Мониторы с Электронной лучевой трубкой (ЭЛТ)

Посредством монитора компьютер сообщает пользователю о том, чем он в данный момент занят, какое задание выполняет активная программа и т. д. Экран монитора одновременно выполняет роль и рабочего поля, и листа бумаги, и, скажем, листочка для заметок - на нем отображается вся водимая информация.

Мониторы бывают двух видов: более старого образца, в которых используется электронно-лучевая трубка (Cathode Ray Tube, CRT), и современные, с жидкокристаллическим дисплеем (Liquid Crystal Display, LCD). Принцип работы CRT-монитора ничем не отличается от принципа функционирования обычного телевизора. Мониторы с электронно-лучевой трубкой слишком громоздкие, и сейчас им на смену приходят ЖК-мониторы. Технология их изготовления чрезвычайно сложна и быстро меняется, поэтому они являются более дорогими.

Цвета на экране цветного монитора (в монохромных кинескопах все обстоит иначе) образуются в результате смешения красной, зеленой и синей (Red, Green, Blue - RGB) составляющих, имеющих различные интенсивности. Поэтому на внутреннюю поверхность экрана кинескопа наносятся три типа люминофорных элементов, дающих люминесценцию соответствующего спектрального диапазона. В кинескопах, используемых для мониторов, в основном применяются два вида люминофорных элементов - круглой формы и в виде полос.

Люминофорные элементы светятся под действием попадающих на них электронов. В кинескопе формируются три электронных пучка - каждый на свой цвет. Пучок имеет конечные размеры, поэтому, чтобы он не попадал на края соседних точек люминофора другого цвета и не "подсвечивал" их, применяется теневая маска (Shadow Mask), ограничивающая размеры пучков. Для получения качественного изображения отверстия маски должны быть расположены строго напротив люминофорных элементов, нанесенных на экран. Задача осложняется тем, что диаметр отверстий составляет всего около 1,15 мм (ширина полос приблизительно 0,08 мм). В процессе работы часть мощности пучков поглощается теневой маской, приводя к ее тепловой деформации и ухудшению совмещения маски и люминофора. Для уменьшения этого эффекта в современных кинескопах применяются маски из специального железоникелевого сплава - инвара (от латинского invariabilis - неизменный), обладающего малым коэффициентом теплового расширения. Материал маски обычно указывается в паспортных данных.

В зависимости от того, люминофорные элементы применяются в кинескопе, по форме размещения элементов разного вида различают дельтовидные теневые маски и щелевые. В кинескопах с люминофорными элементами в виде полос теневая маска представляет собой решетку из тонких вертикально натянутых проволочек, поэтому ее называют апертурной решеткой. Кинескоп с апертурной решеткой был запатентован фирмой Sony, выпускающей ЭЛТ Trinitron. Для уменьшения колебаний решетки проволочки скреплены горизонтальными демпфирующими нитями. На кинескопах размером 15 дюймов используется одна нить, на 17 и более -две. Эти нити дают на экране тонкие тени, слегка заметные при работе. Некоторые пользователи видят в этом недостаток трубок Trinitron, однако, есть и такие, кто использует эти естественные "линейки" с пользой, например для выравнивания элементов при графических работах. Срок действия патента Sony уже истек, поэтому сейчас трубки с апертурной решеткой выпускают также компания Mitsubishi (Diamondtron) и Panasonic (17 дюймов ЭЛТ PanaFlat). Кроме того, фирма Sony выпускает кинескопы SonicTron с шагом сетки 0,26 мм, которыми оснащаются мониторы компании ViewSonic.

На некоторых моделях 14-дюймовых мониторов и на многих телевизионных кинескопах применяются прямоугольные люминофорные элементы, однако они не позволяют получить хорошее качество изображения, так как электронный пучок имеет все же не прямоугольное сечение. Разрабатываются кинескопы, отверстия теневой маски которых имеют эллиптическую форму (кинескопы CromaClear фирмы NEC). Это позволяет получить эффективное соотношение разрешений по вертикали и горизонтали, что будет понятно из дальнейшего рассмотрения. По утверждениям разработчиков, такие меры создают более резкое изображение, чем в масках с круглыми отверстиями.

Размер экрана

Главным параметром монитора, конечно же, является размер его экрана по диагонали. Именно этот параметр в основном влияет на цену прибора. На сегодняшний день на российском рынке наиболее популярны мониторы с размером 14 и 15 дюймов. Реже приобретаются дисплеи с 17-дюймовым кинескопом, еще реже - 20- и 21-дюймовые мониторы, которые в основном используются для профессиональной работы в серьезных учреждениях. Существуют совсем экзотические мониторы с размером 28 и более (до 37) дюймов, предназначенные для демонстрационных целей.

