Характеристики и типы мониторов для персональных компьютеров, технологии PHOLED, TOLED, SOLED и FOLED

Содержание:

ведение

Монитор (дисплей) – это устройство, предназначенное для отображения текстовой или графической информации на экране компьютера. В настоящее время сложно представить персональный компьютер (ПК), в составе которого отсутствует монитор. Данное устройство входит в базовую конфигурацию ПК, потому что пользователям необходимо постоянно контактировать с ним во время работы.

Первый монитор был разработан в 1950 году учеными Кембриджского университета, в нем для вывода графической информации использовалась электронно-лучевая трубка (ЭЛТ) осциллографа. До этого времени компьютеры выводили информацию только на печатающие устройства [8]. Изобретение монитора стало настоящим технологическим прорывом, так как у пользователей появилась возможность ввода и вывода каких-либо данных в режиме реального времени.

Первые мониторы, в отличие от современных, могли выводить на экран только текстовую информацию. Как правило, текст отображался только в одном цвете, поэтому такие мониторы назывались монохромными. Через некоторое время появились цветные мониторы, которые могли отображать изображения, содержащие разные цвета.

На сегодняшний день существует множество типов мониторов, которые отличаются друг от друга принципом работы, технологией производства, характеристиками и предназначением. Среди них можно выделить несколько основных типов, каждый из которых имеет свои достоинства и недостатки:

• Электронно-лучевые мониторы;
• Жидкокристаллические (ЖК) мониторы;
• Плазменные мониторы;
• OLED-мониторы;
• Мониторы, работающие по другим технологиям, основанным на OLED-технологии.

Цель данной работы заключается в изучении основных типов мониторов для ПК и их характеристик.

В соответствии с поставленной целью были определены следующие задачи:

1. Рассмотреть принцип работы основных типов мониторов, а также их преимущества и недостатки;
2. Выявить основные характеристики, которые используются при сравнении мониторов;
3. Провести сравнительный анализ различных типов мониторов.

Актуальность выбранной темы обусловлена стремительным развитием информационных технологий и, как следствие, компьютеризацией общества. Сегодня практически в каждом доме или квартире есть ПК, для эффективной работы с которым необходимо устройство для отображения графической информации, то есть монитор. От типа и характеристик монитора зависит удобство и здоровье пользователя, поэтому выбор монитора является одним из самых важных этапов при подборе ПК.

Глава 1. Основные типы мониторов

1.1. ЭЛТ-мониторы

ЭЛТ-мониторы содержат в себе электронно-лучевую трубку, которая состоит из запаянной вакуумной стеклянной колбы, экрана, покрытого слоем люминофора (веществом, которое светится при попадании на него электронов), и электронной пушки, выпускающей поток электронов. Схема такого монитора представлена на рисунке 1.

Рисунок 1. ЭЛТ-монитор и его схема.

Электронная пушка состоит из модулятора, с помощью которого можно изменять интенсивность электронного луча и, соответственно, яркость изображения. Кроме модулятора, пушка современных ЭЛТ содержит в себе фокусирующий электрод, предназначенный для фокусировки пятна на экране монитора в точку, ускоряющий электрод для дополнительного разгона электронов в пределах пушки и анод [6].

Электронный луч, выпущенный из пушки, попадает на экран, покрытый люминофором. От попадания электронов люминофор светится и быстро перемещающееся пятно переменной яркости создает на экране изображение.

В монохромных мониторах внутри колбы располагается только одна электронная пушка, а экран покрыт одним слоем люминофора. В цветных мониторах колба содержит три пушки («красная», «зеленая» и «синяя»), а экран покрывается тремя слоями люминофора разного вида – красный, зеленый и синий.

На каждый люминофор попадает только луч из пушки соответствующего цвета. Это достигается тем, что между пушками и экраном установлена металлическая решетка, которая называется маской.

Существует два типа масок [6]:

1. Теневая маска, которая бывает двух видов:

• Теневая маска с дельтаобразным расположением электронных пушек (теневая решетка).
• Теневая маска с планарным расположением электронных пушек (щелевая решетка).

1. Апертурная решетка – маска, которая в отличие от остальных видов, состоит из большого количества проволок, натянутых вертикально.

Теневая решетка – самый распространенный вид масок для ЭЛТ-мониторов. Она представляет собой металлическую сетку перед экраном стеклянной трубки с люминофорным слоем. Отверстия в металлической сетке обеспечивают точное попадание луча, выпущенного из электронной пушки, только на требуемые люминофорные элементы и только в определенных областях.

Щелевая решетка состоит из параллельных металлических проводников перед экраном стеклянной трубки с люминофорным слоем. Щели между проводниками обеспечивают точное попадание луча на требуемые полосы экрана. Люминофорные элементы расположены в вертикальных эллиптических ячейках, а маска сделана из вертикальных линий. Вертикальные полосы, фактически, разделены на эллиптические ячейки, которые содержат группы из люминофорных элементов трех основных цветов.

