2. Устройства вывода

Устройства вывода – это устройства для вывода информации. К устройствам вывода относятся следующие:

- монитор;

- принтер;

- плоттер.

Выводимая информация может отображаться в графическом виде, для этого используются мониторы, принтеры или плоттеры.

Персональный компьютер представляет собой вполне самостоятельное устройство, в котором есть все необходимое для автономной жизни. Однако жизнь компьютера была бы неполноценной без такого простого с виду устройства, как принтер.

Принтер необходим для изготовления бумажных копий документов, подготовленных на компьютере. На заре вычислительной техники принтеры использовались как основное устройство вывода информации (мониторы в то время были еще несовершенны и мало распространены). Сейчас принтер можно увидеть в каждом офисе, у многих домашних пользователей имеется струйный принтер для печати фотографий и открыток, в кассах И банках на матричных принтерах печатаются билеты, документы и т. д.

7.2.1. Монитор

Монитор - это устройство вывода графической и текстовой информации в форме, доступной пользователю. Мониторы входят и состав любой компьютерной системы. Они являются визуальным каналом связи со всеми прикладными программами и стали жизненно важным компонентом при определении общего качества и удобства эксплуатации всей компьютерной системы.

В настоящее время развитие компьютерных технологий требует разработки новых мониторов, большего размера и новых возможностей. Создаваемые новые программы по работе с трёхмерной графикой уже не могут нормально воспроизводиться на старых мониторах. Все это подтолкнуло разработчиков к усовершенствованию уже имеющихся технологий в области воспроизведения информации. Поэтому эта проблема и стала одной из важных в компьютерной технике.

Основные типы мониторов следующие:

- мониторы с электронно-лучевой трубкой (ЭЛТ);

- жидкокристаллические (ЖК) мониторы;

- плазменные мониторы;

- пластиковые мониторы.

Мониторы с электронно-лучевой трубкой

Сегодня самый распространённый тип мониторов - это мониторы с электронно-лучевой трубкой (CRT - Cathode Ray Tube). Как видно из названия, в основе всех подобных мониторов лежит катодно-лучевая трубка, но это дословный перевод, технически правильно говорить электронно-лучевая трубка (ЭЛТ).

Используемая в этом типе мониторов технология была разработана много лет назад и первоначально создавалась в качестве специального инструментария для измерения переменного тока, проще говоря, для осциллографа. Развитие этой технологии применительно к созданию мониторов. За последние годы привело к производству все больших по размеру экранов с высоким качеством и низкой стоимостью. Сегодня найти 14"-й монитор очень сложно, хотя несколько лет назад это был стандарт. Сегодня стандартными являются 17"-е и 19"- е мониторы.

Рассмотрим принципы работы ЭЛТ -мониторов.

ЭЛТ- монитор имеет стеклянную трубку, внутри которой находится вакуум, т. е. весь воздух удален. С фронтальной стороны внутренняя часть стекла трубки покрыта люминофором. Для создания изображения в CRT-мониторе используется электронная пушка, испускающая поток электронов сквозь металлическую маску или решетку на внутреннюю поверхность стеклянного экрана монитора, которая покрыта разноцветными люминофорными точками.

Поток электронов на пути к фронтальной части трубки проходит через модулятор интенсивности и ускоряющую систему, работающие по принципу разности потенциалов. В результате электроны приобретают большую энергию, часть которой расходуется на свечение люминофора. Эти светящиеся точки люминофора формируют изображение, видимое на мониторе.

Как правило, в цветном ЭЛТ - мониторе используются три электронные пушки, в отличие от одной пушки, применяемой в монохромных мониторах, которые сейчас практически не производятся и мало кому интересны. Люминофорный слой, покрывающий фронтальную часть ЭЛТ, состоит из очень маленьких элементов (настолько маленьких, что человеческий глаз их не всегда может различить).

Эти люминофорные элементы воспроизводят основные цвета. Фактически имеются три типа разноцветных частиц, чьи цвета соответствуют основным цветам: красный, зеленый и синий. Каждая из трех пушек соответствует одному из основных цветов и посылает пучок электронов - на различные частицы люминофор, чьё свечение основными цветами с различной интенсивностью комбинируется, и в результате формируется изображение с требуемым цветом.

Например, если активировать красную, зелёную и синюю люминофорные частицы, то их комбинация сформирует белый цвет.

Для управления ЭЛТ необходима и управляющая электроника, качество которой во многом определяет и качество монитора. Кстати, именно разница в качестве управляющей электроники, создаваемой разными производителями, является одним ИЗ критериев, определяющих разницу между мониторами с одинаковыми ЭЛТ.

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.

ЭЛТ можно разбить на два класса:

- трёхлучевые трубки с дельтаобразным расположением электронных пушек и с планарным расположением электронных пушек.

- апертурная решётка.

В этих трубках применяются щелевые и теневые маски, хотя правильнее сказать, что они все теневые. Самые распространённые типы масок - это теневые.

Маски бывают двух типов:

- Shadow Mask (теневая маска);

- Slot Mask (щелевая маска).

Теневая маска - это самый распространённый тип масок для ЭЛТ -мониторов, состоит из металлической сетки перед частью стеклянной трубки с люминофорным слоем. Отверстия в металлической сетке работают как прицел, именно этим обеспечивается то, что электронный луч попадает только на требуемые люминофорные элементы и только в определённых областях.

