Сегодня на рынке присутствуют мониторы, выполненные по двум принципиально разным технологиям. Первая из них базируется на электронно-лучевых трубках (ЭЛТ), генерирующих световой поток. Более современная технология основана на свойствах жидких кристаллов (ЖК), которые работают как затворы, перекрывающие постоянный световой поток. Параметры изображения, формируемого аппаратами разных технологий, потребительские и технические характеристики мониторов на ЭЛТ и ЖК заметно различаются.

Для начала определимся с базовыми понятиями, применимыми для любого типа монитора. По сегодняшним меркам монитор с перспективой службы в несколько лет должен иметь диагональ видимой области изображения 17-18 дюймов (43-46 см). Если планируется интенсивно использовать компьютер для просмотра видеофильмов и телепередач, лучше выбрать аппарат с диагональю видимой области 19-20 дюймов (48-51 см). Размер видимой области определяет площадь, занимаемую изображением на экране. Он тесно связан с технологиями производства ЭЛТ, поскольку не вся фронтальная поверхность трубки доступна для вывода изображения. Для ЖК-дисплеев размер видимой области совпадает с размером панели жидких кристаллов. Из этого различия вытекает и разный физический смысл при обозначении размера монитора по диагонали. Для мониторов на базе ЭЛТ размер по диагонали характеризует только трубку (видимая область всегда меньше), а для ЖК-панелей совпадает с размером изображения. Исторически сложилось так, что модельный ряд ЭЛТ-дисплеев включает трубки с диагоналями 15, 17, 19, 21, 22 дюйма. Для ЖК-мониторов в основном используют панели с диагоналями 15, 17, 18, 19, 20 и более дюймов. Разрешение изображения на дисплее измеряют в точках по горизонтали и вертикали. Чем выше это значение, тем больше объектов можно разместить на экране, тем лучше детализация изображения. Разрешение изображения зависит от возможностей видеокарты и дисплея. Очевидно, что оно не может превышать число физических элементов экрана, формирующих точки изображения. Для мониторов приняты следующие типовые значения разрешения: 15" 1024Ч768; 17"-18" 1280Ч1024; 19"-22" 1600Ч1200. Профессиональные 22-дюймовые мониторы могут иметь оптимальное разрешение 1920Ч1440 точек.

Следующим критическим параметром для качества изображения является цветопередача. Она характеризуется не только глубиной цветового охвата (то есть количеством отображаемых цветов), но и верным соотношением цветов, их совпадением с естественной цветовой палитрой. Электронно-лучевые трубки в принципе лучше отображают цвета, чем жидкокристаллические матрицы. Однако совершенствование технологии изготовления ЖК-мониторов привело к улучшению качества цветопередачи.

Мониторы с электронно-лучевой трубкой.

Электронно-лучевая трубка представляет собой стеклянную колбу, дно которой покрыто слоем из точек люминофора трёх цветов: красного (Red), зелёного(Green) и синего (Blue). Люминофор может светиться под воздействием потока электронов. В тыльной (узкой) части электронно-лучевой трубки расположены три электронные пушки (по одной на каждый из основных цветов). При подаче высокого напряжения (20-30 тысяч вольт) они генерируют направленный пучок электронов. Расположенная в горловине трубки система электромагнитной фокусировки сжимает пучок, превращая его в своеобразную электронную "иглу". Далее электронный луч попадает в область электромагнитного поля системы отклонения, которая заставляет его последовательно пробегать по строкам формируемого изображения. Для формирования кадра с разрешением 1280Ч1024 точек каждый из трёх лучей должен пробежать сверху вниз 1024 строки, вспыхивая на каждой строке 1280 раз. Чтобы сформировать непрерывное изображение, требуется обновлять кадры с частотой не менее 75 раз в секунду, а лучше - 85 раз в секунду и более. Перед слоем люминофора расположена маска с отверстиями, совпадающими с положением точек разного цвета. Благодаря маске на точку люминофора соответствующего цвета попадает только "свой" луч, а паразитная засветка отсекается. В зависимости от типа маски различают три основные технологии ЭЛТ-мониторов: с теневой маской (Shadow Mask), с апертурной решёткой (Aperture Grille), с щелевой маской (Slot Mask). Традиционно количественным выражением качества изготовления маски и слоя люминофора служит так называемый "шаг точек", то есть расстояние между соседними точками люминофора одного цвета. Для теневой маски его измеряют по диагонали, для апертурной решётки и щелевой маски - по горизонтали. Нормальным считается диагональный шаг точек 0,25-0,28 мм или горизонтальный шаг 0,22-0,25 мм. Изображение на экране формируется путём смешения цветов трёх соседних точек (триад RGB) люминофора. Яркость свечения точки люминофора определяется мощностью электронного пучка. Это позволяет очень точно управлять цветом в каждой точке экрана. Очевидно, что при электронном управлении развёрткой луча не составляет проблем "вычертить" изображение любого разрешения. Верхним пределом здесь выступает число триад люминофора по горизонтали и вертикали.