Апертурная решетка представляет собой металлическую решетку из вертикальных линий. Вместо эллиптических ячеек экран содержит серию нитей, состоящих из люминофорных элементов трех основных цветов, выстроенных в виде вертикальных полос. Такая система обеспечивает высокую контрастность изображения и хорошую насыщенность цветов, что вместе обеспечивает высокое качество мониторов с трубками на основе этой технологии [2].

С каждым днем данный тип мониторов встречается все реже. Современные аналоги практически вытеснили их с рынка.

Среди достоинств ЭЛТ-мониторов можно отметить только два: они более дешевые, по сравнению с аналогами, и могут менять свое разрешение в определенных пределах. К недостаткам можно отнести то, что ЭЛТ-мониторы занимают много места, имеют больший вес, потребляют много электроэнергии, генерируют сильные электромагнитные поля, уступают аналогам в четкости изображения [5].

Хотя ЭЛТ-мониторы не могут конкурировать по размерам и габаритам с другими типами мониторов, их производство не прекращается. В перспективе они будут занимать все меньше места на рабочем столе за счет укорачивания электронных пушек и увеличения угла отклонения лучей [8].

1.2. ЖК-мониторы

ЖК-мониторы содержат в своей конструкции жидкие кристаллы, представляющие собой вязкие органические молекулы, которые двигаются, как молекулы жидкостей, но при этом имеют структуру, как у кристалла.

Жидкие кристаллы стали применяться при изготовлении различных дисплеев в 1960 году. Сначала такие дисплеи использовались только в некоторых измерительных приборах, калькуляторах, электронных часах и подобных устройствах [1]. Но со временем данную технологию стали применять и в разработке мониторов для ПК, во многом это связано с развитием физики жидких кристаллов в те годы.

Если воздействовать лучом света на жидкий кристалл, интенсивность света, исходящего из самого жидкого кристалла, может контролироваться с помощью электричества. Это свойство используется при создании ЖК-дисплеев.

Экран такого дисплея состоит из двух стеклянных параллельно расположенных пластин, между которыми находится герметичное пространство с жидким кристаллом. К обеим пластинам подсоединяются прозрачные электроды. Искусственный или естественный свет за задней пластиной освещает экран изнутри. Электроды, подведенные к пластинам, используются для того, чтобы создать электрические поля в жидком кристалле. На различные части экрана воздействует разное напряжение, и таким образом можно контролировать изображение. К передней и задней пластинам экрана приклеиваются поляроиды, поскольку технология дисплея требует использования поляризованного света [1]. Схема такого монитора представлена на рисунке 2.

Рисунок 2. ЖК-монитор и его структура

ЖК-мониторы бывают с активной и пассивной матрицами. В пассивной матрице каждый элемент экрана (пиксел) выбирается на перекрестии координатных управляющих прозрачных проводов, а в активной для каждого элемента экрана есть свой управляющий транзистор.

Наряду с монохромными широко используются и цветные дисплеи. У цветных дисплеев каждый элемент изображения состоит из 3-х отдельных пикселов (красный, зеленый и синий), покрытых тонкими светофильтрами соответствующих цветов. Современные дисплеи с активной матрицей могут отображать до 16,7 миллионов цветовых оттенков. Сами цвета достаточно глубокие и яркие. Дисплеи с активной матрицей имеют лучшую яркость и предоставляют возможность смотреть на экран даже с отклонением до 80 градусов и более без ущерба качеству изображения, что невозможно в случае с пассивной матрицей, которая позволяет видеть качественное изображение только с фронтальной позиции по отношению к экрану.

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 люминофора ЭЛТ-монитора сразу после прохождения по этому элементу электронного луча. Именно поэтому для ЖК-мониторов достаточной является частота регенерации 60 Гц [3]. Благодаря лучшему качеству изображений эта технология используется и в применении к ПК, что позволяет создавать компактные мониторы, менее опасные для здоровья пользователя.

Поскольку матрица ЖК-монитора сформирована из заранее установленного количества ячеек, то данные дисплеи имеют только одно эффективное разрешение, его называют native («родное»). Именно в native-разрешении ЖК-монитор воспроизводит изображение лучше всего. Есть, правда, возможность использовать и более низкое, чем native, разрешение, прибегая к одному из двух методов: Q центрирование – для отображения берется только то количество пикселов, которое необходимо для формирования картинки с более низким разрешением. В результате изображение получается не во весь экран, а только в его середине. Все неиспользуемые пикселы остаются черными, то есть вокруг изображения образуется широкая черная рамка; Q растяжение – при воспроизведении изображения с более низким, чем native, разрешением используются все пикселы, то есть изображение занимает весь экран. Однако из-за того, что изображение растягивается на весь экран, возникают небольшие искажения и ухудшается резкость.

Существует несколько технологий, по которым делают ЖК-мониторы. Основными из них являются: TN+film, IPS и MVA [6]. Различаются эти технологии геометрией поверхностей, полимера, управляющей пластины и фронтального электрода. Большое значение имеют чистота и тип полимера со свойствами жидких кристаллов, примененный в конкретных разработках.