Теневая маска создаёт решётку с однородными точками, где каждая такая точка состоит из трех люминофорных элементов основных цветов (зелёного, красного и синего), которые светятся с различной интенсивностью под воздействием лучей из электронных пушек.

Минимальное расстояние между люминофорными элементами одинакового цвета называется шагом точки и является индексом качества изображения. Шаг точки обычно измеряется в миллиметрах. Чем меньше значение шага точки, тем выше качество воспроизводимого на мониторе изображения. Теневая маска применяется в большинстве современных мониторов: Hitachi, Panasonic, Samsung, Daewoo, LG, Nokia, Viewsonic.

Щелевая маска - это технология, широко применяемая компанией NEC. Это решение на практике представляет собой комбинацию двух технологий, описанных выше. В данном случае люминофорные элементы расположены в вертикальных эллиптических ячейках, а маска сделана из вертикальных линий. Фактически вертикальные полосы разделены на эллиптические ячейки, содержащие группы из трех люминофорных элементов трех основных цветов. Минимальное расстояние между двумя ячейками называется slot pitch-fщелевой 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.

Есть и ещё один вид трубок, в которых используется Aperture Grill (апертурная, или теневая, решетка). Эти трубки стали известны под именем Trinitron и впервые были представлены на рынке компанией Sony ещё в 1932 одуг. В трубках с апертурной решеткой применяется оригинальная технология, где имеется три лучевые пушки, три катода ( три модулятора, но при этом имеется одна общая фокусировка.

Апертурная решётка - это тип маски, используемый равными 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 решётку из вертикальных линий. Вместо точек с люминофорными элементами трех основных цветов апертурная решётка 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.

Минимальное расстояние между полосами люминофора одинакового цвета называется strip pitch (или шагом полосы) и измеряется в миллиметрах. Чем меньше значение strip pitch, тем выше качество изображения на мониторе. Заметим, что нельзя напрямую сравнивать размер шага для трубок разных типов: лат точек трубки с теневой маской измеряется по диагонали, в то время как шаг апертурной решётки, иначе называемый горизонтальным шагом точек, по горизонтали.

Поэтому при одинаковом шаге точек трубка с теневой маской имеет большую плотность точек, чем трубка с апертурной решёткой. А вот расстояние между отверстиями маски измеряется в миллиметрах. Чем меньше шаг точки, тем лучше монитор: изображения выглядят более чёткими и резкими, контуры и линии получаются ровными и изящными. Стандартной для 14"-го монитора является величина 0,28 мм, встречаются также 0,26, 0,21, 0,31, 0,22 и др.

ЖК - мониторы

Основным компонентом ЖК- матрицы являются жидкокристаллические кристаллы. Жидкокристаллическим (или мезоморфным) называется такое состояние вещества, при котором оно обладает структурными свойствами, промежуточными между свойствами твердого кристалла и жидкости. Как и жидкости, они состоят из молекул анизотропной формы, сохраняющих определенный порядок в своем расположении относительно друг друга.

У молекул жидких кристаллов можно четко выделить характерные оси: в таких молекулах атомы располагаются вдоль избранной линии. Жидкие кристаллы имеют особое направление, вдоль которого ориентируются длинные оси или плоскости молекул. При этом центры масс молекул не образуют правильную (кристаллическую) решетку, а располагаются хаотично в пространстве и могут в нем свободно перемещаться.

Существует три основных типа жидких кристаллов:

- смектические;

- нематические;

- холестерические.

В смектическом жидком кристалле молекулы образуют слои, которые могут легко скользить один по другому, обусловливая текучесть жидкого кристалла. Слои расположены периодично друг относительно друга. Внутри слоев в боковых направлениях строгая периодичность в размещении молекул отсутствует.

В зависимости от характера упаковки молекул в слоях и наклона их длинных осей относительно смектических плоскостей можно говорить о существовании той или иной полиморфной модификации смектического жидкого кристалла.

Нематические жидкие кристаллы не имеют такой слоистой структуры, как смектические. Молекулы в них беспорядочно сдвинуты в направлении своих длинных осей. В расположении молекул наблюдается лишь ориентационный порядок: все молекулы ориентированны вдоль одного преимущественного направления.

Структура холестерических жидких кристаллов такая же, как и у нематических, но дополнительно закручена в направлении, перпендикулярном длинным осям молекул. Во всех кристаллах холестерического типа и в их смесях с другими жидкими кристаллами благодаря их специфической спиральной структуре наблюдается вращение плоскости поляризации света.

По электрическим свойствам все жидкие кристаллы делятся на две основные группы: к первой относятся жидкие кристаллы с положительной диэлектрической анизотропией, а ко второй - с отрицательной диэлектрической анизотропией. Не вникая в подробности этих терминов, отметим, что эти молекулы по-разному реагируют на внешнее электрическое поле. Молекулы с положительной диэлектрической анизотропией ориентируются вдоль по силовым линиям поля, а молекулы с отрицательной диэлектрической анизотропией, наоборот, ориентируются перпендикулярно силовым линиям электрического поля.

Нематические жидкие кристаллы обладают положительной диэлектрической анизотропией, а смектические кристаллы, наоборот, отрицательной диэлектрической анизотропией.