Важнейшей частью монитора на базе ЭЛТ является электронный тракт, обеспечивающий прецизионное управление лучом при высоких частотах кадровой развёртки. В естественной природе не существует покадровых, мерцающих изображений. Глаз человека к ним не приспособлен и поэтому устаёт при просмотре "обманной" картинки. Однако чем выше частота смены кадров, тем меньше усталость, тем ближе картинка к естественному, статичному изображению. Если перемножить максимальное разрешение (в точках), обеспечиваемое монитором, и частоту смены кадров (в герцах), мы получим полосу пропускания видеоусилителя для формирования изображения заданного качества. Умножая результат на коэффициент 1,4, учитывающий время возврата луча к началу следующей строки, время отклика и другие "служебные" расходы, получаем необходимую полосу пропускания электронного тракта монитора. Полоса пропускания характеризует то, насколько полно электронный тракт преобразует входной сигнал от видеокарты в выходной электронный луч. Монитор с более высокой полосой пропускания при одинаковом разрешении и частоте кадров обеспечит более чёткое и насыщенное цветами изображение.

Принципы управления электронным лучом, технология изготовления колбы и маски обусловливают критичные геометрические и цветовые параметры для мониторов на базе ЭЛТ: фокусировку, муар, сведение, цветовую температуру. Точная фокусировка особенно важна для мониторов с размером диагонали 19 дюймов и более, поскольку на краях большого экрана угол отклонения электронного луча достигает наибольшей величины. Плохая фокусировка проявляется как размытие границ объектов. Муар проявляется как волнообразная кольцевая геометрическая структура на изображении. Муар тесно связан с фокусировкой: чем лучше фокусировка, тем выше вероятность появления муара.

Качественное сведение лучей означает точное попадание каждого луча электронной пушки в люминофор "своего" цвета. Разбалансировка сведения приводит к тому, что часть луча попадает в люминофор "чужого" цвета. Различают статическое несведение (одинаковое по всей поверхности) и динамическое несведение (несовпадение увеличивается к краям экрана). Цветовая температура определяет естественность отображения цветов при различном внешнем освещении. Качественные мониторы позволяют задать цветовую температуру по выбору пользователя.

Параметр яркости определяет средний уровень свечения экрана, измеряется в канделах на квадратный метр. Параметр контрастности определяет соотношение яркости наиболее светлых и наиболее тёмных элементов изображения.

Жидкокристаллические мониторы

Жидкокристаллическая панель принципиально отличается от электронно-лучевой трубки тем, что её свечение постоянно, а элементы панели (жидкие кристаллы) выступают в роли шторок, частично или полностью перекрывающих световой поток. Источниками подсветки служат обычные лампы, которые горят постоянно. Ячейки с жидкими кристаллами управляются цифровыми сигналами, определяющими порядок открытия "шторок". Управляющим звеном в каждой ячейке является тонкоплёночный транзистор (Thin Film Transistor,TFT).

Как же получается изображение? Под воздействием тока жидкие кристаллы могут менять свою молекулярную структуру и вследствие этого пропускают через себя то или иное количество света (либо блокируют его прохождение). Два поляризационных фильтра, цветные фильтры и стеклянная подложка дополняют пакет. Все слои размещаются между двумя стеклянными защитными панелями. В отсутствие тока на управляющем тонкоплёночном транзисторе молекулы вещества находятся в естественном состоянии и повёрнуты на 90°. В этом случае свет, испускаемый лампой подсветки, может проходить сквозь структуру слоёв пакета. Напряжение, прикладываемое к тонкоплёночному транзистору, создаёт электромагнитное поле, по линиям которого ориентируются жидкие кристаллы, поляризуя проходящий свет. Наружный поляризационный фильтр абсорбирует световой поток с таким направлением поляризации. Поэтому свет не может пройти сквозь экран. монитор дисплей компьютер

Важнейшей особенностью технологии ЖК является отсутствие геометрических искажений и мерцания изображения. Отпадают проблемы с фокусировкой и сведением лучей. Монитор имеет меньшую глубину, чем электронно-лучевая трубка. Исключается сложный электронный тракт, управляющий развёрткой лучей. Исчезает необходимость цифро-аналогового преобразования сигналов на пути от видеокарты к монитору.

