Основні параметри, що характеризують монітори. Основні параметри та характеристики монітора

Рідко кристалічний монітор (також рідкокристалічний дисплей, РКД, РК-монітор, англ. liquid crystal display, LCD, плоский індикатор) - плоский монітор на основі рідких кристалів. РК монітори розробили 1963г.

LCD TFT (англ. TFT - thin film transistor - тонкоплівковий транзистор)- одна з назв рідкокристалічного дисплея, в якому використовується активна матриця, керована тонкоплівковими транзисторами. Підсилювач TFTдля кожного субпікселу застосовується для підвищення швидкодії, контрастності та чіткості зображення дисплея.

Пристрій РК-монітора

Зображення формується за допомогою окремих елементів, зазвичай через систему розгортки. Прості прилади(електронний годинник, телефони, плеєри, термометри тощо) можуть мати монохромний або 2-5 кольоровий дисплей. Багатокольорове зображення формується за допомогою RGB-тріад. У більшості настільних моніторів на основі TN-(і деяких *VA) матриць, і у всіх дисплеях ноутбуків використовуються матриці з 18-бітним кольором (6 біт на канал), 24-бітність емульується мерехтінням з дизерингом.

Субпіксел кольорового РК-дисплея

Кожен піксел РК-дисплея складається з шару молекул між двома прозорими електродами та двох поляризаційних фільтрів, площини поляризації яких (як правило) перпендикулярні. За відсутності рідких кристалів світло, що пропускається першим фільтром, практично повністю блокується другим.

Поверхня електродів, яка контактує з рідкими кристалами, спеціально оброблена для початкової орієнтації молекул в одному напрямку. У TN-матриці ці напрями взаємно перпендикулярні, тому молекули без напруги вибудовуються в гвинтову структуру. Ця структура переломлює світло таким чином, що до другого фільтра площина поляризації повертається, і через нього світло проходить вже без втрат. Якщо не вважати поглинання першим фільтром половини неполяризованого світла – комірку можна вважати прозорою. Якщо ж до електродів прикладено напругу - молекули прагнуть вишикуватися у напрямі поля, що спотворює гвинтову структуру. При цьому сили пружності протидіють цьому і при відключенні напруги молекули повертаються у вихідне положення. За достатньої величини поля практично всі молекули стають паралельними, що призводить до непрозорості структури. Варіюючи напругу, можна керувати ступенем прозорості. Якщо постійна напругаприкладено протягом довгого часу - рідкокристалічна структура може деградувати через міграцію іонів. Для вирішення цієї проблеми застосовується змінний струм або зміна полярності поля при кожній адресації осередку (непрозорість структури не залежить від полярності поля). У всій матриці можна керувати кожною з осередків індивідуально, але при збільшенні їх кількості це стає важко, оскільки зростає кількість необхідних електродів. Тому практично скрізь застосовується адресація рядками та стовпцями. Світло, що проходить через комірки, може бути природним - відбитим від підкладки (у РК-дисплеях без підсвічування). Але частіше застосовують штучне джерело світла, крім незалежності від зовнішнього освітлення, це також стабілізує властивості отриманого зображення. Таким чином, повноцінний РК-монітор складається з електроніки, що обробляє вхідний відеосигнал, РК-матриці, модуля підсвічування, блока живлення і корпусу. Саме сукупність цих складових визначає властивості монітора в цілому, хоча деякі характеристики важливіші за інші.

Технічні характеристики РК-монітора

Дозвіл: Горизонтальний та вертикальний розміри, виражені у пікселах. На відміну від ЕПТ-моніторів, ЖК мають один, "рідний", фізичний дозвіл, решта досягається інтерполяцією.

Розмір точки: відстань між центрами сусідніх пікселів Безпосередньо пов'язаний із фізичним дозволом.

Співвідношення сторін екрану (формат): Відношення ширини до висоти, наприклад: 5:4, 4:3, 5:3, 8:5, 16:9, 16:10.

Видима діагональ: розмір панелі, виміряний по діагоналі. Площа дисплеїв залежить також від формату: монітор із форматом 4:3 має більшу площу, ніж із форматом 16:9 при однаковій діагоналі.