Мониторы с размером 14 дюймов составляют сегодня основную долю функционирующих и продающихся в России, однако спрос на них начинает снижаться, многие производители прекратили их выпуск, и в ближайшее время они, скорее всего, сдадут свои позиции на рынке. Правда, отдельные компании (например, GoldStar) продолжают разрабатывать 14-дюймовые модели с характеристиками, отвечающие современным требованиям, и даже оснащают их средствами мультимедиа. Такая политика рассчитана в первую очередь на небогатого покупателя. Сейчас за рубежом все популярнее становятся 17-дюймовые устройства.

Рассмотрим подробнее, что подразумевается под различными терминами, имеющими отношение к размеру диагонали кинескопа. Под термином "размер" (Size) монитора обычно производителями понимается внешний диагональный размер кинескопа. Именно этот размер и указывается, когда говорят о 14-,15-,17-,20- и 21-дюймовых мониторах. Реальный размер изображения несколько меньше и зависит от технологических особенностей изготовления ЭЛТ. Более информативным параметром является полезная площадь экрана - Viewable Size, Nominal Display Size, Video Image Area, Full Screen, Viewable Image Size(VIS), или Maximum Display Area, которая определяет реальную площадь, покрытую люминофором и на которой в принципе может создаваться изображение. Этот параметр ЭЛТ сейчас указывается большинством изготовителей мониторов.

Однако и это не является полной геометрической характеристикой монитора. Дело в том, что производители мониторов не всегда обеспечивают полное использование площади экрана, покрытой люминофором, что связано с обработкой сигналов синхронизации и формированием соответствующих напряжений, подаваемых на электроды кинескопа. Все современные дисплеи имеют органы управления, позволяющие растянуть изображение до экрана (точнее, до границ полезной площади), что указывается в спецификации на мониторы термином Overscan. Однако именно на краях экрана труднее всего обеспечивать необходимую фокусировку и сведение лучей, а также полностью компенсировать искажения геометрических размеров искажения геометрических размеров изображения, поэтому устраивающий пользователя четкий и "некривой" размер изображения обычно немного меньше размера полезной площади.

Следует заметить, что в режиме предельного разрешения и частоты кадровой развертки размер изображения может быть меньше, чем в других режимах. В мониторах с цифровым управлением предусмотрены заводские установки (Preset Modes) размера изображения и компенсации геометрических изображений. Как правило, эти установки определяют размер изображения на 15-20 мм по горизонтали и на 10-15 мм по вертикали для 15-дюймовых мониторов (соответственно, для 17-дюймовых - 20-25 и 15-20 мм) меньше размера полезной площади. В большинстве описаний изготовители мониторов приводят размер изображения, называемый Active Display Size, Standard Display Area, Recommended Display Area и т.д.

При выборе размера монитора главным аргументом в пользу покупки устройства с большой диагональю является желание видеть большой объем редактируемого в текстовом редакторе документа, большое количество ячеек электронной таблицы, иметь возможность работы одновременно с несколькими окнами (например, в Internet) и т.д. Поэтому важна "вместимость" экрана монитора, определяемая его разрешением, при котором с аппаратом можно долго работать без утомления и напряжения. Обычно в паспортных данных приводится такой параметр, как предельное или максимальное разрешение, которое для 15-дюймовых мониторов не превышает 1280х1024 пикселов, а для 17-дюймовых - 1600х1200 пикселов. На предельном разрешении мониторы обеспечивают частоту смены кадров коло 60 Гц, что не является удовлетворительной величиной для нормальной работы. При наличии хорошей видеокарты, соответствующих драйверов и минимальной сноровки пользователь может любой монитор "заставить" работать с предельным разрешением для данного типоразмера, даже если в паспорте указана меньшая величина. Однако вопрос "комфортности" работы с тем или иным разрешением остается за пределами паспортных характеристик. Режим большего разрешения позволяет выводить страницу большей площади, однако экранный интерфейс (кнопки, пиктограммы, меню и т.д.) при этом также уменьшается, что не всегда удобно для работы, вследствие размытости изображений, напряжения зрения и т.д. Поэтому монитор лучше характеризовать параметром, который следует назвать эффективное разрешение. Эта величина различна для разных моделей, но именно она является истинной характеристикой информационной емкости.

