Содержание

Краткая история компьютерных дисплеев

Дисплеи: изменение точки зрения

Внимательно прочтите первый подзаголовок. Прочитали? А сделали вы это благодаря магии компьютерного дисплея, будь то ЖК (LCD), старенький электронно-лучевой (CRT) или светодиодный (LED). С самого начала цифровой эры пользователям понадобилось устройство, которое бы позволяло просматривать результаты работы с электронно-вычислительными машинами. Так появились первые дисплеи. За последние 70 лет технологии из производства изменились до неузнаваемости. Давайте совершим небольшой экскурс в историю и вспомним, как это было.

Мигающие индикаторы

Мы с вами, люди, живущие в начале 21 века, не помним, как выглядели первые ЭВМ. А были они огромными машинами, поначалу занимавшими целые комнаты, и в центре всех этих мигающих лампочек, индикаторов и кнопок восседал человек. Дисплеев по сути еще не было. Заменяли их крошечные лампочки, которые загорались и гасли, когда компьютер обрабатывал определенные инструкции.

Перфокарты

Среди самых первых ЭВМ существовали и такие, которые работали с перфокартами. Чтобы написать программу, оператор кодировал информацию в виде перфораций (отверстий) на бумажной карточке. Затем эта каточка помещалась в машину, которая ее «прочитывала» и выполняла программу.

Расшифровка бумажной ленты

В качестве альтернативы перфокартам многие в первых компьютерах использовались бумажные ленты, на которые также с помощью дырочек наносились программы. Оператор пропускал ленту через машину, которая воспринимала закодированную в перфорации информацию как инструкции.

Появление CRT-дисплеев

Интересно, что первые электронные лучевые трубки появились в компьютерах как форма памяти, а не как дисплей. Это было незадолго до того, как разработчики поняли, что ЭЛТ можно использовать и по-другому. Первые дисплеи, отображавшие только элементарную графику, появились от «скрещивания» радара и осциллографа ЭЛТ. Естественно, о цвете или отображении текста пока речь не шла.

Телетайп как монитор

До изобретения компьютера люди использовали для общения телетайпы, которые были изобретены еще в 1902 году. Телетайп – это электрическая пишущая машинка, которая связывается с другими телетайпами по проводам (позже с помощью радио-сигнала), используя специальный код. К 1950 году инженеры научились подключать телетайпы напрямую к компьютерам, используя их в качестве устройств отображения. До середины 70-х гг. прошлого века такой союз телетайпа и компьютера оставался самым дешевым способом взаимодействия.

«Стеклянный телетайп»

В начале 1960-х компьютерные инженеры поняли, что можно использовать ЭЛТ как виртуальную бумагу в виртуальном телетайпе (отсюда и появился термин «стеклянный телетайп», первое название экранного терминала). Такой способ взаимодействия с компьютером оказался быстрее и гибче, чем работа с бумагой, а потому к середине 70-х подобные устройства стали доминирующими. «Стеклянный телетайп» подключался к компьютеру через кабель, по которому передавался код только для текстовых символов, без графики. А к началу 80-х подобные устройства научились отображать несколько цветов.

Композитный видеовыход

Телетайпы (даже те, которые работали с бумагой) в 1974 году стоили целое состояние и, естественно, были не по карману простым смертным. В поисках более дешевых альтернатив, три человека – Дон Ланкастер, Ли Фельзенштейн и Стив Возняк – задали себе простой вопрос: а почему бы ни построить дешевые экранные терминалы, используя экраны телевизоров в качестве дисплея? И в 1976 году появились первые видеотерминалы для компьютеров с композитным видеовыходом, что позволило наладить заводское производство компьютеров. Кстати, в число первых компаний, сделавших ставку на подобные устройства, входила Apple.

Более сложные мониторы

К концу 80-х компьютерная революция была в самом разгаре. Производители ПК – компании Apple, Commodore, Radio Shack, TI – начали выпускать не просто мониторы, но даже трудились над их дизайном. Можно было купить не только монохромные, но и цветные устройства. Что было, разумеется, особым шиком.

Дисплеи в каждом доме

С изобретением видеовыхода появилась возможность использовать обычные телевизоры в качестве дисплея для ПК. Предприимчивые бизнесмены начали производить RF-модуляторы, которые преобразовывали композитный видеосигнал в сигнал, понятный для телевизора. Однако пропускная способность подобного выхода была ограничена, а потому «серьезные» компьютерщики приобретали только специальные мониторы.

Ранние плазменные дисплеи

В 1960-х гг. появилась технология, конкурирующая с электронно-лучевой – плазменная. Ученые выяснили, что используя заряженный газ между двумя стеклянными пластинками, можно получить светящиеся картинки. Одним из первых компьютерных устройств, в котором была применена разработанная технология, стал дисплей PLATO IV terminal. Чуть позже такие компании как IBM и GRiD начали экспериментировать с относительно тонкими и легкими дисплеями для портативных компьютеров.

Ранние ЖК-дисплеи

Еще один вариант технологии для создания дисплея – жидкокристаллическая – появилась также в 60-е гг. прошлого столетия, дебютировав в карманных калькуляторах и наручных часах. В первых портативных моделях компьютеров 80-х использовались именно ЖК-мониторы, отличавшиеся чрезвычайно низким энергопотреблением, легкостью и тонкостью. Но при этом они были монохромными, с низкой контрастностью, требовали отдельной подсветки или прямого освещения со стороны пользователя. В противном случае на них ничего нельзя было прочесть.

Первые цветные дисплеи

В 1981 году компания IBM начала поставлять монохромные дисплеи с видеоадаптером (MDA), которые принесли компьютерам резкость цветов. Для цветной графики в IBM разработали адаптер CGA, который подключался к композитному видеомонитору или дисплею со специальным соединением RGB (модель IBM 5153). В 1984 году компания представила новый стандарт мониторов и адаптеров EGA , который принес более высокое разрешение, большее количество цветов и конечно же, новое качество видения. Долгое время у IBM не было достойных конкурентов.

Мониторы Macintosh

Первый Macintosh (1984 год) представлял собой 9-дюймовый монохромный монитор, который мог воспроизводить растровую графику в черных и белых цветах (без серого) с разрешением 512 на 342 пикселя. Через три года это уже были отличные мониторы, известные своей точной цветопередачей и высокой резкостью изображений.

RGB во спасение

RGB — аддитивная цветовая модель, позволяющая синтезировать миллионы цветов, вот что принесло дисплеям Macintosh и IBM настоящую популярность. RGB была введена в 1980-е годы в сериях Atari ST и Commodore Amiga. Вот когда пользовали почувствовали настоящий вкус общения с компьютером!

Важнейшее нововведение

По началу, для каждого вила адаптера – будь то MDA, CGA или EGA пользователям нужен был свой монитор. Для решения этой проблемы компанией NEC был изобретен монитор MultiSync, который динамически поддерживал ряд резолюций, сканируя частоты обновления в одной коробке. Эта возможность вскоре стала одним из стандартов индустрии. В 1987 году IBM представила стандарт видео VGA и первый VGA монитор для компьютеров PS/2 Model 50. Практически каждый аналоговый стандарт видео с тех пор имел встроенный разъем VGA.

ЖК-дисплеи в ноутбуках

Первое появление жидкокристаллических дисплеев не слишком порадовало публику. Они были монохромными, с медленными темпами обновления. Но на протяжении 80-х и 90-х годов ЖК-технология продолжает совершенствоваться, произведя настоящий бум в портативных компьютерах. Уже в середине 90-х годов прошлого века дисплеи отличались довольно высокой контрастностью, имели неплохой угол обзора, расширенные возможности цветопередачи, начали поставляться с подсветкой для работы ночью. И совсем скоро произойдет решающий прыжок ЖК-мониторов с портативных на настольные ПК.

Бежевая коробка эпохи

В середине 1990-х годов практически все мониторы были бежевыми – и для ПК, и для Маков. То была эпоха недорогих дисплеев VGA, которые могли обрабатывать огромный спектр разрешений. В этот момент производители начали экспериментировать с размерами мониторов, выпуская широчайший ассортимент. Так, диагональ могла быть от от 14 до 21 дюймов и выше, да и соотношение сторон могло быть весьма различным. Выпускались не только горизонтально, но и вертикально ориентированные модели.

Первые настольные ЖК-дисплеи

Первые настольные ЖК-дисплеи появились еще в далеких 80-х, но в незначительном количестве. Как правило, подобные мониторы стоили больших денег, а их производительность приводила пользователей в бешенство. Покупка такой игрушки была, скорее, понтами, чем разумной необходимостью. Все изменилось примерно в 1997 году, когда сразу несколько компаний вышли на рынок с усовершенствованными моделями ЖК-дисплеев. ViewSonic (слева), IBM (в центре) и Apple (справа) представили цветные ЖК-мониторы, которые по качеству и цене, наконец, смогли конкурировать с ЭЛТ-моделями. Были у них и заметные преимущества: подобные дисплеи занимали меньше места на рабочем столе, потребляли меньше электроэнергии, выделяя гораздо меньше тепла, чем электронно-лучевые. В общем, довольно скоро ЖК-дисплеи начали вытеснять технологию CRT.

