ЭЛТ-мониторы

Первое с чего, пожалуй, стоит начать - это CRT-мониторы (Cathode Ray Tube), которые по правде говоря сегодня уже мало кому интересны. В основе всех подобных мониторов лежит катодно-лучевая трубка. По-русски говорят "электронно-лучевая трубка" (ЭЛТ). Используемая в этом типе мониторов технология была создана много лет назад и первоначально создавалась в качестве специального инструментария для измерения переменного тока, т.е. для осциллографа. Со временем развитие этой технологии, применительно к созданию мониторов, привело к производству все больших по размеру экранов (свыше 19") с высоким качеством и при низкой стоимости.

Если вкратце говорить о принципах работы ЭЛТ-мониторов, то можно обратить внимание на стеклянную вакуумную трубку, т.е. полость внутри которой полностью удален воздух. С фронтальной стороны внутренняя часть стекла трубки покрыта люминофором. В качестве люминофоров для цветных ЭЛТ используются довольно сложные составы на основе редкоземельных металлов - иттрия, эрбия и т.п. Люминофор - это вещество, которое испускает свет при бомбардировке его заряженными частицами. Для создания изображения в ЭЛТ-мониторе используется электронная пушка, которая испускает поток электронов сквозь металлическую маску или решетку на внутреннюю поверхность стеклянного экрана монитора, которая покрыта разноцветными люминофорными точками. Поток электронов на пути к фронтальной части трубки проходит через модулятор интенсивности и ускоряющую систему, работающие по принципу разности потенциалов. В результате, электроны приобретают большую энергию, часть из которой расходуется на свечение люминофора. Электроны попадают на люминофорный слой, после чего энергия электронов преобразуется в свет, т.е. поток электронов заставляет точки люминофора светиться. Эти светящиеся точки люминофора и формируют изображение, которое можно видеть на мониторе. Как правило, в цветном ЭЛТ-мониторе используются три электронные пушки, в отличие от одной пушки, применяемой в монохромных мониторах, которые на сегодняшний день уже не производятся

.

Для управления электронно-лучевой трубкой необходима и управляющая электроника, качество которой во многом определяет и качество монитора. Кстати, именно разница в качестве управляющей электроники, создаваемой разными производителями, является одним из критериев, определяющих разницу между мониторами с одинаковой электронно-лучевой трубкой. ЭЛТ можно разбить на два класса - трехлучевые с дельтаобразным расположением электронных пушек и с планарным расположением электронных пушек. В этих трубках применяются щелевые и теневые маски, хотя правильнее сказать, что они все теневые. Маска электронно-лучевой трубки является ее ключевым компонентом. Существует два основных типа масок кинескопов: теневая маска (Shadow Mask) и апертурная решетка (Aperture Grill), также называемая щелевой маской (Slot Mask). Оба типа мониторов обеспечивают превосходное качество изображения, тем не менее есть некоторые особенности.

Теневая маска - это самый распространенный тип масок для ЭЛТ-мониторов. Состоит она из металлической сетки перед частью стеклянной трубки с люминофорным слоем. Как правило, большинство современных теневых масок изготавливают из инвара, сплава железа и никеля. Отверстия в металлической сетке работают, как прицел, именно этим обеспечивается то, что электронный луч попадает только на требуемые люминофорные элементы, и только в определенных областях. Минимальное расстояние между люминофорными элементами одинакового цвета называется dot pitch, или шаг точки, и является индексом качества изображения. Шаг точки обычно измеряется в миллиметрах. Чем меньше значение шага точки, тем выше качество воспроизводимого на мониторе изображения.

Щелевая маска - это технология, широко применялась компанией NEC, под именем "CromaClear". Это решение на практике представляет собой комбинацию двух технологий, описанных выше. В данном случае люминофорные элементы расположены в вертикальных эллиптических ячейках, а маска сделана из вертикальных линий. Фактически, вертикальные полосы разделены на эллиптические ячейки, которые содержат группы из трех люминофорных элементов трех основных цветов. Минимальное расстояние между двумя ячейками называется slot pitch, щелевой шаг. Чем меньше значение slot pitch, тем выше качество изображения на мониторе.

Мониторы с апертурной решеткой формируют более яркие изображения с более богатыми и насыщенными цветами. Экран кинескопа с апертурной решеткой представляет собой как бы часть цилиндра, поэтому он плоский только по вертикали. Эти трубки стали известны под именем Trinitron и впервые были представлены на рынке компанией Sony еще в 1982 году. Апертурная решетка - это тип маски, не включающий в себя металлическую решетку с отверстиями, как в случае с теневой маской, а имеющий решетку из вертикальных линий. Вместо точек с люминофорными элементами трех основных цветов апертурная решетка содержит серию нитей, состоящих из люминофорных элементов, выстроенных в виде вертикальных полос трех основных цветов. Такая система обеспечивает высокую контрастность изображения и хорошую насыщенность цветов, что вместе обеспечивает высокое качество мониторов с трубками на основе этой технологии. Здесь минимальное расстояние между полосами люминофора одинакового цвета называется strip pitch, или шагом полосы и измеряется в миллиметрах. Чем меньше значение strip pitch, тем выше качество изображения на мониторе. Заметим при этом, что нельзя напрямую сравнивать размер шага для трубок разных типов: шаг точек (или триад) трубки с теневой маской измеряется по диагонали, в то время как шаг апертурной решетки, иначе называемый горизонтальным шагом точек, - по горизонтали. Поэтому при одинаковом шаге точек трубка с теневой маской имеет большую плотность точек, чем трубка с апертурной решеткой. Оба типа трубок имеют свои преимущества. Трубки с теневой маской дают более точное и детализированное изображение, поскольку свет проходит через отверстия в маске с четкими краями. Поэтому мониторы с такими ЭЛТ подходит для интенсивной и длительной работе с текстами и мелкими элементами графики, например в CAD/CAM-приложениях. Трубки с апертурной решеткой имеют более ажурную маску, она меньше заслоняет экран, и позволяет получить более яркое, контрастное изображение в насыщенных цветах. Мониторы с такими трубками хорошо подходят для приложений, ориентированных на работу с цветными изображениями.

В свою очередь, теневая маска дает возможность более точно воспроизводить детали изображения на экране монитора, при этом кинескопы с теневой маской имеют конструкцию с прямоугольным плоским экраном, который формирует изображения с гораздо большей точностью и с меньшими искажениями. Лучшие теневые маски сделаны из инвара – магнитного сплава железа с никелем, обладающего малым коэффициентом линейного расширения для того, чтобы выдерживать длительное воздействие высоких температур без искажения формы.

Выбор между мониторами с теневой маской или с апертурной решеткой зависит от предпочтения пользователя и прикладных программ, с которыми он работает. Для графических прикладных программ типа настольных издательских систем технология апертурной решетки часто предпочтительней из-за способности таких мониторов отображать цвета более четче и ярче. Однако, пользователи и разработчики систем автоматизированного проектирования, вероятно, предпочтут мониторы с теневой маской для создания точных чертежей и рисунков и лучшего воспроизведения их на более плоских экранах. Конечно, это деление весьма условно – сейчас уже созданы кинескопы по технологии апертурной решетки, но с абсолютно плоским экраном.

Как говорилось выше, кроме электронно-лучевой трубки внутри монитора есть еще и управляющая электроника, которая обрабатывает сигнал, поступающий напрямую от видеокарты ПК. Эта электроника должна оптимизировать усиление сигнала и управлять работой электронных пушек, которые инициируют свечение люминофора, создающего изображение на экране. Выводимое на экране монитора изображение выглядит стабильным, хотя, на самом деле, таковым не является.

Сегодня можно сказать с уверенностью - век мониторов с электронно-лучевой трубкой неотвратимо ушел в прошлое. Невероятно, но в свое время всего за каких-то полгода многостраничные журнальные обзоры новейших моделей традиционных мониторов уступили место обстоятельным описаниям свойств плоскопанельных дисплеев, прежде всего жидкокристаллических, а позже и плазменных. О них то мы и поговорим далее…

Устройство чёрно-белого кинескопа

Кинескоп (от греч. kínesis — движение и skopéo — смотрю)— электронно-лучевой прибор, преобразующий электрические сигналы в световые. Широко применяется в устройстве телевизоров, до 1990-х годов использовались телевизоры исключительно на основе кинескопа. В названии прибора отразилось слово «кинетика», что связано с движущимися фигурами на экране

Основные части:

электронная пушка, предназначена для формирования электронного луча, в цветных кинескопах и многолучевых осциллографических трубках объединяются в электронно-оптический прожектор;

экран, покрытый люминофором — веществом, светящимся при попадании на него пучка электронов;

отклоняющая система, управляет лучом таким образом, что он формирует требуемое изображение.

Принцип работы

В баллоне 9 создан глубокий вакуум — сначала выкачивается воздух, затем все металлические детали кинескопа нагреваются индуктором для выделения поглощённых газов, для постепенного поглощения остатков воздуха используется геттер.

Для того, чтобы создать электронный луч 2, применяется устройство, именуемое электронной пушкой. Катод 8, нагреваемый нитью накала 5, испускает электроны. Чтобы увеличить испускание электронов, катод покрывают веществом, имеющим малую работу выхода (крупнейшие производители ЭЛТ для этого применяют собственные запатентованные технологии). Изменением напряжения на управляющем электроде (модуляторе) 12 можно изменять интенсивность электронного луча и, соответственно, яркость изображения (также существуют модели с управлением по катоду). Кроме управляющего электрода, пушка современных ЭЛТ содержит фокусирующий электрод (до 1961 года в отечественных кинескопах применялась электромагнитная фокусировка при помощи фокусирующей катушки 3 с сердечником 11), предназначенный для фокусировки пятна на экране кинескопа в точку, ускоряющий электрод для дополнительного разгона электронов в пределах пушки и анод. Покинув пушку, электроны ускоряются анодом 14, представляющем собой металлизированное покрытие внутренней поверхности конуса кинескопа, соединённое с одноимённым электродом пушки. В цветных кинескопах со внутренним электростатическим экраном его соединяют с анодом. В ряде кинескопов ранних моделей, таких, как 43ЛК3Б, конус был выполнен из металла и представлял анод сам собой. Напряжение на аноде находится в пределах от 7 до 30 киловольт. В ряде малогабаритных осциллографических ЭЛТ анод представляет собой только один из электродов электронной пушки и питается напряжением до нескольких сот вольт.

Далее луч проходит через отклоняющую систему 1, которая может менять направление луча (на рисунке показана магнитная отклоняющая система). В телевизионных ЭЛТ применяется магнитная отклоняющая система как обеспечивающая большие углы отклонения. В осциллографических ЭЛТ применяется электростатическая отклоняющая система как обеспечивающая большее быстродействие.