Контрастність: відношення яскравостей найсвітлішої і темної точок. У деяких моніторах використовується адаптивний рівень підсвічування з використанням додаткових ламп, наведена для них цифра контрастності (так звана динамічна) не стосується статичного зображення.

Яскравість: кількість світла, що випромінюється дисплеєм, зазвичай вимірюється в канделах на квадратний метр.

Час відгуку: мінімальний час, необхідний пікселу для зміни своєї яскравості. Методи виміру неоднозначні.

Кут огляду: кут, при якому падіння контрасту досягає заданого, для різних типівматриць та різними виробниками вважається по-різному, і часто порівнянню не підлягає.

Тип матриці: технологія, за якою виготовлений РК-дисплей

Входи: (напр, DVI, D-SUB, HDMIта ін.).

Технології

Основні технології при виготовленні РК-дисплеїв: TN+ film , IPSі MVA. Розрізняються ці технології геометрією поверхонь, полімеру, керуючої пластини та фронтального електрода. Велике значення мають чистота та тип полімеру із властивостями рідких кристалів, застосований у конкретних розробках. Час відгуку РК моніторів, сконструйованих за технологією SXRD (англ. Silicon X-tal Reflective Display)- кремнієва відбиваюча рідкокристалічна матриця), зменшено до 5 мс. Компанії Sony, Sharpта Philips спільно розробили технологію PALC (англ. Plasma Addressed Liquid Crystal- плазмове управління рідкими кристалами), яка поєднала у собі переваги LCD(яскравість і соковитість кольорів, контрастність) і плазмових панелей (великі кути видимості по горизонту, H, і вертикалі, V , високу швидкістьоновлення). Як регулятор яскравості в цих дисплеях використовуються газорозрядні плазмові осередки, а для колірної фільтрації застосовується РК-матриця. Технологія PALC дозволяє адресувати кожен піксель дисплея окремо, а це означає неперевершену керованість та якість зображення.

TN+ film (Twisted Nematic + film)

Макрофотографія TN+ filmматриці монітора NEC LCD1770NX. На білому тлі – стандартний курсор Windows.

Частина film" у назві технології означає додатковий шар, застосовуваний збільшення кута огляду (орієнтовно - від 90° до 150°). В даний час приставку " filmчасто опускають, називаючи такі матриці просто TN. На жаль, способу поліпшення контрастності і часу відгуку для панелей TN поки не знайшли, причому час відгуку у даного типуматриць є на існуючий момент одне з найкращих, а ось рівень контрастності – ні.

Матриця TN+ filmпрацює наступним чином: якщо до субпікселів не додається напруга, рідкі кристали (і поляризоване світло, яке вони пропускають) повертаються один щодо одного на 90° горизонтальній площині в просторі між двома пластинами. І так як напрямок поляризації фільтра на другій пластині становить кут 90° з напрямком поляризації фільтра на першій пластині, світло проходить через нього. Якщо червоні, зелені та сині субпікселі повністю освітлені, на екрані утворюється біла крапка.

IPS (In-Plane Switching)

Технологія In- Plane Switchingбула розроблена компаніями Hitachi і NEC і призначалася для позбавлення від недоліків TN+ film. Однак, хоча за допомогою IPS вдалося досягти збільшення кута огляду до 170°, а також високої контрастності та кольору, час відгуку залишився на низькому рівні.

Якщо до матриці IPS не додана напруга, молекули рідких кристалів не повертаються. Другий фільтр завжди повернутий перпендикулярно до першого, і світло через нього не проходить. Тому відображення чорного кольору наближається до ідеалу. При виході з ладу транзистора "битий" піксель для IPS панелі буде не білим, як для матриці TN, а чорним.

При додатку напруги молекули рідких кристалів повертаються перпендикулярно своєму початковому положенню і пропускають світло. В основному покращення стосувалися рівня контрастності звичайних панелей S-IPS, наблизивши його до контрастності S-PVA панелей. AS-IPS також використовується як назви для моніторів корпорації NEC (наприклад NEC LCD20WGX2) створених за технологією S-IPS, розробленою консорціумом LG.Philips.