Эффективное разрешение - величина достаточно субъективная для каждого пользователя и определяется остротой его зрения, возрастом и отношением к своему здоровью. Для 15-дюймовых устройств оно должно быть равно 1024х768 пикселов. Соответственно, для аппаратов 17 дюймов эффективное разрешение должно быть 1280х1024. Предлагаемые критерии рассчитаны на пользователей не преклонного возраста.

При формировании одного кадра изображения каждый из трех электронных пучков проходит от одного края экрана до другого (рисует строку), подсвечивая нужные точки с требуемой интенсивностью, и делает это столько раз, каков режим разрешения по вертикали (количество строк). Процессом развертки луча управляют сигналы синхронизации, вырабатываемые видеоадаптером. Для получения устойчивого изображения, хорошо воспринимаемого глазом, необходимо, чтобы кадр обновлялся достаточно часто - в несколько раз чаще, чем в кинематографе. Это связано с тем, что расстояние между монитором и пользователем меньше, чем между экраном и зрителем в кинотеатре. Электронная система монитора обеспечивает строчную (движение по строкам, или горизонтальную) и кадровую (смена кадра, или вертикальную) развертки, которые характеризуются соответствующими частотами, называемыми Scanning Frequency, Synchronization, Deflection Frequency, с обязательным указанием направления (Horizontal или Vertical). Частота вертикальной синхронизации иногда обозначается как Refresh Rate. Частота горизонтальной развертки может быть приближенно оценена как произведение числа строк на частоту обновления кадров. Реально она немного (на 3-10%, в зависимости от режима) выше такой оценки, что связано с переходными процессами при обратном ходе пучка в верхнюю часть экрана во время смены кадра.

В самых первых моделях мониторов, предназначенных для работы в одной видеомоде, применялась единственная комбинация частот вертикальной и горизонтальной синхронизаций, причем частота обновления кадров была невелика - не более 60 Гц. Такие мониторы назывались одночастотными. Ввиду несовершенства системы развертки на этих устройствах была даже предусмотрена подстройка частоты горизонтальной синхронизации.

Увеличение графических приложений потребовало увеличения кадровой частоты, кроме того, новые приложения начали использовать более высокие разрешения. Поэтому, чтобы можно было работать с новыми пакетами, не отказываясь от привычных старых, потребовались мониторы, способные поддерживать несколько фиксированных частот синхронизации. Так появились многочастотные мониторы.

Для псевдоувеличения частоты кадровой развертки был внедрен режим Interlaced - чересстрочной развертки, формирующий кадр за два прохода. При первом проходе воспроизводятся только нечетные строки кадра, при втором - только четные. При этом говорилось о повышении частоты кадровой синхронизации, которая обычно равнялась 87 Гц. Однако реальная частота была вдвое ниже, что было явно неудовлетворительно для работы и утомительно для глаз, поэтому сразу же после появления мониторов с режимом Interlaced посыпались отрицательные отзывы о качестве их изображения, а наряду с Interlaced-мониторами выпускались аппараты, которые обеспечивали высокую частоту смены кадров без применения способов чередования. Чтобы отличить более качественные мониторы, их назвали Non-Interlaced. Развертка Non-interlaced называется также "прогрессивной".

Дальнейшее развитие программных продуктов и прогресс в области радиоэлектроники позволили отказаться от фиксированных частот синхронизации. В современных мониторах частота и горизонтальной, и вертикальной разверток может быть выбрана любой из диапазона частот, поддерживаемых монитором, что дает широкий простор для создания различных приложений. Эта особенность современных мониторов обозначается в документации термином "автоматическое сканирование" или "мультисканирование" (Autoscan, Multiscan, Multifrecuensy, или MultiSync), а также отражается в их названии (серии мониторов MultiSync фирмы NEC, Multiscan фирмы Sony, SyncMaster от Samsung).

Главным и наиболее наглядным частотным параметром монитора является частота кадровой развертки, указанная для определенного разрешения. Именно эта характеристика определяет уровень мерцания изображения и утомляемость при работе и наряду с качеством фокусировки влияет на эффективное разрешение, т.е., в конечном счете, на эффективный размер экрана. Пару лет назад ассоциация VESA установила минимальную частоту кадровой развертки для выполнения эргономических требований при работе с монитором, которая составляла 70 Гц в "прогрессивном" режиме горизонтальной развертки. Затем планка поднялась до значения 72 Гц. Новый стандарт ErgoVga предложенный VESA, определяет минимум этой частоты на уровне 75 Гц для разрешения 1024х768; есть сообщения о следующих шагах - 80 и 85 Гц.