Однако, как известно, все недостатки являются продолжением достоинств. Чёткие границы между элементами структуры экрана приводят к зернистости изображения. Отобразить картинку с хорошим качеством можно только в разрешении, совпадающем с физическим числом элементов экрана. Большее разрешение невозможно выставить в принципе, а меньшее приводит к грубым искажениям при воспроизведении изображения.

Жидкий кристалл работает как световой затвор, поэтому для воспроизведения цветовой палитры устанавливают светофильтры для каждого из основных цветов. В силу технологических особенностей невозможно управлять положением жидкого кристалла столь же точно, как яркостью люминофора. Отсюда - более узкий цветовой диапазон, воспроизводимый ЖК-панелями.

3. Стандарты для мониторов

Стандарты безопасности

IEC 950 - стандарт Международной электротехнической комиссии (International Electrotechnical Commission), определяющий нормы электробезопасности на электротехническое оборудование. Целью стандарта является предотвращение повреждений и ущерба, которые могут возникнуть в результате поражения электрическим током, загорания, короткого замыкания, механических поломок и т. п.

Еще одним стандартом можно назвать часть комплексного норматива СЕ mark, или просто СЕ. Это общий стандарт для стран ЕС, тем не менее, некоторые страны имеют свои национальные стандарты безопасности, поэтому в документации часто указывается на соответствие аппаратуры нормативам DEMKO (Датского электротехнического комитета сертификации и контроля качества), NEMCO (Электротехнического института управления качеством Норвегии), SEMCO (Института сертификации и контроля качества Швеции) и финскому стандарту FIMKO.

В комплексном стандарте TЫV/Rhienald также содержится раздел GS, посвященный безопасности.

К стандартам электробезопасности можно отнести и документы, определяющие виды сетевых соединителей (вилок). К ним относятся нормативы UL и CSA.

Эргономические стандарты

Эта группа стандартов включает требования и рекомендации по охране здоровья и условий труда. Они касаются освещения, конструкции аппаратуры, удобства расположения органов управления и экрана монитора относительно уровня глаз, возможностей поворота дисплея для обеспечения его удобного положения и т. п. К числу эргономических стандартов относятся международный стандарт BS 7179 и пришедший ему на смену ISO 9241-3. Эргономические нормы включены в комплексный стандарт TЫV/Rheinald (подраздел TЫV/Rheinal Ergnomie), а также в новый комплексный стандарт ТСО`95.

Наиболее важные эргономические требования к мониторам, связанные с частотой кадровой развертки не ниже 75 Гц, заключены в стандарте ErgoVga ассоциации VESA, но этот стандарт почему-то почти не используется.

Отдельно следует упомянуть стандарты по электромагнитным излучениям, которые также можно было бы отнести к эргономическим.

Стандарты уровней излучений

Он определяет уровень электромагнитного излучения в двух диапазонах - очень низких частот (2 - 400 кГц) и сверхнизких частот (5 Гц - 2 кГц), а также величину статического заряда на мониторе и величину рентгеновского излучения. Затем появился более жесткий стандарт ТСО'91, который в 1992 г. был дополнен требованиями по энергосбережению, и весь документ стал называться стандартом ТСО'92.

Самый последний стандарт ТСО'95 содержит требования по электромагнитным излучениям, идентичные стандарту ТСО'91, плюс экологические нормы (Environmental requirements). В частности, в соответствии с этим стандартом в конструкциях мониторов не применяются галогеносодержащие пластмассы, а их упаковка не должна содержать хлоридов и бромидов и подлежит вторичной переработке. Требования вышеперечисленных стандартов приведены в таблице №5(Приложение 1)

Чтобы монитор соответствовал требованиям ТСО`91 по уровням излучения, на него устанавливают для уменьшения электромагнитного излучения специальные элементы (компенсирующие катушки или экранирующие кольца из специального сплава с высокой магнитной проницаемостью), которые располагают вокруг отклоняющей системы и/или в области цепей и элементов строчной развертки.

Новый стандарт ТСО`95 только начинает внедряться в производстве мониторов.