A-TW-IPS - Advanced True White IPS (Розширена IPS зі Справжнім Білим), розроблено LG.Philips для корпорації NEC. Є S-IPS панель з колірним фільтром TW (True White - Справжній білий) для надання білого кольору більшої реалістичності та розширення колірного діапазону. Цей тип панелей використовується для створення професійних моніторівдля використання у фотолабораторіях та/або видавництвах.

AFFS - Advanced Fringe Field Switching(Неофіційна назва S-IPS Pro). Технологія є подальшим покращенням IPS, розроблена компанією BOE Hydis у 2003 році. Посилена потужність електричного поля дозволила досягти ще більших кутів огляду та яскравості, а також зменшити міжпіксельну відстань. Дисплеї на основі AFFS в основному застосовуються в планшетних ПК, на матрицях виробництва Hitachi Displays.

1) Розмір робочої областіекрану

Номінальний розмір діагоналі екрана РК-монітора дорівнює видимій області, на відміну ЕЛТ-монітора, видимий розмір якого завжди менше.

Виробники моніторів на додаток до фізичних розмірів кінескопів також надають відомості про розмір видимої частини екрана. Фізичний розмір кінескопа – це зовнішній розмір трубки. Оскільки кінескоп укладений у пластмасовий корпус, видимий розмір екрану трохи менший за його фізичний розмір. Так, наприклад, для 14" моделі (теоретична довжина діагоналі 35,56 см) корисний розмір діагоналі дорівнює 33,3 - 33,8 см залежно від конкретної моделі, А фактична довжина діагоналі 21-дюймових пристроїв (53,34 см) становить від 49,7 до 51 см.

2)Радіус кривизни екрану ЕЛТ

Сучасні кінескопи формою екрана поділяються на три типи: сферичний, циліндричний і плоский (рис.1).

У сферичних екранів поверхня опукла і всі пікселі (крапки) знаходяться на рівній відстані від електронної гармати.

Циліндричний екран є сектором циліндра: плоский по вертикалі і закруглений по горизонталі.

Плоскі екрани найперспективніші. Встановлюються у найдосконаліших моделях моніторів. Деякі кінескопи цього типу насправді не є плоскими – але через дуже великий радіус кривизна (80 м – по вертикалі, 50 м – по горизонталі) вони виглядають дійсно плоскими.

3) Екранне покриття

Важливим параметром кінескопа є відбивні та захисні властивості його поверхні. Якщо поверхня екрана ніяк не оброблена, він відображатиме всі предмети, що знаходяться за спиною користувача, а також його самого. Крім того, потік вторинного випромінювання, що виникає при попаданні електронів на люмінофор може негативно впливати на здоров'я людини.

Найбільш поширеним і доступним видом антивідблиску обробки екрану є покриття діоксидом кремнію. Ця хімічна сполука впроваджується у поверхню екрана тонким шаром. Якщо помістити оброблений діоксидом кремнію екран під мікроскоп, можна побачити шорстку, нерівну поверхню, яка відбиває світлові промені від поверхні під різними кутами, усуваючи відблиски на екрані. Покриття антивідблиску допомагає без напруги сприймати інформацію з екрану, полегшуючи цей процес навіть при хорошому освітленні. Деякі виробники кінескопів додають у покриття хімічні сполуки, що виконують функції антистатиків. У найбільш передових способах обробки екрану для поліпшення якості зображення використовуються багатошарові покриття різних видів хімічних сполук.

4) Частота вертикальної розгортки

Значення частоти вертикальної розгортки монітора показує, яке граничне число горизонтальних рядків на екрані монітора може прокреслити електронний промінь за секунду. Відповідно, чим вище це значення (а саме воно, як правило, вказується на коробці для монітора), тим вище роздільна здатність може підтримувати монітор при прийнятній частоті кадрів. Гранична частота рядків є критичним параметром розробки РК монітора.

5) Частота горизонтальної розгортки

Це параметр, що визначає, як часто зображення на екрані знову перемальовується. Частота горизонтальної розгортки у Гц. У випадку з традиційними ЕПТ-моніторами час світіння люмінофорних елементів дуже мало, тому електронний промінь повинен проходити через кожен елемент люмінофорного шару досить часто, щоб не було помітно мерехтіння зображення. Якщо частота такого обходу екрана стає менше 70 Гц, то інерційності зорового сприйняття буде недостатньо для того, щоб зображення не мерехтіло. Чим вище частота регенерації, тим стійкішим виглядає зображення на екрані. Мерехтіння зображення призводить до втоми очей, головного болю і навіть до погіршення зору. Зауважимо, що чим більше екран монітора, тим більше помітне мерехтіння, особливо периферійним (бічним) зором, оскільки кут огляду зображення збільшується. Значення частоти горизонтальної розгортки залежить від роздільної здатності, від електричних параметрів монітора та від можливостей відеоадаптера.

