Виды мониторов. I. Жидкокристаллические мониторы
 Скачать 28.74 Kb.
|
|
Содержание
Введение Невозможно представить современное общество без использования телефонов, компьютеров, планшетов, ноутбуков. Старики, молодежь и даже малые дети – все пользуются данными благами цивилизации. Однако, мы получаем не только необходимую нам информацию, но и значительную нагрузку на глаза, что наносит вред здоровью. Поэтому выбор монитора представляется максимально важным делом при покупке компьютера. Многие годы основным типом мониторов были мониторы с электронно- лучевыми трубками. Эти мониторы, занимающие половину стола, до сих пор нравятся многим пользователям, однако, уже давно их выпуск полностью прекращен. Буквально за несколько лет они были вытеснены с рынка жидкокристаллическими моделями. Критериев, определяющих правильный выбор монитора, очень много. Более того, для разных целей выбираются разные мониторы. Стоимость мониторов может существенно отличаться, их возможности и технические параметры тоже различны. В данном реферате мы рассмотрим какие виды мониторов бывают и для чего они предназначены. Жидкокристаллические мониторы ЖК-панель ничего не излучает, она лишь меняет интенсивность проходящего через нее света – и в этом ее принципиальное отличие от монитора с электронно-лучевой трубкой, в котором каждый пиксель – это самостоятельный светоизлучающий элемент. Поэтому для работы ЖК-панели требуется внешняя подсветка. В компьютерных дисплеях, характеристики которых не должны зависеть от внешнего освещения, блок ламп подсветки располагается позади панели. Жидкие кристаллы никак не влияют на длину волны света, и панель изначально может воспроизводить лишь цвет лампы подсветки. Для решения этой проблемы каждый пиксель панели разбивается на три независимых субпикселя и на него накладывается так называемая цветоделительная маска: практически обычный фильтр, окрашивающий проходящий через каждый из субпикселей свет в один из основных цветов – красный, синий или зеленый. Таким образом, освещая панель белым светом, получаем привычные для любого монитора RGB- триады. Цветные фильтры для красного, зелёного и синего цветов интегрированы в стеклянную основу и расположены близко друг к другу. Описанная выше технология ЖК-дисплеев в виде двух стеклянных пластин с нанесенными на стекло электродами исторически была первой, но на данный момент уже исчезла с рынка компьютерных мониторов. Дисплеи, изготовленные по этой технологии, так называемые пассивно-матричные, отличались очень малыми углами обзора и крайне большим временем реакции, поэтому были непригодны для сколько-нибудь динамичных изображений, увеличить же быстродействие было весьма затруднительно из-за большой емкости растянутой по всему экрану сетки электродов. Решена проблема была только с внедрением активно-матричных панелей, в которых каждый субпиксель имел свой собственный управляющий транзистор. Более того, каждый пиксель теперь оснащен параллельно включенным конденсатором, позволившим поддерживать напряжение на пикселе, а, следовательно, и его состояние постоянным. Так удалось полностью избавиться от мерцания ЖК-матриц. Из-за требования к прозрачности матрицы транзисторы имеют толщину менее 0,1 мкм, поэтому их назвали тонкопленочными транзисторами (thin film transistors, TFT). Со временем аббревиатура TFT стала применяться наравне с понятием «активная матрица», так как одно автоматически означало наличие другого. Сейчас эта аббревиатура не просто наиболее распространена, а иногда даже применяется вместо аббревиатуры LCD. В принципе это не очень корректно, однако применительно к компьютерным мониторам вполне допустимо, поскольку матрицы без TFT не выпускаются. 3D-мониторы Для того чтобы достичь иллюзии реального трехмерного изображения, были разработаны специальные технологии, на основе которых созданы многочисленные прототипы 3D-мониторов и проекционных систем. Однако в большинстве своем подобные системы обладают такими серьезными недостатками, как необходимость применения вспомогательных средств (специальных очков), весьма ограниченная зона стереоскопического эффекта, необходимость настройки системы под каждого конкретного пользователя и т.п. Кроме того, в большинстве случаев та- кие системы оказываются весьма дорогостоящими, что значительно сужает сферу их применения до ограниченного набора специфических профессиональных задач – таких, как работа с системами САПР и т.