Поколения графических процессоров

Первое поколение (1995-1997). Первое поколение графических карт представлено чипами, которые могут использоваться и на шине PCI, и на шине AGP, т. е. их производительность не превосходит пропускной способности шины PCI, и потому вариант AGP ничем не лучше. Среди карт первого поколения можно выделить модели Voodoo Graphics и Voodoo Rush компании 3Dfx, Riva 128 и Riva 128ZX компании nVidia.

Второе поколение (1997-1999). Второе поколение охватывает широкий круг видеокарт, которые нормально работают только на шине AGP, так как их производительность в принципе превышает возможности шины PCI. Ко второму поколению относятся чипсеты 3Dfx Voodoo2, 3Dfx Voodoo Banshee, nVidia Riva TNT, Matrox G200, S3 Savage 3D, i740 и более поздние 3Dfx Voodoo3, 3Dfx VSA-100, nVidia Riva TNT2, Matrox G400, S3 Savage4, ATI Ragel28.

У карт второго поколения аппаратные конвейеры могут одновременно обрабатывать две текстуры, они поддерживают до 64 Мбайт видеопамяти, часто поддерживается 32-битный цвет. Повышенная частота RAMDAC обеспечивает комфортную работу в высоких разрешениях экрана монитора. Глубина Z-буфера составляет 24... 32 бит. Стандартом считается аппаратная поддержка мультитекстурирования, анизотропной фильтрации и прочих современных технологий.

Третье поколение (1999-2002). Третье поколение представлено видеоускорителями DirectX 7, оснащенными принципиально новым элементом — геометрическим процессором. Тем самым значительная часть расчетов геометрических преобразований и параметров освещения снимается с ЦП компьютерной системы.

Это позволило значительно ускорить обработку трехмерных сцен. Однако следует подчеркнуть, что разработчики программ должны специально предусмотреть поддержку новых возможностей в своих приложениях. Согласование параметров аппаратных средств и программного кода стало возможным благодаря принятию типового API DirectX 7, разработанного компанией Microsoft. С этого времени поколения графических процессоров принято различать по способности аппарат- но реализовать функции какой-либо версии DirectX.

Четвертое поколение (2001-2005). Отличительной чертой видеокарт поколения DirectX 8 стало появление программируемого блока обработки атрибутов вершин (процессора вершин). Программы обработки (вершинные шейдеры) сначала выполняли геометрические операции, затем могли работать с цветом вершин и прозрачностью. Подобный блок для расчета цвета пикселов на основе пиксельных шейдеров стал частью пиксельного конвейера.

Пятое поколение (2004 – н.вр.). Графические ускорители с полностью программируемым графическим процессором относятся к поколению DirectX 9. Благодаря их появлению разработчики программ получили возможность описывать способы обработки графики с помощью команд, похожих на операторы языков программирования высокого уровня, например C++. В частности, компания nVidia даже разработала язык Cg (С Graphics) для программирования своих графических процессоров. Поддержка программируемых графических процессоров предусмотрена в API DirectX 9 различных версий. В настоящее время последней является версия DirectX 9.0с, поддерживающая вершинные и пик-сельные шейдеры версии 3.0.

Мониторы

Основными устройствами оперативного вывода графической информации (и не только графической) в современных ЭВМ являются различные мониторы. Наиболее распространенным в течение многих лет мониторам на ЭЛТ, производство которых постоянно сокращается, пришли на смену мониторы на жидкокристаллических панелях. Тем не менее мониторы на ЭЛТ до сих пор остаются непревзойденными в основных требованиях, которые предъявляются к устройствам отображения красочной информации — цветопередаче, скорости реакции точки, углам обзора. По этой причине ниже рассматриваются не только наиболее популярные сегодня мониторы на жидкокристаллических панелях или перспективные технологии, но и мониторы на ЭЛТ.

Мониторы на ЭЛТ. Всем знакомы мониторы с ЭЛТ. Эта технология отработана до тонкостей многолетним производством, и до сих пор выпускается много мониторов на ее основе. Работают такие устройства на ЭЛТ (CRT — Cathode Ray Tube), подобной кинескопу обычного домашнего телевизора. Как и телевизоры, мониторы выпускают с плоским экраном и традиционным, т. е. выпуклым. В отличие от традиционного монитор с плоским экраном обычно дает более четкое изображение без искажений.