Если монитор при выбранном разрешении не обеспечивает такой скорости обновления кадров, то лучше выбрать режим с меньшим разрешением, на котором, тем не менее, значение 75-80 Гц достигается. В противном случае работа за компьютером будет опасна для зрения. Некоторые мониторы имеют верхнюю границу диапазона частот кадровой развертки порядка 120-160 Гц. Такие частоты возможны на разрешениях, которые существенно ниже эффективного.

К другим частотным характеристикам монитора относится диапазон частот строчной развертки. Поскольку компьютер должен иметь возможность работать под DOS, на всех мониторах предусмотрен режим 640х480 при частоте кадровой развертки 60 или 70 Гц, что определяет нижнюю границу диапазона частот строчной развертки (порядка 30-31 кГц), которая стандартна для всех мониторов любого размера. Для удовлетворения эргономических требований верхняя граница для 15-дюймовых мониторов должна быть не ниже 60-64 кГц, а для 17-дюймовых - 80-86 кГц. Если монитор 15 дюймов имеет максимальную частоту строчной развертки 50 кГц, то на разрешении 1024х768 он сможет обеспечить частоту смены кадров всего лишь около 60 Гц, поэтому на этом разрешении его лучше не использовать.

Аналогично обстоят дела и с полосой видеотракта. Исходя из эргономических норм на частоту вертикальной развертки, монитор, предназначенный для работы с разрешением 1024х768, должен иметь границу полосы видеотракта не ниже 80-85 МГц, а для разрешения 1280-1024 - не ниже 135-150 МГц.

Технология жидкокристаллических мониторов (LCD)

Первый рабочий жидкокристаллический дисплей был создан Фергесоном (Fergason) в 1970 году. До этого жидкокристаллические устройства потребляли слишком много энергии, срок их службы был ограничен, а контраст изображения был удручающим. На суд общественности новый ЖК-дисплей был представлен в 1971 году и тогда он получил горячее одобрение. Жидкие кристаллы (Liquid Crystal) - это органические вещества, способные под напряжением изменять величину пропускаемого света. Жидкокристаллический монитор представляет собой две стеклянных или пластиковых пластины, между которыми находится суспензия. Кристаллы в этой суспензии расположены параллельно по отношению друг к другу, тем самым они позволяют свету проникать через панель. При подаче электрического тока расположение кристаллов изменяется, и они начинают препятствовать прохождению света. ЖК технология получила широкое распространение в компьютерах и в проекционном оборудовании.

Отметим, что первые жидкие кристаллы отличались своей нестабильностью и были мало пригодными к массовому производству. Реальное развитие ЖК технологии началось с изобретением английскими учеными стабильного жидкого кристалла - бифенила (Biphenyl). Жидкокристаллические дисплеи первого поколения можно наблюдать в калькуляторах, электронных играх и в часах.

Современные ЖК мониторы также называют плоскими панелями, активными матрицами двойного сканирования, тонкопленочными транзисторами. Идея ЖК мониторов витала в воздухе более 30 лет, но проводившиеся исследования не приводили к приемлемому результату, поэтому ЖК мониторы не завоевали репутации устройств, обеспечивающих хорошее качество изображения. Сейчас они становятся популярными - всем нравится их изящный вид, тонкий стан, компактность, экономичность (15-30 ватт), кроме того, считается, что только обеспеченные и серьезные люди могут позволить себе такую роскошь.

Время идет, цены падают, а ЖК мониторы становятся все лучше и лучше. Теперь они обеспечивают качественное контрастное, яркое, отчетливое изображение. Именно по этой причине пользователи переходят с традиционных ЭЛТ-мониторов на жидкокристаллические. Раньше жидкокристаллические технологии были медленнее, они не были настолько эффективными, и их уровень контрастности был низок. Первые матричные технологии, так называемые пассивные матрицы, вполне неплохо работали с текстовой информацией, но при резкой смене картинки на экране оставались так называемые "призраки". Поэтому такого рода устройства не подходили для просмотра видеофильмов и игр. Сегодня на пассивных матрицах работает большинство черно-белых портативных компьютеров, пейджеры и мобильные телефоны. Так как ЖК технология адресует каждый пиксель отдельно, четкость получаемого текста выше в сравнении с ЭЛТ-монитором. Отметим, что на ЭЛТ-мониторах при плохом сведении лучей пиксели, из которых состоит изображение, размываются.

Существует два вида ЖК мониторов: DSTN (dual-scan twisted nematic - кристаллические экраны с двойным сканированием) и TFT (thin film transistor - на тонкопленочных транзисторах), также их называют соответственно пассивными и активными матрицами. Такие мониторы состоят из следующих слоев: поляризующего фильтра, стеклянного слоя, электрода, слоя управления, жидких кристаллов, ещё одного слоя управления, электрода, слоя стекла и поляризующего фильтра.

