Технологии создания мониторов

14

Введение

Одним из основных элементов компьютера является монитор. В настоящее время существует очень много различных мониторов, которые различаются, как по внешним, так и по внутренним характеристикам.

Именно через монитор мы воспринимаем всю визуальную информацию от компьютера. Не важно, работаете ли вы с бухгалтерской программой, пишете письма, играете в игры, управляете сервером - вы всегда используете монитор. От качества и безопасности монитора напрямую зависит ваше здоровье - прежде всего зрение. Необходимо, чтобы было удобно и безопасно работать, чтобы голова не болела, а глаза не уставали, чтобы было комфортно играть и работать.

Критериев очень много. Более того, для разных целей выбираются разные мониторы. Стоимость мониторов может очень существенно отличаться, их возможности и технические параметры тоже различны.

Монитор - самая дорогая часть компьютера, поэтому к выбору монитора следует подходить особенно тщательно. Наряду с оперативной памятью монитор (точнее видеосистема - адаптер и монитор) относятся к тем составным частям компьютера, на которых нельзя экономить. Лучше приобрести менее емкий диск и процессор с меньшей частотой, чем сэкономить на мониторе.

Самый крутой компьютер - ничто, если он снабжен слабеньким 14-дюймовым монитором сомнительного качества.

Цель моей работы - рассмотреть современные типы мониторов и дать некоторые рекомендации по выбору монитора.

1. Устройство ЭЛТ- и ЖК-мониторов

Внутри привычного всем компьютерного монитора находится кинескоп или электронно-лучевая трубка (ЭЛТ). Ее узкая часть - электронная пушка, которая, в полном соответствии с названием, постоянно выстреливает электроны непрерывным пучком. А специальная система фокусировки делает пучок очень тонким, можно сказать, что получается электронная «игла». Поскольку электрон - частица заряженная, пучок можно отклонять электромагнитным полем так, чтобы он пробегал по экрану (экран монитора - это передняя часть трубки) по всем строкам подряд. Например, при заданном разрешении 1024х768 лучу придется пробежаться по 768 строкам и на каждой строке поставить по 1024 отметки. Отметки ставятся на люминофоре - веществе, которое светится под воздействием пучка. Пучку надо создать цветное изображение, а оно состоит из трех основных цветов: R-красного, G-зеленого и B-синего (вместе - RGB), в кинескопе работают сразу три электронные пушки, каждая для своего цвета. Соответственно, и люминофор на внутреннюю поверхность экрана наносится трех типов - каждый светится своим цветом. Если пучок бьет сильнее - свет получается более яркий. Так и можно дозировать, допустим, 5 частей красного, 25 - зеленого, 243 - синего, причем, очень точно и в каждой точке экрана. Хороший принцип, давно придуманный и до сих пор еще не превзойденный по всем параметрам.

Перед люминофором стоит сетка, которая необходима, чтобы луч от синей электронной пушки попал точно на синий люминофор, от красной - точно на красный. Наибольшее распространение получила сетка «теневая маска» - буквально это «решето», лист из специального сплава, который практически не меняет линейных размеров при нагревании. Мельчайшие дырочки на нем ориентированы так, что пропускают луч только к «своему» люминофору. Меньшее распространение получила сетка «апертурная решетка» - те же функции в ней выполняет множество вертикальных нитей.

У данного типа монитора существуют свои преимущества и недостатки. Допустим, трем пушкам не удается точно дозировать цвет в каждой точке экрана. Тогда мы получаем плохую цветопередачу, т.е. монитор «врет», путает пропорции цвета и получает в итоге неестественные цвета. Другой возможный дефект: при большом отклонении от центра экрана сложнее управлять пучком электронов. Поэтому часто именно на краях экрана наблюдается плохой фокус - контуры «нарисованных» пучком символов оказываются размытыми. Еще один возможный минус - плохое сведение лучей. Но в последние годы технология производства ЭЛТ настолько продвинулась, что мониторы с явными дефектами фокусировки и сведения уже не часто встретишь. Чуть хуже дела обстоят с точной цветопередачей и, особенно, с выдержкой температуры цвета. Идеальной можно считать ситуацию, когда монитор передает цвета настолько точно, что пользователь видит реальную цветовую гамму (в частности, это совпадение цвета оригинала и электронной копии при сканировании).