Электронный луч попадает в экран 10, покрытый люминофором 4. От бомбардировки электронами люминофор светится и быстро перемещающееся пятно переменной яркости создаёт на экране изображение.

Люминофор от электронов приобретает отрицательный заряд, и начинается вторичная эмиссия — люминофор сам начинает испускать электроны. В результате вся трубка приобретает отрицательный заряд. Для того, чтобы этого не было, по всей поверхности трубки находится соединённый с анодом слой аквадага — проводящей смеси на основе графита (6).

Кинескоп подключается через выводы 13 и высоковольтное гнездо 7.

ЖК-дисплей

Жидкокристаллический дисплей (ЖК-дисплей, ЖКД, англ. Liquid crystal display, LCD), также Жидкокристаллический монитор (ЖК-монитор) — плоский дисплей на основе жидких кристаллов, а также монитор на основе такого дисплея.

LCD TFT (англ. Thin film transistor — тонкоплёночный транзистор) — разновидность жидкокристаллического дисплея, в котором используется активная матрица, управляемая тонкоплёночными транзисторами. Усилитель для каждого субпикселя применяется для повышения быстродействия, контрастности и чёткости изображения дисплея.

Жидкокристаллические дисплеи были разработаны в 1963 году в исследовательском центре Давида Сарнова (David Sarnoff) компании RCA (Принстон, штат Нью-Джерси).

Технические характеристики

Важнейшие характеристики ЖК-дисплеев:

• Разрешение — горизонтальный и вертикальный размеры, выраженные в пикселях. В отличие от ЭЛТ-мониторов, ЖК имеют одно фиксированное разрешение, остальные достигаются интерполяцией.

• Размер точки (размер пикселя) — расстояние между центрами соседних пикселей. Непосредственно связан с физическим разрешением.

• Соотношение сторон экрана (пропорциональный формат) — отношение ширины к высоте (5:4, 4:3, 3:2 {15÷10} 8:5 {16÷10}, 5:3 {15÷9}, 16:9 и др.)

• Видимая диагональ — размер самой панели, измеренный по диагонали. Площадь дисплеев зависит также от формата: монитор с форматом 4:3 имеет большую площадь, чем с форматом 16:9 при одинаковой диагонали.

• Контрастность — отношение яркостей самой светлой и самой тёмной точек при заданной яркости подсветки. В некоторых мониторах используется адаптивный уровень подсветки с использованием дополнительных ламп, приведённая для них цифра контрастности (так называемая динамическая) не относится к статическому изображению.

• Яркость — количество света, излучаемое дисплеем, обычно измеряется в канделах на квадратный метр.

• Время отклика — минимальное время, необходимое пикселю для изменения своей яркости. Составляется из двух величин:

• Время буферизации — input lag. Высокое значение мешает в динамичных играх; обычно умалчивается; измеряется сравнением с кинескопом в скоростной съёмке. Сейчас (2011) в пределах 20—50 мс; в отдельных ранних моделях достигало 200 мс.

• Время переключения — именно оно указывается в характеристиках монитора. Высокое значение ухудшает качество видео; методы измерения неоднозначны. Сейчас практически во всех мониторах заявленное время переключения составляет 2—6 мс.

• Угол обзора — угол, при котором падение контраста достигает заданного, для разных типов матриц и разными производителями вычисляется по-разному, и часто не подлежит сравнению. Некоторые производители указывают в тех. параметрах своих мониторов углы обзора такие к примеру как: CR 5:1 — 176°/176°, CR 10:1 — 170°/160°. Аббревиатура CR (contrast ratio) обозначает уровень контрастности при указанных углах обзора относительно перпендикуляра к экрану. При углах обзора 170°/160° контрастность в центре экрана снижается до значения не ниже чем 10:1, при углах обзора 176°/176° не ниже чем до значения 5:1.

• Тип матрицы: технология, по которой изготовлен ЖК-дисплей.

Устройство

Конструктивно дисплей состоит из ЖК-матрицы (стеклянной пластины, между слоями которой и располагаются жидкие кристаллы), источников света для подсветки, контактного жгута и обрамления (корпуса), чаще пластикового, с металлической рамкой жёсткости.

Каждый пиксель ЖК-матрицы состоит из слоя молекул между двумя прозрачными электродами, и двух поляризационных фильтров, плоскости поляризации которых (как правило) перпендикулярны. В отсутствие жидких кристаллов свет, пропускаемый первым фильтром, практически полностью блокируется вторым.

Поверхность электродов, контактирующая с жидкими кристаллами, специально обработана для изначальной ориентации молекул в одном направлении. В TN-матрице эти направления взаимно перпендикулярны, поэтому молекулы в отсутствие напряжения выстраиваются в винтовую структуру. Эта структура преломляет свет таким образом, что до второго фильтра плоскость его поляризации поворачивается и через него свет проходит уже без потерь. Если не считать поглощения первым фильтром половины неполяризованного света, ячейку можно считать прозрачной.

Если же к электродам приложено напряжение, то молекулы стремятся выстроиться в направлении электрического поля, что искажает винтовую структуру. При этом силы упругости противодействуют этому, и при отключении напряжения молекулы возвращаются в исходное положение. При достаточной величине поля практически все молекулы становятся параллельны, что приводит к непрозрачности структуры. Варьируя напряжение, можно управлять степенью прозрачности.

Если постоянное напряжение приложено в течение долгого времени, жидкокристаллическая структура может деградировать из-за миграции ионов. Для решения этой проблемы применяется переменный ток или изменение полярности поля при каждой адресации ячейки (так как изменение прозрачности происходит при включении тока, вне зависимости от его полярности).

Во всей матрице можно управлять каждой из ячеек индивидуально, но при увеличении их количества это становится трудновыполнимо, так как растёт число требуемых электродов. Поэтому практически везде применяется адресация по строкам и столбцам.

Проходящий через ячейки свет может быть естественным — отражённым от подложки (в ЖК-дисплеях без подсветки). Но чаще применяют искусственный источник света, кроме независимости от внешнего освещения это также стабилизирует свойства полученного изображения.

Таким образом, полноценный монитор с ЖК-дисплеем состоит из высокоточной электроники, обрабатывающей входной видеосигнал, ЖК-матрицы, модуля подсветки, блока питания и корпуса с элементами управления. Именно совокупность этих составляющих определяет свойства монитора в целом, хотя некоторые характеристики важнее других.

Преимущества и недостатки

В настоящее время ЖК-мониторы являются основным, бурно развивающимся направлением в технологии мониторов. К их преимуществам можно отнести: малые размер и масса в сравнении с ЭЛТ. У ЖК-мониторов, в отличие от ЭЛТ, нет видимого мерцания, дефектов фокусировки лучей, помех от магнитных полей, проблем с геометрией изображения и четкостью. Энергопотребление ЖК-мониторов в зависимости от модели, настроек и выводимого изображения может как совпадать с потреблением ЭЛТ и плазменных экранов сравнимых размеров, так и быть существенно – до пяти[4] раз – ниже. Энергопотребление ЖК-мониторов на 95 % определяется мощностью ламп подсветки или светодиодной матрицы подсветки (англ. backlight — задний свет) ЖК-матрицы. Во многих мониторах 2007 года для настройки пользователем яркости свечения экрана используется широтно-импульсная модуляция ламп подсветки частотой от 150 до 400 и более герц.

С другой стороны, ЖК-мониторы имеют и некоторые недостатки, часто принципиально трудноустранимые, например:

• В отличие от ЭЛТ, могут отображать чёткое изображение лишь в одном («штатном») разрешении. Остальные достигаются интерполяцией с потерей чёткости. Причем слишком низкие разрешения (например 320×200) вообще не могут быть отображены на многих мониторах[источник не указан 372 дня].

• Многие из ЖК-мониторов имеют сравнительно малый контраст и глубину чёрного цвета. Повышение фактического контраста часто связано с простым усилением яркости подсветки, вплоть до некомфортных значений. Широко применяемое глянцевое покрытие матрицы влияет лишь на субъективную контрастность в условиях внешнего освещения.

• Из-за жёстких требований к постоянной толщине матриц существует проблема неравномерности однородного цвета (неравномерность подсветки) — на некоторых мониторах есть неустранимая неравномерность передачи яркости (полосы в градиентах), связанная с использованием блоков линейных ртутных ламп..

• Фактическая скорость смены изображения также остаётся ниже, чем у ЭЛТ и плазменных дисплеев. Технология overdrive решает проблему скорости лишь частично.

• Зависимость контраста от угла обзора до сих пор остаётся существенным минусом технологии.

• Массово производимые ЖК-мониторы плохо защищены от повреждений. Особенно чувствительна матрица, незащищённая стеклом. При сильном нажатии возможна необратимая деградация. Также существует проблема дефектных пикселей.

• Предельно допустимое количество дефектных пикселей, в зависимости от размеров экрана, определяется в международном стандарте ISO 13406-2 (в России - ГОСТ Р 52324-2005). Стандарт определяет 4 класса качества ЖК-мониторов. Самый высокий класс — 1, вообще не допускает наличия дефектных пикселей. Самый низкий — 4, допускает наличие до 262 дефектных пикселей на 1 миллион работающих.

• Вопреки расхожему мнению пиксели ЖК-мониторов деградируют, хотя скорость деградации наименьшая из всех технологий отображения, за исключением лазерных дисплеев, не подверженных деградации пикселей.

Перспективной технологией, которая может заменить ЖК-мониторы, часто считают OLED-дисплеи (матрица с органическими светодиодами). С другой стороны, эта технология встретила сложности в массовом производстве, особенно для матриц с большой диагональю.

Пассивная матрица

За свою не столь долгую историю жидкокристаллические матрицы, а, следовательно, и мониторы на жидких кристаллах успели пережить смену нескольких поколений. Самыми первыми появились LCD-мониторы с так называемой пассивной матрицей, активно использовавших технологию STN (Super Twisted Nematic), которая увеличивала угол кручения молекул внутри матрицы монитора до 270°, повышая тем самым общую контрастность изображения. Пассивные мониторы подразумевали наличие обособленных электродов, каждый их которых отвечал за формирование отдельного пикселя изображения независимо от других, т.е. подсветка осуществлялась попиксельно.

Сам термин "пассивная" указывал на то, что электроемкость каждой ячейки требовала определенного времени на смену напряжения, что в результате приводило к тому, что все изображения перерисовывалось довольно долго, буквально строка за строкой. Таким образом, на пассивных матрицах еще можно было работать в офисных программах, в то время, как динамическое изображение казалось заторможенным и размазанным. Кроме того, электроды довольно часто интерферировали друг с другом, создавая тем самым некрасивые разводы.

