ЛЕКЦИЯ № 10

ТЕМА: ВИДЕОСИСТЕМА
Лекция № 11-13
Видеосистема является стандартным устройством вывода информации.
Видеосистема состоит из монитора (дисплея) и видеоконтроллера
(видеоадаптера).
Мониторы
Монитор — универсальное устройство визуального отображения всех
видов информации.
По виду выводимой информации мониторы подразделяются на алфавитно-цифровые - дисплеи, отображающие только алфавитно-цифровую
информацию, и графические; монохромные и цветные.
По принципу работы можно выделить три типа мониторов:
1.
Мониторы на основе электронно-лучевой трубки.
2.
Жидкокристаллические мониторы.
3.
Плазменные мониторы.
Монитор на основе электронно-лучевой трубки (CRT (Cathode Ray
Tube) – мониторы)
буквально 5-7 лет назад был самыми
распространенными. Как видно из названия, в основе всех подобных
мониторов лежит катодно-лучевая трубка, но это дословный перевод,
технически правильно говорить "электронно-лучевая трубка" (ЭЛТ).
Развитие этой технологии, применительно к созданию мониторов, за
последние годы привело к производству все больших по размеру экранов с
высоким качеством и при низкой стоимости. На конец эпохи CRT-мониторов
(2003-2007г.г.) наиболее распространенными являлись 17" мониторы, и
наблюдалась явная тенденция в сторону 19" экранов.
Рассмотрим принципы работы CRT-мониторов. CRT- или ЭЛТмонитор имеет стеклянную трубку, внутри которой вакуум, т.е. весь воздух
удален.
Устройство ЭЛТ цветного изображения. 1 —Электронные пушки. 2 — Электронные лучи.
3 — Фокусирующая катушка. 4 — Отклоняющие катушки. 5 — Анод. 6 — Маска,
благодаря которой красный луч попадает на красный люминофор, и т. д. 7 — Красные,
зелёные и синие зёрна люминофора. 8 — Маска и зёрна люминофора (увеличенно).
С фронтальной стороны внутренняя часть стекла трубки покрыта
люминофором (Luminofor)(7). В качестве люминофоров для цветных ЭЛТ
используются довольно сложные составы на основе редкоземельных
металлов - иттрия, эрбия и т.п. Люминофор - это вещество, которое
испускает свет при бомбардировке его заряженными частицами. Для
создания изображения в CRT-мониторе используется электронная пушка(1),
которая испускает поток электронов(2) сквозь металлическую маску или
решетку на внутреннюю поверхность стеклянного экрана монитора(6),
которая покрыта разноцветными люминофорными точками. Электроны
попадают на люминофорный слой, после чего энергия электронов
преобразуется в свет, т.е. поток электронов заставляет точки люминофора
светиться. В цветном CRT-мониторе используются три электронные пушки,
в отличие от одной пушки, применяемой в монохромных мониторах, которые
сейчас практически не производятся и мало кому интересны. Все мы знаем
или слышали о том, что наши глаза реагируют на основные цвета: красный
(Red), зеленый (Green) и синий (Blue) и на их комбинации, которые создают
бесконечное число цветов. Люминофорный слой, покрывающий
фронтальную часть электронно-лучевой трубки, состоит из очень маленьких
элементов.
Макрофотография монитора. На белом фоне — стандартный курсор Windows
Эти люминофорные элементы воспроизводят основные цвета,
фактически имеются три типа разноцветных частиц, чьи цвета соответствуют
основным цветам RGB (отсюда и название группы из люминофорных
элементов – триады). Понятно, что электронный луч, предназначенный для
красных люминофорных элементов, не должен влиять на люминофор
зеленого или синего цвета. Чтобы добиться такого действия используется
специальная маска, чья структура зависит от типа кинескопов от разных
производителей, обеспечивающая дискретность (растровость) изображения.
В ЭЛТ применяются теневые маски и так называемые апертурные решетки.
Самые распространенные типы масок - это теневые, а они бывают двух
типов: "Shadow Mask" (теневая маска) и "Slot Mask" (щелевая маска).
Теневая маска - это самый распространенный тип масок для CRTмониторов. Теневая маска состоит из металлической сетки перед частью
стеклянной трубки с люминофорным слоем. Как правило, большинство
современных теневых масок изготавливают из инвара (invar, сплав железа и
никеля). Отверстия в металлической сетке работают, как прицел (хотя и не
точный), именно этим обеспечивается то, что электронный луч попадает
только на требуемые люминофорные элементы, и только в определенных
областях. Минимальное расстояние между люминофорными элементами
одинакового цвета называется dot pitch (или шаг точки) и является индексом
качества изображения. Шаг точки обычно измеряется в миллиметрах (мм).
