества. Для этого применяется специальное ЖК-вещество с естественной вертикальной ориентацией. Под действием приложенного напряжения молекулы этого вещества ориентируются в горизонтальном направлении, и свет пропускается. При изменении напряжения молекулы поворачиваются не полностью, и свет пропускается частично, что соответствует оттенкам серого. Чтобы кристаллы могли ориентироваться в нескольких направлениях, ячейка разбивается на несколько областей, или доменов, а на стеклянные поверхности анализатора и поляризатора наносят штрихи, чтобы заранее придать молекулам наклон в нужном направлении. В результате обеспечивается высокая равномерность оттенков серого цвета на экране при больших углах обзора.

Разрешение Важной особенностью плоскопанельных мониторов является то, что они предназначены для работы с каким-либо одним разрешением, оптимальным с точки зрения качества изображения (как правило, 1024 768). Это разрешение определяется размерами ЖК-экрана и отдельной ЖК-ячейки. Если разрешение экрана ЭЛТ-монитора можно менять в широких пределах без заметного ущерба для качества изображения, то подобные манипуляции с плоскопанельными мониторами приводят к появлению лестничного эффекта - края объектов становятся шероховатыми, зазубренными. Особенно негативно это сказывается на качестве отображения экранных шрифтов.

Необходимость работы с фиксированным разрешением экрана обусловлена тем, что в ЖК-мониторах понятия "пиксел" и "зерно" означают практически одно и то же. Пиксел изображения может быть образован только целым ко личеством ЖК-ячеек. При максимальном разрешении, которое одновременно является основным рабочим разрешением ЖК-монитора, каждый пиксел образован одной триадой ЖК-ячеек. Если необходимо снизить разрешение, то оно должно быть уменьшено в целое число раз. В частности, при основном разрешении Ю24П768 более низкое разрешение составит 512П384, чего явно недостаточно для нормальной работы. Для решения проблемы с различными разрешениями в современном ЖК-мониторе устанавливается конвертер, который корректно преобразует к характеристикам используемой матрицы большинство стандартных для PC разрешений экрана.

Частоты развертки Частота строчной развертки ЖК-мониторов изменяется в диапазоне 30- 60 кГц.

Важная особенность ЖК-мониторов - они предоставляют возможность комфортно работать при сравнительно низкой частоте кадров порядка 60 Гц, что обусловлено большей инерционностью ЖК-ячейки по сравнению с люминофором. Типичная частота кадров в ЖК-мониторе обычно не превышает 75- 85 Гц, хотя в некоторых моделях она может быть 100 Гц и более.

Яркость Важнейшим параметром, на который следует обратить внимание при выборе плоскопанельного монитора, является яркость. Чем выше яркость, тем лучше: изображение будет более красочным, блики станут менее заметны, углы обзора увеличатся. Яркость всегда можно уменьшить с помощью регуляторов, а вот недостаток ее восполнить нельзя. Типовая яркость для ЖК-мониторов составляет 150-300 кд/м 2 (ранее эта единица измерения называлась "нит").

Контрастность Контрастность изображения на ЖК-экране показывает, во сколько раз изменяется его яркость при изменении уровня видеосигнала от максимального до минимального. Эту величину часто называют коэффициентом контрастности и обозначают в виде отношения (например, 150: I). Чем выше контрастность ЖК-экрана, тем более четкое изображение можно на нем получить. Приемлемая цветопередача обеспечивается при контрастности не менее 130: I, высококачественная цветопередача требует контрастности 300: I.

Современные высококачественные матрицы могут иметь контрастность выше 1000: 1.

Палитра В отличие от традиционных, плоскопанельные мониторы имеют ограниченную палитру, т. е. характеризуются ограниченным количеством воспроизводимых на экране оттенков цветов. Эта ограниченность объясняется тем, что ЖК-монитор является цифровым и требует выполнения дополнительного аналого-цифрового преобразования RGB-сигнала видеоадаптера перед подачей его на ЖК-ячейки. Типовой размер палитры современных ЖК-мониторов составляет 262 144 или 16 777 216 оттенков цветов, т. е. популярный ныне режим True Color нельзя реализовать.

Как правило, дешевые модели ЖК-мониторов могут использовать всего лишь 6 бит для каждого цвета вместо стандартных 8. Особенно это касается ЖК-мониторов с аналоговым интерфейсом. Дорогостоящие модели, оборудованные цифровым интерфейсом, как правило, работают с 8-битным разрешением на каждый цветовой канал. В последнее время для профессиональной работы начали выпускаться ЖК-мониторы, которые могут использовать до 10 бит для каждого цвета.

Проблемные пикселы Еще одной отличительной чертой плоскопанельных мониторов является наличие на некоторых ЖК-экранах проблемных, или "заклинивших", пикселов, яркость которых при смене изображения и даже при выключении монитора остается неизменной. Этот недостаток обусловлен несовершенством технологии производства ЖК-экранов. Рекомендация по этому поводу звучит тривиально - при выборе монитора следует внимательно изучить поверхность его экрана на предмет наличия таких пикселов и при их обнаружении потребовать у продавца заменить монитор.

Так как брак при производстве ЖК-матриц - это, в основном, неработоспособность TFT-транзисторов, то производители инициировали выпуск стандарта ISO 13406-2, который определяет предельные значения количества дефектных пикселов и дотов (дот - треть пиксела, например красная, зеленая или синяя составляющая пиксела).

В табл. 13.1 приведены характеристики 4 классов по допустимым дефектам пикселов на миллион элементов изображения для ЖК-панелей. В частности, для монитора с разрешением 1280П1024 - 1,3 млн пикселов.

Таблица 13.1. Классы предельных значений количества дефектных пикселов и дотов для ЖК-матриц

Приобретение монитора с "битыми" пикселами может быть оправдано только лишь большими скидками цены. При постоянной работе с компьютером рекомендуется приобретать мониторы первого класса.

Появление дефектов пикселов в процессе эксплуатации допускается, но будет ли это гарантийным случаем или нет, зависит от условий гарантии производителя и продавца.

Мультимедийное оборудование Многие модели ЖК-мониторов снабжаются встроенными в подставку динамиками мощностью от I до 3 Вт, а также разъемами для подключения головных телефонов. Кроме того, они могут иметь микрофонный вход и аудиовход для подключения к звуковой карте или внешнему источнику звука. Отдельные модели имеют разъем для подключения к шине USB.

Технологии изготовления плоскопанельных мониторов В настоящее время мониторы на основе жидких кристаллов являются наиболее популярными и технологически отработанными представителями семейства плоскопанельных мониторов. Однако они не единственные - продолжают активно развиваться альтернативные технологии изготовления плоских экранов, благодаря которым появились, например, такие:

П плазменные дисплеи;

П электролюминесцентные мониторы;

П мониторы электростатической эмиссии;

П органические светодиодные мониторы.

Плазменные дисплеи В плазменных дисплеях (Plasma Display Panel, PDP) вместо жидкокристаллического вещества используется ионизированный газ. Его молекулы обладают способностью излучать свет в процессе рекомбинации (т. е. восстановления электрической нейтральности). Для приведения молекул газа в ионизированное состояние, т. е. в состояние плазмы (отсюда и происходит название данной технологии), используется высокое напряжение. При ярком свете изображение на экране плазменного дисплея выглядит немного расплывчатым.

Электролюминесцентные мониторы Электролюминесцентные мониторы (Electroluminescent displays, ELs) по своей конструкции аналогичны ЖК-мониторам, но их принцип действия основан на другом физическом явлении - испускании света при возникновении туннельного эффекта в полупроводниковом _р-и-переходе. Такие мониторы имеют высокие частоты развертки и яркость свечения; кроме того, они надежны в работе. Тем не менее, уступают ЖК-мониторам по энергопотреблению (на ячейки подается сравнительно высокое напряжение - около 100 В), а также по чистоте цветов, которые тускнеют при ярком освещении.

Органические светодиодные мониторы Технология изготовления органических светодиодных мониторов (Organic Light-Emitting Diode displays, OLEDs), или LEP-мониторов (Light Emission Plastics - светоизлучающий пластик), также во многом похожа на технологии изготовления ЖК- и EL-мониторов, но отличается материалом, из которого изготавливается экран: в LEP-мониторах используется специальный органический полимер (пластик), обладающий свойством полупроводимости. При пропускании электрического тока такой материал начинает светиться.

Основные преимущества технологии LEP по сравнению с упомянутыми ранее заключаются в следующем:

П очень низкое энергопотребление (подводимое к пикселу напряжение менее 3 В);

П простота и дешевизна изготовления;

П тонкий (около 2 мм) и, возможно, эластичный экран;

П низкая инерционность (менее I мкс).

Недостатком этой технологии являются низкая яркость свечения экрана, мо-нохромность изображения (изготовлены только черно-желтые экраны), маленький экран. LEP-мониторы используются пока только в портативных устройствах, например, в сотовых телефонных трубках.

Стандарты по эргономике и энергосбережению Как известно, эргономика (от др.-греч. epyov - работа и vdfiog- закон) - это научная дисциплина, комплексно изучающая человека в конкретных условиях его деятельности в современном производстве. Основной объект исследования эргономики - система "человек - машина - среда". Говоря об эргономичности того или иного изделия, мы подразумеваем широкий круг вопросов: привлекательный дизайн, удобство пользования, отсутствие вредных для здоровья оператора факторов и др. Другими словами, эргономичный - значит удобный для работы. В последнее время в это понятие включаются вопросы энергосбережения и охраны окружающей среды.

Факторы, негативно влияющие на здоровье оператора Из всех компонентов PC монитор в наибольшей степени влияет на состояние здоровья оператора (и не только зрения!). Это объясняется рядом факторов, среди которых можно выделить следующие:

П мягкое рентгеновское излучение, возникающее за счет бомбардировки экрана монитора пучком электронов;

П инфракрасное и ультрафиолетовое излучение;

П низкочастотные электрические и магнитные поля;

П электростатическое поле;

П световые блики (отраженный от экрана свет);

П мерцание изображения.

Коротко рассмотрим причины, порождающие эти вредные воздействия.