В первых панелях с пассивной матрицей верхние и нижние слои были поляризованы перпендикулярно друг другу и кристаллы между верхней и нижней поверхностями поворачивались всего на 90°. При этом контрастность получалась очень низкой, а время отклика ячеек слишком большим. Такой подход хорош для дисплеев с малой информационной емкостью, но непригоден для компьютерных дисплеев. В дисплеях на суперскрученных нематических элементах больший угол поворота достигается благодаря применению веществ с иным химическим составом. При повороте на 180 или 270° качество изображения улучшается.

С увеличением угла поворота возрастает поляризация, но одновременно свет может оказаться окрашенным. Из-за этого ЖК-экраны первых портативных ПК имели характерные голубой и желтый оттенки. В двойной панели на суперскрученных нематических элементах DSTN (Dual STN) этот недостаток устраняется применением двух ЖК-слоев, каждый из которых придает кристаллам поворот в противоположном направлении. Но панели DSTN поглощают больше света и сложнее в изготовлении. Более простой подход - уменьшить эффект окрашивания с помощью компенсационных пленочных элементов. В большинстве современных цветных панелей с пассивной матрицей используется технология с пленочной компенсацией FSTN (Film Compensated STN).

Одно из последних усовершенствований технологии дисплеев с пассивной матрицей - метод двойного сканирования, который заключается в разделении панели по горизонтали на две равные части. Сканирование верхней и нижней половин производится одновременно, что позволяет увеличить частоту обращения к каждой ячейке ЖК-дисплея, повысить контрастность и качество цветопередачи, снизить время отклика. Панели с двойным сканированием по-прежнему широко применяются в средних и недорогих ноутбуках. Однако, мониторы для персональных компьютеров изготавливаются уже по другим принципам.

Активная матрица

TFT, или Thin-film transistor, это технология, применяющаяся в создании жидкокристаллических матриц, ЖК-экранов. Такие матрицы используются в различных видах устройств: телевизорах, компьютерных дисплеях, экранах мобильных телефонов и видоискателях фотокамер.

Thin-film transistor в переводе с английского – это тонкопленочный транзистор. Такими тонкопленочными транзисторами управляется TFT-матрица, которую еще называют активной. По сравнению с пассивной ЖК-матрицей, активная матрица обладает гораздо большим быстродействием дисплея, более высоким уровнем четкости и контрастности изображения, а также большим углом видимости. Мерцание экрана тоже отсутствует. Пиксели активной матрицы сами генерируют световое излучение нужного цвета, поэтому дисплей TFT ярче, чем дисплеи с пассивной матрицей.

Всему этому способствует более высокая частота обновления изображения, поскольку каждая точка экрана управляется отдельным транзистором. Таким образом, число транзисторов в стекле TFT в три раза превышает число пикселей, ведь один пиксель состоит из 3 цветных ячеек – красной, зеленой и синей (система RGB). К примеру, матрица с разрешением 1280 x 1024 пикселей будет иметь 3840 x 1024 транзисторов. Тонкопленочные транзисторы изготавливаются из тонких пленок толщиной 0,1 - 0,01 микрона.

TFT-дисплеи впервые появились в 1972 году. На сегодняшний день технология TFT используется практически всеми производителями плоских мониторов и телевизионных экранов. К недостаткам таких дисплеев относится то, что из-за сложных технологий они стоят дороже и потребляют больше энергии. Из-за большого количества пикселей среди них чаще встречаются битые, то есть неработающие пиксели. Стоит отметить, однако, что битые пиксели на активной матрице заметны менее, чем, к примеру, на дисплеях двойного сканирования.

Плазменные маниторы

Идея использования газового разряда в средствах отображения не нова. Подобные устройства выпускались много лет назад в СССР вРязани в НПО “Плазма”. Однако размер элемента изображения был достаточно велик, так что для получения приличного изображения было нужно создавать огромные табло. Изображение было некачественным, передавалось мало цветов, устройства были крайне ненадежными.

За рубежом исследования и разработки в области этой технологии начались еще в начале 60-х годов. Еще лет пятьдесят назад было открыто одно интересное явление. Как оказалось, если катод заострить на манер швейной иглы, то электромагнитное поле в состоянии самостоятельно “выдергивать” из него свободные электроны. Необходимо только подать напряжение. По такому принципу работают лампы дневного света. Вылетающие электроны ионизируют инертный газ, чем заставляют его светиться. Трудность заключалась лишь в отработке технологии получения таких игольчатых матриц. Ее решили в Университете штата Иллинойс в 1966 году. В начале семидесятых годов компания Owens-Illinois довела проект до коммерческого состояния. В восьмидесятых годах эту идею пытались воплотить в реальный коммерческий продукт компании Burroughs и IBM, но тогда еще безуспешно.

Надо сказать, что идея плазменной панели появилась вовсе не из чисто научного интереса. Ни одна из существовавших технологий не могла справиться с двумя простыми задачами: добиться высококачественной цветопередачи без неизбежной потери яркости и создать телевизор с широким экраном, чтобы он при этом не занимал всю площадь комнаты. А плазменные панели (PDP), тогда только теоретически, подобную задачу как размогли решить. Первое время опытные плазменные экраны были монохромными (оранжевыми) и могли удовлетворить спрос только специфических потребителей, которым требовалась, прежде всего, большая площадь изображения. Поэтому первую партию PDP (около тысячи штук) купила Нью-йоркская фондовая биржа.

Направление плазменных мониторов возродилось после того, как стало окончательно ясно, что ни ЖК-мониторы, ни ЭЛТ не в состоянии недорого обеспечить получение экранов с большими диагоналями (более двадцати одного дюйма).

Работа плазменных мониторов очень похожа на работу неоновых ламп, которые сделаны в виде трубки, заполненной инертным газом низкого давления. Внутрь трубки помещена пара электродов между которыми зажигается электрический разряд и возникает свечение. Плазменные экраны создаются путем заполнения пространства между двумя стеклянными поверхностями инертным газом, например, аргоном или неоном. Затем на стеклянную поверхность помещают маленькие прозрачные электроды, на которые подается высокочастотное напряжение. Под действием этого напряжения в прилегающей к электроду газовой области возникает электрический разряд. Плазма газового разряда излучает свет в ультрафиолетовом диапазоне, который вызывает свечение частиц люминофора в диапазоне, видимом человеком. Фактически, каждый пиксель на экране работает, как обычная флуоресцентная лампа (иначе говоря, лампа дневного света).

Принцип работы плазменной панели состоит в управляемом холодном разряде разреженного газа (ксенона или неона), находящегося в ионизированном состоянии (холодная плазма). Рабочим элементом (пикселем), формирующим отдельную точку изображения, является группа из трех субпикселей, ответственных за три основных цвета соответственно. Каждый субпиксель представляет собой отдельную микрокамеру, на стенках которой находится флюоресцирующее вещество одного из основных цветов (см. рис. 2). Пиксели находятся в точках пересечения прозрачных управляющих хром-медь-хромовых электродов, образующих прямоугольную сетку.

Рисунок Конструкция в ячейке

Для того, чтобы “зажечь” пиксель, происходит приблизительно следующее. На питающий и управляющий электроды, ортогональные друг другу, в точке пересечения которых находится нужный пиксель, подается высокое управляющее переменное напряжение прямоугольной формы. Газ в ячейке отдает большую часть своих валентных электронов и переходит в состояние плазмы. Ионы и электроны попеременно собираются у электродов, по разные стороны камеры, в зависимости от фазы управляющего напряжения. Для “поджига” на сканирующий электрод подается импульс, одноименные потенциалы складываются, и вектор электростатического поля удваивает свою величину. Происходит разряд— часть заряженных ионов отдает энергию в виде излучения квантов света в ультрафиолетовом диапазоне (в зависимости от газа). В свою очередь, флюоресцирующее покрытие, находясь в зоне разряда, начинает излучать свет в видимом диапазоне, который и воспринимает наблюдатель. 97% ультрафиолетовой составляющей излучения, вредного для глаз, поглощается наружным стеклом. Яркость свечения люминофора определяется величиной управляющего напряжения.

Высокая яркость (до 650 кд/м2) и контрастность (до 3000:1) наряду с отсутствием дрожания являются большими преимуществами таких мониторов (Для сравнения: у професионального ЭЛТ-монитора яркость равна приблизительно 350 кд/м2, а у телевизора — от 200 до 270 кд/м2 при контрастности от 150:1 до 200:1). Высокая четкость изображения сохраняется на всей рабочей поверхности экрана. Кроме того, угол по отношению к нормали, под которым увидеть нормальное изображение на плазменных мониторах, существенно больше, чем у LCD-мониторов. К тому же плазменные панели не создают магнитных полей (что служит гарантией их безвредности для здоровья), не страдают от вибрации, как ЭЛТ-мониторы, а их небольшое время регенерации позволяет использовать их для отображения видео- и телесигнала. Отсутствие искажений и проблем сведения электронных лучей и их фокусировки присуще всем плоскопанельным дисплеям. Необходимо отметить и стойкость PDP-мониторов к электромагнитным полям, что позволяет использовать их в промышленных условиях — даже мощный магнит, помещенный рядом с таким дисплеем, никак не повлияет на качество изображения. В домашних же условиях на монитор можно поставить любые колонки, не опасаясь возникновения цветных пятен на экране.

Главными недостатками такого типа мониторов является довольно высокая потребляемая мощность, возрастающая при увеличении диагонали монитора и низкая разрешающая способность, обусловленная большим размером элемента изображения. Кроме этого, свойства люминофорных элементов быстро ухудшаются, и экран становится менее ярким. Поэтому срок службы плазменных мониторов ограничен 10000 часами (это около 5 лет при офисном использовании). Из-за этих ограничений, такие мониторы используются пока только для конференций, презентаций, информационных щитов, то есть там, где требуются большие размеры экранов для отображения информации. Однако есть все основания предполагать, что в скором времени существующие технологические ограничения будут преодолены, а при снижении стоимости, такой тип устройств может с успехом применяться в качестве телевизионных экранов или мониторов для компьютеров.

Преимущества Газоразрядных мониторов:

• Компактность (глубина не превышает 10 - 15 см) и легкость при достаточно больших размерах экрана (40 - 50 дюймов).

• Малую толщину - газоразрядная панель имеет толщину около одного сантиметра или менее, а управляющая электроника добавляет еще несколько сантиметров.

• Высокую скорость обновления (примерно в пять раз лучше, чем у ЖК-панели).

• Отсутствие мерцаний, и смазывания движущихся объектов, возникающих при цифровой обработке. поскольку отсутствует гашение экрана на время обратного хода, как в ЭЛТ.

• Высокая яркость, контрастность и четкость при отсутствии геометрических искажений.

• Отсутствие проблем сведения электронных лучей и их фокусировки присуще всем плоскопанельным дисплеям.

• Отсутствие неравномерности яркости по полю экрана.

• 100-процентное использование площади экрана под изображение.

• Большой угол обзора, достигающий 160° и более.

• Отсутствие рентгеновского и других вредных для здоровья излучений,поскольку не используются высокие напряжения.