Чем меньше значение шага точки, тем выше качество воспроизводимого на
мониторе изображения. Теневая маска применяется в большинстве
мониторов - Hitachi, Panasonic, Samsung, Daewoo, LG, Nokia, Viewsonic.
Щелевая маска - это технология, широко применяемая компанией
NEC, под именем "CromaClear". Люминофорные элементы расположены в
вертикальных эллиптических ячейках, а маска сделана из вертикальных
линий. Фактически, вертикальные полосы разделены на эллиптические
ячейки, которые содержат группы из трех люминофорных элементов трех
основных цветов. Минимальное расстояние между двумя ячейками
называется slot pitch (щелевой шаг). Чем меньше значение slot pitch, тем
выше качество изображения на мониторе.
Щелевая маска используется, помимо мониторов от NEC (где ячейки
эллиптические), в мониторах Panasonic с трубкой PureFlat (ранее
называвшейся PanaFlat). LG использует плоскую щелевую трубку Flatron с
шагом 0.24 в своих мониторах.
Рис. 555 – Монитор LG Flatron 720В (2005 г.)
Апертурная решетка (aperture grill) - это тип маски, используемый
разными производителями в своих технологиях для производства
кинескопов, носящих разные названия, но имеющих одинаковую суть,
например, технология Trinitron от Sony или Diamondtron от Mitsubishi. Это
решение не включает в себя металлическую решетку с отверстиями, как в
случае с теневой маской, а имеет решетку из вертикальных линий. Вместо
точек с люминофорными элементами трех основных цветов апертурная
решетка содержит серию нитей, состоящих из люминофорных элементов,
выстроенных в виде вертикальных полос трех основных цветов. Такая
система обеспечивает высокую контрастность изображения и хорошую
насыщенность цветов, что вместе обеспечивает высокое качество мониторов
с трубками на основе этой технологии. Маска, применяемая в трубках фирмы
Sony (Mitsubishi, ViewSonic), представляет собой тонкую фольгу, на которой
процарапаны тонкие вертикальные линии. Она держится на горизонтальной
(ых) (одной в 15", двух в 17", трех и более в 21") проволочке, тень от которой
Вы и видите на экране. Эта проволочка применяется для гашения колебаний
и называется damper wire. Ее хорошо видно, особенно при светлом фоне
изображения на мониторе. Некоторым пользователям эти линии
принципиально не нравятся, другие же, наоборот, довольны и используют их
в качестве горизонтальной линейки. Минимальное расстояние между
полосами люминофора одинакового цвета называется strip pitch (или шагом
полосы) и измеряется в миллиметрах (мм). Чем меньше значение strip pitch,
тем выше качество изображения на мониторе.
Апертурная решётка используется в мониторах от Viewsonic, Radius,
Nokia, LG, CTX, Mitsubishi, во всех мониторах от SONY.
Жидкокристаллические мониторы
LCD (Liquid Crystal Display, жидкокристаллические мониторы)
сделаны из вещества, которое находится в жидком состоянии, но при этом
обладает некоторыми свойствами, присущими кристаллическим телам.
Молекулы жидких кристаллов под воздействием электричества могут
изменять свою ориентацию и вследствие этого изменять свойства светового
луча проходящего сквозь них. Первое свое применение жидкие кристаллы
нашли в дисплеях для калькуляторов и в кварцевых часах, а затем их стали
использовать в мониторах для портативных компьютеров. Сегодня они
достигли 19" размеров для использования в ноутбуках, а для настольных
компьютеров производятся 17" и более LCD-мониторы.
Рис. 555 – Новинка 2009 года - Монитор Dell IN1720BK: разрешение - 1440*900, соотношение сторон экрана
- 16:10, яркость - 250кд/м2, контрастность - 600:1, 8мс, тип матрицы - TN, углы обзора - 160/150.
Конструктивно дисплей состоит из ЖК-матрицы (стеклянной
пластины, между слоями которой и распологаются жидкие кристаллы),
источников света для подсветки, контактного жгута и обрамления (корпуса),
чаще пластикового, с металлической рамкой жёсткости.
Каждый пиксель ЖК-матрицы состоит из слоя молекул между двумя
прозрачными электродами, и двух поляризационных фильтров, плоскости
поляризации которых (как правило) перпендикулярны.
В отсутствие напряжения кристаллы выстраиваются в винтовую
структуру. Эта структура преломляет свет таким образом, что до второго
фильтра плоскость его поляризации поворачивается и через него свет
проходит практически без потерь.
Если же к электродам приложено напряжение, то молекулы стремятся
выстроиться в направлении электрического поля, что искажает винтовую
структуру. При этом силы упругости противодействуют этому, и при
отключении напряжения молекулы возвращаются в исходное положение.
При достаточной величине поля практически все молекулы становятся
параллельны, что приводит к непрозрачности структуры. Варьируя
напряжение, можно управлять степенью прозрачности.