Еще недавно основной проблемой ЖК-дисплеев был их размер: с ростом диагонали ухудшаются их остальные характеристики и резко увеличивается их стоимость. Но сейчас уже выпускаются для массового покупателя ЖК-мониторы с диагональю 20-30 дюймов, а недавно разработчики представили модели мониторов с диагоналями 43 и 64 дюйма, хотя последние еще очень дороги [3].

Многие из ЖК-мониторов имеют сравнительно малый контраст и глубину черного цвета. Повышение фактического контраста часто связано с простым усилением яркости подсветки, вплоть до некомфортных значений. Широко применяемое глянцевое покрытие матрицы влияет лишь на субъективную контрастность в условиях внешнего освещения. Из-за жестких требований к постоянной толщине матриц существует проблема неравномерности однородного цвета (неравномерность подсветки) [6].

Пропускная способность жидкого кристалла зависит от угла наклона падающего света. Поэтому если смотреть на ЖК-дисплей не строго перпендикулярно, а сбоку, то происходит затемнение изображения или искажение цвета. Некоторые фирмы предлагают различные технологии для устранения этого эффекта. В Apple Studio Display, например, используют особое пленочное покрытие, которое увеличивает качество изображения при «боковом» чтении. Существуют и другие технологии, однако в целом ряде случаев приемы, увеличивающие угол обзора, снижают динамические параметры отображения информации. Небольшой угол обзора – это серьезная проблема, и стоит она тем острее, чем больше размер экрана. По свидетельству основных производителей, сегодняшняя технология позволяет увеличить этот угол до 120-130 градусов в горизонтальной и 80 градусов в вертикальной плоскости.

У ЖК-мониторов есть целый ряд преимуществ перед ЭЛТ-мониторами: плоский, более компактный экран без бликов и очень низкий уровень энергопотребления (5 Вт по сравнению со 100 Вт, характерными для обычного ЭЛТ-монитора). Цена таких мониторов выше, чем у ЭЛТ-мониторов, но зато ЖК-мониторы более безопасны для пользователя.

В начале своего развития ЖК-мониторы стоили примерно в 10 раз дороже, чем ЭЛТ-дисплеи и были недоступны для широкого потребления. Однако постепенно их цена падала, и вскоре появилась ниша для более широкого внедрения ЖК-мониторов. Первыми закупать ЖК-дисплеи стали военные, финансовые и правительственные структуры, то есть те организации, где задачи экономии рабочего пространства стояли наиболее остро, а финансовые средства позволяли внедрить более дорогую технологию [8].

К тому же, совершенствование ЖК технологий позволило применять их не только в телевидении и дисплеях для ПК, но и для цифровых информационных дисплеев больших размеров экрана.

1.3. Плазменные мониторы

Разработка плазменных панелей, работа которых основана на излучении света при разряде в инертном газе, началась в конце семидесятых годов прошлого века.

Их достоинством является высокая яркость, широкий угол обзора, большая информационная емкость и высокая надежность работы при отрицательных температурах [4]. Такие панели используются, в основном, как информационные табло в местах большого скопления людей (стадионы, вокзалы, концертные залы), домашние кинотеатры, мониторы для ПК.

Конструкция панели состоит из трех стеклянных пластин, на две из которых нанесены тонкие прозрачные проводники: на одну пластину – горизонтально, а на другую – вертикально. Между ними находится третья пластина, в которой в местах пересечения проводников двух первых пластин имеются сквозные отверстия, это и есть пиксели. Эти отверстия при сборке панели заполняются инертным газом (неоном или аргоном).

При подаче высокочастотного напряжения на один из вертикально и один из горизонтально расположенных проводников в отверстии, находящемся на их пересечении, возникает газовый разряд. Плазма газового разряда излучает свет в ультрафиолетовой части спектра, который вызывает свечение частиц люминофора в диапазоне, видимом человеком. Фактически, каждый пиксел на экране работает, как обычная лампа дневного света [1]. Схема такого монитора представлена на рисунке 3.

Рисунок 3. Плазменный монитор и его структура.

Люминофоры излучают один из основных цветов: красный, зеленый или синий. Затем цветной свет проходит через стекло и попадает в глаз пользователя. Таким образом, в плазменной технологии пиксели работают, подобно люминесцентным трубкам, но создание панелей из них довольно проблематично. Первая трудность - размер пикселя. Суб-пиксель плазменной панели имеет объем 200 мкм x 200 мкм x 100 мкм, а на панели нужно уложить несколько миллионов пикселей, один к одному. Во-вторых, передний электрод должен быть максимально прозрачным. Для этой цели используется оксид индия и олова, поскольку он проводит ток и прозрачен. К сожалению, плазменные панели могут быть такими большими, а слой оксида настолько тонким, что при протекании больших токов на сопротивлении проводников будет падение напряжения, которое сильно уменьшит и исказит сигналы. Поэтому приходится добавлять промежуточные соединительные проводники из хрома - он проводит ток намного лучше, но, к сожалению, непрозрачен [6].