Нормы на электромагнитные излучения приводятся также в стандартах ISO 9241-3, TUV/Rhienald Ergonomee и ряде других, однако наиболее жесткими, а потому общепризнанными являются TCO`91 и TCO`95.

Электромагнитная совместимость

Эта группа стандартов (EMC - Electro-Magnetic Compatibility) посвящена проблемам воздействия мониторов на окружающее радиоэлектронное оборудование и защиты самих мониторов от влияния внешних устройств. Нежелательное воздействие устройств друг на друга может осуществляться через электромагнитное излучение (RFI - Radio Frequency Interference), а также по сети питания.

Общепризнанным в данной области является стандарт, разработанный Федеральной комиссией по связи США (Federal Communication Commission, FCC). Существуют две его разновидности - FCC класса А для промышленных устройств и FCC класса В для офисных и домашних устройств. Стандарт FCC В "строже", чем FCC А. Монитор (или любое другое устройство), соответствующий этому стандарту, не должен влиять на прибор, от которого его отделяют 3 м и одна стена.

Существуют и другие стандарты по электромагнитной совместимости, например CE mark, который является нормативом для стран ЕС. Это комплексный стандарт, включающий кроме требований ЕМС еще и правила безопасности. К этой же категории относятся следующие стандарты: канадский DOC B, а также VCCI и CIPSPR 22.

Однако следует отметить, что монитор, даже отвечающий указанным стандартам, может создавать помехи в чувствительных приемных устройствах (в теле- и радиоприемниках), поэтому в некоторых документах приводятся рекомендации по уменьшению такого влияния (изменение ориентации и положения, подключение к другой розетке и т. д.).

Экологические стандарты и стандарты пониженного энергопотребления

При массовом производстве мониторов (а также компьютеров) нельзя не учитывать их влияния на окружающую среду (в том числе и на человека) на всех стадиях их "жизни" - при изготовлении, эксплуатации и после окончания срока службы. В связи с этим были разработаны экологические стандарты (Environmental), определяющие требования к производству и материалам, которые могут использоваться в конструкции приборов.

Эти материалы не должны содержать фреонов (что связано с заботой об озоновом слое планеты), хлоридов и бромидов (в частности, поливинилхлорида). Сами аппараты, тара и документация должны допускать нетоксичную переработку после использования.

К экологическим стандартам относятся TCO`95 и BS 7750.

Стандарты пониженного энергопотребления

Эти стандарты определяют допустимые уровни мощности, потребляемой устройством, находящемся в неактивном режиме и призваны обеспечивать экономию энергии. Данные стандарты можно применять не только к мониторам, но к другим периферийным устройствам компьютера (лазерным принтерам, модемам, внешним накопителям и т. д.), а также самому системному блоку.

Наиболее распространенный и известный стандарт этого класса определен в программе Energy Star, разработанной американским Агентством по охране окружающей среды (EPA - Environmental Protection Agency).

В нем заданы допустимые нормы энергопотребления для компьютеров и периферийных устройств, находящихся в так называемом "ждущем" режиме, то есть в том случае, когда устройство включено, но активно не используется. Данный режим может также называться дежурный, ожидания, экономичный, низкого энергопотребления, "спящий" и т. д. При этом допустимое значение энергопотребления любого из устройств (за редким исключением) не должно превышать 30 Ватт. Производители самых распространенных устройств (системных блоков, дисплеев, принтеров) добиваются выполнения этих требований различными способами.

Главным аргументом в пользу покупки устройства (графический адаптер и монитор), в которой монитор является основным потребителем электроэнергии, забирающем в активном режиме работы от 60 до 250 и более Ватт, в ждущем режиме уровень мощности не должен превышать 30 Ватт.

Стандарта EPA выполняется двумя способами.

Первый способ - мониторы и графические карты поддерживают стандарт энергосбережения "Сигнализация для управления энергопотребление дисплеев", разработанного ассоциацией стандартов видеоэлектроники (VESA DPMS - Video Electronics Standard Association Display Power Management Signaling). В нем заданы три сберегающих режима работы дисплея и их включающие характеристики управляющих сигналов. Уровни значения энергопотребления в различных режимах, определяются работой его отдельных узлов:

Standby Mode (дежурный режим): отключена горизонтальная развертка дисплея, а яркость и контрастность видеосигнала снижены до минимума, потребляемая мощность уменьшена на 20 - 30 % от уровня нормальной работы, возможность почти мгновенного восстановления работоспособности.