п. Создание доступной для массовых пользователей системы визуализации, которая обеспечивала бы визуализацию трехмерных сцен сразу для нескольких зрителей и при этом не требовала бы применения вспомогательных средств, оказалось весьма сложной задачей. Найти ее решение удалось инженерам Philips Research, которые использовали новейшие достижения в области производства ЖК-панелей, оптических систем, а также программных и аппаратных средств для обработки изображений. Разработка получилась действительно уникальной: созданный инженерами прототип дисплея позволяет воспроизводить трехмерные изображения и видеоролики для нескольких зрителей одновременно, и при этом нет необходимости ни в использовании вспомогательных средств (очков и пр.), ни в индивидуальной настройке. Помимо этого, созданная технология отличается универсальностью: ее можно с успехом использовать и в малогабаритных мобильных устройствах, и в настольных мониторах с диагональю экрана от 12 до 21 дюйма, и даже в проекционных телевизорах. Рассмотрим устройство и принцип действия такого 3D-монитора. В качестве основы используется ЖК-матрица высокого разрешения, ничем не отличающаяся от применяемых в обычных ЖК-мониторах. С внешней стороны ЖК- панели прикрепляется лист с миниатюрными цилиндрическими линзами – так, чтобы плоскость, в которой формируется изображение пикселей ЖК-панели, оказалась в фокальной плоскости линз. Таким образом, в поле зрения наблюдателя, взгляд которого направлен перпендикулярно линзам, попадает часть ЖК-панели, находящаяся под центральной частью линз. Если же наблюдатель смотрит на экран под некоторым углом, то он будет видеть уже другие области, смещенные относительно центральной части линз. Если на участке ЖК-панели, находящемся под одной линзой, разместить несколько субпикселей, то, рассматривая экран под различными углами, наблюдатель будет видеть различные группы субпикселей, каждая из которых образует отдельное изображение. Формируя из видимых под различными углами групп субпикселей разные изображения (например, стереопару), можно добиться иллюзии трехмерного изображения, аналогичной той, что возникает при просмотре стереослайдов. Каждая из линз работает как миниатюрная проекционная система, размещающая изображение отдельного пикселя, находящегося непосредственно за ней, в пространстве перед пользователем. Поскольку глаза наблюдателя расположены на некотором расстоянии друг от друга, то один глаз будет воспринимать изображение, сформированное из одной группы субпикселей, а другой – изображение из второй группы. Более того, это свойство позволяет наблюдать стереоскопическое изображение на одном дисплее сразу нескольким пользователям. Правда, здесь существует и определенная проблема: промежутки между отдельными пикселями ЖК-панели, увеличенные линзами, образуют хорошо заметные «прорехи» в формируемом изображении, разрушая его цельность. Для того чтобы избежать этого нежелательного эффекта, смежные линзы располагают таким образом, чтобы пиксели ЖК-панели находились между ними – иначе говоря, поверхность каждого пикселя перекрывается двумя соседними линзами. Для обеспечения цельности изображений, формируемых отдельными группами субпикселей, линзы 3D-дисплея расположены под небольшим углом к вертикальной оси ЖК-матрицы. Первый работоспособный прототип 3D-дисплея был создан на базе ЖК-панели без светофильтров, что позволило получить монохромное изображение с утроенным горизонтальным разрешением. Такой дисплей обеспечивал возможность наблюдать монохромную трехмерную сцену в четырех ракурсах. Следующим шагом стало создание цветного устройства на базе 11,3-дюймовой ЖК-матрицы с разрешением SVGA, которое было оснащено наклонными линзами и позволяло отображать семь различных ракурсов трехмерной сцены. В заключение следует упомянуть еще об одном важном преимуществе рассматриваемой технологии – о ее доступности. Для создания описанных выше 3D- дисплеев не требуется дорогостоящих механических и оптических компонентов, благодаря чему цена такого устройства дисплея будет определяться главным образом стоимостью используемой ЖК-панели. Сенсорные экраны Экраны современных устройств могут не только выводить изображение, но и позволяют взаимодействовать с устройством посредством сенсоров. Изначально сенсорные экраны применялись в некоторых карманных компьютерах, а на сегодняшний день сенсорные экраны находят широкое применение в мобильных устройствах, плеерах, фото и видеокамерах, инфокиосках и т.д. При этом в каждом из перечисленных устройств может применяться тот или иной тип сенсорного экрана. Сегодняшние сенсорные экраны подразделяются на несколько типов в зависимости от физического принципа действия: резистивные, емкостные, проекционно-ёмкостные, матричные, экраны на основе поверхностно-акустических волн, оптические, тензометрические, экраны на основе инфракрасных лучей, индукционные экраны и экраны DST. Резистивные сенсорные экраны состоят из стеклянной панели и гибкой пластиковой мембраны, на которые нанесено резистивное покрытие. Пространство между стеклом и мембраной заполнено микроизоляторами, которые в свою очередь надежно изолируют проводящие поверхности, равномерно распределившись по активной области экрана. При нажатии на дисплей, панель и мембрана замыкаются, а контроллер с помощью аналогово-цифрового преобразователя регистрирует