В первых компьютерах использовались восьмидюймовые (по диагонали) пассивные черно-белые матрицы. С переходом на технологию активных матриц, размер экрана вырос. Практически все современные ЖК мониторы используют панели на тонкопленочных транзисторах, обеспечивающих яркое, четкое изображение значительно большего размера.

Поперечное сечение панели на тонкопленочных транзисторах представляет собой многослойный бутерброд. Крайний слой любой из сторон выполнен из стекла. Между этими слоями расположен тонкопленочный транзистор, панель цветного фильтра, обеспечивающая нужный цвет - красный, синий или зеленый, и слой жидких кристаллов. Вдобавок ко всему существует флуоресцентная подсветка, освещающая экран изнутри.

При нормальных условиях, когда нет электрического заряда, жидкие кристаллы находятся в аморфном состоянии. В этом состоянии жидкие кристаллы пропускают свет. Количеством света, проходящего через жидкие кристаллы, можно управлять с помощью электрических зарядов - при этом изменяется ориентация кристаллов.

Как и в традиционных электроннолучевых трубках, пиксель формируется из трех участков - красного, зеленого и синего. А различные цвета получаются в результате изменения величины соответствующего электрического заряда (что приводит к повороту кристалла и изменению яркости проходящего светового потока).

TFT экран состоит из целой сетки таких пикселей, где работой каждого цветового участка каждого пикселя управляет отдельный транзистор. Именно здесь стоит поговорить о разрешении. Для нормального обеспечения экранного разрешения 1024х768 (режим SVGA) монитор должен располагать именно таким количеством пикселей.

Жидкокристаллические мониторы обладают совершенно иным стилем. В традиционных электроннолучевых мониторах формообразующим фактором был кинескоп. Его размер и форму нельзя было изменять. В ЖК мониторах кинескопа нет, поэтому можно производить мониторы любой формы. Сравните 15-дюймовый ЭЛТ-монитор весом 15 кг с жидкокристаллической панелью глубиной (вместе с подставкой) менее 15 см и весом 5-6 кг. Преимущества таких мониторов понятны. Они не такие громоздкие, не имеют проблем с фокусировкой, а их четкость облегчает работу на высоких разрешениях экрана, пусть даже его размер не так велик. Например, даже 17-дюймовый жидкокристаллический монитор прекрасно показывает в разрешении 1280х1024, тогда как даже для 18-дюймовых ЭЛТ-мониторов это предел. К тому же, в отличие от ЭЛТ-мониторов, большинство ЖК - цифровые. Это означает, что графической карте с цифровым выходом не придется производить цифроаналоговые преобразования, какие она производит в случае с ЭЛТ-монитором. Теоретически, это позволяет более тщательно передавать информацию о цвете и о местоположении пикселя. В то же время, если подключать ЖК монитор к стандартному аналоговому VGA выходу, придется проводить аналого-цифровые преобразования (ведь ЖК-панели - это цифровые устройства). При этом могут возникнуть различные нежелательные артефакты. Теперь, когда приняты соответствующие стандарты и все большее количество карт обеспечивается цифровыми выходами, ситуация значительно упростится.

Преимущества ЖК мониторов

• ЖК мониторы более экономичные;
• У них нет электромагнитного излучения в сравнении c ЭЛТ-мониторами;
• Они не мерцают, как ЭЛТ-мониторы;
• Они легкие и не такие объемные;
• У них большая видимая область экрана.

Среди других отличий:

Разрешение: ЭЛТ-мониторы могут работать на нескольких разрешениях в полноэкранном режиме, когда ЖК монитор может работать только с одним разрешением. Меньшие разрешения возможны лишь при использовании части экрана. Так, например, на мониторе с разрешением 1024х768 при работе в разрешении 640х480 будет задействовано лишь 66% экрана.

Измерение диагонали: размер диагонали видимой области ЖК монитора соответствует размеру его реальной диагонали. В ЭЛТ-мониторах реальная диагональ теряет за рамкой монитора более дюйма.

Сведение лучей: в жидкокристаллических мониторах каждый пиксель включается или выключается отдельно, поэтому не возникает никаких проблем со сведением лучей, в отличие от ЭЛТ-мониторов, где требуется безукоризненная работа электронных пушек.

Сигналы: ЭЛТ-мониторы работают на аналоговых сигналах, а ЖК мониторы используют цифровые сигналы.

Отсутствие мерцания: качество изображения на ЖК мониторах выше, а при работе нагрузка на глаза меньше - сказывается ровная плоскость экрана и отсутствие мерцания.

