должно быть длительным. При наблюдении же кратковременных процессов, повторяющихся через значительные промежутки времени, экран должен обладать достаточно большим послесвечением.

Обычно электронно-лучевая трубка обозначается трехэлементным символом.

Первый элемент — цифра, указывающая величину диаметра или диагонали рабочей части экрана в сантиметрах.

Второй элемент — буквы ЛО для электронно-лучевых трубок с электростатическим управлением или буквы ЛМ для электроннолучевых трубок с магнитным управлением.

Третий элемент — цифра, указывающая порядковый номер типа прибора.

При длительной эксплуатации трубок в результате электронной бомбардировки экран постепенно выгорает. Катод трубки за счет бомбардировки ионами, образующимися при ионизации остаточных газов, с течением времени теряет свою эмиссию. Поэтому срок службы электронно-лучевой трубки ограничивается несколькими сотнями часов. Для сохранности трубки и увеличения срока ее службы необходимо по возможности пользоваться при работе всегда наименьшей яркостью изображения. Этим увеличивается долговечность трубки и улучшается ее фокусировка. Нельзя оставлять светящееся пятно на экране трубки длительное время неподвижным, так как даже при малой интенсивности свечения длительная бомбардировка экрана электронами приводит к выгоранию и снижению светоотдачи экрана.

Электронно-лучевая трубка обладает безынерционностью действия и потребляет при работе малую мощность.

2. Жидкокристаллические мониторы

Экраны жидкокристаллических мониторов (ЖК-мониторов или LCD-мониторов - Liquid Crystal Display) сделаны из вещества, которое находится в жидком состоянии, но при этом обладает некоторыми свойствами, присущими кристаллическим телам. Фактически это жидкости, обладающие анизотропией свойств (в частности оптических), связанных с упорядоченностью в ориентации молекул, а

именно - свойством жидких кристаллов под воздействием управляющего напряжения изменять поляризацию светового потока на величину до 90 градусов.

Первое описание свойств этих веществ было сделано в 1888 г. австрийским ученым, ботаником Фридрихом Ренитцером, когда он

изучал роль холестерина в растениях . Фридрих поделился открытием с Отто Леманном, немецким физиком, который обнаружил у жидкости свойства кристалла в отношении реакции на свет. С тех пор и пошло название "жидкие кристаллы" [35,38].

В1930-м году исследователи из британской корпорации Marconi получили патент на их промышленное применение, однако реального применения не было, поскольку технологическая база в то время была еще слишком слаба. Первый настоящий прорыв совершили ученые Фергесон и Вильямс из корпорации RCA (Radio Corporation of America).

Вконце 1966 г. корпорация RCA продемонстрировала прототип LCD-монитора – цифровые часы. Значительную роль в развитии LCDтехнологии сыграла корпорация Sharp.

Первые жидкие кристаллы отличались своей нестабильностью

ибыли мало пригодными к массовому производству. Реальное развитие ЖК технологии началось с изобретением английскими учеными стабильного жидкого кристалла - бифенила.

Первый рабочий жидкокристаллический дисплей был создан Фергесоном в 1970 году. До этого жидкокристаллические устройства потребляли слишком много энергии, срок их службы был ограничен, а контраст изображения был маленьким.

Изображение на экране ЖК-монитора формируется из миллиона - двух дискретных точек (так называемых пикселей). Классические пропорции сторон экрана – 4:3, то есть высота картинки составляет 0.75 от ширины. Часть изображения ЖК-монитора показана на рис.3,а.

Каждый пиксель идеального плоского цветного ЖК-монитора представляет собой маленький квадратик, способный принимать любой цвет – хоть красный, хоть синий, хоть белый - по команде управляющей схемы. Однако ЖК-мониторов (дисплеев) с такими пикселями пока еще не существует.

Рис.3. а) – часть изображения ЖК-монитора; б) – пиксель с субпикселями

Пиксель, в настоящее время, формируется (состоит) из так называемых субпикселей. На рис.3,б показан отдельно, выделенный пиксель со своими субпикселями – соответственно - красным, зеленым и синим.

Именно так формируется изображение практически на всех существующих типах дисплеев: жидкокристаллических, ЭЛТ и плазменных (разве что форма и порядок расположения субпикселей могут слегка различаться).

