Монитор — универсальное устройство визуального отображения всех видов информации состоящее из дисплея и устройств предназначенное для вывода текстовой, графической и видео информации на дисплей.
Мониторы с ЭЛТ
Мониторы с лучевой трубкой с самого начала были неотъемлемой частью любого персонального компьютера, но процесс эволюции не стоял на месте и, как у всего прочего, устаревающей технологии пришлось уступить свое место более совершенной.
Самым важным элементом монитора является кинескоп, называемый также электронно- лучевой трубкой (основные конструкционные узлы кинескопа показаны на рис 1.1). Кинескоп состоит из герметичной стеклянной трубки, внутри которой находится вакуум, то есть весь воздух удален. Один из концов трубки узкий и длинный - это горловина, а другой - широкий и достаточно плоский - это экран. С фронтальной стороны внутренняя часть стекла трубки покрыта люминофором (luminophor). 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. Заметим, что иногда люминофор называют фосфором, но это не верно, т.к. люминофор, используемый в покрытии ЭЛТ, ничего не имеет общего с фосфором. Более того, фосфор "светится" в результате взаимодействия с кислородом воздуха при окислении до P 2O 5и "свечение" происходит небольшое количество времени (кстати, белый фосфор - сильный яд).
Для создания изображения в ЭЛТ-мониторе используется электронная пушка, откуда под действием сильного электростатического поля исходит поток электронов. Сквозь металлическую маску или решетку они попадают на внутреннюю поверхность стеклянного экрана монитора, которая покрыта разноцветными люминофорными точками.
Поток электронов (луч) может отклоняться в вертикальной и горизонтальной плоскости, что обеспечивает последовательное попадание его на все поле экрана. Отклонение луча происходит посредством отклоняющей системы [см. рис 1.2]. Отклоняющие системы подразделяются на седловидно-тороидальные и седловидные. Последние предпочтительнее, поскольку создают пониженный уровень излучения.
ЖК - мониторы
Для нахождения принципиально новой схемы производства мониторов было сразу несколько мощных стимулов. Во-первых, CRT-мониторы имели весьма значительные размеры и вес, а также потребляли немалое количество энергии, что ограничивало сферу их применения, а также сводило на нет все попытки создать полноценные портативные компьютеры. Чемоданы (весом 10- 20 кг ) с ЭЛТ-мониторами (IBM 5100, вышедший в 1975 г ., и Osborne 1 выпуска 1981 г .) – назвать портативными язык как-то совсем не поворачивается. Во-вторых, при длительной работе за CRT-монитором у многих изрядно уставали глаза, а затем и вообще заметно ухудшалось зрение. В-третьих, мониторы на лучевой трубке генерировали вокруг себя неслабое магнитное поле, а также негативно реагировали на соседние поля. В-четвертых, ЭЛТ-дисплеи значительно искажали геометрию изображения, что откровенно не нравилось многим дизайнерам и инженерам.
И вот, наконец, технология, лишенная всех этих недостатков, была найдена. Так называемые жидкие кристаллы были открыты еще в далеком 1888 году австрийским ботаником Фридрихом Рейницером во время проведения опытов по нахождению значения холестерина в растениях. В дальнейшем оптические и прочие свойства этих веществ были исследованы немецким физиком Отто Леманом. Особые свойства нового органического вещества заключались в том, что при определенных температурах жидкие кристаллы одновременно приобретали свойства, присущие и жидкостям (текучесть) и твердым кристаллам (анизотропия ряда физических свойств и некоторая упорядоченность в расположении молекул). Однако долгие годы данная находка пользовалась исключительно научным интересом и никак не применялась на практике.
Сам экран состоит из двух поляризационных фильтров, расположенных один за другим, причем они поляризуют свет в перпендикулярных направлениях. Пространство между поляризаторами заполняет матрица, состоящая из множества ячеек, заполненных жидкими кристаллами. В монохромном дисплее каждому пикселю соответствует одна ячейка, в цветном – несколько (чаще всего три). В случае цветного дисплея в конструкции также присутствует цветной фильтр, который придает «светящейся» ячейке определенный цвет (красный, зеленый или синий). Свет, проходящий через кристалл, еще раз поляризуется и выходит наружу. В состоянии покоя жидкие кристаллы полностью пропускают через себя свет, а при подаче напряжения на электроды (к каждой ячейке подведены отельный и общий электроды) степень поляризация кристалла изменяется, и количество пропускаемого света уменьшается в зависимости от величины напряжения. Таким образом формируется видимое пользователем изображение.
Плазменные панели
Пионером в сфере бытовых плазменных панелей стало совместное предприятие Fujitsu-Hitachi Plasma display ( FHP ). Приоритетным направлением их производства был выпуск исключительно самих плазменных матриц для дальнейшей реализации другим производителями. Принцип, сходный с используемым в плазменных панелях, применяется в обыкновенных неоновых рекламных вывесках. Они состоят из изогнутых герметичных сосудов, заполненных специальным газом, который при пропускании через него электрического тока начинает испускать свечение. Если уменьшить размер таких сосудов до нескольких долей миллиметра и затем составить из них матрицу, то получим примитивную модель плазменного монитора. Но на самом деле устройство PDP-панели значительно сложнее. Каждая подобная ячейка представляет собой, грубо говоря, миниатюрный кинескоп. Для наполнения используется сильно разреженный инертный газ, ионы которого при пропускании электрического разряда начинают испускать ультрафиолетовое излучение, уже под действием которого начинают светиться люминофор, находящийся на внутренней стороне каждой ячейки. Одновременно все ячейки гореть не могут, поэтому они зажигаются в определенной последовательности. Из-за этого PDP-панелям свойственно практически незаметное мерцание, конечно, неизмеримо меньшее, чем у CRT-мониторов. Стоит еще заметить, что внутренние элементы панели во время работы заметно нагреваются, поэтому в обязательном порядке присутствует встроенная система охлаждения, обычно состоящая из нескольких кулеров.