"Внешность обманчива" - это высказывание применимо ко всему, включая и жидкокристаллические мониторы. Большинство неопытных покупателей делают свой выбор под влиянием внешности монитора. При покупке монитора в первую очередь стоит учитывать следующее.

"Мертвые пиксели" - на плоской панели может не работать несколько пикселей. Распознать их нетрудно - они всегда одного цвета. Они возникают в процессе производства и восстановлению не подлежат. Приемлемым считается, когда в мониторе не более трех таких пикселей. В некоторых случаях, такие пиксели могут раздражать - особенно при просмотре фильмов. Поэтому если для вас критично отсутствие мертвых пикселей, перед покупкой конкретного монитора проверьте его.

Угол просмотра - Если вы когда-либо ранее пользовались ноутбуком, вы, вероятнее всего, знаете, что работать за ЖК монитором лучше всего под определенным углом. У некоторых мониторов значение этого угла довольно велико, таким образом вы можете видеть изображение на мониторе даже в тех случаях, когда монитор не находится непосредственно перед вами. Отметим, что некоторые владельцы ноутбуков находят небольшие значения угла полезными - в тех случаях, когда требуется, чтобы ваш сосед не видел, что происходит на экране вашего монитора. Итак, угол в 120 градусов считается неплохим.

Яркость - насколько ярким может быть ЖК монитор? По правде сказать, яркость жидкокристаллического дисплея может быть выше яркости электронно-лучевой трубки. Но, как правило, яркость ЖК монитора не превышает 225 кандел на квадратный метр - это сопоставимо с яркостью телевизора.

Монитор на электронно-лучевой трубке громоздок и потребляет много энергии. Поэтому, чтобы избавиться от кинескопов, продолжаются интенсивные разработки новых типов персональных компьютеров.

Так появились и быстро канули газо-плазменные дисплеи, применявшиеся в портативных компьютерах. Наибольшее распространение в портативных компьютерах notebook получили монохроматические и цветные жидкокристаллические LCD-дисплеи. Технология LCD-дисплеев быстро прогрессирует и достигла сегодня весьма высокого совершенства. Черно-белые LCD-дисплеи сегодня не уступают VGA-мониторам на кинескопах. Самыми неприятными недостатками жидкокристаллического считаются высокая инерционность изображения и медлительность, особенно заметные при работе с мышкой или трекболом в любых графических приложениях , например, в средеWindows.

Важнейшим и наиболее перспективным достижением в этой области сегодня является цветной TFT-дисплей или, как его часто называют, активная матрица. Активно-матричные тонкопленочные транзисторные дисплеи принципиально отличаются от обычных LCD-дисплеев, использующих пассивно-матричную технологию.

Каждый пиксель TFT-дисплея содержит отдельный транзистор, управляющий группой из трех цветных точек. Это так называемый "логический пиксель", состоящий из трех жидкокристаллических элементов, видимых сквозь три основных цветовых фильтра - красный, синий и зеленый. Все пиксели изнутри подсвечиваются флюоросцентным цветом. В выключенном состоянии жидкокристаллический элемент поворачивает поляризацию света на 90° проникающего через задний фильтр. В результате свет не может проникнуть через передний поляризующий фильтр. Но при подаче напряжения на поляризующий элемент, поляризация света поворачивается на 90° и свет становится видимым. Таким образом, комбинируя пропускание света через красный, синий и зеленый фильтры, можно в каждом логическом пикселе создать практически любой оттенок с высокой яркостью и насыщенностью цветов и с чрезвычайно высокой контрастностью.

Активно-матричный дисплей обладает поразительными возможностями. Картинка на экране TFT-дисплея обновляется 80 раз в секунду. В пассивно-матричных LCD-дисплеях картинка обновляется примерно 10 раз в секунду.

Первые модели активно-матричных TFT-дисплеев появились в 1991 году, когда на рынок поступили портативные компьютеры фирм Dolch, Sharp и Hitachi с такими цветными жидкокристаллическими дисплеями, воспроизводящими до восьми цветов. Современный TFT-дисплей воспроизводит быстро обновляющуюся картинку с разрешением 800х600 точек, состоящую одновременно из 256 цветов (из палитры в 16 миллионов оттенков). Столь широкий спектр цветовых оттенков позволяет выводить на экране изображения, которые выглядят весьма четко, естественно и живо.

Активная матрица в портативных компьютерах открывает широкие области применения во всех сферах деятельности, где качество графических образов имеет особое важное значение - в системах автоматизированного проектирования, в настольных издательских системах, в деловой и компьютерной графике, в архитектуре и других подобных областях. А со временем активная матрица, вероятно, сможет вытеснить обычные мониторы в настольных компьютерах и даже кинескопы в телевизорах.