6) Крок крапок

Крок точок – це діагональна відстань між двома точками люмінофора одного кольору. Цей розмір зазвичай виявляється у міліметрах (мм). У кінескопах з апертурними гратами використовується поняття кроку смуг для вимірювання горизонтальної відстані між смугами люмінофора одного кольору. Чим менший крок точки або крок смуги, тим краще монітор: зображення виглядають більш чіткими та різкими, контури та лінії виходять рівними та витонченими. Дуже часто розмір точки на периферії більший, ніж у центрі екрана. Тоді виробники вказують обидва розміри.

7) Допустимий кут огляду

Д ля РК-моніторів це критичний параметр, оскільки не у будь-якого плоскопанельного дисплея кут огляду такий самий, як у стандартного монітора ЕПТ. Проблеми, пов'язані з недостатнім кутом огляду, тривалий час стримували поширення РК-дисплеїв. Оскільки світло від задньої стінки дисплейної панелі проходить через поляризаційні фільтри, рідкі кристали і шари, що орієнтують, то з монітора він виходить здебільшого вертикально орієнтованим. Якщо подивитися на звичайний плоский монітор збоку, то або зображення взагалі не видно, або його можна побачити, але з спотвореними квітами. У стандартному TFT-дисплеї з молекулами кристалів, орієнтованими не строго перпендикулярно до підкладки, кут огляду обмежується 40 градусами по вертикалі і 90 градусами по горизонталі. Контрастність і колір змінюються при зміні кута, під яким користувач дивиться на екран. Ця проблема стала набувати все більшої актуальності в міру збільшення розмірів РК-дисплеїв і кількості кольорів, що відображаються ними. Для банківських терміналів ця властивість, звичайно, дуже цінна (оскільки забезпечує додаткову безпеку), але звичайним користувачам приносить незручності. На щастя, виробники вже почали застосовувати покращені технології, що розширюють кут огляду. Вони дозволяють розширити кут огляду до 160 градусів та вище, що відповідає характеристикам ЕПТ-моніторів (рис.2). Максимальним кутом огляду вважається той, де величина контрастності падає до співвідношення 10:1 порівняно з ідеальною величиною (виміряною в точці безпосередньо розташованої над поверхнею дисплея).

8) Мертві точки

Їхня поява характерна для РК-моніторів. Це викликано дефектами транзисторів, а на екрані такі пікселі, що не працюють, виглядають як випадково розкидані кольорові точки. Оскільки транзистор не працює, то така точка завжди чорна, або завжди світиться. Ефект псування зображення посилюється, якщо не працюють цілі групи точок або навіть області дисплея. На жаль, немає стандарту, що задає максимально допустиме число непрацюючих точок або їх груп на дисплеї. Кожен виробник має свої нормативи. Зазвичай 3-5 непрацюючих точок вважається нормою. Покупці повинні перевіряти цей параметр при отриманні комп'ютера, оскільки такі дефекти не вважаються заводським шлюбом і ремонт не приймаються.

9) Дозвіл, що підтримуються

Максимальна роздільна здатність, підтримувана монітором, є одним із ключових параметрів, його вказує кожен виробник. Дозвіл позначає кількість елементів, що відображаються на екрані (крапок) по горизонталі і вертикалі, наприклад: 1024768. Фізична роздільна здатність залежить в основному від розміру екрана та діаметра точок екрана (зерна) електронно-променевої трубки екрана (для сучасних моніторів - 0.28-0.25). Відповідно, чим більший екран і чим менший діаметр зерна, тим вища роздільна здатність.