Как известно из курса физики, рентгеновское излучение появляется при резком изменении скорости движения заряженных частиц. Такой эффект, в частности, имеет место в кинескопе монитора, когда испускаемые электронной пушкой электроны разгоняются, а затем резко тормозятся, попадая на экран, покрытый люминофором. Интенсивность возникающего при этом рентгеновского излучения прямо пропорциональна скорости соударения, а значит, величине напряжения анод-катод, которое составляло в первых моделях мониторов более двух десятков киловольт.

Источником ультрафиолетового и инфракрасного излучения является люми-нофорное покрытие, которое разогревается при электронной бомбардировке до высокой температуры и само превращается в источник излучения.

Низкочастотные электромагнитные поля являются в основном результатом работы блока развертки и магнитной отклоняющей системы кинескопа, через которую протекает достаточно сильный переменный ток.

Наличие электростатического поля обусловлено скоплением на экране кинескопа избыточного отрицательного заряда за счет действия электронного пучка.

Блики экрана обусловлены отражением падающего света от внешней поверхности экрана. Их интенсивность зависит от способа обработки лицевой части колбы кинескопа. Блики максимальной интенсивности наблюдаются, когда наружная часть экрана представляет собой обычное, ничем не обработанное стекло.

Каждый из этих факторов в отдельности способен нанести ощутимый вред здоровью оператора, а при совместном воздействии - тем более. Следовательно, необходимо определить максимально допустимые уровни вредных излучений, а также пути их снижения. С этой целью ряд национальных и международных организаций, в частности, международная организация стандартизации ISO (International Standard Organization), разработали свои документы (спецификации), в которых определены требования к монитору PC с точки зрения эргономики. Однако наиболее известны разработки шведских организаций. Сформулированные ими требования являются наиболее жесткими и обеспечивают наилучшую защиту оператора. Такими организациями являются:

П MPR (Swedish National Board of Measurement and Testing) - шведский национальный совет по измерениям и тестированию;

П ТСО (The Swedish Confederation of Professional Employees)- шведская конфедерация профессиональных служащих, объединяющая 1,3 млн наемных работников.

Отметим, что аббревиатуры MPR и ТСО образованы первыми буквами шведских слов, поэтому они не согласуются с приведенным в скобках английским переводом названия организации.

Первоначально при сертификации мониторов PC получила распространение спецификация MPR, однако в дальнейшем производители компьютерного оборудования стали в большей степени ориентироваться на спецификацию ТСО как на более современную и строгую.

Эргономические требования к рабочему месту Итак, если вы хотите сохранить свое здоровье, то должны включать в состав своей рабочей станции только сертифицированное оборудование, удовлетворяющее эргономическим требованиям.

Рис. 13.14. Эргономические требования к рабочему месту Однако наличие соответствующего оборудования хотя и снизит возможный уровень вредного воздействия компьютерной системы, но от переутомления не избавит. По мнению экспертов, производительность труда оператора может снизиться на 40%, если игнорировать эргономические требования к рабочему месту (рис. 13.14). Стоит внести лишь небольшие изменения в окружающую ваше рабочее место обстановку, например, изменить освещение,

по-другому разместить элементы компьютерной системы, поменять кресло и т. д., или изменить режим работы монитора, - и вы поразитесь полученному эффекту.

Компьютерный зрительный синдром (КЗС)

Большинство пользователей при длительной работе за монитором испытывают боль в глазных яблоках, слезотечение или, наоборот, сухость, покраснение глаз. При этом часто беспокоят головные боли, появляется быстрая утомляемость. Все это симптомы компьютерного зрительного синдрома (КЗС), другими словами, следствие длительной работы за монитором. Особенностями изображения на экране монитора является его высокая частота регенерации (частота кадров), относительно низкая контрастность, а также тот факт, что монитор является источником света. Кроме того, неравномерная освещенность помещения, особенно, когда вы вынуждены часто переключать внимание, например, со светлого экрана монитора на темные тона обстановки комнаты или на более светлый оригинал при работе с текстом, ведут к перенапряжению глазных мускулов и, как следствие, к переутомлению. Эта реакция человеческого организма направлена на то, чтобы отвлечь человека от какой-либо работы, заставить сделать перерыв, а затем с новыми силами возобновить работу. Те же, кто пренебрегает этим, рискуют получить хроническое заболевание- компьютерный зрительный синдром, когда после даже непродолжительной работы за монитором будут появляться вышеперечисленные симптомы.

Известно, что рано или поздно КЗС возникает у всех пользователей. Различно лишь время, спустя которое они возникают. Для того чтобы свести это время к приемлемым цифрам, существуют минимальные рекомендуемые требования к настойкам монитора.

П При цветном экране количество цветов должно быть не менее 256, оптимальным считается режим True Color.

П Разрешение 800 600 точек при отсутствии мерцания.

П Размер зерна должен быть не более 0,28 мм. Чем меньше зерно, тем лучше.

П Частота регенерации должна составлять не менее 85 Гц. Оптимальной считается установка максимально возможной частоты при отсутствии мерцания.

П Блики на экране монитора должны отсутствовать. При невозможности изменить освещение необходимо использовать антибликовые экраны.

П При работе с текстом предпочтительно в качестве фона использовать белый цвет и черные символы.

П Разница в уровнях яркости экрана монитора, клавиатуры, текстового оригинала и других объектов окружающей обстановки должна быть как можно меньше.

Для профилактики компьютерного зрительного синдрома необходимо проводить комплекс упражнений для глаз.

Расстояние до монитора Если вы различаете на экране монитора отдельные пикселы, то, вероятно, сидите слишком близко. Чтобы глаза не утомлялись, располагайтесь на таком расстоянии, с которого отдельные пикселы изображения становятся неразличимыми. Обычно достаточно расстояния, равного длине вытянутой руки (но не менее 50 см).

Если вы на таком удалении видите изображение нечетко, то лучше изменить не расстояние до монитора, а размер шрифта, масштаб рисунка или даже режим работы видеоадаптера.

Искажения изображения Когда отдельные элементы графического изображения на экране периодически начинают медленно изменять свое положение, говорят, что изображение "поплыло" {swimming). Это явление обычно вызывается воздействием внешнего магнитного поля на элементы электронно-лучевой трубки монитора. Причиной может служить соседство с мощной энергетической установкой, распределительным электрическим коммутатором, трансформатором и др. Для того чтобы устранить влияние магнитного поля, необходимо переместить монитор в другое место или другое помещение. В крайнем случае придется заменить монитор.

Иногда внешнее магнитное поле может вызвать периодическое изменение яркости изображения- явление, называемое биением {beating). Биения с частотой 10-20 Гц проявляются как мерцание экрана.

Расплывчатость изображения часто появляется в том случае, когда слишком близко друг к другу располагаются два монитора с различными частотами регенерации. Единственно возможное решение - разнести мониторы.

Такой же эффект наблюдается при плохом контакте в разъеме VGA, к которому подключен монитор. При этом изображение может двоиться.

Расположение монитора Верхний край экрана не должен быть выше уровня глаз оператора. Если монитор расположен слишком высоко, оператору непроизвольно придется приподнимать голову. Не располагайте монитор на системном блоке. Если на вашем рабочем столе недостаточно свободного места, лучше установить системный блок на полу.

Чтобы исключить влияние солнечного света, нельзя располагать монитор напротив окна или так, чтобы оно находилось за спиной оператора. Если необходимо разместить монитор рядом с окном, используйте жалюзи.

Важно также защитить экран монитора от нежелательных боковых засветок. Располагайте монитор в таком месте, где вероятность попадания на экран прямых или отраженных световых лучей минимальна. Можно воспользоваться также специальным антибликовым экраном (anti-dazzle screen).

Если вам часто приходится набирать текст, можете поместить оригинал на специальной подставке в непосредственной близости от монитора. Помните, что все движения оператора (в том числе его глаз) должны быть как можно короче. По этой же причине клавиатура должна находиться вдоль линии зрения оператор-монитор.

Освещение рабочего места Перенапряжение глаз в процессе работы может быть вызвано даже тем, что в поле вашего периферийного зрения будет попадать свет от других источников, более яркий, чем наиболее яркие области на экране монитора. В этом случае говорят о необходимости создания оптимального светового окружения (light surround), которое должно быть немного интенсивнее суммарного внешнего освещения и чуть-чуть темнее областей белого цвета на экране монитора.

При определении положения рабочего места оператора относительно окна в помещении воспользуйтесь следующими рекомендациями:

П если окно располагается прямо перед вами, необходим яркий источник света непосредственно на рабочем месте;

П если окно находится позади вас, позаботьтесь о том, чтобы избежать его отражения на экране монитора;

П по возможности выбирайте рабочее место так, чтобы окно не попадало в поле периферийного зрения.

Не стоит забывать, что мерцать может не только экран монитора, но и осветительные приборы. Наряду с шумом и световыми бликами, слишком темное или слишком яркое освещение также оказывает негативное влияние на эффективность труда оператора. Более того, мерцание часто используемых для освещения помещений флуоресцентных ламп может свести на нет все ваши усилия по созданию эргономической рабочей станции. Сравните излучение флуоресцентной лампы с излучением лампы накаливания. Возможно, вам придется дополнительно оборудовать рабочее место обыкновенной настольной лампой.

Различные источники света по-разному влияют на восприятие цвета. В частности, цвета, наблюдаемые при освещении объекта флуоресцентной лампой, будут отличаться от цветов, наблюдаемых при использовании лампы накаливания. Объясняется это тем, что в первом случае происходит усиление зеленого цвета, а во втором - красного. Поэтому в индустрии печати в качестве стандартного, определяющего оптимальные условия наблюдения, принят источник света с цветовой температурой D50 (5000 градусов Кельвина). Такой источник света имитирует естественное освещение, характеризующееся одинаковой интенсивностью основных цветов RGB.

Кресло оператора При создании эргономической рабочей станции необходимо учитывать множество различных факторов, влияющих на здоровье человека. Поэтому пусть вас не удивляет, что мы обсуждаем даже такие вопросы, как появление боли в области спины и шеи при длительной работе в сидячем положении. Тем, кто большую часть своего рабочего времени проводит за компьютером, дадим несколько практических советов.