Другое замечательное свойство ЖК- молекул заключается в их оптической анизотропии. В частности, если ориентация молекул совпадает с направлением распространения плоскополяризованного света, то молекулы не оказывают никакого воздействия на плоскость поляризации света. Если же ориентация молекул перпендикулярна направлению распространения света, то плоскость поляризации поворачивается таким образом, чтобы быть параллельной направлению ориентации молекул.

Диэлектрическая и оптическая анизотропия ЖК- молекул дает возможность использовать их в качестве своеобразных модуляторов света, позволяющих формировать требуемое изображение на экране.

Сегодня существует несколько типов ЖК- матриц, отличающихся принципом управления ЖК- молекулами и используемыми типами жидких кристаллов:

-TN- матрица;

- IPS- матрица;

MVA-матрица.

TN-матрица

Матрицы данного типа распространены наиболее широко. Подавляющее большинство 15- и 17-дюймовых мониторов имеют именно TN-матрицу.

Жидкокристаллическая матрица в данном случае представляет собой многослойную структуру, состоящую из двух поляризующих фильтров, двух прозрачных электродов и двух стеклянных пластинок, между которыми располагается собственно жидкокристаллическое вещество нематического типа с положительной диэлектрической анизотропией.

На поверхность стеклянных пластин наносятся специальные бороздки, что позволяет создать первоначально одинаковую ориентацию всех молекул жидких кристаллов вдоль пластины. Бороздки на обеих пластинах взаимно перпендикулярны, поэтому слой молекул жидких кристаллов между пластинами изменяет свою ориентацию на 90°. Получается, что ЖК- молекулы образуют скрученную по спирали структуру. Именно поэтому такие матрицы и получили название TN (Twisted Nematic), то есть скрученное состояние жидких нематических кристаллов.

Стеклянные пластины с бороздками располагаются между двух поляризационных фильтров, причем ось поляризации в каждом фильтре совпадает с направлением бороздок на пластине. Таким образом, оси поляризации, так же как и бороздки на пластинах, взаимно перпендикулярны друг другу.

Если бы стеклянные пластины со слоем жидкокристаллического вещества отсутствовали, то свет не смог бы пройти через систему двух поляризующих фильтров со взаимноперпедикулярными осями поляризации. Действительно, свет, проходя через первый поляризующий фильтр, «вырезает» из него только одну плоскость поляризации, отфильтровывая все остальное. Ну а дальше все очевидно: на второй поляризующий фильтр уже попадает плоскополяризованное излучение, плоскость полязирации которого перпендикулярна оси поляризации второго поляризующего фильтра.

Использование слоя жидкокристаллического вещества может кардинально изменить ситуацию, поскольку жидкие кристаллы способны изменять плоскость поляризации проходящего через них света, если они ориентированы перпендикулярно к направлению распространения светового луча.

Так, если изначально плоскость поляризации падающего света совпадает с ориентацией жидкокристаллических молекул, то по мере изменения ориентации молекул будет поворачиваться и плоскость поляризации света. В результате если такой слой жидкокристаллического вещества помещается между упомянутыми поляризующими фильтрами, то данная система становится оптически прозрачной.

Под воздействием электрического поля, создаваемого прозрачными электродами, молекулы жидкокристаллического слоя меняют свою пространственную ориентацию, выстраиваясь вдоль по полю.

В этом случае жидкокристаллический слой теряет способность поворачивать плоскость поляризации падающего света, и система становится оптически непрозрачной, так как весь свет поглощается выходным поляризующим фильтром. В зависимости от приложенного напряжения между управляющими электродами можно менять ориентацию молекул вдоль по полю не полностью, а лишь частично, то есть управлять степенью скрученности ЖК- молекул.

Это, в свою очередь, позволяет менять интенсивность света, проходящего через ЖК- ячейку. Таким образом, установив лампу подсветки позади ЖК- матрицы и меняя напряжение между электродами, можно менять степень прозрачность одной ЖК- ячейки, или субпикселя матрицы.

Это позволяет модулировать свет, получая градации чёрно-белого цвета. При помощи данной схемы можно сконструировать черно-белый монитор. Для создания цветного изображения необходимо применение трёх цветных фильтров. Напомним, что любой цветовой оттенок можно получить, смешивая друг с другом в различных пропорциях три базовых цвета: красный (R), зелёный (G) и голубой (В).

Соответственно, используя три цветных фильтра, установленных на пути распространения белого цвета, можно получить три базовых цвета в нужных пропорциях. Поэтому каждый пиксель ЖК- монитора состоит из трёх отдельных субпикселей: красного, зелёного и голубого, представляющих собой управляемые ЖК- ячейки и отличающихся только используемыми фильтрами, которые устанавливаются между верхней стеклянной пластиной и выходным поляризующим фильтром.

Как мы уже отмечали, TN-матрицы являются наиболее распространёнными и дешевыми. Им свойственны определенные недостатки: не очень большие углы обзора, невысокая контрастность и, что немаловажно, невозможность получить идеальный черный цвет. Дело в том, что даже при приложении максимального напряжения к ячейке невозможно до конца раскрутить ЖК- молекулы, сориентировав их вдоль силовых линий поля. Поэтому эти матрицы даже при полностью выключенном пикселе остаются слегка прозрачными.

Второй недостаток связан с небольшими углами обзора. Для частичного его устранения на поверхность монитора наносится специальная рассеивающая пленка, что позволяет увеличить угол обзора. Данная технология получила название TN+ Film, что указывает на наличие этой пленки.