Параметры монитора определяются характеристиками и качеством элементов, управляющих видеотрактом и в основном характеристиками ЭЛТ. Иногда на основе ЭЛТ одной модели производители выпускают мониторы разных ценовых категорий, меняя лишь их электронные блоки. В свою очередь, параметры ЭЛТ во многом зависят от выбранной технологии производства. Причем сложность современных технологий производства ЭЛТ такова, что освоить их, а затем и продолжить исследования могут только крупные производители, среди которых Hitachi, Mitsubishi, Sony, Toshiba, Panasonic/Matsushita, Samsung, LG- Philips.

Принципиально конструкция ЭЛТ для монитора совпадает с конструкцией телевизионного кинескопа. В горловине стеклянной колбы, дно которой покрыто слоем люминофора, установлена электронная пушка, испускающая поток электронов. Этот поток отклоняется электромагнитным полем отклоняющей системы в нужном направлении и затем, проходя через теневую маску, установленную перед дном колбы, попадает на люминофор, вызывая его свечение.

В цветных мониторах для формирования изображения применяют отдельные пушки для каждого из основных цветов (Red — красный, Green — зеленый, Blue — синий), а слой люминофора составляют из близко расположенных точек группами по три (также в сочетании Red, Green, Blue — RGB) точек цветного люминофора. Для точного попадания в заданную точку люминофора необходимо электронный луч сфокусировать до заданных размеров в плоскости экрана. Это осуществляется установкой после пушек специального фокусирующего электрода и теневой маски, имеющей отверстия с размерами, близкими к размерам отдельной точки люминофора, непосредственно перед люминофорным покрытием. В зависимости от типа маски и характера отверстий различают три основные технологии: трехточечная (дельтавидная) теневая маска (Dot-Trio shadow-mask); апертурная решетка (Aperture-grille); щелевая маска (Slot-mask).

Каждая технология имеет свои преимущества и свои недостатки, поэтому среди изготовителей, специалистов и пользователей есть сторонники и противники того или иного варианта. Поверхность экрана ЭЛТ на основе теневой маски имеет форму сферы очень большого радиуса. В мониторах с апертурной решеткой поверхность экрана представляет собой часть цилиндра также большого радиуса.

Трехточечная теневая маска. Эта технология относится к проверенным техническим решениям. Физически она представляет собой перфорированный металлический лист, расположенный перед люминофором. Расстояние между группами соседних точек таково, что маскируются все паразитные излучения, обеспечивается попадание луча от каждой электронной точки в требуемую точку люминофора (с учетом допуска). За счет улучшения систем управления отклоняющей системой удается выпускать трубки с практически плоской поверхностью экрана (так называемого типа FST). Традиционно считается, что мониторы с теневой маской лучше воспроизводят текст, имеют высокую контрастность, хорошие показатели стоимость-эффективность. К недостаткам обычно относят пониженную точность цветопередачи и меньшую яркость, которые сведены к минимуму в современных моделях трубок от известных производителей.

Апертурная решетка. ЭЛТ с апертурнои решеткой была разработана фирмой Sony. Выполненные по этой технологии ЭЛТ известны на рынке под именами, содержащими характерное окончание tron (Trinitron, DiamondTron). Маска представляет собой тонкую фольгу, в которой выполнены частые вертикальные отверстия (апертурная решетка). Поперек размещают две-три нити, обеспечивающие жесткость конструкции. Соответственно и люминофор на дне колбы располагается в виде вертикальных чередующихся полосок разных цветов. Особенности технологии позволяют увеличить процент электронов, попадающих на люминофор, и добиться лучшей яркости изображения. Использование более темного стекла компенсирует недостаток контрастности. Мониторы с трубками на основе апертурнои решетки традиционно привлекают специалистов для работы с графикой, требующей ярких и чистых цветов. Однако некоторые профессионалы считают недостатком сравнительно невысокую контрастность и наличие на экране тени от поперечных проволочных нитей.

Щелевая маска. Последней технологией, разработанной фирмой NEC, была технология щелевой маски. Под торговой маркой ChromaClear были выпущены ЭЛТ, в которых теневая маска образована продольными щелями. Соседние триады рядов таких щелей смещены по вертикали, образуя решетку с расположением элементов в шахматном порядке. По сути дела, в технологии щелевой маски удалось совместить достоинства предыдущих конструкций, почти избавившись от их недостатков. Специалисты признают, что решение NEC является универсальным для всех групп пользователей.