Также «средне» обстоят дела с температурой цвета, которую большинство мониторов позволяет выставлять в нескольких значениях. Если не уходить в научные дебри, температура цвета определяет, как выглядят естественные цвета при разном освещении. В настройках монитора чаща других используется цветовая температура в 6500 и в 9000 градусов Кельвина. Первая окрашивает экран в мягкие красноватые тона (примерно соответствует 5 часам вечера летнего дня), вторая - в более жесткие с синевой (полдень, яркий солнечный свет). Встречаются и другие значения, их можно установить по вкусу или даже «придумать» собственную температуру цвета, смешав в некоторых пропорциях преобладания трех цветов RGB.

Чаще приходится регулировать яркость и контрастность. Яркость определяет средний уровень свечения экрана, а контрастность - соотношение яркости наиболее светлых и наиболее темных элементов изображения. Т.е., попросту говоря, того, что считается белым цветом и черным. «Считается» - потому что абсолютно белого и абсолютно черного не даст ни один монитор. Это лишь крайние значения светло-серого и темно-серого. У большинства ЭЛТ-мониторов контрастность лежит в пределах 500:1 и выше, а яркость, как правило, можно регулировать в пределах до 200 кандел на квадратный метр.

Самые главные недостатки - это большие габариты, мерцание экрана и вредные для человека излучения. Но, как известно, любое явление можно расписать черными и розовыми красками. Вообще, большинство мифов о вреде излучений и мерцания рождаются из-за того, что человек устает работать на неправильно настроенном мониторе.

Чтобы вред от монитора перестал существовать, вовсе не обязательно ставить на монитор кактус или фикус. Достаточно выставить частоту обновления экрана не менее 85 Гц, а разрешение подобрать таким образом, чтобы не приходилось щуриться, рассматривая мелкие символы. Кроме того, желательно позаботиться о правильной посадке (центр экрана должен быть чуть ниже уровня взгляда) и о правильном освещении - ни в коем случае не ставить монитор под прямые солнечные лучи. Лучше всего, когда прямые солнечные лучи вообще не попадают на экран, в крайнем случае, они должны быть боковыми. Плюс к этому надо оборудовать удобное рабочее место - так, чтобы позвоночник, особенно в шейной части, не напрягался.

Теперь рассмотрим устройство жидкокристаллических мониторов. Умение жидких кристаллов частично пропускать и частично не пропускать свет нашло применение в «мониторных» технологиях. Представим себе ту же картину, которую по точкам вычерчивает пучок электронов в ЭЛТ. И вместо электронных пушек поставим обычную лампу, которая равномерно подсвечивает картинку, как в проекторе. Затем вместо люминофора поставим в каждую точку изображения затвор - элемент, который может полностью закрывать путь света или частично его пропускать. Теперь несложно представить, как множество элементов LCD-монитора формируют картинку. А для того, чтобы картинка получилось цветной, на каждую точку приходится ставить не один затвор, а сразу три - для трех цветов RGB.

В теории все совсем просто, а на практике дело упирается в сложность изготовления жидкокристаллической панели с огромным числом управляющих элементов. Главный недостаток жидкокристаллических мониторов - высокая цена. А главное достоинство ЖК-моделей - малые габариты.

Яркость у жидкокристаллических мониторов однозначно выше, чем у ЭЛТ-мониторов. Контрастность - хуже. Большинство продаваемых моделей имеет контрастность 250:1 или 300:1. Правда, последние модели уже выходят на уровень 400:1 и даже 600:1, что вплотную приближает их к ЭЛТ-мониторам. К безусловным плюсам относятся принципиальное отсутствие проблем с фокусировкой и сведением, а также полное отсутствие мерцания экрана. Муар или подобные ему эффекты практически отсутствуют или легко убираются настройками. У ЭЛТ-монитора видимая поверхность экрана меньше заявленной диагонали, примерно на один дюйм. У ЖК-монитора все дюймы на месте -- если сказано, что монитор 15-дюймовый, значит, он действительно 15-дюймовый.

Дальше идут минусы технологии, причем такие, каких у ЭЛТ-мониторов просто нет. Это возможность работать только в одном разрешении - по количеству элементов матрицы. Следующий минус - малый угол обзора. Наибольшая контрастность проявляется при отвесном взгляде в центр экрана. Если смотреть на изображение под некоторым углом, картинка заметно теряет контрастность, это проявляется, даже когда пользователь просто работает с большим экраном - 17 или 18 дюймов. Тогда периферию экрана волей-неволей приходится рассматривать под некоторым углом, и очень неприятно, когда края экрана выглядят не так, как центр.

