Виды мониторов.

Краткий обзор современных видов мониторов.

В настоящее время существует большое количество типов или видов мониторов, имеющих отличия в технологии изготовления экрана, и как следствие, качество воспроизведения изображения и применения в различных областях деятельности. Перечислим основные виды мониторов и дадим краткую характеристику:

Электронно‐лучевые мониторы. Исторически самые первые. Состоят из вакуумной электронной трубки, в которой пучки электронов, с помощью магнитной системы отклонения, формируются и управляются. Эти пучки электронов бомбардируют слой люминофора на котором проецируется изображение, возникает свечение и, в результате, возникает изображение. Поскольку данные мониторы практически вытеснены повсеместно, более детально их рассматривать не будем.

Основные недостатки данных мониторов:

Большие габариты, связанные с принципиальным устройством электронно‐лучевой трубки.

Большая масса, связанная с первой характеристикой.

Искажения изображения на переферии монитора, связанные с физическим устройством электронно‐лучевой трубки и принципиальной невозможностью производства плоских мониторов по этой технологии.

Конструктивная необходимость использования высокого напряжения, до 50 кВольт, что влияет не лучшим образм на энергосберегающие характеристики, а также безопасность.

Жидкокристаллические мониторы или LCD по‐английски. Эффект изменения положения молекулы жидкого кристалла под действием напряжения был известен давно. Практический эффект был получен ещё в начале 60‐х годов прошлого века. Тогда впервые появились миниатюрные дисплеи в наручных часах, калькуляторах, различных индикаторах. С течением времени технология совершенствовалась, хорошим толчком послужило появление ноутбуков и других портативных компьютеров.

Применение данной технологии в производстве мониторов позволило решить полностью проблемы, которые были у их предшественников, электронно‐лучевых мониторов. Габариты значительно уменьшились, в десятки раз. Теперь нет необходимости специально выделять большое место под монитор. В связи с этим значительно уменьшился вес самого монитора. Теперь по массе он сопоставим с ноутбуком. Естественно, это касается не очень больших мониторов. Искажения, характерные для электронно‐лучевых мониторов, исчезли, поскольку экран жидкокристаллической матрицы действительно плоский.

матрица LCD

Однако, жидкокристаллическим мониторам присущи свои недостатки, которые фирмы‐производители пытаются преодолеть, внедряя новые технологии. К таким недостаткам относятся более низкая контрастность и насыщенность цвета изображения. Время отклика матрицы(появилась новая характеристика для LCD) на первых порах была большой, это приводило к тому, что динамические сцены показывались с артефактами изображения. Связано это с инерционностью переключения состояния жидких кристаллов. Малые углы обзора, когда одна и таже картинка, если смотреть сбоку, сверху или снизу начинает искажать или инвертировать цвета.

Для преодоления этих недостатков фирмы‐производители начали совершенствовать технологию жидкокристаллических матриц, что привело к созданию следующих типов мониторов, различающихся по технологии изготовления матрицы:

TN+film(Twisted Nematic или скрученные нематически), исторически первые жидкокристаллические матрицы, в которой кристаллы выстроены друг за другом, но расположены относительно плоскости дисплея или взгляда по спирали. При подаче напряжения эта спираль «скручивается» на величину, зависящую от напряжения. Пиксел окрашивается в тот или иной цвет.

S‐IPS, разработка фирмы Hitachi, кристаллы закручены не в спираль, а выстроены друг за другом параллельно. Это позволяет получить более качественные цвета, но время отклика увеличивается, так как нужно больше времени на поворот всего массива кристаллов.

MVA/PVA, компания Fujitsu разработала очередную технологию, устраняющую недостатки цветопередачи технологии TN и уменьшающее время отклика по сравнению с технологией S‐IPS. Для этого пришлось существенно усложнить строение и матрицы, и фильтров‐поляризатров. Фирма Samsung разработала собственную технологию PVA, чтобы не платить лицензионные сборы. Технологии эти похожи, а отличие в большей контрастности изображения.

