2) Жидкокристаллический монитор (lcd – liquid crystal display).

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 получил горячее одобрение.

П

Рис. 37. ЖК-монитор (LCD)

ринцип работы. Жидкие кристаллы (Liquid Crystal) – это органические вещества, способные под напряжением изменять величину пропускаемого света. Умение жидких кристаллов частично пропускать и частично не пропускать свет нашло применение в технологиях для мониторов (рис. 37). 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. Изнутри экран освещается флуоресцентной подсветкой. При подаче электрического тока расположение кристаллов изменяется, и они начинают препятствовать прохождению света.

Представим себе ту же картину, которую по точкам вычерчивает пучок электронов в ЭЛТ, и вместо электронных пушек поставим обычную лампу, которая равномерно подсвечивает картинку, как в проекторе. Затем вместо люминофора поставим в каждую точку изображения затвор – элемент, который может полностью закрывать путь света или частично его пропускать. Теперь несложно представить, как множество элементов LCD-монитора формируют картинку. А для того, чтобы картинка получилось цветной, на каждую точку приходится ставить не один затвор, а сразу три – для трех цветов RGB.

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. Разница – в адресации управляющих сигналов. В ЖК мониторе с TFT матрицей каждой точкой экрана управляет свой электронный переключатель. Такой монитор обеспечивает более качественное изображение.

Достоинства и недостатки. Главное достоинство ЖК-моделей – малые габариты. ЖК монитор потребляет меньшую мощность. При работе с ЖК монитором нагрузка на глаза существенно меньше – сказывается ровная плоскость экрана и отсутствие мерцания. Яркость – однозначно выше (поставить мощную лампу проще, чем усилить электронный пучок).

Коэффициент отражения света от поверхности ЖК монитора в три и более раз меньше, чем от поверхности кинескопа с самым совершенным на сегодняшний момент антибликовым покрытием (Sony FD Trinitron, Mitsubishi Diamondtron NF). Соответственно, бликов на экране ЖК монитора в несколько раз меньше.

В жидкокристаллических мониторах каждый пиксель расположен в фиксированной матрице и включается или выключается отдельно, поэтому не возникает никаких проблем со сведением лучей, в отличие от ЭЛТ мониторов, где требуется безукоризненная работа электронных пушек. Как и мониторы на основе ЭЛТ, ЖК-дисплеи обычно имеют размер "зерна" 0.26-0.3 мм, хотя существуют модели и с меньшим "зерном". В силу особенностей технологии "зерно" на ЖК-дисплее выглядит гораздо четче.

Утверждение о том, что ЖК мониторы абсолютно не излучают, неверно. Переменные электромагнитные поля, которые создаются блоком питания и всей электрической схемой, ЖК монитор излучает так же, как и ЭЛТ. Однако ЖК монитор имеет нулевой постоянный потенциал дисплея, то есть не создает вокруг себя гораздо более вредного постоянного электростатического потенциала.

К безусловным плюсам относятся принципиальное отсутствие проблем с фокусировкой и сведением (ЖК-элементы стоят на том месте, где они должны быть), а также полное отсутствие мерцания экрана (свечение ЖК-элементов не надо поддерживать, они пропускают свет, а не создают его). Муар или подобные ему эффекты практически отсутствуют. Экран ЖК-дисплея абсолютно плоский.

Изображение на экране ЖК монитора не мерцает, при работе со статической картинкой (текст, таблицы и т. п.) перерисовывается не весь экран, как в случае с ЭЛТ монитором, а лишь те пиксели, которые изменяются.

Контрастность на некоторых моделях хуже, чем у ЭЛТ – мониторов. Эти модели имеют контрастность 250:1 или 300:1. Правда, последние модели уже выходят на уровень 400:1 и даже 600:1, что вплотную приближает их к ЭЛТ-мониторам.