Узнать, какой именно тип матрицы применяется в мониторе, не так-то просто. Однако если на мониторе имеется «битый» пиксель, что является следствием выхода из строя управляющего ЖК- ячейкой транзистора, то в TN-матрицах он всегда будет ярко гореть (красным, зеленым или синим цветом), поскольку для TN-матрицы открытый пиксель соответствует отсутствию напряжения на ячейке.

IPS-матрицы

IPS (In-Plane Switcing) - это технология, разработанная в 1995 году компаниями Hitachi и NEC. Мониторы с IPS-матрицей называют также Super TFT-мониторами. Отличительной особенностью IPS-матриц является то, что управляющие электроды расположены в одной плоскости на нижней стороне ЖК- ячейки.

При отсутствии напряжения между электродами ЖК- молекулы расположены параллельно друг другу, электродам и направлению поляризации нижнего поляризующего фильтра. В этом состоянии они не влияют на угол поляризации проходящего света, и свет полностью поглощается выходным поляризующим фильтром, поскольку направления поляризации фильтров перпендикулярны друг другу.

При подаче напряжения на управляющие электроды создаваемое электрическое поле поворачивает ЖК - молекулы на 90° так, что они ориентируются вдоль силовых линий поля. Если через такую ячейку пропустить свет, то за счёт поворота плоскости поляризации верхний поляризующий фильтр пропустит свет без помех, то есть ячейка окажется в открытом состоянии. Меняя напряжение между электродами, можно заставлять ЖК- молекулы поворачиваться на произвольный угол, меняя тем самым прозрачность ячейки.

Во всем остальном IPS подобны TN-матрицам: цветное изображение также формируется за счёт использования трех цветовых фильтров.

IPS-матрицы имеют как преимущества, так и недостатки по сравнению с TN-матрицами. Преимуществом является тот факт, что в данном случае получается идеально черный цвет, а не серый, как в TN-матрицах.

Другим неоспоримым преимуществом данной технологии являются большие углы обзора, достигающие 140°. Связано это с тем, что в TN-матрицах, в зависимости от формируемого цветового оттенка пикселя, ЖК- молекулы ориентированы под неким углом относительно перпендикуляра к поверхности монитора, а в IPS-матрицах молекулы при любом цветовом оттенке расположены всегда в одной и той же плоскости экрана монитора.

К недостаткам IPS-матриц стоит отнести большее, чем у TN-матриц, время реакции пикселя. Впрочем, к вопросу о времени реакции пикселя мы еще вернемся. В заключение отметим, что существуют различные модификации IPS-матриц (Super IPS, Dual Domain IPS), позволяющие улучшить их характеристики.

MVA-матрицы

В 1996 году компания Fujitsu разработала еще один тип матриц - это MVA (Multi-Domain Vertical Alignment). Технология MVA является развитием технологии VA, то есть технологии с вертикальным упорядочиванием молекул. В отличие от TN- и IPS-матриц, в данном случае используются жидкие кристаллы с отрицательной диэлектрической анизотропией, которые ориентируются перпендикулярно к направлению линий электрического поля.

При отсутствии напряжения между обкладками ЖК- ячейки все жидкокристаллические молекулы ориентированы вертикально и не оказывают никакого влияния на плоскость поляризации проходящего света. Поскольку свет проходит через два скрещенных поляризатора, то он полностью поглощается вторым поляризатором и ячейка оказывается в закрытом состоянии, причем, в отличие от TN-матрицы, возможно получение идеально черного цвета.

При приложении напряжения к электродам, которые расположены сверху и снизу, молекулы поворачиваются на 90°, ориентируясь перпендикулярно к линиям электрического поля. При прохождении плоскополяризованного света через такую структуру плоскость поляризации поворачивается на 90°, и свет свободно проходит через выходной поляризатор, то есть ЖК- ячейка оказывается в открытом состоянии.

Достоинствами систем с вертикальным упорядочиванием молекул являются возможность получения идеально черного цвета (что, в свою очередь, сказывается на возможности получения высококонтрастных изображений) и малое время реакции пикселя.

С целью увеличения углов обзора в системах с вертикальным упорядочиванием молекул используется мультидоменная структура, что и приводит к созданию типа матриц MVA. Каждый субпиксель разбивается на несколько зон (доменов) с использованием специальных выступов. Такие выступы несколько меняют ориентацию молекул, заставляя их выравниваться по поверхности выступа. Это приводит к тому, что каждый такой домен светит в своем направлении (в пределах некоторого телесного угла), а совокупность всех направлений позволяет расширить угол обзора монитора. К достоинствам MVA-матриц следует отнести высокую контрастность (за счет возможности получения идеального черного цвета) и большие углы обзора (вплоть до 170°). Однако у данной технологии есть и свои минусы, о которых мы расскажем при обсуждении времени реакции пикселя.

В настоящее время существует несколько разновидностей технологии, например PVA (Patterned Vertical Alignment) компании Samsung, MVA-Premium и др., которые улучшают характеристики MVA-матриц.

Характеристики ЖК - мониторов:

- тип матрицы, используемой в ЖК - мониторе;

- рабочее разрешение;

- максимальная яркость;

- контрастность;

- угол обзора;

- время переключения пикселя.