В сидячем положении давление на диски позвоночника возрастает вдвое по сравнению с положением стоя и в восемь раз - по сравнению с положением лежа. Боли в области спины, смещение позвонков и искривление позвоночника - таковы основные негативные последствия несерьезного отношения к вопросам динамики оператора и выбору эргономически правильно разработанной мебели. Кресло оператора должно обеспечивать поддержку позвоночника. Специальная форма спинки кресла должна органично повторять силуэт сидящего человека, а пружины и драпировка - усиливать ощущение комфортности.

Около рабочего места оператора должно быть достаточно свободного пространства для периодической смены положения; это стимулирует деятельность мозга и всего тела человека в целом. Помните, что длительное нахождение в одном положении может привести к нарушению деятельности сердца и органов дыхания, закрепощению мышц и др. Регулярные гимнастические упражнения помогут избежать появления боли в области живота и спины. Контролируйте положение своего тела во время работы: сидите прямо, откинувшись на спинку кресла.

Стандарты по энергосбережению Спецификация Energy Star

Проблемами энергосбережения занимаются не только шведские организации. Американское агентство ЕРА (US Environmental Protection Agency-Американское агентство по охране окружающей среды) давно и успешно реализует программу Energy Star, обеспечивающую энергосберегающие функции компьютера. Компьютерное и другое оборудование, удовлетворяющее требованиям ЕРА, принято называть "зеленым" (например, "зеленые" мониторы, "зеленые" материнские платы и т. п.). Таких изделий сегодня подавляющее большинство. Например, "зеленую" материнскую плату легко отличить по характерному логотипу (рис. 13.15), появляющемуся в правом верхнем углу экрана монитора при включении компьютера.

Рис. 13.15. Логотип спецификации Energy Star

Оборудование, соответствующее требованиям спецификации Energy Star, должно удовлетворять следующим требованиям:

П иметь среднюю потребляемую мощность не более 30 Вт;

П допускать после окончания срока службы 100%-ную утилизацию.

Обмен информацией между монитором и PC

Любой современный компьютер поддерживает технологию Plug&Play, обеспечивающую автоматическое конфигурирование подключаемого оборудования. Реализация этой технологии осуществляется путем обмена информацией между операционной системой и подключенными к PC устройствами. Устройства, подключаемые к шине или портам ввода/вывода (например, контроллер сканера, звуковая карта, внешний и внутренний модемы и др.), используют стандартный протокол обмена данными. Монитор же является конечным устройством, изначально не предназначенным для обмена информацией. Следовательно, без принятия специальных мер организовать обмен данными с монитором в соответствии с протоколом Plug&Play не представляется возможным. Между тем, именно для монитора такой протокол был бы весьма полезен, т. к. позволил бы установить оптимальный для данной модели видеорежим.

Решить задачу обмена информацией между монитором и компьютером помогло наличие в соединительном кабеле монитора VGA нескольких не задействованных для передачи сигналов, проводов (табл. 13.2). Это провода, подключенные к контактам 4, II, 12 и 15 разъема VGA (рис. 13.16). Первоначально три из них (4-, 11 - и 12-й) использовались для автоматического распознавания типа монитора, подключенного к видеоадаптеру.

Таблица 13.2. Назначение контактов разъема VGA

Рис. 13.16. Нумерация контактов на разъеме VGA

Идентификация типа монитора видеоадаптерами VGA и SVGA

Примитивным прообразом протокола Plug&Play можно считать механизм автоматического опознавания типа монитора, который был реализован в первых моделях видеосистем VGA и SVGA. Для идентификации типа монитора- монохромный VGA, цветной VGA или SVGA (8514/А) - использовался трехразрядный параллельный двоичный код, формируемый путем определенной распайки в мониторе проводов 4, 11 и 12: один или два из них заземлялись.

Этим способом осуществлялась идентификация мониторов фирмы IBM и совместимых с ними. Видеоадаптер определял наличие нулевого потенциала (заземления) на проводах 4, 11 и 12. Отсутствие заземления трактовалось им как логическая единица. Логические уровни на контактах 4, 11 и 12 разъема VGA принято называть битами идентификации (см. табл. 13.2).

Технология Plug&Play

Спецификация, разработанная ассоциацией VESA, получила название DDC {Display Data Channel- канал данных монитора). На основе этой спецификации стала возможной реализация технологии Plug&Play для мониторов.

Протокол DDC

Существуют две основные версии протокола DDC:

П DDC 1 - односторонняя передача данных от монитора к видеоадаптеру;

П DDC2 - двусторонний обмен данными между монитором и видеоадаптером.

Отметим, что реализация обмена данными в соответствии с протоколом DDC возможна только в том случае, когда его поддерживают и монитор, и видеоадаптер. Кроме того, необходима соответствующая программа, обеспечивающая поддержку протокола Plug&Play.

Информационный пакет, передаваемый монитором видеоадаптеру, называется блоком параметров расширенной идентификации (ED1D - Extended Display IDentification). Блок ED1D состоит из сегментов, характеризующихся смещением от начала блока и длиной. Размер блока ED1D составляет 128 байт, причем его структура (табл. 13.3) - смещение и длина каждого сегмента - не зависит от версии протокола DDC.

Таблица 13.3. Структура блока EDID

Смещение сегмента данных, байт	Длина сегмента,
		Заголовок (маркер начала потока EDID)
		Идентификатор изделия (изготовитель, модель, серийный номер и т. п.)
		Версия EDID
		Основные характеристики монитора (размеры экрана, максимальное разрешение, список поддерживаемых видеорежимов, цветовые характеристики люминофорного покрытия и т. д.)
		Установленные параметры синхронизации
		Дескрипторы параметров синхронизации
		Флаг расширения
		Контрольная сумма

Канал VESA DDC реализован на основе шины ACCESS.Bus (Accessory Bus), разработанной фирмой DEC. Эта шина представляет собой модификацию низкоскоростного интерфейса 1 2 С (Inter Integrated Circuit), разработанного фирмой Philips для организации двунаправленного обмена данными между различными устройствами бытовой радиоаппаратуры, и предназначеного для взаимодействия операционной системы с компонентами PC: монитором, интеллектуальным источником питания, модулями оперативной памяти и др.

В принципе, ACCESS.Bus и fС - это одно и то же. Различие заключается лишь в конструктивном исполнении разъемов.

Шина ACCESS.Bus используется для обмена данными между низкоскоростными устройствами. Она содержит всего два сигнальных провода: линию данных (SDA - Serial Data) и линию синхронизации (SCL - Serial Clock). По линии SDA выполняется двунаправленный обмен данными между двумя устройствами; синхронизация обмена осуществляется тактовыми импульсами, передаваемыми по линии SCL. Циклы приема и передачи данных разнесены во времени, т. е. в каждый момент времени устройство, подключенное к шине ACCESS.Bus, либо передает, либо принимает информацию. Третьей линией шины является общий (нулевой) провод, относительно которого измеряются напряжения на линиях SDA и SCL.

Обычно в качестве линий шины ACCESS.Bus используются незадействован-ные провода (5, 12 и 15) соединительного кабеля монитора (табл. 13.4). Такая конструкция канала VESA DDC получила название DDC2B.

Таблица 13.4. Назначение контактов разъема соединительного кабеля Р1ид&Р1ау-монитора

Порядок обмена данными между монитором и видеоадаптером по линии SDA определяется версией протокола DDC.

Протокол DDC I предусматривает одностороннюю передачу данных от монитора к видеоадаптеру. При этом данные передаются по линии SDA (контакт 12), а в качестве тактовых импульсов используются импульсы кадровой развертки (контакт 14). В момент передачи данных по линии SDA видеоадаптер с целью ускорения обмена может повысить частоту кадровых синхроимпульсов в несколько десятков раз (до 25 кГц). Поскольку генератор кадровой развертки монитора не предназначен для работы на столь высокой частоте, он будет формировать сигнал той частоты, которая предусмотрена выбранным видеорежимом. Поэтому передача данных не приведет к нарушению синхронизации изображения на экране монитора.

Протокол DDC2 позволяет организовать двунаправленную передачу данных между монитором и видеоадаптером. При этом используются обе линии - SDA и SCL.

Для двунаправленного обмена данными по каналу VESA DDC используется следующий протокол. В обмене данными одновременно участвуют два устройства: ведущее {master), называемое также контроллером, и ведомое {slave). Ведущее устройство задает адрес и код операции (чтение или запись). С точки зрения направления передачи данных, ведущее и ведомое устройства могут выступать как в роли передатчика, так и в роли приемника (в зависимости от кода операции).

Устройства, подключенные к каналу VESA DDC, имеют двунаправленный выход типа "открытый коллектор". Это значит, что активным уровнем является уровень логического нуля: активное устройство может изменять уровень сигнала в линии (SDA или SCL) только в том случае, если все остальные устройства, подключенные к шине, формируют на своем выходе уровень логической единицы. Другими словами, путем формирования низкого уровня устройство "занимает" линию. Попытка занять линию предпринимается только в том случае, когда на линии установлен высокий уровень (уровень логической единицы), т. е. в том случае, когда линия свободна.

Цикл обмена данными инициализируется ведущим устройством, при этом передача данных осуществляется побайтно. После передачи (или приема) каждого байта ведущее устройство кратковременно освобождает линию, чтобы дать возможность ведомому устройству передать подтверждение. Таким образом, процесс обмена данными, согласно протоколу 1~С, является асинхронным (рис. 13.17).

Как видно из рисунка, начало обмена (Start) инициируется ведущим устройством: при высоком уровне сигнала SCL состояние линии SDA изменяется с высокого уровня на низкий. Окончание обмена (Stop) осуществляется путем изменения уровня сигнала SDA с низкого на высокий при высоком уровне сигнала SCL. Применение таких комбинаций сигналов SDA и SCL для обозначения начала и конца обмена является следствием использования устройств с выходом типа "открытый коллектор". Передача данных в пределах каждого байта начинается со старшего бита MSB {Most Significant Bit- наиболее значимый бит) и заканчивается младшим битом LSB (Least Significant Bit - наименее значимый бит). Состояние линии SDA может изменяться передатчиком только тогда, когда сигнал SCL принимает низкий уровень, при этом считывание (запись) данных производится по положительному (переднему) фронту сигнала SCL. Приемник во время девятого такта формирует бит подтверждения, переводя линию SDA в нулевое состояние. Передача следующего байта возможна только после того, как приемник освободит линию SDA. установив на ней высокий уровень. Если по каким-либо причинам приемнику необходимо временно задержать передачу следующего байта, он будет удерживать линию SDA в нулевом состоянии столько, сколько потребуется (асинхронный обмен данными).