Параметры мониторов на ЭЛТ. Мониторы на ЭЛТ обычно оцениваются следующими параметрами: размером экрана по диагонали в дюймах, шагом точек, диапазоном частот горизонтальной и вертикальной развертки, полосой пропускания видеотракта, габаритными размерами, весом, потребляемой мощностью и поддерживаемыми интерфейсами и режимами работы. Кроме того, приводятся стандарты качества, требованиям которых удовлетворяет монитор.

Традиционно количественным выражением качества изготовления маски и люминофора служит минимальный размер точки на экране кинескопа. Раньше под этим понимался минимальный диаметр точки. Для современных ЭЛТ с теневой маской используют понятие «шаг точек» (Dot Pitch), для апертурной решетки — «шаг полос» (Strip или Grille Pitch).

В ЭЛТ с теневой маской принято измерять расстояния (т. е. шаг) между двумя соседними точками люминофора по диагонали. Для апертурной решетки и щелевой маски расстояние меряют по горизонтали. Примерное соотношение таково: 0,27 мм Dot Pitch эквивалентно 0,25 мм Strip Pitch. Нормальным для маски сегодня считается шаг 0,28 мм, качественные мониторы имеют шаг 0,25 мм, профессиональные мониторы с апертурной решеткой — 0,22...0,24 мм. Величина шага заметно сказывается на качестве изображения. Поэтому для графических работ следует выбирать мониторы с шагом не более 0,25 мм. В трубках с плоским экраном иногда используют маски (решетки) с переменным шагом от центра к краям, дабы обеспечить неизменность пропорций изображения. В противном случае картинка на экране будет выглядеть вогнутой.

Внедрение новых технологий в систему управления видеотрактом монитора и в принципы изготовления ЭЛТ позволило приступить к выпуску изделий с плоским экраном и укороченной трубкой. Модификации с плоским экраном известны под разными торговыми марками — PanaFlat (Panasonic), Flatron (LG Electronics), FD Trinitron (Sony) и др. Уменьшение длины трубки достигнуто за счет увеличения угла отклонения лучей электронной пушки с 90 до 100°. У таких мониторов значительно меньше размер по глубине, т. е. глубина укороченного 19-дюймового монитора равна глубине обычного 17-дюймового монитора.

Важным элементом монитора является его видео усилитель. Полоса пропускания (верхняя частота) видео усилителя определяет возможности монитора по максимальному разрешению и частоте кадровой развертки. Видео усилитель должен иметь такую полосу пропускания, чтобы можно было обеспечить передачу сигналов, генерируемых видеоадаптером, без искажений. Минимально необходимую полосу пропускания достаточно просто рассчитать по необходимым параметрам разрешения. Так, полосы пропускания монитора около 250 МГц достаточно для получения разрешения экрана 1600 х 1200 точек при кадровой частоте 100 Гц.

Начиная с разрешения 1280 х 1024 точек при кадровой частоте 85 Гц и выше для снижения искажений сигналов раньше монитор и видеоадаптер соединяли экранированным коаксиальным кабелем и разъемами BNC. По коаксиальному кабелю через разъемы BNC на монитор поступают раздельные сигналы цветности (R,G,В), вертикальной и горизонтальной синхронизации. В отличие от обычного VGA-кабеля раздельные кабели не влияют друг на друга, и потому изображение получалось четким. В современных мониторах появилась возможность помимо аналогового интерфейса VGA использовать цифровой интерфейс DVI, которым снабжаются также многие видеоадаптеры. Digital Visual Interface (DVI) был разработан группой Digital Display Working (DDWG), включающей достаточно много компаний. Хотя этот стандарт не был принят VESA, DVI имеет очень хорошую перспективу благодаря применению цифрового протокола передачи — TMDS (PanelLink). По сравнению с другими вариантами цифрового интерфейса P&D и DFP, имеющими только один линк, DVI имеет второй линк, который удваивает максимальную пропускную способность. Это позволяет использовать разрешение выше 1280x1024. Дополнительное преимущество DVI заключается в возможности передачи аналогового сигнала, что позволяет под-ключать LCD- и ЭЛТ-мониторы, использующие обычный вход VGA.