Разрешение ЖК - монитора

Если традиционные ЭЛТ- мониторы принято характеризовать размером экрана по диагонали, то для ЖК - мониторов такая классификация не вполне корректна. Более правильно классифицировать ЖК - мониторы по рабочему разрешению. Дело в том, что, в отличие от мониторов на основе ЭЛТ, разрешение которых можно менять достаточно гибко, ЖК-дисплеи имеют фиксированный набор физических пикселей. Именно поэтому они рассчитаны на работу только с одним разрешением, называемым рабочим. Косвенно это разрешение определяет и размер диагонали матрицы, однако мониторы с одним и тем же рабочим разрешением могут иметь разную по размерам матрицу. Например, мониторы с диагональю от 15 до 16 дюймов в основном имеют рабочее разрешение 1024x768, что, в свою очередь, означает, что у данного монитора действительно физически содержится 1024 пикселя по горизонтали и 768 пикселей по вертикали.

Монитор способен выводить изображение и в другом, отличном от рабочего разрешении. Такой режим работы монитора называют интерполяцией. Заметим, что в случае интерполяции качество изображения оставляет желать лучшего. Картинка получается зарубленной и шероховатой, кроме того, могут возникать артефакты масштабирования - неровности на окружностях.

Скорость, с которой ЖК - монитор производит масштабирование одного кадра, тоже немаловажный параметр, на который стоит обратить внимание, ведь электронике монитора требуется время, чтобы произвести интерполяцию.

Яркость

Одна из сильных сторон ЖК - монитора - его яркость. Этот показатель в жидкокристаллических дисплеях иногда превышает аналогичный параметр в мониторах на основе ЭЛТ более чем в два раза. Для регулировки яркости монитора изменяется интенсивность лампы подсветки. Сегодня в ЖК - мониторах максимальная яркость, заявляемая в технической документации, составляет от 250 до 300 кд/м2. И если яркость монитора достаточна высока, то это обязательно указывается в рекламных буклетах и преподносится как одно из основных преимуществ монитора.

Яркость для ЖК - монитора действительно является важной характеристикой. При недостаточной яркости вы вряд ли сможете играть в различные игры или просматривать DVD-фильмы. Кроме того, некомфортной окажется работа за монитором в условиях дневного освещения (внешней засветки). Как показывает опыт, вполне достаточно, чтобы ЖК - монитор имел яркость 200-250 кд/м2, но не заявленную, а реально наблюдаемую.

Почему мы делаем различие между заявленной и реальной яркостью монитора? Парадокс заключается в том, что ориентироваться на цифры, указанные в технической документации, нельзя. Это касается не только яркости, но и контраста, углов обзора и времени реакции пикселя. Мало того, что они могут вовсе не соответствовать реально наблюдаемым значениям, иногда вообще трудно понять, что означают эти цифры. Во-первых, существуют разные методики измерения, описанные в различных стандартах. Естественно, измерения, проводимые по таким методикам, приводят к различным результатам, и вряд ли вы сможете выяснить, по какой методике и как проводились измерения.

Вот один простой пример. Измеряемая яркость зависит от цветовой температуры, но когда говорят, что яркость монитора составляет 300 кд/м2, то возникает вопрос: при какой цветовой температуре эта самая максимальная яркость достигается? Более того, производители указывают яркость не для монитора, а для ЖК - матрицы, что совсем не одно и то же. Для ее измерения используются специальные эталонные сигналы генераторов с точно заданной цветовой температурой, поэтому характеристики самого монитора как конечного изделия могут существенно отличаться от того, что заявлено в технической документации. А ведь для пользователя первостепенное значение имеют характеристики собственно монитора, а не матрицы.

Но если нельзя ориентироваться на паспортные данные монитора, то как же тогда оценить яркость? Ведь далеко не у всех имеется специальный прибор для измерения яркости монитора. Лучше всего включить монитор и выставить на максимум его контраст и яркость. Если при этом изображение получается слишком ярким и для комфортной работы требуется уменьшение яркости, то можно с уверенностью утверждать, что запас по яркости у монитора вполне достаточный.

Контрастность

За последнее время контрастность изображения на цифровых панелях заметно выросла, сейчас нередко этот показатель достигает значения 700:1. Данный параметр определяется как соотношение между максимальной и минимальной яркостью на белом и черном фоне соответственно. Но и здесь не все так просто. Дело в том, что контраст может указываться не для монитора, а для матрицы, кроме того, существует несколько альтернативных методик измерения контраста. Впрочем, как показывает опыт, если в паспорте указывается контраст более 350:1, то этого вполне достаточно для нормальной работы.

Количество отображаемых цветов

Давайте ещё раз вспомним, каким образом образуются цветовые оттенки в ЖК -мониторах. За счёт поворота на определённый угол ЖК - молекул в каждом из цветовых субпикселей можно получать не только открытое и закрытое состояния ЖК - ячейки, но и промежуточные состояния, формирующие цветовой оттенок. Теоретически угол поворота ЖК - молекул можно сделать любым в пределах от минимального до максимального.

Однако на практике есть температурные флуктуации, которые препятствуют точному заданию угла поворота. Кроме того, для формирования произвольного уровня напряжения потребуется использование схем ЦАП с большой разрядностью, что крайне дорого. Поэтому в современных ЖК - мониторах чаще всего применяют 18-битные ЦАП и реже - 24-битные. При использовании 18-битной ЦАП на каждый цветовой канал приходится по 6 бит. Это позволяет сформировать 64 различных уровня напряжения и соответственно задать 64 различных ориентации ЖК - молекул, что, в свою очередь, приводит к формированию 64 цветовых оттенков в одном цветовом канале. Всего же, смешивая цветовые оттенки разных каналов, возможно получить 262 144 цветовых оттенка.