Дисплей с такой панелью не только тоньше ЭЛТ-мониторов, но и поддерживает высокую яркость и контрастность, а изображение на нем хорошо различимо даже в освещенной комнате. Различные цветовые характеристики обеспечиваются типом инертного газа и характеристиками люминофора. При этом, плазменные мониторы имеют весьма ограниченный срок службы в силу того, что со временем снижается способность слоя люминофора излучать свет, и соответственно яркость экрана падает.

Достоинством плазменных панелей является то, что на нее можно смотреть практически под любым углом. Современные плазменные панели способны достигать яркости более 400 кандел на квадратный метр, что позволяет использовать их в хорошо освещенных помещениях.

Главными недостатками такого типа мониторов являются довольно высокая потребляемая мощность, возрастающая при увеличении диагонали монитора, и низкая разрешающая способность, обусловленная большим размером элемента изображения. Из-за этих ограничений такие мониторы используются пока только для конференций, презентаций, информационных щитов, то есть там, где требуются большие размеры экранов для отображения информации.

Еще одной проблемой остается адресация пикселей, поскольку, чтобы получить требуемый оттенок нужно менять интенсивность цвета независимо для каждого из трех суб-пикселей. На плазменной панели 1280x768 пикселей присутствует примерно три миллиона суб-пикселей, что дает шесть миллионов электродов. Как вы понимаете, проложить шесть миллионов дорожек для независимого управления суб-пикселями невозможно, поэтому дорожки необходимо мультиплексировать. Передние дорожки обычно выстраивают в цельные строчки, а задние - в столбцы. Встроенная в плазменную панель электроника с помощью матрицы дорожек выбирает пиксель, который необходимо зажечь на панели. Операция происходит очень быстро, поэтому пользователь ничего не замечает, - подобно сканированию лучом на ЭЛТ-мониторах [6].

1.4. OLED-мониторы

OLED-мониторы содержат в своей конструкции органические светодиоды, представляющие собой многослойные тонкопленочные структуры, изготовленные из органических соединений, которые эффективно излучают свет при пропускании через них электрического тока. Основное применение технология OLED находит при создании устройств отображения информации (дисплеев, в том числе и мониторов для ПК).

Рисунок 4. Схема двухслойной OLED-панели: 1. Катод (-), 2. Эмиссионный слой, 3. Выделенное излучение, 4. Проводящий слой, 5. Анод (+).

Для создания органических светодиодов используются тонкопленочные многослойные структуры, состоящие из слоев нескольких полимеров. При пропускании через такую структуру электрического тока инжектируемые из контактов электроны и дырки по слоям 2 и 4 с высокой электронной и дырочной проводимостью подводятся к активной области 3. В этой области они захватываются на электронные состояния молекулы красителя и возбуждают в ней флуоресцентное или фосфоресцентное излучение [6].

Каждый пиксель цветного OLED-дисплея формируется из трех составляющих – органических ячеек, отвечающих за синий, зеленый и красный цвета.

В основе OLED лежат пассивные и активные матрицы управления ячейками.

Пассивная матрица представляет собой массив анодов, расположенных строками, и катодов, расположенных столбцами. Чтобы подать заряд на определенный органический диод, необходимо выбрать нужный номер катода и анода, на пересечении которых находится целевой пиксель, и пустить ток. Используется в монохромных экранах с диагональю 2-3 дюйма (дисплеи сотовых телефонов, электронных часов, различные информационные экраны техники).

Активная матрица: как и в случае ЖК-мониторов, для управления каждой ячейкой OLED используются транзисторы, запоминающие необходимую для поддержания светимости пикселя информацию. Управляющий сигнал подается на конкретный транзистор, благодаря чему ячейки обновляются достаточно быстро. Для этого используются тонкопленочные транзисторы. Создается массив транзисторов в виде матрицы, который накладывается на подложку прямо под органический слой дисплея.

В OLED-мониторах есть существенный недостаток – маленький срок службы люминофоров некоторых цветов (порядка 2-3 лет) и, как следствие, невозможность создания долговечных полноценных TrueColor дисплеев

Дороговизна и неотработанность технологии по созданию больших матриц – главная проблема для OLED. Время непрерывной работы должно быть не меньше 15 тысяч часов, а "красный" OLED и "зеленый" OLED могут непрерывно работать на десятки тысяч часов дольше, чем "синий" OLED.

Это визуально искажает изображение.

Не смотря на это, OLED-мониторы имеют ряд преимуществ по сравнению c ЖК-дисплеями и другими аналогами. К примеру, они имеют меньшие габариты и вес, в их конструкции нет необходимости в подсветке. Также в OLED-мониторе отсутствует такой параметр, как угол обзора – изображение видно без потери качества с любого угла. Они имеют более качественную цветопередачу (высокий контраст), более низкое энергопотребление при той же яркости. С помощью такой технологии появилась возможность производить гибкие дисплеи [6].