PLS, технология разработанная фирмой Samsung, позиционируется в способности дать более контрастное изображение по сравнению с технологией S‐IPS, и дешевле на 10% по сравнению с ней. Технология изготовления и устройства матрицы неизвестна. До недавнего времени данный тип матриц использовался в мобильных устройствах.

Плазменные мониторы или PDP по‐английски. Используется эффект свечения инертных газов под высоким напряжением. Данная технология избавлена от недостатков, присущих жидкокристаллическим матрицам. Яркость и контрастность картинки на высоте, и поскольку элементы матрицы получаются достаточно большими, что влияет на разрешающую способность не лучшим образом, это практически не видно. Изображение динамических сцен также передаются без искажений. Углы обзора большие, картинку видно без потери цвета с любого направления. Толщина экрана стала ещё меньше, по сравнению с жидкокристаллическими мониторами.

OLED‐мониторы или мониторы с матрицей из органических светодиодов. Являются приемниками жидкокристаллических мониторов. К преимуществам относятся чрезвычайно низкое энергопотребление, так как данные светодиоды светятся сами по себе. Нет нужды в лампе подсветки. Чрезвычайно высокая контрастность, высокое быстродействие, время отклика измеряется в микросекундах, в отличие от миллисекунд в жидкокристаллических мониторах. Глубина OLED‐монитора ещё тоньше, чем у плазменных мониторов. А углы обзора состовляют 180 градусов, так как мы смотрим на сами светодиоды, а не на фильтры, как у жидкокристаллических мониторов.

Несмотря на такие выдающиеся характеристики есть и недостатки. Это недолговечность OLED‐матрицы при дороговизне подобных мониторов является решающим фактором низкого спроса на них. А это влияет на скорость внедрения разработок, ведь фирмы несут убытки. Зачем тратить большие ресурсы на убыточное дело?

Но несмотря на это, разработчики не оставляют попытки решить указанные проблемы, так как OLED‐технология позволяет делать фантастические вещи: сворачивать экран в трубочку, создавать прозрачные табло, использовать в широком диапозоне температур и т.д. Для любителей подобных вещей продаются OLED‐мониторы, стоимостью порядка 8000$, с диагональю экрана около 60 см.

На сегодняшний день это самые распространённые виды мониторов, за исключением самого первого и последнего в нашем списке. Времена первого уже прошли, а у последнего еще всё впереди. Рассмотрим более детально технологии изготовления матриц мониторов.

Технологии изготовления матриц.

Жидкокристаллическая матрица TN+film состоит из следующих элементов:

лампа подсветки из ртути;

система отражателей для равномерной подсветки;

стеклянная подложка с контактами;

фильтры‐поляризаторы;

жидкие кристаллы;

Пиксель в жидкокристаллической матрице формируется из 3 ячеек или точек синего, красного и зелёного цветов. Включая и выключая эти точки, комбинируя эти состояния, получают тот или иной цвет. Управление матрицей происходит по‐пиксельно. Здесь кроется большой недостаток данных пассивных матриц: пока сигнал дойдёт до последних пикселей, яркость первых, вследствие потери заряда уменьшится. Да и строить матрицы с большой диагональю по подобной технологии также нецелесообразно. Потребуется увеличить напряжение, что приведёт к росту помех.

Для преодоления этих препятствий была разработана технология TFT(Thin Film Transistor) или тонкоплёночный транзистор. Поскольку транзистор это активный элемент, соответственно, матрицы стали активными. Применение таких транзисторов позволило управлять каждым пикселом отдельно, что позволило значительно увеличить время реакции и производить жидкокристаллические матрицы больших размеров.

В каждой ячейке того или иного цвета, входящей в состав пикселя, расположены молекулы жидких кристаллов. В технологии TN+film они выстроены друг за другом, но развёрнуты относительно друг друга по‐спирали таким образом, что крайние молекулы развёрнуты относительно друг друга на 90 градусов. Данные молекулы расположены в специальных бороздках, которые и создают такое расположение на стеклянной подложке.