К достоинствам мониторов на ЭЛТ можно отнести качественное изображение при работе с разными разрешениями. Нижней планки в разрешении практически нет, можно использовать даже 320 х 240. Кроме того, мониторы на ЭЛТ более качественно передают цвета (исходя из восприятия их человеком), имеют значительно больший угол обзора, более высокую скорость смены изображения и более качественное сглаживание прямолинейных границ.

Необходимо также учитывать вопросы безопасности использования мониторов, поскольку пользователь, напрягая свое зрение, наблюдает изображение на экране монитора и находится от него на расстоянии 40...50 см, подвергаясь воздействию тех или иных излучений в течение длительного времени. Мониторы на основе ЭЛТ являются наиболее опасными — они излучают широчайший спектр электромагнитного излучения, издают шум, не говоря уже о вреде для глаз при низком качестве изображения.

Каждая страна предъявляет свои требования к безопасности монитора. В России контролирующим органом, который проводит испытания различной аппаратуры с точки зрения безопасности ее использования, является «РосТест». Сертификаты таких организаций говорят об уровне безопасности использования данной техники.

В Швеции были разработаны стандарты безопасности для вычислительной техники — ТСО, которые были приняты во многих странах мира. Первый стандарт обнародован в 1992 г., в нем приведены нормы допустимых электромагнитных излучений, уровня пожарной и электрической безопасности именно монитора. В 1995 г. были разработаны стандарты ко всей персональной ЭВМ и касались они эргономики, экологии, энергосбережения, уровня шума и тепловыделения; требования к излучениям остались прежними, но применялись уже не только к монитору, но и ко всем составляющим ПЭВМ. ТСО'99 предъявил более жесткие требования, чем ТСО'95, практически по всем пунктам. Современные мониторы должны отвечать требованиям ТС0'03, которые не столь значительно отличаются от стандарта ТСО'99.

Жидкокристаллические мониторы. В мониторах на плоских панелях, используемых в ЭВМ, применяются различные технологии получения изображения: на жидких кристаллах (LCD), на плазменных (PDP) или светодиодных элементах (OLED) и др. Ниже рассматриваются только технологии, реально используемые при производстве мониторов.

В основе работы мониторов на LCD лежат оптические свойства жидких кристаллов (ЖК), первые упоминания о которых относятся к 1888 г., когда австрийский ботаник Ф. Райницер обнаружил эти удивительные структуры в ходе своих экспериментов. Однако термин «жидкий кристалл» был предложен немецким физиком О. Леманном, который исследовал их электромагнитные и оптические свойства. По своей природе ЖК представляют собой переходное состояние вещества между твердым и жидким состояниями, при котором сохраняется кристаллическая структура молекул и в то же время обеспечивается текучесть. Под действием электрического поля молекулы ЖК могут изменять свою ориентацию и вследствие этого изменять свойства светового луча, проходящего сквозь них.

Жидкие кристаллы не являются светоизлучающими приборами, они управляют световым потоком от ламп подсветки, проходящим через кристаллы или падающим на них. ЖК-панель имеет многослойную структуру, в которой ключевую роль играют две стеклянные подложки и находящийся между ними слой ЖК. На подложках проделаны параллельные бороздки, определяющие ориентацию ЖК. Бороздки двух подложек ортогональны друг к другу и на пересечении бороздок образуются ячейки с ЖК. При этом продольные оси молекул самого верхнего слоя ЖК будут расположены под прямым углом по отношению к осям молекул из нижнего слоя. Между этими двумя крайними положениями образуется своеобразная молекулярная спираль с промежуточными ориентациями молекул, которая и дала название технологии — twisted nematic (закрученные нематические). Причем каждая ячейка с ЖК располагается между контактами тонкопленочного транзистора (TFT). Именно эта основа TFT и меняет напряжение, под воздействием которого изменяется плоскость поляризации жидкости. За самой пластиной с ЖК расположены одна или две мощные флуоресцентные лампы подсветки и специальные материалы, или световоды, для равномерного распределения освещения по плоскости экрана. Меняя угол поляризации, ЖК изменяют интенсивность проходящего света или прекращают его прохождение в каждой конкретной точке. Каждая такая ячейка соответствует одной точке на экране монохромной ЖК-панели. Сумма всех точек (пикселов) на панели и является максимальным разрешением панели. Цветное изображение образуется, как и в мониторах на ЭЛТ, сочетанием трех основных цветов: красного, синего и зеленого. Эту задачу решает панель цветного фильтра.