• Невосприимчивость к воздействию магнитных полей.

• Не страдают от вибрации, как ЭЛТ-мониторы.

• Широкий температурный дипазон.

• Небольшое время отклика (время между посылкой сигнала на изменение яркости пикселя и фактическим изменением) позволяет использовать их для отображения видео- и телесигнала.

• Плазменный экран можно снимать видеокамерой, и картинка при этом не дрожит, так как используется другой принцип отображения информации

Главными недостатками такого типа мониторов является довольно высокая потребляемая мощность, возрастающая при увеличении диагонали монитора, и низкая разрешающая способность, обусловленная большим размером элемента изображения. Кроме этого, свойства люминофорных элементов быстро ухудшаются, и экран становится менее ярким, поэтому срок службы плазменных мониторов ограничен 10000 часами (Это при 5-летнем использовании в офисе).

Из-за этих ограничений такие мониторы используются пока только для конференций, презентаций, информационных щитов, т.е. там, где требуются большие размеры экранов для отображения информации. Однако есть все основания предполагать, что в скором времени существующие технологические ограничения будут преодолены, а при снижении стоимости такой тип устройств может с успехом применяться в качестве телевизионных экранов или мониторов для компьютеров. Подобные телевизоры уже есть, они имеют большую диагональ, очень тонкие (по сравнению со стандартными телевизорами) и стоят больших денег - $10000 и выше.

Практически каждый производитель плазменных панелей добавляет к классической технологии некоторые собственные ноу-хау, улучшающие цветопередачу, контрастность и управляемость. В частности, NEC предлагает технологию капсулированного цветового фильтра (CCF), отсекающего ненужные цвета, и методику повышения контрастности за счет отделения пикселей друг от друга черными полосами (такая же технология используется Pioneer). В мониторах Pioneer также используются технология Enhanced Cell Structure, суть которойв увеличении площади люминофорного пятна, и новая химическая формула голубого люминофора, который дает более яркое свечение, и, соответственно, повышает контрастность. Компания Samsung разработала конструкцию монитора повышенной управляемости— панель разделена на 44 участка, каждый из которых имеет собственный электронный блок управления.

Компании Sony, Sharp и Philips совместно разрабатывают технологию PALC (Plasma Addressed Liquid Crystal), которая должна соединить в себе преимущества плазменных и LCD экранов с активной матрицей. Дисплеи, созданные на основе данной технологии, сочетают в себе преимущества жидких кристаллов (яркость и сочность цветов, контрастность) с большим углом видимости и высокой скоростью обновления плазменных панелей. В качестве регулятора яркости в этих дисплеях используются газоразрядные плазменные ячейки, а для цветовой фильтрации применяется ЖК-матрица. Технология PALC позволяет адресовать каждый пиксель дисплея по отдельности, а это означает непревзойденную управляемость и качество изображения. Первые образцы на основе технологии PALC появились в 1998 году.

Можно привести несколько удачных примеров использования плазменных мониторов. В торговом центре в Осло установлено 70 дисплеев, на которых покупают рекламное время небольшие магазинчики. Там PDP-мониторы окупили себя за 2,5 месяца. Используют их и в аэропортах. В частности, в Вашингтоне они установлены в зале прилета. Благодаря своей динамичности такой способ подачи информации привлекает гораздо больше внимания, чем традиционные табло. Есть опыт применения плазменных мониторов и в ресторанах McDonalds. Различные телевизионные компании, например CBS, NBC, BBS, MTV и российская НТВ используют в оформлении своих студий PDP-мониторы. Это связано с тем, что высокая частота обновления позволяет вести съемкуPDP-дисплея обычной камерой, и при этом не возникает мерцания или стробоскопического эффекта.

Итак, несмотря на довольно высокую цену, плазменные мониторы уже сейчас находят применение во многих отраслях— вложенные в них деньги быстро окупаются. Рост объемов продаж плазменных дисплеев и постоянное совершенствование конструкции позволяет предположить, что в перспективе цены на них упадут до уровня ЭЛТ-мониторов. По словам представителей Fujitsu, у этой компании есть четкая цель— довести стоимость плазменной панели до $100за один дюйм диагонали. “Таким образом, 42-дюймовая панель будет стоить $4200, что уже весьма близко к стоимости ЭЛТ-моделей аналогичного размера”,— говорят они. Когда точно это случится, предсказать пока трудно, но, по оценкам специалистов, в качестве крайнего срока можно рассматривать 2005 год

В 21-ом веке Газоразрядные Дисплеи с большим экраном найдут применение как устройства отображения цифровой информации, DVD и мониторов персональных компьютеров. В бизнесе, также, найдется широкий диапазон использования этих новых устройств, благодаря их способности передавать визуальную информацию с предельной ясностью и детализацией.

OLED Мониторы

Органический светодиод (англ. Organic Light-Emitting Diode (OLED) — органический светоизлучающий диод) — полупроводниковый прибор, изготовленный из органических соединений, который эффективно излучает свет, если пропустить через него электрический ток.

Основное применение технология OLED находит при создании устройств отображения информации (дисплеев). Предполагается, что производство таких дисплеев будет гораздо дешевле, нежели производство жидкокристаллических дисплеев

Принцип действия

Для создания органических светодиодов (OLED) используются тонкопленочные многослойные структуры, состоящие из слоев нескольких полимеров. При подаче на анод положительного относительно катода напряжения, поток электронов протекает через прибор от катода к аноду. Таким образом катод отдает электроны в эмиссионный слой, а анод забирает электроны из проводящего слоя, или другими словами анод отдает дырки в проводящий слой. Эмиссионный слой получает отрицательный заряд, а проводящий слой положительный. Под действием электростатических сил электроны и дырки движутся навстречу друг к другу и при встрече рекомбинируют. Это происходит ближе к эмиссионному слою, потому что в органических полупроводниках дырки обладают большей подвижностью, чем электроны. При рекомбинации происходит понижение энергии электрона, которое сопровождается испусканием (эмиссией) электромагнитного излучения в области видимого света. Поэтому слой и называется эмиссионным.

Схема 2х слойной OLED-панели: 1. Катод(−), 2. Эмиссионный слой, 3. Испускаемое излучение, 4. Проводящий слой, 5. Анод (+)

Прибор не работает при подаче на анод отрицательного относительно катода напряжения. В этом случае дырки движутся к аноду, а электроны в противоположном направлении к катоду, и рекомбинации не происходит.

В качестве материала анода обычно используется оксид индия, легированный оловом. Он прозрачный для видимого света и имеет высокую работу выхода, которая способствует инжекции дырок в полимерный слой. Для изготовления катода часто используют металлы, такие как алюминий и кальций, так как они обладают низкой работой выхода, способствующей инжекции электронов в полимерный слой

Преимущества

В сравнении c плазменными дисплеями

• меньшие габариты и вес

• более низкое энергопотребление при той же яркости

• возможность создания гибких экранов

• возможность длительное время показывать статическую картинку

В сравнении c жидкокристаллическими дисплеями

• меньшие габариты и вес

• отсутствие необходимости в подсветке

• отсутствие такого параметра как угол обзора — изображение видно без потери качества с любого угла

• мгновенный отклик (на порядок выше, чем у LCD) — по сути полное отсутствие инерционности

• более качественная цветопередача (высокий контраст)

• возможность создания гибких экранов

• большой диапазон рабочих температур (от −40 до +70 °C[2])

Яркость. OLED-дисплеи обеспечивают яркость излучения от нескольких кд/м2 (для ночной работы) до очень высоких яркостей — свыше 100 000 кд/м2, причем их яркость может регулироваться в очень широком динамическом диапазоне. Так как срок службы дисплея обратно пропорционален его яркости, для приборов рекомендуется работа при более умеренных уровнях яркости до 1000 кд/м2. При освещении LCD-дисплея ярким лучом света появляются блики, а картинка на OLED-экране останется яркой и насыщенной при любом уровне освещенности (даже при прямом попадании солнечных лучей на дисплей)[источник не указан 95 дней].

Контрастность.

Здесь OLED также лидер. OLED-дисплеи обладают контрастностью 1000000:1 (Контрастность LCD 5000:1[источник не указан 859 дней], CRT 2000:1)

Углы обзора.

Технология OLED позволяет смотреть на дисплей с любой стороны и под любым углом, причем без потери качества изображения. Впрочем, современные ЖК дисплеи (за исключением основанных на TN+Film матрицах) также сохраняют приемлемое качество картинки при больших углах обзора.

Недостатки

• маленький срок службы люминофоров некоторых цветов (порядка 2-3 лет)

• как следствие первого, невозможность создания долговечных полноценных TrueColor дисплеев

• дороговизна и неотработанность технологии по созданию больших матриц

Главная проблема для OLED — время непрерывной работы должно быть более 15 тыс. часов. Одна проблема, которая в настоящее время препятствует широкому распространению этой технологии, состоит в том, что «красный» OLED и «зелёный» OLED могут непрерывно работать на десятки тысяч часов дольше, чем «синий» OLED. Это визуально искажает изображение, причем время качественного показа неприемлемо для коммерчески жизнеспособного устройства. Хотя сегодня «синий» OLED всё-таки добрался до отметки в 17,5 тыс. часов непрерывной работы.

При этом для дисплеев телефонов, фотокамер, планшетов и иных малых устройств достаточно в среднем около 5 тысяч часов непрерывной работы, в связи с быстрыми темпами устаревания аппаратуры и еë неактуальности после нескольких последующих лет. Поэтому в них OLED успешно применяется уже сегодня.

Можно считать это временными трудностями становления новой технологии, поскольку разрабатываются новые долговечные люминофоры. Также растут мощности по производству матриц. Потребность в преимуществах, демонстрируемых органическими дисплеями с каждым годом растёт. Этот факт позволяет заключить, что в скором времени дисплеи произведëнные по OLED технологиям, с высокой вероятностью станут доминатными на рынке электроники народного потребления.

Основные направления исследований разработчиков OLED-панелей, где на сегодняшний день есть реальные результаты:

PHOLED

PHOLED (Phosphorescent OLED) (англ.) — технология, являющаяся достижением Universal Display Corporation (UDC) совместно с Принстонским университетом и университетом Южной Калифорнии. Как и все OLED, PHOLED функционируют следующим образом: электрический ток подводится к органическим молекулам, которые испускают яркий свет. Однако, PHOLED используют принцип электрофосфоресценции, чтобы преобразовать до 100 % электрической энергии в свет. К примеру, традиционные флуоресцентные OLED преобразовывают в свет приблизительно 25-30 % электрической энергии. Из-за их чрезвычайно высокого уровня эффективности энергии, даже по сравнению с другим OLED, PHOLED изучаются для потенциального использования в больших дисплеях типа телевизионных мониторов или экранов для потребностей освещения. Потенциальное использование PHOLED для освещения: можно покрыть стены гигантскими PHOLED-дисплеями. Это позволило бы всем комнатам освещаться равномерно, вместо использования лампочек, которые распределяют свет неравномерно по комнате. Или мониторы-стены или окна — удобно для организаций или любителей поэкспериментировать с интерьером. Также к преимуществам PHOLED-дисплеев можно отнести яркие, насыщенные цвета, а также достаточно долгий срок службы.