При использовании 24-битной матрицы (24-битная схема ЦАП) на каждый канал приходится по 8 бит, что позволяет сформировать уже 256 цветовых оттенков в каждом канале, а всего такая матрица воспроизводит 16 777 216 цветовых оттенков.

В то же время для многих 18-битных матриц в паспорте указывается, что они воспроизводят 16,2 млн. цветовых оттенков. В чем причина и возможно ли такое? Оказывается, что в 18-битных матрицах за счет ухищрений можно увеличить количество цветовых оттенков так, чтобы это количество приблизилось к количеству цветов, воспроизводимых настоящими 24-битными матрицами.

Для экстраполяции цветовых оттенков в 18-битных матрицах используются две технологии (и их комбинации):

- dithering (дизеринг);

- FRC (Frame Rate Control).

Суть технологии dithering заключается в том, что недостающие цветовые оттенки получают за счёт смешивания ближайших цветовых оттенков соседних пикселей.

Рассмотрим простой пример. Предположим, что пиксель может находиться только в двух состояниях: открытом и закрытом, причем закрытое состояние пикселя формирует черный цвет, а открытое - красный. Если вместо одного пикселя рассмотреть группу из двух пикселей, то кроме черного и красного цветов можно получить еще и промежуточный цвет и тем самым осуществить экстраполяцию от двухцветного режим к трехцветному. В результате если первоначально такой монитор мог генерировать шесть цветов (по два на каждый канал), то после такого дизеринга монитор будет воспроизводить уже 27 цветов

Если же рассмотреть группу не из двух, а из четырех пикселей (2x2), то использование дизеринга позволяет получить дополнительно еще по три цветовых оттенка в каждом канале и монитор из 8-цветного превратится в 125-цветный. Соответственно, группа из 9 пикселей (3x3) позволяет получить дополнительно семь цветовых оттенков, и монитор станет уже 729-цветным.

Схема дизеринга имеет один существенный недостаток. Увеличение цветовых оттенков достигается за счет уменьшения разрешения. Фактически при этом увеличивается размер пикселя, что может негативно сказаться при прорисовке деталей изображения.

Технология FRC, представляющая собой способ манипуляции яркостью отдельных субпикселей с помощью их дополнительного включения/выключения. Как и в предыдущем примере, будем считать, что пиксель может быть либо черным (выключен), либо красным (включен).

Напомним, что каждый субпиксель получает команду на включение с частотой кадровой развертки, то есть при частоте кадровой развертки 60 Гц каждый субпиксел получает команду на включение 60 раз в секунду. Это позволяет генерировать красный цвет. Если же принудительно заставлять включаться пиксель не 60 раз в секунду, а только 50 (на каждом 12-м такте производить не включение, а выключение пикселя), то в результате яркость пикселя составит 83% от максимальной, что позволит сформировать промежуточный цветовой оттенок красного.

Оба рассмотренных метода экстраполяции цвета имеют свои недостатки. В первом случае это возможное мерцание экрана и некоторое увеличение времени реакции, а во втором – это возможность потери деталей изображения.

Справедливости ради отметим, что отличить на глаз 18-битную матрицу с экстраполяцией цвета от истинной 24-битной практически невозможно. При этом 24-битная матрица будет стоить существенно дороже.

Угол обзора

Несмотря на кажущуюся интуитивную понятность данного термина, необходимо четко представлять, что именно понимает производитель матрицы (а не монитора) под углом обзора. Максимальный угол обзора, как по вертикали, так и по горизонтали - определяется как угол, при обзоре с которого контрастность изображения не менее 10:1. Вспомним, что под контрастом изображения понимается отношение максимальной яркости на белом фоне к минимальной яркости на чёрном фоне. Таким образом, в силу определения углы обзора не имеют прямого отношения к правильности передачи цвета.

Однако, важно, что при просмотре изображения под углом к поверхности монитора происходит не падение контрастности, а цветовые искажения.

Интерфейс монитора

Все ЖК - мониторы по своей природе являются цифровыми устройствами, и поэтому «родным» интерфейсом для них считается цифровой интерфейс DVI.

Интерфейс может обладать двумя видами коннекторов: DVI-I, совмещающим цифровой и аналоговый сигналы, и DVI-D, передающим только цифровой сигнал. Считается, что для соединения ЖК - монитора с компьютером предпочтителен интерфейс DVI, хотя допускается подключение и через стандартный D-Sub-разъём.

В пользу DVI-интерфейса свидетельствует то, что в случае аналогового интерфейса выполняется двойное преобразование видеосигнала: первоначально цифровой сигнал преобразуется в аналоговый в видеокарте (ЦАП-преобразование), а затем аналоговый сигнал трансформируется в цифровой электронным блоком самого ЖК - монитора (АЦП - преобразование). Вследствие таких преобразований возрастает риск различных искажений сигнала.

На практике искажения сигнала, вносимые двойным преобразованием, не встречаются, и подключать монитор можно по любому интерфейсу. В этом смысле интерфейс монитора - это последнее, на что стоит обращать внимание. Главное, чтобы соответствующий разъем был на самой видеокарте.