Поворот плоскости поляризации светового луча незаметен для глаза, поэтому на панели устанавливают несколько поляризационных фильтров, подложки также являются поляризационными фильтрами. Они пропускают только ту компоненту светового потока, у которой ось поляризации соответствует заданной, т.е. при прохождении поляризатора степень ослабления светового потока зависит от угла между его плоскостью поляризации и осью поляризатора. В отсутствие напряжения на сегменте углы поляризации света после прохождения ЖК-ячеек и второй подложки совпадают и потому пиксел выглядит прозрачным.

В присутствии электрического поля поворот вектора поляризации происходит на меньший угол, тем самым вторая подложка становится лишь частично прозрачной для светового излучения. Если разность потенциалов такова, что поворота плоскости поляризации в ЖК-ячейках не происходит, то световой луч полностью поглощается вторым поляризатором и экран при освещении на просвет выглядит черным.

Для управления свойствами ячеек к ним подключают электроды, создающие разные электрические поля в отдельных ячейках экрана. В активной матрице (Active Matrix) каждая ячейка панели подключена к собственному управляющему элементу. В качестве управляющих элементов используются тонкопленочные транзисторы (TFT — Thin Film Transistor), образующие матрицу из строк и столбцов соответственно ячейкам экрана. Активная матрица имеет высокую яркость и большие углы обзора (120... 160°) без ущерба для качества изображения. Время реакции дисплея с активной матрицей в лучших образцах составляет до 8... 10 мс (для пассивной матрицы — около 300 мс). Яркость отдельного элемента изображения остается неизменной весь период демонстрации. Именно поэтому для ЖК-мониторов достаточной считается частота регенерации 60 Гц. ЖК-кристаллы типа Super Twisted Nematic имеют увеличенный с 90 до 270° торсионный угол (угол кручения) ориентации, что обеспечивает лучшую контрастность изображения при увеличении размеров монитора.

Технология TN+Film является самой распространенной технологией производства ЖК-матриц, что обусловлено низкой стоимостью производства при приемлемом качестве изображения. Принцип действия TN+Film матрицы основан на использовании в ЖК-ячейках закрученных нематических кристаллов (TN — Twisted Nematic) и покрытием матрицы специальной пленкой с высоким показателем преломления для расширения угла обзора в горизонтальной плоскости. TN+Film-матрицы отличаются невысоким качеством изображения, и одним из путей его повышения стала замена матового покрытия на глянцевое. Родоначальником этой идеи выступила компания Toshiba, технология называлась CASV (Clear Advanced Super View). Сегодня этот термин практически не используется, но подобные технологии есть практически у любого производителя ЖК-матриц. Так, Toshiba сейчас предлагает TruBrite, Sony — X-Brite и X-Black, ASUS — ACE View, IBM — FlexView, Fujitsu — CrystalView. Что интересно, все эти технологии имеют общую идею, но могут использоваться по отношению к различным типам матриц, что приводит к разным результатам.

В чем же причина того, что все производители стали менять свои матовые матрицы на глянцевые? Основной особенностью матовой матрицы является то, что ее коэффициент отражения (или другими словами, усиления) равен единице. Это означает, что, к примеру, яркость изображения никоим образом не усиливается и напрямую зависит от яркостных возможностей непосредственно матрицы. Но если же установить между матрицей и глазами пользователя глянцевую пленку, имеющую коэффициент отражения больше единицы, то в соответствии с законами физики будет создаваться впечатление более яркой и контрастной картинки.

Например, технология компании Sony X-Brite, название которой X-Brite (extended Brite (от bright) — расширенная яркость), реализует это усовершенствование. Формально дисплей с такой матрицей кажется более четким, ярким и контрастным, но только при хорошем освещении. Это субъективное ощущение основано оно на особенностях зрения человека. Относительно технологии TN+Film с X-Brite необходимо отметить, что высокий уровень черного цвета здесь не уменьшился, и это сразу видно при слабом внешнем освещении. Правда, есть и позитивное улучшение — отсутствие рассеяния проходящего света. Но с другой стороны, это приводит к тому, что глянцевая матрица в отличие от матовых матриц отражает любые внешние яркие объекты, как в зеркале. Матрицы на базе этой технологии имеют наименьшее время отклика и приемлемые углы обзора при самой низкой стоимости. Однако данной технологии присущи и существенные недостатки: плохая цветопередача, низкая контрастность, высокий уровень черного цвета и недостаточные углы обзора. Мониторы с использованием TN+Film-матриц можно рекомендовать для просмотра видеофильмов и компьютерных игр.