Рис. 555 - Схематическое устройство красного субпиксела ЖК-монитора
Во всей матрице можно управлять каждой из ячеек индивидуально, но
при увеличении их количества это становится трудновыполнимо, так как
растёт число требуемых электродов. Поэтому практически везде применяется
адресация по строкам и столбцам.
Разрешение LCD-мониторов одно, и его еще называют native, оно
соответствует максимальному физическому разрешению CRT-мониторов.
Именно в native разрешении LCD-монитор воспроизводит изображение
лучше всего. Это разрешение определяется размером пикселей, который у
LCD-монитора фиксирован. Например, если LCD-монитор имеет native
разрешение 1024x768, то это значит, что на каждой из 768 линий
расположено 1024 электродов, читай: пикселей. При этом есть возможность
использовать и более низкое, чем native, разрешение. Для этого есть два
способа. Первый называется "Centering" (центрирование); суть метода в том,
что для отображения изображения используется только то количество
пикселей, которое необходимо для формирования изображения с более
низким разрешением. В результате изображение получается не во весь экран,
а только в середине. Все неиспользуемые пиксели остаются черными, т.е.
вокруг изображения образуется широкая черная рамка. Второй метод
называется "Expansion" (растяжение). Суть его в том, что при
воспроизведении изображения с более низким, чем native, разрешением
используются все пиксели, т.е. изображение занимает весь экран. Однако, изза того, что изображение растягивается на весь экран, возникают небольшие
искажения, и ухудшается резкость. Поэтому при выборе LCD-монитора
важно четко знать, какое именно разрешение вам нужно.
Яркость и контрастность LCD-мониторов не стандартизованы. При
этом в центре яркость LCD-монитора может быть на 25% выше, чем у краев
экрана. Контрастность LCD-монитора определяется отношением яркостей
между самым ярким белым и самым темным черным цветом, является одним
из основных параметров дисплея.
По отношению к свету матрица ЖК-дисплея является не активным, а
пассивным элементом, она не способна излучать свет, а лишь способна
модулировать проходящий через нее. Поэтому позади ЖК-матрицы всегда
размещается модуль подсветки, а матрица лишь управляет своей
прозрачностью. Регулировка прозрачности осуществляется за счет поворота
плоскости поляризации – жидкие кристаллы расположены между двумя
сонаправленными поляризаторами: сонаправленность означает, что если свет
между ними не изменил свою плоскость поляризации, то он проходит через
второй поляризатор без потерь.
Если плоскость поляризации повернута, то световой поток
задерживается и соответствующая ячейка будет выглядеть черной. Однако по
различным причинам – из-за неидеальности поляризаторов, не идеально
точного расположения кристаллов и так далее – задержать весь свет
невозможно, а потому какой-то его процент всегда будет проходить через
матрицу, слегка "подсвечивая" черный цвет монитора.
Хорошим контрастным соотношением для современных мониторов
считается 500-800:1, что обеспечивает воспроизведение живых насыщенных
цветов.
Указывая большие цифры, производители явно лукавят, потому как
высокие показатели контрастности получают в эталонных производственных
условиях, а в реальном же мониторе добавляется влияние его электроники, и
в некоторой степени управляется пользователем, регулирующим яркость,
контрастность, цветовую температуру и другие параметры, а потому и
реальные параметры монитора очень часто не соответствуют заявленным.
Единственный способ определить, подходит ли вам яркость и
контрастность конкретного LCD-монитора, это сравнить его яркость с
другими LCD-мониторами.
Для первых моделей ЖК-мониторов
наиболее "популярной"
характеристикой являлось «время отклика».
Как уже говорилось, состояние пиксела в ЖК-панели меняется за счет
изменения угла поворота жидких кристаллов под действием приложенного к
ним электрического поля. Однако жидкие кристаллы – вещество
сравнительно вязкое, поэтому поворот происходит не мгновенно, а за
достаточно большое время порядка единиц или даже десятков миллисекунд.
Традиционно производители матриц и мониторов измеряют время отклика
как суммарное время переключения пиксела с черного на белый и обратно.
Измеренное таким образом время отклика является минимальным, какое
вообще может показать матрица. Если же, нас интересует переключение
пиксела не с черного на белый, а с черного на темно-серый. Тогда, с одной
стороны, кристаллам надо повернуться на меньший угол, но, с другой
стороны, скорость их поворота пропорциональна напряженности
приложенного электрического поля, а именно им и определяется угол
поворота – чем меньший угол нам нужен, тем меньше должно быть
электрическое поле.
Таким образом, у нас есть две противоборствующие тенденции –
уменьшается не только угол поворота, но и его скорость, так что на практике
время поворота кристалла (отклика) будет зависеть от соотношения этих
тенденций.
Измерить время отклика без использования специального
оборудования в домашних услових невозможно, можно лишь субъективно
оценить его, запустив какую-нибудь динамичную игру.