10) Конструкція корпусу та підставки

Конструкція монітора повинна забезпечувати можливість фронтального спостереження екрана шляхом повороту корпусу горизонтальній площині навколо вертикальної осі в межах ±30° і вертикальної площини навколо горизонтальної осі в межах ±30° з фіксацією в заданому положенні. Дизайн моніторів має передбачати забарвлення у спокійні м'які тони з дифузним розсіюванням світла. Корпус монітора повинен мати матову поверхню одного кольору з коефіцієнтом відображення 0,4 - 0,6 і мати блискучих деталей, здатних створювати відблиски.

11) Спосіб підключення монітора до комп'ютера

Існує два способи підключення монітора до комп'ютера: сигнальний (аналоговий) та цифровий.

Монітору необхідно підвести відеосигнали, що несуть інформацію, що відображається на екрані. Кольоровому монітору потрібно три сигнали, що кодують колір (RGB), і два сигнали синхронізації (вертикальній та горизонтальній розгортки). Для підключення монітора до комп'ютера використовують сигнальні (аналогові) кабелі. різних типів. З боку комп'ютера такий кабель у більшості випадків має трирядний роз'єм DB15/9, який ще називають VGA-роз'ємом. Цей роз'єм використовується в більшості IBM-сумісних комп'ютерів. Комп'ютери Macintosh виробництва компанії Appleвикористовують інший з'єднувач - дворядний DB15. Крім того, існують спеціальні коаксіальні кабелі.

Деякі монітори для зручності мають два вхідні інтерфейси: DB15/9 і BNC. Маючи два комп'ютери, можна використовувати один монітор для роботи з двома комп'ютерами (природно не одночасно).

Крім сигнального з'єднання можливе з'єднання монітора з комп'ютером через цифровий інтерфейс, що дозволяє керувати монітором з комп'ютера: калібрувати його внутрішні ланцюги, налаштовувати геометричні параметри зображення тощо. Як цифровий інтерфейс найчастіше застосовується роз'єм RC-232C.

12) Засоби управління та регулювання

Під керуванням розуміють підстроювання таких параметрів як яскравість, геометрія зображення на екрані. Існують два типи систем керування та регулювання монітора: аналогові (ручки, двигуни, потенціометри) та цифрові (кнопки, екранне меню, цифрове керування через комп'ютер). Аналогове керування використовується у дешевих моніторах і дозволяє безпосередньо змінювати електричні параметри у вузлах монітора. Як правило, при аналоговому управлінні користувач має можливість налаштовувати лише яскравість та контраст. Цифрове керування забезпечує передачу даних від користувача до мікропроцесора, що управляє роботою всіх вузлів монітора. Мікропроцесор на підставі цих даних робить відповідні корекції форми та величини напруги у відповідних аналогових вузлах монітора. У сучасних моніторах використовується тільки цифрове керування, хоча кількість контрольованих параметрів залежить від класу монітора і варіюється від кількох найпростіших параметрів (яскравість, контраст, примітивне підстроювання геометрії зображення) до надрозширеного набору (25 - 40 параметрів), що забезпечує точні налаштування.

Основними характеристиками моніторів є розмір екрану, роздільна здатність, розмір зерна та частота розгортки монітора.

Розмір екрана монітора визначається величиною його діагоналі в дюймах. Прийнято такі типорозміри екранів 12, 14, 15, 17, 19, 21 і 22 дюйми. 1 дюйм = 2,54 см. Чим більший розмір екрану монітора, тим зручніше працювати з ним.

Роздільна здатність монітора вимірюється в пікселях. Піксель – це точка на екрані монітора. Кількість точок по горизонталі та вертикалі становлять роздільну здатність монітора. Прийнято стандартні дозволи моніторів, деякі з яких мають назву (табл. 8.4).

Зазвичай співвідношення кількості пікселів по горизонталі та вертикалі становить 4:3 (стандартні) або 16:9 (широкоекранні). Більша роздільна здатність робить зображення на екрані чіткішим.

Розмір зерна (крок точки) визначає відстань між двома сусідніми пікселями. Чим менший розмір зерна, тим вища чіткість і менше втомлюється очей. Розмір зерна сучасних моніторів має значення від 0,25 до 0,28 мм.

Частота розгортки монітора (частота регенерації) визначається кількістю оновлень зображень на екрані монітора в одиницю часу та вимірюється у герцах. Чим більша частота, тим менша втома очей і більше часу можна працювати безперервно. Невелика частота призводить до появи мерехтіння. Сучасні монітори забезпечують частоту розгорнення монітора 70-80 Гц.