Технология IPS (In-Plane Switching) была разработана компаниями NEC и Hitachi, известна также под названием SuperTFT. В соответствии с этой технологией управляющие электроды расположены на одной подложке, а молекулы ЖК поворачиваются единой плоскостью без скручивания в спираль. Матрицы, изготовленные по этой технологии, имеют углы обзора 170° в обоих направлениях, что обусловлено более точным механизмом управления ориентацией ЖК, поскольку они располагаются параллельно друг другу. К тому же обеспечивается более высокая яркость и контрастность до 300:1. Но при этом IPS-матрицы отличаются большим энергопотреблением, значительным временем отклика и очень высокой ценой. Однако на сегодняшний день им нет равных по качеству цветопередачи, и мониторы с этими матрицами можно рекомендовать для работы дизайнеров и обработки цифровых фотографий, где необходима высококачественная визуализация статичных изображений.

Технология MVA (Multi-Domain Vertical Alignment), совместившая особенности технологий, описанных выше, была разработана компанией Fujtsu в 1996 г. В данной технологии электроды размещены на обеих подложках, а сами подложки имеют выступы, разделяющие ЖК на области — домены. Все домены переключаются одновременно, но продольные молекулы в них поворачиваются в противоположных направлениях. За счет усовершенствования способа размещения ЖК (они расположены параллельно друг другу, но под прямым углом к поляризационному фильтру) получился некий промежуточный вариант, который обладает достоинствами IPS-матриц (высокие яркость и контрастность до 500:1, еще большие углы обзора), а время отклика близко к значениям TN+Film-матриц. Модификацию этой технологии под названием PVA, которая отличается еще большей яркостью и контрастностью, использует компания Samsung. Аналогичная разработка под названием ASV (Advanced Super View) есть и у компании Sharp.

Что касается будущего ЖК-матриц, то наиболее перспективной считается технология LTPS (Low Temperature Poly Silicon — низкотемпературный поликристаллический кремний), которая по всем параметрам превосходит все ныне существующие технологии, но очень дорогая, трудоемкая и время ее массового использования еще не определено.

Параметры плоскопанельных мониторов. Важнейшим параметром плоскопанельных мониторов является стандартное (иногда называемое максимальным) разрешение. Оно соответствует числу пикселов по горизонтали и вертикали. Именно в стандартном разрешении ЖК-монитор воспроизводит изображение наиболее качественно. Разрешение определяется размером ячеек и диагональю панели. Сейчас производятся панели с ячейками размером 0,248...0,3 мм и, как правило, длина диагонали экрана определяет его стандартное разрешение. Так, для ЖК-монитора с длиной диагонали равной 15", стандартное разрешение равно 1024x768, а для 17" — 1280 х 1024. Для монитора на ЭЛТ можно установить разрешение больше стандартного (рекомендуемого) для данного размера диаго- нали экрана, а на ЖК-мониторе — нельзя. Как правило, в ЖК-мониторах предусмотрена возможность использовать разрешение более низкое, чем стандартное. Обычно применяют метод растяжения (Expansion), основанный на интерполяции изображения с низким разрешением на всю площадь экрана. Очевидно, что при этом существенно снизится качество изображения, поскольку интерполяция ухудшает резкость изображения и вносит цветовые искажения.

Яркость и контрастность определяют комфортность работы с ЖК-монитором. Средним считается значение яркости 250...350 кд/м2, качественные панели поддерживают более высокие значения. Контрастность ЖК-монитора определяется отношением яркости самого яркого белого и самого темного черного цветов. Хорошим контрастным соотношением считается 350:1. Цветовой охват современных ЖК-панелей достигает 16,7 млн. цветов. Угол обзора (по вертикали и горизонтали) характеризует зону восприятия изображения на экране без существенных искажений. Нормальным считается угол обзора по горизонтали 150... 160°, по вертикали 120...130°.