Современные мониторы

Сегодня широкоформатный ЖК-монитор – стандарт для индустрии ПК. С тех пор, как продажи ЖК-дисплеев впервые превзошли реализацию ЭЛТ в 2007 году, их доля на рынке продолжает расти. В последнее время ЖК-мониторы стали настолько недорогими, что многие (особенно геймеры) начинают экспериментировать, устанавливая сразу несколько дисплеев. Последние рыночные тенденции диктуют производителям работу с 3D-технологией. Так что в этом году мы уже смогли насладиться трехмерной картинкой через специальные очки.

Границы между телевизорами и компьютерными мониторами начинают размываться, как это было в далеких 80-х. Теперь вы можете купить 42-дюймовую плоскую панель, поддерживающую разрешение высокой четкости по приемлемой цене, подключить ее к компьютеру, заплатить за специализированный сервис и смотреть новейшие голливудские фильмы онлайн тогда, когда хотите и столько, сколько хотите.

Наверное, если бы сейчас человек из 40-х годов прошлого века попал в дом любого из нас, то был бы ошарашен переменами, которые произошли за столь короткий срок. Один список технологий, которые применяются для изготовления дисплеев, поражает воображение. Дисплеи бывают флуоресцентными вакуумными (VFD), светодиодными (LED), жидкокристаллическими (LCD), лазерными, органическими светодиодными (OLED), ферроэлектрическими (FLD), дисплеи на интерферометрическом модуляторе (IMOD), нанокристаллическими, да, пожалуй, все мне перечислить не под силу. А что будут представлять собой дисплеи будущего? Поделитесь своими прогнозами! Может быть, именно вы будете наиболее близки к истине. А это так приятно.

 

mydiv.net

Кем и когда создал монитор. Монитор компьютерный

Внимательно прочтите первый подзаголовок. Прочитали? А сделали вы это благодаря магии компьютерного дисплея, будь то ЖК (LCD), старенький электронно-лучевой (CRT) или светодиодный (LED). С самого начала цифровой эры пользователям понадобилось устройство, которое бы позволяло просматривать результаты работы с электронно-вычислительными машинами. Так появились первые дисплеи. За последние 70 лет технологии из производства изменились до неузнаваемости. Давайте совершим небольшой экскурс в историю и вспомним, как это было.

Мы с вами, люди, живущие в начале 21 века, не помним, как выглядели первые ЭВМ. А были они огромными машинами, поначалу занимавшими целые комнаты, и в центре всех этих мигающих лампочек, индикаторов и кнопок восседал человек. Дисплеев по сути еще не было. Заменяли их крошечные лампочки, которые загорались и гасли, когда компьютер обрабатывал определенные инструкции.

Среди самых первых ЭВМ существовали и такие, которые работали с перфокартами. Чтобы написать программу, оператор кодировал информацию в виде перфораций (отверстий) на бумажной карточке. Затем эта каточка помещалась в машину, которая ее «прочитывала» и выполняла программу.

Расшифровка бумажной ленты

В качестве альтернативы перфокартам многие в первых компьютерах использовались бумажные ленты, на которые также с помощью дырочек наносились программы. Оператор пропускал ленту через машину, которая воспринимала закодированную в перфорации информацию как инструкции.

Интересно, что первые электронные лучевые трубки появились в компьютерах как форма памяти, а не как дисплей. Это было незадолго до того, как разработчики поняли, что ЭЛТ можно использовать и по-другому. Первые дисплеи, отображавшие только элементарную графику, появились от «скрещивания» радара и осциллографа ЭЛТ. Естественно, о цвете или отображении текста пока речь не шла.

Телетайп как монитор

До изобретения компьютера люди использовали для общения телетайпы, которые были изобретены еще в 1902 году. Телетайп — это электрическая пишущая машинка, которая связывается с другими телетайпами по проводам (позже с помощью радио-сигнала), используя специальный код. К 1950 году инженеры научились подключать телетайпы напрямую к компьютерам, используя их в качестве устройств отображения. До середины 70-х гг. прошлого века такой союз телетайпа и компьютера оставался самым дешевым способом взаимодействия.

В начале 1960-х компьютерные инженеры поняли, что можно использовать ЭЛТ как виртуальную бумагу в виртуальном телетайпе (отсюда и появился термин «стеклянный телетайп», первое название экранного терминала). Такой способ взаимодействия с компьютером оказался быстрее и гибче, чем работа с бумагой, а потому к середине 70-х подобные устройства стали доминирующими. «Стеклянный телетайп» подключался к компьютеру через кабель, по которому передавался код только для текстовых символов, без графики. А к началу 80-х подобные устройства научились отображать несколько цветов.

Композитный видеовыход

Телетайпы (даже те, которые работали с бумагой) в 1974 году стоили целое состояние и, естественно, были не по карману простым смертным. В поисках более дешевых альтернатив, три человека — Дон Ланкастер, Ли Фельзенштейн и Стив Возняк — задали себе простой вопрос: а почему бы ни построить дешевые экранные терминалы, используя экраны телевизоров в качестве дисплея? И в 1976 году появились первые видеотерминалы для компьютеров с композитным видеовыходом, что позволило наладить заводское производство компьютеров. Кстати, в число первых компаний, сделавших ставку на подобные устройства, входила Apple.

К концу 80-х компьютерная революция была в самом разгаре. Производители ПК — компании Apple, Commodore, Radio Shack, TI — начали выпускать не просто мониторы, но даже трудились над их дизайном. Можно было купить не только монохромные, но и цветные устройства. Что было, разумеется, особым шиком.

Дисплеи в каждом доме

С изобретением видеовыхода поя

piorit.ru

Монитор (устройство) — Википедия

У этого термина существуют и другие значения, см. Монитор.
Жидкокристаллический компьютерный монитор
Компьютерный монитор с кинескопом

Монито́р — устройство, предназначенное для воспроизведения видеосигнала и визуального отображения информации, полученной от компьютера. Принципиальное отличие от телевизора заключается в отсутствии встроенного тюнера, предназначенного для приёма высокочастотных сигналов эфирного (наземного) телевещания. Кроме того, в большинстве мониторов отсутствует звуковоспроизводящий тракт и громкоговорители.

Современный монитор состоит из экрана (дисплея), блока питания, плат управления и корпуса. Информация для отображения на мониторе поступает с электронного устройства, формирующего видеосигнал (в компьютере — видеокарта или графическое ядро процессора). В качестве монитора может применяться также телевизор.

Содержание

  • 1 Области применения
  • 2 Классификация компьютерных мониторов
    • 2.1 По виду выводимой информации
    • 2.2 По способу вывода информации
    • 2.3 По типу экрана
    • 2.4 По размерности отображения
    • 2.5 По типу видеоадаптера
    • 2.6 По типу интерфейсного кабеля
  • 3 Основные параметры
  • 4 Подключение
  • 5 См. также
  • 6 Примечания

ru.wikipedia.org

определение и характеристики жк матриц

 

Здравствуйте, читатели.

В этой статье рассмотрим основные виды мониторов. Вооружившись этой информацией, вы сможете выбрать подходящий для своих целей экран. Ведь, к примеру, геймеры и те, кто работают с графикой, выдвигают более высокие требования к качеству изображения, чем люди, использующие компьютер для выполнения офисных задач.

Для начала нужно знать, что является монитором. Если отбросить научные термины, можно дать такое определение:

Это посредник между человеком и машиной, то есть он необходим для визуального отображения задач, которые вы задаете компьютеру, и той информации, которой он вам на них отвечает.

Таким образом, и телевизор может выступать в роли монитора. Но сейчас мы рассмотрим только те устройства, которые специально предназначены для компа. Для начала копнём в древность

Бессмертие первых мониторов

Как и многие виды другой техники, первые экраны имели большой вес и объем. Все потому, что они были с электронно-лучевой трубкой внутри, которая, кстати, и дала название первому виду мониторов.

На английском языке они называются Cathode ray tube, CRT. Это были тяжелые электронно-вакуумные штуки, помещенные в стеклянную колбу.

Впервые их выпустила компания IBM в 1981 году. Собственно говоря, тогда же и был представлен компьютер в привычном для нас виде, то есть состоящий из монитора (устройства вывода), системного блока и клавиатуры (устройства ввода).

Естественно, такие громоздкие аппараты не удобны, так как занимают много места. К тому же их излучение вредит зрению, они потребляют много электроэнергии и, следовательно, выделяют большое количество тепла. Поэтому сейчас они практически сняты с производства.

На смену пришел современный жидкокристаллический собрат, о котором подробно поговорим немного позже. Но остались ценители старого доброго, которые не спешат отказываться от ламповых мониторов.

 

Почему?