Максимальная яркость OLED – 100 000 кандел на квадратный метр (для сравнения, у ЖК-панелей максимум составляет 500 кандел на квадратный метр, причем такая яркость в ЖК-монитора достигается только при определенных условиях). При освещении дисплея ярким лучом света на некоторых мониторах появляются блики, а картинка на OLED-экране останется яркой и насыщенной при любом уровне освещенности (даже при прямом попадании солнечных лучей на дисплей).

По показателям контрастности OLED-монитор также является лидером. Это можно проследить на рисунке 5. Устройства, снабженные OLED-дисплеями, обладают контрастностью 1000000:1.

Рисунок 5. Сравнения изображения на дисплеях ЖК и LED.

Также технология OLED позволяет смотреть на дисплей с любой стороны и под любым углом, причем без потери качества изображения.

Еще OLED-мониторы потребляют достаточно небольшое количество электроэнергии – всего около 25 Вт. КПД OLED-дисплея близко к 100 %.

Энергопотребление же FOLED, PHOLED еще ниже. Это основные направления исследований разработчиков OLED-панелей. Далее рассмотрим их более подробно.

Не смотря на то, что мониторы, работающие по технологии OLED имеют множество преимуществ перед аналогами, они еще не вошли в массовое производство. Дело в том, что производство таких дисплеев очень сложное и они получаются слишком дорогими. Возможно, что в будущем у разработчиков получится удешевить производство и исправить некоторые недостатки OLED-мониторов и тогда они смогут превзойти конкурентов по всем параметрам.

1.5. Технологии PHOLED, TOLED, SOLED и FOLED

В технологии PHOLED используется принцип электрофосфоресценции, чтобы преобразовать до 100 % электрической энергии в свет.

К примеру, традиционные флуоресцентные OLED преобразовывают в свет приблизительно 25-30 % электрической энергии. Из-за их чрезвычайно высокого уровня эффективности энергии, даже по сравнению с другим OLED, PHOLED изучаются для потенциального использования в больших дисплеях типа телевизионных мониторов или экранов для потребностей освещения. Потенциальное использование PHOLED для освещения: можно покрыть стены гигантскими PHOLED-дисплеями. Это позволило бы всем комнатам освещаться равномерно, вместо использования лампочек, которые распределяют свет неравномерно по комнате [6].

Также к преимуществом PHOLED-дисплеев можно отнести яркие, насыщенные цвета, а также достаточно долгий срок службы [6].

Другим направлением исследований является технология TOLED.

TOLED – технология, позволяющая создавать прозрачные дисплеи, а также достигнуть более высокого уровня контрастности.

Прозрачные TOLED -дисплеи: направление излучения света может быть только вверх, только вниз или в оба направления. TOLED может существенно улучшить контраст, что улучшает читабельность дисплея при ярком солнечном свете.

Так как TOLED на 70 % прозрачны при выключении, то их можно крепить прямо на лобовое стекло автомобиля, на витрины магазинов или для установки в шлеме виртуальной реальности.

Также прозрачность TOLED позволяет использовать их с металлом, фольгой, кремниевым кристаллом и другими непрозрачными подложками для дисплеев с отображением вперед (могут использоваться в будущих динамических кредитных картах). Прозрачность экрана достигается при использовании прозрачных органических элементов и материалов для изготовления электродов.

Главная особенность FOLED-дисплея – это гибкость. Для создания таких дисплеев используется пластик или гибкая металлическая пластина в качестве подложки с одной стороны, и OLED-ячеек и герметичной тонкой защитной пленки – с другой. Преимущества FOLED: ультратонкость дисплея, сверхнизкий вес, прочность, долговечность и гибкость, которая позволяет применять OLED- панели в самых неожиданных местах.

SOLED - технология производства дисплеев, использующая следующую архитектуру: изображение подпикселов складывается (красные, синие и зеленые элементы в каждом пикселе) вертикально вместо того, чтобы располагаться рядом, как это происходит в ЖК-дисплее или электронно-лучевой трубке. В SOLED каждым элементом подпиксела можно управлять независимо. Цвет пиксела может быть отрегулирован при изменении тока, проходящего через три цветных элемента (в монохромных дисплеях используется модуляция ширины импульса). Яркостью управляют, меняя силу тока [6].

Приемущества SOLED: высокая плотность заполнения дисплея органическими ячейками, посредством чего достигается хорошее разрешение, а значит, высококачественная картинка.

Глава 2. Основные характеристики мониторов

2.1. Описание общих характеристик

Данные характеристики являются общими для всех типов мониторов, рассмотренных выше. Далее в работе будут рассмотрены специфические характеристики, которые имеют отдельные типы.

1) Длина диагонали. Диагональ измеряется в дюймах. 1 дюйм равен 2,54 сантиметра. Дюйм при обозначении диагонали монитора изображается знаком кавычки “ – в виде двойного штриха.