Слабым местом ЖК-мониторов остается время отклика (скорость переключения между режимами черный — белый — черный), которое составляет 15...30 мс. Этот параметр характеризует максимальное быстродействие, а в режимах пониженной яркости (менее 100 %) оно увеличивается в 5-7 раз, что приводит к смазыванию быстро меняющихся изображений.

Таким образом, к достоинствам ЖК-мониторов можно отнести малую глубину, действительно плоское изображение (без геометрических искажений), высокие значения яркости, низкое энергопотребление, отсутствие электромагнитных излучений. Однако им присущи четыре существенных недостатка: высокая цена искажения в цветопередаче, единственный режим разрешения, обеспечивающий хорошее качество, малые углы комфортного обзора.

Плазменные мониторы. Основой для создания плазменных экранных матриц (Plasma Display Panels) стали процессы, происходящие в обычных лампах дневного освещения. Плазменные мониторы состоят из полой стеклянной панели, заполненной газом. На поверхность внутренней стороны стенок выведены микроскопические электроды, образующие две симметричные матрицы, а снаружи эта конструкция покрыта слоем люминофора. Когда на контакты подается ток, между ними возникает крошечный разряд, который заставляет светиться (в ультрафиолетовой части спектра) располагающиеся рядом молекулы газа. Возникшее свечение освещает участок люминофора, как и в обычных мониторах на ЭЛТ.

Панели, изготовленные по этой технологии, отличаются высокой яркостью и контрастностью, а также малым временем отклика; угол обзора плазменных панелей практически равен 180°, а толщина — менее 10 см. Однако в качестве монитора плазменные панели используются достаточно редко, хотя и являются идеальным средством отображения коллективного пользования в учебном классе или в домашнем кинотеатре. Это связано с техническими особенностями плазменных панелей. Во-первых, габариты — при толщине в 8... 10 см минимальная длина диагонали плазменной панели с приемлемым разрешением равна 32". Себестоимость 19"-панели немногим меньше 40", поэтому ни один производитель не решился на выпуск панелей даже с диагональю, равной 21". Во-вторых, сравнительно небольшой срок службы плазменной панели. Недаром на обратной стороне многих моделей установлен почасовой счетчик, отсчитывающий суммарное время работы. Причем очень быстро такая панель выгорает, если часто и подолгу просматривать статические изображения. И главное обстоятельство, останавливающее рядового покупателя, — очень высокая цена.

Таким образом, плазменные панели практически не имеют конкурентов в сегменте больших диагоналей. Их успешно используют в местах скопления людей: в аэропортах и на железнодорожных вокзалах, в казино и ресторанах; достойно выглядят они и в небольших демонстрационных залах компаний, но для использования в качестве мониторов пока не пригодны.

Мониторы OLED и DEL. Большой интерес к средствам отображения графической информации постоянно стимулирует интенсивные научные исследования в этой области. В результате этого каждые 3-4 месяца объявляется о новой разработке, готовой перевернуть «мониторный мир», появляются новые технологии, которых становится все больше и больше. Из этого множества новинок наиболее близкими к массовому производству являются технологии OLED и DEL.

Органический электролюминесцентный монитор OLED представляет собой монолитный тонкопленочный полупроводниковый прибор, который излучает свет, когда к нему приложено напряжение. OLED состоит из ряда тонких органических пленок, которые заключены между двумя тонкопленочными проводниками. Рабочее напряжение OLED составляет всего лишь 3...10 В. Цвет, эффективность и интенсивность излучения приборов OLED зависят от использованных органических материалов, которыми определяется многообразие воспроизводимых дисплеем цветов. Сегодня основное внимание "разработчиков приборов OLED направлено на создание материалов для полноцветных приборов OLED. В приборах OLED используются два класса органических материалов: микромолекулы (sm-OLED) и полимеры (PLED). Эти две системы имеют несколько различий. Сегодня мониторы sm-OLED опережают мониторы PLED по эффективности и сроку службы.

Таким образом, OLED — тонкопленочное устройство со светоизлучающей поверхностью, которая образована множеством одновременно излучающих свет ячеек на одной подложке. Причем эти ячейки могут быть изготовлены либо методом напыления, либо методом струйной печати. Для создания дисплея с произвольным структурированием можно применить обычную литографию. Другими словами, OLED имеют значительные преимущества в технологии формирования структуры.