Рис. 13.17. Временная диаграмма обмена данными по шине ACCESS.Bus

Первый передаваемый байт содержит 7-битный адрес ведомого устройства и одноразрядный код операции RW (RW = 0 - запись. RW = 1 - чтение).

Скорость обмена данными по линии SDA определяется частотой тактовых импульсов на линии SCL. которая может изменяться. Максимальное значение этой частоты 100 кГц в нормальном (.Normal mode) режиме и 400 кГц- в скоростном (Fast mode).

Проблемы аналогового интерфейса между монитором и PC

У аналогового интерфейса, который традиционно соединяет монитор и PC. есть существенные недостатки. Например, на больших экранах заметна раз мытость изображения, особенно при работе с текстом, набранным мелким шрифтом. А все изображение как будто покрыто легкой дымкой. Закономерно предположить, что в этом виноват видеоадаптер, но замена видеоадаптера далеко не всегда решает эту проблему. Основная причина таких искажений кроется в аналоговом способе соединения монитора с видеоадаптером.

Как известно, данные, которые отображаются на экране монитора, поступают из буфера кадров (памяти) видеоадаптера в цифровом виде на RAMDAC (см. главу 14), который преобразует эти цифровые данные в аналоговый сигнал. До недавнего времени именно низкая полоса пропускания RAMDAC была причиной плохого качества изображения. В настоящее время полоса пропускания современных RAMDAC значительно выше, поэтому потери в качестве изображения по вине RAMDAC сейчас практически не встречаются.

С выхода RAMDAC через фильтры низкой частоты (от качества фильтрации также зависит качество формируемого на экране монитора изображения, особенно при высоких разрешениях и частотах разверток) уже аналоговый сигнал через VGA-разъем по VGA-кабелю (очередному источнику помех) поступает в монитор. Если к видеодаптеру подключен ЖК-монитор, то уже в мониторе аналоговый сигнал снова преобразуется (для совместимости со стандартом VGA) - обратно в цифровой (аналого-цифрового преобразования без ошибок не бывает- еще один источник помех). Таким образом, в последнем случае имеем два взаимоисключающих преобразования: цифроаналоговое в RAMDAC и аналого-цифровое в ЖК-мониторе.

В свое время, когда сектор рынка ЖК-монитров составлял доли процентов, введение второго аналого-цифрового преобразования было оправдано - простое решение проблемы совместимости. Сейчас же, когда большинство выпускаемых мониторов приходится на ЖК-мониторы, необходимость использования аналогового интерфейса между монитором и PC перестала быть актуальной.

Цифровые видеоинтерфейсы VESA

Первый (не считая первых, цифровых стандартов на видеоадаптеры: начиная с MDA и кончая EGA) цифровой видеоинтерфейс был разработан ассоциацией VESA еще в 1997 г., когда она сделала попытку откликнуться на намечающуюся потребность рынка и приняла стандарт Plug-and-Display (P&D). К сожалению, он не получил широкого распространения среди производителей по причине слишком дорогостоящей реализации: помимо передачи цифрового и аналогового видеосигналов через единый 30-контактный разъем стандартом была предусмотрена интеграция интерфейсов USB

и FireWire. Стандарт P&D поддерживает горячее подключение, о чем говорит его название.

Однако метод цифровой передачи видеосигнала позже лег в основу других интерфейсов. Базируется он на разработке компании Silicon Image - технологии PanelLink. Данные передаются по трем витым парам при помощи протокола TMDS (Transition Minimized Differential Signaling). Пропускная способность соединения - 165 МГц, это позволяет передавать изображение с разрешением до 1920П1080 при частоте обновления 60 Гц (оптимально для ЖК-мониторов) или до 1280Ш024 при частоте кадров 75-85 Гц (для ЭЛТ-мониторов).

Видеоинтерфейс DVI

Основной же причиной отказа от стандарта DFP стало появление нового, более перспективного стандарта DVI (Digital Visual Interface). В настоящее время этот интерфейс можно считать общепринятым. Стандарт был разработан группой Digital Display Working Group (DDWG), созданной по инициативе Intel, в нее вошли компании Intel, Compaq, Fujitsu, Hewlett-Packard, IBM, NEC, Silicon Image. Спецификация DVI была представлена в апреле 1999 г., но, несмотря на то, что все участники группы DDWG являются активными участниками VESA, стандарт DVI так и не был одобрен ассоциацией.

Стандарт вобрал в себя все лучшее из предшествующих интерфейсов: в основе лежит технология PanelLink, поддерживаются спецификации DDC и ED1D, горячее подключение, аналоговый интерфейс. Для передачи данных по DVI-соединению используется протокол последовательного кодирования TMDS.

Протокол последовательного кодирования TMDS

Спецификацией DV1 предусмотрены один (Single Link) или два (Dual Link) канала TMDS, каждый из которых состоит из трех линий данных (RGB) и одной линии синхронизации (рис. 13.18). TMDS-соединение может работать на частоте до 165 МГц. По каждой линии передаются 10-битные данные (8битный код цвета плюс два служебных бита) со скоростью 1,65 Гбит/с - этого вполне достаточно для обеспечения разрешения 1920П1080 с частотой регенерации 60 Гц (для ЖК-мониторов). А при использовании двух каналов одновременно пропускная способность удваивается и тактовая частота достигает значения 330 МГц, что на практике означает поддержку разрешения до 2048П1536/60 Гц для ЖК-мониторов и до 1920 1080/85 Гц для мониторов на основе ЭЛТ.

Рис. 13.18. DVI-интерфейс (спецификация DVI 1.0)

В стандарте DV1 при использовании двух каналов (если монитор поддерживает двухканальную конфигурацию, второй канал может быть включен, только когда требуется частота выше 165 МГц) полоса пропускания разделяется между ними равномерно, поскольку сигнал синхронизации у них общий. Например, при полосе 300 МГц каждый канал будет работать на частоте 150 МГц. Кроме того, в стандарт заложена возможность использования второго канала как дополнительного для передачи большой глубины цвета (до 48 бит). В этом случае по первому каналу передаются старшие 24 разряда, а по второму - младшие.

Разъемное соединение Физически соединение между монитором и видеоадаптером в соответствии со спецификацией DV1 осуществляется кабелем (длиной до 10 м) с помощью 24 + 5-контактного DVl-разъема (24 цифровых контакта и 5 аналоговых).

Рис. 13.19. Нумерация контактов разъема DVI-I

Спецификацией DVI определено два типа разъемов: DVl-lntegrated (DV1-1) и DVI-Digital (DV1-D). Отличаются они друг от друга только наличием группы контактов для передачи аналоговых сигналов. Нумерация контактов разъема DVI приведена на рис. 13.19, а их назначение - в табл. 13.5. Как видно из таблицы, в соединительном кабеле витые пары разных каналов попарно заключены в отдельные экраны. Это сделано для повышения помехоустойчивости кабеля.

Таблица 13.5. Назначение контактов разъема DVI

Номер контакта		Назначение
		Нулевой (данные 2)
	TMDS Data2/4 Shield	Экран (данные 2/4)
		Нулевой(данные 4)
		Сигнал SCL шины ACCESS.Bus
		Сигнал SDA шины ACCESS.Bus
	Analog Vertical Sync	Кадровые синхроимпульсы
		Нулевой(данные 1)
	TMDS Data 1/3 Shield	Экран (данные 1/3)
		Нулевой (данные 2)
		Питание +5 В
	Ground (for +5V)	Земля питания
		Идентификация "горячего подключения"
		Нулевой (данные 0)

Таблица 13.5 (окончание)

Номер контакта		Назначение
Гоуппа контактов для передачи цифровых сигналов
	TMDS DataO/5 Shield	Экран (данные 0/5)
		Нулевой (данные 5)
	TMDS Clock Shield	Экран (тактовый сигнал)
		Тактовый сигнал
		Нулевой (тактовый сигнал)
Гоуппа контактов для передачи аналоговых сигналов
	Analog Red Video Out
	Analog Green Video Out
	Analog Blue Video Out
	Analog Horizontal Sync	Строчные синхроимпульсы
	Analog Common Ground Return	Общая аналоговая земля

Хотя стандартом DV1 и не предусмотрено дальнейшее подразделение разъемов, в зависимости от количества используемых TMDS-каналов и назначения кабеля вы можете встретить 6 (3 DV1-D и 3 для DV1-1) различных модификаций разъема DV1. Различаются они только количеством контактов - видимо, производители экономят на железе. Хотя, с другой стороны, по разъему можно точно определить, для передачи каких сигналов он предназначен. Все возможные варианты приведены в табл. 13.6.

Частотные характеристики Отметим еще одну особенность стандарта. ЭЛТ-мониторы более требовательны к полосе пропускания видеоинтерфейса по сравнения с ЖК-мониторами. Во-первых, частота обновления у них должна быть выше для снижения эффекта мерцания экрана (75-85 Гц против 60 Гц для ЖК-мониторов), во-вторых, необходимо дополнительное время (интервал гашения) на обратный ход электронного луча. Так вот никакого фиксированного интервала гашения стандарт DV1 не предусматривает (этот интервал зависит от характеристик монитора).

Минимальная частота TMDS-интерфейса составляет 25,175 МГц, это связано с наименьшим допустимым разрешением, оговоренным спецификацией- VGA (640D480/65 Гц - разрешение при начальной загрузке по умолчанию). Более низкие разрешения невозможны. При работе TMDS-интерфейса на частоте ниже 22,5 МГц в течение одной секунды соединение считается разорванным.