TOLED

TOLED — прозрачные светоизлучающие устройства TOLED (Transparent and Top-emitting OLED) — технология, позволяющая создавать прозрачные (Transparent) дисплеи, а также достигнуть более высокого уровня контрастности.

Прозрачные TOLED-дисплеи: направление излучения света может быть только вверх, только вниз или в оба направления (прозрачный). TOLED может существенно улучшить контраст, что улучшает читаемость дисплея при ярком солнечном свете.

Так как TOLED на 70 % прозрачны при выключении, то их можно крепить прямо на лобовое стекло автомобиля, на витрины магазинов или для установки в шлеме виртуальной реальности. Также прозрачность TOLED позволяет использовать их с металлом, фольгой, кремниевым кристаллом и другими непрозрачными подложками для дисплеев с отображением вперед (могут использоваться в будущих динамических кредитных картах). Прозрачность экрана достигается при использовании прозрачных органических элементов и материалов для изготовления электродов.

За счёт использования поглотителя с низким коэффициентом отражения для подложки TOLED-дисплея контрастное отношение может на порядок превзойти ЖКИ (мобильные телефоны и кабины военных самолетов-истребителей). По технологии TOLED также можно изготавливать многослойные устройства(например SOLED) и гибридные матрицы (Двунаправленные TOLED TOLED делают возможным удвоить отображаемую область при том же размере экрана — для устройств, у которых желаемый объём выводимой информации шире, чем существующий).

FOLED

FOLED (Flexible OLED) — главная особенность — гибкость OLED-дисплея. Используется пластик или гибкая металлическая пластина в качестве подложки с одной стороны, и OLED-ячейки в герметичной тонкой защитной пленке — с другой. Преимущества FOLED: ультратонкость дисплея, сверхнизкий вес, прочность, долговечность и гибкость, которая позволяет применять OLED-панели в самых неожиданных местах. (Раздолье для фантазии — область возможного применения OLED весьма велика).

SOLED

Staked OLED — технология экрана от UDC (сложенные OLED). SOLED используют следующую архитектуру: изображение подпикселов складывается (красные, синие и зеленые элементы в каждом пикселе) вертикально вместо того, чтобы располагаться рядом, как это происходит в ЖК-дисплее или электронно-лучевой трубке. В SOLED каждым элементом подпиксела можно управлять независимо. Цвет пиксела может быть отрегулирован при изменении тока, проходящего через три цветных элемента (в нецветных дисплеях используется модуляция ширины импульса). Яркостью управляют, меняя силу тока. Преимущества SOLED: высокая плотность заполнения дисплея органическими ячейками, посредством чего достигается хорошее разрешение, а значит, высококачественная картинка.

Passive/Active Matrix

Каждый пиксель цветного OLED-дисплея формируется из трех составляющих — органических ячеек, отвечающих за синий, зелёный и красный цвета. В основе OLED — пассивные и активные матрицы управления ячейками.

Пассивная матрица представляет собой массив анодов, расположенных строками, и катодов, расположенных столбцами. Чтобы подать заряд на определённый органический диод, необходимо выбрать нужный номер катода и анода, на пересечении которых находится целевой пиксель, и пустить ток. Используется в монохромных экранах с диагональю 2-3 дюйма (дисплеи сотовых телефонов, электронных часов, различные информационные экраны техники).

Активная матрица: как и в случае LCD-мониторов, для управления каждой ячейкой OLED используются транзисторы, запоминающие необходимую для поддержания светимости пикселя информацию. Управляющий сигнал подается на конкретный транзистор, благодаря чему ячейки обновляются достаточно быстро. Используется технология TFT (Thin Film Transistor) — тонкопленочного транзистора. Создается массив транзисторов в виде матрицы, который накладывается на подложку прямо под органический слой дисплея. Слой TFT формируется из поликристального или аморфного кремния.

Также идут разработки O-TFT (Organic TFT) — технологии органических транзисторов.

Представители компании Uni-Pixel из Вудлэнда, штат Техас, сообщили новость о том, что компания готовится запустить массовое производство дисплеев нового поколения, маленькой толщины и выполненных по технологии Time-Multiplexed Optical Shutter (TMOS), что в переводе означает «оптический затвор с временным мультиплексированием», которая использует инерционность сетчатки человеческого глаза.

Представители Uni-Pixel утверждают, что новые дисплеи будут значительно дешевле в производстве, обеспечивать более качественное изображение, чем дисплеи CRT, LCD и OLED, и потреблять меньшее количество энергии.

Большинство технологий изготовления дисплеев, применяемых в настоящее время, используют синхронизированное пространственное смешение трех основных цветов, красного, зеленого и синего. Меняя интенсивность каждого цвета, смешение цветов позволяет получить миллионы оттенков. Дисплеи TMOS, вместо смешения трех цветов, используют инерционность человеческого зрения, чередуют через очень короткие интервалы времени вспышки трех основных цветов с необходимой интенсивностью, дальнейшее «математическое» смешение и получение результирующего цвета происходит уже в мозгу человека.

Принцип действия технологии TMOS комбинирует в себе и электронную и механическую составляющие. Чередующиеся вспышки красного, зеленого и синего цвета производятся светодиодами соответствующего цвета, расположенными по краям дисплея и освещающими стеклянную подложку. На эту подложку наложена специальная тонкая пленка, сделанная по технологии микроэлектромеханических систем (MEMS), и содержащая крошечные электронные и механические устройства. Под воздействием электрических сигналов с матрицы, расположенной уровнем ниже, эти микроэлектромеханические элементы деформируют пленку, вследствие чего миниатюрные зеркала, диаметром всего 10 микрон, расположенные на поверхности пленки, приближаются к освещенной подложке первого уровня и отражают свет, формируя, таким образом, изображение одного пиксела.

Новая технология, несомненно, имеет ряд значимых преимуществ перед ныне используемыми технологиями. Количество микротранзисторов, коммутирующих сигналы для управления элементами TMOS, уменьшилось в три раза, по сравнению с LCD дисплеями. Это, несомненно, отразится на стоимости конечного продукта в сторону уменьшения и позволит увеличить надежность устройства. Опять же, по сравнению с LED дисплеями, количество слоев, расположенных между освещаемой подложкой уменьшено до одного, собственно слоя пленки TMOS. Это позволило в десять раз уменьшить мощность, требующуюся для освещения нижнего слоя, что положительно сказывается на характеристиках энергопотребления.

За счет маленьких габаритов каждого пиксела, на базе технологии TMOS можно будет добиться рекордного значения разрешения таких дисплеев, перешагнув предел в 300 точек на дюйм. Скорость реакции используемых микроэлектромеханических элементов, расположенных на пленке TMOS чрезвычайно высока, что позволит получить частоты регенерации изображения в 1000 раз превышающие типовые значения LCD дисплеев. Но самым внушительным достижением новой технологии является прогнозируемый срок службы нового типа дисплеев, который составляет 300 000 часов, что намного больше, чем аналогичные показатели LCD или OLED дисплеев.

По данным компании Uni-Pixel в настоящий момент идет ограниченный выпуск матриц TMOS, которые рассылаются в качестве опытных и экспериментальных образцов различным изготовителям дисплеев и другой электронной техники. В новом, 2010 году, компания планирует скачкообразное увеличение выпуска новых матриц, которые уже пойдут в конечные изделия

Cтереодиисплей. 3D мониторы.

Стереодисплей — название для устройства визуального отображения информации (дисплея), позволяющего создавать у зрителя иллюзию наличия реального объёма у демонстрируемых объектов и иллюзию частичного либо полного погружения в сцену, за счёт стереоскопического эффекта.

Стереоскопия всего лишь один из способов формирования объёмного изображения, так что не совсем правильно отождествлять понятия «стереодисплей» и «трёхмерный дисплей». Стереодисплей является трёхмерным дисплеем, но не всякий трёхмерный дисплей является стереоскопическим (само определение «трёхмерный» в отношении средств вывода графической информации связано с употреблением СМИ термина «3D» в отношении как стереоскопических технологий, так и (псевдо)трёхмерной (объёмной) компьютерной графики, несмотря на различие сути терминов «объёмность» и «стереоскопичность»).

Виды трёхмерных дисплеев

• Стереоскопические 3D-дисплеи формируют отдельные изображения для каждого глаза. Такой принцип используется в стереоскопах, известных ещё с начала XIX века.

• Автостереоскопические 3D-дисплеи воспроизводят трёхмерное изображение без каких-либо дополнительных аксессуаров для глаз или головы (таких как стереоочки или шлемы виртуальной реальности).

• Голографические 3D-дисплеи имитируют пространственное размещение световых волн в таком виде, как они располагались бы при отражении света от реального трёхмерного объекта.

• Объёмные дисплеи используют различные физические механизмы для показа светящихся точек в пределах некоторого объёма.

Стереоскопические дисплеи

Стереоскопические дисплеи делятся на два типа:

Автостереоскопические дисплеи — дисплеи, не нуждающиеся в дополнительных аксессуарах, и способные самостоятельно формировать стереоэффект путём направления нужного пучка света в нужный глаз. Как правило, для этого применяются микролинзы Френеля, выполняющие роль светоделителей, и специальные барьерные сетки, так чтобы каждый глаз зрителя видел только тот столбец пикселей, который предназначен для него (у данного метода имеются множественные недостатки. В частности, выход зрителя из нужного ракурса или выход из ограниченной «зоны безопасного просмотра» приводит к разрушению эффекта стерео, а разрешение изображения по горизонтали автоматически уменьшается вдвое).

Производители стереодисплеев продолжают разрабатывать технологии, позволяющие уменьшить эти недостатки. Philips и NewSight[1] разработали свои технологии многоракурсных дисплеев — WOWvx[2] и MultiView[3]. Компания SeeReal Technologies, в свою очередь, встраивает в свои дисплеи подвижный светоделитель и детектор положения головы зрителя, перестраивая изображение под нужный угол зрения.[4]

Дисплеи, требующие использования вспомогательных устройств (очков) для создания зрительного стереоэффекта. В свою очередь вспомогательные очки делятся на две категории — пассивные и активные:

Пассивные:

• Анаглифические, использующие метод получения стереоэффекта для стереопары обычных изображений при помощи цветового кодирования изображений, предназначенных для левого и правого глаза. Вместо диоптрийных стёкол в такие очки вставлены специальные светофильтры, как правило, для левого глаза — красный, для правого — голубой или синий.

