LCD, PDP, LEP монітори "

Діджитал 29 червня 2022 Перегляди: 215

Протягом всієї історії персональних комп'ютерів їх незмінними супутниками залишалися монітори, побудовані на основі використання електронно-променевих трубок (ЕЛТ). Відомо, що зображення в таких моніторах створюється за рахунок випромінювання світла люмінофором, який розміщується на внутрішній поверхні трубки. Активується люмінофор в результаті його бомбардування зарядженими частинками, що випускаються електронною гарматою, розташовується в підставі катодної трубки. Саме завдяки такій конструкції ЕЛТ-монітори мають великі габарити, які практично не є можливим зменшити без різкої втрати якості зображення. Ще одним і, на мій погляд, найважливішим мінусом при роботі за таким монітором є те, що здоров'я користувача постійно знаходиться під ударом: втома очей і поступове зниження зору, постійне опромінення і перебування в статичному полі. Так, хоча стандарти безпеки з кожним роком стають все жорсткішими, але все одно це проблему не знімає. Тоді виникає розумне питання: чи варто економити гроші на своєму здоров'ї, якщо є можливість придбати більш безпечний пристрій?

Монітори LCD
Пасивні та активні LCD матриці
Чи варта гра свічок?
PDP. Плазмові екранні матриці
LEP. Світловипромінювальні пластики
Додаткові матеріали:

У цьому огляді будуть докладно розглянуті альтернативні технології виробництва моніторів від вже досить поширеної LCD і до ще таких досить екзотичних як PDP і LEP. Автор постарається об'єктивно дати оцінку кожній технології, вказати на всі їхні плюси і мінуси.

Отже, почнемо, мабуть, з LCD-моніторів, як найбільш реальній заміні старичку ЕЛТ.

Монітори LCD

Широко поширеною альтернативою електронно-променевим моніторам виступають матриці на рідких кристалах (Liquid Crystal Display або LCD). Вперше цю технологію почали застосовувати на ринку портативних комп'ютерів. Перші LCD-монітори були монохромними, успадкувавши цю особливість у своїх попередників - екранів для наручних годинників і калькуляторів. Згодом на світ з'явилися і кольорові зразки.

В основі технології, піт якої створюються рідкокристалічні монітори, лежать особливі фізико-хімічні властивості групи речовин, які умовно називають рідкими кристалами. По суті, це особливі рідини, молекули яких взаємно орієнтовані. У результаті рідкі кристали виявляють однорідність фізичних властивостей, які можна міняти, подаючи напругу на полюсні контакти, розташовані по краях матриці, заповненої рідкими кристалами. При цьому молекули речовини змінюють свою просторову орієнтацію. Внаслідок всього цього оптичні властивості матриці змінюються: змінюється ступінь її прозорості та характеристики відбитого світла.

Хочу відразу відзначити той факт, що процес впровадження LCD-моніторів гальмувався з одного боку тим, що ця технологія була на ті часи досить нова і ще сиру, властивості рідких кристалів відкривалися поступово; з іншого - вартість ЖК-матриць була занадто висока, внаслідок чого готові продукти на їх основі не могли конкурувати з досить дешевими, відносно LCD, ЕЛТ-моніторами.

матриця LCD

Необхідно кілька слів сказати про ефект поляризації. Поляризація - це відхилення від рівноважного значення різності потенціалів між гальванічним електродом і розчином при проходженні електричного струму. Поляризація заснована на поляризуваності окремих речовин. Поляризованість - здатність атомів, іонів і молекул в електричному полі Е купувати дипольний момент р рівний: р = Е. Іноді коефіцієнт пропорційності «» a «» називають поляризованістю. Як же це застосовується в ЖК-матрицах? Кожен елемент ЖК-матриці - це один піксель зображення. Для того, щоб упорядкувати всі молекули РК-наповнювача (тим самим надавши потрібні властивості), необхідно створити поляризаційний ефект. Для цього на підкладки екрану нанесені мікроскопічні напрямні канали, вертикальні на одній стінці і горизонтальні на іншій.

Однак був помічений і такий факт: молекули РК-наповнювачів приблизно таким же чином реагують при попаданні на них променя світла, як і при наявності або відсутності електромагнітних полів. Тому вся матриця пікселів піддається підсвічуванню від зовнішнього джерела - прямим або відображеним світлом. У результаті всі молекули екрану синхронно повертаються на певний кут щодо напрямку проміння світла, внаслідок чого в результаті ми отримуємо рівномірно пофарбований екран.

Але тут виникає невелика дилема. Людське око не здатне зафіксувати зміну площини поляризації без додаткових пристроїв. Тому на зовнішню частину ЖК-матриці зазвичай надягають ще два спеціальних фільтри. Ці поляризаційні фільтри пропускають через себе без втрат потік світла з відповідною віссю поляризації і затримує інші.