К концам данной спирали подсоединены электроды, к которым подаётся напряжение, управляющее пикселом. В ответ на это, в зависимости от напряжения, спираль начинает сжиматься. Таким образом при отсутствии напряжения свет проходит через первый фильтр‐поляризатор, затем молекулы жидкого кристалла разворачивают свет на 90 градусов, чтобы он был в одной плоскости со 2 фильтром и прошёл сквозь него. Таким образом получаем белый пиксель.

матрица TN

Если будет подано максимальное напряжение, молекулы кристалла займут такое положение, при котором свет будет поглощён полностью вторым фильтром‐поляризатором. Соответственно пиксель окрасится в чёрный цвет. При вариациях поданного напряжения, свет будет частично поглащаться поляризатором из‐за расположения кристаллов. Пиксель будет окрашен в серые оттенки, что означает свет будет частью проходить, а частью поглощаться.

Поскольку матрица, изготовленная по этой технологии обладают малыми углами обзора, применили специальную плёнку, накладываемую сверху и раширяющую обзор. Получилась технология TN+film, у которой при смене угла обзора интенсивность цвета меняется не так резко. Данная технология применяется и сейчас, поскольку она самая дешёвая. Но для работы с графикой она не подходит.

Плюсы технологии TN+film:

высокое быстродействие матрицы;

низкая стоимость;

Недостатки технологии:

малые углы обзора;

малая контрастность;

качество цветопередачи;

Технология S‐IPS основана на тех же принципах, отличие состоит в том, что молекулы выстраиваются друг за другом параллельно, а не скручиваясь в спираль, как в технологии TN+film. Электроды расположены на нижней подложке. При отсутствии напряжения свет не проходит через 2 поляризационный фильтр, плоскость поляризации которого расположена под углом 90 градусов. Таким образом получается насыщенный чёрный цвет. Углы обзора матриц, выполненных по этой технологии, составляют до 170 градусов по горизонтали и вертикали, что очень выгодно отличает данные мониторы от предыдущих.

поляризация кристаллов в S-IPS

Плюсы технологии S‐IPS:

большие углы обзора по горизонтали и вертикали;

высокая контрастность;

Недостатки технологии;

большое время отклика, так как надо развернуть молекулы на больший угол;

более мощные лампы для подсветки панели;

необходимы более мощные напряжения для разворота молекул, так как электроды в одной плоскости;

высокая стоимость;

Исходя из характеристик матриц, выполненных по данной технологии, применять их лучше всего в дизайнерских задачах, там где не требуется высокое быстродействие динамичных сцен, но требуется качественная цветопередача.

Компромиссом между высокой цветопередачей технологии S‐PS и быстродействием TN+film, стала технология MVA. Суть данной технологии состоит в том, что молекулы распологаются параллельно друг другу, а по отношению ко 2 фильтру по углом 90 градусов. Второй фильтр имеет сложное строение, он состоит из треугольников, к боковым сторонам которым и развёрнуты молекулы кристаллов таким образом. Попадая на второй фильтр через молекулы, свет поляризуется на 90 градусов(работа молекул кристалла) и поглощается 2 фильтром, который такой свет не пропускает. В результате получаем чёрный свет.

поляризация кристаллов в MVA/PVA

Подавая напряжение, молекулы начинают поворачиваться и тем самым направляя свет на 2 фильтр уже под углом, отличным от 90 градусов. В результате свет начинает проходить сквозь 2 фильтр с интенсивностью пропорциональной приложенному напряжению. Данная технология вольно или невольно делит экран на 2 части, по направленности молекул к 2 фильтру, получается то, что находясь по отношению к экрану со стороны, для нас молекулы кристаллов другой стороны не действуют. Мы видим только ту зону, которая ближе к нам и которая цвет не искажает. Применение подобной технологии значительно усложняет строение фильтров‐поляризаторов и самих матриц, так как каждую точку экрана дублируют с 2 зон.

Фирма Samsung не пожелала платить за лицензию и разработала свою технологию PVA, очень похожую на MVA, и имеющую ещё большую контрастность. Поэтому зачастую в характеристиках мониторов указывается MVA/PVA.