Другой традиционной характеристикой проблемой ЖК-мониторов
являются углы обзора – если изображение на ЭЛТ практически не страдает
даже при взгляде почти параллельно плоскости экрана, то на многих ЖКматрицах даже небольшое отклонение от перпендикуляра приводит к
заметному падению контрастности и искажению цветопередачи.
В то же время все производители на данный момент заявляют, казалось
бы, более чем достаточные углы обзора – у большинства моделей мониторов
они составляют не менее 160 градусов как по вертикали, так и по
горизонтали. Проблема здесь, как и с временем отклика, в том, как эти углы
измеряются.
Большинство производителей указывают только вертикальные и
горизонтальные углы обзора, в то время как, очевидно, на монитор можно
посмотреть и, скажем, справа сверху. Ниже приведен график зависимости
контрастности от обоих углов обзора (по данным компании Fujitsu):
Рис. 555 - График зависимости контрастности от обоих углов обзора.
Еще одной важной характеристикой ЖК-мониторов является
цветопередача. С точки зрения цветопередачи производители обычно
указывают лишь одну цифру – количество цветов, которое традиционно
равняется 16,2 млн. или 16,7 млн. Это не совсем верно – дело в том, что
очень многие из выпускаемых сейчас матриц не умеют отображать более 262
тысяч цветов (что соответствует 18 битам, или по 6 бит на каждый из трех
базовых цветов). По этой причине производители матриц реализуют в них
так называемый FRC (Frame Rate Control) – метод эмуляции недостающих
цветов, при котором цвет пиксела меняется с каждым кадром в небольших
пределах. Допустим, нам надо вывести цвет RGB:{154; 154; 154}, который
наша матрица физически не поддерживает, однако она поддерживает два
соседних цвета – RGB:{152; 152; 152} и RGB:{156; 156; 156}. Если теперь
поочередно (с частотой кадровой развертки) выводить эти два цвета, то, в
результате близости их цветов и инерционности как человеческого глаза, так
и самой матрицы мы будем видеть некий усредненный цвет, то есть искомый
RGB:{154; 154; 154}. Разумеется, это все же эмуляция, не дотягивающая до
полноценной "true color" цветопередачи, а потому в описаниях мониторов с
такими матрицами обычно указывают, что он воспроизводит 16,2 млн.
цветов – иначе говоря, указание такого количества цветов однозначно
говорит о том, что у монитора 18-битная матрица
На практике могут применяться более сложные механизмы FRC,
работающие в сочетании с более привычным для пользователей дизерингом
(когда нужный цвет формируется несколькими расположенными рядом
пикселами с немного различающимися цветами), то есть меняющие на
каждом кадре цвет не одного пиксела, а, скажем, группы из четырех
пикселов – это позволяет более точно передавать недоступные матрице
оттенки цвета, однако суть от этого в общем-то не меняется –
"полноцветными" такие матрицы можно называть лишь условно.
Массово производимые ЖК-мониторы плохо защищены от
повреждений. Особенно чувствительна матрица, незащищённая стеклом. При
сильном нажатии возможна необратимая деградация. Также существует
проблема дефектных пикселей. Предельно допустимое количество
дефектных пикселей, в зависимости от размеров экрана, определяется в
международном стандарте ISO 13406-2 (в России - ГОСТ Р 52324-2005).
Стандарт определяет 4 класса качества ЖК-мониторов. Самый высокий
класс — 1, вообще не допускает наличия дефектных пикселей. Самый
низкий — 4, допускает наличие до 262 дефектных пикселей на 1 миллион
работающих.
Рис. 12 - Макрофотография типичной ЖК-матрицы. В центре - два дефектных субпикселя
(зелёный и синий).
Тем не менее, описанные проблемные места не помешали LCDмониторам вытеснить с рынка мониторы на основе ЭЛТ, привлекая
покупателей компактностью, минимальным энергопотреблением, а с
последнего времени и доступной ценой. Исход битвы двух технологий 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 CRTмониторов. Как утверждают эксперты, качество картинки отличается так же,
как при печати на матричном и лазерном принтерах. Сравнение LCDмониторов и CRT-мониторов приведено в таблице.
Параметры
LCD monitor
CRT monitor
Поддерживаются
Одно разрешение с фиксированным
различные разрешения.
размером пикселей. Оптимально
При всех
можно использовать только в этом
поддерживаемых
разрешении; в зависимости от
разрешениях монитор
поддерживаемых функций
можно использовать
Разрешение
расширения или компрессии можно
оптимальным образом.
использовать более высокое или
Ограничение
более низкое разрешение, но они не
накладывается только
оптимальны.
приемлемостью частоты
регенерации.
Только при частотах
Оптимальная частота 60 Гц, чего
Частота
свыше 75 Гц отсутствует
регенерации достаточно для отсутствия мерцания.