Принцип формування зображення на LCD-моніторі аналогічний ЕЛТ-моніторам, тобто за допомогою точок-пікселів. Однак замість проміння електронної гармати, що б'є в шар люмінофора, ми маємо справу з великою кількістю електродів, кожен з яких, власне і відповідає за одиничний піксел зображення. Але як піксель зображення розмальовується у потрібний колір? Є два способи вирішення даної проблеми. Перший - це розкладання білого кольору на складові частини за допомогою кольорових фільтрів. Але тут палиця в двох кінцях. З одного боку це досить простий і недорогий спосіб, з іншого ж - втрати сили світлового потоку при проходженні через систему фільтрів виявляються досить значними.

Другий спосіб набагато більш прийнятний, але відповідно і дорожче, так як вимагає точної технічної реалізації. У цьому випадку обігрується динамічна зміна характеристик вектора поляризації потоку в результаті зміни поданої напруги. Різні частини спектра світлового потоку реагують на таку зміну по-різному, тому «» зайві «» частини випромінювання можна просто відсіювати.

Пасивні та активні LCD матриці

За свою не таку довгу історію рідкокристалічні матриці, а, отже, і монітори на рідких кристалах встигли пережити зміну кількох поколінь. Найпершими з'явилися LCD-монітори з так званою пасивною матрицею, які активно використовували технологію STN (Super Twisted Nematic), яка збільшувала кут кручення молекул всередині матриці монітора до 270 °, підвищуючи тим самим загальну контрастність зображення. Пасивні монітори мали на увазі наявність відокремлених електродів, кожен з яких відповідав за формування окремого піксела зображення незалежно від інших, тобто підсвічування здійснювалося попіксельно. Сам термін «» пасивна «» вказував на те, що електроємність кожної комірки вимагала певного часу на зміну напруги, що в результаті призводило до того, що всі зображення перерисовувалося досить довго, буквально рядок за рядком. Таким чином, на пасивних матрицах ще можна було працювати в офісних програмах, в той час, як динамічне зображення здавалося загальмованим і розмазаним (хоча, комусь це явно подобалося якщо брати в розрахунок Motion Blur; o). Крім того, електроди досить часто інтерферували один з одним, створюючи тим самим негарні розлучення.

Надалі на зміну прийшла технологія подвійного сканування, яка полягала в наступному. Вся активна область екрану розділялася на дві частини. Таким чином, малювання зображення відбувалося паралельно в обох частинах. Як наслідок, частота оновлення подвоюється, а змазаність і тремтіння практично зникає. Сьогодні ще можна зустріти портативні комп'ютери, які використовують матриці подвійного сканування. Однак, монітори для персональних комп'ютерів виготовляються вже за іншими принципами.

Більш дорогий, ніж у випадку з подвійним скануванням, але, відповідно, і більш якісний спосіб відображення екрану на рідкокристалічний монітор - це застосування так званих активних матриць. У цьому випадку також діє принцип один електрод - одна комірка, проте кожен піксел екрану обслуговує ще й додатковий елемент, який, по-перше, знижує час, що йде на зміну напруги на електроді (практично в шість разів порівняно з пасивною матрицею), а, по-друге, усуває небезпеку взаємодії сусідніх осередків один з одним. У результаті підвищуються практично всі параметри зображення - чіткість, яскравість і швидкість перерви. Завдяки прикріпленому до кожної комірки транзистору матриця "пам'ятає" "стан всіх елементів екрану, і скидає його тільки в момент отримання команди на оновлення. Крім того, збільшується кут огляду, що свого часу було великою проблемою: при відхиленні голови користувача від перпендикулярного по відношенню до монітора стану зображення починало тухнути і змащуватися.

Найостаннішою технологією в світі LCD-моніторів слід вважати впровадження тонкоплівкових комп'ютерів, або TFT (Thin Film Transistor). Це - надтонкі плівки, товщина яких вимірюється сотими частками мікрону. Матриця такого монітора складається з величезної кількості мікроскопічних транзисторів. На жаль, просування цієї технології до масового користувача ускладнене занадто дорогим і примхливим технологічним процесом, багато в чому схожим з вирощуванням кристалів для підкладки процесорів.

Чи варта гра свічок?

Існує думка, що один з головних недоліків LCD-моніторів криється в їх фіксованій роздільній здатності, яка жорстко визначається кількістю пікселів по горизонталі і вертикалі і, відповідно, щільністю комірок на дюйм. Однак, це не зовсім вірно. Так, це факт, що максимальний дозвіл кожної матриці суворо визначається виробником і перевищити його ну ні як не вдасться. Однак тим же недоліком фактично володіють і звичайні ЕЛТ-монітори. Знизити ж робочий дозвіл на ЖК-моніторах можна двома принципово різними способами. По-перше, зображення може стискатися навколо центру екрану, залишаючи навколо себе чорну рамку незадіяних комірок. По-друге, дозвіл змінюють, вдаючись до інтерполяції, тобто для забезпечення переходу між віртуальними пікселями розтягнутого зображення застосовуватимуть усереднені значення комірок.