Реализация технологии Plag&Play

При начальной загрузке видеоадаптер предполагает наличие VGA-совместимого монитора, т. е. любой DVI-монитор должен поддерживать разрешение 640D480 при частоте обновления 60 Гц. Затем BIOS и операционная система через интерфейс DDC опрашивают монитор на предмет поддерживаемых разрешений. Окончательное разрешение зависит от настроек пользователя, выбираемых из списка разрешений, одновременно поддерживаемых видеоадаптером и монитором. При горячем включении работает специальный механизм HPD (Hot Plug Detection): видеоадаптер через интерфейс DDC выясняет тип монитора, и если он цифровой, включает канал TMDS. В противном случае работа DVI-монитора ничем не отличается от работы через традиционный VGA-интерфейс.

Масштабирование Все заботы, связанные с масштабированием, стандарт возлагает на монитор. Причем если монитор поддерживает масштабирование какого-то низкого разрешения, то он должен поддерживать и масштабирование всех стандартных разрешений между этим разрешением и своим "родным". При отсутствии возможности масштабирования монитор все-таки должен правильно отображать изображение с более низким разрешением (в окне).

Г амма-коррекция Как известно, электронные пушки ЭЛТ имеют нелинейную передаточную характеристику и для отображения неискаженного изображения требуют -коррекции (гамма-коррекции). Для ЭЛТ-монитора необходимое значение - составляет величину около 2,2. Спецификация DV1 рекомендует поддержку этого значения цифровыми мониторами всех типов до тех пор, пока в этой области не появится единый стандарт. Таким образом, коррекция также перекладывается на монитор, если он не является ЭЛТ-монитором.

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Подобные документы

Строение жидкокристаллического монитора. Нематические жидкокристаллические субстанции. Рассеивание светового потока. Проблема TN матриц. Горизонтальные углы обзора матриц. Улучшенные матрицы S-IPS и SA-SFT. Технология Multi-Domain Vertical Alignment.

презентация , добавлен 04.09.2012


Классификация и отличительные особенности мониторов, размер рабочей области экрана, частота вертикальной и горизонтальной развертки. Типы подключения монитора к компьютеру, средства управления и регулирования. Перспективы развития и применения мониторов.

контрольная работа , добавлен 23.06.2010


Обзор конструкции и особенностей создания изображения в ЭЛТ мониторах. Состав теневой маски кинескопа. Классификация современных плоских мониторов. Способы антибликовой защиты экрана. Описания жидкокристаллических мониторов: цветопередачи, контрастности.

презентация , добавлен 10.08.2013


Характеристика монитора - устройства для вывода на экран текстовой и графической информации, его основные параметры, принцип работы. Схема электронно-лучевой трубки. Мониторы с теневой маской. Особенности и преимущества жидкокристаллических мониторов.

презентация , добавлен 10.08.2013


Описание основных характеристик жидкокристаллического монитора на примере Samsung SyncMaster 206BW. Анализ основных причин неполадок жидкокристаллических мониторов, алгоритмы поиска неисправностей и способы их решения. Способы проведения диагностики.

курсовая работа , добавлен 29.04.2014


История развития дисплеев. Основные принципы работы СRT-мониторов, LCD-мониторов. Различные виды сенсорных экранов и современные типы мониторов. Сравнение характеристик мониторов LCD над CRT. Сенсорные экраны на поверхностно-акустических волнах.

реферат , добавлен 15.06.2016


Классификация мониторов по виду выводимой информации, размерности отображения, типу экрана, типу интерфейсного кабеля. Физические характеристики мониторов. Процентное изменение полезной площади экрана разных типоразмеров. Антибликовая обработка экрана.

реферат , добавлен 18.01.2012


Характеристика разных типов мониторов, которые являются неотъемлемой частью компьютерного оборудования, различаются по типичным значениям видимого размера диагонали и площади экрана. Потребляемая мощность и допустимые углы обзора разных видов мониторов.

контрольная работа , добавлен 05.01.2011

Московский Государственный Институт Электроники и Математики

(Технический университет)

Кафедра:

«Информационно-Коммуникационные Технологии»

Курсовая работа

«ЖК-мониторы: внутренняя организация, технологии, перспективы».

Выполнила:

Старухина Е.В.

Группа: С-35

Москва 2008 г
Содержание

1.Введение......................................................................................................................................... 3

2.Жидкие кристаллы......................................................................................................................... 3

2.1.Физические свойства жидких кристаллов.......................................................................... 3

2.2.История развития жидких кристаллов................................................................................. 4

3.Структура ЖК-монитора............................................................................................................... 4

3.1.Субпиксел цветного ЖК-дисплея........................................................................................ 5

3.2. Способы подсветки матриц.................................................................................................. 5

4.Технические характеристики ЖК-монитора............................................................................... 5

5.Актуальные технологии изготовления ЖК-матриц................................................................... 7

5.1.TN+film (Twisted Nematic + film).......................................................................................... 7

5.2.IPS (In-Plane Switching).......................................................................................................... 8

5.3.MVA (Multi-Domain Vertical Alignment)............................................................................... 9

6.Преимущества и недостатки......................................................................................................... 9

7.Перспективные технологии изготовления плоскопанельных монитров.............................. 10

8.Обзор рынка и критерии выбора ЖК-монитора....................................................................... 12

9.Заключение................................................................................................................................... 13

10.Список литературы.................................................................................................................... 14

Введение.

В настоящее время, большую часть рынка мониторов занимают ЖК-мониторы, представленные такими брендами, как Samsung, ASUS, NEC, Acer, Philips и т.д ЖК-технологии также применяются при изготовлении телевизионных панелей, дисплеев ноутбуков, мобильных телефонов, плееров, фотоаппаратов и т.п.. В силу своих физических свойств (рассмотрим их ниже), жидкие кристаллы позволяют создавать экраны, сочетающие в себе такие качества как высокая четкость изображения, экономичное энергопотребление, малая толщина дисплея, высокое разрешение, но при этом широкий диапазон диаганалей: от 0,44 дюйма/11 миллиметров (январь 2008, самый маленький экран от производителя микродисплеев Kopin), до 108 дюймов/2,74 метра (самая большая ЖК-панель, представлена 29 июня 2008 года компанией Sharp Microelectronics Europe). Также плюсом ЖК-мониторов является отсутствие вредного для здоровье излучения и мерцания, которое было проблемой ЭЛТ-мониторов.

Но все же ЖК-мониторы имеют ряд недостатков: наличие такой характеристики как время отклика, не всегда удовлетворительный угол обзора, недостаточно глубокий черный цвет и возможность дефектов матрицы (битые пиксели). Являются ли ЖК-панели достойными преемниками ЭЛТ-мониторов, и есть ли у них будущее, в виду активно развивающейся плазменной технологии? В этом вопросе нам предстоит разобраться, изучив физическую структуру ЖК-мониторов, их характеристики и сравнив их с аналогичными показателями конкурирующих технологий.

1. Жидкие кристаллы.

1.1. Физические свойства жидких кристаллов.

Жидкие кристаллы – это вещества, обладающие свойствами, присущими как жидкостям, так и кристаллам: текучестью и анизотропией. Структурно жидкие кристаллы являются желеобразными жидкостями. Молекулы имеют вытянутую форму и упорядочены во всем объеме. Наиболее характерным свойством ЖК является их способность изменять ориентацию молекул под воздействием электрических полей, что открывает широкие возможности для применения их в промышленности. По типу ЖК обычно разделяют на две большие группы: нематики и смектики. В свою очередь нематики подразделяются на собственно нематические и холестерические жидкие кристаллы.

Холестерические жидкие кристаллы - образуются, в основном, соединениями холестерина и других стероидов. Это нематические ЖК, но их длинные оси повернуты друг относительно друга так, что они образуют спирали, очень чувствительные к изменению температуры вследствие чрезвычайно малой энергии образования этой структуры (порядка 0,01 Дж/моль). Холестерики ярко окрашены и малейшее изменение температуры (до тысячных долей градуса) приводит к изменению шага спирали и, соответственно, изменению окраски ЖК.

У ЖК необычные оптические свойства. Нематики и смектики - оптически одноосные кристаллы. Холестерики вследствие периодического строения сильно отражают свет в видимой области спектра. Поскольку в нематиках и холестериках носителями свойств является жидкая фаза, то она легко деформируется под влиянием внешнего воздействия, а так как шаг спирали в холестериках очень чувствителен к температуре, то, следовательно, и отражение света резко меняется с температурой, приводя к изменению цвета вещества.

Эти явления широко используются в различных приложениях, например, для нахождения горячих точек в микроцепях, локализации переломов и опухолей у человека, визуализации изображения в инфракрасных лучах и др.

1.2. История развития жидких кристаллов.

Жидкие кристаллы были открыты австрийским ботаником Ф. Рейнитцером в 1888 году. Исследуя кристаллы холистерилбензоата и холестерилацетата, он обнаружил что вещества имеют 2 точки плавления и 2 разных жидких состояния – прозрачное и мутное. Однако свойства этих веществ, по началу, не привлекли внимания ученых. Более того, жидкие кристаллы рушили теорию о трех агрегатных состояниях вещества, поэтому физики и химики долгое время не признавали жидкие кристаллы в принципе. Профессор Страсбургскорского университета Отто Леманн в результате многолетних исследований предоставил доказательство, но даже после этого жидкие кристаллы не нашли применения.

В 1963 г. американец Дж. Фергюсон использовал важнейшее свойство жидких кристаллов - изменять цвет под воздействием температуры - для обнаружения не видимых простым глазом тепловых полей. После того как ему выдали патент на изобретение, интерес к жидким кристаллам резко возрос.

В 1965 г. в США собралась Первая международная конференция, посвящённая жидким кристаллам. В 1968 г. американские учёные создали принципиально новые индикаторы для систем отображения информации. Принцип их действия основан на том, что молекулы жидких кристаллов, поворачиваясь в электрическом поле, по-разному отражают и пропускают свет. Под воздействием напряжения, которое подавали на проводники, впаянные в экран, на нём возникало изображение, состоящее из микроскопических точек. И всё же только после 1973 г., когда группа английских химиков под руководством Джорджа Грея синтезировала жидкие кристаллы из относительно дешёвого и доступного сырья, эти вещества получили широкое распространение в разнообразных устройствах.