Изначально у плазменной технологии перед LCD было несколько важных преимуществ. Это более высокая контрастность и яркость, а также значительно меньшее время отклика. Однако у современных устройств PDP и LCD различие в этих характеристиках стремится к нулю. Одно из главных достоинств плазменных панелей – широченный экран – в то же время является и недостатком. Для комфортной работы за PDP-мониторов рекомендуется находиться от него на расстоянии в 4-5 диагоналей. То есть, если диагональ, допустим, равняется 40 дюймам , выходит, что кресло нужно ставить примерно в 4- 5 метрах от экрана, что для многих комнат является непозволительной роскошью. Поэтому до сих пор плазма широко применяется, в основном, в системах home theatre, при организации различных конференций-презентаций и, возможно, игр, а о полной замене компьютерного монитора обычно речь не идет.
У плазменных панелей есть один еще один значительный недостаток – они поедают примерно вдвое больше энергии, чем LCD-мониторы, так что вряд ли стоит ожидать появления, например, ноутов с плазменным экраном. Плюс ко всему, срок службы PDP-панели также примерно в два раза короче, чем у LCD, тем более что смерть одной самосветящейся ячейки является незаменимой утратой, в то время как выдохшуюся лампу LCD-монитора можно заменить, причем за разумные деньги.
Трехмерные мониторы
Трехмерное реалистичное изображение является мечтой не только каждого геймера, но и вообще любого пользователя компьютера. К сожалению, картинки, просто расположенной на экране плоского монитора, для создания эффекта присутствия явно не достаточно. Наш мозг воспринимает объемность окружающего мира так: правый и левый глаз видят картинку с немного разных точек зрения, и, при наложении этих изображений, мы понимаем, что окружающие нас предметы не плоские, а обладают определенным объемом. На этом принципе основано подавляющее большинство разработок по созданию трехмерных дисплеев.
Наибольшую достоверность происходящего позволяют создать различные шлемы виртуальной реальности, где перед каждым глазом расположен отдельный маленький дисплей. Но по своим особенностям шлемы мало пригодны для регулярной работы. Другая популярная технология разделения изображения на две части использует красно-синие (красно-зеленые) очки-светофильтры. Для создания иллюзии объема изображение в них особым образом видоизменяется, и при просмотре его через данные очки нам представляется трехмерная картина. Довольно много интересных разработок создано с применением LCD-панелей. В одной из них вместо единственного экрана используется сразу два, расположенных друг за другом на небольшом расстоянии. Через верхнюю полупрозрачную панель свободно просматривается изображение на нижней. Если отключить полупрозрачный экран, то с таким 3D-монитором можно спокойно работать как с обыкновенным LCD. В другой оригинальной разработке используется всего один ЖК-экран, а для имитации объема подсветка дисплея происходит преднамеренно неравномерно. Уровень реалистичности у таких подходов находится на весьма высоком уровне. Но пока все подобные мониторы не получили широкой поддержки у разработчиков операционных систем и компьютерных игр, а для успешности разработки это, увы, является одним из основополагающих факторов.
Технологии ближайшего будущего
Можно сказать совсем недавно, в 2003 году, на рынке мобильных устройств появились дисплеи, построенные по принципиально новой технологии. Новинкой стали так называемые OLED-дисплеи ( Organic Light Emitting Diodes ), основанные на органических светоизлучающих полупроводниках. Впервые подобные полупроводники были синтезированы фирмой Kodak более 15 лет назад – в 1987 году. На данный момент OLED-дисплеи по многим характеристикам уже сравнялись с LCD, а в чем-то даже их и превосходят. Правда, пока особо не впечатляет их непродолжительный срок работы – не более 8000 часов. Стоит заметить, что одним из важных преимуществ является то, что OLED-дисплеи не требуют задней подсветки, следовательно, толщина подобного экрана может быть заведомо меньше миллиметра. Плюс ко всему технология OLED настолько универсальна, что позволяет создавать даже гибкие дисплеи. Как пример была продемонстрирована кредитная карточка с индикатором текущего баланса банковского счета, построенном на OLED. В том, что новая технология составит полноценную конкуренцию LCD, уверены практически все крупные производители мониторов (Samsung, Sony, Pioneer, Sharp, Toshiba и другие). Не просто же так они инвестировали за последнее время сотни миллионов долларов в развитие новой перспективной отрасли!
Другая, вполне возможно, что перспективная технология называется E-ink (электронные чернила). Типичный дисплей E-ink состоит из двух слоев белого – верхнего и черного – нижнего. При подаче напряжения частицы нижнего слоя могут переходить в верхний, а затем, если потребуется, возвращаться на свое место. Основные козыри новой разработки: сверхнизкое электропотребление и сохранение последнего изображения даже после отключения питания. Недостатком же является то, что пока электронные чернила остаются лишь в черно-белом варианте.