кристаллы матрицы MVA-PVA

Плюсы технологии MVA/PVA:

большие углы обзора;

хорошая цветопередача и контрастность;

Недостатки технологии:

сложность изготоления матрицы;

время отклика больше, чем матриц технологии TN+film

На этом обзор технологий жидкокристаллических матриц завершаем. Что касается сравнительно недавно ананосированной фирмой Samsung технологии PLS(Plane‐to‐Line Switching), то она скорей всего развитие технологии S‐IPS. Во вском случае сторонние эксперты изучив матрицы PLS и S‐IPS под микроскопом, отличий не выявили. Более того Samsung выдвинула иск против LG, в котором утверждала, что используемая LG технология AH‐IPS, является модификацией PLS, что косвенно подтверждает вышесказанное.

Плазменные мониторы в настоящее время получили широкое распространение благодаря тому, что подешевела технология производства. Производятся мониторы с большой диагональю, поскольку производить с малой диагональю технологически затруднительно. Поэтому и цены на них могут быть больше, чем на широкоэкранные.

Матрица плазменного монитора состоит из ячеек, на стенки которой нанесено покрытие из фосфора, а сами ячейки заполнены инертным газом: неоном или ксеноном. При подаче напряжения на ячейку происходит разряд, инертный газ начинает испускать фотоны, которые в свою очередь бомбардируют фосфорное покрытие ячейки. Фосфор в свою очередь начинает испускать фотоны света. Всем известно, как фосфор люминесцирует даже при дневном свете.

устройство плазменной матрицы

Ячейки плазменной матрицы имеют 3 цвета: красный, зелёный, синий, и в таком составе образуют пиксель. Соответственно, подавая напряжения разной интенсивности и комбинируя цвета, получают на данный момент тот цвет, который необходим. Принцип такой же, как и у жидкокристаллических матриц, просто вместо кристаллов используется ячейки с инертным газом. Причём, каждая ячейка пикселя управляется отдельно, что самым лучшим образом сказывается на цветопередаче и контрастности.

В целом экран плазменной матрицы состоит из 2 стёкол, наружного и внутреннего, между которыми располагаются 2 слоя диэлектрика с электродами. Один слой диэлектрика примыкает к внешнему стеклу. В этот диэлектрик встроены питающие электроды или электроды экрана. После слоя диэлектрика идёт тонкий слой оксида магния или защитный слой. А затем сам слой с ячейками инертного газа.

Со стороны внутреннего стекла также есть слой диэлектрика в который встроены электроды, которые называются адресными или управляющими. Таким образом, при подаче напряжения между питающим и адресным электродом и возникает газоразрядный ток, который приводит к испусканию фотонов в отдельной ячейке и всей плазменной панели в целом, согласно необходимому сюжету.

Как видно из этого описания, технология матрицы плазменных мониторов несколько проще, чем жидкокристаллических. Рассмотрим теперь плюсы и минусы данной технологии.

Плюсы:

большие углы обзора;

бесподобное качество цветопередачи и контрастности, насыщенность передаваемого цвета;

абсолютно плоский экран и его малая толщина;

небольшое время регенерации изображения;

У всякой технологии есть какой‐либо предел, поэтому свои недостатки есть и у плазмы:

повышенное энергопотребление, поскольку используется газоразрядный эффект;

большой размер пиксела, что влияет на разрешающую способность картинки с мелкими деталями;

ресурс плазменных панелей ниже, чем жидкокристаллических;

панели с малой диагональю дороже аналогичных жидкокристаллических;

OLED‐матрица состоит из органических светодиодов. Светодиод состоит из катода и анода, между которыми находится органическое вещество. При прохождении электрического тока катод испускает электроны, а анод—положительные ионы. Электрическое поле направляет эти частицы навстречу друг другу и рекомбинируя друг с другом они испускают свет. Анод, выполненный изоксида индия с добавками олова пропускает свет в видимом диапозоне.

Для создания цветных OLED‐дисплеев были подобраны вещества, которые могут излучать свет разной длины волны, и соответственно, цвета. Светодиоды синего, красного и зелёного цвета образуют ячейку матрицы. Данная ячейка управляется путём подачи к ней напряжения. Контроллер матрицы на большой скорости последовательно подаёт управляющее напряжение, как в строчной развёртке электронно‐лучевой трубки. За счёт этого человеческий глаз не успевает почувствовать разницу цвета, когда ячейка получила импульс, а когда он перестал воздействовать на ячейку. Такая OLED‐матрица является пассивной.