В ЖК мониторах реализовано три различных технологии использования жидких кристаллов - TN+film, IPS и MVA. Но независимо от используемой технологии, все ЖК мониторы опираются на одинаковые фундаментальные принципы работы.

Одна или более неоновых ламп создают подсветку для освещения дисплея. Число ламп мало в дешевых моделях, в дорогих же используется до четырех. На самом деле использование двух (или больше) неоновых ламп не улучшает качество изображения. Просто вторая лампа служит для обеспечения отказоустойчивости монитора при поломке первой. Таким образом, продляется жизнь монитора, поскольку неоновая лампа может работать только 50 000 часов, в то время как электроника способна выдержать от 100 000 до 150 000 часов.

Для обеспечения однообразности свечения монитора, свет проходит через систему отражателей перед попаданием на панель. ЖК панель, на самом деле - крайне сложно устройство, хотя это и не заметно с первого взгляда. Панель - это сложное устройство со многими слоями. Отметим два слоя поляризаторов, электроды, кристаллы, цветовые фильтры, пленочные транзисторы и т.д. В 15'' мониторе существует 1024 x 768 x 3 = 2 359 296 субпикселя. Каждая субпиксель управляется транзистором, выдающим свое собственное напряжение. Это напряжение может сильно варьироваться, оно заставляет жидкие кристаллы в каждом субпикселе поворачиваться на определенный угол. Угол поворота определяет количества света, которое проходит через субпиксель. В свою очередь, прошедший свет формирует изображение на панели. Кристалл фактически поворачивает ось поляризации световой волны, поскольку перед попаданием на дисплей волна проходит через поляризатор. Если ось поляризации волны и ось поляризатора совпадают, свет проходит через поляризатор. Если они перпендикулярны, свет не проходит. Более подробную информацию о сути эффекта поляризации можно почерпнуть из учебника физики для 11-го класса.

Жидкие кристаллы - это вещество, которое обладает свойствами как жидкости, так и твердого тела. Одно из самых важных свойств жидких кристаллов (именно оно используется в ЖК дисплеях) - возможность изменять свою ориентацию в пространстве в зависимости от прикладываемого напряжения.

Давайте немного углубимся в историю жидких кристаллов, поскольку она весьма интересна. Как обычно и происходит в науке, жидкие кристаллы были открыты случайно. В 1888 году Фридрих Рейнзер (Friedrich Reinitzer), австрийский ботаник, изучал роль холестерина в растениях. Один из экспериментов заключался в нагреве материала. Ученый обнаружил, что кристаллы становятся мутными и текут при 145,5°, а далее кристаллы превращаются в жидкость при 178,5°. Фридрих поделился открытием с Отто Леманном (Otto Lehmann), немецким физиком, который обнаружил у жидкости свойства кристалла в отношении реакции на свет. С тех пор и пошло название "жидкие кристаллы".

На иллюстрации показана молекула, обладающая свойствами кристалла - метоксибензидин бутиланалин (methoxybenzilidene butylanaline).

Увеличенное изображение жидкого кристалла

Первое преимущество ЖК монитора - вы забываете о проблемах с геометрией. В этих мониторах нет искажений, трапецеидальных дефектов и проблем с яркостью. Картинка геометрически безупречна. Дизайнеры, фанаты точной графики, без ума от таких мониторов. К сожалению, ЖК монитор имеет очень серьезные недостатки, которые заставят любого художника придерживаться старого доброго кинескопа.

Недостаток 1

Контрастность лучших ЭЛТ-мониторов составляет 700:1. Лучшие же ЖК мониторы могут похвастаться лишь 450:1. К тому же нередки модели с контрастностью 250:1 или даже 200:1. Низкая степень контрастности приводит к отображению темных оттенков как полностью черных. При этом легко теряются градации цветности картинки.

Недостаток 2

Практически все производители сообщают о поддержке 16 млн цветов. Однако матрица в большинстве из них способна отображать 260 000 цветов, причем в этом преуспел Neovo F-15. Получается 16-битный цветной дисплей, хотя монитор объявлен как поддерживающий 24 бита. Впрочем, следует отдать должное - ЖК-дисплеи значительно развились за последние годы, хотя они до сих пор и близко не подошли к цветовому спектру ЭЛТ. Вместо отображения всех цветов, плавно переходящих один в другой, изображение имеет зернистую, пеструю текстуру. Вы получите такой же эффект, если уменьшите количество цветов в Windows.