изменение сопротивления, преобразовывая его в координаты касания. На такой экран можно нажимать любым твердым предметом, это может быть, как ноготь, так и специальный стилус, и даже обычный карандаш. Как следствие такого строения, резистивные экраны постепенно изнашиваются, из-за чего и возникает необходимость в периодической калибровке экрана, чтобы при нажатии на дисплей происходила правильная обработка координат точки касания. Конструкция матричных сенсорных экранов аналогична резистивной, но упрощена до предела. На стекло нанесены горизонтальные проводники, на мембрану – вертикальные. При прикосновении к экрану проводники соприкасаются. Контроллер определяет, какие проводники замкнулись, и передаёт в микропроцессор соответствующие координаты. Данные экраны имеют очень низкую точность, поэтому постепенно заменяются резистивными. Емкостные сенсорные экраны делятся на два типа: поверхностно-емкостные и проекционно-емкостные. Поверхностно-емкостные сенсорные экраны представляют собой стекло, на поверхность которого нанесено тонкое прозрачное проводящее покрытие, поверх которого нанесен защитный слой. По краям стекла расположены печатные электроды, которые подают на проводящее покрытие низковольтное переменное напряжение. При касании экрана образуется импульс тока в точке контакта, величина которого пропорциональна расстоянию из каждого угла экрана до точки касания, таким образом, вычислить координаты места касания контроллеру достаточно просто, сравнить эти токи. Из достоинств поверхностно-емкостных экранов можно отметить: хорошее светопропускание, малое время отклика и большой ресурс касаний. Из недостатков: размещенные по бокам электроды плохо подходят для мобильных устройств, требовательны к внешней температуре, не поддерживают мультитач и касаться их можно пальцами или специальным стилусом. Кроме того, они не могут определять силу нажатия. Поверхностно-емкостные сенсорные экраны применяются в некоторых банкоматах. Проекционно-емкостные сенсорные экраны представляют собой стекло с нанесенными на него горизонтальными ведущими линиями проводящего материала и вертикальными определяющими линиями проводящего материала, разделенные слоем диэлектрика. Работает такой экран следующим образом: на каждый из электродов в проводящем материале, микроконтроллером последовательно подается напряжение и измеряется амплитуда возникающего в результате импульса тока. По мере приближения пальца к экрану емкость электродов, находящихся под пальцем изменяется и, таким образом, контроллер определяет место касания, то есть координаты касания, это пересекающиеся электроды с возросшей емкостью. Достоинством проекционно-емкостных сенсорных экранов является быстрая скорость отклика на касание, поддержка мультитач, более точное определение координат по сравнению с резистивными экранами и определение силы нажатия. Поэтому эти экраны в большей степени используются в таких устройствах, как iPhone и iPad, в платежных терминалах, банкоматах и электронных киосках Также стоит отметить большую надежность этих экранов, и, как следствие, больший срок работы. Из недостатков можно отметить, что на таких экранах касаться можно только пальцами (рисовать же или писать от руки пальцами очень неудобно) или специальным стилусом. Технология поверхностно-акустических волн. Как следует из названия, эта технология базируется на особенностях распространения поверхностно-акустических волн (ПАВ). Сенсорная панель на базе ПАВ представляет собой стеклянную пластину, которая монтируется перед экраном дисплея с небольшим зазором. В углах пластины установлены пьезоэлектрические преобразователи и принимающие датчики, по краям – отражатели. В процессе работы контроллер подает высокочастотный электрический сигнал на пьезоэлектрические преобразователи, которые, в свою очередь, возбуждают в стеклянной пластине поверхностно-акустические волны ультразвукового диапазона (частотой порядка нескольких мегагерц). Эти волны равномерно распределяются отражателями по толще пластины и затем улавливаются принимающими датчиками, которые преобразуют их в электрический сигнал, считываемый контроллером. При прикосновении к сенсорной поверхности часть энергии поверхностно-акустических волн поглощается (палец или иной предмет в данном случае выступает в роли демпфера, препятствующего свободному распространению волн). По изменению сигналов, считываемых принимающими датчиками, контроллер определяет координаты точки касания. Сенсорные панели на базе технологии ПАВ отличаются надежностью (они выдерживают десятки миллионов нажатий в одной точке), высоким показателем светопропускания (более 90%) и восприимчивостью к нажатиям, выполненным как пальцами, так и различными предметами. В некоторых вариантах реализации данная технология позволяет определять не только координаты, но и силу нажатия. Отдельную группу сенсорных экранов составляют