Монитор

Вижте пояснителната страница за други значения на монитор.

Монитор (или още дисплей, екран) e устройство за изобразяване на информация във визуален или тактилен вид.^[1]^[2] Повечето монитори в миналото са с катодно-лъчева тръба и имат формата на голяма кутия с екран, но в съвремието използват екрани с течни кристали (LCD) и плазмени екрани, които са по-компактни. За разлика от телевизора, мониторът няма тунер и обикновено е с по-висока разделителна способност и честота на опресняване (при лъчевите монитори). При телевизорите обаче също се въвежда висока разделителна способност заради новите технологии за видео дискове и телевизионни програми с висока разделителна способност.

Най-често под термина монитор се разбира изходното устройство на компютър.^[3] Той моментално възпроизвежда това, което се извършва чрез входните устройства (мишка, клавиатура и др.).

История

Мониторите са изминали дълъг път от времето на мигащите в зелено екрани на компютърните системи от 70-те години на ХХ век, изобразяващи само текст в един цвят.

През 1981 г. IBM представя Color Graphics Adapter (CGA), който е способен да възпроизведе четири цвята, и постига максимална резолюция от 320 пиксела хоризонтално на 200 пиксела вертикално.

През 1984 г. IBM представя Enhanced Graphics Adapter (EGA) екран. Тази технология позволява до 16 различни цветове и увеличава резолюцията на дисплея на 640х350 пиксела, което подобрява външния вид и прави четенето на текст по-лесно.

През 1987 г. IBM представя Video Graphics Array (VGA) системата. Повечето компютри в днешно време поддържат този стандарт и много VGA монитори са все още в употреба.

IBM представя Extended Graphics Array (XGA) дисплея през 1990 г., който предлага 800х600 резолюция при истински цветове (true color) – 16,8 милиона цвята.

Повечето дисплеи, продавани днес поддържат Ultra Extended Graphics Array (UXGA) стандарта. Цветовата гама на UXGA се състои от 16,8 милиона цвята и разделителна способност до 1600х1200 пиксела, в зависимост от паметта на видео картата на компютъра. Максималната резолюция по принцип зависи от броя на цветовете, които се показват. Дисплей, който работи в SuperVGA (SVGA) режим, може да показва до 16,8 милиона цвята.

При електронно-лъчевите монитори (CRT) е важна честотата на „опресняване“ – ако мониторът поддържа 72 Херца, тогава светлината преминава през всичките пиксели от горе до долу 72 пъти в секундата. Тази честота е много важна, защото тя контролира „премигванията“ и колкото по-висока е тя, толкова по-добре. Ниската честота на опресняване или преминавания в секунда могат да направят премигванията видими за човешкото око, а това води до главоболие и напрежение в очите.

Видове монитори

Монитори с електроннолъчева тръба (CRT – Cathode-Ray Tube)

Основна статия: електроннолъчева тръба

В индустрия, в която развитието е толкова бързо, изглежда изненадващо, че технологията, по която се произвеждат телевизорите и мониторите е на 100 години. Произходът на кинескопа (или електроннолъчева тръба (също катоднолъчева тръба, на английски: CRT Cathode-Ray Tube,) никога не е бил много ясен. По-голямата част от компютърното общество смята, че германският учен Карл Фердинанд Браун е създал първия управляем модел на CRT през 1887 г. Към края на 30-те години на XX век CRT започват да се използват в първите телевизионни приемници. Въпреки че днешните кинескопи, използвани при компютърните монитори, са претърпели модификации с цел подобряване на качеството на картината, те все още работят на същия основен принцип.

Течнокристален екран

Основна статия: Дисплей с течни кристали

Течнокристалният екран е добре познат с английската си абревиатура LCD, което идва от първите букви на liquid crystal display. Този вид екран се използва при цифровите часовници, калкулатори и множество портативни компютри.

LCD дисплеите използват два тънки слоя с разтвор от течни кристали, намиращ се между тях, плюс поляризатор, с подходящо разграфяване (точкова матрица). При преминаване на електричен ток през течността кристалите се подравняват, така че светлината, поляризирана от единия слой, не може да премине през другия. Следователно всяка точка от матрицата (пиксел) играе ролята на ключ, който или позволява на светлината да премине през него, или я блокира.

Монохромните LCD изображения често се виждат от наблюдателя като сини или тъмно сиви изображения върху сребрист фон. Цветните LCD дисплеи използват два вида матрици. Пасивната матрица е по-евтината от тези две технологии. При нея за всеки ред и всяка колонка от пиксели има отделен извод. Другият вид матрици са активните матрици. Дисплеите, произвеждани с такива матрици, използват TFT (Thin Film Transistor – тънкослоен транзистор) за управление на всяка точка от изображението, което се получава почти толкова реалистично, колкото и това на стандартните CRT дисплеи. Наличието на допълнителни елементи в самата матрица оскъпява производството.

