Электронно-лучевая трубка
Некоторые скептики при упоминании технологии ЭЛТ (или CRT в англоязычном варианте) могут презрительно фыркнуть. Конечно, подобного рода дисплеи уже изжили себя, но знать, как они работают, должен каждый уважающий себя пользователь. Основной элемент ЭЛТ-мониторов — кинескоп, т.е., некий электровакуумный прибор, преобразующей электрические сигналы в световые. Первые кинескопы появились в 1958 году. Кинескоп состоит из электронной пушки, которая предназначена для формирования электронного луча, экрана, покрытого люминофором, а также отклоняющей системы, которая управляет лучом так, что он формирует требуемое изображение. В баллоне с вакуумом предусмотрена электронно-лучевая пушка. Ее конструкция выглядит следующим образом. Катод, нагреваемый нитью накала, испускает пучок электронов. Специальный электрод фокусирует пятно на экране кинескопа в точку. Еще один электрод ускоряет поток электронов. Выйдя из пушки, электроны ускоряются – далее луч идет через отклоняющую систему, которая может менять направление луча. Свет попадает в экран с люминофором.
Новые программы для мобильных телефонов вы можете найти здесь appvisor.ru
От бомбардировки экран начинает светиться, и быстро перемещающееся пятно различной яркости создает изображение на экране. Черно-белый кинескоп отличается от цветного меньшим числом пушек. В нем нет красной, синей и зеленой. Обладатели старых телевизоров знают, что случается с изображением, когда одна из пушек перестает функционировать. Изображение приобретает невыразимый оттенок, а экран перестает отображать некоторые цвета. Можно считать вышеуказанную информацию некой исторической справкой. В дальнейшем мы будем говорить только о ЖК-мониторах.
Что там внутри
Разберем монитор по частям, чтобы лучше понять, как он работает. Внутри пластмассового корпуса все элементы собраны в специальной металлической коробке. Она выполняет в первую очередь защитную функцию. Пластиковая облицовка – лишь декорации. Между электроникой и этой металлической крышкой расположены экранирующие прокладки из фольги и специальные жестяные пластины. Плата, формирующая сигнал для матрицы, собрана на базе одной микросхемы, основного процессора. В непосредственной близости устанавливается высоковольтный инвертор, который служит для преобразования постоянного тока и получения высоких напряжений, необходимых для работы газоразрядных ламп подсветки матрицы. В схемотехническую часть может быть встроен и некий блок питания. Некоторые модели подключатся банально – трехконтактным кабелем к общей сети. Однако некоторые производители любят использовать внешние блоки, которые очень напоминают системы питания ноутбуков.
Лампы крепятся к задней крышке монитора. Фильтры с поляризатором и рассеивателем, а также полимерный световод ставятся перед лампами. Именно от световода зависит уровень качества засветки. Основной блок электроники матрицы, некий драйвер, принимает сигнал LVDS от главного процессора дисплея. Суть в том, что независимость электроники от остальных элементов системы позволяет создавать уникальные комбинации, благодаря которым и будут меняться характеристики монитора. Поэтому выбор партнеров для выпускающих компаний, под марками которых дисплеи выходят на рынок, крайне важен. Матрица подключается к электронике и дальше весь этот тандем укладывается в металлический кожух. Блок управления с набором клавиш монтируется с учетом индивидуальных предпочтений производителя. Далее весь набор собирается в корпуса на заводах выпускающей фирмы.
Матрицы
Наиболее распространенные и дешевые мониторы используют матрицу типа TN (Twisted Nematic), которая была разработана еще в 1973 году. Нематические кристаллы выстраиваются подобно армейской колонне друг за другом, а общая их организация в матрице напоминает спираль. Основными недостатками этой, на самом деле, устаревшей технологии сявляется отсутствие четкого формирования оттенков, малый угол обзора и очень низкая контрастность. На данный момент используется усовершенствованная технология STN. В итоге искажения смягчились, а вес монитора, равно как и его стоимость, увеличились. В настоящий момент большинство современных моделей использует технологию TN+Film (обычно в характеристиках пишут просто TN). С помощью нанесения специальной полимерной пленки на поверхность производителям удалось добиться увеличения угла обзора до 130 градусов. В 1995 г. компания Hitachi, совместно с инженерами NEC разработала совершенно новую технологию – In-Plane Switching (IPS). В IPS-матрицах кристаллы не образуют спираль, а поворачиваются при приложении электрического поля все вместе.
Изменение ориентации кристаллов помогло добиться увеличения угла обзора (до 170 градусов) и контрастности. Однако сам процесс занимал большое количество времени, так что время отклика было пока еще слишком велико. В 1996 году специалисты небезызвестной Fujitsu разработали технологию под названием Vertical Alignment. Впоследствии она была доработана для коммерческого использования. Новый тип матрицы назывался MVA (Multi-Domain Vertical Alignment). Недостатком первых Vertical Alignment было резкое инвертирование цветов при смене угла обзора по горизонтали. Матрица MVA была снабжена поляризационными фильтрами и кристаллами с усложненной структурой. Время отклика было сильно понижено, да и контрастность увеличилась по сравнению с теми же матрицами S-IPS. Фактически получилась золотая середина между TN и IPS – компромиссное решение для мониторов среднего уровня.