Похоже, что исход битвы между ЭЛT и ЖК-мониторами за место на рынке уже предрешен. Причем не в пользу ЭЛТ-мониторов. Будущее, судя по всему, все же за ЖК-мониторами с активной матрицей. Исход битвы стал ясен после того, как IBM объявила о выпуске монитора с матрицей, имеющей 200 пикселей на дюйм, то есть, с плотностью в два раза больше, чем у ЭЛТ-мониторов. Как утверждают эксперты, качество картинки отличается так же, как при печати на матричном и лазерном принтерах. Поэтому вопрос перехода к повсеместному использованию ЖК-мониторов лишь в их цене.

Тем не менее, существуют и другие технологии, которые создают и развивают разные производители, и некоторые из этих технологий носят название PDP (Plasma Display Panels), или просто "plasma", и FED (Field Emission Display).

Такие крупнейшие производители, как Fujitsu, Matsushita, Mitsubishi, NEC, Pioneer и другие, уже начали производство плазменных мониторов с диагональю 40 дюймов и более, причем некоторые модели уже готовы для массового производства. Работа плазменных мониторов очень похожа на работу неоновых ламп, которые сделаны в виде трубки, заполненной инертным газом низкого давления. Внутрь трубки помещена пара электродов между которыми зажигается электрический разряд и возникает свечение. Плазменные экраны создаются путем заполнения пространства между двумя стеклянными поверхностями инертным газом, например, аргоном или неоном. Затем на стеклянную поверхность помещают маленькие прозрачные электроды, на которые подается высокочастотное напряжение. Под действием этого напряжения в прилегающей к электроду газовой области возникает электрический разряд. Плазма газового разряда излучает свет в ультрафиолетовом диапазоне, который вызывает свечение частиц люминофора в диапазоне, видимом человеком. Фактически, каждый пиксель на экране работает, как обычная флуоресцентная лампа. Высокая яркость и контрастность наряду с отсутствием дрожания являются большими преимуществами таких мониторов. Кроме того, угол по отношению к нормали, под которым можно увидеть нормальное изображение на плазменных мониторах, существенно больше, чем 45° в случае с ЖК-мониторами. Главными недостатками такого типа мониторов является довольно высокая потребляемая мощность, возрастающая при увеличении диагонали монитора, и низкая разрешающая способность, обусловленная большим размером элемента изображения. Кроме этого, свойства люминофорных элементов быстро ухудшаются, и экран становится менее ярким, поэтому срок службы плазменных мониторов ограничен 10000 часами (это около 5 лет при офисном использовании). Из-за этих ограничений такие мониторы используются пока только для конференций, презентаций, информационных щитов, т.е. там, где требуются большие размеры экранов для отображения информации. Однако есть все основания предполагать, что в скором времени существующие технологические ограничения будут преодолены, а при снижении стоимости такой тип устройств может с успехом применяться в качестве телевизионных экранов или мониторов для компьютеров. Подобные телевизоры уже есть, они имеют большую диагональ, очень тонкие (по сравнению со стандартными телевизорами) и стоят бешеных денег - $10000 и выше.

Ряд ведущих разработчиков в области LCD и Plasma-экранов совместно разрабатывают технологию PALC (Plasma Addressed Liquid Crystal), которая должна соединить в себе преимущества плазменных и ЖК-экранов с активной матрицей.

Технологии, которые применяются при создании мониторов, могут быть разделены на две группы: 1) мониторы, основанные на излучении света, например, традиционные ЭЛТ-мониторы и плазменные, т.е. это устройства, элементы экрана которых излучают свет во внешний мир и 2) мониторы трансляционного типа, такие, как ЖК-мониторы. Мониторы FED основаны на процессе, который немного похож на тот, что применяется в ЭЛТ-мониторах, так как в обоих методах применяется люминофор, светящийся под воздействием электронного луча. Главное отличие между ЭЛТ и FED мониторами состоит в том, что ЭЛТ-мониторы имеют три пушки, которые испускают три электронных луча, последовательно сканирующих панель, покрытую люминофорным слоем, а в FED-мониторе используется множество маленьких источников электронов, расположенных за каждым элементом экрана, и все они размещаются в пространстве, по глубине меньшем, чем требуется для ЭЛТ. При этом FED-мониторы очень тонкие.