Дисплеите с пасивна матрица, появили се на пазара и които използват CSTN и DSTN технологиите, демонстрират ясни цветове, като по този начин конкуренцията между тях и дисплеите с активна матрица става все по-жестока.

Повечето LCD монитори, използвани при преносимите компютри са „предавателни“, което прави текста, който се изобразява на тях, по-лесен за четене.

Начинът, по който се контролира преминаването на светлината, касае поляризирането на светлината. След като веднъж светлината бива поляризирана в определен ъгъл на поляризация с филтър, нейнияг интензитет може да бъде контролиран чрез настройване на ъгъла на поляризиране чрез друг филтър.

Тънкослойни транзисторни дисплеи

Основна статия: TFT LCD

Този вид дисплеи използват точкова матрица с голяма разделителна способност, съдържаща хиляди пиксели. Например при VGA стандарта, който съдържа изображение с големина 640 на 480 пиксела, това означава, че при LCD технология, при която всеки пиксел се контролира от един до четири транзистора, се изискват общо 921 600 различни суб-пиксела. С помощта на тези тънкослойни транзисторни дисплеи могат да се изобразяват перфектни картини, в които всеки пиксел е свързан със силициев транзистор, регулиращ интензитета и цвета на пиксела. Използването на транзистори за всеки пиксел се нарича „TFT активна матрица“. Това е точно обратното на пасивната матрица, описана в предишната секция. TN ефектът показва черно-бяло изображение, а цветните изображения се формират от трипикселови групи използващи червени сини и зелени филтри. Картината има нужда от подсветка (осветяване от лампа, поставена зад течнокристалния панел).

Представени в края на 80^-те години на XX век, TFT LCD екраните стават широко разпространени и са предпочитани при преносимите компютри и плоските монитори. Някои от недостатъците на TFT са: влияние на ъгъла на наблюдение върху качеството на изображението, по-ниска скорост на опресняване, и висока цена при производството на големи екрани. Това намалява приложимостта им, но независимо от това TFT LCD навлиза и в производството на телевизори.

TN TFT или ТН+Film TFT

Най-разпространеният тип цифров панел е базиран на технологията, наречена TN TFT или ТН+Film TFT (Twisted Nematic + Film). Терминът „слой“ (Film) означава допълнителен външен слой, който позволява да бъде увеличен обичайният ъгъл на гледане от 90 (по 45° от всяка от двете страни) до 140 градуса.

Super-TFT или IPS

Следващият основен тип LCD технология е IPS (In-Plane Switching), който е така замислен, че да подобри някои от недостатъците на TN TFT технологията. Тази технология също така бива наричана Super-TFT и бива развивана от фирмата Hitachi. IPS позволява увеличаване на ъгъла на видимост до почти 170 градуса, използвайки по-прецизен метод за контрол на наредбата на течните кристали, който е основният принос на тази технология. Въпреки това, контрастните съотношения остават на същото ниво, на което са тези при TN TFT технологията, а времето за реакция дори е нараснало.

MVA

Третата технология бива развивана от фирмата Fujitsu и е обещаваща от гледна точка на преодоляването на основните недостатъци на LCD панелите. Тази технология се нарича MVA (Multi-Domain Vertical Alignment или Многоадресово Вертикално Разположение) и е наследник на предишните VA технологии. В общи линии нейните предимства се съсредоточават в това че тя е способна да подобри ъгъла на видимост и представянето на цветовете. Тя осъществява тези си предимства, поради факта, че притежава всички цветови елементи върху панела, като те са разделени на клетки и зони. Те се формират по надигнатите части на вътрешната структура на филтрите. Целта на този дизайн е да може течните кристали да се движат в посока, противоположна на съседните им течни кристали. Това позволява на наблюдателя да вижда една и съща степен на осветеност и качество на цвета, независимо от ъгъла на гледане.

Плазмени дисплеи (на английски PDP Plasma Display Panel)

Основна статия: Плазмен дисплей

Принципът на действие на плазмените дисплеи се състои в следното. Всеки субпиксел представлява микроскопична флуоресцентна лампа, която излъчва само един от трите основни цвята. Чрез промяна на интензитета на светлината на субпикселите се постигат нюанси на възпроизвежданите цветове. При плазмените екрани се използва благороден газ (например аргон), затворен в определен обем. На всеки от краищата на това тяло има електроди, посредством които се подава високо напрежение (няколкостотин волта). Така газът преминава в плазмено състояние, т.е. налични са еднакъв брой свободни електрони и положителни йони. Ако се приложи напрежение, се формира поток на електрони към положителния електрод и на йони към отрицателния. При сблъскването им с атомите, последните получават енергия, благодарение на която електроните им преминават на по-високо енергийно ниво. При връщане към стандартното състояние се отделят фотони или казано с други думи – светлина. Така светлината е резултат от процесите в плазмата под въздействието на силно електрическо поле. Тази светлина обаче не е видима, а е ултравиолетова, затова стените на телата, в които е затворена плазмата, се покриват със специален прах (фосфор), който реагира на ултравиолетови лъчи и на свой ред излъчва бяла светлина. В това отношение плазмените дисплеи до известна степен приличат на конвенционалните кинескопи.