явно заметное мерцание.
Поддерживается True
Color и при этом на рынке
Поддерживается True Color и
Точность
имеется масса устройств
имитируется требуемая цветовая
отображения
калибровки цвета, что
температура.
цвета
является несомненным
плюсом.
Пиксели формируются
Изображение формируется
группой точек (триады)
пикселями, число которых зависят
или полосок. Шаг точки
только от конкретного разрешения
или линии зависит от
LCD-панели. Шаг пикселей зависит
расстояния между
только от размера самих пикселей, но
точками или линиями
Формировани
не от расстояния между ними.
одного цвета. В
е изображения
Каждый пиксель формируется
результате, четкость и
индивидуально, что обеспечивает
ясность изображения
великолепную фокусировку, ясность
сильно зависит от размера
и четкость. Изображение получается
шага точки или шага
более целостным и гладким.
линии и от качества CRT.
В настоящее время стандартным
является угол обзора 150o и выше; с
Отличный обзор под
дальнейшим развитием технологий
Угол обзора
любым углом.
следует ожидать увеличения угла
обзора.
Практически никаких опасных
Всегда присутствует
Энергопотреб
электромагнитных излучений нет.
электромагнитное
ление и
Уровень потребления энергии
излучение, однако его
излучения
примерно на 70% ниже, чем у
стандартных CRT-мониторов.
Интерфейс
монитора
Сфера
применения
Цифровой интерфейс, однако
большинство LCD-мониторов имеют
встроенный аналоговый интерфейс
для подключения к наиболее
распространенным аналоговым
выходам видеоадаптеров.
Стандартный дисплей для
мобильных систем. В последнее
время начинает завоевывать место и
в качестве монитора для настольных
компьютеров. Идеально подходит в
качестве дисплея для компьютеров,
т.е. для работы в Интернет, с
текстовыми процессорами и т.д.
уровень зависит от того,
соответствует ли CRT d
какому-либо стандарту
безопасности.
Потребление энергии в
рабочем состоянии на
уровне 80 Вт.
Аналоговый интерфейс.
Стандартный монитор для
настольных компьютеров.
Крайне редко
используются в
мобильном виде.
Идеально подходит для
отображения видео и
анимации.
Тем не менее, существуют и другие технологии, которые создают и
развивают разные производители, например технология PDP (Plasma Display
Panels), или просто "Plasma".
Плазменные мониторы
Такие крупнейшие производители, как Fujitsu, Matsushita, Mitsubishi,
NEC, Pioneer и другие, уже более пяти лет производят плазменные мониторы.
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 (иначе говоря, лампа
дневного света). 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 в случае с LCD-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 достаточно дорого - до 100000 рублей.
Ряд ведущих разработчиков в области LCD и Plasma-экранов совместно
разрабатывают технологию PALC (Plasma Addressed Liquid Crystal), которая
соединяет в себе преимущества плазменных и LCD-экранов с активной
матрицей. Далее мы рассмотрим основные направления развития технологий
устройств визуализации.
Основные направления развития технологий устройств
визуализации
Одно из направлений связано с применением, так называемой OLEDтехнологии на основе использования органических светодиодов.
Органический светодиод (Organic Light-Emitting Diode (OLED) изготовлен из
органических соединений, которые эффективно излучают свет, если
пропустить через них электрический ток.
Рис. 555 - 1.5-дюймовый (3,8 сантиметра) OLED-дисплей
(http://en.wikipedia.org/wiki/Image:OLEDScreen.jpg
Для
создания
органических
светодиодов
используются
тонкопленочные многослойные структуры, состоящие из слоев нескольких
полимеров. Принцип работы заключается в следующем. При подаче на анод
положительного относительно катода напряжения, поток электронов
протекает через прибор от катода к аноду. Таким образом катод отдает
электроны в эмиссионный слой, а анод забирает электроны из проводящего
слоя, или другими словами анод отдает дырки в проводящий слой.
Эмиссионный слой получает отрицательный заряд, а проводящий слой
положительный. Под действием электростатических сил электроны и дырки
движутся навстречу друг к другу и при встрече рекомбинируют. Это
происходит ближе к эмиссионному слою, потому что в органических
полупроводниках дырки обладают большей подвижностью, чем электроны.
При рекомбинации происходит понижение энергии электрона, которое
сопровождается испусканием (эмиссией) электромагнитного излучения в
области видимого света.
Рис. 555 - Схема 2х слойной OLED-панели: 1. Катод(−), 2. Эмиссионный слой, 3. Испускаемое излучение, 4.
Проводящий слой, 5. Анод (+)
В сравнении с существующими типами мониторов OLED-дисплеи
обладают меньшими габаритами и весом, низким энергопотребленим,
возможностью создания гибких экранов, изображение видно без потери
качества с любого угла, мгновенным откликом, более качественной
цветопередачей (высокий контраст).