Технология PVA, которой отличилась на рынке компания Samsung, позволила лишь повысить уровень контрастности. Несмотря на это отличие очень часто в характеристиках пишут просто – MVA/PVA.
Электроника
Управляющая плата монитора выглядит внешне весьма скромно. Если учесть размеры самой панели, то по сравнению с ней электронная часть просто микроскопическая. Стоит отметить, что подход SoC (Sistem-on-Chip) позволяет реализовать выполнение большинства функций (масштабирование, преобразование сигнала из цифры в аналог, формирование выходных данных) всего одной интегральной схемой. Она называется Display Engine. Зачастую производством плат занимаются сторонние компании, а не сами изготовители моделей. Сегодня чаще всего используются платы на базе 8-битных контроллеров. Блок матрицы также весьма простой. Его плата обычно содержит всего одну управляющую схему – так называемый драйвер матрицы. В него интегрирован приемник LVDS и драйверы входов/выходов, которые преобразуют видеосигнал в адресацию пикселей по строкам и столбцам. Таким образом, доля электронных компонентов от полной стоимости готовой модели составляет чуть более 10%. Естественно, наибольших затрат требует изготовление самой TFT-панели. В блок матрицы входит система подсветки, которая использует флуоресцентные лампы с холодным катодом. Они включаются парами. С определенной стороны корпуса устанавливаются разъемы, через которые лампы подключаются к источнику питания.
В современных панелях используется 4 или 6 ламп. Более дорогие модели могут использовать и 8 ламп. Под решеткой из ламп устанавливается светорассеиватель. Это некая пластина, состоящая из совокупности листов с различными оптическими свойствами. Шлейфы интерфейса матрицы подключаются к контроллеру TCON (Timing Controller), который монтируется на верхней крышке корпуса. Два шлейфа подключения используют две параллельные шины – шину данных с расчетом на 8 бит и шину адреса столбцов и строк. Шлейфы интерфейса TCON гибкие и ведут от самой матрицы к стеклянной подложке панели. По бокам матрицы предусмотрены платы с чипами драйверов. С драйверов на тонкопленочные транзисторы панели идут линии в количестве допустимого разрешения дисплея (если монитор позволяет, например, выводить разрешение 1280х1024, то число линий будет равно сумме – 2304). Производители матриц – это отдельная индустрия. Матрицы продаются определенными компаниями конкретно изготовителям монитора. Фирма получает металлические боксы с собранной матрицей, разъемами подключения питания, интерфейса и электроникой. Остается только соединить эти устройства с остальными элементами, и монитор будет готов к работе.
Интерфейсы подключения
Сегодня существует несколько способов реализации подключения дисплея к системе. Ушедшие в историю CRT-мониторы оставили нам аналоговый D-Sub. Если говорить о технологии передачи, то видеокарта преобразует данные специального кадрового буфера из цифрового вида в аналоговый, а электроника монитора вынуждена выполнять обратное аналогово-цифровое преобразование. Такой интерфейс первоначально был предназначен для моделей на электронно-лучевых трубках. Сигнал передается построчно. Интересно, что изменением напряжения регулировалась яркость. Этот подход был необходим для изменения интенсивности проецируемого луча. Конечно, такие абсолютно бесполезные действия качества изображения не улучшают и требуют дополнительных энергетических затрат на свое исполнение. Таким образом, наиболее эффективным методом подключения стоит считать DVI (Digital Video Interface) – цифровой интерфейс. Он был разработан объединением Digital Display Working Group.
Формат передачи основан на структуре последовательной транспортировки данных от Silicon Image. Для реализации DVI необходим TMDS-приемник со стороны дисплея. Де-факто существует три действительных вида интерфейса DVI. Наверняка пользователи сталкивались с разным количеством ножек на разъемах. Так вот есть DVI-A, который допускает только аналоговую передачу, наиболее распространенный DVI-I с возможностью работы в двух режимах (аналоговом и цифровом режиме, чтобы никого не обидеть), а также DVI-D, который обеспечивает только цифровой режим. Многие производители сегодня оснащают свои модели мультимедийным интерфейсом высокой четкости HDMI (High Definition Multimedia Interface). В принципе, такой разъем обеспечивает цифровое DVI-соединение нескольких устройств. Основное различие между DVI и HDMI состоит в наличие системы защиты от копирования HDCP и возможности передачи многоканальных цифровых аудиосигналов. Также добавим, что инновационный интерфейс HDMI позволяет использовать монитор как модуль вывода изображения в высоком разрешении для мультимедийных проигрывателей и игровых консолей.