На большинстве моделей ЖК-мониторов – малый угол обзора. Наибольшая контрастность проявляется при отвесном взгляде в центр экрана. Если смотреть на изображение под некоторым углом, картинка заметно теряет контрастность, это проявляется, даже когда пользователь просто работает с большим экраном – 17 или 18 дюймов. Тогда периферию экрана волей-неволей приходится рассматривать под некоторым углом, и очень неприятно, когда края экрана выглядят не так, как центр. Обычно угол обзора измеряют до 10-процентного падения контрастности. У большинства продаваемых моделей он не уже 110–120 градусов по вертикали и горизонтали, у некоторых – доходит уже до 170.

Пиксели ЖК-монитора не мерцают, но когда изображение приходится быстро менять, в некоторых моделях все еще сказывается их инерционность. При быстрой прокрутке экрана картинка тормозит, не успевая обновляться. Время реакции пикселя у слабых моделей составляет около 40 мс, а у сильных – около 25 мс. Если пересчитать на кадры в секунду, получится всего 25–40. Появились модели со временем реакции пикселя 16 и даже 12 мс.

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 точек при работе в разрешении 640х480 будет задействовано лишь 66% экрана. Применение же специальных функций "растягивания" изображения на весь экран (полноэкранный режим работы) приводит к катастрофическому падению четкости и искажению изображения.

Существует проблема, так называемых «битых пикселей» – считается допустимым, если в матрице несколько точек не работают, это ремонту не подлежит и основанием для обмена не является.

Главный недостаток ЖК мониторов – высокая цена. Этому способствует сложность изготовления жидкокристаллической панели с огромным числом управляющих элементов. При одинаковых размерах экрана жидкокристаллический дисплей все еще в 2–2,5 раза дороже, чем ЭЛТ-монитор.

3) Плазменные мониторы PDP. Разработка плазменных мониторов (PDP, Plasma Display Panel), начатая еще в 1968 г., базировалась на применении плазменного эффекта, открытого в 1966 г. в Иллинойском университете.

П

Рис. 38. 40-дюймовый плазменный дисплей Mitsubishi Leonardo

ринцип действия плазменной панели (рис. 38) основан на использовании эффекта свечения инертного газа под воздействием электричества (примерно так же работают неоновые лампы). Такая панель состоит из двух стеклянных пластин, между которыми есть небольшой промежуток (0,1 мм), заполненный смесью благородных газов. На каждой из пластин расположены электроды, при подаче напряжения на которые возникает электрический пробой газа в соответствующей ячейке. Этот пробой сопровождается излучением света.

В современных цветных плазменных дисплеях применяется так называемая технология Plasmavision. Для формирования изображения используется множество пикселей, состоящих из трех субпикселей красного, зеленого и синего цветов (RGB). Ультрафиолетовое излучение плазмы возбуждает слой люминофора, вызывая видимое свечение. Каждая отдельная точка красного, синего или зеленого цветов может светиться с одним из 256 уровней яркости, что в сочетании дает около 16,7 млн оттенков комбинированного цветного пикселя (триады).

Достоинства и недостатки. К числу несомненных преимуществ технологии PDP относятся высокая яркость и контрастность изображения наряду с отсутствием мерцания. Частота обновления плазменных экранов в несколько раз больше, чем у конкурирующих с ними LCD-панелей. Существующие плазменные мониторы поддерживают разрешения вплоть до 1280x1024 при 16 млн отображаемых цветов. Яркость экрана таких разработок, как Mitsubishi Leonardo (рис. 34), составляет 300 кд/м² при контрастности 400:1. Для сравнения: у профессионального монитора на базе ЭЛТ яркость равняется приблизительно 350, а у телевизора – от 200 до 270 кд/м² при контрастности от 150:1 до 200:1. Таким образом, плазменные панели по качеству изображения намного превосходят даже хорошие кинескопы. Важным преимуществом плазмы по сравнению с жидкокристаллическими панелями является большой угол обзора по вертикали и горизонтали – 160°. Необходимо отметить и стойкость PDP-мониторов к электромагнитным полям, что позволяет использовать их в промышленных условиях – даже мощный магнит, помещенный рядом с таким дисплеем, никак не повлияет на качество изображения.