Главная проблема для OLED-технологии маленький срок службы
люминофоров некоторых цветов (порядка 2-3 лет), дороговизна и
неотработанность технологии по созданию больших матриц.
Можно считать это временными трудностями становления новой
технологии, поскольку разрабатываются новые долговечные люминофоры.
Также растут мощности по производству матриц. Уже сейчас производятся
рассматриваемые дисплеи для мобильных телефонов, GPS-навигаторов,
цифровых фотоаппаратов, автомобильных бортовых компьютеров, лицевых
панелей автомагнитол, MP3-плееров и т. д.
Еще одним направлением в развитии устройств визуализации является
создание виртуальных ретинальных мониторов. Виртуальный ретинальный
монитор (Virtual retinal display, VRD; retinal scan display, RSD) — технология
устройств вывода, формирующая изображение непосредственно на сетчатке
глаза. В результате пользователь видит изображение, «висящее» в воздухе
перед ним. VRD, проецирующая изображение на один глаз, позволяет видеть
одновременно компьютерное изображение и реальный объект, что может
применяться для создания иллюзии «рентгеновского зрения» — отображения
внутренних частей устройств и органов (при ремонте автомобиля, хирургии).
VRD, проецирующая изображение на оба глаза, позволяет создавать
реалистичные трехмерные сцены.
Также в последние годы новый импульс получили технологии на
основе лазера. Первые опыты с лазерными проекторами и телевизорами
проводились в 70-х годах ХХ-го века. Качество изображения было отличным,
но от него очень быстро уставали глаза, так как у лазера очень узкий спектр.
Проблема узкого спектра излучения лазера была решена путем применения
рассеивающих фильтров.
В сравнении с существующими типами мониторов лазерные дисплеи
при малых габаритах отличаются высоким качеством изображения,
превосходящим существующие плазменные и жидкокристаллические
панели, срок службы лазеров практически неограничен, высокой частотой
обновления изображения экрана – от 120 герц, благодаря чему в комплекте
со стереоочками способны работать в качестве 3D-дисплея.
Еще в январе 2008 «Mitsubishi» продемонстрировала в Лас-Вегасе
прототип
первого
лазерного
телевизора.
Естественно,
модель,
существовавшая чуть ли не в единственном экземпляре, в то время никаким
образом не могла перераспределить сферы влияния на рынке сбыта. Однако
не прошло и года, а уже поступила в продажу, опередив на 1-2 квартала
прогнозы аналитиков.
Рис. 555 - 65-дюймовая панель Mitsubishi LaserVue L65-A90: частота обновления - 120
герц, углы обзора - 160 градусов, толщина корпуса - 10 дюймов, вес панели - чуть менее
60 кг, цена - 7000 дол.
Стандарты безопасности
На всех современных мониторах можно встретить наклейки с
аббревиатурой TCO или MPRII. На очень старых моделях встречаются еще и
надписи "Low Radiation", которые на самом деле ни о чем не говорят. Просто
когда-то, исключительно в маркетинговых целях, производители из ЮгоВосточной Азии привлекали этим внимание к своей продукции. Никакой
защиты подобная надпись не гарантирует.
TCO (The Swedish Confederation of Professional Employees, Шведская
Конфедерация Профессиональных Коллективов Рабочих), членами которой
являются 1.3 миллиона шведских профессионалов, организационно состоит
из 19 объединений, которые работают вместе с целью улучшения условий
работы своих членов. Эти 1.3 млн. членов представляю широкий спектр
рабочих и служащих из государственного и частного сектора экономики. В
состав разработанных TCO рекомендаций сегодня входят три стандарта:
TCO’92, TCO’95 и TCO’99, нетрудно догадаться, что цифры означают год их
принятия.
Большинство измерений во время тестирований на соответствие
стандартам TCO проводятся на расстоянии 30 см спереди от экрана и на
расстоянии 50 см вокруг монитора. Для сравнения: во время тестирования
мониторов на соответствие другому стандарту MPRII все измерения
производятся на расстоянии 50 см спереди экрана и вокруг монитора. Это
объясняет то, что стандарты TCO более жесткие, чем MPRII.
TCO’99 предъявляет более жесткие требования, чем все остальные
стандарты, в следующих областях: эргономика (физическая, визуальная и
удобство использования), энергия, излучение (электрических и магнитных
полей), окружающая среда и экология, а также пожарная и электрическая
безопасность. Стандарт TCO’99 распространяется на традиционные CRTмониторы, плоскопанельные мониторы (Flat Panel Displays), портативные
компьютеры (Laptop и Notebook), системные блоки и клавиатуры.