Впервые дисплеи на основе жидких кристаллах стали применяться при изготовлении ноутбуков в связи с их компактными размерами. На ранних этапах конечные продукты стоили очень дорого, а качество их при этом было весьма невысоким. Однако несколько лет назад появились первые полноценные ЖК-мониторы, стоимость которых оставалась также довольно высокой, но качество их заметно повысилось. И наконец-то сейчас рынок ЖК-мониторов развивается быстрыми темпами. Это связано с тем, что технологии развиваются очень активно и, кроме того, конкуренция среди производителей привела к заметному снижению цен на данный вид продукции.

2. Структура ЖК-монитора.

Жидкокристаллический монитор – это устройство, предназначенное для вывода графичесокой информации с компьютера, фотоаппарата и т.п.

Особенностью жидкокристаллических дисплеев является то, что жидкие кристаллы сами по себе свет не излучают. Каждый пиксель ЖК-монитора состоит из трех субпикселей основных цветов (красный, зеленый, синий). Проходящий через ячейки свет может быть естественным - отражённым от подложки (в ЖК-дисплеях без подсветки). Но чаще применяют искусственный источник света, кроме независимости от внешнего освещения это также стабилизирует свойства полученного изображения. Изображение формируется с помощью отдельных элементов, как правило, через систему развёртки. Таким образом полноценный ЖК-монитор состоит из электроники, обрабатывающей входной видеосигнал, ЖК-матрицы, модуля подсветки, блока питания и корпуса. Именно совокупность этих составляющих определяет свойства монитора в целом, хотя некоторые характеристики важнее других.

2.1. Субпиксел цветного ЖК-дисплея.

Каждый пиксел ЖК-дисплея состоит из слоя молекул между двумя прозрачными электродами, и двух поляризационных фильтров, плоскости поляризации которых (как правило) перпендикулярны. В отсутствие жидких кристаллов свет, пропускаемый первым фильтром, практически полностью блокируется вторым.

Поверхность электродов, контактирующая с жидкими кристаллами, специально обработана для изначальной ориентации молекул в одном направлении. В TN-матрице эти направления взаимно перпендикулярны, поэтому молекулы в отсутствие напряжения выстраиваются в винтовую структуру. Эта структура преломляет свет таким образом, что до второго фильтра плоскость его поляризации поворачивается, и через него свет проходит уже без потерь. Если не считать поглощения первым фильтром половины неполяризованного света - ячейку можно считать прозрачной. Если же к электродам приложено напряжение - молекулы стремятся выстроиться в направлении поля, что искажает винтовую структуру. При этом силы упругости противодействуют этому, и при отключении напряжения молекулы возвращаются в исходное положение. При достаточной величине поля практически все молекулы становятся параллельны, что приводит к непрозрачности структуры. Варьируя напряжение, можно управлять степенью прозрачности. Если постоянное напряжение приложено в течении долгого времени - жидкокристаллическая структура может деградировать из-за миграции ионов. Для решения этой проблемы применяется переменный ток, или изменение полярности поля при каждой адресации ячейки (непрозрачность структуры не зависит от полярности поля). Во всей матрице можно управлять каждой из ячеек индивидуально, но при увеличении их количества это становится трудновыполнимо, так как растёт число требуемых электродов. Поэтому практически везде применяется адресация по строкам и столбцам.

Основным элементом конструкции является сеть ячеек (1) , заполненных жидкими кристаллами, – веществом, молекулы которого могут менять пространственную ориентацию под воздействием электрического поля. Управляющая электроника (2) дисплея получает с видео входа (3) сигнал, в зависимости от которого на ячейку либо подается напряжение, либо нет. В зависимости от наличия/отсутствия напряжения жидкие кристаллы располагаются так, что поляризующая пленка (4) перестает пропускать свет ламп подсветки (5), распределенный специальной пленкой (6), или, наоборот, практически полностью его пропускает. Рисунок на экране образует «мозаика» из множества ячеек, закрытых на заданную величину .

Каждый пиксел состоит из трех субпикселов, снабженных светофильтрами базовых цветов – красного, зеленого и синего, – благодаря этому становится возможным вывод цветных изображений. В матрицах типа TN+Film применяется пленка, увеличивающая максимальные углы обзора (7).

Основные характеристики монитора

Прежде чем идти в магазин за новым дисплеем, надо определить, по каким критериям его оценивать. Понятие «качественное изображение» складывается из нескольких объективных параметров, понимание сущности и важности которых необходимо для осознанного выбора. Малую часть из них можно почерпнуть из паспортных данных устройства, некоторые характеристики пользователь может оценить самостоятельно, но самые важные параметры можно измерить только с помощью специального оборудования – в этом лучше полагаться на тесты мониторов.

1.Размер экрана . Самая понятная характеристика монитора. На сегодняшний день модели с диагональю 20–22 дюйма являются универсальными для домашнего использования. Более крупные мониторы хорошо подходят для просмотра видео, но работать будет не очень удобно. Покупка моделей меньшего размера для большинства пользователей попросту лишена смысла: даже большинство 24-дюймовых мониторов сейчас можно приобрести по цене до 10 тыс. руб.

2. Соотношение сторон . Стандартной пропорцией экрана для современных мониторов является 16:10. Дисплеи формата 4:3 уже практически вымерли. При этом появились первые модели мониторов с весьма спорным соотношением сторон 16:9. Разрешение на их экранах соответствует формату High Definition. К примеру, классический широкоформатный монитор с диагональю 24 дюйма имеет разрешение 1920х1200 точек, а «новомодный» – 1920х1080 и, соответственно, высота его экрана меньше на 120 точек. Единственное, что оправдывает эту потерю, – возможность смотреть фильмы в HD без горизонтальных черных полос по краям.

3. Зерно . Мониторы, по размеру экрана принадлежащие к смежным категориям, нередко имеют одинаковое разрешение (например, у 20- и 22-дюймовых дисплеев штатно – 1680х1050 точек). В таких случаях единственное преимущество, которое имеет более крупная модель, – более крупная картинка. Размер изображения в пикселах у большего дисплея не превышает размер у меньшего, более того – на мониторе с большей диагональю в этом случае картинка будет менее четкой изза большего размера пиксела (который и называется зерном).

Внимание! Ноутбучные экраны отличаются большим разнообразием комбинаций размера экрана и разрешения. В продаже можно найти модели с одинаковой диагональю дисплея, при этом количество пикселов на них будет различаться раза в полтора. В этом случае до покупки устройства необходимо посмотреть оба варианта «вживую», иначе вполне вероятно, что картинка на экране приобретенного ноутбука будет казаться недостаточно четкой, либо вам придется «ломать глаза», работая с мелкими элементами интерфейса при повышенном разрешении.

4 Яркость . Этот параметр измеряется в канделах на квадратный метр (кд/кв. м). Для комфортной работы с текстовыми документами и веб-серфинга яркость монитора не должна быть менее 80 кд/кв. м., а для игр и просмотра фильмов можно дать только одну рекомендацию: чем выше яркость, тем лучше. Вопреки возможным опасениям, монитор с «избыточной» яркостью не повредит глаза, так как ее можно понизить, а вот повысить яркость сверх максимума в случае, если монитор «ослепнет» в яркий солнечный день, уже не получится. Яркость монитора всегда указывают в его техническом описании, и этим данным можно верить – в большинстве случаев они недалеки от реальности.

5. Контрастность . Определяется как отношение яркости белого цвета на экране к яркости черного (см. следующий параметр) и записывается как пропорция (например, 500:1). Высокая контрастность делает изображение более «осязаемым» и «живым», поэтому ее значение трудно переоценить. Для современного жидкокристаллического дисплея нормой является контрастность в районе 400–500:1, у более «серьезных» моделей этот параметр может доходить до 700:1 и даже выше. Минимальный рекомендуемый уровень контрастности для домашнего монитора – 300:1. В отличие от яркости контрастность монитора, указанная производителем, не всегда соответствует действительности.

6. Глубина черного цвета . Жидкокристаллическая матрица не излучает собственного света и, независимо от того, черный или белый цвет отображает, подсвечивается лампами постоянной яркости. Недостаток такого подхода заключается в том, что закрытые пикселы не полностью задерживают свет и некоторая его доля попадает наружу, превращая черный цвет в темно-серый. При ярком дневном свете этот недостаток может быть не заметен, но он способен подпортить удовольствие от ночного просмотра фильма или компьютерной игры. Производители мониторов не указывают конкретные данные об обеспечиваемой их продуктами глубине черного цвета. Но для того чтобы сравнить разные дисплеи, этот параметр можно вычислить самостоятельно, зная яркость и контрастность устройств: просто поделите первое значение на второе. Например, у дисплея с яркостью 200 кд/кв. м. и контрастностью 400:1 яркость черного цвета (или, как говорят, черной точки) составит 0,5 кд/кв. м – это довольно много для современного дисплея. А у модели с той же яркостью и контрастностью, равной 800:1, черные пикселы будут «светить» с яркостью 0,25 кд/кв. м – очень хороший результат.

7. Время отклика . Промежуток, необходимый для того, чтобы ячейка ЖК-матрицы изменила свою яркость от одного заданного значения до другого. Время отклика составляет от нескольких единиц до десятков миллисекунд. При большом времени отклика быстро движущиеся объекты на экране оказываются смазанными, что совершенно некритично для работы с текстом или статичной графикой, но сильно портит удовольствие от динамичной игры или фильма. Чтобы избежать этого, время отклика дисплея не должно превышать 8 мс, а свести эффект «замыливания» к минимуму могут 4-миллисекундные экраны.

Не стоит верить значению времени отклика, которое указывает производитель в описании монитора. Дело не в том, что фирма может предоставить заведомо ложные сведения (такое случается крайне редко), а в различии методик измерения этого параметра.