Многие современные ЖК - мониторы обладают как D-Sub-, так и DVI- коннекторами, что нередко позволяет одновременно подключать к монитору два системных блока. Также можно найти модели, имеющие два цифровых разъема. В недорогих офисных моделях в основном присутствует только один стандартный D-Sub-разъём.

Индивидуальные особенности мониторов

Почти каждая модель монитора имеет свои индивидуальные конструктивные и функциональные особенности. К таким конструктивным особенностям относятся мультимедийные возможности монитора, наличие USB- хаба, возможность поворота экрана (функция Pivot). Функциональные особенности монитора определяются возможностями экранного меню, наличием быстрых клавиш для регулировки яркости и контраста, возможностью одновременного подключения монитора к двум системным блокам с выбором источника сигнала, количеством поддерживаемых цветовых температур, возможностью сохранения настроек монитора в памяти и т. д. Все эти характеристики монитора играют весомую роль при выборе монитора.

Сфера применения

ЖК - монитор - это стандартный дисплей для мобильных систем. В последнее время он используется в качестве монитора для настольных компьютеров. Идеально подходят в качестве дисплея для компьютеров, т. е. для работы в Интернете, с текстовыми процессорами и т. д.

Главной проблемой развития технологий ЖК для сектора настольных компьютеров, похоже, является размер монитора, который влияет на его стоимость. С ростом размеров дисплеев снижаются производственные возможности. В настоящее время используют ЖК – мониторы с размером диагонали 20", а в некоторых случаях- 43"-е модели и даже 64"-е модели ЖК- мониторов.

Примеры.

ЖК-монитор Acer X203w

Модель	Acer X203w
Размер	20" (соотношение сторон 16:10)
Разрешение	1680 x 1050 при 75 Гц
Матрица	TN
Углы обзора	160 по горизонтали, 160 по вертикали
Яркость	300 кд/м2
Контрастность	2500:1
Время отклика	5 мс (Grey-to-Grey)
Входной разъём	D-SUB и DVI с HDCP
Срок службы лампы	50000 часов
Энергопотребление	49 Вт
Электропитание	Встроенный блок питания
Область изображения	433x270, мм
Вес	4,75 кг
Габариты	481,1х377х177,4

ЖК- мониторы фирмы Dell S2209W (22 дюйма диагональ) и S2309W (23 дюйма диагональ).

Разрешение - 1920×1080, время отклика матрицы - всего 5 мс, максимальная яркость на уровне 300 кд/м2 и контрастность 1000:1.

Максимальное энергопотребление обоих мониторов составляет 42 Вт, они имеют разъёмы D-Sub и DVI, но не имеют входа HDMI. При относительно невысокой стоимости в 240 $ и 300 $ соответственно для моделей S2209W и S2309W, мониторы имею пожизненную гарантию.

ЖК- монитор фирмы HP w2558hc

Монитор построен на базе 25.5” матрицы стандарта TN+Film с разрешающей способностью 1920x1200 пикселей. Время отклика GtG в 3 мс, яркость  - 400 нит и контрастность - 3000:1. Для удобства подключения источника HD-сигнала на задней панели имеется вход HDMI, кроме этого, HP w2558hc оснащён парой громкоговорителей, карт-ридером, USB-хабом и 2-мегапиксельной web-камерой.

ЖК- монитор японской компании NEC MultiSync P P221W

Монитор построен на базе 22” матрицы стандарта S-PVA .

NEC P221W характеризуется разрешением экрана 1680x1050 пикселей, временем отклика 16 мс, контрастностью 1000:1, яркостью 300 кд.м2, цветовым охватом в 98% (AdobeRGB) и углами обзора в 178 градусов по обеим плоскостям. Кроме этого, производитель отмечает возможность аппаратной калибровки цвета, малый уровень энергопотребления устройства, а также подставку, регулируемую во всех направлениях.

Плазменные мониторы

Тем не менее существуют и другие технологии, которые создают и развивают разные производители, и некоторые из этих технологий носят название PDP (Plasma Display Panels), или просто «plasma», и FED (Field Emission Display).

Такие крупнейшие производители, как Fujitsu, Matsushita, Mitsubishi, NEC, Pioneer и другие, уже начали производство плазменных мониторов с диагональю 40" и более, причем некоторые модели уже готовы для массового производства. Работа плазменных мониторов очень похожа на работу неоновых ламп, сделанных в виде трубки, заполненной инертным газом низкого давления. Плазменные экраны создаются путем заполнения пространства между двумя стеклянными поверхностями инертным газом, например аргоном или неоном. Фактически каждый пиксель на экране работает, как обычная флуоресцентная лампа. Высокая яркость и контрастность наряду с отсутствием дрожания являются большими преимуществами таких мониторов. Кроме того, угол по отношению к нормали, под которым можно увидеть качественное изображение на плазменных мониторах, существенно больше, чем в случае с ЖК - 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. 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.

Технологии, которые применяются при создании мониторов, могут быть разделены на две группы:

1) мониторы, основанные на излучении света, например традиционные ЭЛТ -мониторы, и плазменные, т. е. это устройства, элементы экрана которых излучают свет во внешний вид;

2) мониторы трансляционного типа, такие, как ЖК - мониторы.