Спецификации TCO’99 содержат в себе требования, взятые из стандартов
TCO’95, ISO, IEC и EN, а также из EC Directive 90/270/EEC и Шведского
национального стандарта MPR 1990:8 (MPRII) и из более ранних
рекомендаций TCO. В разработке стандарта TCO’99 приняли участие TCO,
Naturskyddsforeningen и and Statens Energimyndighet (The Swedish National
Energy Administration, Шведское Национальное Агентство по Энергетике).
Экологические требования включают в себя ограничения на
присутствие тяжелых металлов, броминатов и хлоринатов, фреонов (CFC) и
хлорированных веществ внутри материалов.
Любой продукт должен быть подготовлен к переработке, а
производитель обязан иметь разработанную политику по утилизации,
которая должна исполняться в каждой стране, в которой действует компания.
Требования по энергосбережению включают в себя необходимость
того, чтобы компьютер и/или монитор после определенного времени
бездействия снижали уровень потребления энергии на одну или более
ступеней. При этом период времени восстановления до рабочего режима
потребления энергии, должен устраивать пользователя
Видеокарта (видеоадаптер)
Совместно с монитором видеокарта образует видеоподсистему
персонального компьютера. Видеокарта не всегда была компонентом ПК. На
заре развития персональной вычислительной техники в общей области
оперативной памяти существовала небольшая выделенная экранная область
памяти, в которую процессор заносил данные об изображении. Специальный
контроллер экрана считывал данные о яркости отдельных точек экрана из
ячеек памяти этой области и в соответствии с ними управлял разверткой
горизонтального луча электронной пушки монитора.
С переходом от черно-белых мониторов к цветным и с увеличением
разрешения экрана (количества точек по вертикали и горизонтали) области
видеопамяти стало недостаточно для хранения графических данных, а
процессор перестал справляться с построением и обновлением изображения.
Тогда и произошло выделение всех операций, связанных с управлением
экраном, в отдельный блок, получивший название видеоадаптер. Физически
видеоадаптер выполнен в виде отдельной дочерней платы, которая
вставляется в один из слотов материнской платы и называется видеокартой.
Видеоадаптер взял на себя функции видеоконтроллера, видеопроцессора и
видеопамяти.
Изображение, создаваемое видеоадаптером, может быть текстовым и
графическим, поэтому различают текстовыйй и графический режимы работы.
В графическом режиме работы на экран выводится любое изображение,
состоящее из точек, в текстовом режиме выводятся только символы ASCIIкодировки - зато с более высокой скоростью. Текущее место вывода на экран
в текстовом режиме всегда отмечается курсором - мерцающим значком,
похожим на символ подчеркивания. Из характеристик видеосистемы следует
выделить:
разрешающую
способность,
цветовое
разрешение,
видеоускорение.
Разрешающую способность выражается количеством элементов
изображения по вертикали и по горизонтали картинки. Элементами
графического изображения считаются точки или пиксели. Элементами
текстового режима символы.
Разрешение экрана является одним из важнейших параметров
видеоподсистемы. Чем оно выше, тем больше информации можно отобразить
на экране, но тем меньше размер каждой отдельной точки и, тем самым, тем
меньше видимый размер элементов изображения. Использование
завышенного разрешения на мониторе малого размера приводит к тому, что
элементы изображения становятся неразборчивыми и работа с документами
и программами вызывает утомление органов зрения. Использование
заниженного разрешения приводит к тому, что элементы изображения
становятся крупными, но на экране их располагается очень мало. Если
программа имеет сложную систему управления и большое число экранных
элементов, они не полностью помещаются на экране. Это приводит к
снижению производительности труда и неэффективной работе.
Таким образом, для каждого размера монитора существует свое
оптимальное разрешение экрана, которое должен обеспечивать видеоадаптер
(см.табл.).
Большинство современных прикладных и развлекательных программ
рассчитаны на работу с разрешением экрана 1280x1024 и более. Именно
поэтому сегодня наиболее популярный размер мониторов составляет 17 и 19
дюймов.
Разрешение экрана монитора
Размер монитора
Оптимальное разрешение экрана
14 дюймов
640x480
1 5 дюймов
800x600
1 7 дюймов
1024x768 или 1280x1024
1 9 дюймов
1280x1024
Количество одновременно отображаемых цветов или градаций
яркости (цветовое разрешение или глубина цвета). Множество всех цветов,
которые способна отобразить видеосистема, называется палитрой.
Видеоконтроллер может поддерживать один или несколько видеорежимов,
различающихся разрешением и количеством цветов. Для формирования
изображения видеоконтроллер обязательно содержит некоторый объем
собственной RAM, прямо адресуемой центральным микропроцессором.
Такая память обычно называется видеопамятью. Ее размер зависит от
требований, предъявляемых к разрешающей способности и палитре.