Традиционно замеряется время перехода пиксела от 10-процентной к 90-процентной яркости, при этом соответствующие данные маркируются как BtW (Black to White – от черного к белому). Но эта методика не объективна: столь резкий переход яркости ячейка матрицы преодолевает с максимальной скоростью, а наиболее часто возникающая реальная ситуация, в которой он имеет место, – это работа с текстом – здесь инертность дисплея не играет большой роли. Напротив, в изображениях, чувствительных к времени отклика (фильмы, игры), как правило, преобладают небольшие изменения яркости. А они занимают гораздо больше времени. Для моделирования этих ситуаций используется методика GtG (Grey to Grey – от серого к серому), результат которой определяется как среднее арифметическое времени перехода пиксела между несколькими градациями серого. Данные, полученные таким образом, разумеется, гораздо ближе к реальности. Но какую именно методику применил производитель монитора для получения паспортных данных, чаще всего не сообщается. Поэтому лучше положиться на результаты объективных тестов, проведенных специалистами, и, разумеется, при покупке монитора проверить «на глаз», не размывается ли изображение на экране при перемещении окон и воспроизведении динамичного видео.

8. Углы обзора . Одним из недостатков жидкокристаллических дисплеев является ухудшение изображения при взгляде на экран под острым углом: падает контрастность и снижается точность передачи цветов. Малые углы обзора делают невозможным комфортный просмотр изображения на мониторе одновременно несколькими людьми, да и для одного пользователя могут создавать проблемы: на экранах с большой диагональю картинка по краям дисплея всегда наблюдается под некоторым углом. Хорошее значение углов обзора, позволяющее пользоваться монитором без особых ограничений, – 160 градусов по вертикали и столько же по горизонтали.

Если внимательно изучить технические характеристики современных мониторов, то окажется, что почти все из них вписываются в этот стандарт. Однако в данном случае используется тот же трюк, что и с методиками измерения. Изначально максимальные углы обзора регистрировались на таком уровне, когда контрастность изображения падала до 10:1. Но некоторые производители используют более «либеральную» методику, позволяющую контрастности опускаться до 5:1. Кроме того, измерение контрастности не позволяет оценить искажение цветопередачи при изменении угла зрения, а оно в большинстве случаев выражено гораздо сильнее. Поэтому данные об углах обзора, которые указывают разработчики, полностью лишены практического смысла. Необходимо либо оценивать углы обзора «на глазок» – при самостоятельном осмотре дисплея, либо руководствоваться профессиональными тестами.

9. Цветовой охват . Представляет собой диапазон цветов, которые может воспроизвести монитор. Обычно производитель не дает таких данных, но их можно почерпнуть из тестов. Количество оттенков, которые способен воспроизводить монитор, измеряется в процентах от какого-либо цветового пространства, как правило – sRGB. Большинство современных дисплеев способны воспроизвести 105–110% цветового охвата sRGB, и этого вполне достаточно. Только пользователям, профессионально работающим с графикой, имеет смысл ориентироваться на стандарт AdobeRGB, который предполагает передачу более насыщенных оттенков. У лучших моделей мониторов цветовой охват приближается к границам AdobeRGB или даже превышает их. Но имейте в виду: для корректного отображения графики стандарта sRGB на таком мониторе нужно использовать программы, поддерживающие управление цветом. Не все приложения обладают такой возможностью, поэтому пользователь периодически будет сталкиваться с искажениями цветов.

10. Точность цветопередачи . Это наиболее важный параметр дисплея для всех задач, связанных с обработкой фотографий и цветной компьютерной графики. В технической документации на мониторы она не указывается, оценить точность передачи цветов субъективно под силу только профессионалам, и то вооруженным специализированным оборудованием, поэтому единственным источником достоверной информации являются опять-таки тесты мониторов. В них могут фигурировать два основных показателя: ΔE и график гамма-кривых.

Параметр ΔE показывает среднее арифметическое отклонения всех цветов от эталона. Нормальная для большинства пользователей цветопередача будет при ΔЕ меньше 5, профессионалам необходимы мониторы с ΔЕ в пределах от 0 до 1,5.

Однако ΔЕ не является универсальным показателем: она характеризует цветопередачу с позиции стандарта sRGB, поэтому не пригодна для оценки мониторов с расширенным цветовым охватом. Более информативны графики гамма-кривых: функции, отображающие зависимость яркости пиксела от уровня сигнала на видеовходе, рассчитанные отдельно для красного, синего и зеленого цветов. По расхождению этих линий можно определить силу искажений цветопередачи, а также условия, при которых они появляются. К примеру, если кривые примерно совпадают по всей длине, кроме верхнего участка, то цвета будут нарушены только в светлых областях изображения. Форма гамма-кривых позволяет судить о контрастности картинки и характеризуется определенным числом. В идеале линии должны быть плавно «провалены». Это соответствует гамме 2,2 для «персоналок» и 1,8 для компьютеров Apple Mac. Если кривые опущены сильнее («гамма-число» превышает 2,2), то изображение будет слишком темным, неяркие оттенки сольются друг с другом. Если же измеренные кривые проходят выше идеальных, картинка на экране окажется белесой и «невыразительной».

11. Равномерность подсветки . Так же как и недостаточная глубина черного цвета, неравномерная подсветка матрицы будет хорошо заметна при работе в темноте. При выборе монитора в магазине вам вряд ли позволят выключить свет, поэтому опять-таки придется изучать результаты тестов. В большинстве случаев специалисты указывают среднее значение отклонения яркости подсветки различных участков экрана от усредненной яркости матрицы либо яркости в центре изображения. В лучшем случае этот показатель не должен превышать 5–10%, отклонение в пределах 10–15% является приемлемым. Если же значение больше, перепады яркости на экране будут создавать большие неудобства. Имейте в виду, что дисплеи, не отличающиеся достаточной глубиной черного цвета, входят в «группу риска» в отношении неравномерности подсветки.

Изображение формируется с помощью отдельных элементов, как правило, через систему развёртки. Простые приборы (электронные часы , телефоны, плееры , термометры и пр.) могут иметь монохромный или 2-5 цветный дисплей . Многоцветное изображение формируется с помощью 2008) в большинстве настольных мониторов на основе TN- (и некоторых *VA) матриц, а также во всех дисплеях ноутбуков используются матрицы с 18-битным цветом (6 бит на канал), 24-битность эмулируется мерцанием с дизерингом .

Устройство ЖК-монитора

Субпиксел цветного ЖК-дисплея

Каждый пиксел ЖК-дисплея состоит из слоя молекул между двумя прозрачными электродами , и двух поляризационных фильтров , плоскости поляризации которых (как правило) перпендикулярны. В отсутствие жидких кристаллов свет, пропускаемый первым фильтром, практически полностью блокируется вторым.

Поверхность электродов, контактирующая с жидкими кристаллами, специально обработана для изначальной ориентации молекул в одном направлении. В TN-матрице эти направления взаимно перпендикулярны , поэтому молекулы в отсутствие напряжения выстраиваются в винтовую структуру. Эта структура преломляет свет таким образом, что до второго фильтра плоскость его поляризации поворачивается, и через него свет проходит уже без потерь. Если не считать поглощения первым фильтром половины неполяризованного света - ячейку можно считать прозрачной. Если же к электродам приложено напряжение - молекулы стремятся выстроиться в направлении поля , что искажает винтовую структуру. При этом силы упругости противодействуют этому, и при отключении напряжения молекулы возвращаются в исходное положение. При достаточной величине поля практически все молекулы становятся параллельны, что приводит к непрозрачности структуры. Варьируя напряжение , можно управлять степенью прозрачности. Если постоянное напряжение приложено в течении долгого времени - жидкокристаллическая структура может деградировать из-за миграции ионов. Для решения этой проблемы применяется переменный ток , или изменение полярности поля при каждой адресации ячейки (непрозрачность структуры не зависит от полярности поля). Во всей матрице можно управлять каждой из ячеек индивидуально, но при увеличении их количества это становится трудновыполнимо, так как растёт число требуемых электродов. Поэтому практически везде применяется адресация по строкам и столбцам. Проходящий через ячейки свет может быть естественным - отражённым от подложки(в ЖК-дисплеях без подсветки). Но чаще применяют , кроме независимости от внешнего освещения это также стабилизирует свойства полученного изображения. Таким образом полноценный ЖК-монитор состоит из электроники, обрабатывающей входной видеосигнал, ЖК-матрицы, модуля подсветки, блока питания и корпуса. Именно совокупность этих составляющих определяет свойства монитора в целом, хотя некоторые характеристики важнее других.

Технические характеристики ЖК-монитора

Важнейшие характеристики ЖК-мониторов:

• Разрешение : Горизонтальный и вертикальный размеры, выраженные в пикселах . В отличие от ЭЛТ-мониторов, ЖК имеют одно, «родное», физическое разрешение, остальные достигаются интерполяцией .

Фрагмент матрицы ЖК монитора (0,78х0,78 мм), увеличеный в 46 раз.

• Размер точки: расстояние между центрами соседних пикселов. Непосредственно связан с физическим разрешением.

• Соотношение сторон экрана (формат): Отношение ширины к высоте, например: 5:4, 4:3, 5:3, 8:5, 16:9, 16:10.

• Видимая диагональ: размер самой панели, измеренный по диагонали. Площадь дисплеев зависит также от формата: монитор с форматом 4:3 имеет большую площадь, чем с форматом 16:9 при одинаковой диагонали.

• Контрастность : отношение яркостей самой светлой и самой тёмной точек. В некоторых мониторах используется адаптивный уровень подсветки с использованием дополнительных ламп, приведенная для них цифра контрастности (так называемая динамическая) не относится к статическому изображению.

• Яркость : количество света, излучаемое дисплеем, обычно измеряется в канделах на квадратный метр.

• Время отклика : минимальное время, необходимое пикселу для изменения своей яркости. Методы измерения неоднозначны.

• Угол обзора: угол, при котором падение контраста достигает заданного, для разных типов матриц и разными производителями вычисляется по-разному, и часто не подлежит сравнению.

• Тип матрицы: технология, по которой изготовлен ЖК-дисплей.

• Входы: (напр, DVI , HDMI и пр.).

Технологии

Часы с ЖКИ-дисплеем

Жидкокристаллические мониторы были разработаны в 1963 году в исследовательском центре Давида Сарнова (David Sarnoff) компании RCA, Принстон, штат Нью-Джерси.