Чаще всего можно встретить модели мониторов с диагональю, равной 15”, 17”, 19”, а также 21”, 23” и 27” дюймов. Последний вариант (27”) больше подходит для профессиональных дизайнеров, фоторедакторов, видеомонтажеров и т.д. Конечно, можно им пользоваться и обычным пользователям, если есть возможность и желание иметь большой монитор.

2) Пропорции монитора (соотношение длины и ширины сторон монитора) Наибольшее распространение получили три формата –

• 16:9,
• 16:10,
• 4:3.

Например, соотношение 16:9 значит, что ширина монитора (по горизонтали) составляет 16 условных единиц, а высота монитора (по вертикали) составляет 9 этих же самых условных единиц. Точнее, ширина монитора больше его высоты в 16 делить на 9 раз, то есть, в 1,78 раза.

Мониторы с соотношением сторон 16:9 и 16:10 являются широкоформатными.  Они хороши для просмотра широкоэкранных и широкоформатных видеофильмов. На них удобно открывать одновременно несколько окон.

Мониторы с соотношением сторон 4:3 удобны для тех, кто работает с текстовыми редакторами или графическими файлами.

Для работы часто бывают удобнее мониторы с соотношением сторон 4:3, а для развлечений 16:9. В настоящее время чаще используются широкоформатные мониторы также и для работы просто потому, что они более распространены.

3) Разрешение экрана. Это число пикселей (точек, из которых формируется дисплей) по вертикали и горизонтали. Чем больше пикселей, тем более качественное изображение может быть получено. И наоборот, чем их меньше, тем изображение будет более размытым, менее четким, менее качественным. Поэтому, если есть желание видеть более четкие картинки, нужно иметь больше пикселей.

Вообще, пиксель – это минимальная точка на экране монитора. Из таких точек и складывается вся картинка. Чем точек больше и чем эти точки меньше, тем получается более четкое изображение. Отсюда и необходимость иметь больше пикселей для получения картинки лучшего качества.

4) Степень контрастности. Контрастность измеряется путем сравнения яркости белых и черных пикселей монитора. Сегодня довольно часто можно встретить мониторы, обладающие степенью контрастности до величины 1:1000.

5) Угол обзора. Угол обзора влияет на то, с какой позиции по отношению к монитору можно без проблем различать картинку. Многие современные мониторы обладают углом обзора, равным 170-175 градусам.

6) Время отклика пикселей. Чем меньше время отклика, тем быстрее будет меняться картинка (пиксели будут быстрее реагировать на сигнал).

Качественные современные мониторы обладают временем отклика, равным 2-9 миллисекунды. Цифра 9 миллисекунд означает, что изображение каждого пикселя может меняться более 100 раз в секунду.

Чем быстрее отклик, тем более качественную анимацию может воспроизводить монитор. Поэтому любители компьютерных игр и любители смотреть качественные фильмы на экране монитора предпочитают мониторы с высоким временем отклика.

7) Яркость. Это параметр, характеризующий излучаемый монитором световой поток, определяя самый яркий белый цвет, который данное устройство может воспроизвести. В ЭЛТ-мониторах и в ЖК-мониторах свет распространяется неравномерно, что отражается на яркости изображения в разных частях экрана.

2.2. Описание характеристик ЭЛТ-мониторов

ЭЛТ-мониторы имеют некоторые специфические характеристики, влияющие на качество монитора [8]. Поэтому рассмотрим их отдельно.

Диагональ трубки и видимая диагональ

Одним из основных параметров ЭЛТ-монитора является размер диагонали трубки. Различают непосредственно размер диагонали трубки и видимый размер, который обычно примерно на 1 дюйм меньше, чем диагональ трубки, частично закрывающаяся корпусом монитора.

Коэффициент светопередачи

Коэффициент светопередачи определяется как отношение полезной световой энергии, излучаемой вовне, к энергии, излучаемой внутренним фосфоресцирующим слоем. Обычно этот коэффициент лежит в пределах 50-60 %. Чем выше коэффициент светопередачи, тем меньший требуется уровень видеосигнала для обеспечения необходимой яркости. Однако при этом снижается контрастность изображения в силу снижения перепада между излучающими и неизлучающими участками поверхности экрана.

При низком коэффициенте светопередачи улучшаются фокусировка изображения, однако требуется более мощный видеосигнал и соответственно усложняется схема монитора. Конкретное значение коэффициента светопередачи можно найти в документации производителя. Обычно 15-дюймовые мониторы имеют коэффициент светопередачи в пределах 56-58 %, а 17-дюймовые – 52-53 %.

Горизонтальная развертка

Периодом горизонтальной развертки называют время, за которое луч проходит расстояние от левого до правого края экрана. Соответственно, величина, обратная данной, называется частотой горизонтальной развертки и измеряется в килогерцах. При увеличении частоты кадров частота горизонтальной развертки должна быть также увеличена.

Вертикальная развертка

Вертикальной разверткой называется количество обновлений изображения на экране в секунду, этот параметр также называют частотой кадров. Горизонтальная и вертикальная развертка связаны между собой соотношением: гориз. разв. = (число строк) x (верт. разв.) x 1,05.