ЭЛТ обладают такими преимуществами перед ЖК:

  1. Отсутствием смазывания. То есть на ламповых мониторах вы не увидите «смазов» при воспроизведении динамичных сцен (когда картинка не успевает за действием). Дело в том, что время отклика его люминофора (вещества, выпускающего свет) всего 1-2 миллисекунды, а у современного дисплея — 12-15 мс.
  2. Лучшей цветопередачей. Да, сейчас выпускают дисплеи, передающие очень качественное изображение. Но профессионалы в области графики все же отдают предпочтение естественности, которую могут предоставить ретро-экраны. Правда, речь идет о хорошо откалиброванных добротных моделях.
  3. Одинаково хорошим воспроизведением в любых разрешениях. В то время как современные модели порадуют таким достоинством, только если картинка соответствует их стандартам (количеству пикселей по вертикали и горизонтали). Вы и сами наверняка сталкивались с тем, что она может либо не отображаться полностью (если больше), либо становиться размытой (если меньше).

Но и у жидкокристаллических моделей есть преимущества. Иначе ими бы не заменили ламповые, ведь так?

 

Теперь о жидких кристаллах

Главным плюсом ЖК-мониторов над ЭЛТ является то, что он не мерцает так как лучевые мониторы, благодаря другой технологии производства и наличию нескольких светофильтров.

Поэтому первые и считаются безопаснее для глаз. Вдобавок они компактны, доступны по цене, не излучают электромагнитные волны и выдают четкую картинку. Это самые популярные модели в наши дни.

Они производятся на основе жидких кристаллов. Как такое возможно? Это вязкое вещество, состоящее из молекул дискообразной и вытянутой формы.

Она меняется под воздействием электрического напряжения, а как следствие меняется световой луч и само изображение. На английском языке ЖК-монитор звучит как Liquid Crystal Display, поэтому вы наверняка слышали такое сокращенное название как LCD.

 

Матрицы и покрытия ЖК-экранов

Главный критерий, по которому различаются данные устройства, это тип матрицы:

  • TN+film (Twisted Nematic). В этих моделях основа это технология TFT (thin film transistor — тонкопленочный транзистор) или девайсы с активной матрицей.

Наиболее популярный вариант, потому что самый дешевый, но не лучший. Его преимущество — небольшое время отклика, но есть и недостатки. Он не обладает высокой контрастностью, богатой цветопередачей (особенно глубоким черным), и широкими углами обзора.

Видели когда-нибудь на экране постоянно и светящийся пиксель? Это значит, что сгорел какой-то транзистор. При данной проблеме на остальных матрицах пиксель был бы черным.

  • IPS (In Plane Switching) и S-IPS (Super IPS).

Все минусы предыдущего варианта в этих моделях устранены. Но и в бочке меда есть ложка дегтя. В данном случае их 3: длительный , большое потребление энергии и дороговизна (дороже чем первый тип).

  • VA: MVA (Multidomain Vertical Aligment) и PVA (Patterned Vertical Alignment).

Вообще это 2 почти одинаковых типа. Матрица называется VA, но у разных производителей добавляется ещё первая буква. Они тоже отлично передают цвета и обладают широкой обзорностью.  Является самой дорогой матрицей для ЖК и самой качественной естественно.

Еще одна отличительная черта LCD-моделей — это тип покрытия:

  • Глянцевое визуально приятнее: ярче и насыщеннее отображает цвета. Минус — маркость. Также посмотрите на свой монитор не под прямым углом. Видите блики и отражения? Значит у вас глянцевое покрытие.
  • Матовый тип не имеет такого недостатка. Он рассеивает свет, поэтому блики отсутствуют. Ваш компьютер стоит в освещенном помещении? Отдайте предпочтение этому варианту. Да к тому же матовый экран меньше нагружает глаза, для работы — самое то.

 

Плазмы и другие виды экранов

Плазменные экраны (на англ. Plasma Display Panels) являются самыми качественными, а поэтому и дорогими. Из-за высокой стоимости они еще не получили широкого распространения, но постепенно занимают нишу ЖК-моделей.

PDP считаются еще безопаснее, потому что распределяют мягкий свет равномерно. При этом обладают богатой палитрой цветов, широкими углами обзора и компактностью. По своей конструкции такие экраны представляют собой стеклянную панель, наполненную газом.

Существуют и другие виды мониторов, которые крайне редко можно встретить в тандеме с компьютером. О них в двух словах:

  • Проектор (по аналогии как в кинотеатрах).
  • Светодиодный экран (LED screen) часто используется в качестве наружной рекламы.
  • OLED-дисплей — то же, что и предыдущий вариант, только на органических светодиодах. Это технология довольно интересная, но пока очень дорогая.
  • Виртуальный ретинальный монитор формирует изображение прямо на сетчатке глаза;
  • Лазерный экран пока еще на этапе доработок.

 

Классификация всех видов мониторов

Все виды дисплеев имеют общие характеристики, которые необходимо учитывать при покупке. Предлагаю разбираться в них поочередно.

Тип интерфейса

Подключение дисплея к системному блоку бывает таких видов:

  • VGA (D-Sub). Это единственный аналоговый вариант, сохранившийся на сегодня. Через него подсоединялись еще ламповые мониторы, поэтому сейчас редко встречается.
  • DVI-D — базовый цифровой интерфейс.
  • DVI-I — расширенный вариант предыдущей модели.
  • HDMI — вход для передачи многоканального звука. Современный тип цифрового подключения.
  • DisplayPort — передовая технология, пока еще редко встречающаяся в быту. Имеет высокую пропускную способность. Самый быстрый интерфейс, но тоже не используется повсеместно.
  • USB. Думаю, вы и сами знаете, как он выглядит.

 

Другие критерии

Также мониторы различаются по:

  • Диагонали (размеру), измеряемой в дюймах;
  • Разрешению — количеству пикселей по горизонтали и вертикали;
  • Соотношению сторон экрана (ширина кадра по отношению к высоте). Стандартом считается 4:3 (5:4), но многие стремятся приобрести широкоформатный дисплей с соотношением 16:10 (16:9), так как на нем приятнее смотреть фильмы, играть, а также работать за ним с графикой.
  • Частоте обновления экрана, то есть мерцания. Чем она выше, тем меньше устают глаза. Очень важный параметр, старайтесь выбирать девайс с как можно высшим показателем Герцовости (Гц)

 

На этом все.

Следите за обновления.ми в блоге, и вы узнаете еще больше полезной информации о компьютерах и комплектующих.

Всего доброго друзья и до новых встреч.

 

 

profi-user.ru

Введение

Экраны
LCD-мониторов (Liquid Crystal Display, жидкокристаллические
мониторы (ЖК-мониторы)) сделаны из
вещества (цианофенил), которое находится
в жидком состоянии, но при этом обладает
некоторыми свойствами, присущими
кристаллическим телам. Фактически это
жидкости, обладающие анизотропией
свойств (в частности оптических),
связанных с упорядоченностью в ориентации
молекул.
Как ни странно, но жидкие
кристаллы старше ЭЛТ почти на десять
лет, первое описание этих веществ было
сделано еще в 1888 г. Однако долгое время
никто не знал, как их применить на
практике: есть такие вещества и все, и
никому, кроме физиков и химиков, они не
были интересны. Итак, жидкокристаллические
материалы были открыты еще в 1888 году
австрийским ученым Ф. Ренитцером, но
только в 1930-м исследователи из британской
корпорации Marconi получили патент на их
промышленное применение. Впрочем, дальше
этого дело не пошло, поскольку
технологическая база в то время была
еще слишком слаба. Первый настоящий
прорыв совершили ученые Фергесон
(Fergason) и Вильямс
(Williams) из корпорации RCA(Radio Corporation of
America). Один из них создал на базе жидких
кристаллов термодатчик, используя их
избирательный отражательный эффект,
другой изучал воздействие электрического
поля на нематические кристаллы. И вот
в конце 1966 г. корпорация RCA продемонстрировала
прототип LCD-монитора – цифровые часы.

Значительную
роль в развитии LCD-технологии сыграла
корпорация Sharp. Она и до сих пор находится
в числе технологических лидеров. Первый
в мире калькулятор CS10A был произведен
в 1964 г. именно этой корпорацией. В октябре
1975 г. уже по технологии TN LCD были изготовлены
первые компактные цифровые часы. Во
второй половине 70-х начался переход от
восьмисегментных жидкокристаллических
индикаторов к производству матриц с
адресацией каждой точки. Так, в 1976 г.
Sharp выпустила черно-белый телевизор с
диагональю экрана 5,5 дюйма, выполненного
на базе LCD-матрицы разрешением 160х120
пикселей.