устройства на базе оптических технологий. Популярность подобных решений пока невысока: по результатам 2016 года доля оптических сенсорных панелей составила всего 3% от общего объема мировых поставок. Впрочем, потенциал подобных устройств раскрыт еще не до конца. ИК-сенсор с массивом неподвижных оптопар. Принцип работы данного решения довольно прост. В модуле, обрамляющем экран, с двух сторон расположены линейки ИК-светодиодов с фокусирующими линзами, а на противоположных сторонах – линейки фотодиодов или фототранзисторов. При включении светодиодов над поверхностью экрана формируется невидимая сетка, образованная ИК-лучами. Когда какой-либо предмет приближается к поверхности экрана, он перекрывает пересекающиеся в данной точке лучи. Отсутствие луча фиксируется светочувствительными элементами оптопар, по изменению состояния которых контроллер определяет координаты точки касания. Подобные сенсоры применяются преимущественно в дисплейных панелях с большим размером экрана. Дело в том, что разрешающая способность таких сенсоров ограничена физическими размерами элементов оптопар и параметрами фокусирующих линз. у ИК-сенсоров с массивом неподвижных оптопар есть неоспоримые преимущества. Поскольку между экраном дисплея и наблюдателем отсутствуют какие-либо помехи (стекло, дополнительные проводники и т.п.), установка подобного сенсора не влияет на такие показатели, как яркость, контрастность, четкость и точность цветопередачи. ИК-сенсор с механизмом развертки луча. Развитием идеи бесконтактной регистрации прикосновений посредством ИК-лучей стала ИК-технология с подвижным лучом. Вместо массива оптопар используется один источник ИК-излу- чения (светодиод либо полупроводниковый лазер) и механизм развертки, который обеспечивает движение луча, с высокой скоростью сканирующего рабочую поверхность. При отсутствии препятствия луч рассеивается. Если же на пути луча встречается какое-либо препятствие, то луч отражается от него и улавливается фотодиодом. По изменению состояния фотодиода контроллер фиксирует касание в соответствующей точке. В отличие от ИК-сенсоров с неподвижными оптопарами, описанную конструкцию можно реализовать в виде очень компактного модуля – что, в свою очередь, позволяет без проблем применять ее в портативных устройствах. Уникальной особенностью данной технологии является возможность использования ее с проецируемыми изображениями, причем размер рабочей области может варьироваться в довольно широких пределах. Благодаря отсутствию помех работа оптического сенсора не влияет на характеристики изображения. Кроме того, себестоимость таких сенсоров невелика. Из недостатков отметим не очень высокую разрешающую способность, ограниченные возможности по распознаванию нескольких прикосновений одновременно и довольно большую погрешность определения координат точки касания по краям экрана, где угол падения луча минимален. Оптические сенсоры на базе видеокамер. В подобных устройствах, изображение на экране которых формируется методом обратной проекции, может быть использован оптический сенсор на базе цифровой видеокамеры. В простейшем случае применяется одна видеокамера, работающая в ИК-диапазоне. Изображение на экране в данном случае не является помехой, поскольку оно проецируется в видимом диапазоне и камера его просто воспринимает. Внутренняя поверхность экрана подсвечивается ИК-лучами. При отсутствии каких-либо предметов на поверхности экрана ИК-лучи беспрепятственно проходят сквозь стекло. В случае касания поверхности лучи отражаются от появившегося препятствия и видеокамера фиксирует пятно (или несколько пятен) на однородном фоне. Полученное изображение обрабатывается программным обеспечением, которое вычисляет координаты точек касания. Заключение Технологии развиваются с каждым годом и ученые уже сейчас активно работают над традиционными технологиями, постоянно улучшая их качество и одновременно создавая принципиально новые. Однако, мы познакомились с основными видами мониторов, существующими сейчас, а также рассмотрели их особенности, достоинства и недостатки. Выбор монитора представляется максимально важным делом при покупке компьютера. Лучше уж, в условиях ограниченных денежных средств, взять процессор классом ниже, или пожертвовать объемом устанавливаемой оперативной памяти. Монитор, скорее всего, переживет еще несколько изменений конфигурации вашего компьютера, и, будучи правильно подобранным, позволит сохранить зрение, что трудно измерить какими- либо деньгами Список используемой литературы 1. Катунин Г.П. Основы мультимедийных технологий // Новосибирск.: СибГУТИ, 2016. С. 280-328. 2. Мамчев Г.В. Устройства воспроизведения телевизионных и компьютер- ных изображений // Новосибирск.: СибГУТИ, 2004. С. 258. 3. Основы монитороведения. [Электронный ресурс] // http://podberi- monitor.ru/article/articles/osnovy-monitorovedeniya-tipy-matric (дата обращения: 23.10.2021) |