Чем выше величина вертикальной развертки, тем меньше соответственно заметен для глаза эффект смены кадра, который проявляется в мерцании экрана. Считается, что при частоте 75 Гц мерцание практически незаметно для глаза, однако стандарт VESA рекомендует работу на частоте 85 Гц.

Разрешающая способность

Разрешающая способность характеризуется числом пикселов и числом строк. Например, разрешение монитора 1024 x 768 указывает на количество точек в строке – 1024 и на количество строк – 768.

Равномерность

Равномерность определяется постоянством яркости по всей поверхности экрана монитора. Различают «равномерность яркости» и «равномерность белого». Обычно мониторы имеют различную яркость в разных участках экрана. Отношения яркости в областях с максимальным и минимальным значением яркости называют равномерностью распределения яркости. Равномерность белого определяется как различие яркости белого цвета (при выводе изображения белого цвета).

Несведение лучей

Термин «несведение лучей» означает отклонение красного и синего от центрирующего зеленого. Подобное отклонение препятствует получению чистых цветов и четкого изображения. Различают статическое и динамическое несведение. Под первым понимается несведение трех цветов по всей поверхности экрана, которое обычно связано с погрешностями при сборке электронно-лучевой трубки. Динамическое несведение характеризуется погрешностями на краях при четком изображении в центре.

Чистота и четкость изображения

Оптимальной чистоты и четкости изображения можно добиться, когда каждый из RGB-лучей достигает поверхности в точно установленной точке, что обеспечивается при строгой взаимосвязи между электронной пушкой, отверстиями теневой маски и точками люминофора. Смещение луча, смещение центра пушки вперед или назад, а также отклонение луча, вызванное влиянием внешних магнитных полей, – все это может влиять на ухудшение чистоты и четкости изображения.

Муар

Муар – это вид дефекта, который воспринимается глазом как волнообразные разводы изображения, связанные с неправильным взаимодействием теневой маски и сканирующего луча. Фокус и муар являются связанными параметрами для ЭЛТ-мониторов, поэтому небольшой муар допускается при хорошем фокусе.

Дрожание

Под дрожанием обычно понимают колебательные изменения изображения с частотой выше 30 Гц. Они могут быть вызваны вибрацией отверстий маски монитора, что, в частности, может быть обусловлено неправильной организацией заземления. При частотах менее 30 Гц употребляется термин «плавание», а ниже 1 Гц – «дрейф». Незначительное дрожание присуще всем мониторам. В соответствии со стандартом ISO допускается диагональное отклонение точки не более чем на 0,1 мм.

Деформация маски

Все мониторы с теневой маской в той или иной степени подвержены искажениям изображения, связанным с термической деформацией маски. Термическое расширение материала, из которого выполнена маска, приводит к ее деформации и соответственно к смещению отверстий маски.

Предпочтительным материалом для маски является инвар – сплав, имеющий малый коэффициент линейного расширения.

Экранное покрытие

Экраны ЭЛТ-монитора могут иметь различные покрытия, улучшающие качество изображения и потребительские свойства монитора.

Антистатическое покрытие представляет собой тонкий слой специального химического состава, который предотвращает накопление электростатического заряда.

Полированная панель имеет максимальную яркость и минимальные антибликовые свойства.

Кварцевое покрытие – недорогое покрытие, которое уменьшает блики на экране, но ограничивает резкость изображения.

Многослойное антибликовое покрытие обеспечивает высокую резкость при отсутствии бликов, но имеет высокую цену. Помимо антибликового покрытия используют также антибликовые панели, которые минимизируют отражающие свойства экрана и уменьшают электромагнитное излучение экрана, не ухудшая качества изображения. В силу своей высокой стоимости антибликовые панели используются только в дорогостоящих мониторах, в частности в 21-дюймовых мониторах с большим разрешением.

2.3. Описание характеристик ЖК-мониторов

Теперь рассмотрим дополнительные характеристики для ЖК-мониторов. Помимо характеристик общих для всех типов мониторов для сравнения ЖК также используются и другие параметры [8].

Относительное отверстие

Относительное отверстие – отношение площади изображения к общей площади матрицы ЖК-дисплея. Чем это отношение больше, тем большая площадь занята цветовыми элементами и, соответственно, тем ярче дисплей.

Степень интерференции

Интерференция проявляется за счет влияния активизированных пикселов на соседние пассивные. Это явление в меньшей степени проявляется в мониторах с активной матрицей и в большей – в мониторах с пассивной матрицей.

2.4. Сравнительный анализ мониторов разных типов

Проведем сравнение основных характеристик мониторов, которые являются самыми распространенными на сегодняшний день. Полученный результат можно увидеть в таблице 1. Как можно заметить, каждый тип мониторов имеет свои преимущества.