1. ЖидкокрисТаЛлические мониторы

1.1. Принцип работы

Работа
ЖК-мониторов основана на явлении
поляризации светового потока. Известно,
что так называемые кристаллы поляроиды
способны пропускать только ту составляющую
света, вектор электромагнитной индукции
которой лежит в плоскости, параллельной
оптической плоскости поляроида. Для
оставшейся части светового потока
поляроид будет непрозрачным. Таким
образом поляроид как бы «просеивает»
свет, данный эффект называется поляризацией
света. Когда были изучены жидкие вещества,
длинные молекулы которых чувствительны
к электро-статическому и электромагнитному
полю и способны поляризовать свет,
появилась возможность управлять
поляризацией. Эти аморфные вещества за
их схожесть с кристаллическими веществами
по электрооптическим свойствам, а также
за способность принимать форму сосуда,
назвали жидкими кристаллами.

Основываясь
на этом открытии и в результате дальнейших
исследований, стало возможным обнаружить
связь между повышением электрического
напряжения и изменением ориентации
молекул кристаллов для обеспечения
создания изображения. Первое свое
применение жидкие кристаллы нашли в
дисплеях для калькуляторов и в электронных
часах, а затем их стали использовать в
мониторах для портативных компьютеров.
Сегодня, в результате прогресса в этой
области, начинают получать все большее
распространение LCD-дисплеи для настольных
компьютеров.

Экран LCD монитора
представляет собой массив маленьких
сегментов (называемых пикселями),
которыми можно манипулировать для
отображения информации. LCD монитор имеет
несколько слоев, где ключевую роль
играют две панели, сделанные из свободного
от натрия и очень чистого стеклянного
материала, называемого субстрат или
подложка, которые собственно и содержат
тонкий слой жидких кристаллов между
собой, рис. 1.1. На панелях имеются бороздки,
которые направляют кристаллы, сообщая
им специальную ориентацию. Бороздки
расположены таким образом, что они
параллельны на каждой панели, но
перпендикулярны между двумя панелями.
Продольные бороздки получаются в
результате размещения на стеклянной
поверхности тонких пленок из прозрачного
пластика, который затем специальным
образом обрабатывается. Соприкасаясь
с бороздками, молекулы в жидких кристаллах
ориентируются одинаково во всех ячейках.

Рис.1.1.

Молекулы одной
из разновидностей жидких кристаллов
(нематиков) при отсутствии напряжения
поворачивают вектор электрического (и
магнитного) поля в световой волне на
некоторый угол в плоскости, перпендикулярной
оси распространения пучка. Нанесение
бороздок на поверхность стекла позволяет
обеспечить одинаковый угол поворота
плоскости поляризации для всех ячеек.
Две панели расположены очень близко
друг к другу.

Жидкокристаллическая
панель освещается источником света (в
зависимости от того, где он расположен,
жидкокристаллические панели работают
на отражение или на прохождение света).

Плоскость поляризации
светового луча поворачивается на 90°
при прохождении одной панели, рис. 1.2.

Рис.1.2.

При появлении
электрического поля, молекулы жидких
кристаллов частично выстраиваются
вертикально вдоль поля, угол поворота
плоскости поляризации света становится
отличным от 90 градусов и свет
беспрепятственно проходит через жидкие
кристаллы, рис. 1.3.

Рис.1.3.

Поворот
плоскости поляризации светового луча
незаметен для глаза, поэтому возникла
необходимость добавить к стеклянным
панелям еще два других слоя, представляющих
собой поляризационные фильтры. Эти
фильтры пропускают только ту компоненту
светового пучка, у которой ось поляризации
соответствует заданному. Поэтому при
прохождении поляризатора пучок света
будет ослаблен в зависимости от угла
между его плоскостью поляризации и осью
поляризатора. При отсутствии напряжения
ячейка прозрачна, так как первый
поляризатор пропускает только свет с
соответствующим вектором поляризации.
Благодаря жидким кристаллам вектор
поляризации света поворачивается, и к
моменту прохождения пучка ко второму
поляризатору он уже повернут так, что
проходит через второй поляризатор без
проблем, рис 1.4а.

а

б

Рис.1.4.

В присутствии
электрического поля поворота вектора
поляризации происходит на меньший угол,
тем самым второй поляризатор становится
только частично прозрачным для излучения.
Если разность потенциалов будет такой,
что поворота плоскости поляризации в
жидких кристаллах не произойдет совсем,
то световой луч будет полностью поглощен
вторым поляризатором, и экран при
освещении сзади будет спереди казаться
черным, (лучи подсветки поглощаются в
экране полностью) рис 1.4б. Если расположить
большое число электродов, которые
создают разные электрические поля в
отдельных местах экрана (ячейки), то
появится возможность при правильном
управлении потенциалами этих электродов
отображать на экране буквы и другие
элементы изображения. Электроды
помещаются в прозрачный пластик и могут
иметь любую форму.

Технологические
новшества позволили ограничить их
размеры величиной маленькой точки,
соответственно на одной и той же площади
экрана можно расположить большее число
электродов, что увеличивает разрешение
LCD монитора, и позволяет нам отображать
даже сложные изображения в цвете.

Для вывода
цветного изображения необходима
подсветка монитора сзади, таким образом,
чтобы свет исходил из задней части LCD
дисплея. Это необходимо для того, чтобы
можно было наблюдать изображение с
хорошим качеством, даже если окружающая
среда не является светлой. Цвет получается
в результате использования трех фильтров,
которые выделяют из излучения источника
белого света три основные компоненты.
Комбинируя три основные цвета для каждой
точки или пикселя экрана, появляется
возможность воспроизвести любой цвет.

Вообще-то в
случае с цветом несколько возможностей:
можно сделать несколько фильтров друг
за другом (приводит к малой доле
проходящего излучения), можно
воспользоваться свойством
жидкокристаллической ячейки — при
изменении напряженности электрического
поля угол поворота плоскости поляризации
излучения изменяется по-разному для
компонент света с разной длиной волны.
Эту особенность можно использовать для
того, чтобы отражать (или поглощать)
излучение заданной длины волны (проблема
состоит в необходимости точно и быстро
изменять напряжение). Какой именно
механизм используется, зависит от
конкретного производителя. Первый метод
проще, второй эффективнее.

Первые LCD
дисплеи были очень маленькими, около 8
дюймов, в то время как сегодня они
достигли 15″ размеров для использования
в ноутбуках, а для настольных компьютеров
производятся 20″ и более LCD мониторы.
Вслед за увеличением размеров следует
увеличение разрешения, следствием чего
является появление новых проблем,
которые были решены с помощью появившихся
специальных технологий, все это мы
опишем далее. Одной из первых проблем
была необходимость стандарта в определении
качества отображения при высоких
разрешениях. Первым шагом на пути к цели
было увеличение угла поворота плоскости
поляризации света в кристаллах с 90° до
270° с помощью STN технологии.

STN — это
сокращение, означающее «Super Twisted
Nematic». Технология STN позволяет увеличить
торсионный угол (угол кручения) ориентации
кристаллов внутри LCD дисплея с 90° до
270°, что обеспечивает лучшую контрастность
изображения при увеличении размеров
монитора.

Часто STN ячейки
используются в паре. Такая конструкция
называется DSTN (Double Super Twisted Nematic), в которой
одна двухслойная DSTN-ячейка состоит из
2 STN-ячеек, молекулы которых при работе
поворачиваются в противоположные
стороны. Свет, проходя через такую
конструкцию в «запертом» состоянии,
теряет большую часть своей энергии.
Контрастность и разрешающая способность
DSTN достаточно высокая, поэтому появилась
возможность изготовить цветной дисплей,
в котором на каждый пиксель приходится
три ЖК-ячейки и три оптических фильтра
основных цветов. Цветные дисплеи не
способны работать от отраженного света,
поэтому лампа задней подсветки — их
обязательный атрибут. Для сокращения
габаритов лампа находится с боку, а
напротив нее зеркало рис. 1.5, поэтому
большинство LCD-матриц в центре имеют
яркость выше, чем по краям (это не
относится к настольным ЖК мониторам).

Рис.1.5.

Также STN ячейки
используются в режиме TSTN (Triple Super Twisted
Nematic), когда два тонких слоя полимерной
пленки добавляются для улучшения
цветопередачи цветных дисплеев или для
обеспечения хорошего качества монохромных
мониторов.

Термин пассивная
матрица (passive matrix) появился в результате
разделения монитора на точки, каждая
из которых, благодаря электродам, может
задавать ориентацию плоскости поляризации
луча, независимо от остальных, так что
в результате каждый такой элемент может
быть подсвечен индивидуально для
создания изображения. Матрица называется
пассивной, потому что технология создания
LCD дисплеев, которая была описана выше,
не может обеспечить быструю смену
информации на экране. Изображение
формируется строка за строкой путем
последовательного подвода управляющего
напряжения на отдельные ячейки, делающего
их прозрачными. Из-за довольно большой
электрической емкости ячеек напряжение
на них не может изменяться достаточно
быстро, поэтому обновление картинки
происходит медленно. Такой дисплей
имеет много недостатков с точки зрения
качества, потому что изображение не
отображается плавно и дрожит на экране.
Маленькая скорость изменения прозрачности
кристаллов не позволяет правильно
отображать движущиеся изображения.