• Поляризационные очки, через эффект поляризации формирующие разные изображения для разных глаз. Снижение яркости изображения для поляризационных очков составляет примерно 50 %, разрешение остается тем же (для систем с двумя ЖК-панелями: Planar[5], StereoPixel[6]) или снижается вдвое (Zalman[7]). Поляризационные очки применяются также в кинотеатрах IMAX.

Активные — затворные очки[8][9] (жидкокристаллические или поляризационные), синхронизированные с дисплеем и поочерёдно затемняющиеся с той же частотой, с которой дисплей выводит изображения (кадры) для каждого глаза. За счёт эффекта инерции зрения в мозгу зрителя формируется цельное изображение (при этом требуется дисплей с частотой развёртки 120 Гц, так, чтобы для каждого глаза частота обновления изображения составляла 60 Гц). Снижение яркости изображения для затворных составляет примерно 80 %, разрешение остаётся тем же.

Голографические дисплеи

Термин «3D-дисплей» применяется также в отношении голографических[10] дисплеев, имитирующих пространственное размещение световых волн в таком виде, как они располагались бы при отражении света от реального трёхмерного объекта

Объёмные дисплеи

Термин «3D-дисплей» употребляется и в отношении т. н. объёмных или воксельных дисплеев, где объёмное изображение формируется (при помощи различных физических механизмов) из светящихся точек в пределах некоторого объёма. Такие дисплеи вместо пикселов оперируют вокселами. Объёмные дисплеи строятся на разных принципах. Например, могут состоять из множества плоскостей, формирующих изображение, которые расположены одна над другой, одной качающейся плоскости, или же вращающихся плоских, или криволинейных панелей[11][12]. Дисплеи на основе качающихся плоскостей и вращающихся панелей используют эффект зрительной инерции для достижения 3D-эффекта. За цикл своего движения движущаяся (качающаяся или вращающаяся) поверхность весь объём, в котором располагается изображение, зритель же воспринимает все положения поверхности как одновременные, в результате и видит вместо одной поверхности сплошное тело.

Сейчас получают распространение подобные дисплеи низкого разрешения на основе светодиодов (в том числе трёхцветных (RGB), позволяющих получить до 16 млн цветовых оттенков), как простейших, разрешением 3х3х3 (монохром), так и значительного размера и разрешения. Самый большой подобный дисплей находится в здании ж/д станции Цюриха (Швейцария) — его размеры 5х5х1 метр, состоит из 25 000 светящихся сфер (16 млн цветовых оттенков каждый) с частотой обновления 25 Гц.

Сенсорный монитор

Се́нсорный экран — устройство ввода и вывода информации, представляющее собой экран, реагирующий на прикосновения к нему.

История

Сенсорный экран изобрели в США в рамках исследований по программированному обучению. Компьютерная система PLATO IV, появившаяся в 1972 году, имела сенсорный экран на сетке ИК-лучей, состоявший из 16×16 блоков. Но даже столь низкая точность позволяла пользователю выбирать ответ, нажимая в нужное место экрана.

В 1971 году Сэмюэлем Херстом (будущим основателем компании Elographics, ныне Elo TouchSystems) был разработан элограф — графический планшет, действовавший по четырёхпроводному резистивному принципу (U.S. Patent 3662105 (англ.)). В 1974 году он же сумел сделать элограф прозрачным, в 1977 — разработал пятипроводной экран[1]. Объединившись с Siemens, в Elographics сумели сделать выпуклую сенсорную панель, подходившую к кинескопам того времени. На всемирной ярмарке 1982 года Elographics представила телевизор с сенсорным экраном[2].

В 1983 году вышел компьютер HP-150 с сенсорным экраном на ИК-сетке[3]. Впрочем, в те времена сенсорные экраны применялись преимущественно в промышленной и медицинской аппаратуре.

В потребительские устройства (телефоны, КПК и т. д.) сенсорные экраны вошли как замена крохотной клавиатуре, когда появились устройства с большими (во всю переднюю панель) ЖК-экранами. Первая карманная игровая консоль с сенсорным экраном — Nintendo DS, первое массовое устройство, поддерживающее мультитач — iPhone.

Принципы работы сенсорных экранов

Резистивные сенсорные экраны

Четырёхпроводной экран

Резистивный сенсорный экран состоит из стеклянной панели и гибкой пластиковой мембраны. И на панель, и на мембрану нанесено резистивное покрытие. Пространство между стеклом и мембраной заполнено микроизоляторами, которые равномерно распределены по активной области экрана и надёжно изолируют проводящие поверхности. Когда на экран нажимают, панель и мембрана замыкаются, и контроллер с помощью аналогово-цифрового преобразователя регистрирует изменение сопротивления и преобразует его в координаты прикосновения (X и Y). В общих чертах алгоритм считывания таков:

1. На верхний электрод подаётся напряжение +5В, нижний заземляется. Левый с правым соединяются накоротко и проверяется напряжение на них. Это напряжение соответствует Y-координате экрана.

2. Аналогично на левый и правый электрод подаётся +5В и «земля», с верхнего и нижнего считывается X-координата.

Существуют также восьмипроводные сенсорные экраны. Они улучшают точность отслеживания, но не повышают надёжности.

Пятипроводной экран

Пятипроводной экран более надёжен за счёт того, что резистивное покрытие на мембране заменено проводящим (5-проводной экран продолжает работать даже с прорезанной мембраной). На заднем стекле нанесено резистивное покрытие с четырьмя электродами по углам.

Изначально все четыре электрода заземлены, а мембрана «подтянута» резистором к +5В. Уровень напряжения на мембране постоянно отслеживается аналогово-цифровым преобразователем. Когда ничто не касается сенсорного экрана, напряжение равно 5 В.

Как только на экран нажимают, микропроцессор улавливает изменение напряжения мембраны и начинает вычислять координаты касания следующим образом:

На два правых электрода подаётся напряжение +5В, левые заземляются. Напряжение на экране соответствует X-координате.

Y-координата считывается подключением к +5В обоих верхних электродов и к «земле» обоих нижних.

Матричные сенсорные экраны

Конструкция и принцип работы

Конструкция 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.

Особенности

Имеют очень низкую точность. Элементы интерфейса приходится специально располагать с учётом клеток матричного экрана Единственное достоинство — простота, дешевизна и неприхотливость. Обычно матричные экраны опрашиваются по строкам (аналогично матрице кнопок); это позволяет наладить мультитач. Постепенно заменяются резистивными.

Ёмкостные сенсорные экраны

Конструкция и принцип работы

Ёмкостный (или поверхностно-ёмкостный) экран использует тот факт, что предмет большой ёмкости проводит переменный ток.

Ёмкостный сенсорный экран представляет собой стеклянную панель, покрытую прозрачным резистивным материалом (обычно применяется сплав оксида индия и оксида олова). Электроды, расположенные по углам экрана, подают на проводящий слой небольшое переменное напряжение (одинаковое для всех углов). При касании экрана пальцем или другим проводящим предметом появляется утечка тока. При этом чем ближе палец к электроду, тем меньше сопротивление экрана, а значит, сила тока больше. Ток во всех четырёх углах регистрируется датчиками и передаётся в контроллер, вычисляющий координаты точки касания.

В более ранних моделях ёмкостных экранов применялся постоянный ток — это упрощало конструкцию, но при плохом контакте пользователя с землёй приводило к сбоям.

Ёмкостные сенсорные экраны надёжны, порядка 200 млн нажатий (около 6 с половиной лет нажатий с промежутком в одну секунду), не пропускают жидкости и отлично терпят не проводящие загрязнения. Прозрачность на уровне 90 %. Впрочем, проводящее покрытие всё ещё уязвимо. Поэтому ёмкостные экраны широко применяются в автоматах, установленных в охраняемом помещении. Не реагируют на руку в перчатке.

Проекционно-ёмкостные сенсорные экраны

Конструкция и принцип работы

На внутренней стороне экрана нанесена сетка электродов. Электрод вместе с телом человека образует конденсатор; электроника измеряет ёмкость этого конденсатора (подаёт импульс тока и измеряет напряжение).

Особенности

Прозрачность таких экранов до 90 %, температурный диапазон чрезвычайно широк. Очень долговечны (узкое место — сложная электроника, обрабатывающая нажатия). На ПЁCЭ может применяться стекло толщиной вплоть до 18 мм[9], что приводит к крайней вандалоустойчивости. На непроводящие загрязнения не реагируют, проводящие легко подавляются программными методами. Поэтому проекционно-ёмкостные сенсорные экраны применяются в автоматах, устанавливаемых на улице. Многие модели реагируют на руку в перчатке. В современных моделях конструкторы добились очень высокой точности — правда, вандалоустойчивые исполнения менее точны.

ПЁСЭ реагируют даже на приближение руки — порог срабатывания устанавливается программно. Отличают нажатие рукой от нажатия проводящим пером. В некоторых моделях поддерживается мультитач. Поэтому такая технология применяется в тачпадах и мультитач-экранах.

Стоит заметить, что из-за различий в терминологии[7] часто путают поверхностно- и проекционно-ёмкостные экраны. По классификации, применённой в данной статье, экран iPhone является проекционно-ёмкостным

Сенсорные экраны на поверхностно-акустических волнах

Экран представляет собой стеклянную панель с пьезоэлектрическими преобразователями (ПЭП), находящимися по углам. По краям панели находятся отражающие и принимающие датчики. Принцип действия такого экрана заключается в следующем. Специальный контроллер формирует высокочастотный электрический сигнал и посылает его на ПЭП. ПЭП преобразует этот сигнал в ПАВ, а отражающие датчики его соответственно отражают. Эти отражённые волны принимаются соответствующими датчиками и посылаются на ПЭП. ПЭП, в свою очередь принимают отражённые волны и преобразовывают их в электрический сигнал, который затем анализируется с помощью контроллера. При касании экрана пальцем часть энергии акустических волн поглощается. Приёмники фиксируют это изменение, а микроконтроллер вычисляет положение точки касания. Реагирует на касание предметом, способным поглотить волну (палец, рука в перчатке, пористая резина).