Таблиця 8.4. Типові дозволи моніторів

Типи моніторів

Розглянемо три типи моніторів:

1) на основі електронно-променевої трубки;

2) рідкокристалічні;

3) плазмові.

Перший тип моніторів є аналоговим, інші – цифровими. До всіх цих типів моніторів застосовні перелічені у попередньому розділі характеристики.

Електронно-променева трубка(ЕЛТ; CRT - Cathode Ray Tube, катодно-променева трубка) являє собою запаяну вакуумну скляну колбу, дно (екран) якої покрито шаром люмінофора, а в горловині встановлена ​​електронна гармата, що випускає потік електронів. За допомогою формуючої та відхиляючої систем потік електронів спрямовується на потрібне місце екрану. Енергія, що виділяється електронами, що потрапляють на люмінофор, змушує його світитися. Точки люмінофора, що світяться, формують зображення, сприймане візуально.

ЕПТ-монітори бувають монохромними або кольоровими. У кольоровому ЕПТ-моніторі використовуються три електронні гармати, на відміну від однієї гармати, що використовується в монохромних моніторах. Кожна гармата відповідає за один із трьох основних кольорів: червоний (Red), зелений (Green) та синій (Blue), шляхом змішування яких створюються всі інші кольори та колірні відтінки. Тому кольорові монітори називають RGB-моніторами, за першими літерами основних кольорів. Недоліком ЕПТ-моніторів є високе споживання електроенергії та шкідливе для здоров'я людини випромінювання.

Для рідкокристалічних та плазмових моніторів вводяться ще дві характеристики: час відгуку та контрастність. Час відгуку - це мінімальний часовий проміжок, протягом якого піксель може повністю змінити свій колір - від чорного до білого і назад (становить 6-8 мс). Контрастність – це відношення яскравості найсвітлішого і найтемнішого пікселя (становить 30 000:1).

У рідкокристалічних моніторах (ЖК-монітори; LCD – Liquid Crystal Display, рідкокристалічний монітор) використовується спеціальна прозора рідина, яка при певних напруженнях електростатичного поля кристалізується, при цьому змінюються її прозорість, коефіцієнти поляризації та заломлення світлових променів. Ці ефекти використовуються для формування зображення. Конструктивно такий монітор виконаний у вигляді двох електропровідних скляних пластин (підкладка), між якими міститься найтонший шар кристалізується рідини. Кожен елемент екрана управляється власним транзистором, тому РК-монітори також називають TFT-моніторами (TFT – Thin Film Transistor, тонкоплівковий транзистор). У кольорових моніторах кожен елемент зображення складається з трьох окремих пікселів (R, G та В), покритих тонкими світлофільтрами відповідних кольорів. Оскільки комірки самі не світяться РК-монітору потрібне заднє підсвічування. Недоліками РК-моніторів є обмеженість кута огляду (якість зображення залежить від того, під яким кутом ви дивитеся), неякісна передача кольору, тривалий час відгуку, нерівномірне підсвічування.

У плазмових моніторах (PDP – Plasma Display Panel) зображення формується газовими розрядами, що супроводжуються випромінюванням світла, в пікселях панелі. Конструктивно панель складається із трьох скляних пластин, на дві з яких нанесені тонкі прозорі провідники: на одну пластину – горизонтально, на іншу – вертикально. Між ними знаходиться третя пластина, в якій у місцях перетину провідників двох перших пластин є наскрізні отвори – пікселі. Ці отвори при збиранні панелі заповнюються інертним газом: неоном або аргоном. При подачі високочастотної напруги на один з вертикально і один з горизонтально розташованих провідників в отворі, що знаходиться на їхньому перетині, виникає газовий розряд. Чим більша напруга, тим яскравіше світиться газ. Плазма газового розряду випромінює світло в ультрафіолетовій частині спектру, що викликає свічення частинок люмінофора в видимому людиною діапазоні. Фактично кожен піксель на екрані працює, як звичайна флуоресцентна лампа (лампа денного світла). Недоліками плазмових моніторів є високе енергоспоживання та низька роздільна здатність.