Для решения
части вышеописанных проблем применяют
специальные технологии, Для улучшения
качества динамического изображения
было предложено увеличить количество
управляющих электродов. То есть вся
матрица разбивается на несколько
независимых подматриц (Dual Scan DSTN — два
независимых поля развертки изображения),
каждая из которых содержит меньшее
количество пикселей, поэтому поочередное
управление ими занимает меньше времени.
В результате чего можно сократить время
инерции ЖК.

Также лучших
результатов с точки зрения стабильности,
качества, разрешения, гладкости и яркости
изображения можно добиться, используя
экраны с активной матрицей, которые,
впрочем, стоят дороже.
В активной
матрице (active matrix) используются отдельные
усилительные элементы для каждой ячейки
экрана, компенсирующие влияние емкости
ячеек и позволяющие значительно уменьшить
время изменения их прозрачности. Активная
матрица (active matrix) имеет массу преимуществ
по сравнению с пассивной матрицей.
Например, лучшая яркость и возможность
смотреть на экран даже с отклонением
до 45° и более (т.е. при угле обзора
120°-140°) без ущерба качеству изображения,
что невозможно в случае с пассивной
матрицей, которая позволяет видеть
качественное изображение только с
фронтальной позиции по отношению к
экрану. Заметим, что дорогие модели LCD
мониторов с активной матрицей обеспечивают
угол обзора в 160° рис.1.6, и есть все
основания предполагать, что технология
будет совершенствоваться и в дальнейшем.
Активная матрица может отображать
движущиеся изображения без видимого
дрожания, так как время реакции дисплея
с активной матрицей около 50 мс против
300 мс для пассивной матрицы, кроме того,
контрастность мониторов с активной
матрицей выше, чем у ЭЛТ-мониторов.
Следует отметить, что яркость отдельного
элемента экрана остается неизменной
на всем интервале времени между
обновлениями картинки, а не представляет
собой короткий импульс света, излучаемый
элементом люминофором ЭЛТ-монитора
сразу после похождения по этому элементу
электронного луча. Именно поэтому для
LCD мониторов достаточной является
частота вертикальной развертки, равная
60 Гц.

Рис.1.6.

Функциональные
возможности LCD мониторов с активной
матрицей почти такие же, как у дисплеев
с пассивной матрицей. Разница заключается
в матрице электродов, которая управляет
ячейками жидких кристаллов дисплея. В
случае с пассивной матрицей разные
электроды получают электрический заряд
циклическим методом при построчном
обновлении дисплея, а в результате
разряда емкостей элементов изображение
исчезает, так как кристаллы возвращаются
к своей изначальной конфигурации. В
случае с активной матрицей к каждому
электроду добавлен запоминающий
транзистор, который может хранить
цифровую информацию (двоичные значения
0 или 1) и в результате изображение
сохраняется до тех пор, пока не поступит
другой сигнал. Частично проблема отсрочки
затухания изображения в пассивных
матрицах решается за счет использования
большего числа жидкокристаллических
слоев для увеличения пассивности и
уменьшения перемещений, теперь же, при
использовании активных матриц появилась
возможность сократить число
жидкокристаллических слоев. Запоминающие
транзисторы должны производиться из
прозрачных материалов, что позволит
световому лучу проходить сквозь них, а
значит, транзисторы можно располагать
на тыльной части дисплея, на стеклянной
панели, которая содержит жидкие кристаллы.
Для этих целей используются пластиковые
пленки, называемые «Thin Film Transistor»
(или просто TFT).

Thin Film Transistor
(TFT), т.е. тонкопленочный транзистор — это
те управляющие элементы, при помощи
которых контролируется каждый пиксель
на экране. Тонкопленочный транзистор
действительно очень тонкий, его толщина
0,1 — 0,01 микрона.

В первых
TFT-дисплеях, появившихся в 1972г.,
использовался селенид кадмия, обладающий
высокой подвижностью электронов и
поддерживающий высокую плотность тока,
но со временем был осуществлен переход
на аморфный кремний (a-Si), а в матрицах с
высоким разрешением используется
поликристаллический кремний (p-Si).

Технология
создания TFT очень сложна, при этом имеются
трудности с достижением приемлемого
процента годных изделий из-за того, что
число используемых транзисторов очень
велико. Заметим, что монитор, который
может отображать изображение с разрешением
800х600 пикселей в SVGA режиме и только с
тремя цветами имеет 1440000 отдельных
транзисторов. Производители устанавливают
нормы на предельное количество
транзисторов, которые могут быть
нерабочими в LCD дисплее. Правда, у каждого
производителя свое мнение о том, какое
количество транзисторов могут не
работать.

Пиксель на
основе TFT устроен следующим образом: в
стеклянной пластине друг за другом
интегрировано три цветных фильтра
(красный, зеленый и синий). Каждый пиксель
представляет собой комбинацию трех
цветных ячеек или субпиксельных
элементов, рис. 1.7. Это означает, например,
что у дисплея, имеющего разрешение
1280×1024, существует ровно 3840×1024 транзистора
и субпиксельных элемента. Размер точки
(пикселя) для 15.1″ дисплея TFT (1024×768)
приблизительно равен 0.0188 дюйма (или
0.30 мм), а для 18.1″ дисплея TFT — около
0.011 дюйма (или 0.28 мм).

Рис.1.7.

TFT обладают
рядом преимуществ перед ЭЛТ-мониторами,
среди которых — пониженное потребление
энергии и теплоотдача, плоский экран и
отсутствие следа от движущихся объектов.
Последние разработки позволяют получить
изображение более высокого качества,
чем обычные TFT.

studfiles.net

Монитор ПК

Монитор (дисплей) компьютера – это устройство, предназначенное для вывода на экран текстовой и графической информации. Конечно, монитор — важная часть персонального компьютера, но важна она именно для человека, а не для работы самого компьютера.

По типу внутреннего устройства (технологии) мониторы разделяют на:

  • ЭЛТ — на основе электронно-лучевой трубки (англ. CRT — cathode ray tube)
  • ЖК — жидкокристаллические мониторы (англ. LCD — liquid crystal display)

По типу интерфейсного кабеля в мониторах разделяют на:

ЭЛТ-мониторы

Мониторы CRT (Cathode Ray Tube) – сейчас практически полностью исчезли с прилавков магазинов. Как видно из названия, в основе всех подобных мониторов лежит катодно-лучевая трубка, но это дословный перевод, технически правильно говорить электронно-лучевая трубка (ЭЛТ). Иногда CRT расшифровывается и как Cathode Ray Terminal, что соответствует уже не самой трубке, а устройству, на ней основанному.

Используемая в этом типе мониторов технология была разработана немецким ученым Фердинандом Брауном в 1897г. и первоначально создавалась в качестве специального инструмента для измерения переменного тока, то есть для осциллографа. Самым важным элементом монитора является кинескоп, называемый также электроннолучевой трубкой . Кинескоп состоит из герметичной стеклянной трубки, внутри которой находится вакуум, то есть весь воздух удален. Один из концов трубки узкий и длинный — это горловина, а другой — широкий и достаточно плоский — это экран. С фронтальной стороны внутренняя часть стекла трубки покрыта люминофором (luminophor). В качестве люминофоров для цветных ЭЛТ используются довольно сложные составы на основе редкоземельных металлов — иттрия, эрбия и т.п. Люминофор — это вещество, которое испускает свет при бомбардировке его заряженными частицами. Для создания изображения в ЭЛТ-мониторе используется электронная пушка, откуда под действием сильного электростатического поля исходит поток электронов. Сквозь металлическую маску или решетку они попадают на внутреннюю поверхность стеклянного экрана монитора, которая покрыта разноцветными люминофорными точками.

Поток электронов (луч) может отклоняться в вертикальной и горизонтальной плоскости, что обеспечивает последовательное попадание его на все поле экрана. Отклонение луча происходит посредством отклоняющей системы . Отклоняющие системы подразделяются на седловидно-тороидальные и седловидные. Последние предпочтительнее, поскольку создают пониженный уровень излучения. Отклоняющая система состоит из нескольких катушек индуктивности, размещенных у горловины кинескопа. С помощью переменного магнитного поля две катушки создают отклонение пучка электронов в горизонтальной плоскости, а другие две — в вертикальной. Так как эти мониторы уже не используются в больших масштабах, рассматривать более подробно не имеет смысла.