Особенности

Главным достоинством экрана на поверхностных акустических волнах (ПАВ) является возможность отслеживать не только координаты точки, но и силу нажатия (здесь, скорее, способность точно определять радиус или область нажатия), благодаря тому, что степень поглощения акустических волн зависит от величины давления в точке касания (экран не прогибается под нажатием пальца и не деформируется, поэтому сила нажатия не влечет за собой качественных изменений в обработке контроллером данных о координатах воздействия, который фиксирует только область, перекрывающую путь акустических импульсов). Данное устройство имеет очень высокую прозрачность, так как свет от отображающего прибора проходит через стекло, не содержащее резистивных или проводящих покрытий. В некоторых случаях для борьбы с бликами стекло вообще не используется, а излучатели, приёмники и отражатели крепятся непосредственно к экрану отображающего устройства. Несмотря на сложность конструкции, эти экраны довольно долговечны. По заявлению, например, американской компании Tyco Electronics и тайваньской фирмы GeneralTouch, они выдерживают до 50 млн касаний в одной точке, что превышает ресурс 5-проводного резистивного экрана. Экраны на ПАВ применяются в основном в игровых автоматах, в охраняемых справочных системах и образовательных учреждениях. Как правило, экраны ПАВ различают на обычные — толщиной 3 мм, и вандало стойкие — 6 мм. Последние выдерживают удар кулаком среднего мужчины или падение металического шара весом 0.5 кг с высоты 1.3 метра (по данным Elo Touch Systems). На рынке предлагаются варианты подключения к компьютеру как через интерфейс RS232, так и через интерфейс USB. На данный момент большей популярностью пользуются контроллеры к сенсорным экранам ПАВ, поддерживающие и тот, и другой тип подключения — combo (данные Elo Touch Systems).

Главным недостатком экрана на ПАВ являются сбои в работе при наличии вибрации или при воздействии акустическими шумами, а также при загрязнении экрана. Любой посторонний предмет, размещённый на экране (например, жевательная резинка), полностью блокирует его работу. Кроме того, данная технология требует касания предметом, который обязательно поглощает акустические волны, — то есть, например, пластиковая банковская карточка в данном случае неприменима.

Точность этих экранов выше, чем матричных, но ниже, чем традиционных ёмкостных. Для рисования и ввода текста они, как правило, не используются.

Инфракрасные сенсорные экраны

Принцип работы инфракрасной сенсорной панели прост — сетка, сформированная горизонтальными и вертикальными инфракрасными лучами, прерывается при касании к монитору любым предметом. Контроллер определяет место, в котором луч был прерван.

Особенности

Инфракрасные сенсорные экраны боятся загрязнений и поэтому применяются там, где важно качество изображения. Из-за простоты и ремонтопригодности схема популярна у военных. Данный тип экрана применяется в мобильных телефонах компании Neonode.[11]

Оптические сенсорные экраны

Стеклянная панель снабжена инфракрасной подсветкой. На границе «стекло-воздух» получается полное внутреннее отражение, на границе «стекло — посторонний предмет» свет рассеивается. Остаётся заснять картину рассеяния, для этого существуют две технологии:

В проекционных экранах рядом с проектором ставится камера.[5][12] Так устроен, например, Microsoft Surface.[13][14][15]

Либо светочувствительным делают дополнительный четвёртый субпиксель ЖК-экрана.[5][6]

Особенности

Позволяют отличить нажатия рукой от нажатий какими-либо предметами, есть мультитач. Возможны большие сенсорные поверхности, вплоть до классной доски.

Тензометрические сенсорные экраны

Реагируют на деформацию экрана. Точность тензометрических экранов невелика, зато они отлично выдерживают вандализм. Применение аналогично проекционно-ёмкостным: банкоматы, билетные автоматы и прочие устройства, расположенные на улице.[16]

Сенсорные экраны DST

Сенсорный экран DST (Dispersive Signal Technology) реагирует на деформацию стекла. Возможно нажатие на экран рукой или любым предметом. Отличительной особенностью является высокая скорость реакции и возможность работы в условиях сильного загрязнения экрана.

Индукционные сенсорные экраны

Индукционный сенсорный экран — это графический планшет со встроенным экраном. Такие экраны реагируют только на специальное перо.

Применяются, когда требуется реакция именно на нажатия пером (а не рукой): художественные планшеты класса high-end, некоторые модели планшетных ПК.

Голографические 3D дисплеи

Голографические 3D дисплеи (далее H3D) воспроизводят непрерывное световое поле, соответствующее световому полю реальной 3D сцены. Однако, современная техника немыслима без цифровой обработки сигналов, стало быть, любая непрерывная функция с некоторой точностью апроксимируется рядом дискретных значений.

ПРИНЦИП Разделение объема воспроизведения множеством условных вертикальных плоскостей, проходящих через центр экрана. В каждой части разбитого плоскостями пространства наблюдается свой вид (ракурс) объемной сцены.

Обычно, когда речь заходит о H3D, имеют в виду устройство, способное воспроизводить на некоемом материале подобие традиционной голограммы, то есть вычислять и отображать фиксируемую ей в виде дифракционных структур интерференционную картину светового поля, причем делать это в реальном времени. Такой подход не учитывает, что каждый малый участок голограммы представляет из себя дифракционную решетку, выполняющую роль отклоняющего элемента и нет нужды каждый раз, когда нужно изменить угол отклонения луча, рассчитывать и отображать ее. Самое удивительное, что есть ученые, разрабатывающие это финансово и информационно сверхзатратное направление. Например, американцы из Массачусетского технологического разработали прототип, в котором воспроизводится изображение, рассчитанное на компьютере. Голограмма формируется с помощью акустооптического модулятора: луч лазера модулируется акустическими колебаниями, воздействующими на кристалл, который расположен перед фокусирующей линзой.

Прорисовка изображения выполняется механической зеркальной разверткой. Для монохромной картинки размером 15 x 15 x 20 см требуется поток данных около 2 гигапикселов в секунду. Японцы пытаются воспроизводить голограммы с помощью проекционных LCD матриц (используются в видеопроекторах), каждая из которых воспроизводит небольшой отдельный участок голограммы. Поскольку диагональ таких матриц не превышает 1,8 дюйма, для получения голограммы нужной площади пришлось использовать множественные конфигурации и устройства сведения для объединения различных частей голограммы. Поток данных, требуемый для воссоздания полноценного образа, достигает приблизительно одного терабайта в секунду. Монохроматическая голограмма с площадью проекции 1 кв.см - это пока максимум, чего удалось добиться исследователям.

Интересна разработка, названная ее авторами "офисный голографический принтер". Хотя это устройство не имеет непосредственного отношения к 3D дисплеям, полученные результаты могут быть использованы в будущем для создания H3D.

Принтер позволяет печатать на фоточувствительном материале однопроходные голограммы, качество которых во многих случаях превосходит качество традиционных голограмм. Голограмма получается путем последовательной экспозиции узких полосок фотоматериала через щелевую маску. На каждой полоске по традиционной технологии получения голограмм фиксируется образ цилиндрической линзы, за которой располагается LCD матрица с выведенным на нее специально подготовленным изображением. В результате получается голограмма линзового растра очень высокого разрешения (до 250 lpi), идеально совмещенного с изображением, содержащим до 150 ракурсов предварительно отснятой или смоделированной на компьютере 3D сцены.

Исследования, проведенные при разработке голографического принтера, показали, что голограмма 3D объекта может быть рассчитана как совокупность голографических образов составляющих его вокселей. Образ вокселя представляет из себя фиксированный паттерн, зависящий только от "глубины залегания", т.е. Z-координаты вокселя и не зависящий от координат X и Y. Паттерны для всего диапазона значений Z могут быть рассчитаны заранее и помещены в таблицу, откуда будут извлекаться при выводе в реальном времени с минимальным количеством вычислительных операций. Паттерны для систем на основе линзовых растров имеют простейший вид группы вертикальных штрихов и могут рассчитываться непосредственно в процессе вывода изображения. Отличие данного метода от классической голограммы состоит в том, что формируются изображения, имеющие только горизонтальный параллакс (как, впрочем, и у всех дисплеев, описанных выше). Принцип формирования образа вокселя P из опорного пучка света S классической голограммой показан ниже.

ПЛЮСЫ:

• самое реалистичное 3D изображение, обладающее всеми оптическими свойствами отображаемого реального объекта;

МИНУСЫ:

• техническая сложность на пределе современных возможностей аппаратуры;

• вычислительных мощностей хватает только для статических изображений.

Стандарты Enerdgy Star

Energy Star - это спецификация системы управления энергопотреблением монитора.

Наличие логотипа Energy Star говорит о том, что производитель учитывал требования при разработке своего монитора.

98% продаваемых сегодня ПК имеют лого Energy Star.

Эта спецификация позволяет снизить энергопотребление системы в режиме бездействия на 60-80%.

Основана она на спецификации EPA (Environmental Protection Agency) - организации по защите окружающей среды.

Организация U.S. Environmental Protection Agency была организована в 1970 году с миссией "защищать здоровье людей и окружающую среду".

В 1992 году она представила свою первую версию программы Energy Star, распространяющейся на ПК и мониторы.

Вы можете зайти на сайты этих организаций для более детального знакомства:

http://www.epa.gov и http://www.energystar.gov.

В настоящее время действует редакция Energy Star (Energy Star 3.0), принятая 1 июля 2000 года и требующая от компьютеров наличия "спящего режима", в котором энергопотребление не должно превышать 30% от пикового.

При наличии у Вас видеоадаптера соответствующего стандарту VESA DMPS Ваш монитор должен потреблять энергию:

Normal: Нормальная работа 80 Вт (номинал);

Standby: Кратковременная пауза 50 Вт (номинал);

Suspend: Долговременная пауза <15 Вт;

Off: Полное отключение <5 Вт.

И естественно, что монитор вместе в видеокартой должны в эти режимы уметь переходить по командам операционной системы.

В том числе и выключить монитор.

Новая, четвертая версия спецификации Energy Star (Energy Star 4.0) вступит в силу 20 июля 2007 года.

Согласно её требованиям ПК всё так же должен иметь "спящий режим", переход в который осуществляется после получаса бездействия (кроме серверов, работающих в режиме 24/7), а главные изменения коснулись требований к эффективности блоков питания.

Выпускаемые ныне БП стандарта ATX 2.2 имеют КПД от 68%.

Energy Star 4.0 предполагает, что в среднем этот показатель будет повышен до 80% (средневзвешенный показатель при 20%, 50% и 100% уровнях загрузки).

Новые требования стали более жесткими, поэтому EPA считает, что только 25% современных устройств смогут им соответствовать.

Например, для получения знака Energy Star теперь требуется улучшить КПД блоков питания с 72% до 80%, а коэффициент мощности должен быть выше 0,9.

Согласно новой спецификации все пользовательские ПК будут подразделяться на категории A, B, C, для каждой из которых установлен предельный уровень энергопотребления в каждом из режимов работы ПК.

Категория A:

2- или 4-ядерный процессор;

видеокарта с 128 Мб памяти или более;

2 Гб оперативной памяти или более;

TV-тюнер с поддержкой высокого разрешения;

2 или более жестких диска.

Категория B:

2- или 4-ядерный процессор;

1 Гб оперативной памяти или более.

Категория C — это любой компьютер не соответствующий категориям A и B.