Органични светодиоди (на английски OLED – Organic Light Emitting Diode)

Според всички специалисти, OLED структурата е технологията, която в един момент на своето развитие ще изпревари TFT технологията и ще стане доминираща и то не само за мониторите и телевизионните приемници, но и при мобилните телефони, цифровите камери и др.

Технологията OLED, макар и да повтаря пътя на развитие, изминат от LCD (пасивни и активни матрици), има две много съществени отличия от LCD, които се виждат и от заглавието и – това са използваният материал (органични съединения), и принцип на изобразяване (автономно излъчване на светлина). Предимството на тази технология се състои в това, че не са необходими лампи, осветяващи матрицата отзад, а всеки пиксел сам излъчва светлина под управлението на OLED диоди, които, всъщност, представляват отделните пиксели. Яркостта на светене се определя от тока, които се подава на диода.

Органичните светоизпускащи дисплеи се състоят от групи слоеве (дебели около 100nm), които се поставят между катод и анод. По принцип за субстрат се ползва стъкло, покрито с прозрачен проводим оксид, като това служи за анод. Следва слоят от органични пластове, състоящи се също от проводими материали, а накрая е неорганичен катод. Сред ключовите предимства на органичната луминесценция са: химическата променливост на светоизпускащите диоди, което позволява производството на всички цветове, включително и бяло; възможността да се използват изключително тънки и гъвкави субстрати за постигане на високо качество на картината и т.н.

В OLED технологията се различават 2 групи от материали. В първата влизат материали с ниско молекулно тегло, наричани small-molecule (SM) OLED. Такива дисплеи са представени за пръв път от доктор Чинг Танг в лабораториите на Kodak през 1987. Базираните на полимери OLED-и (PLED) са основани на дълги полимерни вериги.

„Емисионно поле“

Технологията FED донякъде наподобява процесите на обикновените CRT монитори, тъй-като и при двата типа дисплеи се използва луминофор, частиците на който светят под въздействието на електронния лъч. За разлика от обикновения кинескоп обаче, в който се използват три пушки, бомбардиращи с електрони луминофора, в FED дисплеите огромно количесто малки източници на електрони са разположени зад всеки един условен пиксел на екрана, заемайки значително по-малко място в пространството, особено в дълбочина.

Най-голям е напредъкът при технологията „емисионно поле“ SED (Surface conduction electron emitter display или повърхностно-проводников електронно емитиращ дисплей), съвместна разработка на японските електронни гиганти „Канон“ и „Тошиба“.

Тази технология може най-лесно да се представи като комбинация от кинескопи и течни кристали. Както и в брауновата тръба, цветното изображение се получава на стъклен екран, след като електронен лъч задейства червен, син и зелен фосфор. Ала вместо използването на централен източник на електрони, както е в традиционния браунов кинескоп, където електронният лъч се отклонява така, че осветява всички отделни точки на изображението една след друга, при технологията SED всяка точка се активизира от собствен лъч.

Това става на противостоящия втори стъклен екран, където хиляди електродни двойки са наредени в една обща плоскост и при прилагането на напрежение предизвикват миниатюрен електронен лъч. За всяка точка от изображението се използват три двойки електроди – съответно за червения, зеления и синия цвят. Посредством вакуум между двете стъклени плоскости-екрани, електронните лъчи се отправят към плоскостта с фосфора и карат точката да свети. Този способ минава без фоновото осветление на дисплея от течни кристали. Поради това изображението е особено равномерно осветено и качеството му не зависи от ъгъла на наблюдение.

LEP – Монитор от „светещи полимери“

Технологията LEP (Light Emission Plastics), разработена от английската фирма Cambridge Display Technology (CDT) преди около 5 години, на практика представлява едно от многото стъпала към постепенното подобряване на технологията на светещите полимери, в случая пластик, която се очаква да навлезне в ежедневието ни след няколко години, заменяйки сега масовата TFT.

Вижте също

Източници

[1] Дисплей в РБЕ

[2] Монитор в РБЕ

[3] Изходни устройства на сайта на ФМИ, страницата посетена на 22.02.2022

[1]

[2]

[3]