Таблица 1. Сравнительный анализ мониторов разных типов

Параметр	ЭЛТ-монитор	ЖК-монитор	Плазменный монитор
Срок службы	25000 час.	60000 час.	25000 час.
Яркость	80-300 кандела/м2	170-500 кандела/м2	300-1000 кандела/м2
Контрастность	от 350:1 до 750:1	от 150:1 до 600:1	от 200:1 до 3000:1
Угол обзора	не ограничен	90-170 градусов	не ограничен
Время реакции пикселя	не заметно глазу	от 15 до 50 мс	не заметно глазу
Дефекты экрана	нет	могут быть	могут быть
Качество фокусировки	от удовлетвори-тельного до хорошего	идеальное	идеальное
Геометрические искажения	возможны	нет	нет

Продолжение таблицы 1.

Возможные разрешения	различные	установленное	установленное
Однородность свечения	немного ярче в центре	немного ярче по краям	равномерное
Влияние магнитных полей	да	нет	нет
Температура корпуса при работе	средняя	малая	высокая
Потребляемая мощность	средняя	малая	высокая
Цена для больших размеров экрана	самая дешевая	средняя	самая дорогая
Вес и габариты	самые большие	самые маленькие	средние

Заключение

В результате работы были изучены основные типы мониторов, их принцип работы, характеристики и технологии производства, рассмотрены преимущества и недостатки каждого типа. Также был проведен сравнительный анализ самых распространенных типов мониторов (ЭЛТ-мониторы, ЖК-мониторы и плазменные мониторы).

На сегодняшний день ЖК-мониторы являются самыми распространенными. Это связано с тем, что у них доступная цена, компактный плоский экран и низкий уровень энергопотребления. Главные недостатки таких мониторов – низкий уровень контрастности, ограниченный угол обзора и наличие только одного эффективного разрешения для работы.

У ЭЛТ-мониторов уровень контрастности выше, не ограничен угол обзора, а разрешение экрана может быть изменено. Но зато они очень громоздкие и занимают много места. К тому же, они потребляют больше электроэнергии и генерируют сильные электромагнитные поля.

В плазменных панелях, также как в ЭЛТ-мониторах, не ограничен угол обзора. Они обладают самым высоким показателям контрастности и яркости, что позволяет им качественно отображать изображения, даже если на монитор попадают лучи света. Главными недостатками такого типа мониторов являются довольно высокая потребляемая мощность, возрастающая при увеличении диагонали монитора, и низкая разрешающая способность.

Каждый тип мониторов обладает своими преимуществами и недостатками, поэтому сложно выбрать из них наилучший. При выборе монитора пользователю необходимо опираться на требования, предъявляемые к монитору, на то какую работу он планирует выполнять за компьютером наиболее часто.

Также можно сказать, что работы по улучшению качества мониторов продолжаются. Разработчики стремятся исправить существующие недостатки, изобретать новые технологии производства и совершенно новые конструкции мониторов. Доказательством этому являются появившиеся относительно недавно OLED-мониторы и их улучшенные аналоги (PHOLED, TOLED, SOLED и FOLED).

OLED-мониторы практически по всем показателям превосходят существующие аналоги. Но из-за сложности производства и дороговизны пока что не особо распространены.

Технологии PHOLED, TOLED, SOLED и FOLED в будущем могут вывести дисплеи на новый уровень. Например, с помощью TOLED возможно создание прозрачных дисплеев. Технология FOLED позволяет сделать дисплеи гибкими. PHOLED-дисплеи смогут преобразовывать до 100 % электрической энергии в свет, а SOLED-дисплеи смогут не просто качественно, а высококачественно отображать изображения на экране.

Список использованной литературы

1. Таненбаум Э., Остин Т. Архитектура компьютера. 6-е изд. – СПб.: Питер, 2013. – 816 с.
2. Бройдо В.Л., Ильина О.П. Вычислительные системы, сети и телекоммуникации. 4-е изд. – СПб.: Питер, 2011. – 560 с.
3. Орлов С. А., Цилькер Б. Я. Организация ЭВМ и систем: Учебник для вузов. 2-е изд. – СПб.: Питер, 2011. – 688 с.
4. Томилин М.Г., Невская Г.Е. Дисплеи на жидких кристаллах. – СПб: СПбГУ ИТМО, 2010. – 108 с.
5. Макарова Н.В., Волков В.Б. Информатика: Учебник для вузов. Стандарт третьего поколения. – СПб.: Питер, 2011. – 576 с.
6. Лошаков С. Периферийные устройства вычислительной техники [Электронный ресурс] // Национальный Открытый Университет ИНТУИТ. Учеба, курсы. – Режим доступа: http://www.intuit.ru/studies/courses/3460/702/info, свободный. (Дата обращения: 19.04.2018 г.).
7. Мюллер С. Модернизация и ремонт ПК. 17-е изд. – М.: Вильямс, 2007. – 1360 с.
8. Прохоров А. Мониторы – путь от трубки до пластины [Электронный ресурс] // КомпьютерПресс: электронный журнал. – Режим доступа: https://compress.ru/article.aspx?id=10298, свободный. (Дата обращения: 20.04.2018 г.).