Недостаток 3

Если вы купите новый ЭЛТ дисплей, вы даже не будете пытаться использовать частоту обновления ниже 85 Гц. Но если для ЭЛТ дисплея частота обновления является хорошим критерием качества, то же самое нельзя перенести напрямую на ЖК-дисплей. В электронно-лучевой трубке электронный луч сканирует изображение на экране. Чем быстрее происходит сканирование, тем лучше дисплей, и тем, соответственно, выше частота обновления. В идеальном случае ваш ЭЛТ дисплей должен работать на частоте от 85 до 100 Гц. В ЖК дисплее изображение создается не электронным лучом, а пикселями, состоящими из красного, зеленого и синего подпикселей (триада). Качество изображения зависит от того, насколько быстро пиксели включаются и выключаются. Скорость выключения пикселей часто называют временем реакции. Для протестированных нами мониторов оно варьировалось от 25 до 50 мс. Другими словами, максимальное число изображений, показываемых в одну секунду, находится в диапазоне от 20 до 40, в зависимости от модели.

ЖК против ЭЛТ: краткое сравнение

ЖК (TFT)
ЭЛТ (CRT)

Яркость
(+) от 170 до 300 кд/м2
(~) от 80 до 120 кд/м2

Контрастность
(-) от 150:1 до 450:1
(+) от 350:1 до 700:1

Угол обзора
(~) от 90° до 170°
(+) более 150°

Дефекты сведения
(+) нет
(~) от 0.0079 до 0.0118" (от 0.20 до 0.30 мм)

Фокусировка
(+) очень хорошая
(~) от приемлемой до очень хорошей

Геометрия
(+) безупречна
(~) возможны ошибки

"Мертвые" пиксели
(-) до 8
(+) нет

Входной сигнал
(+) аналоговый или цифровой
(~) только аналоговый

Возможные разрешения
(-) жестко фиксированное разрешение или интерполяция
(+) множество

Гамма (представление цветов для человеческого глаза)
(~) удовлетворительно
(+) фотографическое качество

Однообразность
(~) часто светлее по краям
(~) часто светлее в центре

Чистота цвета, качество цвета
(-) от плохого к среднему
(+) очень хорошая

Мерцание
(+) нет
(~) незаметно при частоте обновления более 85 Гц

Подверженность влиянию магнитных полей
(+) не подвержен
(-) зависит от экранирования, может быть сильно подвержен

Время реакции пикселей
(-) от 20 до 50 мс
(+) не заметно

Энергопотребление
(+) от 25 до 40 Вт
(-) от 60 до 160 Вт

Габариты/вес
(+) минимальны
(-) большие габариты, большой вес

(+) - преимущество, (~) - средненько, (-) - недостаток

Во время покупки вам следует учесть несколько факторов.

Максимальный угол обзора должен быть максимально большим, в идеальном случае более или равен 120° по вертикали (горизонтальный угол не так важен).

Хотя время реакции часто не указывается, чем оно меньше - тем лучше. Время реакции лучших современных ЖК мониторов составляет 25 мс. Но будьте внимательны, поскольку здесь производители часто хитрят. Некоторые указывают время включения и время выключения пикселя. Если время включения 15 мс, а выключения - 25 мс, то время реакции - 40 мс.

Контрастность и яркость должны быть максимально высокими - по крайней мере, выше чем 300:1 и 200 кд/м2.

Еще одной существенной проблемой ЖК дисплеев являются "мертвые" пиксели. Причем исправить эти светлые (TN+film) или темные "мертвые" пиксели невозможно. Расположившись в неудачных местах, "мертвые" пиксели могут серьезно действовать на нервы. Так что перед покупкой ЖК монитора убедитесь в отсутствии "мертвых пикселей. Тем более что несколько "мертвых" пикселей отнюдь не считаются браком.

Пусть вас не зачаровывает возможность вертикального поворота дисплея. Да, действительно, вы можете повернуть дисплей на 90°, но для 15'' мониторе такая функция сомнительна, если не сказать бесполезна. Вы можете использовать поворот в следующих ситуациях:

• создание офисных документов. Действительно, функция поворота здесь может существенно помочь;
• редактирование изображений, размер которых по высоте больше, чем по ширине. Однако для редактирования изображений намного лучше подходят ЭЛТ мониторы, поскольку они отображают правдивые цвета с лучшим уровнем контрастности;

Повернутый 15'' монитор имеет горизонтальное разрешение 768 пикселя. Однако большинство веб-страниц рассчитывается под разрешение, по крайней мере, 800 пикселей по горизонтали.