Suspend Mode (ждущий режим): сигнал горизонтальной развертки подается, но вертикальная синхронизация и высокое напряжение отключены, энергопотребление - 20 - 30 % от нормального уровня, для выхода в режим работы необходимо 3 - 5 секунд.

Power Off (квазивыключенный режим): отключены все узлы, кроме блока управления, обеспечивается самый низкий уровень потребляемой мощности - 5 - 10 % от рабочего состояние, для перехода в которое, может понадобиться до 10 секунд.

Если монитор соответствует стандарту Energy Star, тогда выдача сигналов на перевод дисплея в указанные режимы выполняется программно-аппаратным способом.

Этот способ реализуется под управлением микросхемы BIOS, находящейся на материнской плате, или же с помощью графического адаптера.

Программное решение основывается на режимах работы монитора, которыми управляют программы-менеджеры питания (также как и раздел программы Setup - Power Management) и заставляющие графический адаптер посылать управляющий сигнал в стандарте VESA DPMS на монитор. При этом в большинстве случаев пользователь может сам задать или выбрать из предложенных значений время, определяющее момент перехода с одного режима потребления энергии на другой. Но существенным недостатком спецификации является зависимость от аппаратных или программных средств.

Второй способ - это работа специальных резидентных программ-хранителей экрана (Screen-Saver'ов), к примеру, After Dark Started Edition и Ecologic Power Manager. Переход дисплея в ждущий режим происходит сразу же после гашения экрана, не используя многорежимность, а восстановление активного состояния происходит с незначительной задержкой. Применение данного способа позволяет выполнить требования EPA даже тем, кто не является обладателем "бережного" монитора или графическим адаптером от VESA DPMS. Данные о стандартах для мониторов обобщены и приведены в таблице 6 в (Приложении 1). Здесь же помечены основные категории параметров, определяемые различными стандартами.

4. Тенденции и направления развития мониторов

На сегодняшний день технология органических светодиодов (OLED) считается самой перспективной для устройств визуализации с плоской поверхностью небольшой толщины. При толщине стеклянной подложки 0,7 мм дисплей OLED имеет общую толщину около 1,5 мм. Область применения таких дисплеев довольно широкая: от сотовых телефонов и автомагнитол до нашлемных индикаторов, дисплеев на лобовом стекле транспортных средств и осветительных приборов. Совершенствование излучающих органических материалов обещает в перспективе возможность изготовления плёночных источников света, заменяющих лампы накаливания.

Дисплей на базе OLED представляет собой монолитный тонкоплёночный полупроводниковый прибор, который излучает свет, когда к нему приложено напряжение. Он состоит из слоя тонкой органической плёнки, которая заключена между двумя плёночными проводниками. Рабочее напряжение всего лишь 3-10 В. Поверхность дисплея образована множеством излучающих свет ячеек, размещённых на подложке. Эти ячейки изготавливают методом напыления в вакууме либо методом струйной печати, а для создания дисплея произвольной формы можно применить технологию обычной литографии. Другими словами, технология OLED имеет значительные преимущества по сравнению с технологиями производства ЖК и ЭЛТ-мониторов.

Цвет, динамический диапазон и интенсивность излучения приборов OLED зависит от использованных органических материалов. Сегодня основное внимание разработчиков сосредоточено на создании материалов для полноцветных дисплеев OLED. В приборах OLED используются два класса органических материалов: микромолекулы (SM-OLED) и полимеры (P-OLED). Микромолекулярные плёнки опережают полимерные по эффективности и сроку службы. Считается, что широкий цветовой охват, высокая точность и постоянство цветопередачи позволят мониторам на базе OLED обогнать по цветовым характеристикам ЖК-мониторы. Сейчас решаются задачи уменьшения дифференциального старения, повышения чистоты цветопередачи и увеличения срока службы дисплеев. Отдельная проблема - получение чистого белого цвета (либо путём разработки новых материалов, либо за счёт смешения цветов). Немаловажно, что ячейки OLED требуют абсолютной герметичности, поскольку органические флуоресцентные материалы чрезвычайно чувствительны к влажности.

В 2003 году дисплеи OLED впервые нашли применение в качестве устройств отображения в серийных моделях карманных компьютеров и сотовых телефонов. Тогда же появились опытные образцы 15-дюймовых плоскопанельных мониторов OLED для персональных компьютеров.

Заключение