Максимально возможное цветовое разрешение зависит от свойств
видеоадаптера и, в первую очередь, от количества установленной на нем
видеопамяти. Кроме того, оно зависит и от установленного разрешения
экрана. При высоком разрешении экрана на каждую точку изображения
приходится отводить меньше места в видеопамяти, так что информация о
цветах вынужденно оказывается более ограниченной.
В зависимости от заданного экранного разрешения и глубины цвета
необходимый объем видеопамяти можно определить по следующей формуле:
mn  b
P
8
где:
P – необходимый объем памяти видеоадаптера;
m – горизонтальное разрешение экрана (точек);
n – вертикальное разрешение экрана (точек);
b – разрядность кодирования цвета (бит).
Минимальное требование по глубине цвета на сегодняшний день —
256 цветов, хотя большинство программ требуют не менее 65 тыс. цветов
(режим High Color). Наиболее комфортная работа достигается при глубине
цвета 16,7 млн. цветов (режим True Color).
На первых IBM PC применялись одноцветные MDA (Monochrome
Display Adapter) или четырехцветные СGA (Color Graphics Adapter, 1981 г.),
что по нынешним временам неприемлемо. Первым графическим адаптером,
обеспечившим относительно полный комплекс возможностей для работы с
качественными
многоцветными
символьными
и
графическими
изображениями, стал EGA (Enchanced Graphics Adapter, IBM, 1984). Он имел
максимальное разрешение 640х350 и при наличии не менее 128 Кб
видеопамяти мог одновременно воспроизводить 16 цветов. Стандартом
последних лет стал VGA (Video Graphics Array,IBM,1987). VGА совместим с
другими видеорежимами и имеет 16 цветов при разрешении 640х480 и 256
цветов при разрешении 320х200. Качество изображения в текстовых режимах
720х400. Поставляется с 256 Кб видеопамяти. Сейчас VGA постепенно
заменяется стандартом SVGA (super). Обычно к ним относят видеоадаптеры
со следующими параметрами: 16 цветов в режиме 800х600 и 256 цветов в
режиме 640х480 точек и обладающих видеопамятью не менее 512 Кб. Кстати,
VGA - это "ви-джи-эй". В настоящее время видеоадаптеры SVGA,
обеспечивающие по выбору воспроизведение до 16,7 миллионов цветов с
возможностью произвольного выбора разрешения экрана из стандартного
ряда значений (640x480, 800x600,1024x768,1152x864; 1280x1024 точек и
далее). Работа в полноцветном режиме Тгие Со1ог с высоким экранным
разрешением требует значительных размеров видеопамяти. Современные
видеоадаптеры способны также выполнять функции обработки изображения,
снижая нагрузку на центральный процессор ценой дополнительных затрат
видеопамяти. Еще недавно типовыми считались видеоадаптеры с объемом
памяти 2-4 Мбайт, но уже сегодня обычным считается объем 512 Мбайт.
Видеоускорение — одно из свойств видеоадаптера, которое
заключается в том, что часть операций по построению изображений может
происходить без выполнения математических вычислений в основном
процессоре компьютера, а чисто аппаратным путем — преобразованием
данных в микросхемах видеоускорителя. Видеоускорители могут входить в
состав видеоадаптера (в таких случаях говорят о том, что видеокарта
обладает функциями аппаратного ускорения), но могут поставляться в виде
отдельной платы, устанавливаемой на материнской плате и подключаемой к
видеоадаптеру. В настоящее время практически все видеоадаптеры обладают
функциями видеоускорителей. На рынке в основном конкурируют
видеоадаптеры на базе чипсетов фирм NVIDIA (GeForce) и ATI (RADEON).
Рис. 555 - Видеоплата PCI-E Radeon HD5870: объем видеопамяти - 1024M, тип памяти GDDR5, разрядность - 256bit, частота процессора/видеопамяти - 850/5000МГц,
максимальное разрешение - 2560*1600, разъем карты - PCI-E2.1, разъемы подключения
внешних устройств - DisplayPort/2DVI/HDMI, тип системы охлаждения - Heatpipe, макс.
мощность - 188Вт.
Рис. 555 - Видеоплата PCI-E Gf GTX480: объем видеопамяти - 1536M, тип памяти GDDR5, разрядность - 384bit, частота процессора/видеопамяти - 700/3696МГц,
максимальное разрешение - 2560*1600, разъем карты - PCI-E2.0, разъемы подключения
внешних устройств - 2DVI/miniHDMI, тип системы охлаждения - Heatpipe, макс.
мощность - 250Вт.
Литература:
1.
2.
3.
4.
5.
6.
↑ Новый патент Apple — головной лазерный дисплей
↑ Проекционный лазерный дисплей
↑ Membrana: Созданы дисплеи для домашнего кинотеатра с контрастом миллион к одному
↑ Sony показала прототип ноутбука с гибким OLED-дисплеем
↑ Membrana: Органические световые панели теперь печатают как газеты
↑ CNEWS о планах LG