Собственно говоря, органические светодиодные панели OLED (Organic Light Emitting Diode) уже применяются в производстве CD- и МРЗ-плееров, а также мобильных телефонов. В этом активное участие принимает компания Samsung. Основанная на светодиодной технологии, OLED устраняет большинство недостатков ЖК-панелей. Как сообщают разработчики, угол обзора в OLED-панелях составляет более 160°, а время отклика достигает 10 мс, что возможно лишь в самых совершенных ЖК-мониторах. Яркость и контрастность этих устройств превышает показатели мониторов на ЭЛТ. Толщина и энергопотребление OLED-панелей ощутимо меньше, что делает их привлекательными для применения в портативной технике: КПК, ноутбуках и т. п. Кроме того, эти приборы могут выдерживать немалые механические и температурные нагрузки, а стоимость производства ниже, чем для LCD.

Почти одновременно с запуском OLED-панелей в массовое производство было объявлено о завершающей стадии разработки еще более интересной технологии — DEL (Dielectric ElectroLuminesceny), работа которой основана на особенностях люминесцентного фосфора, излучающего свет под воздействием электромагнитного поля. Контрастность такой панели еще выше, угол обзора уже 170°, а время отклика до 2 мс. Но самое главное — это высокое качество цветопередачи, которое не уступает мониторам на ЭЛТ и позволяет использовать DEL-мониторы в профессиональных целях.

Производители плоских панелей оказались в некоторой растерянности: чему отдать предпочтение, какая технология перспективна и получит большее распространение в ближайшем будущем. Можно предположить, что каждая технология займет свою нишу. Ученые, расхваливая OLED, утверждают, что добьются минимальной толщины и возможности наносить такой дисплей практически на любую поверхность, что в совокупности со способностью работать в сложных условиях позволит в недалеком будущем увидеть его, например на стекле автомобиля, подключенным к бортовому компьютеру или на рукаве обычной куртки, выполняющим сразу несколько функций: часов, мобильного телефона и карманного персонального компьютера. При всех этих невероятных качествах они обещают, что стоимость производства будет на 30...40 % ниже, чем для ЖК-мониторов.

Трехмерные мониторы. Однако, несмотря на удивительные возможности новейших технологий и открывающиеся в связи с этим перспективы, предложен принципиально новый подход — трехмерные или 3D-мониторы. В результате его реализации изображение на вашем мониторе начинает приобретать объем и «выходить» из экрана, причем для этого не нужно надевать очки или принимать галлюциногены. Все это 3D-монитор, передающий трехмерное изображение в двух плоскостях. Основывается это чудо на принципе стереоскопии: угол зрения каждого глаза человека разный. Создавая два минимально отличающихся изображения и располагая их таким образом, чтобы каждый глаз видел свое, инженеры и добились эффекта трехмерности. Зрительного эффекта каждая компания- разработчик достигает своим способом на платформе TFT.

На сегодняшний день уже несколько компаний налаживают выпуск 3D- мониторов. Фирма Sharp представила жидкокристаллический 15" 3D-монитор, а компания Kodak анонсировала свою технологию трехмерного дисплея, превосходящую все известные по яркости. Немецкая компания ACT Kern уже продает свои трехмерные дисплеи. Однако стоимость 3D-мониторов сегодня в несколько раз превышает стоимость обычных ЖК-мониторов. Такой монитор незаменим для научных исследований, медицины, проектирования и других задач. Естественно, для новой технологии потребуется иное программное обеспечение, но при развитии рынка 3D-мониторов оно будет разработано в кратчайшие сроки.

Преимущества и недостатки 3В-мониторов представлены в табл. 2.2.

Таблица 2.2

Проекторы

Проектор, подключаемый к компьютеру параллельно с монитором или вместо него, традиционно является основным устройством отображения графической информации коллективного пользования. Имея небольшие габаритные размеры по сравнению с монитором, он превосходит любую плазменную или ЖК-панель по размерам создаваемого изображения. Стоимость проекторов неуклонно снижается, и сегодня можно купить подходящую модель даже для домашнего кинотеатра.

В проекторе нельзя выделить самый главный блок. Все его компоненты оказывают значительное влияние на качество изображения, и все они так или иначе совершенствуются со временем. Наибольшее внимание уделяется технологии формирования изображения, однако качество оптики и электронные системы могут оказать на изображение не меньшее влияние.