ЖК-мониторы

История жидких кристалов

Экраны LCD-мониторов (Liquid Crystal Display, жидкокристаллические мониторы) сделаны из вещества (цианофенил), которое находится в жидком состоянии, но при этом обладает некоторыми свойствами, присущими кристаллическим телам. Фактически это жидкости, обладающие анизотропией свойств (в частности оптических), связанных с упорядоченностью в ориентации молекул. Как ни странно, но жидкие кристаллы старше ЭЛТ почти на десять лет, первое описание этих веществ было сделано еще в 1888 г. Однако долгое время никто не знал, как их применить на практике: есть такие вещества и все, и никому, кроме физиков и химиков, они не были интересны. Итак, жидкокристаллические материалы были открыты еще в 1888 году австрийским ученым Ф. Ренитцером, но только в 1930-м исследователи из британской корпорации Marconi получили патент на их промышленное применение. Впрочем, дальше этого дело не пошло, поскольку технологическая база в то время была еще слишком слаба. Первый настоящий прорыв совершили ученые Фергесон (Fergason) и Вильямс (Williams) из корпорации RCA (Radio Corporation of America). Один из них создал на базе жидких кристаллов термодатчик, используя их избирательный отражательный эффект, другой изучал воздействие электрического поля на нематические кристаллы. И вот в конце 1966 г. корпорация RCA продемонстрировала прототип LCD-монитора – цифровые часы.

Значительную роль в развитии LCD-технологии сыграла корпорация Sharp. Она и до сих пор находится в числе технологических лидеров. Первый в мире калькулятор CS10A был произведен в 1964 г. именно этой корпорацией. В октябре 1975 г. уже по технологии TN LCD были изготовлены первые компактные цифровые часы. Во второй половине 70-х начался переход от восьмисегментных жидкокристаллических индикаторов к производству матриц с адресацией каждой точки. Так, в 1976 г. Sharp выпустила черно-белый телевизор с диагональю экрана 5,5 дюйма, выполненного на базе LCD-матрицы разрешением 160х120 пикселов.

Принцип работы жидкокристаллических экранов

Работа жидкокристаллических матриц основана на таком свойстве света, как поляризация. Обычный свет является неполяризованным, т.е. амплитуды его волн лежат в огромном множестве плоскостей. Однако существуют вещества, способные пропускать свет только с одной плоскости. Эти вещества называют поляризаторами, поскольку прошедший сквозь них свет становится поляризованным только в одной плоскости. Если взять два поляризатора, плоскости поляризации которых расположены под углом 90° друг к другу, свет через них пройти не сможет. Если же расположить между ними что-то, что сможет повернуть вектор поляризации света на нужный угол, мы получим возможность управлять яркостью свечения, гасить и зажигать свет так, как нам хочется. Таков, если описывать вкратце, принцип работы ЖК-матрицы. В упрощенном виде матрица жидкокристаллического дисплея состоит из следующих частей:

  • галогенная лампа подсветки;
  • система отражателей и полимерных световодов, обеспечивающая равномерную подсветку;
  • фильтр-поляризатор;
  • стеклянная пластина-подложка, на которую нанесены контакты;
  • жидкие кристаллы;
  • ещё один поляризатор;
  • снова стеклянная подложка с контактами.

Строение ЖК-матрицы

В цветных матрицах каждый пиксель формируется из трёх цветных точек (красной, зелёной и синей), поэтому добавляется ещё и цветной фильтр. В каждый момент времени каждая из трёх ячеек матрицы, составляющих один пиксель, находится либо во включённом, либо в выключенном положении. Комбинируя их состояния, получаем оттенки цвета, а включая все одновременно – белый цвет. Глобально матрицы делятся на пассивные (простые) и активные. В пассивных матрицах управление производится попиксельно, т.е. по порядку от ячейки к ячейке в строке. Проблемой, встающей при производстве ЖК-экранов по этой технологии, стало то, что при увеличении диагонали увеличиваются и длины проводников, по которым передаётся ток на каждый пиксель. Во-первых, пока будет изменён последний пиксель, первый успеет потерять заряд и погаснуть. Во-вторых, большая длина требует большего напряжения, что приводит к росту помех и наводок. Это резко ухудшает качество картинки и точность цветопередачи. Из-за этого пассивные матрицы применяются только там, где не нужны большая диагональ и высокая плотность отображения. Для преодоления этой проблемы были разработаны активные матрицы. Основой стало изобретение технологии, известной всем по аббревиатуре TFT, что означает Thin Film Transistor – тонкоплёночный транзистор.

Благодаря TFT, появилась возможность управлять каждым пикселем на экране отдельно. Это резко сокращает время реакции матрицы и делает возможными большие диагонали матриц. Транзисторы изолированы друг от друга и подведены к каждой ячейке матрицы. Они создают поле, когда им приказывает управляющая логика – драйвер матрицы. Для того, чтобы ячейка не потеряла заряд преждевременно, к ней добавляется небольшой конденсатор, который играет роль буферной ёмкости. С помощью этой технологии удалось радикально уменьшить время реакции отдельных ячеек матрицы.

Виды матриц

Различия между разными типами матриц обусловлены расположением жидких кристаллов и, как следствие, особенностями прохождения через них света. TN+film Кристаллы в TN-матрице Первой и наиболее простой технологией производства матриц была технология TN (Twisted Nematic, скрученные нематические), представленная в далёком 1973 году. Особенностью нематических кристаллов является то, что они выстраиваются друг за другом, как солдаты в колонне. Организация их в матрице выглядит как спираль. Для этого на стеклянных подложках делаются специальные бороздки, благодаря которым первый кристалл в спирали всегда расположен в одной и той же плоскости. Следующие за ним кристаллы располагаются друг за другом по спирали, пока последний не укладывается в аналогичную бороздку на второй подложке, расположенную под углом 90° к первой. К каждому концу спирали подведены электроды, которые и влияют на расположение кристаллов созданием электрического поля. При отсутствии напряжения и поля кристаллы поворачивают ось поляризации света, прошедшего через первый поляризатор, на 90°, чтобы он оказался в одной плоскости со вторым поляризатором и беспрепятственно прошёл сквозь него. Так получается белый пиксель. Если подать напряжение на электроды, спираль начинает сжиматься. Максимальное значение напряжения соответствует такому положению, при котором кристаллы не поворачивают поляризованный свет, и он поглощается вторым поляризатором (чёрный пиксель). Для получения градаций (оттенков серого) напряжение варьируется, тогда кристаллы занимают такое положение, при котором свет проходит через фильтры неполностью.

Принцип работы ЖК-матриц на примере TN

Из-за особенностей TN чёткое формирование оттенков сильно затруднено, и по сей день цветопередача является их ахиллесовой пятой. Проблемой первых TN-матриц были очень небольшие углы обзора, при которых ячейка была видна с нужным цветом. Поэтому была разработана специальная плёнка, которая накладывается сверху на матрицу и расширяет углы обзора. Технология стала называться TN+film. В этом исполнении она существует и по сей день. Разъясним её. Угол между нормалью фронта световой волны и углом директора молекул ЖК (так научно называются те самые бороздки) равен j. Интенсивность пропущенного через 2 поляризатора света равна sin2 j. С практической точки зрения эти построения означают, что при полностью включённом пикселе угол j составляет не более 30°, а интенсивность света меняется в пределах 10%. А вот в среднем положении при уровне серого 50% угол j составит 45°, а изменение интенсивности – примерно 90%. Естественно, вряд ли кого устроит то, что, пошевелившись на стуле, он увидит вместо красного цвета зелёный. Поэтому сверху на матрицу клеится плёнка, имеющая другое значение j, из-за чего изменение интенсивности при смене угла обзора уже не так заметно. Сегодняшние матрицы обеспечивают нормальное изображение при отклонении от центра примерно на 50-60° по горизонтали (угол обзора 100-120°), а вот с вертикальными углами дело обстоит хуже. При отклонении от центра по вертикали хотя бы на 30 градусов нижняя часть матрицы начинает светлеть, иногда появляются тёмные полосы и т.д.

Ещё одна особенность TN состоит в том, что положением пикселя по умолчанию (т.е. при отключённом токе на электродах) является белый цвет. При этом, если транзистор сгорает, мы получаем всегда ярко горящую точку на мониторе. А если учесть, что добиться абсолютно точного положения кристаллов невозможно, на TN-матрицах невозможно добиться и хорошего отображения чёрного цвета. В связи с ограниченной скоростью пассивных матриц для уменьшения скорости реакции была разработана технология STN (Super Twisted Nematic). Смысл её заключается в том, что бороздки на стеклянных подложках, ориентирующие первый и последний кристалл, расположены под углом более 200° друг к другу, а не 90°, как в обычной TN. В таком случае переход между крайними состояниями резко ускоряется, однако становится крайне сложно управлять кристаллами в средних положениях. Более-менее стабильными они были при углах между бороздками около 210°. Однако без недостатков не обошлось и тут: при отклонении от центра ячейки белый свет становился либо грязно-жёлтым, либо голубоватым. Чтоб хоть как-то сгладить эту проблему, инженеры Sharp разработали DSTN – Dual-Scan Twisted Nematic. Суть технологии состоит в том, что экран делится на две части, каждая из которых управляется отдельно. Помимо увеличения скорости, преимуществом технологии было смягчение искажений цветов, а недостатком – большой вес и высокая стоимость.