Тип ПК Режим бездействия Спящий режим Режим Standby КПД БП Описание

Категория А

Настольные ПК 50 Вт 4,0 Вт 2,0 Вт 80% Стандартные настольные ПК

Категория B

Настольные ПК 65 Вт 4,0 Вт 2,0 Вт 80% Системы на базе 2-хядерных процессоров с 1+ Гб ОЗУ

Категория C

Настольные ПК 95 Вт 4,0 Вт 2,0 Вт 80% Игровые ПК

Категория А

Ноутбуки 14 Вт 1,7 Вт 1,0 Вт 80% Стандартные ноутбуки

Категория B

Ноутбуки 22 Вт 1,7 Вт 1,0 Вт 80% Ноутбуки с дискретными видеокартами

Помимо пречисленных в таблице в отдельный класс выделены рабочие станции, у которых "типовое" энергопотребление должно составлять не более 35% от пиковой мощности БП плюс 1,75 Вт на каждый из имеющихся HDD.

Спецификации также коснулись энергопотребления в режиме ожидания, S3 и S5, которое теперь должно быть уменьшено.

TCO — группа стандартов добровольной сертификации на эргономичность и безопасность электронного оборудования (прежде всего компьютерного), разработанных комитетом TCO Development, который является частью Шведской конфедерации профсоюзов.

Введение

TCO (профсоюз Швеции) занимается регламентацией ИТ-оборудования, в частности видеодисплеев, с конца 80-х годов 20-го века. В 1998 г. этой работой занялась группа TCO Development, дочерняя фирма TCO. Используя коллективные знания и опыт более миллиона офисных служащих, сотрудницающих с профсоюзом TCO, эта группа разработала требования и методики тестирования офисного компьютерного оборудования. Данные требования, определяющие качество и экологическую безопасность, проложили путь быстрому развитию всемирно признанного стандарта.

Система сертификации TCO — это правильное направление для тех производителей, которые хотят приспособить средства вычислительной техники к реальным потребностям профессионалов, сделать их безопасными для окружающей среды, принимая все требования не как тяжкое бремя, но как необходимость.

Первый вариант системы TCO был запущен в 1992 г., сменяясь затем новыми версиями — TCO'95, TCO'99, каждая из которых вносила всё больший охват требований и всё большую их строгость в соответствии с научно-техническим прогрессом. Данный стандарт, принятый в ноябре 2002 г., знаменует четвёртое поколение TCO. Его основные разделы преимущественно совпадают с ранними версиями, но по количеству и характеру требований имеются существенные отличия, особенно в части визуальной эргономики, как наиболее проблемной и быстро развивающейся в последние годы.

Группа TCO Development приветствует любые комментарии по данному стандарту и предложения по дальнейшему обновлению.

1. Документация изделий

Желательно, чтобы покупатель изделия, сертифицированного в соответствии с данным стандартом, получал информацию о качестве продукта и его возможностях.

2. Визуальная эргономика

Многие проблемы визуальной эргономики дисплея могут быть хорошо видны даже невооружённым глазом. Однако отдельные характеристики могут быть неоднозначными при восприятии и измерении. В большинстве случаев реальный мир гораздо сложнее, чем любое его научное описание. Тем не менее, это не повод не пытаться разрабатывать методики тестирования и требования, предъявляемые к оборудованию.

2.1. Пикселизация экрана

2.1.1. Требования к размеру пикселя

Применимость: только ЖК-дисплеи.

Качество изображения может быть заметно ухудшено в следствие низкого коэффициента заполнения, заметной ступенчатости, плохой передачей деталей. Все эти параметры связаны с задействованным массивом пикселей — их количеством и, главное, угловым размером. Разумеется, расстояние от пользователя до экрана вносит поправки на требуемый линейный размер пикселя.

Пиксель (pixel) — наименьший адресуемый элемент экрана, способный воспроизводить полный диапазон яркости и цвета.

2.2. Геометрические характеристики изображения

2.2.1. Линейность

Применимость: только ЭЛТ-дисплеи.

Линейностью (linearity) называют адекватность отображения горизонтальных и вертикальных линий: они должны быть прямыми и непрерывными.

2.2.2. Ортогональность

Применимость: только ЭЛТ-дисплеи.

Ортогональность (orthogonality) означает соблюдение перпендикулярности горизонтальных и вертикальных линий: прямоугольник должен быть похожим на прямоугольник, а не на трапецию или параллелограмм.

2.3. Яркость изображения

2.3.1. Уровень яркости

Яркость (luminance) в самом общем случае — световая величина, равная отношению светового потока к геометрическому фактору. Для дисплеев якрость удобнее определять как отношение силы света элемента поверхности к площади его проекции, перпендикулярной рассматриваемому направлению. Яркость измеряется в канделах на метр квадратный, кд⁄м².

2.3.2. Равномерность яркости

Равномерность яркости (luminance uniformity) — это способность дисплея обеспечивать одинаковый уровень яркости по всей активной площади экрана. Определяется как отношение максимальной и минимальной яркостей.

2.3.3. Независимость яркости от нагрузки

Применимость: только ЭЛТ-дисплеи.

Зачастую при сильной нагрузке, когда на дисплее отображаются большие области белого цвета или просто светлые участки, уровень яркости экрана может снижаться.

Запас нагрузки (image loading capacity) — способность дисплея в определённой степени сохранять уровень яркости изображения вне зависимости от яркости элементов этого изображения.

2.3.4. Независимость яркости от угла обзора

Применимость: только ЖК-дисплеи.

В отличие от ЭЛТ-дисплеев, яркость ЖКД часто является зависимой от угла обзора. Небольшое движение головы при рассматривании различных частей экрана может вызвать заметное изменение воспринимаемого свечения, подобного неравномерному распределению яркости.

Независимостью яркости от угла обзора (luminance uniformity – angular dependence) называют способность дисплея обеспечивать яркость в достаточных пределах при заданном диапазоне углов обзора. В идеале дисплей должен обеспечивать одинаковую яркость под любым углом.

2.4. Контрастность изображения

2.4.1. Контрастность

Применимость: только ЭЛТ-дисплеи.

Контрастность (luminance contrast) — это отношение между уровнями яркости некоторого элемента и окружающей его области изображения.

Контраст является залогом чёткости изображения и узнаваемости символов.

2.4.2. Независимость контрастности от угла обзора

Применимость: только ЖК-дисплеи.

Независимостью контрастности от угла обзора (luminance contrast — angular dependence) — называют способность дисплея обеспечивать контрастность в достаточных пределах при заданном диапазоне углов обзора. В идеале дисплей должен обеспечивать одинаковую контрастность под любым углом.

2.4.3. Равномерность контрастности в деталях

Применимость: только ЖК-дисплеи.

Контрастность отдельных линий на ЖК-дисплее иногда бывает недостаточно высокой, и такие линии могут возникать в любом месте экрана, тем самым снижая чёткость. В некоторых случаях регулировкой параметров дисплея можно добиться улучшения, но далеко не всегда.

Равномерностью контрастности в деталях (luminance contrast — characters) называют способность дисплея обеспечивать в заданных пределах временные характеристики формирования изображения в любом месте активной области без образования участков пониженной контрастности.

2.5. Рама дисплея

2.5.1. Отражающая способность рамы

Эта характеристика дисплея имеет парадоксальную сущность. С одной стороны, низкая отражающая способность рамы будет создавать слишком большой контраст между ней и ярким изображением на экране. С другой стороны, высокая отражающая способность будет создавать большой контраст в сочетании с неярким, тёмным изображением, а также с частью обстановки позади дисплея, попадающей в поле зрения оператора.

Рекомендуется не превышать трёхкратного различия в яркости между рабочей областью и ближайшим окружением, в том числе рамой дисплея, документами, стенами помещения. Для более удалённых объектов допускается десятикратное различие в яркости по отношению к рабочей области.

Коэффициент рассеянного отражения (diffuse reflectance) применительно к дисплеям определяется как отношение яркости рамы дисплея, освещённой рассеянным светом, к яркости совершенно отражающего рассеивателя, освещённого тем же источником.

Можно считать, что оптимальным цветом рамы является серый (серебристый), но никак не чёрный или ярко-белый.

2.5.2. Глянцевитость рамы

Некоторые материалы, особенно металлизированного типа, могут создавать сильные отражения, отвлекающие внимание. Влияние оказывает и структура поверхности: шероховатая поверхность в гораздо меньшей степени способна вызывать отражения, чем гладкая.

Глянцевитость (gloss) характеризует степень рассеяния микроструктурой поверхности падающего светового потока.

2.6. Цветопередача

2.6.1. Соответствие цветовой температуры

Цветовую температуру (correlated color temperature, CCT) принимают равной температуре абсолютно чёрного тела, имеющего в оптическом интервале длин волн то же относительное распределение интенсивности, что и данный источник. Ц. т. характеризует относительный вклад излучения данного цвета в излучение источника, то есть его видимый цвет. Цветовая температура измеряется в Кельвинах: для дневного света обычно лежит в диапазоне от 5000 до 10'000 К, для ламп накаливания — около 2800 К.

Для дисплеев рекомендуется 6500 К. В качестве контрольного служит оттенок, который объявляется производителем как «белый» цвет на данном дисплее.

2.6.2. Равномерность цвета

Цветовая равномерность (color uniformity) — это способность части экрана обеспечивать тот же цветовой оттенок белого или серого, что и на остальных частях.

Таким образом устанавливается допуск на отклонение цветовой температуры в дополнение к предыдущему требованию соответствия ц. т.

2.6.3. Цветовой охват

Цветовой охват (CIE triangle area) — возможности дисплея по воспроизведению цветов различных оттенков и насыщенностей. Мерой цветового охвата считают площадь треугольника, образуемого точками (цветовыми координатами CIELUV) базовых цветов: красного, зелёного и синего. Большая площадь соответствует возможностям воспроизведения более насыщенных цветов.

2.6.4. Независимость цветопередачи от угла обзора

Применимость: только цветные ЖК-дисплеи.

Независимостью цветопередачи от угла обзора (color uniformity — angular dependence) называют способность экрана сохранять в заданных пределах цветовой оттенок при изменении угла обзора. В идеале дисплей должен обеспечивать одинаковую цветопередачу при любых углах обзора.

2.6.5. Линейность серого

Применимость: только цветные ЖК-дисплеи.

Линейность серого (color grayscalе linearity) — независимость оттенка (цветовых координат) от уровня сигнала, будь то белый, светло- или тёмно-серый.

2.7. Стабильность изображения

2.7.1 Предельное периодическое изменение яркости

Применимость: только ЭЛТ-дисплеи.

Периодическое изменение яркости (periodic luminance variation) — протекающее во времени непреднамеренное изменение яркости элементов изображения. В наибольшей степени такие изменения зависят от частоты обновления (частоты кадровой развёртки).

2.7.2. Пространственная стабильность

Дрожанием (jitter) называют ощутимое непреднамеренное изменение геометрических свойств изображения или отдельных его элементов, вызываемое самим дисплеем или внешними магнитными полями.