Сравнительно небольшая масса и малая толщина позволяют вешать такие дисплеи прямо на стену. Некоторым неудобством является небольшой, по сравнению с ЭЛТ-мониторами, срок службы. Но и пять лет – неплохо для компьютерного дисплея.

Главным и, пожалуй, единственным весомым недостатком существующих PDP-мониторов является их высокая цена. Сейчас разработкой и производством плазменных мониторов занимаются такие компании, как Fujitsu, Matsushita, Mitsubishi, NEC, Pioneer.

4) LEP – монитор.

LEP (Light Emitting Polymer – светоизлучающие полимеры) – искусственные материалы, электропроводность разных представителей которых лежит в весьма широком диапазоне. Открыты светоизлучающие полимеры были в 1989 г. Одной из первых областей их применения стали схемные соединения различного типа. Существуют проекты использования LEP в качестве материала для изготовления дорожек на печатных платах.

В 1990-х годах британская компания Cambridge Display Technology (CDT) разработала технологию применения светоизлучающих пластиков в устройствах воспроизведения визуальной информации – дисплеях. При помощи японской корпорации Seiko Epson в феврале 1998 г. появился первый в мире пластиковый монитор. Представленный дисплей был монохромным (но не черно-белым, а черно-желтым), имел разрешение 800x236 точек и площадь около 50 квадратных миллиметров при толщине всего в 2 миллиметра. Каждым пикселем дисплея управлял отдельный тонкопленочный транзистор (TFT), а светоизлучающий полимер наносился на коммутирующую матрицу в жидком виде по технологии, аналогичной стандартной струйной печати.

Достоинства и недостатки. Существует ряд причин, как чисто технических, так и коммерческих, которые делают LEP одним из главных кандидатов на роль основополагающих по технологии мониторов следующего поколения. В первую очередь это относительная простота применения тонкопленочных технологий при низких затратах и высокой надежности производства. LEP-мониторы работают при напряжении питания около 5 В и имеют очень малый вес, что позволяет использовать их в малогабаритных переносных устройствах (цифровых фотоаппаратах, видеокамерах, калькуляторах, мобильных телефонах, дисплеях ноутбуков), которые питаются от аккумуляторов и батарей.

Устройство LEP-монитора достаточно простое – слои полимера наносят прямо на TFT-матрицу и на прозрачную подложку.

Незначительное влияние соседних электродов, обусловленное хорошими изолирующими свойствами полимера, позволяет формировать изображение из самых малых элементов. Таким образом можно получить практически любое разрешение и придать как отдельному пикселю, так и экрану в целом произвольную форму. Так как LEP-мониторы очень тонкие, можно наносить различные поляризационные покрытия, что обеспечивает высокую контрастность изображения. В отличие от жидкокристаллических дисплеев угол обзора новых устройств достигает 180 градусов за счет того, что пластик излучает свет сам и не требует подсветки.

Одной из главных проблем LEP-технологии является низкая эффективность излучения света, то есть отношение его интенсивности к плотности проходящего тока. Существенным недостатком был и достаточно узкий диапазон цветов, в котором излучали пластики. Его границы удалось расширить, и в настоящее время они простираются от синего до ближнего инфракрасного (при этом эффективность излучения составляет порядка 1%). Полимерный экран нуждается в герметизации, чтобы избежать его расслоения под действием водяных паров. Еще одна проблема заключается в крайне низком сроке службы LEP-мониторов из-за обесцвечивания пластика под действием ультрафиолета. Однако за счет использования многослойной структуры и других технических ухищрений срок службы удалось продлить до 5 лет. В 2000 году компания CDT разработала полноцветный полимерный дисплей. С CDT активно сотрудничают фирмы Seiko Epson, Intel, HP.