S-IPS матрицы

Компания Hitachi решила не бороться с недостатками TN, а просто применить другую технологию. За основу было взято открытие Гюнтера Баура, датируемое 1971 годом. Разработанная технология получила название Super-TFT, а при коммерциализации – IPS (In-Plane Switching). Кардинальное отличие данной технологии от TN состоит в расположении кристаллов: они не скручены в спираль, а расположены параллельно друг другу вдоль плоскости экрана. Оба электрода находятся на нижней стеклянной подложке. При отсутствии напряжения на электродах свет не пропускается через второй поляризационный фильтр, плоскость поляризации которого расположена под углом 90° к первому.

Таким образом, IPS обеспечивает в разы лучшую контрастность, а чёрный цвет остается чёрным, а не тёмно-серым. Кроме того, углы обзора составляют 170° как по горизонтали, так и по вертикали. Недостатки технологии обусловлены её достоинствами.

  1. Во-первых, чтобы повернуть весь массив расположенных параллельно кристаллов, требуется время. Поэтому время реакции у мониторов на базе IPS, а также эволюционных продолжений этой технологии S-IPS (Super-IPS) и DD-IPS (DualDomain-IPS) выше, чем у TN+film. Среднее значение для этого типа матриц – 35-25 мс.
  2. Во-вторых, расположение электродов на одной подложке требует большего напряжения для создания достаточного поля, чтобы повернуть кристаллы в нужное положение. Поэтому мониторы на основе IPS-матриц потребляют больше электроэнергии. В-третьих, требуются более мощные лампы, чтобы просветить панель и при этом обеспечить достаточную яркость.
  3. В-четвёртых, эти панели банально дороги, и до недавнего времени устанавливались только в мониторы с большими диагоналями. Одним словом, мониторы на основе матриц этого типа остаются идеальным выбором для дизайнеров и других специалистов, работа которых критична к качеству цветопередачи и некритична к скорости переключения ячеек.

MVA/PVA матрицы

Поскольку с недостатками TN+film бороться стало практически невозможно, а повысить быстродействие S-IPS – так и просто нереально, компания Fujitsu разработала и представила в 1996 году технологию VA (Vertical Alignment). Для коммерческого использования, впрочем, эта технология не подходила и была развита до MVA (Multi-Domain Vertical Alignment). Технология должна была служить компромиссом между быстродействием TN и качеством изображения S-IPS. Потому и реализация во многом схожа с IPS. В этих матрицах кристаллы располагаются параллельно друг к другу и под углом 90° ко второму фильтру. Таким образом, свет попадает во второй фильтр с осью поляризации, направленной под углом 90° к плоскости поляризации фильтра, и поглощается. В результате мы получаем незасвеченный чёрный цвет на экране.

Подавая напряжение на ячейку, мы поворачиваем кристаллы и получаем светящийся пиксель. Недостатком первых матриц VA было то, что цвет резко изменялся при смене угла обзора по горизонтали. Для того, чтобы понять это явление, представьте себе, что кристаллы повернуты на 45 градусов и показывают светло-красный цвет. Теперь смещаемся в одну сторону. Угол обзора растёт, и мы получаем уже намного более насыщенный красный цвет. Смещаясь в другую сторону, мы видим, как цвет уходит в противоположную часть спектра и становится зелёным. Поэтому и была разработана MVA. Суть её состоит в том, что поляризационные фильтры были значительно усложнены, а на стеклянную подложку стали наноситься не плоские электроды, а своеобразные треугольники.

Строение MVA

При отключённом токе кристаллы всегда выстраиваются перпендикулярно подложке, так что, с какой бы стороны мы ни смотрели, всегда будет чёрный. При включённом же токе, как всегда, кристаллы поворачиваются на нужный угол и поворачивают вектор поляризации света. Вот только угол этот – между плоскостью электрода и кристалла. Если мы смотрим под углом, мы всегда увидим только одну зону, кристаллы в которой расположены как раз в таком положении, чтобы не искажать цвет. Вторая зона видна не будет. Нужный цвет под любым углом Подобное решение значительно усложняет как фильтры-поляризаторы, так и сами панели, потому что каждую точку на экране нужно дублировать для двух зон. Как и в S-IPS, у MVA недостатки обусловлены достоинствами. Налицо всё та же инерционность – время отклика выше, чем у TN. Впрочем, на данный момент отличие уже абсолютно некритично: значение достигло 8 мс. Контрастность и яркость намного лучше S-IPS, до 1000:1. Цветопередача матриц MVA считается компромиссной между TN и S-IPS: она не настолько хороша, чтобы применять её для серьёзной работы с полиграфией и дизайном, но намного превышает жутковатые показатели TN+film.

Компания Samsung не пожелала платить лицензионные отчисления Fujitsu и разработала PVA. Впрочем, технологии эти очень похожи, а отличия незначительны. Единственное существенное – большая контрастность, что только плюс. Поэтому довольно часто в характеристиках монитора в графе «тип матрицы» пишут MVA/PVA.

Сравнение типов ЖК-матриц

Параметры ЖК-мониторов Несмотря на то, что время отклика ячейки – далеко не самый важный показатель, чаще всего при выборе монитора покупатель обращает внимание только на этот фактор. Собственно, именно поэтому TN+film и доминирует. Однако при выборе конкретной модели стоит обдуманно взвешивать все характеристики монитора. Время отклика Этот показатель означает минимальное время, за которое ячейка жидкокристаллической панели изменяет цвет. Существуют два способа измерения скорости матрицы: black to black, чёрный-белый-чёрный, и gray to gray, между градациями серого. Эти значения очень сильно различаются. При изменении состояния ячейки между крайними положениями (чёрный-белый) на кристалл подаётся максимальное напряжение, поэтому он поворачивается с максимальной скоростью. Именно так получены значения в 8, 6, а иногда и 4 мс в характеристиках современных мониторов.

При смещении кристаллов между градациями серого на ячейку подаётся намного меньшее напряжение, потому что позиционировать их нужно точно для получения нужного оттенка. Поэтому и времени для этого затрачивается намного больше (для матриц 16 мс – до 27-28 мс). Лишь недавно в конечных продуктах смогли воплотить достаточно логичный способ решения этой проблемы. На ячейку подаётся максимальное напряжение (или сбрасывается до нуля), а в нужный момент моментально выводится на нужное для удержания положения кристалла. Сложностью является чёткое управление напряжением с частотой, превышающей частоту развёртки. Кроме того, импульс нужно высчитывать с учётом начального положения кристаллов. Однако Samsung уже представила модели с технологией Digital Capacitance Compensation, дающей показатели 8-6 мс для матриц PVA.

Контрастность

Значение контрастности определяется по соотношению яркости матрицы в состоянии «чёрный» и «белый». Т.е. чем меньше засвечен чёрный цвет и чем выше яркость белого, тем выше контрастность. Этот показатель критичен для просмотра видео, изображений и, в принципе, для хорошего отображения любого изображения. Выглядит как, например, 250:1, т.е. яркость матрицы в «белом» состоянии – 250 кд/м 2, а в «чёрном» – 1 кд/м 2. Впрочем, такие значения возможны только в случае TN+film, для S-IPS среднее значение – 400:1, а для PVA – до 1000:1. Впрочем, заявленным в характеристиках монитора значениям стоит верить только с натяжкой, потому что это значение замеряется для матрицы, а не для монитора. И замеряется оно на специальном стенде, когда на матрицу подаётся строго стандартное напряжение, подсветка питается строго стандартным током и т.д.

Яркость

Измеряется в кд/м 2. Важна для работы с изображениями, для красочных игр и видео. Зависит от мощности лампы подсветки и, косвенно, от типа матрицы (помните недостатки S-IPS?).

Углы обзора

Обычно указываются значения 170°/170°, впрочем, для TN+film это значение – не больше чем декларация. Требованием при определении углов обзора является сохранение контрастности не ниже 10:1. При этом абсолютно безразлична цветопередача в таком положении, даже если цвета будут инвертированы. Также учитываем, что углы определяются в центре матрицы, а на углы мы, естественно, изначально смотрим под углом.

Цветопередача

До пересечения рубежа в 25 мс при переключении ячейки в порядке чёрный-белый-чёрный все матрицы TN отображали честный 24-битный цвет. Однако в гонке скоростей AU Optronics решила честную цветопередачу отбросить. Начиная с матриц со скоростью 16 мс, все TN+filmобеспечивают только 262 тысячи оттенков (18 бит). Большее же количество оттенков обеспечивается двумя путями: либо перемешиванием точек с разными цветами (дизеринг), либо сменой цвета ячейки при каждом обновлении картинки (Frame Rate Control, FRC). Второй способ «честней», потому как человеческий глаз всё равно не успевает заметить смены цвета на каждом кадре. Подчеркиваем, только матрицы TN+film – 18-битные, матрицы, произведённые по другим технологиям, поддерживают 24-битную цветопередачу.

Модуль подсветки

На базе флюоресцентных ламп

Сквозь тело панели (поляризаторы, электроды, цветофильтры и пр.) проходит лишь незначительная часть изначального светового потока от ламп подсветки, не более 3%. Поэтому собственная яркость модуля подсветки должна быть довольно значительной — как правило, применяемые лампы имеют яркость свыше 30000 кд/м2. Через ЖК-панель проходит около 3% светового потока.