2. Выбор монитора

Слишком много факторов определяют конечный выбор. У каждого свои предпочтения и потребности. Кроме того, два одинаковых по виду и марке монитора могут сильно отличаться по качеству. Прежде, чем отправиться в магазин за новым монитором, вам нужно четко определить для себя две вещи: сколько вы готовы потратить на монитор и для каких целей вы будете использовать монитор. С деньгами, в принципе, все понятно: либо они есть, либо их нет. Однако если вы собрались покупать монитор в составе компьютерной системы, то взвесьте еще раз отложенную на монитор сумму. Возможно, сэкономив на процессоре или видеоадаптере, вы сможете купить более качественный монитор. Что касается того, для каких задач вам нужен монитор, то тут есть несколько соображений. Понятно, что если в средствах вы не стеснены и места на вашем рабочем столе хоть отбавляй, то, очевидно, что монитор с большой диагональю и высокими разрешениями будет отличным выбором. Опять же, если деньги есть, но нет места, то современные TFT-LCD мониторы удовлетворят ваши запросы. Если денег мало и нет свободного места, то выбирать следует из 15-дюймовых и 17-дюймовых, при этом среди 17-дюймовых мониторов следует обратить пристальное внимание на модели с укороченной трубкой, так как по глубине они соответствуют габаритам 15-дюймовых мониторов, а не хватает, как правило, именно пространства в глубину стола. Кстати, тенденция к уменьшению длины трубок получила большое распространение, сейчас производятся и 19-дюймовые мониторы, которые по габаритам в глубину стола занимают пространство как 17-дюймовые модели.

В некоторые мониторы встроены акустические колонки. Хорошо это или плохо? Далеко не все встроенные колонки имеют приличное звучание, более того, бывают случаи, когда из-за них портиться изображение на мониторе. Колонки лучше купить отдельно, исходя из своих вкусов. К тому же, если у вас уже есть колонки, вы вряд ли будете пользоваться теми, что встроены в монитор. Единственным аргументом в пользу встроенных в монитор колонок является экономия пространства на столе. Однако ничто не мешает купить внешнюю акустику, которая крепится на монитор.

От размера монитора зависит и максимальное разрешение, которое вы можете использовать. Важным фактором является шаг точки или соответствующий конкретному типу трубки монитора параметр (т.е., это может быть и щелевой шаг, и шаг полосы). От шага точки зависит то, насколько точно будут передаваться детали изображения при отображении на экране монитора. Чем меньше значение шага точки, тем выше качество изображения мы получим на экране, при этом, чем выше разрешение, тем более явно это будет заметно. В случае с ЖК-мониторами параметром, определяющим качество изображения, является число электродов: чем их больше, тем лучше.

Очень часто на коробке от монитора указывается только ширина полосы пропускания частот. Иногда еще и диапазон горизонтальной частотной развертки. Впрочем, как правило, в руководстве к монитору можно найти и дополнительную информацию. В принципе, если монитор соответствует стандарту TCO, то уже из этого можно сделать выводы о его характеристиках. Но, даже зная только ширину полосы пропускания (bandwidth) монитора, можно определить достаточно точно, сможем ли мы работать в требуемом разрешении при необходимой частоте регенерации. Ширина полосы пропускания измеряется в MHz (Мегагерцах, МГц) и характеризует, какой может быть минимальная длительность импульса, соответствующего отображению одиночной точки на строке изображения, а, следовательно, и ее размер при предельных скоростях строчной развертки. Значения ширины полосы пропускания монитора и предельной скорости передачи импульсов отдельных пикселов видеоадаптером (dot clock, т.е., данные об отображении скольких пикселей может передать видеоадаптер в монитор в секунду; измеряется тоже в MHz), в комбинации определяют резкость изображения по горизонтали на предельных разрешениях и частотах разверток. При примерно равных значениях этой частоты общая предельная частота системы "видеокарта-монитор" будет примерно на 40% меньше. Для других соотношений можно для оценок использовать теорему Пифагора для прямоугольного треугольника с катетами из обратных величин частот. Длина гипотенузы будет примерно соответствовать обратной величине полосы пропускания всей системы. Очевидно, что при большой разнице двух таких частот итоговое значение полосы пропускания будет определяться худшим элементом. Поэтому при замене монитора следует внимательно изучить характеристики видеокарты и оценить ее влияние на резкость изображения в используемом вами режиме работы монитора. В противном случае, нарушение резкости при увеличении разрешения или частоты кадров может быть обусловлено недостаточно хорошими характеристиками видеокарты. В любом случае, чем больший запас по dot clock, тем лучше.