устройство матрицы OLED

Есть и активные OLED‐матрицы, где каждой ячейкой управляет свой транзистор, и все диоды загораются практически одновременно. Такая матрица дороже пассивной, из‐за сложности производства.

Возможности OLED‐технологии удивительны. Так, например, прозрачным можно сделать не только анод, но и катод. В этом случае дисплей будет полностью прозрачным, а на восприятии картинки за счёт яркости свечения светодиодов, это не отразится. Или же вместо подложки из стекла, использовать гибкий материал. В этом случае экран можно сворачивать в трубочку.

Массовое производство OLED‐мониторов пока наблюдать не приходится в связи с большой ценой. Да и производить дисплеи с большими диагоналями трудней. Тем не менее, фирмы не останавливаются в своих оисследованиях. Не так давно фирма Samsung анонсировала монитор с диагональю 55 дюймов, поэтому проблемы, возникающие в технологии изготовления OLED‐матриц преодолеваются.

Рассмотрим достоинства технологии OLED:

углы обзора самые большие по сравнению с другими технологиями;

самая высокая контрастность среди существующих технологий;

время отклика измеряется в микросекундах, а у жидкокристаллических матриц в миллисекундах;

отсутствие лампы подсветки, значит, энергопотребление ниже;

толщина экрана ёщё меньше;

могут использоваться в широком диапозоне температур;

К недостаткам технологии относятся:

время жизни органических светодиодов;

необходимость тщательной герметизации матрицы от влаги;

дороговизна;

Перспективы развития разных технологий создания дисплеев.

На данном этапе наблюдается интересная картина: существует несколько технологий изготовления матриц дисплеев и все они активно развиваются, избавляются от недостатков. При всём при этом, нет жёсткого противостояния между изделиями, изготовленными по разным технологиям.

Если вам нужен большой экран, то выбираем плазменную матрицу, если меньше, соответственно жидкокристаллическую. Необходимо решать дизайнерские задачи? Выбираете жидкокристаллический дисплей, изготовленный по технологии S‐IPS. Нужна картинка с более‐менее высокой чёткостью и малым временем отклика? Выбираем технологию MVA/PVA. Не хочется платить большие деньги? Тогда выбираем TN+film. Хочется чего‐то этакого? Вот на подходе и уже выпускаются OLED‐мониторы, правда за большие деньги.

Поскольку каждая технология по сути нашла свою нишу, соответственно есть на неё спрос и она будет развиваться дальше, избавляясь от недостатков. Но как только какая‐либо из них окажется по технологическим и потребительским характеристикам аналогична или превзойдёт другую, соответственно она вытеснит конкурента.

Новейшая технология OLED очень перспективна, она может вытеснить плазменные дисплеи и потеснить жидкокристаллические, но не раньше, чем решится вопрос с увеличением времени жизни органического светодиода и удешевления технологии.

Жидкокристаллические мониторы сейчас самые дешёвые и они тоже избавляются от своих недостатков, но они по определению не могут превзойти плазменные мониторы по качеству красок, углов обзора, толщине экрана, времени отклика и величине диагонали.

Соответственно плазменные мониторы не могут заменить остальные в классе средних и малых мониторов, и, соответственно, в степени детализации изображения. Мелкие детали, да ещё на небольшом мониторе будут выглядеть некачественно.

Поэтому работы над улучшением характеристик матриц, изготовленных по разным технологиям ведутся непрерывно, но о решающем превосходстве какой‐либо технологии говорить не приходится. Превосходя в одних характеристиках, каждая из них, уступают соперникам в других. Поэтому вывод один: все эти технологии будут развиваться, а следовательно все они перспективны.

Мы рассмотрели какие существуют виды мониторов в настоящее время и устройство их матриц. В следующих статьях мы продолжим обзор технических характерисик мониторов.

Наверх