Для подсветки применяются CCFL — флуоресцентные лампы с холодным катодом (без нитей накала катодов). CCFL-лампа представляет собой запечатанную стеклянную тубу, наполненную инертным газом с небольшой примесью ртути . Катоды в данном случае являются равноправными электродами, так как для питания используется переменный ток. В сравнении с лампами с накаливаемым (горячим) катодом, электроды у имеют другое строение и больший размер. Рабочая температура катода существенно отличается: 80-150°C против приблизительно 900°C у ламп с горячим катодом, при близкой температуре самой лампы — 30-75°C и 40°C соответственно. Рабочее напряжение для CCFL составляет 600-900 В, пусковое напряжение — 900-1600 В (цифры достаточно условные, так как спектр применяемых ламп очень широк). Образование света происходит при ионизации газа, а необходимым условием ее возникновения в лампе с холодным катодом является высокое напряжение. Поэтому для запуска такой лампы требуется на несколько сотен микросекунд подать на электроды напряжение, значительно превышающее рабочее. Приложенное высокое переменное напряжение вызывает ионизацию газа и пробой зазора между электродами, возникает разряд.

Пробой разрядного промежутка происходит по следующим причинам. В обычных условиях наполняющий лампу газ является диэлектриком. При появлении электрического поля небольшое количество ионов и электронов, всегда присутствующее в объеме газа, приходит в движение. Если подать на электроды достаточно высокое напряжение, электрическое поле сообщает ионам настолько высокую скорость, что при столкновении с нейтральными молекулами происходит выбивание из них электронов и образование ионов. Вновь образовавшиеся электроны и ионы, двигаясь под воздействием поля, также вступают в процесс ионизации, процесс принимает лавинообразный характер. После того, как ионы начинают получать достаточную энергию, чтобы выбивать электроны ударами о катод, возникает самостоятельный разряд. В отличие от ламп с горячим катодом, где разряд является дуговым, тип разряда в CCFL — тлеющий.

Максимальный цветовой охват в идеале могла бы обеспечить комбинация монохроматических источников основных цветов и качественных цветофильтров. На роль «квазимонохроматических» источников света могут претендовать так называемые лазерные светодиоды, но технология производства пока не обеспечивает рентабельность их применения в модулях подсветки. Поэтому на данный момент луший цветовой охват позволяют достичь модули подсветки на основе RGB-пакетов светодиодов.

Для формирования напряжения в несколько сотен вольт, необходимого для работы ламп, используются специальные преобразователи — инверторы. Регулировка яркости CCFLосуществляется двумя способами. Первый заключается в изменении тока разряда в лампе. Значение тока в разряде составляет 3-8 мА, значительная часть ламп имеет еще более узкий диапазон. При меньшем токе страдает равномерность свечения, при большем — существенно сокращается срок службы лампы. Недостаток этого способа регулировки состоит в том, что он позволяет изменять яркость в очень небольшом диапазоне, существенное ее снижение при этом невозможно. Поэтому мониторы с такой регулировкой при работе в условиях слабого внешнего освещения часто оказываются излишне яркими даже при нулевом значении яркости. При втором способе генерируется широтноимпульсная модуляция (ШИМ) питающего лампы напряжения (осуществляется управление шириной, т.е. длительностью импульса, за счет изменения ширины единичного импульса регулируется средний уровень напряжения.). В недостатки такому способу иногда приписывается появление мерцания ламп при реализации ШИМ на низкой частоте — 200 Гц и ниже, по сути же регулировка с помощью ШИМ представляет собой наиболее разумный подход, так как позволяет изменять яркость в широком диапазоне.

Для равномерного распределения света ламп применяется система из световодов, рассеивателей и призм. Вариантов организации распределения света существует множество. Решения с расположением ламп по верхней и нижней торцевым сторонам панели являются наиболее распространенными, такая компоновка позволяет значительно снизить общую толщину изделия. В 17- и 19-дюймовых модулях, как правило, устанавливается четыре лампы: две по верхней стороне и две по нижней. В торцевой части корпуса подобных панелей существуют специальные технологические отверстия, поэтому разбирать корпус для извлечения ламп не требуется . Лампы при такой компоновке часто объединены в блоки из двух штук. Другим вариантом является расположение ламп по всей площади обратной стороны модуля— такое решение применяется в многоламповых панелях с количеством ламп восемь штук и более, а также при использовании U-образных CCFL.Минимальный срок службы ламп производителями панелей в настоящее время обычно указывается от сорока до пятидесяти тысяч часов (срок службы определяется как время, за которое светимость ламп снижается на 50%).

На базе светодиодов

Помимо флюоресцентных ламп в качестве источника света могут также использоваться светодиоды (LED). Модули подсветки на базе светодиодов строятся либо на «белых» светодиодах, либо на пакетах светодиодов основных цветов (RGB-LED). Наибольший цветовой охват дают пакеты RGB-LED. Дело в том, что «белый» светодиод представляет собой синий светодиод с желтым люминофорным покрытием, либо ультрафиолетовый светодиод с комбинацией «красного», «зеленого» и «синего» люминофорного покрытия. Спектр «белых» светодиодов не избавлен от всех недостатков спектра флюоресцентных ламп. Кроме того, в отличие от «белых» светодиодов, пакет RGB-LED позволяет в оперативном режиме корректировать цветовую температуру подсветки за счет раздельного управления интенсивностью свечения каждой группы светодиодов основных цветов. В итоге, достигаются две цели: — расширяется цветовой охват за счет более идеального спектра подсветки, — расширяются возможности цветокалибровки: к типовому методу на основе таблиц пересчета цветовых координат для пикселей изображения добавляется возможность корректировки цветового баланса задней подсветки. Большая крутизна вольт-амперной характеристики светодиодов не позволяет плавно регулировать яркость излучения в широких диапазонах. Но поскольку прибор допускает работу в импульсном режиме, на практике для регулировки яркости светодиодов (как и для флюоресцентных ламп) чаще всего применяется метод широтно-импульсной модуляции.

www.compuhome.ru

Первый LCD-монитор от Apple

Все привыкли к тому, что под брендом Apple выпускаются огромные мониторы с высоким разрешением и отменным качеством изображения. А ведь прадедушка этих монстров имел более чем скромные характеристики. Зато он был самым первым LCD-монитором, который массово производился для персональных компьютеров. Речь идёт об устройстве с громоздким, но незамысловатым названием Apple Flat Panel Display.

Монохромный и лишённый подсветки LCD-монитор отличался необычной формой — сильно вытянут в длину. Ни о каком разрешении в пикселях речь ещё не шла, работа была возможна только в текстовом режиме. На экране помещалось 24 строки, по 80 символов в каждом.

Монитор разрабатывался специально для компактного компьютера Apple IIc. С таким монитором его легко было засунуть в сумку (специальная модель даже производилась самой Apple) и забрать с собой куда угодно. Компьютер этот с подсоединённым Flat Panel Display выглядит как ноутбук. Правда, ни о какой автономности мечтать не приходилось, аккумуляторы по понятным причинам отсутствовали. Впрочем, при желании можно было приобрести довольно громоздкий внешний аккумулятор, обеспечивавший до 8 часов непрерывной работы. Также существовала возможность подключения Apple IIc к автомобильному прикуривателю.

Крепление и подключение Flat Panel Display к компьютеру

Монитор при этом мог складываться, но не как у современных ноутбуков, закрывая клавиатуру, а откидываясь назад. Для подсоединения использовался широкий шлейф и довольно массивный разъем.

Стоимость Flat Panel Display составляла 600 долларов. При этом пользователь получал монитор с ужасной контрастностью, для работы требовалось очень яркое освещение, иначе разглядеть что-либо становилось проблематично. Да и отсутствие графического режима и цвета также не добовляло заинтерисованности у потребителей. То есть идея была интересная, но вот её реализация оставляла желать много лучшего. Впрочем, на дворе был 1984 год, Apple просто не располагала соответствующими техническими возможностями.

Apple IIc с обычным монитором

Продажи Flat Panel Display были просто ужасными. Мало кто из пользователей был готов платить такие деньги, получая в результате очень спорное решение, исключительно для повышения мобильности. В результате всего было произведено лишь 10 000 штук Flat Panel Display.

Интересно, что Apple была не единственная, кто пытался оснастить Apple IIc компактным LCD-монитором. Практически одновременно с Flat Panel Display начало производится схожее устройство, именовавшееся C-Vue. Но оно также не могло обеспечить приемлемое качество работы и не имело коммерческого успеха.

Крепление Flat Panel Display. Вид сзади

Следующая, более успешная попытка использования LCD-экранов в портативной технике, была предпринята Apple только в 1991 году, когда появился первый в истории ноутбук компании — Macintosh Portable.

Фотографии с ресурса obsoletecomputermuseum.org

uip.me

Отправить ответ

avatar
  Подписаться  
Уведомление о