Следует отметить, что ширина полосы пропускания зависит от количества пикселей по вертикали и горизонтали, а также от частоты регенерации экрана. Предположим, что Y обозначает число пикселей по вертикали, X - число пикселей по горизонтали, а R - величину частоты регенерации экрана. Чтобы учесть дополнительное время на синхронизацию по вертикали, умножим Y на коэффициент 1.05. Время, необходимое для горизонтальной синхронизации, соответствует примерно 30% от времени сканирования, поэтому используем коэффициент 1.3. Заметим, что 30% - это очень умеренная величина для большинства современных мониторов. В результате получим формулу для расчета ширины полосы пропускания монитора:

Bandwidth = 1.05 * Y * 1.3 * X * R

Теперь, если вы присмотрели себе монитор и собираетесь работать в разрешении, например, 1280x1024 при частоте регенерации 90 Hz, то требуемая ширина полосы пропускания монитора будет равна: 1.05 * 1024 * 1280 * 1.3 * 90 = 161 MHz.

Полученное значение приблизительно, и использовать его можно лишь в качестве ориентира.

Кроме проверки частотных характеристик монитора и поддерживаемых разрешений, следует посмотреть на то, как монитор отображает изображение. Т.е. посмотреть на яркость, контрастность, цветность (включая насыщенность цвета), сведение, геометрию. Прежде, чем приступить к проверке качества воспроизводимого изображения, рекомендуется дать монитору прогреться, хотя бы 20 минут. Монитор - это дорогая покупка, поэтому торопиться с выбором не стоит.

Практически все современные мониторы имеют цифровую регулировку параметров или комбинированную аналогово-цифровую. Плюс к ручкам или кнопкам управления обычно монитор имеет так называемый OSD (On Screen Display), т.е. меню настроек, которое появляется при его вызове на экране монитора поверх всей отображаемой в данный момент видеоинформации. Через OSD можно получить информацию о текущем видеорежиме, т.е. разрешении и частоте регенерации, выбрать язык сообщений меню, размагнитить монитор, выбрать цветовую температуру и т.д. После того, как будут сделаны изменения в настройках меню, все установки для данного режима будут автоматически запомнены. Разумеется, настраивать монитор при проверке нужно в том режиме, в котором вы будете чаще всего работать (если таких режимов несколько, то лучше всего проверить их все).

Самым главным определяющим фактором все же являются ваши глаза и ваши ощущения. Так как именно вам проводить за монитором большое количество времени, вам и решать, подходит ли вам конкретный экземпляр. И никакие тесты и рекомендации никогда не заменят вам ваших глаз.

После того, как вы все же выбрали монитор и привезли его домой или в офис для использования, проверьте, есть ли для него в комплекте драйвер для вашей операционной системы (речь идет о Windows). Если дискеты с драйвером в комплекте нет, посетите сайт производителя.

Периодически протирайте экран монитора и сам корпус монитора. Корпус монитора имеет смысл пылесосить или выдувать из него пыль. Желательно протирать экран ЭЛТ-монитора специальными составами. Дело в том, что пыль на экране вынуждает вас увеличивать яркость монитора, а в этом нет ничего хорошего. К тому же чистый монитор способствует комфортной работе.

При долговременной работе за монитором старайтесь делать перерывы. Чтобы дать отдохнуть своим глазам и монитору. Рекомендуется, чтобы экран монитора располагался на расстоянии не менее 50-70 см от пользователя и на таком уровне, чтобы не было необходимости наклонять или задирать голову, глядя на него.

Заключение

Завершив работу можно сделать определенные выводы. Монитор - один из самых основных элементов компьютера и, как правило, самая дорогая его часть.

Монитор - это "окно" в компьютер.

Существуют мониторы различных типов: с электронно-лучевой трубкой внутри, жидкокристаллические мониторы, плазменные мониторы и др.

Развитие информационных технологий способствует появлению новых типов мониторов, а также усовершенствованию уже имеющихся.

При выборе монитора необходимо руководствоваться тем, какой именно монитор и для чего вам нужен.

Монитор - это то, с чем вы будете постоянно взаимодействовать при работе на компьютере, и от качества и безопасности монитора зависит самое главное - ваше здоровье, и, прежде всего, ваше зрение.

Список литературы

1. Верь глазам своим! // Ассоциация Сибирь. - 11.07.2003.

2. Ерохин А. Мониторы. // КОМПЬЮТЕРРА. - 2003. - №1.

3. Картунов В. Мониторы: технологии и рекомендации по выбору. - М.: ИМПЭКС, 2004.