Основные технологии при изготовлении ЖК дисплеев: TN+film, IPS и MVA. Различаются эти технологии геометрией поверхностей, полимера, управляющей пластины и фронтального электрода . Большое значение имеют чистота и тип полимера со свойствами жидких кристаллов, примененный в конкретных разработках.

Время отклика ЖК мониторов, сконструированных по технологии SXRD (англ. Silicon X-tal Reflective Display - кремниевая отражающая жидкокристаллическая матрица), уменьшено до 5 мс. Компании Sony, Sharp и Philips совместно разработали технологию PALC (англ. Plasma Addressed Liquid Crystal - плазменное управление жидкими кристаллами), которая соединила в себе преимущества LCD (яркость и сочность цветов, контрастность) и плазменных панелей (большие углы видимости по горизонту, H, и вертикали, V, высокую скорость обновления). В качестве регулятора яркости в этих дисплеях используются газоразрядные плазменные ячейки, а для цветовой фильтрации применяется ЖК-матрица. Технология PALC позволяет адресовать каждый пиксель дисплея по отдельности, а это означает непревзойденную управляемость и качество изображения.

TN+film (Twisted Nematic + film)

Часть «film» в названии технологии означает дополнительный слой, применяемый для увеличения угла обзора (ориентировочно - от 90° до 150°). В настоящее время приставку «film» часто опускают, называя такие матрицы просто TN. К сожалению, способа улучшения контрастности и времени отклика для панелей TN пока не нашли, причём время отклика у данного типа матриц является на настоящий момент одним из лучших, а вот уровень контрастности - нет.

TN + film - самая простая технология.

Матрица TN + film работает следующим образом: если к субпикселам не прилагается напряжение, жидкие кристаллы (и поляризованный свет, который они пропускают) поворачиваются друг относительно друга на 90° в горизонтальной плоскости в пространстве между двумя пластинами. И так как направление поляризации фильтра на второй пластине составляет угол в 90° с направлением поляризации фильтра на первой пластине, свет проходит через него. Если красные, зеленые и синие субпиксели полностью освещены, на экране образуется белая точка.

К достоинствам технологии можно отнести самое маленькое время отклика среди современных матриц, а также невысокую себестоимость.

IPS (In-Plane Switching)

Технология In-Plane Switching была разработана компаниями Hitachi и NEC и предназначалась для избавления от недостатков TN + film. Однако, хотя с помощью IPS удалось добиться увеличения угла обзора до 170°, а также высокой контрастности и цветопередачи, время отклика осталось на низком уровне.

На настоящий момент матрицы, изготовленные по технологии IPS единственные из ЖК-мониторов, всегда передающие полную глубину цвета RGB - 24 бита, по 8 бит на канал. TN-матрицы почти всегда имеют 6-бит, как и часть MVA.

Если к матрице IPS не приложено напряжение, молекулы жидких кристаллов не поворачиваются. Второй фильтр всегда повернут перпендикулярно первому, и свет через него не проходит. Поэтому отображение черного цвета близко к идеалу. При выходе из строя транзистора «битый» пиксель для панели IPS будет не белым, как для матрицы TN, а черным.

При приложении напряжения молекулы жидких кристаллов поворачиваются перпендикулярно своему начальному положению и пропускают свет.

IPS в настоящее время вытеснено технологией S-IPS (Super-IPS, Hitachi год), которая наследует все преимущества технологии IPS с одновременным уменьшением времени отклика . Но, несмотря на то, что цветность S-IPS панелей приблизилась к обычным мониторам CRT , контрастность все равно остаётся слабым местом. S-IPS активно используется в панелях размером от 20", LG.Philips , NEC остаются единственными производителями панелей по данной технологии.

AS-IPS - технология Advanced Super IPS (Расширенная Супер-IPS), также была разработана корпорацией Hitachi в году. В основном улучшения касались уровня контрастности обычных панелей S-IPS, приблизив его к контрастности S-PVA панелей. AS-IPS также используется в качестве названия для мониторов корпорации LG.Philips.

A-TW-IPS - Advanced True White IPS (Расширенная IPS с настоящим белым), разработано LG.Philips для корпорации году. Усиленная мощность электрического поля позволила добиться ещё больших углов обзора и яркости, а также уменьшить межпиксельное расстояние. Дисплеи на основе AFFS в основном применяются в планшетных ПК , на матрицах производства Hitachi Displays.

*VA (Vertical Alignment)

MVA - Multi-domain Vertical Alignment. Эта технология разработана компанией Fujitsu как компромисс между TN и IPS технологиями. Горизонтальные и вертикальные углы обзора для матриц MVA составляют 160°(на современных моделях мониторов до 176-178 градусов), при этом благодаря использованию технологий ускорения (RTC) эти матрицы не сильно отстают от TN+Film по времени отклика, но значительно превышают характеристики последних по глубине цветов и точности их воспроизведения.

MVA стала наследницей технологии VA, представленной в 1996 году компанией Fujitsu. Жидкие кристаллы матрицы VA при выключенном напряжении выровнены перпендикулярно по отношению ко второму фильтру, то есть не пропускают свет. При приложении напряжения кристаллы поворачиваются на 90°, и на экране появляется светлая точка. Как и в IPS-матрицах, пиксели при отсутствии напряжения не пропускают свет, поэтому при выходе из строя видны как чёрные точки.

Достоинствами технологии MVA являются глубокий черный цвет и отсутствие, как винтовой структуры кристаллов, так и двойного магнитного поля.

Недостатки MVA в сравнении с S-IPS: пропадание деталей в тенях при перпендикулярном взгляде, зависимость цветового баланса изображения от угла зрения, большее время отклика.

Аналогами MVA являются технологии:

• PVA (Patterned Vertical Alignment ) от Samsung.
• Super PVA от Samsung.
• Super MVA от CMO.

Матрицы MVA/PVA считаются компромиссом между TN и IPS, как по стоимости, так и по потребительским качествам.

Преимущества и недостатки

Искажение изображения на ЖК-мониторе при большом угле обзора

Макрофотография типичной жк-матрицы. В центре можно увидеть два дефектных субпикселя (зелёный и синий).

В настоящее время ЖК-мониторы являются основным, бурно развивающимся направлением в технологии мониторов. К их преимуществам можно отнести: малый размер и вес в сравнении с ЭЛТ . У ЖК-мониторов, в отличие от ЭЛТ , нет видимого мерцания, дефектов фокусировки и сведения лучей, помех от магнитных полей, проблем с геометрией изображения и четкостью. Энергопотребление ЖК-мониторов в 2-4 раза меньше, чем у ЭЛТ и плазменных экранов сравнимых размеров. Энергопотребление ЖК мониторов на 95 % определяется мощностью ламп подсветки или светодиодной матрицы подсветки (англ. backlight - задний свет) ЖК-матрицы. Во многих современных (2007) мониторах для настройки пользователем яркости свечения экрана используется широтно-импульсная модуляция ламп подсветки частотой от 150 до 400 и более Герц . Светодиодная подсветка в основном используется в небольших дисплеях, хотя в последние годы она все шире применяется в ноутбуках и даже в настольных мониторах. Несмотря на технические трудности её реализации, она имеет и очевидные преимущества перед флуоресцентными лампами, например более широкий спектр излучения, а значит, и цветовой охват.

С другой стороны, ЖК-мониторы имеют и некоторые недостатки, часто принципиально трудноустранимые, например:

• В отличие от ЭЛТ, могут отображать чёткое изображение лишь в одном («штатном») разрешении. Остальные достигаются интерполяцией с потерей чёткости. Причем слишком низкие разрешения (например 320x200) вообще не могут быть отображены на многих мониторах.
• Цветовой охват и точность цветопередачи ниже, чем у плазменных панелей и ЭЛТ соответственно. На многих мониторах есть неустранимая неравномерность передачи яркости (полосы в градиентах).
• Многие из ЖК-мониторов имеют сравнительно малый контраст и глубину чёрного цвета. Повышение фактического контраста часто связано с простым усилением яркости подсветки, вплоть до некомфортных значений. Широко применяемое глянцевое покрытие матрицы влияет лишь на субъективную контрастность в условиях внешнего освещения.
• Из-за жёстких требований к постоянной толщине матриц существует проблема неравномерности однородного цвета (неравномерность подсветки).
• Фактическая скорость смены изображения также остаётся ниже, чем у ЭЛТ и плазменных дисплеев . Технология overdrive решает проблему скорости лишь частично.
• Зависимость контраста от угла обзора до сих пор остаётся существенным минусом технологии.
• Массово производимые ЖК-мониторы более уязвимы, чем ЭЛТ. Особенно чувствительна матрица, незащищённая стеклом. При сильном нажатии возможна необратимая деградация. Также существует проблема дефектных пикселей .
• Вопреки расхожему мнению пикселы ЖК-мониторов деградируют, хотя скорость деградации наименьшая из всех технологий отображения.

Перспективной технологией, которая может заменить ЖК-мониторы, часто считают OLED -дисплеи. С другой стороны, эта технология встретила сложности в массовом производстве, особенно для матриц с большой диагональю.

См. также

• Видимая область экрана
• Антибликовое покрытие
• en:Backlight

Ссылки

• Информация о флюоресцентных лампах, используемых для подсветки ЖК-матрицы
• Жидкокристаллические дисплеи (технологии TN + film, IPS, MVA, PVA)

Литература

• Артамонов О. Параметры современных ЖК-мониторов
• Мухин И. А. Как выбрать ЖК-монитор? . «Компьютер-бизнес-маркет», № 4 (292), январь 2005, стр. 284-291.
• Мухин И. А. Развитие жидкокристаллических мониторов . «BROADCASTING Телевидение и радиовещение»: 1 часть - № 2(46) март 2005, с.55-56; 2 часть - № 4(48) июнь-июль 2005, с.71-73.
• Мухин И. А. Современные плоскопанельные отображающие устройства ."BROADCASTING Телевидение и радиовещение": № 1(37), январь-февраль 2004, с.43-47.
• Мухин И. А., Украинский О. В. Способы улучшения качества телевизионного изображения, воспроизводимого жидкокристаллическими панелями . Материалы доклада на научно-технической конференции «Современное телевидение», Москва, март 2006.