Каждый субпиксель отвечает за свой первичный цвет – красный, зелёный или синий (Red, Green, Blue - RGB). Если зажечь все субпиксели на максимум, то получается белый цвет, если зелёный и синий субпиксели приглушить, а красный оставить гореть ярко – получается красный цвет, и так далее. Расстояния между центрами пикселей достаточно малы (от 0.2 до 0.3 мм – в зависимости от конкретной модели монитора), а уж субпиксели и вовсе микроскопические, поэтому издали не видно всей этой разноцветной мешанины и три ярко горящих субпикселя воспринимаются человеческим глазом как одной белой точкой

Из-за того, что субпиксели разнесены в пространстве, возможны искажения, например цветные окантовки у чёрных букв на белом

фоне. Белый фон не выглядит идеально однородным из-за того, что субпиксели и пиксели разделены чёрной сеткой (BM – Black Matrix – она нужна для того, чтобы соседние субпиксели не засвечивались друг от друга).

2.1. Принцип работы ЖК-мониторов

Существует два вида ЖК - мониторов: DSTN (dual-scan twisted nematic - кристаллические экраны с двойным сканированием) и TFT (Thin Film Transistor - тонкопленочные транзисторы), также их называют соответственно пассивными и активными матрицами.

Подавляющее большинство современных полноцветных жидкокристаллических дисплеев представляют собой так называемые активные матрицы тонкопленочных транзисторов, у которых под действием внешнего электрического сигнала изменяется управляющее напряжение на слое жидкого кристалла, примыкающего к TFT. Вследствие этого происходит переориентация жидких кристаллов, приводящая к изменению их оптического состояния, а при помощи двух поляризаторов, имеющих определенную ориентацию относительно друг друга - к изменению яркости света, прошедшего через жидкие кристаллы от тыловой лампы подсветки [39].

Поперечное сечение панели ЖК-монитора с использованием тонкопленочных транзисторов представляет собой многослойную конструкцию (см. рис.4) .

В блок ЖК-матрицы входит также система ее подсветки, которая, за редкими исключениями, выполнена на газоразрядных лампах с холодным катодом (Cold Cathode Fluorescent Lamp).

Высокое напряжение для них обеспечивает инвертор, размещенный в блоке питания монитора. Лампы обычно располагаются сверху и снизу, их излучение направлено в торец полупрозрачной панели, находящейся сзади за матрицей и выполняющей функцию световода. От качества матирования и однородности материала этой панели зависит такая важная характеристика, как равномерность подсветки матрицы.

Рис.4.

(К настоящему моменту появились модели мониторов, в которых подсветка осуществляется не лампами, а массивом светодиодов, что способно обеспечить лучшую равномерность света и более длительный срок службы экрана, т.к. время работы люминесцентных ламп около 50 000 часов, в то время как электроника способна выдержать от 100 000 до 150 000 часов [38]).

Втакой конструкции, если бы не было жидких кристаллов, при наличии подсветки, свет беспрепятственно попадал бы на субпикселя, вызывая, таким образом, их свечение. Для того же, чтобы можно было бы регулировать падающий световой луч на субпикселя, применяют своего рода управляемые «заслонки».

Вкачестве управляемой «заслонки», которая находится за каждым субпикселем и может пропускать определенное количество светового луча, применяются жидкие кристаллы. В свою очередь, для управления этими «заслонками» (жидкими кристаллами) применяю тонкопленочные транзисторы (TFT - thin film transistor). То есть - в зависимости от приложенного к ним напряжения жидкие кристаллы пропускает больше или меньше света от задней лампы подсветки.

зелёный или синий. Если посмотреть на экран, убрав верхний поляризующий фильтр – можно увидеть миллионы светящихся субпикселей – и каждый светится с максимальной яркостью, ведь

человеческий глаз не способен различать поляризацию света.

Иными словами, без верхнего поляризатора будет видно просто равномерное белое свечение по всей поверхности экрана.