Одним из лучших технологических направлений в области создания мониторов, которая совмещает в себе особенности обеих технологий, описанных нами выше, является технология FED. Мониторы FED основаны на процессе, который немного похож на тот, что применяется в ЭЛТ - мониторах, так как в обоих методах применяется люминофор, светящийся под воздействием электронного луча.

Главное отличие между ЭЛТ - и FED-мониторами состоит в том, что ЭЛТ - мониторы имеют три пушки, которые испускают три электронных луча, последовательно сканирующих панель, покрытую люминофорным слоем, а в FED-мониторе используется множество маленьких источников электронов, расположенных за каждым элементом экрана, и вес они размещаются в пространстве по глубине меньшем, чем требуется для ЭЛТ. Каждый источник электронов управляется отдельным электронным элементом так же, как это происходит в ЖК -мониторах, и каждый пиксель затем излучает свет благодаря воздействию электронов на люминофорные элементы, как и в традиционных ЭЛТ- мониторах.

Пластиковые мониторы

Есть и еще одна новая и достаточно перспективная технология - это LEP (Light Emission Plastics), или светящий пластик. На сегодняшний день существуют монохромные (желтого свечения) LEP-дисплеи, приближающиеся то эффективности к жидкокристаллическим дисплеям ЖК, уступающие им по сроку службы, но имеющие ряд существенных преимуществ:

- поскольку многие стадии процесса производства LEP-дисплеев совпадают с аналогичными стадиями производства ЖК, производство легко переоборудовать. Кроме того, технология LEP позволяет наносить пластик на гибкую подложку большой площади, что невозможно для неорганического светодиода (там приходится использован, матрицу диодов);

- поскольку пластик сам излучает свет, не нужна подсветка и прочие хитрости, необходимые для получения цветного изображения на ЖК- мониторе. Больше того, LEP-монитор обеспечивает 180-градусный угол обзора;

- поскольку устройство дисплея предельно просто (вертикальные электроды с одной стороны пластика горизонтальные с другой), изменением числа электродов на единицу протяженности по горизонтали или вертикали можно добиваться любого необходимого разрешения, а такие, при необходимости, различной формы пикселя;

- поскольку LEP-дисплей работает при низком напряжении питания (менее 3 В) и имеет малый вес, его можно использовать в портативных устройствах, питающихся от батарей;

- поскольку LEP-дисплей обладает крайне малым временем переключения (менее 1 микросекунды), его можно использовать для воспроизведения видеоинформации;

- поскольку слой пластика очень тонок, можно использовать специальные поляризующие покрытия для достижения высокой контрастности изображения даже при сильной засветке.

Эти преимущества плюс дешевизна привели к возникновению у LEP-технологии достаточно радужных перспектив.

Стандарты безопасности

Перейдем к вопросу о стандартах безопасности, тем более что на всех современных мониторах можно встретить наклейки с аббревиатурами ТСО и MPR II. Правда, еще встречаются надписи «Low Radiation», но на самом деле это не свидетельствует о какой-либо защите, просто так делали производители Юго-Восточной Азии для привлечения внимания к своей продукции. С целью снижения риска для здоровья различными организациями были разработаны рекомендации по параметрам мониторов, следуя которым, производители мониторов борются за наше здоровье. Все стандарты безопасности для мониторов регламентируют максимально допустимые значения электрических и магнитных полей, создаваемых монитором при работе. Практически в каждой развитой стране ость собственные стандарты, но особую популярность во всем мире завоевали стандарты ТСО и MPR II, разработанные в Швеции.

ТСО

Более 80% служащих и рабочих в Швеции имеют дело с компьютерами, поэтому главная задача ТСО (The Swedish Confederation of Professional Employees - Шведская конфедерация профессиональных коллективов рабочих) - разработать стандарты безопасности при работе с компьютерами, т. е. обеспечить своим членам и всем остальным безопасное и комфортное рабочее место. Кроме разработки стандартов безопасности, ТСО участвует в создании специальных инструментов для тестирования мониторов и компьютеров.

Стандарты ТСО разработаны с целью гарантировать пользователям компьютеров безопасную работу. Этим стандартам должен соответствовать каждый монитор, продаваемый в Швеции и в Европе. Рекомендации ТСО используются производителями мониторов тля создания более качественных продуктов, которые менее опасны для здоровья пользователей. Суть рекомендаций ГСО состоит не только в определении допустимых значений различного типа излучений, но и в определении минимально приемлемых параметров мониторов, например поддерживаемых разрешений, интенсивности свечения люминофора, запаса яркости, энергопотребления, шумности и т. д. Более того, кроме требований, в документах ТСО приводятся подробные методики • сти-рования мониторов. Рекомендации ТСО применяются не только в Швеции, но и во всех европейских странах для определения стандартных параметров, которым должны соответствовать ВГР мониторы.

MPRII

MPRII, разработанный SWEDAC (The Swedish Board for Technical Accreditation), определяет максимально допустимые величины излучения магнитного и электрического полей, а также методы их измерения. MPRII базируется на концепции о том, что люди живут и работают в местах, где уже есть магнитные и электрические поля, поэтому устройства, которые мы используем, такие, как монитор для компьютера, не должны создавать электрические и магнитные поля большие, чем те, которые уже существуют.

Заметим, что стандарты ТСО требуют снижения излучений электрических и магнитных полей от устройств на столько, насколько это технически возможно, вне зависимости от электрических и магнитных полей, уже существующих вокруг нас.