Отже, які ж плюси ми маємо, купуючи на даний момент LCD-монітор натомість ЕЛТ-монітору? По-перше, практично повна нешкідливість для людського організму. А це, на мій погляд, один з найважливіших факторів, що впливають на вибір саме цієї технології. По-друге, це компактність, зручність експлуатації та ергономічність. Ну і по-третє, абсолютно плоский екран, який здатний відтворити зображення без найменших спотворень. З негативних моментів можна виділити все ще високу ціну і неможливість (на даний момент) повністю коректної кольоропередачі.

PDP. Плазмові екранні матриці

Прообразом для створення плазмових екранних матриць (Plasma Display Panels) стали найбільш звичайні лампи денного освітлення. Плазмові монітори складаються з підлоги скляної панелі, заповненої газом. На поверхню внутрішнього боку стінок виведені мікроскопічні електроди, що утворюють дві симетричні матриці, а зовні ця конструкція покрита шаром люмінофору. Коли на контакти подається струм, між ними виникає крихітний розряд, який змушує світитися (в ультрафіолетовій частині спектра) розташовуються поруч молекули газу. Наслідком цього є освітлення ділянки люмінофору, як це відбувається в звичайних ЕЛТ-моніторах.

Основні плюси цієї технології це: по-перше, плазмові монітори вигідно відрізняються від своїх конкурентів високою яскравістю і контрастністю зображення; по-друге, в їх габаритах складова товщини являє собою мізерно малу частку. Основні мінуси, що не дозволяють використовувати цю технологію для виробництва моніторів, це низька дозволяюча здатність і вкрай висока енергоємність. Крім того, вартість таких пристроїв є захмарною для масового користувача. Та й проблеми з кольоропередачею для PDP також актуальні, як і для всіх інших рішень, відмінних від ЕЛТ. Втім, сьогодні ще рано судити про те, яка з існуючих технологій прийде на зміну ЕЛТ. При сучасних темпах розробок і впровадження відповідь на це питання ми повинні отримати протягом найближчих трьох років.

LEP. Світловипромінювальні пластики

Інша альтернатива розвитку моніторів, не пов'язана з існуючими напрацюваннями - технологія виготовлення та використання дисплеїв на основі так званих світловипромінюючих пластиків.

перший монітор, побудований за технологією LEP

Світловипромінюючі пластики (Light Emission Plastics) - складні полімери з низкою цікавих властивостей. Взагалі-то, використання пластичних полімерних матеріалів в якості напівпровідників почалося вже досить давно, і зустріти їх можна в самих різних галузях техніки, в тому числі і в побутовій електроніці, включаючи персональні комп'ютери. Однак деякі представники цього сімейства мали і досить незвичайну властивість - здатність емітувати фотони під впливом електричного струму, тобто світитися.

технологія LEP дозволяє довести оглядовість до 1800

Спочатку ККД полімерних світильників був вкрай низьким, і співвідношення випромінюваного світла до витраченого потоку електронів вимірювалося частками відсотка. Але останнім часом компанія Cambridge Display Technology істотно просунулася в розробці світловипромінюючого пластику і підвищила ефективність цих матеріалів у сотні разів. Зараз з упевненістю можна сказати, що LEP порівнялися за своєю функціональністю зі звичними світлодіодами. Тому на порядок денний стало питання про їх практичне застосування.

шматочок світловипромінювального пластику

LEP надзвичайно прості і дешеві у виробництві. В принципі, LEP-дисплей являє собою багатошаровий набір найтонших полімерних плівок. Навіть у порівнянні з екранами на рідких кристалах пластикові монітори здаються зовсім тонкими - всього пари міліметрів цілком достатньо для відтворення на них якісного зображення. За багатьма ж параметрами світловипромінюючі пластики перевершують всіх своїх конкурентів. Вони не схильні до інверсійних ефектів, що дозволяє міняти картинку на такому дисплеї з дуже високою частотою. Для роботи LEP витрачають електричний струм слабкої напруги, та й взагалі відрізняються низькою електроємністю. Крім того, те, що пластик сам випромінює, а не використовує відбитий або прямий потік від іншого джерела, дозволяє забути про ті проблеми, з якими стикаються виробники моніторів на рідких кристалах, зокрема - обмеженого кута огляду. Звичайно, не обійшли цю ще молоду технологію і свої специфічні проблеми, такі, наприклад, як обмежений термін служби полімерних матриць, який сьогодні набагато менше, ніж у електронних трубок і ЖК-дисплеїв. Інша проблема стосується відтворення світловипромінюючим пластиком кольорових зображень.

схема технології LEP

Таким чином, підбиваючи підсумок всьому вищесказаному, хочу відзначити той факт, що в найближчі три роки прямим спадкоємцем ЕЛТ-моніторів буде все-таки LCD-монітори. Ця технологія розвивається вже досить давно за комп'ютерними мірками, що дає підставу говорити про те, що техпроцес все поліпшується, а собівартість продукції падає, стаючи все більш доступною масовому користувачеві.