Если же поставить верхний поляризующий фильтр на место – он «проявит» все изменения, которые произвели с поляризацией света жидкие кристаллы. Некоторые субпиксели так и останутся ярко светящимися, как слева на рис. 5, у которого поляризация света была изменена на 90 градусов, а некоторые погаснут, ведь верхний поляризатор стоит в противофазе нижнему поляризатору и не пропускает света с неизмененной поляризацией (см. этот же рисунок

–справа).

Есть и субпиксели с промежуточной яркостью – поляризация потока света, прошедшего через них, была развёрнута не на 90, а на меньшее число градусов, например, на 30 или 55 градусов.

То есть - различные цвета получаются в результате изменения величины соответствующего электрического заряда (что приводит к повороту кристалла и изменению яркости проходящего светового потока).

ЖК - монитор (TFTLCD дисплей) состоит из целой сетки таких пикселей, где работой каждого цветового участка (субпикселя) каждого пикселя управляет отдельный транзистор.

Таким образом, яркость каждого субпикселя может меняться плавно, аналоговыми методами, меняя поляризацию потока света на любой угол в промежутке от 0 до 90 градусов управляющим напряжением, приложенным к ячейке.

Компании, работающие в дисплейном сегменте рынка, разработали и выпускают множество конструкций активно-матричных ЖК-мониторов, отличающихся структурой и материалом TFT, а также используемым электрооптическим эффектом в жидких кристаллах. Визуальные характеристики изображения, формируемого на экране ЖК-монитора, определяются в основном особенностями переориентации жидкого кристалла под действием приложенного электрического поля. Поэтому дисплеи классифицируются как по конструкции полупроводникового элемента, так и по электрооптическому эффекту в жидких кристаллах.

Основным материалом современного TFT является кремний в его различных модификациях: аморфный кремний, поликристаллический кремний, или поликремний,

низкотемпературный поликремний. Типовую структуру TFT представляет аморфный кремний [39].

Упрощенная схема функциональных блоков современного ЖКдисплея приведена на рис.6 [36,37].

Рис.6. Упрощенная схема функциональных блоков современного ЖК-дисплея

2.1.Некоторые особенности ЖК – мониторов:

1.У ЖК-мониторов проблемы с углами обзора. Производители ЖК-мониторов утверждают об углах обзора 120-160 градусов. Но, ведь если смотреть под острым углом к поверхности, то и слой поляризатора, и Black Matrix заглушают и искажают свет от конкретного субпикселя. Да и угол поляризации светового потока у конкретного субпикселя получается не совсем таким, как при строго перпендикулярном взгляде на матрицу.

2.Каждый субпиксель матрицы обслуживается своим персональным регулятором – тонкоплёночным транзистором. Здесь нет строчной развёртки, как в ЭЛТ, так как в ЖК-дисплеях кадр формируется целиком, и каждая ячейка матрицы – это транзистор с запоминающим конденсатором, который долго хранит заряд, то никакое мерцание (чередование светлых и темных кадров) не возникает, и необходимой и достаточной частотой обновления

является значение в 60 Гц. А каждый субпиксель экрана светится с нужной яркостью до тех пор, пока от управляющей схемы (видеокарты) не придёт команда сменить цвет точки. Поэтому мерцания на экране нет при любой частоте кадровой развёртки – хоть при 60 Гц.

3. Так как у каждого субпикселя есть персональный регулятор, кроется и минус: если какой-то управляющий транзистор сгорит – исчезает полноценный пиксель , а вместо него возникает яркая точка

– т.н. «битая точка» (Это происходит у мониторов типа TN, (Twisted Nematic и TN+film, Twisted Nematic+film), где исходная ориентация жидких кристаллов - планарная (параллельная подложкам), а их закрутка - 90 градусов).

4. Поскольку в роли «заслонок» выступают вполне реальные жидкие кристаллы с присущей им вязкостью и отнюдь не мгновенной реакцией на управляющий импульс, смена яркости субпикселей происходит не мгновенно. Пока молекула жидкого кристалла закрутится на нужный угол, пока раскрутится обратно... Именно в фундаментальных свойствах материи, а именно – в характеристиках жидких кристаллов – кроется одна из главных проблем TFTLCD. Это ограниченная скорость реакции и, как следствие, проблемы с качественным отображением быстро меняющихся динамических сюжетов (скроллинг текста, быстрые 3D-Action-игры с высокой частотой сменой кадров и т. п.).